CN102540326A - 光纤、光学放大器、光纤激光器和光纤初级预制件制造方法 - Google Patents

光纤、光学放大器、光纤激光器和光纤初级预制件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤、光学放大器、光纤激光器和光纤初级预制件制造方法，公开了一种掺杂有稀土的辐射不敏感光纤，其从中心到外周依次包括：中央纤芯(11)，用于传输和放大光信号，其中，所述中央纤芯(11)包括包含纳米颗粒的纤芯基质，所述纳米颗粒由包含来自稀土族的掺杂物的纳米颗粒基质构成；包住所述中央纤芯(11)的光包层，用于限制所述中央纤芯(11)所传输的光信号，其中，所述光包层具有沿着所述光纤的长度延伸的多个孔(10)，所述孔(10)相互隔开一定的间距(Λ孔)；以及外包层。

Description

光纤、光学放大器、光纤激光器和光纤初级预制件制造方法
技术领域
本发明涉及光纤领域，尤其涉及掺杂有稀土(例如，稀土离子)的辐射不敏感光纤。本发明还涉及制造这种光纤的方法。
背景技术
传统上，光纤(即，通常由一个或多个包覆层围绕的玻璃纤维)包括中央纤芯和光包层，其中，中央纤芯的功能是传输光信号以及可能地放大光信号，以及光包层的功能是将光信号限制在中央纤芯内。为了提供引导光信号的该功能，中央纤芯的折射率nc通常高于包层的折射率ng(即，nc＞ng)。
通常通过向中央纤芯和/或包层引入掺杂物来获得中央纤芯和包层之间的折射率差。
通常中央纤芯和光包层是通过诸如改进的化学气相沉积(MCVD)、外部气相沉积(OVD)、轴向气相沉积(VAD)等的气相沉积所获得的。利用MCVD工艺，外包层被制成包括沉积管以及可能地额外的包层或套筒。一般而言，通过浸透例如可在MCVD工艺的中间步骤获得的二氧化硅(SiO2)的多孔层而掺入诸如铝或稀土族元素(以下称为“稀土”、“稀土掺杂物”、“稀土离子”或“稀土掺杂元素”)等的挥发性低的元素。使用包含稀土的溶液来使稀土浸透到沉积物内。例如，可以从溶解盐获得这种溶液。
进行光信号放大的系统通常使用掺杂有稀土的光纤。例如，在铒掺杂光纤放大器(EDFA)中使用掺杂有铒的光纤，以放大在一些远程光通信系统内传输的光信号。这些EDFA在功耗和光功率转换效率方面具有高的性能。掺杂有稀土的光纤通常具有由二氧化硅基质(matrix)构成的中央纤芯，其中，该二氧化硅基质包含重量浓度约为百万分之250(250ppm)～1000ppm(即，0.025重量百分比～0.1重量百分比(wt％))的诸如铒等的稀土。
放大光纤的增益是入射信号的波长的函数。例如，可以在C波段(1530纳米(nm)～1565nm)内使用掺杂有铒的光纤。传统上，掺杂有铒的光纤在波段C内的增益宽度约为30纳米(nm)～35nm，并且数值孔径为0.23。然而，当使用其它类型的稀土元素(即，稀土离子)时，可能使用不同的波长范围。
波分复用(WDM)应用需要高的增益宽度。为此，可以将稀土与用于提高放大率的补充掺杂物相关联。这些补充掺杂物通过防止稀土之间发生相互作用来提高放大率。为此，这些补充掺杂物必须包围稀土。在使用包含稀土的溶液对光纤进行掺杂时，为了使中央纤芯内的各稀土均被补充掺杂物包围，补充掺杂物的浓度非常高。铝(Al)是补充掺杂物的一个例子。铝作为元素铝而存在，即铝以氧化铝的形式存在于光纤纤芯的玻璃网络内。
在诸如核电站等的暴露至辐射的环境内的应用中，光学系统相对于电子系统存在以下几个优势。光纤的抗电磁干扰性较好且化学稳定性较好。光纤使得可以获得几乎不需要维护的更加安全可靠的通信系统。光纤还使得可以获得高的数据速率。光纤还非常紧凑，从而特别适用于飞机和航天器所搭载的系统。
然而，暴露至辐射的环境趋于使光纤的背景损耗增大，由此使所传输信号的衰减增大。
背景损耗的增大可能是由于在使用基于二氧化硅的光纤的情况下二氧化硅的结构缺陷所引起的，其中，这些缺陷是因辐射而产生的。这些缺陷包括例如悬键和陷阱电荷，它们吸收以特定波长在光纤内传输的光信号。
背景损耗的增大还可能是由于与获得光信号引导的性质所需的掺杂物有关的特定缺陷所引起的。如前面所述，中央纤芯和/或光包层内通常存在掺杂物以获得相对于外包层的特定折射率差。该折射率分布确定了光纤的光学性质。然而，添加这些掺杂物提高了光纤对辐射的灵敏度。以下参考图1来解释掺杂物对于光纤的辐射灵敏度的重要性。
图1提供了各种光纤例子中的所传输信号的衰减值。纵轴表示以分贝/公里/格雷(dB/km/Gy)为单位的由辐射引起的衰减(RIA)，因而被标准化成辐射剂量。横轴表示以纳米(nm)为单位的所传输信号的波长。RIA的值越大，辐射对光纤的光学性质的负面影响越大。
曲线1是针对以100格雷(Gy)照射具有纯二氧化硅纤芯(即，纤芯内无掺杂物)的光纤所获取到的。曲线2是根据以360Gy照射中央纤芯内掺杂有铝(铝浓度约为7wt％)的光纤所获取到的。曲线3是根据以500Gy照射中央纤芯内掺杂有磷(磷浓度约为10wt％)的光纤所获取到的。曲线4是根据以100Gy照射中央纤芯内掺杂有锗(锗浓度约为5wt％)的光纤所获取到的。可以看出，在波长约1200nm处之前，一直存在衰减的增大。这将降低光学性能。
辐射引起的衰减依赖于所传输信号的波长以及存在于光纤的中央纤芯内的辐射敏感掺杂物。不同的掺杂物展示不同的辐射灵敏度。因而，EDFA中的光信号的衰减依赖于为获得预定引导性质所使用的掺杂物(例如，锗、铝、磷或氟)。信号衰减的增大还依赖于由于制造工艺而引入的因素。例如，使用氯来防止这些原料混有氢氧根离子(OH-)。衰减的增大还依赖于为获得所需的放大性质所使用的补充掺杂物。这些补充掺杂物的例子包括铝、磷、锑、镧和铋。
为了降低光纤的辐射灵敏度，Regnier等人题为“Recentdevelopments in optical fibers and how defense，security andsensing can benefit”，Proceedings of the SPIE，Vol.7306，2009，pp.73061-730618-10的论文提出了，通过改为采用使用二氧化硅纳米颗粒掺杂的稀土，省去了放大性质所需的补充掺杂物。纳米颗粒由二氧化硅基质和稀土构成。此外，纳米颗粒基质可以包含氧化铝。纳米颗粒的这种化学组成确保了稀土不形成聚集体。由于基质不包含补充掺杂物，因此辐射灵敏度降低。然而，补充掺杂物改善了放大品质。省去补充掺杂物排除了诸如WDM等的高光谱带宽应用。此外，二氧化硅对稀土的溶解度有限，这限制了放大增益。因而，对于利用铒进行掺杂，使用二氧化硅纳米颗粒局限于铒的重量浓度小于300ppm的光纤。
现有技术还提出了缩短光纤的长度以减少光纤暴露至辐射的体积。这种缩短特别是通过提高光纤的每单位长度的放大增益来获得的。
