CN1038029C - 改性掺铒石英光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及掺杂石英光纤,是在掺铒光纤中掺杂了主族两性元素如铅或镓,从而改变了掺铒石英光纤的荧光光谱,不仅使光谱展宽,而且使主荧光峰位于1.55μm附近,更适用于工作在1.53μm-1.56μm的各种光纤器,在光通信及光电子技术领域有着重要的应用前景。
Description
本发明涉及掺杂石英光纤,特别是掺加了主族两性元素的掺铒石英光纤。
掺铒石英光纤的荧光波长在1.55μm附近,恰好位于光纤通信的第三窗口,用它制成的光纤放大器具有高速、大容量、高增益、低噪声等突出优点。
在SiO2基质中铒离子的基态能级及亚稳态能级的stark分裂,对应于4I15/2→4I11/2的粒子跃迁,在掺铒石英光纤中于1.55μm附近产生一个不规则的荧光光谱带,其主荧光峰位于1.535μm,仍然偏离光纤的最低损耗波长1.55μm,且峰宽仅12nm(参见附图1及附图2中的曲线A),尽管用此种光纤制成的光纤放大器可以工作于1.55μm波长,但这是以牺牲泵浦效率为代价的。另一方面,由于谱宽过窄,在光纤放大器中信号光源波长稍微偏离主荧光峰都会严重影响增益系数。因此,出于光纤器件的要求,人们希望掺铒石英光纤在1.55μm附近具有平坦且展宽的荧光谱带,影响铒离子的能级进而改变掺铒光纤的荧光光谱,主要取决于铒离子周围的局部环境。人们发现,以铝硅酸盐为基质的光纤,如SiO2-Al2O3-P2O5和SiO2-Al2O3-GeO2系统的玻璃,可以得到一个更宽的荧光谱,谱宽约30nm。但遗憾的是主荧光峰位于1.529μm,向短波长迁移约6nm。
本发明的目的在于研制一种改性的掺铒石英光纤,以使其光谱展宽,且主荧光峰更接近于1.55μm。
本发明是在掺铒石英光纤中再掺入主族两性元素,如Ga或Pb等离子,即在配方中采用SiO2-PbO或SiO2-GaO2系统玻璃,其中氧化铅或氧化镓在铒光纤中的重量百分比含量为0.5~10%,本发明所述光纤的配方为:
SiO2 82~97%
GeO2 2~8%
主族两性元素的氧化物 0.5~10%
Er2O3 0.01~0.1%
其中所述的主族两性元素氧化物指氧化铅或氧化镓。
附图1为掺铅的铒光纤与未掺铅的铒光纤的荧光光谱比较。
附图2为掺镓的铒光纤与未掺镓的铒光纤的荧光光谱比较。
光纤预制棒采用MCVD法制备,离子掺杂采用溶液浸渍法。首先在石英管上用MCVD法沉积低折射率包层(SiO2-P2O5-F玻璃),然后降低温度至约1100℃沉积芯层(SiO2-GeO2玻璃),使芯层形成未烧结的多孔疏松层,从玻璃车床上取下沉积管,将其置于同时有铒离子和主族两性元素离子(如铅离子或镓离子)的水溶液或乙醇溶液中,使疏松层的孔隙充分吸收掺杂离子溶液,取出,干燥后将沉积管重新置于车床上,向管中通入氯气,在约600℃的高温下进行脱羟处理,随后烧结芯层,熔缩成预制棒。再采用常规方法拉丝成光纤。若所述主族两性元素离子为铅离子,则制成纤芯基质为SiO2-PbO-GeO2玻璃的掺铒光纤,其主要性能参数为:数值孔径0.18,芯径6.2μm,外径125μm,氧化铅含量的重量百分比为5%,氧化锗含量为2.5%,Er2O3为0.02%,其荧光光谱见附图1的曲线B,主荧光峰位于1.55μm,谱带宽度28nm。若所述主族两性元素离子为镓离子,则制成纤芯基质为SiO2-GaO-GeO2玻璃的掺铒光纤,其主要性能参数为:数值孔径0.14,芯径6.8μm,外径125μm,氧化镓含量的重量百分比为3%,氧化锗含量为2.5%,Er2O3为0.02%,其荧光光谱见附图2的曲线B,主荧光峰位于1.557,谱宽40μm。
本发明所制备的改性掺铒石英光纤具有展宽的更接近于1.55μm的荧光光谱。因此,更适用于工作在1.53μm-1.56μm的各种光纤器,作光纤激光器,光纤放大器或光纤传感器,如可用该光纤制成窄带可调谐激光信号源,制成具有较平坦的增益谱带的光纤放大器,这对应用WDM波分复用技术至关重要。因此,该光纤在光通信及光电子技术领域有着重要的应用前景。
Claims (1)
1.一种改性掺铒石英光纤,其特征在于:其配方为:
SiO2 82~97%
GeO2 2~8%
Er2O3 0.01~0.1%
铅离子或镓离子 0.5~10%
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