CN103601364B - 成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法及掺铋石英光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，包括以下步骤：(1)反应管抛光去杂质；(2)预制棒包层沉积；(3)预制棒纤芯沉积；(4)液相掺杂；(5)汽相辅助掺杂和预制棒熔缩成棒；(6)将步骤(5)制备完成的预制棒在拉丝塔上拉制成掺铋石英光纤。本发明通过在光纤制备过程中引入补偿铋的化合物和还原气氛，能够有效控制掺铋石英光纤的纤芯成分，以及能够有效控制掺铋石英光纤中铋离子价态，进而提高掺铋石英光纤的荧光强度和激光性能。本发明还同时提供了一种掺铋石英光纤。
Description
技术领域
本发明涉及光纤领域，特别涉及一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法及掺铋石英光纤。
背景技术
任何光纤通信系统的传输距离都受光纤损耗和色散的限制，为了实现光信号的长距离传输，必须增加一个再生中继器，通常使用光纤放大器作为再生中继器。光纤放大器主要包括三个部分：半导体泵浦源、掺杂光纤、波长选择耦合器。
20世纪80年代末到90年代初研制成功的掺铒光纤放大器(EDFA)极大的推动了波分复用技术(WDM)的广泛使用，有效的增加了光纤通信中信号的传输容量和速度，使现代光通信网路获得了飞速发展。然而随着互联网越来越普及，呈指数增长的数据量对信号的传输容量的要求也越来越高，以EDFA为中继的光纤通信系统将很难满足未来人们的需求，未来的光纤通信系统需要更高的光增益和更宽的增益带宽，因此新型宽带光纤放大器的研制对光纤通信系统具有重大的意义。
掺铋材料在1000-1700nm的超宽带近红外发光最早在1999年由日本大阪大学的Murata和Fujimoto等人在掺铋石英玻璃中发现。2003年该研究小组又在铋铝共掺的纯石英玻璃中发现了铋的宽带发光，荧光覆盖1000-1600nm波段，并详细地讨论了其光谱性质和发光机理。同年，该研究小组用铋铝共掺纯石英玻璃，在808nm泵浦的情况下，实现了1300nm信号光的放大。
虽然从上述玻璃中实现了1300nm信号光的放大，但是玻璃很难使用在光纤通信系统中，必须制备成掺铋光纤才能够与光纤通信系统实现简单对接。最早的掺铋光纤在2005年由俄罗斯V.V.Dvoyrin等人制备成功(参见V.V.Dvoyrin，V.M.Mashinsky，etal.，Absorption，fluorescenceandopticalamplificationinMCVDbismuth-dopedsilicaglassopticalfibers，2005.)，同年日本T.Haruna等人也制备成功了掺铋光纤(参见T.Haruna，M.Kakui，etal.，Silica-BasedBismuth-DopedFiberforUltraBroadBandLightSourceandOpticalAmplificationaroundat1.1mm，2005.)。
到目前为止，从大量的报导中可以得知掺铋光纤的激光性能，但掺铋材料的近红外荧光的发光机理依然还存在争论，还没有一个真正确凿的证据能够证明掺铋材料的近红外荧光的活性中心。国内外将其活性中心归结为Bi+，Bi5+，Bi团簇甚至负价Bi二聚体，但越来越多的实验表明铋的近红外发光中心源自于低价态铋离子而并非高价态的铋离子，而在掺铋玻璃中引入还原性物质如Si，Al，C等，能明显增强掺铋玻璃的近红外发光。
从掺铋玻璃的研究中可以得知，在合适泵浦源的情况下，掺铋玻璃的近红外荧光强度随着铋离子浓度的增加，呈先增加后减少的趋势，存在一个最佳掺杂浓度。
N.Dai等人研究了在808nm和976nm泵浦情况下，掺铋铝硅酸盐玻璃的近红外荧光强度随铋离子浓度的增加而发生的变化趋势。他们发现铋离子浓度2.0-2.5mol％是一个最佳浓度，当铋离子浓度小于这个值时，随着铋离子的浓度的增加，荧光强度增加；当铋离子浓度大于这个值时，随着铋离子浓度的增加，荧光强度反而降低。(参见N.Dai，B.Xu，etal.，EffectofYb3+concentrationonthebroadbandemissionintensityandpeakwavelengthshiftinYb／Biionsco-dopedsilica-basedglasses.OptExpress，2010.)
同样，X.Meng等人也研究了掺铋硼酸盐玻璃体系中，铋离子浓度对荧光强度的影响。他们得到2mol％是铋离子的一个最佳掺杂浓度，掺铋硼酸盐玻璃在这个浓度时，荧光强度最强，并且此时1272nm处的荧光寿命也是最大的。(参见X.Meng，J.Qiu，etal.，Infraredbroadbandemissionofbismuth-dopedbarium-aluminum-borateglasses.OptExpress，2005.)
我们可以预见在掺铋光纤中，铋离子同样存在一个最佳浓度。俄罗斯V.V.Dvoyrin等人比较了不同铋离子掺杂浓度的石英光纤的吸收、增益、激光性能，他们发现不同铋离子掺杂浓度情况下的掺铋石英光纤性能存在很大区别，甚至于光纤中铋离子的掺杂浓度必须在一定范围，才适合用来产生近红外激光。
在掺铋石英光纤的制备过程中，使用传统改进的化学汽相沉积法(MCVD)和溶液掺杂的方法，由于铋离子化合物非常容易挥发，最后得到的掺铋光纤的掺杂浓度非常不容易控制，掺杂浓度也一般偏低。公开号为CN101351934A的发明专利《在1000-1700NM的波长范围工作的放大光纤，其制备方法和纤维激光器》中提出了很多种制备掺铋光纤的方法，这些方法都是制备掺杂光纤常见的方法，但并没有提出能够具体控制石英光纤铋离子浓度的方法。公开号为CN101253426A的发明专利《光学装置及其制造方法》提出了一种制备含铋玻璃体以及光纤的方法，但同样没有涉及能够有效控制铋离子浓度的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，该制备方法能够有效控制掺铋石英光纤的纤芯成分，以及能够有效控制掺铋石英光纤中铋离子价态；本发明还同时提供了一种采用上述制备方法制备的掺铋石英光纤。
本发明采用的技术方案为：
一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质；向纯石英反应管内部通入氟化物气体并加热，对反应管内壁进行腐蚀；
(2)预制棒包层沉积；向纯石英反应管内部通入体积比为1：4的四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积；沉积完成后，保持纯石英反应管的温度在1930-2000℃，对反应管进行抛光处理；
(3)预制棒纤芯沉积；向纯石英反应管内通入体积比为1：1：4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，在1600-1700℃的温度下进行纤芯沉积，得到疏松的粉状结构；
(4)液相掺杂；将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管内，放置2-4个小时；所述标准溶液中包含铋离子和铝离子；
(5)汽相辅助掺杂和预制棒熔缩成棒；将纯石英反应管从标准溶液中取出，并将纯石英反应管的进气端连接到化合物高温蒸发设备，以蒸气的形式向纯石英反应管内补偿铋化合物，所述铋化合物的沸点在100-500℃；所述铋化合物为三价铋或四价铋的氯化物；
同时向纯石英反应管内通入流量为50-80sccm的氯气、流量为20-50sccm的氦气和流量为40-70sccm的氧气，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒，得到预制棒；
(6)将步骤(5)制备完成的预制棒在拉丝塔上拉制成掺铋石英光纤。
进一步的，步骤(4)中所述标准溶液中包含有能够与氧气反应的还原剂。
进一步的，所述还原剂为高纯硅粉或蔗糖。
本发明提供了另一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质；向纯石英反应管内部通入氟化物气体并加热，对反应管内壁进行腐蚀；
(2)预制棒包层沉积；向纯石英反应管内部通入体积比为1：4的四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积；沉积完成后，保持纯石英反应管的温度在1930-2000℃，对反应管进行抛光处理；
(3)预制棒纤芯沉积；向纯石英反应管内通入体积比为1：1：4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，在1600-1700℃的温度下进行纤芯沉积，得到疏松的粉状结构；