Ma等人题为“Experimental investigation of radiation effecton erbium-ytterbium co-doped fiber amplifier for space opticalcommunication in low-dose radiation environment”，OpticsExpress，Vol.17，No.18，2009，pages 15571 to 15577的论文提出了通过使用铒和镱的组合进行掺杂来提高放大效率。然而，该掺杂使光纤的辐射灵敏度增大。辐射灵敏度的增大部分是由从镱向铒传递能量所需的且存在于中央纤芯基质的组合物中的磷所引起的。此外，由于该论文中的解决方案通常包括适合于高功率应用的双包层结构，因此与传统的利用铒进行掺杂的方案相比，其成本较高。
Gusarov等人题为“Radiation sensitivity of EDFAs based onhighly doped fibers”，Journal of Lightwave Technology，Vol.27，No.11，2009，pp.1540 to 1545的论文提出了通过增加存在于光纤内的稀土的量来提高放大效率。然而，如果光纤的中央纤芯内的稀土的浓度高，则观察到在中央纤芯基质内形成稀土的对或者甚至聚集体，这导致非均匀掺杂。由于同时存在诸如稀土之间的淬火等的非辐射机制，因此这种非均匀掺杂使光纤的放大效率下降。稀土之间的这些协作作用包括例如同质上转换(HUC)和对诱发淬火(PIQ)。这些机制对产生放大的受激辐射进行干涉。例如，在具有铝浓度约为7wt％的二氧化硅中央纤芯的光纤中，淬火现象对于700ppm的铒重量浓度而言很重要。这些不想要的能量传递随着泵浦光束所激发的发射而完成，由此限制了光纤的放大效率。
稀土的这些聚集体还可能使诸如光致暗化等的光子退化更突出。由于存在于光纤的中央纤芯的基质内的高度吸收缺陷，因此在该中央纤芯内传播高功率光信号时可能发生光子退化。
为了规避这些聚集体，上述论文提出增加补充掺杂物的量。因而，减少光纤暴露至辐射的体积可能因增加了辐射敏感元素的量而失效。
铒掺杂放大器光纤可以采用在保持高放大增益的同时便于缩短光纤的长度的多孔包层。例如，根据Knight等人题为“Allsilica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding”，Optics Letters，Vol.21，1996，pp.1547 to 1549的论文已知有多孔包层。包括多孔包层的光纤被称为光子晶体光纤、多孔光纤、微结构光纤或光子晶体纤维(PCF)。例如，现有技术已知存在由多层膜构成并且被称为Bragg光纤的多孔光纤。此外，一些多孔光纤使用禁能带来限制所传输信号。
光子晶体光纤通过经由光纤的光包层内的气孔阵列进行内部反射来提供引导。该光纤的中央纤芯可以由纯二氧化硅(不包含掺杂物的二氧化硅)构成。包层由具有气孔的纯二氧化硅构成，因此不再需要使用掺杂物来获得引导性质。
例如，Cucinotta等人题为“Design of erbium-dopedtriangular photonic-cristal fiber based amplifiers”，IEEEPhotonics Technology Letters，Vol.16，No.9，2004，pp.2027 to2029的论文以及K.Furusawa等人题为“High gain efficiencyamplifier based on an erbium doped alumino-silicate holey fiber”，Optics Express，Vol.12，No.15，2004，pp.3452 to 3458的论文提出了掺杂有铒且具有多孔包层的光纤。该多孔包层使得可以改善这些放大器光纤的放大性质。放大性质的改善主要是由于理论上改善了掺杂有稀土的区段分别与泵浦光束和信号光束这两者之间的重叠而产生的。然而，这两篇论文未涉及光纤的辐射灵敏度。
Hilaire等人题为“Numerical study of single mode Er-dopedmicrostructured fibers：influence of geometrical parameters onamplifier performance”，Optics Express，Vol.14，2006，pp.10865to 10877的论文中描述了包括多孔包层的光纤。在该论文中，光纤的长度相对于标准的铒掺杂光纤缩短了40％以上，同时保持了相同的增益曲线。使光纤的分布最优化以获得波长几乎未改变的90％的重叠。然而，该论文未涉及光纤的辐射灵敏度。
S.Girard等人题为“Gamma-radiation induced attenuation inPCF”，Electronic Letters，Vol.38，No.20，2002，pp.1169 to 1171的论文指出光子晶体光纤的辐射灵敏度在很大程度上依赖于制造纤芯所使用的二氧化硅的纯度。例如，根据S.Girard等人题为“Radiation-induced defects in fluorine-doped silica-basedoptical fibers：Influence of pre-loading with H2”，Journal ofNon-Crystalline Solids，355，2009，pp.1089 to 1091的论文还已知，二氧化硅内的氯引起了辐射下的高吸收，特别是在短波长处。然而，这些论文未能描述掺杂有稀土的放大器光纤。特别地，这些论文未涉及放大器光纤的光谱带宽的问题。
发明内容
因此，对于掺杂有稀土的光纤，希望具有低辐射灵敏度以及未劣化的放大性质。
为此，本发明提供一种光纤，其从中心到外周依次包括：
中央纤芯，用于传输和放大光信号并包括包含纳米颗粒的纤芯基质，其中，所述纳米颗粒由包含稀土族离子形式的掺杂物的纳米颗粒基质构成；
光包层，其包住所述中央纤芯并用于限制所述中央纤芯所传输的光信号，其中，所述光包层具有沿着所述光纤的长度延伸的多个孔，所述多个孔以一定间距分隔开；以及
外包层。
换言之，本发明涉及一种光纤，其从中心到外周依次包括：中央纤芯，用于传输和放大光信号并包括包含纳米颗粒的纤芯基质，其中，所述纳米颗粒由包含稀土族掺杂物的纳米颗粒基质构成；包住所述中央纤芯的光包层，用于限制所述中央纤芯所传输的光信号，并具有沿着所述光纤的长度延伸的多个孔，其中，所述多个孔以一定间距彼此分隔开；以及外包层。
在实施例中，各孔的间距恒定，以便于进行光纤制造工艺。
在本发明中，补充掺杂物是指存在于纳米颗粒基质内且包围稀土元素的掺杂元素。这些补充掺杂物可以是例如铝、磷、锑、镧或铋或者它们中的一个或多个组合。
在一个实施例中，所述光包层的氯重量浓度小于500ppm，并且所述光包层不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素(杂质)。
在一个实施例中，所述光包层的氯重量浓度小于100ppm，并且所述光包层不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素。
在一个实施例中，所述光包层由纯二氧化硅制成。
在一个实施例中，所述孔和所述中央纤芯仅具有绕光纤的中心的π阶旋转对称性(symmetries of rotation of orderπ)。这表示通过使该图案绕中心旋转角度π，将恢复相同的结构。在这种情况下，纤芯在两个主正交方向上具有不同的大小，由此定义了快轴和慢轴并产生偏振保持光纤(作为例子，基于如下设计的三角格，在该设计中，隔着纤芯相对且属于纤芯附近的第一行中的六个孔的两个孔的大小相等，但这两个孔的大小与所有其它的孔的大小不等)。
在一个实施例中，孔以2微米(μm)～10μm的间距分隔开。
在一个实施例中，所述孔具有基本上为圆形的截面，并且各孔的直径相对于间距的比在0.3～0.9的范围内。
在一个实施例中，所述纤芯基质由二氧化硅、优选为纯二氧化硅制成。
在一个实施例中，所述中央纤芯内的稀土族掺杂物的重量浓度在200ppm～1000ppm的范围内并且纳米颗粒基质浓度在0.5wt％～5wt％的范围内。
在一个实施例中，对于所述纳米颗粒，纳米颗粒基质相对于稀土族掺杂剂的原子比在10～500的范围内，优选在50～350的范围内。
在一个实施例中，所述纳米颗粒基质的材料是从氧化铝(即三氧化二铝或Al2O3)和/或二氧化硅中选择出的。
在一个实施例中，所述稀土族掺杂物是从铒、镱、铥以及它们中的一个或多个组合中选择出的。
本发明还提供一种光学放大器，其包括根据本发明的光纤的至少一部分并且使用在150毫瓦(mW)～1.5瓦(W)的范围内的泵浦功率。
在一个实施例中，所述光学放大器在C波段(即，1530nm～1560nm)内的带宽在25nm～32nm的范围内。
本发明还提供包括根据本发明的光纤的至少一部分的光纤激光器。
本发明还提供一种光纤初级预制件的制造方法，包括以下步骤：
形成步骤，用于形成包括掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的预制件组成部分(还称为芯)，其中，所述预制件芯用于形成光纤的中央纤芯；
制造多个毛细管；以及
将所述毛细管配置成中心包括所述预制件芯的毛细管束。
换言之，本发明涉及一种光纤初级预制件的制造方法，包括以下步骤：形成步骤，用于形成包括掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的预制件组成部分，其中，所述预制件组成部分用于形成光纤的中央纤芯；制造多个毛细管；以及将所述毛细管配置成中心包括所述预制件组成部分的毛细管束。
在一个实施例中，采用基于纯二氧化硅的材料来制造用于形成光纤的中央纤芯的所述预制件芯。
在一个实施例中，所述毛细管的氯重量浓度小于500ppm，并且所述毛细管不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素(即，杂质)。
在一个实施例中，所述毛细管的氯重量浓度小于100ppm，并且所述毛细管不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素。
在一个实施例中，所述毛细管由纯二氧化硅制成。
在一个实施例中，所述形成步骤包括以下步骤：
沉积步骤，用于在管的内表面上产生多孔沉积物，其中，所述多孔沉积物具有管状；
利用掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的悬浮液浸透所述多孔沉积物；
使浸透后的所述多孔沉积物玻璃化；(由于该多孔沉积物已被浸透，因此认为是浸透沉积物)
使包括所述管和所述多孔沉积物的组合收拢；以及
提取收拢后的浸透沉积物，其中，所述沉积物构成了用于形成光纤的中央纤芯的所述预制件组成部分。
在一个实施例中，经由改进的化学气相沉积技术来进行所述沉积步骤。
在一个实施例中，所述形成步骤包括如下步骤：
形成包括掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的棒；
使所述棒玻璃化；以及
使所述棒收拢，其中，所述棒构成了用于形成光纤的中央纤芯(11)的预制件芯。
在一个实施例中，经由溶胶-凝胶工艺来制造所述棒。
在一个实施例中，用于制造多个毛细管的步骤包括以下步骤：
在管的内表面上产生沉积物，其中，所述沉积物具有管状；
提取该管状的沉积物；以及
从该管状的沉积物拉制所述毛细管。
在一个实施例中，用于制造多个毛细管的步骤包括以下步骤：
在管的内表面上产生沉积物，其中，所述沉积物具有管状；以及
从内表面上具有所述沉积物的所述管拉制所述毛细管。
在一个实施例中，经由等离子化学气相沉积技术来执行产生沉积物的步骤。
在一个实施例中，预制件的芯内的纳米颗粒的浓度在1016/立方厘米(cm3)～1018/cm3的范围内。
在一个实施例中，所述纳米颗粒基本上为球形并且其直径在5nm～25nm的范围内。
在根据本发明的光纤中，通过使用包括稀土的纳米颗粒来执行稀土的掺杂。使用纳米颗粒进行掺杂使得可以限制或者甚至消除对辐射敏感的补充掺杂物的使用。
根据本发明的光纤还包括具有孔的光包层，还被称为多孔包层。光包层内的孔使得可以在不使用对辐射敏感的掺杂物的情况下提供光纤的引导性质。此外，这些孔使得可以通过提高转换效率来缩短光纤长度。这缩短了光纤暴露至辐射的长度。
因而，根据本发明的光纤对辐射非常不敏感。光纤的这些特性使得可以获得最优的辐射性质和放大性质。
附图说明
通过阅读以下对以非限制性的示例的方式并且参考附图所给出的本发明的具体实施例的说明，本发明的其它特征和优点变得清楚，其中：
图1(已说明)示出作为存在于光纤内的掺杂物和该光纤所传输的信号的波长的函数的、该光纤内的辐射引起的衰减；
图2示出根据本发明的光纤的一个示例；
图3示出根据本发明的光纤的另一示例；
图4示出根据本发明的光纤的又一示例；
图5说明本发明的方法的步骤；
图6说明本发明的一个特定实施例的方法的步骤；
图7说明本发明的一个特定实施例的方法的步骤；以及
图8示出本发明的一个特定实施例的光纤的截面图。
具体实施方式
在根据本发明的光纤的实施例中，通过使用包含稀土掺杂物的纳米颗粒来使光纤掺杂有稀土。利用纳米颗粒进行掺杂通常使得可以限制使用或者甚至不使用对辐射敏感的补充掺杂物。这些光纤的实施例还包括也被称为多孔包层的具有孔(hole)的光包层。光包层内的孔使得可以在不使用辐射敏感掺杂物的情况下提供光纤的引导性质。此外，这些孔使得可以通过提高转换效率来缩短光纤长度。这样缩短了光纤暴露至辐射的长度。由此，根据本发明的光纤对辐射极不敏感。光纤的这些特性使得可以获得期望的辐射性质和放大性质。
参考作为根据本发明的光纤的示例的截面图的图2、3、4和8来说明根据本发明的光纤。这些附图示出各光纤在与各光纤的轴垂直的平面的截面图。
采用用于传输光信号的诸如二氧化硅等的材料来制造光包层。
光包层包括沿着光纤的长度延伸的孔10。换言之，孔10在与光纤的轴平行的方向上延伸。这些孔10形成规则的孔阵列，在该孔阵列中，相邻的两个孔的轴以间距Λ孔分隔开。
在与光纤的轴垂直的横向平面上，孔10的截面被组织成三角形周期阵列的形式。除了光纤的纤芯11所占据的中心区域以外(即中心区域内的孔被移除)，通过使中心形成等边三角形的三个孔的图案重复来获得该周期阵列。
此外，在实际实现该结构时，这些孔10排列成孔的同心环。术语“环”应当作最广义的理解，特别是包括如图2、3、4和8所示的大致六边形。
图2、3、4和8所示的例子不限制本发明。特别地，这些孔10可以排列成不同的周期阵列。同心环可以具有除六边形以外的几何形状。
孔10填充有诸如空气或二氧化碳(CO2)等的气体。孔10内的介质不同于孔10之间的材料。因而，孔10内的介质和孔10周围的材料具有不同的折射率。孔10的数量和体积使得可以调节光包层的折射率。因而，孔10的数量和体积使得可以调节光纤的数值孔径以及光纤的中央纤芯11的折射率与光包层的折射率之间的差。
因而，光包层内的孔10使得可以在不使用掺杂物的情况下获得中央纤芯11的折射率和光包层的折射率之间的差。将光信号限制中央纤芯11内而不存在掺杂物。这减少了对辐射敏感的掺杂物的量。
例如，在图8所示的特定实施例中，孔10具有直径为Φ孔的圆形截面。间距Λ孔在2μm～10μm的范围内。比Φ孔/Λ孔在0.3～0.9的范围内。光包层具有由孔组成的2～6个同心六边形环。
由于光纤制造工艺的不确定性，因此孔10可能改变。例如，针对间距Λ孔和直径Φ孔的值，孔10的公差为20％(例如，10％以下或者5％以下)。因此，这里，间距和直径的标称值包括20％的公差。以相同的间距(相同的外部毛细管直径)为目标从而得到三角格和容易装配是可行的，但也可以通过改变毛细管之间的直径(例如，行之间)来以不同的孔直径为目标。但从容易制备的方面而言，最优选的方案是以相同的间距和相同的孔直径作为目标。
在其它实施例中，孔10的截面为具有不同的直径Φ孔的圆形。在图2所示的特定实施例中，中心位于穿过光纤中心的直线上的孔的直径小于光包层内的其它孔的直径。在图3所示的另一特定实施例中，第一个环内的直接相对的孔的直径小于其它孔的直径。
与标准的基于掺杂的阶梯折射率包层技术相比，光包层内的孔10使得可以改善掺杂有稀土的区域12与泵浦光束之间的重叠和/或掺杂有稀土的区域12与信号光束之间的重叠，其中，在标准的阶梯折射率技术中，纤芯的折射率比(无任何孔的)包层的折射率高。改善掺杂有稀土的区域12与泵浦光束和/或信号光束之间的重叠使得可以使光纤的长度最优化。对于相同浓度的稀土以及对于波长分别为980nm和1550nm的泵浦光束和信号光束，与利用掺杂物来获得中央纤芯11和光包层之间的折射率差的现有技术光纤相比，根据本发明的光纤的长度的缩减量在20％～50％的范围内。换言之，与典型的现有技术光纤相比，该光纤的每单位长度的放大增益较大。因而，与现有技术光纤的暴露长度相比，本发明的光纤暴露至辐射的长度较短(例如，短了20～50％)。
此外，孔10的数量和体积确定了光纤的其它光学性质。间距Λ孔具有在光纤的有效区域和光纤的弯曲损耗之间实现折衷的值。在孔10具有直径Φ孔的圆形截面的该例子中，间距Λ孔和比Φ孔/Λ孔进一步使光纤的单模行为针对该光纤(例如，在放大时)所使用的波长稳定化。因而，间距Λ孔和比Φ孔/Λ孔确保了光纤的截止波长λc小于泵浦波长(对于铒为980nm或1480nm)。
已将光包层描述为包括具有圆形截面的孔10，但本发明不限于此。特别地，孔10可以具有除圆形以外的截面形状(例如，与标准圆形相比在一个方向上延长的圆形(或珍珠形状)或者椭圆形)。
中央纤芯11是位于光纤中心且由光包层包住的光纤部分。在与光纤的轴垂直的平面上，中央纤芯11是位于从光纤中心起的、与第一个孔10环相切的圆内的区域。
在一个实施例中，中央纤芯11占据上述位于光纤中心的点的周期阵列中的单个点。
在孔10具有直径Φ孔的圆形截面(图8所示)的本实施例的一个例子中，中央纤芯11具有直径2r1＝2×Λ孔-Φ孔的圆形截面。将该等式代入图8所示的空间关系得出以下等式：Λ孔＝Φ掺杂；这表示毛细管的直径等于掺杂预制件组成部分的直径，从而使制造简化并确保了多孔包层内的间距恒定。因而，在一些实施例中，在不会干扰间距均匀性的情况下制造出具有最大可能直径的掺杂预制件芯。
在第一个环的孔10具有不同的直径的图2和3所示的本实施例中的其它例子中，纤芯11具有椭圆形的截面。
中央纤芯11的另一实施例包括阵列中位于光纤的中心的点以及该阵列的一个或多个其它点。图4示出本实施例的一个例子。中央纤芯11具有基本上为四边形的截面。
中央纤芯11包括纤芯基质和纳米颗粒。纤芯基质包围掺杂有稀土的纳米颗粒。纤芯基质用于在中央纤芯11内引导光信号。
纤芯基质不包含掺杂物。特别地，纤芯基质不包含用于获得中央纤芯11和光包层之间的折射率差的掺杂物。因而，纤芯基质不包含造成信号出现辐射引起的衰减的掺杂物。
纤芯基质11的氯重量浓度小于1000ppm。(例如在诸如纯二氧化硅等的材料中)通常使用氯以防止混入氢氧根离子(OH-)。然而，氯在可见光的波长范围内产生高的由辐射引起的吸收。使光纤内的氯的量最小化提高了光纤的耐辐射性。
纤芯基质11不包含通过标准化学分析可检测到的其它化学元素。等离子体炬或电感耦合等离子体(ICP)技术是化学分析技术的例子。例如，纤芯基质11不包含重量浓度大于十亿分之一(ppb)的其它化学元素特别是金属杂质或阳离子。换言之，在纤芯基质中，除氯以外的化学元素的重量浓度小于十亿分之一。因而，所有的无氯污染物或杂质的总和不超过十亿分之一。
由此，中央纤芯11的基质包含有限量的可以使光纤所传输的信号衰减的化学元素。在纤芯基质中，使信号的由辐射引起的衰减最小。纤芯基质不包含在可用的波长范围内引起大于0.05分贝/米/千格雷(dB/m/kGy)的辐射损耗的化学元素。在这方面，可用的波长范围是指包括光纤所传输的信号的波长的波长范围。对于铒，例如，可用的波长范围是900nm～1600nm。
纤芯基质是例如主要包含二氧化硅的玻璃体基质。纤芯基质11是例如纯二氧化硅(例如，不包含掺杂物的二氧化硅)。
中央纤芯11还包含纳米颗粒。这些纳米颗粒由纤芯基质包围。通过纳米颗粒来使中央纤芯11掺杂有稀土。
纳米颗粒包含在中央纤芯11的中心区域12内，其中，中心区域12具有直径为Φ掺杂的大致圆形的截面。掺杂区域12的直径Φ掺杂通常在2μm～10μm的范围内。直径Φ掺杂具有最大值使得可以保持应用于比Φ孔/Λ孔的约束，特别是在光纤制造期间。
纳米颗粒由基质和所嵌入的稀土形成。纳米颗粒基质包围稀土。纳米颗粒基质的组成和结构有利于稀土的溶解。该纳米颗粒基质不依赖于光纤的纤芯基质11的组成。例如，纳米颗粒基质通常为二氧化硅或氧化铝或者它们的组合。
稀土使得可以放大中央纤芯11所传输的信号。在光纤中，稀土采用稀土族的同一化学元素的离子形式。稀土例如是铒(Er)、镱(Yb)、铥(Tm)或它们的组合，或者是使得可以通过光泵浦进行放大的任何其它稀土。例如，稀土是用于在C波段内进行放大的铒。
经由纳米颗粒进行掺杂使得可以避免稀土聚集。因此，无需使中央纤芯11充满补充掺杂物以防止稀土聚集。因而，在减少中央纤芯11内的辐射敏感元素的量的同时，保持了放大性质。
例如，中央纤芯11的掺杂区域12内的稀土的重量浓度在200ppm～1000ppm(包括端点)的范围内，并且中央纤芯11的掺杂区域12内的纳米颗粒基质浓度为0.5wt％～5wt％，优选在1.5wt％～4wt％的范围内。
例如，纳米颗粒中的纳米颗粒基质相对于稀土的原子比为10～500，优选在50～350的范围内，更优选在50～200的范围内。
光纤还具有典型的外包层。例如，由于成本原因，外包层通常是天然二氧化硅。在其它例子中，外部的光包层采用掺杂二氧化硅。
对于相同的放大性能，根据辐射条件和光纤工作条件，与一般的现有技术光纤相比，根据本发明的光纤的耐辐射性高出2～100倍、通常为10～1000倍。因而，在可用波长范围内，根据本发明的光纤的由辐射引起的衰减在0.005dB/m/kGy～0.05dB/m/kGy的范围内。
此外，由于使用小量的补充掺杂物或者甚至不存在补充掺杂物，根据本发明的光纤的在照射之前的背景损耗(backgroundlosses before irradiation)低。因而，在1000nm～1200nm的波长范围内，照射前的背景损耗通常小于5分贝/千米(dB/km)，或者甚至小于2dB/km。
根据本发明的光纤在保持对辐射极度不敏感的情况下，根据包含在光纤内的补充掺杂物的量，可用于诸如单通道应用等的低带宽应用和诸如波分复用应用等的宽带宽应用。
在一个实施例中，纳米颗粒基质不包含补充掺杂物。例如，纳米颗粒基质是二氧化硅。纳米颗粒内的稀土的重量浓度在150ppm～250ppm的范围内。光纤的由辐射引起的衰减在0.005dB/m/kGy～0.05dB/m/kGy的范围内。
在一个实施例中，纳米颗粒基质包含补充掺杂物，其中，这些补充掺杂物用于改善高浓度的稀土的分解，改善光纤的增益性质并且维持稀土之间的物理屏障。这些补充掺杂物使得可以在无需牺牲耐辐射性的情况下获得宽的带宽。
在本实施例的一个例子中，纳米颗粒基质是诸如氧化铝等的氧化物，其中，该氧化物便于实现稀土在纳米颗粒内的良好分布，并且使得可以扩宽谱窗以提供针对波分复用应用的放大增益。
在该例子中，纤芯11内的稀土的重量浓度在200ppm～400ppm的范围内，并且补充掺杂物的浓度在2.5wt％～3.5wt％的范围内。这便于实现相对宽的带宽和低的由铒引起的衰减，其中，由铒引起的衰减与存在于光纤内的铒的量成比例。因此，在利用铒进行掺杂的情况下，光纤在波长1530nm处与铒有关的每单位长度的衰减在3分贝/米(dB.m-1)～6dB.m-1的范围内，并且光纤的带宽在25nm～32nm的范围内。
包括孔10的光包层传输基本光模式的一部分并且可对中央纤芯11所传输的信号产生干涉。光包层对所传输信号的影响随着光纤的半径快速减小。实际上，主要由包括围绕中央纤芯11的第一个孔10环的部分来传输光信号。在图8所示的实施例中，有可能对所传输信号产生干涉的区域是半径为0.5Λ孔～1.5Λ孔的环形区域。
在一个实施例中，光包层的氯重量浓度小于500ppm，优选小于100ppm。此外，光包层不包含通过标准化学分析手段可检测到的其它化学元素。等离子体炬或电感耦合等离子体(ICP)技术是化学分析技术的例子。例如，光包层不包含重量浓度高于十亿分之一的其它化学元素。换言之，光包层内的除氯以外的化学元素的重量浓度小于十亿分之一。因而，光包层包含有限量的可以使中央纤芯11所传输的信号衰减的辐射敏感化学元素或杂质。
因而，通过光包层使信号的由辐射引起的衰减最小化。光包层不包含引起大于0.05分贝/米/格雷(dB/m/Gy)的辐射损耗的化学元素。
在一个实施例中，直径为Φ掺杂的掺杂有稀土的区域12没有覆盖整个中央纤芯11。在本实施例中，与纤芯与(无任何孔的)包层相比具有较高的折射率的标准阶梯折射率技术相比，仅改善了中央纤芯11和泵浦光束之间的重叠或者中央纤芯11和信号光束之间的重叠。例如，该重叠在0.6～0.7的范围内。
在典型实施例中，中央纤芯11和孔10仅具有绕光纤中心的π阶旋转对称性。由此，使光纤的截面绕光纤的中央纵轴旋转角度π将得出相同的截面。因此，中央纤芯区域在两个主正交方向上的大小不同，由此定义了快轴和慢轴从而生成偏振保持光纤。例如，基于以下设计的三角格将展示绕光纤中心的π阶旋转对称性，其中，在该设计中，隔着纤芯相对并且属于纤芯附近的第一个环中的六个孔的两个孔具有相对于所有其它孔而言不同的大小。这种π阶旋转对称性使得可以保持在光纤内传输的信号的偏振性。
因而，在本发明的光纤的这种实施例中，光包层使得可以在不使用诸如硼等的附加掺杂物的情况下获得偏振保持光纤。
通常，在利用掺杂物获得中央纤芯和光包层之间的折射率差的光纤中，通过在中央纤芯的任一侧上的光包层中插入掺杂有硼的二氧化硅的棒来维持所传输信号的偏振性。
图2～4示出孔10和中央纤芯11具有π阶旋转对称性的光纤的示例。图8中的光纤示例展示π/3阶对称。因此，图8中的光纤示例不具有π阶对称并且不是偏振保持光纤。
以下参考表1和2示出的放大器光纤的(比较)例I、II、III和IV来解释根据本发明的光纤的优点。
例I和III是利用诸如锗和/或氟等的掺杂物来获得中央纤芯和光包层之间的折射率差的比较光纤。使中央纤芯掺杂有稀土不是通过利用包含稀土的溶液浸透纳米颗粒而获得的。
光纤例II和IV是根据本发明的光纤。借助于光包层内的孔10将信号限制在中央纤芯11内。特别地，在光纤II和IV中，使孔10组织成三角形阵列。此外，通过使用纳米颗粒来使光纤II和IV掺杂有铒。
表1给出可用于诸如单通道应用等的窄带宽应用的光纤的例I、II。
表1
Figure BSA00000626449200211
对于各光纤，表1给出以下：截止波长λC；中央纤芯内的铒[Er]的浓度；中央纤芯的半径2r1；铝浓度(作为元素)[Al]；锗浓度[Ge]；掺杂区段分别与波长980nm的泵浦光束和波长1550nm的信号光束之间的重叠Γ980nm和Γ1550nm；以及放大光纤的长度。
表1还给出在波长1530nm处测量出的由于掺入了铒而产生的每米衰减α1530[Er]。该衰减不同于由辐射引起的衰减。每单位长度的衰减α1530[Er]依赖于铒的浓度和光纤的折射率分布。
对于光纤I，表1还给出中央纤芯和光包层之间的折射率差Δn。
对于光纤II，表1还给出以下：光包层内的孔10之间的间距Λ孔；孔10的直径Φ孔；直径Φ孔和间距Λ孔之间的比Φ孔/Λ孔；以及由嵌入中央纤芯内的补充掺杂物所引起的折射率差Δn掺杂。
在光纤I中，通过使中央纤芯11掺杂有用于促成纤芯的折射率差的锗，将信号限制在中央纤芯11内。
在光纤II中，纳米颗粒包括二氧化硅(SiO2)基质和铒。经由纳米颗粒进行掺杂使得可以避免使用铝来防止稀土聚集。由此，掺杂区域12不包含影响折射率差的掺杂物。因此，折射率差Δn掺杂为0。包层内的孔10之间的间距Λ孔为6μm。该间距Λ孔使得可以在光纤的有效区域、掺杂区域12与信号光束及泵浦光束之间的重叠以及耐弯曲损耗性之间进行折衷。该光纤包括排列成具有5个环或行的三角形周期阵列的90个孔。
直径Φ孔和间距Λ孔之间的比Φ孔/Λ孔为0.4。该值确保了光纤的单模行为稳定，并且确保了截止波长λC小于泵浦波长960nm。
直径Φ掺杂(或纤芯11的直径2r1)具有最大值使得可以保持应用于比Φ孔/Λ孔的约束，特别是在光纤的制造期间(即，考虑到毛细管的壁的厚度)。
光纤I和II具有相同的铒浓度。然而，由于光纤II的特性，光纤II与光纤I相比包含较少的辐射敏感掺杂物。经由纳米颗粒来进行稀土掺杂使得可以放弃氯的使用；光包层内的孔10使得可以放弃锗的使用。因而，光纤II不包含除铒以外的辐射敏感掺杂物。
此外，孔10便于实现与比较光纤相比较高的每单位长度的放大增益，由此使得可以改善信号与掺杂有铒的区域12之间的重叠并由此缩短光纤的暴露长度。因而，本发明的光纤II的每单位长度的放大增益增大了。因此，与现有技术的光纤I相比，本发明的光纤II的辐射灵敏度降低了。由于改善了在波长1530nm处掺杂区域和光信号之间的重叠，因此在该关注波长处光纤II由于掺入铒所引起的每米衰减α1530[Er]比光纤I的大。
(下)表2给出可用于诸如波分复用应用等的宽带应用的光纤III和IV的例子。与光纤I和II的例子相比，铝浓度较高，从而使带宽增大。
表2
Figure BSA00000626449200231
表2示出与表1相同的参数。对于各光纤，表2还给出光纤的氟浓度[F]。
在光纤III中，中央纤芯和光包层之间的大部分折射率差主要是由为了防止稀土聚集而嵌入的铝产生的。这就是说，一部分折射率差是由于利用锗对中央纤芯进行补充共掺杂并利用氟对包层进行掺杂而产生的。
在光纤IV中，纳米颗粒包括包含铒的氧化铝基质。氧化铝引起折射率差Δn掺杂。孔之间的间距Λ孔、直径Φ孔和孔Λ孔之间的比Φ孔/Λ孔以及直径Φ掺杂的这些特性与光纤II的特性相同。该光纤具有排列成具有五个环或五行的三角形周期阵列的90个孔。
光纤III和IV具有相同的铒浓度。然而，由于光纤IV的特性，光纤IV与光纤III相比包含较少的辐射敏感掺杂物。经由纳米颗粒进行稀土掺杂使得可以减少获得大的带宽所需的氧化铝的量。光包层内的孔10还使得可以消除获得光引导性质通常所需的氟和锗。因而，光纤IV与光纤III相比包含较少的辐射敏感掺杂物。光包层的孔10还使得可以缩短光纤的长度。因而，本发明的光纤IV可以实现暴露至辐射的长度比光纤III的小。因此，本发明的光纤IV相对于现有技术的光纤III具有降低了的辐射灵敏度。由于改善了在波长1530nm处掺杂区域和光信号之间的重叠，因此在该关注波长处测量出的光纤IV由于掺入铒所引起的每米衰减α1530[Er]比光纤III的大。
本发明还涉及光学放大器，其中，该光学放大器包括根据本发明的光纤的至少一部分并且使用在150mW～1.5W的范围内的泵浦功率。在一个实施例中，该放大器在C波段(1530nm～1560nm)内的带宽为28nm～32nm。
本发明还涉及用于制造如上所述的初级光纤预制件的方法。将参考图5～7来说明该方法。
如图5所示，该方法包括步骤35，其中，步骤35用于形成预制件中包含掺杂有稀土的纳米颗粒的预制件芯200。该预制件芯200用于在对预制件进行拉伸之后形成光纤的中央纤芯11。例如，预制件的芯200内的稀土的重量浓度在200ppm～1000ppm的范围内，并且纳米颗粒基质的浓度在0.5wt～5wt％的范围内，诸如在1.5wt～4wt％的范围内。
预制件芯200的氯重量浓度小于1000ppm。此外，芯200不包含通过标准化学分析手段可检测到的其它化学元素。等离子体炬或电感耦合等离子体(ICP)技术是化学分析工艺的例子。例如，芯200不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素。使芯200内的氯和其它化学元素的量最小化，这使拉伸之后所获得的光纤的耐辐射性降低了。
然后，该方法包括用于制造毛细管100的步骤36。这些毛细管100定义了在对预制件进行拉伸之后所获得的光纤的孔10。
随后进行步骤38，在该步骤38中，将毛细管100排列成预制件的芯200位于中央的毛细管束。因而，该预制件包括在拉伸之后分别构成孔10和光纤的中央纤芯11的组成部分。
该方法使得可以获得在拉伸之后构成具有包含掺杂有稀土的纳米颗粒的中央纤芯11和多孔包层的光纤的预制件。本发明的该方法使得可以获得放大性能最佳的耐辐射光纤的预制件。
然后，该预制件经过用于制造光子晶体光纤的标准步骤。例如，芯200和毛细管100的组合是由在拉制之后形成外包层的棒300和包层400来完成的。
在第一实施例中，毛细管100的氯重量浓度小于500ppm，优选小于100ppm。此外，毛细管100不包含通过诸如等离子体炬等的标准化学分析技术可检测到的其它化学元素。例如，毛细管100不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素。换言之，在毛细管100中，除氯以外的化学元素的重量浓度小于十亿分之一。因而，毛细管100包含有限的将使在拉制之后所获得的光纤的中央纤芯11所传输的信号衰减的辐射敏感化学元素。例如，毛细管100是纯二氧化硅。
在图6所示的第二实施例中，步骤35包括步骤30，其中，步骤30用于在管210的内表面上产生多孔沉积物。因此，顺应该内表面的多孔沉积物具有管状。例如，该多孔沉积物由纯二氧化硅制成。例如，该沉积物是使用改进的化学气相沉积(MCVD，modified chemical vapor deposition)技术所获得的。
在本实施例中，然后，步骤35包括步骤31，其中，在步骤31中，利用纳米颗粒的悬浮液浸透多孔沉积物。这些纳米颗粒掺杂有稀土元素。
在本实施例中，然后，步骤35包括步骤32，其中，步骤32用于在高温下、例如在2000℃下使多孔沉积物玻璃化。
在本实施例中，然后，步骤35包括步骤33，其中，步骤33用于收拢(collapse)管210和多孔沉积物的组合。如所述，多孔沉积物初始具有管状。在步骤33中，多孔沉积物被收拢。因而，在该步骤33之后，多孔沉积物不再具有管状而是实心圆柱状。
在该同一实施例中，然后，步骤35包括步骤34，其中，步骤34用于提取多孔沉积物。换言之，去除了管210。结果，管210不存在于在对预制件进行拉制之后所获得的光纤中。因而，管210的杂质的含量不会不利地影响拉制之后的光纤的光学特性。以非限制性的示例的方式，可以通过蒸镀、机械加工或蚀刻、或者通过这三种技术的组合来去除管210。因此，从管210提取出的多孔沉积物构成包括掺杂有稀土的纳米颗粒的预制件的芯200。如所述，预制件的芯200用于形成拉制之后的光纤的中央纤芯11。
在第三实施例中，步骤35包括用于形成包含掺杂有稀土的纳米颗粒的棒的步骤。该棒例如采用实心圆柱状。该棒基于纯二氧化硅。该棒例如是经由现有技术已知的溶胶-凝胶工艺所制造的。
在本实施例中，步骤35在用于收拢棒的步骤之前，包括用于在1000℃的温度下进行玻璃化的步骤。
在本实施例中，棒这样构成预制件的包括掺杂有稀土的纳米颗粒的芯200。如所述，该预制件的芯200用于形成拉制之后的光纤的中央纤芯11。
在另一实施例中，用于制造毛细管100的步骤36包括以下参考图7所述的附加步骤。
用于制造毛细管100的步骤36包括用于在管110的内表面上产生沉积物的步骤20。该沉积物是使用例如等离子体激活化学气相沉积(PCVD)技术所产生的。
然后，用于制造毛细管100的步骤36包括步骤22，其中，步骤22用于提取管状沉积物，即去除管110以仅保留沉积物。以非限制性的示例的方式，通过机械加工或蚀刻或者这两种方法的组合来去除管110。
随后进行从管状沉积物拉制毛细管100(步骤24)。管110不存在于所获得的毛细管100内。因而，管110的杂质的程度不会不利地影响拉制之后的光纤的光学特性。
在第一实施例和第四实施例的方法中，管110的内表面上的沉积物的氯重量浓度小于500ppm，优选小于100ppm。此外，该沉积物不包含经由诸如等离子体炬等的标准化学分析技术可检测到的其它化学元素。例如，该沉积物不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素。使该沉积物内的氯和其它化学元素的量最小化，增强了在拉制之后所获得的光纤的耐辐射性。
在第五实施例中，用于制造毛细管100的步骤36包括如上所述的用于在管110的内表面上产生沉积物的步骤20。
在本实施例中，然后，步骤36包括从包含管110和管状沉积物的组合拉制毛细管100(步骤24)。在本实施例中，管110存在于所获得的毛细管100中。这简化了用于制造毛细管100的方法。
在第一实施例和第五实施例的方法中，管110和管110的内表面上的沉积物的氯重量浓度小于500ppm，优选小于100ppm。此外，管110和该沉积物不再包含通过诸如等离子体炬等的标准化学分析技术可检测到的其它化学元素。例如，管110和该沉积物不包含重量浓度大于十亿分之一的其它化学元素。使管110和该沉积物内的氯和其它化学元素的量最小化，提高了拉制之后所获得的光纤的耐辐射性。
例如，通过化学合成或物理合成来制造纳米颗粒。有利地，通过化学合成来制造纳米颗粒，从而有助于形成热力学稳定的化学计量结构。
通过使(纳米颗粒基质采用氧化铝时的)氧化铝盐的前体和稀土盐的前体一起沉淀，标准化学方法可用于在控制的pH水溶液内化学合成纳米颗粒。例如，氧化铝的前体是诸如硝酸盐或氯化物等的无机盐，并且铒、镱和铥的前体是诸如乙酰丙酮(acetyl acetonate)或醋酸盐等的有机盐。例如，氧化铝盐前体和稀土盐前体的原子比在10～500的范围内，甚至在50～350的范围内，从而获得各纳米颗粒内的稀土的浓度在0.5wt％～3wt％的范围内，甚至根据目标应用和所选择的稀土而在0.75wt％～1.5wt％的范围内。在一个例子中，氧化铝盐前体相对于稀土盐前体的原子比甚至在50～200的范围内。
在一个特定实施例中，纳米颗粒基质属于氧化铝，稀土是铒，并且氧化铝相对于铒的原子比在10～500的范围内，甚至在50～350的范围内，例如在50～200的范围内。
然后，对纳米颗粒进行清洗，并使纳米颗粒分散在水溶液或基于酒精的溶液内，其中，纳米颗粒浓度根据纳米颗粒的大小在1016/cm3～1018/cm3的范围内。例如，这些纳米颗粒大致为球形，并且直径在5nm～25nm的范围内(优选在10纳米～20纳米的范围内)。对于纳米颗粒的特性而言，20％的公差是可接受的。例如，对于分散在水溶液或基于酒精的溶液内的纳米颗粒，当纳米颗粒的直径为5nm时，纳米颗粒浓度大于或等于1017/cm3，并且当纳米颗粒的直径为10nm时，纳米颗粒浓度大于或等于1016/cm3。
一般而言，至少80％(例如，至少85％)的纳米颗粒、通常90％(例如，至少95％)的纳米颗粒具有标称的纳米颗粒特性(例如，形状、尺寸和成分浓度)。
对于存在于成品光纤内并能够构成稀土之间的物理屏障的各纳米颗粒的基质，各纳米颗粒经受住光纤制造工艺条件(温度和应力)，这很重要。例如，本发明的方法的特定实施例包括，在通过浸透使纳米颗粒掺入多孔沉积物210之后并且在使该沉积物玻璃化之前，对纳米颗粒进行热致密(thermal densification)的步骤。沉积物210经受至少一小时温度大于1000℃的热处理，以增强纳米颗粒的结构。

Claims (29)

1.一种光纤，其从中心到外周依次包括：
中央纤芯(11)，用于传输和放大光信号，其中，所述中央纤芯(11)包括包含纳米颗粒的纤芯基质，所述纳米颗粒由包含稀土族离子形式的掺杂物的纳米颗粒基质构成；
包住所述中央纤芯(11)的光包层，用于限制所述中央纤芯(11)所传输的光信号，其中，所述光包层具有沿着所述光纤的长度延伸的多个孔(10)，所述孔(10)相互隔开一定的间距(Λ孔)；以及
外包层。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光包层包含重量浓度小于500ppm的氯，并且不包含重量浓度大于十亿分之一的其它杂质。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述光包层包含重量浓度小于100ppm的氯，并且不包含重量浓度大于十亿分之一的其它杂质。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光包层由纯二氧化硅制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤，其特征在于，所述孔(10)和所述中央纤芯(11)仅具有绕所述光纤的中心的π阶旋转对称性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤，其特征在于，所述间距(Λ孔)在2μm～10μm的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光纤，其特征在于，
