CN107065066A - 一种多包层石英光纤的结构 - Google Patents

一种多包层石英光纤的结构 Download PDF

Info

Publication number
CN107065066A
CN107065066A CN201710359327.1A CN201710359327A CN107065066A CN 107065066 A CN107065066 A CN 107065066A CN 201710359327 A CN201710359327 A CN 201710359327A CN 107065066 A CN107065066 A CN 107065066A
Authority
CN
China
Prior art keywords
refractive index
inner cladding
optical fiber
outsourcing
fibre core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710359327.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107065066B (zh
Inventor
韩帅
陈丹平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN201710359327.1A priority Critical patent/CN107065066B/zh
Publication of CN107065066A publication Critical patent/CN107065066A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107065066B publication Critical patent/CN107065066B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02395—Glass optical fibre with a protective coating, e.g. two layer polymer coating deposited directly on a silica cladding surface during fibre manufacture
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种多包层石英光纤的结构，该多包层石英光纤包括纤芯，内包层、外包玻璃层和涂敷层，拉制短光纤时，也可以不要涂敷层。与传统多包层石英光纤相比，该光纤分别将纤芯及内包层的折射率进行了一定的提高，并将传统外包层低折射率的涂覆胶包层替换为无掺杂的纯石英玻璃包层或掺氟、硼等的石英玻璃包层。该发明使得该种光纤在拉丝工艺上更加简捷，在抗老化和热传导等性能上更加优越，更适合高功率、高能量光纤激光器。

Description

一种多包层石英光纤的结构
技术领域
本发明涉及石英光纤技术领域，特别是一种多包层石英光纤的结构。
背景技术
稀土离子掺杂光纤激光器具有结构紧凑稳定、良好的散热性能，极好的模式性能和光束质量，吸引了世界各地科研院所的研究和关注，被认为是极具潜力的大功率高亮度激光器增益介质，在诸多领域都具有广泛的应用价值。
随着半导体激光器(LD)的不断发展，为光纤激光器提供了有效的泵浦源，使得光纤的输出功率不断地提高。传统的高功率光纤激光器的双包层光纤结构是由稀土掺杂的芯层，纯石英玻璃的内包层、低折射率的有机涂覆胶层和有机涂覆胶的外包层所组成。低折射率的有机涂覆胶层的功能主要是增加内包层的数值孔径，以利于泵浦光耦合进入纤芯。在功率不是很高的情况下这种胶可以满足使用条件，但当功率上升到一定程度时就会出现诸多问题。首先当功率较高时，光纤中光的强度包括紫外-可见发光上转换发光的强度会急剧上升，光纤的温度也会升高，同时这种涂覆胶的导热性能较差，光纤的温度也会升高。光纤在高功率状态下长时间工作后低折射率胶会逐渐老化、脱胶，导致光纤激光器的使用寿命大大降低；同时光纤的发热量更大，低折射率胶的散热差会导致光纤在高功率状态下产生模式不稳定现象。
发明内容
本发明针对上述现有石英光纤结构中存在的问题，提供了一种多包层石英光纤的结构，用于高功率光纤激光器。通过离子掺杂的方式将Al和稀土及过渡金属等发光活性离子掺入石英中制成光纤的纤芯，同样通过离子掺杂的方式将非发光活性离子掺入石英中制成光纤的内包层，使纤芯和内包层二者的折射率比纯石英玻璃都有一定的提高，重要的是将传统外包层低折射率的涂覆胶包层替换为无掺杂的纯石英包层或掺氟、硼的石英包层玻璃，形成石英玻璃外包层。
本发明的技术解决方案如下：
一种多包层石英光纤的结构，由内至外依次包括纤芯、内包层和外包玻璃层，所述的纤芯的横截面为圆形，所述的内包层的横截面为六边形，所述的外包玻璃层的横截面为圆形；
所述的纤芯的折射率为n1，由发光活性离子掺杂石英玻璃制成，其掺杂的离子为Al和稀土发光活性离子，或者过渡金属发光活性离子，该纤芯折射率n1比纯石英玻璃折射率高，且在633nm处的折射率值为1.46-1.48；
所述的内包层的折射率为n2，由非发光活性离子掺杂石英玻璃制成，该内包层折射率n2在633nm处的折射率值为1.46-1.48；
所述的外包玻璃层的折射率为n3，由纯石英玻璃、掺F的石英玻璃、掺B的石英玻璃或者掺F和B的石英玻璃制成，该外包玻璃层折射率n3在633nm处的折射率值为1.44-1.46；
所述的纤芯折射率n1≥内包层折射率n2＞外包玻璃层折射率n3，且纤芯数值孔径NA1在0～0.24，内包层数值孔径NA2在0.1～0.34。
在所述的外包玻璃层外还设有涂敷层。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)光纤在拉丝过程中不需要涂敷低折射率的有机涂层，使得该光纤在拉丝工艺上更加简捷；
2)有效提高光纤在产生高功率激光时的模式稳定性以及抗老化和耐高温等性能，使得这种光纤的使用寿命大幅度增加，使用的激光功率范围扩大。
附图说明
图1为本发明多包层石英光纤的结构示意图。
图中1为纤芯，2为内包层，3为石英玻璃外包层，4为涂敷层。
具体实施方式
以下结合附图和实施例就本发明做进一步阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。
本发明根据掺杂元素的不同使得其折射率和数值孔径不同的其中9个具体实施例，但本发明的折射率和数值孔径应包含权利中所列出范围内的所有值故不应以此限制本发明的保护范围。具体如下表所示：
表1：具体12个实施例的技术参数(其中折射率值均为633nm处)
实施例1：
将Al和一些稀土掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.48，同样通过掺杂的方式将一些可以提高折射率的非发光离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.48，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0，使用纯石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.46，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.24。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例2：
将过渡金属离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.48，同样通过掺杂的方式将一些可以提高折射率的非发光离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.48，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0，使用掺氟石英玻璃作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.44，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.34。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例3：
将Al、Y和Yb离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.48，同样通过掺杂的方式将Al和Y掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.47，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0.17，使用掺硼的石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.46，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.17。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例4：
将Al、La和Yb离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.48，同样通过掺杂的方式Al和Y离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.47，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0.17，使用掺氟石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.44，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.30。从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例5：
将Al、La和Yb离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.48，同样通过掺杂的方式将Al和La离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.46，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0.24，使用掺氟石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.44，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.24。从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例6：
将Al、Y和Nd离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.47，同样通过掺杂的方式将Al和Y离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.47，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0，使用纯石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.46，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.17。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例7：
将Al、Y和Yb离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.47，同样通过掺杂的方式将Al和Y离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.47，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0，使用掺氟石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.44，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.30。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例8：
将Al、La和Yb离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.47，同样通过掺杂的方式将Al和La离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.46，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0.17，使用掺氟石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.44，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.24。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。
实施例9：
将Al、La和Er离子掺入石英中制成光纤的纤芯，使其在633nm处的折射率值为1.46，同样通过掺杂的方式将Al和Ge离子掺入石英中制成光纤的内包层，使其在633nm处的折射率值为1.46，这样纤芯与内包层之间的数值孔径NA1为0，使用掺氟石英作为光纤的外包层，其在633nm处的折射率值为1.44，这样内包层与外包玻璃层之间的数值孔径NA2为0.24。光纤拉丝时再涂敷有机层保护光纤，从而得到适应于更大激光功率的多包层有源光纤。