(4)液相掺杂；将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管内，放置2-4个小时；所述标准溶液中包含铋离子、铝离子和还原剂；
(5)预制棒熔缩成棒；将纯石英反应管从标准溶液中取出，向纯石英反应管内通入流量为50-80sccm的氯气、流量为20-50sccm的氦气和流量为40-70sccm的氧气，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒，得到预制棒；
(6)将步骤(5)制备完成的预制棒在拉丝塔上拉制成掺铋石英光纤。
进一步的，步骤(5)中预制棒熔缩成棒进行的同时还进行汽相辅助掺杂，即将纯石英反应管的进气端连接到化合物高温蒸发设备，以蒸气的形式向纯石英反应管内补偿铋化合物，所述铋化合物的沸点在100-500℃；所述铋化合物为三价铋或四价铋的氯化物。
进一步的，所述还原剂为高纯硅粉或蔗糖。
本发明还同时提供了一种掺铋石英光纤，包括纤芯、包层和保护层，其特征在于，所述纤芯以二氧化硅为基质，纤芯的掺杂物包含铋离子和共掺杂剂铝离子，所述铋离子的浓度为3000ppm～10000ppm，所述铋离子与共掺剂铝离子的摩尔百分比为1：0.7～1：2.33。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明使用溶液掺杂为主、汽相辅助掺杂的方法，克服了传统制备方法中铋离子容易挥发，纤芯中铋离子浓度不高的问题，能够比较容易的控制掺铋石英光纤中的掺杂浓度，获得掺铋石英光纤中铋离子的最佳浓度；并能够获得高浓度铋离子掺杂的石英光纤。
2、由于铋化合物的挥发速度与温度有关，而挥发物随着纯石英反应管内气流流动，因此本发明通过控制纯石英反应管内气体的流量和加热装置温度，可以实现不同浓度的铋离子掺杂。
3、本发明中采用蔗糖或硅粉作为还原性物质，在进行缩棒的过程中，蔗糖或硅粉与氧气反应，形成一种还原气氛，改变了纤芯形成时铋离子周围环境，可以降低降低铋离子价态，有效提高掺铋石英光纤中铋离子近红外活性中心的浓度。
4、采用本发明所述方法制备的纤芯不同成分的掺铋石英光纤，对于优化掺铋石英光纤纤芯的组成具有很大的作用，可以加快掺铋石英光纤应用到光纤通信中的步伐。
附图说明
图1为传统MCVD设备的结构示意图；
图2为连接了化合物高温蒸发设备的MCVD设备的结构示意图；
图3为内包层为八边形的掺铋石英光纤的截面及折射率分布图；
图4为三种不同掺杂浓度铋掺杂石英光纤折射率剖面图；
图5为三种不同掺杂浓度铋掺杂石英光纤荧光强度图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于说明理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了实现汽相辅助掺杂，本发明所述的成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法采用了改进的MCVD设备(如图2所示)，即在传统MCVD设备(如图1所示)的基础上增加一化合物高温蒸发设备来实现的。本发明改进的MCVD设备是将图1中固定在旋转装置14上的尾管15改换成一套化合物高温蒸发设备，所述化合物高温蒸发设备与纯石英反应管16的左进气端相连。所述化合物高温蒸发设备包括高温质量流量计19、酒精喷灯20和石英容器管21，石英容器21取代原来装置上的尾管15，固定在旋转装置14上并与纯石英反应管16相连接，高温质量流量计19探头固定在石英容器21内，酒精喷灯20设置在石英容器21的下方，用于提供热源。
实施例一：
一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质：向本发明改进的MCVD设备的纯石英反应管16内部通入六氟化硫气体，对纯石英反应管16内壁进行腐蚀，消除杂质离子影响。其中，所述六氟化硫气体流量为50sccm。
(2)预制棒包层沉积：以氧气11向四氯化硅气瓶12鼓泡的方式向纯石英反应管16内部通入体积比为1：4的四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积，保持氢氧焰17的温度1700℃，以100mm／min的速度沿轴向沉积3次；之后保持氢氧焰17温度为2000℃，沿轴向快速移动对包层进行抛光处理。