所述孔(10)具有基本上为圆形的截面，并且所述孔(10)各自的直径(Φ孔)相对于所述间距(Λ孔)的比在0.3～0.9的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光纤，其特征在于，所述纤芯基质(11)由纯二氧化硅制成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光纤，其特征在于，所述中央纤芯(11)内的来自稀土族的所述掺杂物的重量浓度在200ppm～1000ppm的范围内，并且所述中央纤芯(11)内的纳米颗粒基质浓度在0.5wt％～5wt％的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光纤，其特征在于，在所述纳米颗粒中，所述纳米颗粒基质相对于来自稀土族的所述掺杂物的原子比在10～500的范围内，优选在50～350的范围内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光纤，其特征在于，所述纳米颗粒基质采用从氧化铝、二氧化硅或它们的组合中选择出的材料。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光纤，其特征在于，来自稀土族的所述掺杂物是从铒、镱、铥或者它们的组合中选择出的。
13.一种光学放大器，其包括根据权利要求1至12中任一项所述的光纤的至少一部分并且使用150mW～1.5W的范围内的泵浦功率。
14.根据权利要求13所述的光学放大器，其特征在于，所述光学放大器在C波段即1530nm～1560nm内的带宽在25nm～32nm的范围内。
15.一种光纤激光器，其包括根据权利要求1至12中任一项所述的光纤的至少一部分。
16.一种光纤初级预制件制造方法，包括以下步骤：
形成步骤(35)，用于形成包括掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的预制件组成部分(200)，其中，所述预制件组成部分(200)用于形成光纤的中央纤芯(11)；
制造多个毛细管(100)(36)；以及
使所述毛细管(100)排列成中心包括所述预制件组成部分(200)的毛细管束(38)。
17.根据权利要求16所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，用于形成光纤的中央纤芯(11)的所述预制件组成部分(200)是采用基于纯二氧化硅的材料制造的。
18.根据权利要求16或17所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述毛细管(100)包含重量浓度小于500ppm的氯，并且不包含重量浓度大于十亿分之一的其它杂质。
19.根据权利要求16或17所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述毛细管(100)包含重量浓度小于100ppm的氯，并且不包含重量浓度大于十亿分之一的其它杂质。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述毛细管(100)采用纯二氧化硅。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述形成步骤(35)包括以下步骤：
沉积步骤(30)，用于在管(210)的内表面上产生多孔沉积物，其中，所述多孔沉积物具有管状；
利用掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的悬浮液浸透所述多孔沉积物(31)；
使浸透后的所述多孔沉积物玻璃化(32)；
使包括所述管(210)和所述多孔沉积物的组合收拢(33)；以及
提取所述多孔沉积物(34)，其中，所述多孔沉积物构成用于形成光纤的中央纤芯(11)的所述预制件组成部分(200)。
22.根据权利要求21所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，经由改进的化学气相沉积即MCVD技术来进行所述沉积步骤(30)。
23.根据权利要求16至20中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述形成步骤(35)包括以下步骤：
形成包括掺杂有稀土族元素的纳米颗粒的棒；
使所述棒玻璃化；以及
使所述棒收拢，其中，所述棒构成用于形成光纤的中央纤芯(11)的所述预制件组成部分(200)。
24.根据权利要求23所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，经由溶胶-凝胶工艺来制造所述棒。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，用于制造所述多个毛细管(100)的步骤(36)包括以下步骤：
在管(110)的内表面上产生沉积物(20)，其中，所述沉积物具有管状；
提取该管状的沉积物(22)；以及
从该管状的沉积物拉制所述毛细管(100)(24)。
26.根据权利要求16至24中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，用于制造所述多个毛细管(100)的步骤(36)包括以下步骤：
在管(110)的内表面上产生沉积物(20)，其中，所述沉积物具有管状；以及
从内表面上具有所述沉积物的所述管(110)拉制所述毛细管(100)(24)。
27.根据权利要求25或26所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，经由等离子化学气相沉积即PCVD技术来执行用于产生所述沉积物的步骤(20)。
28.根据权利要求16至27中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述预制件组成部分(200)内的所述纳米颗粒的浓度在1016/cm3～1018/cm3的范围内。
29.根据权利要求16至28中任一项所述的光纤初级预制件制造方法，其特征在于，所述纳米颗粒基本上为球状，并且所述纳米颗粒的直径在5nm～25nm的范围内。
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