Claims (2)

1.一种多包层石英光纤的结构，由内至外依次包括纤芯(1)、内包层(2)和外包玻璃层(3)，其特征在于，所述的纤芯(1)的横截面为圆形，所述的内包层(2)的横截面为六边形，所述的外包玻璃层(3)的横截面为圆形；
所述的纤芯(1)的折射率为n1，由发光活性离子掺杂石英玻璃制成，其掺杂的离子为Al和稀土发光活性离子，或者过渡金属发光活性离子，该纤芯折射率n1比纯石英玻璃折射率高，且在633nm处的折射率值为1.46-1.48；
所述的内包层(2)的折射率为n2，由非发光活性离子掺杂石英玻璃制成，该内包层折射率n2在633nm处的折射率值为1.46-1.48；
所述的外包玻璃层(3)的折射率为n3，由纯石英玻璃、掺F的石英玻璃、掺B的石英玻璃或者掺F和B的石英玻璃制成，该外包玻璃层折射率n3在633nm处的折射率值为1.44-1.46；
所述的纤芯折射率n1≥内包层折射率n2＞外包玻璃层折射率n3，且纤芯数值孔径NA1在0～0.24，内包层数值孔径NA2在0.1～0.34。
2.根据权利要求1所述的多包层石英光纤的结构，其特征在于，在所述的外包玻璃层(3)外还设有涂敷层(4)。
CN201710359327.1A 2017-05-19 2017-05-19 一种多包层石英光纤的结构 Active CN107065066B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710359327.1A CN107065066B (zh) 2017-05-19 2017-05-19 一种多包层石英光纤的结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710359327.1A CN107065066B (zh) 2017-05-19 2017-05-19 一种多包层石英光纤的结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107065066A true CN107065066A (zh) 2017-08-18
CN107065066B CN107065066B (zh) 2019-10-18