(3)预制棒纤芯沉积：以氧气11同时向四氯化硅气瓶12和四氯化锗13鼓泡的方式向向纯石英反应管16内通入体积比为1：1：4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，进行纤芯沉积；这个过程需要保持氢氧焰17温度1600℃，从而得到疏松的粉状结构。
(4)液相掺杂：取下形成了疏松层的纯石英反应管，使用蒸馏水配置铋离子和铝离子(摩尔比为1：2)的标准溶液，在标准溶液中滴入10ml的盐酸促进铋离子和铝离子的溶解度，在标准溶液中加入3g不含有其它任何杂质的高纯纳米硅粉作为还原剂，将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管内，放置2个小时。
其中，疏松层对掺杂离子的吸附量是溶液中掺杂离子的摩尔质量和吸附率的乘积，所述标准溶液需要根据所设计的掺铋光纤中铋离子浓度，以及疏松层分别对铋离子的吸附率(0.5％-0.8％)和铝离子的吸附率(0.6％-0.9％)来配置。具体如何配置标准溶液为本领域的现有技术，在此不再赘述。
所述还原剂要求其在下一步过程中能够被充分氧化，并且在氧化后不引入其他杂质离子(比如K，Ca，Na等杂质离子)。
(5)预制棒熔缩成棒；将浸泡过标准溶液的纯石英反应管16再次安装到如图2所示的设备上，控制纯石英反应管16内氯气流量为50sccm、氧气流量为20sccm、氦气流量为40sccm，保持氢氧焰17温度为1980℃，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒。
(6)将制备完成的预制棒打磨成规则的八边形，最后在拉丝塔上拉制成内包层为八边形的双包层掺铋石英光纤，结构如图3所示，纤芯7的组成为二氧化硅基质、有源离子铋离子以及共掺剂铝离子，纤芯7的折射率n1为1.4666，内包层8的组成为纯石英，内包层8的折射率n2为1.459；外包层9为低折射率的聚合物涂料，外包层9的折射率n3为1.37；涂覆层10为高折射率的聚合物涂料，涂覆层10的折射率n4为1.49。纤芯中铋离子浓度约为3000ppm，铝离子浓度约为7000ppm，所述铋离子与共掺剂铝离子的摩尔百分比为1：2.33。
实施例二：
一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质：向本发明改进的MCVD设备的纯石英反应管16内部通入六氟化硫气体，对纯石英反应管16内壁进行腐蚀，消除杂质离子影响。其中，所述六氟化硫气体流量为50sccm。
(2)预制棒包层沉积：以氧气11向四氯化硅气瓶12鼓泡的方式向纯石英反应管内部通入体积比为1：4四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积，保持氢氧焰17温度1700℃，以100mm／min的速度沿轴向沉积3次，保持氢氧焰17温度为1930℃，沿轴向快速移动对包层进行抛光处理。
(3)预制棒纤芯沉积：以氧气11同时向四氯化硅气瓶12和四氯化锗13鼓泡的方式向纯石英反应内通入体积比为1：1：4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，进行纤芯沉积。这个过程需要保持氢氧焰17温度1630℃，从而得到疏松的粉状结构。
(4)液相掺杂：取下形成了疏松层的纯石英反应管，使用蒸馏水配置铋离子和铝离子(摩尔比为1：2)的标准溶液，在标准溶液中滴入10ml的盐酸促进铋离子和铝离子的溶解度，将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管内，放置2个小时。
(5)汽相掺杂和预制棒熔缩成棒：将浸泡过溶液的纯石英反应管再次安装到如图2所示的MCVD设备上，将纯石英反应管16的进气端连接到化合物高温蒸发设备，在石英容器管21内放置5g氯化铋，通过高温质量流量计19控制管内氯气流量为60sccm、氧气流量为30sccm、氦气流量为50sccm，打开酒精喷灯20，控制火焰温度为500℃，打开氢氧焰17，保持氢氧焰17温度为1980℃，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒。
(6)将制备完成的预制棒打磨成规则的八边形，最后在拉丝塔上拉制成内包层为八边形的双包层掺铋石英光纤，纤芯7的组成为二氧化硅基质、有源离子铋离子以及共掺剂铝离子，折射率n1为1.4953，内包层8的组成为纯石英，折射率n2为1.4569；外包层9为低折射率的聚合物涂料，折射率n3为1.37；涂覆层10为高折射率的聚合物涂料，折射率n4为1.49。
本实施例通过控制铋化合物(氯化铋)的挥发速度，以及石英容器管21内气体流动的速度获得了纤芯铋离子浓度为7000ppm，铝离子浓度为7000ppm的掺铋石英光纤，所述铋离子与共掺剂铝离子的摩尔百分比为1：1。
实施例三：
一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质：：向本发明改进的MCVD设备的纯石英反应管16内部通入六氟化硫气体，对纯石英反应管16内壁进行腐蚀，消除杂质离子影响。其中，所述六氟化硫气体流量为50sccm。
(2)预制棒包层沉积：以氧气11向四氯化硅气瓶12鼓泡的方式向纯石英反应管内部通入体积比为1：4四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积，保持氢氧焰温度1700℃，以100mm／min的速度沿轴向沉积3次，保持氢氧焰17温度为2000℃，沿轴向快速移动对包层进行抛光处理。
(3)预制棒纤芯沉积：以氧气11同时向四氯化硅气瓶12和四氯化锗13鼓泡的方式向纯石英反应内通入体积比为1：1：4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，进行纤芯沉积。这个过程需要保持氢氧焰17温度1700℃，从而得到疏松的粉状结构。
(4)液相掺杂：取下形成了疏松层的纯石英反应管，使用蒸馏水配置铋离子和铝离子(摩尔比为1：2)的标准溶液，在标准溶液中滴入10ml的盐酸促进铋离子和铝离子的溶解度，在溶液中加入1g蔗糖，搅拌，加速蔗糖的溶解。将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管16内，放置4个小时。
(5)汽相掺杂和预制棒熔缩成棒：将浸泡过溶液的纯石英反应管16再次安装到如图2所示的改进的MCVD设备上，将纯石英反应管16的进气端连接到化合物高温蒸发设备，在石英容器21处放置5g硝酸铋，控制管内氯气流量为80sccm、氧气流量为50sccm、氦气流量为70sccm，打开酒精喷灯20，控制设备温度为500℃，打开氢氧焰17，保持氢氧焰17温度为1980℃，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒。
(6)将制备完成的预制棒打磨成规则的八边形，最后在拉丝塔上拉制成内包层为八边形的双包层掺铋石英光纤，纤芯7的组成为二氧化硅基质、源离子铋离子以及共掺剂铝离子，折射率n1为1.4957，内包层8的组成为纯石英，折射率n2为1.4569；外包层9为低折射率的聚合物涂料，折射率n3为1.37；涂覆层10为高折射率的聚合物涂料，折射率n4为1.49。
该实施例所述的掺铋石英光纤在液相掺杂时，在溶液中加入适量蔗糖，形成还原性气氛，然后利用汽相辅助掺杂。通过多种方法配合使用，最后获得了纤芯铋离子浓度为10000ppm，铝离子浓度为7000ppm的掺铋石英光纤，所述铋离子与共掺剂铝离子的摩尔百分比为1：0.7。
三种不同掺杂浓度的掺铋石英光纤预制棒剖面的折射率分布如图4所示，由于含铋化合物在高温下很容易挥发，只用液相掺杂技术制备的掺铋光纤中心会出现比较大的凹陷，且中心掺杂浓度较低。采用液相掺杂为主，汽相辅助掺杂的方法，能够有效的消除了中心凹陷的问题，并且实现纤芯较高浓度掺杂，在实施过程中我们通过改变化合物蒸发设备的温度，以及反应管内各种气体的流量，可以实现多种不同浓度的掺杂。在液相和汽相复合掺杂的基础上，加入合适的还原剂，可以在纤芯形成时在铋离子周围产生还原性环境，能够降低纤芯中铋离子的价态，从而增加纤芯中铋离子活性中心的浓度。三种不同浓度掺铋光纤在相同泵浦功率情况下的荧光强度如图5所示，只用传统MCVD技术加液相掺杂制备的掺铋光纤虽然利用疏松层的吸附作用加入了具有还原性作用的高纯硅粉，降低了纤芯中铋离子的价态，但由于铋化合物的易挥发性，纤芯中铋离子掺杂浓度并不高，荧光强度相对较弱；在原有液相掺杂的基础上，增加汽相辅助掺杂设备，尽管铋化合物具有挥发性，但可以通过汽相辅助掺杂设备得到充分补偿，使纤芯中铋离子浓度得到了一定程度的增加；在液相和汽相复合掺杂的基础上，利用疏松层的吸附作用，加入具有还原性作用的蔗糖，在使纤芯中铋离子获得较高浓度的掺杂的同时，又降低了纤芯中铋离子的价态，使纤芯中铋离子近红外发光活性中心浓度增加，使掺铋光纤的荧光强度获得显著增强。从而我们获得了不同掺杂浓度的掺铋石英光纤。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质；向纯石英反应管内部通入氟化物气体并加热，对反应管内壁进行腐蚀；
(2)预制棒包层沉积；向纯石英反应管内部通入体积比为1:4的四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积；沉积完成后，保持纯石英反应管的温度在1930-2000℃，对反应管进行抛光处理；
(3)预制棒纤芯沉积；向纯石英反应管内通入体积比为1:1:4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，在1600-1700℃的温度下进行纤芯沉积，得到疏松的粉状结构；
(4)液相掺杂；将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管内，放置2-4个小时；所述标准溶液中包含铋离子和铝离子；
(5)汽相辅助掺杂和预制棒熔缩成棒；将纯石英反应管从标准溶液中取出，并将纯石英反应管的进气端连接到化合物高温蒸发设备，以蒸气的形式向纯石英反应管内补偿铋化合物，所述铋化合物的沸点在100-500℃；所述铋化合物为三价铋或四价铋的氯化物；
同时向纯石英反应管内通入流量为50-80sccm的氯气、流量为20-50sccm的氦气和流量为40-70sccm的氧气，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒，得到预制棒；
(6)将步骤(5)制备完成的预制棒在拉丝塔上拉制成掺铋石英光纤。
2.根据权利要求1所述的成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述标准溶液中包含有能够与氧气反应的还原剂。
3.根据权利要求2所述的成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，其特征在于，所述还原剂为高纯硅粉或蔗糖。
4.一种成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)反应管抛光去杂质；向纯石英反应管内部通入氟化物气体并加热，对反应管内壁进行腐蚀；
(2)预制棒包层沉积；向纯石英反应管内部通入体积比为1:4的四氯化硅和氧气的混合气体，进行包层沉积；沉积完成后，保持纯石英反应管的温度在1930-2000℃，对反应管进行抛光处理；
(3)预制棒纤芯沉积；向纯石英反应管内通入体积比为1:1:4的四氯化硅、四氯化锗和氧气的混合气体，在1600-1700℃的温度下进行纤芯沉积，得到疏松的粉状结构；
(4)液相掺杂；将标准溶液倒入沉积完纤芯的纯石英反应管内，放置2-4个小时；所述标准溶液中包含铋离子、铝离子和还原剂；
(5)预制棒熔缩成棒；将纯石英反应管从标准溶液中取出，向纯石英反应管内通入流量为50-80sccm的氯气、流量为20-50sccm的氦气和流量为40-70sccm的氧气，沿轴向对纯石英反应管进行缩棒，得到预制棒；
(6)将步骤(5)制备完成的预制棒在拉丝塔上拉制成掺铋石英光纤。
5.根据权利要求4所述的成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，其特征在于，步骤(5)中预制棒熔缩成棒进行的同时还进行汽相辅助掺杂，即将纯石英反应管的进气端连接到化合物高温蒸发设备，以蒸气的形式向纯石英反应管内补偿铋化合物，所述铋化合物的沸点在100-500℃；所述铋化合物为三价铋或四价铋的氯化物。
6.根据权利要求4所述的成分和价态可控的掺铋石英光纤制备方法，其特征在于，所述还原剂为高纯硅粉或蔗糖。
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