Family

ID=59610414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710359327.1A Active CN107065066B (zh) 2017-05-19 2017-05-19 一种多包层石英光纤的结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107065066B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110544865A (zh) * 2019-09-02 2019-12-06 华中科技大学 一种非圆环内包层耦合纤芯光纤
CN113156577A (zh) * 2021-03-03 2021-07-23 山东大学 一种新型三包层远距离传输闪烁晶体衍生光纤
CN115611508A (zh) * 2022-10-24 2023-01-17 中国航天三江集团有限公司 用于抑制模式不稳定效应的稀土掺杂光纤及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1402028A (zh) * 2002-09-06 2003-03-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 稀土元素掺杂的玻璃双包层光纤及其制备方法
CN101657943A (zh) * 2007-08-28 2010-02-24 株式会社藤仓 稀土掺杂纤芯多包层光纤、光纤放大器和光纤激光器
US20140009822A1 (en) * 2006-09-20 2014-01-09 Imra America, Inc. Rare earth doped and large effective area optical fibers for fiber lasers and amplifiers
CN104865634A (zh) * 2015-06-11 2015-08-26 长飞光纤光缆股份有限公司 一种掺镱光纤及其制备方法
CN105826798A (zh) * 2015-01-26 2016-08-03 恩耐公司 高功率单模纤维源

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1402028A (zh) * 2002-09-06 2003-03-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 稀土元素掺杂的玻璃双包层光纤及其制备方法
US20140009822A1 (en) * 2006-09-20 2014-01-09 Imra America, Inc. Rare earth doped and large effective area optical fibers for fiber lasers and amplifiers
CN101657943A (zh) * 2007-08-28 2010-02-24 株式会社藤仓 稀土掺杂纤芯多包层光纤、光纤放大器和光纤激光器
CN105826798A (zh) * 2015-01-26 2016-08-03 恩耐公司 高功率单模纤维源
CN104865634A (zh) * 2015-06-11 2015-08-26 长飞光纤光缆股份有限公司 一种掺镱光纤及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110544865A (zh) * 2019-09-02 2019-12-06 华中科技大学 一种非圆环内包层耦合纤芯光纤
CN110544865B (zh) * 2019-09-02 2021-06-08 华中科技大学 一种非圆环内包层耦合纤芯光纤
CN113156577A (zh) * 2021-03-03 2021-07-23 山东大学 一种新型三包层远距离传输闪烁晶体衍生光纤
CN115611508A (zh) * 2022-10-24 2023-01-17 中国航天三江集团有限公司 用于抑制模式不稳定效应的稀土掺杂光纤及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107065066B (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110651209B (zh) 多包层光纤
EP1708971B1 (en) Double clad optical fiber with rare earth metal doped glass core
Yu et al. Ce-Tb-Mn co-doped white light emitting glasses suitable for long-wavelength UV excitation
CN107065066B (zh) 一种多包层石英光纤的结构
Fujita et al. Glass‐ceramics and solid‐state lighting
Khudyakov et al. Single-mode large-mode-area Er–Yb fibers with core based on phosphorosilicate glass highly doped with fluorine
US11780768B2 (en) Photodarkening-resistant ytterbium-doped quartz optical fiber and preparation method therefor
US5282079A (en) Optical fibre amplifier
AU2020101195A4 (en) An ultra-wideband high gain multi-core fiber light source
Yeh et al. Broadband chromium-doped fiber amplifiers for next-generation optical communication systems
CN206422378U (zh) 一种基于倾斜光纤光栅的大功率随机光纤激光器
Zhang et al. Design of a few-mode erbium-ytterbium co-doped polymer optical waveguide amplifier with low differential modal gain
WO2005108319A1 (en) Glass for optical amplifier fiber
CN109494554A (zh) 一种中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器
CN115419847B (zh) 光导发光照明系统
US6724972B2 (en) Silicate waveguide compositions for extended L-band and S-band amplification
CN106549292A (zh) 一种基于倾斜光纤光栅的大功率随机光纤激光器
CN209081736U (zh) 方型芯光纤
CN105842779A (zh) 一种掺铒光子晶体光纤
CN102401933A (zh) 一种全掺杂光子晶体光纤及其制备方法
Zhang et al. Color variation of the up-conversion luminescence in Er 3+-Yb 3+ co-doped lead germanate glasses and microsphere integrated devices
Sugiyama et al. Suppression of photo‐darkening effect by Ca additive in Yb‐doped silica glass fibre
Xu et al. Modeling of tunable luminescence in multiple rare earth co-doped glasses
Paul et al. A new class of erbium doped optical fiber for high power optical amplifier
CN1257429C (zh) 半导体薄膜内包层放大光纤及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant