CN108254827B - 一种有源无源一体化的光纤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种有源无源一体化的光纤及其制作方法，该有源无源的一体化光纤的纤芯包括有源材料纤芯和无源材料纤芯，或者不同有源材料纤芯，或者多个相同有源材料纤芯，其不同的纤芯之间的结合免熔接，从而从根本上杜绝了熔接带来的一系列问题，其制作方法为将多个芯棒放入包层玻璃管得到预制棒，其相互之间完全贴合，然后将预制棒放入炉内升温并保温，温度不低于芯棒玻璃材料的软化温度但低于预制棒的拉丝温度，使得不同芯棒之间以及芯棒和包层玻璃管之间融合，最后对预制棒拉丝制成有源无源一体化的光纤。

Description

一种有源无源一体化的光纤及其制备方法

技术领域

本发明设计一种光纤及其制备方法，特别是涉及光纤激光领域的有源无源一体化的光纤及其制备方法。

背景技术

有源光纤是指光纤纤芯中掺杂了稀土离子，可用于光纤激光的产生，无源光纤是指纤芯中未掺杂稀土离子的光纤，一般用来传导激光。当前光纤激光器和放大器领域，都是通过有源光纤产生激光或放大之后通过无源光纤导出，两种光纤都是通过光纤熔接机器焊接进行连接，一般还需采用特殊的保护装置对熔接点进行保护。所以有源光纤和无源光纤的熔接质量对光纤的传输效率、整个激光器的稳定性都有很大的作用。此前，由于两种光纤内部的掺杂不同，导致两种光纤对热量的吸收不一致，难以实现熔接的平滑过渡，同时熔接点的有源光纤部分存在激光的吸收和激发。

目前对光纤熔接点的处理，一般两种：通信光纤上焊接点常用带有不锈钢针的热缩管整个把光纤的剥除部分和熔接部分包裹，实现熔接点的固定和避免弯曲以及除尘作用，然而当用在高功率的光纤激光器时该封装方式容易发热。另一种封装方式常用于高功率有源光纤，采用光纤涂覆的方式对整个剥除区域和熔点涂低折射率的光学胶，采用紫外光固化。该封装方式可以保证整个熔接剥除区域隔绝空气，低折射率胶一定程度上减少了焊点的溢出光，如专利CN201710431701就是一种对熔接点保护装置。然而实际使用时光学胶长期使用容易老化，并且容易吸收泄露光发热，尤其是在较高功率的激光器中，焊点部分容易烧毁。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出一种有源无源一体化的光纤，及其制作方法。该光纤的制作方法直接避免了光纤的熔接，从而从根本上杜绝了熔接带来的一系列的问题。

所述有源无源一体化的光纤，其结构包括中间的纤芯、包层以及涂覆层，包层包裹在纤芯外，涂覆层包裹在包层外，为光纤的外表面。

所述有源无源一体化的光纤，其纤芯部分包含一段或多段有源材料的纤芯和一段或多段无源材料的纤芯，或多段不同有源材料的纤芯，不同材料的纤芯交接部分直接过渡，而包层部分则是无任何变化。

所述有源无源一体化的光纤，其纤芯的排列方式包括：一端是有源材料的纤芯，另一端是无源材料的纤芯；中间部分是有源材料的纤芯，两端部分则是无源材料的纤芯；有源材料的纤芯和无源材料的纤芯交替混合排列。

所述的有源材料的纤芯，包括一段或多段相同有源材料的纤芯，或多段不同有源材料的纤芯。

所述的无源材料的纤芯，包括一段或多段相同无源材料的纤芯，或多段不同无源材料的纤芯。

所述有源无源一体化的光纤，其纤芯中的有源材料和无源材料的折射率高于包层玻璃管的折射率。当使用光纤传输光时，光在纤芯中以全反射的方式进行传导。

所述有源无源一体化的光纤，其纤芯直径为5-80μm，光纤的外径为100-2000μm。

所述有源无源一体化的光纤的制作方法为：

步骤1)将多个芯棒排列到包层玻璃管内得到制备光纤的预制棒；

步骤2)将预制棒放入炉内升温，然后保温，温度不低于芯棒玻璃材料的软化温度但低于预制棒的拉丝温度；

步骤3)将保温后的预制棒拉丝制备成有源无源一体化光纤。

所述多个芯棒至少包括一段有源材料的芯棒。

所述芯棒可以是一段有源材料的芯棒和一段或多段无源材料的芯棒，也可以是多段相同或不同有源材料的芯棒和一段或多段无源材料的芯棒，还可以是多段不同或相同材料的芯棒。

保温的时间不少于10分钟，从而确保在温度不低于芯棒玻璃材料的软化温度下，其贴合的相邻芯棒端面能够软化并紧密结合，保证拉丝后的光纤不同材料纤芯的结合点质量；保温温度低于预制棒的拉丝温度，可以避免预制棒的形变造成光纤质量的下降。

所述拉丝采用拉丝塔进行拉丝制备，拉丝的温度取芯棒玻璃材料拉丝温度最高的，芯棒和包层玻璃管的材料选取拉丝温度偏差不超过100℃的材料

为保证拉丝质量和不同材料纤芯的结合点质量，芯棒和包层玻璃管选取同种基质的玻璃材料。

为了保证拉丝后光纤的质量均匀、直径稳定，在拉丝过程中要求温度保持不变。

所述多个芯棒皆为柱体，其横截面形状和大小相同其两端面和侧面都严格清洗抛光，表面的光洁度不小于4级。

所述多个芯棒的横截面形状和大小相同，包括圆形、菱形、偏心型。

所述多个芯棒的横截面为圆形，其直径为0.3mm-10mm。

为保证光纤的质量，降低制作工艺难度，芯棒的截面形状优选为圆形。

所述的有源材料的芯棒由有源材料的块体加工而成，加工方法包括热熔拉制、机械切割、研磨、抛光、清洗。

所述的无源材料的芯棒由无源材料的块体加工而成，加工方法包括热熔拉制、机械切割、研磨、抛光、清洗。

所述的有源材料的块体的制备方法包括MCVD、PCVD、VAD、VOD、熔融法、多孔玻璃掺杂法，所述有源材料的块体形状包括块体和柱状。

所述的无源材料的块体的制备方法包括MCVD、PCVD、VAD、VOD、熔融法、多孔玻璃掺杂法，所述无源材料的块体形状包括块体和柱状。

包层玻璃管为未掺杂稀土离子的玻璃材料，所述包层玻璃管材料包括：石英玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、铋酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、氟化物玻璃。

所述包层玻璃管为管状。

所述包层玻璃管的制作方法包括在玻璃棒的轴向中心钻通孔的方法、直接采用热拉制的方法。

所述包层玻璃管外形包括截面为六边形、八边形和圆形。

所述包层玻璃管内壁经过抛光，所述包层玻璃管的内壁截面与芯棒截面相同，芯棒放入包层玻璃管后侧面与包层玻璃管内壁完全贴合，包层玻璃管内相邻的芯棒端面之间完全贴合。

具体的制备过程可以分成一下几个主要步骤：

步骤一：制备光纤的纤芯材料，得到块体或者柱状的玻璃。

步骤二：将制备好的块体玻璃加工成芯棒。

步骤三：选取未掺杂稀土离子的玻璃作为包层玻璃管，切割、打磨、抛光成棒状，然后在该棒的轴向中心钻通孔，或者直接采用热拉制的方法得到中间通孔的玻璃套管，该通孔的形状和大小与所述的芯棒截面的形状和大小，得到具有轴向中心通孔的包层玻璃管，其外形截面为六边形或八边形或圆形。

步骤四：对芯棒表面包括端面和包层玻璃管内外壁进行严格清洗抛光。

步骤五：将所有的芯棒和包层玻璃管再次进行清洗烘干，并将制备好的有源和无源的芯棒排列到未掺杂的包层玻璃管内得到制备光纤的预制棒，芯棒表面与包层玻璃管内壁完全贴合，相邻的芯棒之间端面完全贴合。

步骤六：将预制棒放入炉内升温，然后保温，保温时间不少于10分钟，温度不低于芯棒玻璃材料的软化温度但低于预制棒的拉丝温度，使得相邻芯棒之间的端面融合。

步骤七：将预制棒使用光纤拉丝塔制备成光纤，拉丝的温度取芯棒和包层玻璃管材料拉丝温度最高的，最终制备得到有源无源一体化的光纤，光纤的纤芯直径为5-80μm，光纤的外径为100-2000μm。

步骤八：对光纤的外表面使用涂覆胶进行涂覆，增加光纤的机械强度。

采用以上制作方法，制作得到所述的有源无源一体化的光纤。预制棒中的多个芯棒和包层玻璃管经过拉丝后分别为纤芯和包层，包层外有涂覆层包裹。

采用本发明提出的方法，多个芯棒之间端面贴合，制成的光纤的有源纤芯和无源纤芯之间的交接部分纤芯直接过渡，而包层部分无任何变化，从外表看光纤无差别，直接避免了光纤的熔接时焊点产生的不利影响。此外，光纤拉丝温度使用纤芯材料中拉丝温度最高者，最高的拉丝温度可以有效地去除过渡区域的应力残余，保证有无源预制棒的连接处的光纤纤芯平滑过渡，且不存在应力残余可以增加光纤的使用寿命和可靠性。

采用本发明的方法，芯棒与包层玻璃管之间、相邻芯棒之间紧密贴合，可以保证制备的光纤的不同材料之间结合点的质量。

采用本发明提出的方法，其多个芯棒包括有源材料，可以通过变换有源材料纤芯的种类、长度、排列方式等实现光纤的不同性能和用途。芯棒截面与包层玻璃管内壁截面的形状大小相同，包层玻璃管内壁抛光并与芯棒侧面贴合，可以提高拉丝后光纤的质量和光纤尺寸的精准控制。相邻芯棒之间端面紧密贴合，可以提高拉丝后不同纤芯之间的结合质量，保证纤芯交接部分直接过渡。采用多个芯棒放入包层玻璃管的方法，可以保证拉丝后不同纤芯的光纤包层保持无变化。

普通的拉丝制得光纤的方法中，是直接将预制棒进行加热到拉丝温度，然后进行拉丝。若采用此方法制作含有有源和无源纤芯的光纤，在这个过程中，不同芯棒之间还未来得及融合，因此拉丝制得的光纤质量不高，另外由于加热中的热胀冷缩，原本预制棒中不同芯棒之间的紧密贴合很容易出现缝隙或偏移，大大影响了拉丝后光纤纤芯的质量。

本发明提出的方法中，预制棒进行拉丝前，先在温度不低于芯棒软化温度的环境中保持一段时间，可以使得芯棒之间以及芯棒和包层玻璃管之间融合，消除不同芯棒之间不能很好结合的缺点，因此能更好的保证光纤不同材料的纤芯之间的结合质量。

本发明提出的方法中，保温温度低于预制棒的拉丝温度。如果采用将预制棒在拉丝温度下直接保温一段时间，由于拉丝是将预制棒在高温下软化，并依靠重力或其他外力下垂变细而成纤维，因此拉丝温度很高，会使预制棒发生形变。本发明采取的温度低于拉丝温度，可以避免预制棒的形变造成光纤质量的下降，而在不低于芯棒的软化温度下保温一段时间，可以保证芯棒软化从而使芯棒之间融合。

为了保证拉丝后光纤的质量均匀、直径稳定，在拉丝过程中要求温度保持不变，但若是对有不同拉丝温度的不同材料进行拉丝，可能会出现诸如包层玻璃管或芯棒先熔化并在重力或外力下的变形和拉丝等现象，影响拉丝后的光纤质量。因此本发明提出的方法中，芯棒和包层玻璃管的材料选取拉丝温度偏差不超过100℃的材料，可以保证不同材料的拉丝温度偏差不大，从而避免拉丝的不均匀。

采用本发明提出的方法，使用预制棒可以很方便的选择所需纤芯及其排列，使用光纤拉丝塔对预制棒进行拉丝制成光纤，不会破坏原预制棒的排列顺序。

采用本发明提出的方法，芯棒为柱体，方便拉丝制成光纤。多个芯棒的横截面形状和大小相同，可以提高拉丝后光纤的整体均匀性。芯棒表面的清洁度不小于4级可以保证拉丝后光纤的质量。

采用横截面为圆形的芯棒，可以提高光纤纤芯的拉丝质量。

芯棒由块体的有源和无源材料加工而成，块体可以加工为不同大小或形状的芯棒和其他元件，可以简化材料的制备。

有源和无源材料的块体的制备方法包括MCVD、PCVD、VAD、VOD、熔融法、多孔玻璃掺杂法，可以快速、方便、成熟地制作高质量有源和无源材料纤芯。

包层玻璃管为未掺杂稀土离子的玻璃材料，通过选取和调整材料，可以获得所需的折射率。

包层玻璃管的制作方法为在玻璃棒的轴向中心钻通孔，可以调整其内壁大小，在中心钻孔可以使所制得的纤芯位于光纤中央，提高光纤质量。

包层玻璃管外形截面为六边形和八边形，具有较好的对称性，且易于操作。

包层玻璃管外形截面为圆形，易于制得，且易于后续光纤制作。

采用本发明方法制得的有源无源一体化的光纤，其纤芯部分一段为有源光纤，一段为无源光纤，交接部分纤芯直接过渡，从而避免交接部分的损耗等。光纤包层部分无任何变化，从外表看光纤无差别。

纤芯材料的折射率高于包层材料的折射率，光在纤芯传输中通过全反射进行传输，提高传输效率。

制备光纤激光器时，可根据对有源纤芯和无源纤芯长度的需求，直接截取一段同时包含有源纤芯和无源纤芯的光纤。

附图说明

图1示出了本发明的一种有源无源一体化的光纤的基本结构示意图。

图2示出了光纤预制棒主要结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一

如附图1所示为本发明的一种有源无源一体化的光纤的基本结构示意图，其中11为涂覆层，12为光纤的包层玻璃管，13为未掺杂稀土离子的纤芯，14为稀土离子掺杂的纤芯。

本实施例中的有源无源一体化的光纤，其纤芯的一端13为无源材料的纤芯，纤芯中部14为有源材料的纤芯，纤芯13和纤芯14之间的交接部分直接过渡，其外层的包层玻璃管无任何变化。

实施例二

1、使用MCVD的方法分别制备了纤芯掺杂稀土Yb离子和不掺稀土离子的石英玻璃棒。使用机械加工切割研磨的方法去除外包的纯石英部分，将两种玻璃棒加工得到直径2mm的圆柱形芯棒，有源芯棒长度5mm，一共3根，无源芯棒的长度15mm，一共4根；

2、加工纯石英玻璃得到内径2mm，外径40mm的圆形玻璃管，长度150mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、将所述的芯棒和套管使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，使用干燥的氮气进行吹气干燥；

5、将干燥后的芯棒和玻璃套管按照附图2所示的结构进行排列，尾端热拉锥处理，防止芯棒滑出，其中21为套管玻璃，22、23、24为Yb离子掺杂的石英玻璃芯棒，25、26、27为未掺杂稀土离子的石英芯棒；

6、将预制棒加热至1730℃，保温20分钟；

7、将预制棒在拉丝塔中，预制棒管内抽真空在2050℃下制备得到直径400μm光纤，同时在光纤的外表面使用涂覆胶进行涂覆，增加光纤的机械强度。

实施例三

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到直径2mm的Nd掺杂圆柱形芯棒，长度5mm，一共4根，同时将折射率高的未掺杂的块体磷酸盐玻璃制备为无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，将折射率低的未掺杂的块体磷酸盐玻璃加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度120mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温20分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能。

实施例四

1、使用PCVD制备得到块体的掺Yb的铋酸盐玻璃，同时制备两块折射率匹配的无稀土离子掺杂的块体铋酸盐玻璃分别作为芯棒的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到直径5mm的Yb掺杂芯棒，长度5mm，一共2根，同时将未掺杂制备无掺杂的芯棒一共5根，长度15mm，加工制备玻璃套管，其内径5mm，外截面为边长是30mm的六边形，长度200mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒放入套管内，最下端的为5根无源玻璃芯棒，上端为2根有源玻璃芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温10分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，截取含有纤芯部分的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实施例五

1、使用VAD制备得到块体的掺Eu的碲酸盐玻璃，同时制备两块折射率匹配的无稀土离子掺杂的块体碲酸盐玻璃分别作为芯棒的材料和；

2、使用机械加工的方法制备得到直径3mm的Eu掺杂芯棒，长度5mm，一共4根，同时将未掺杂制备无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径4mm，外径20mm的玻璃套管，长度150mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，为节约成本，最下端的为无源玻璃芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至520℃，保温10分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内600℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实施例六

1、使用VOD制备得到块体的掺Pr的硅酸盐玻璃，同时制备两块折射率匹配的无稀土离子掺杂的块体硅酸盐玻璃分别作为芯棒的材料和；

2、使用机械加工的方法制备得到直径5mm的Pr掺杂芯棒，长度10mm，一共4根，同时将未掺杂制备无掺杂的芯棒一共5根，长度15mm，加工制备内径6mm，外径25mm的玻璃套管，长度130mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至780℃，保温10分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内850℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实施例七

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd和掺Mn的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到直径2mm的Nd掺杂和Mn掺杂圆柱形芯棒，长度5mm，分别两根，同时将未掺杂制备的无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度120mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，中间为两根Nd掺杂芯棒，最上端为两根Mn掺杂芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温20分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实施例八

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到一根直径2mm的Nd掺杂圆柱形芯棒，长度5mm，同时将未掺杂制备的无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度55mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，中间为两根Nd掺杂芯棒，最上端为两根Mn掺杂芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温20分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实验结果显示，所制得的光纤可以实现1053nm波长的激光输出，其最大功率可达1.19W，斜率效率为21.1％。

实施例九

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到一根直径2mm的Nd掺杂圆柱形芯棒，长度5mm，同时将未掺杂制备的无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度55mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，中间为两根Nd掺杂芯棒，最上端为两根Mn掺杂芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

本实施例中，在预制棒拉丝之前，未进行在高于软化温度的环境下保温一段时间。实验结果显示，所制得的光纤可以实现1053nm波长的激光输出，但其效率不如实施例八，其最大功率为0.91W，在不同纤芯的连接处不如实施例八平滑，传输光的损失较大。

实施例十

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到一根直径2mm的Nd掺杂D形芯棒，长度5mm，同时将未掺杂制备的无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度55mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，中间为两根Nd掺杂芯棒，最上端为两根Mn掺杂芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温20分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实验结果显示，所制得的光纤可以实现1053nm波长的激光输出，其最大功率可达2.14W，斜率效率为39.9％。

实施例十一

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到一根直径2mm的Nd掺杂六角形芯棒，长度5mm，同时将未掺杂制备的无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度55mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，中间为两根Nd掺杂芯棒，最上端为两根Mn掺杂芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温20分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实验结果显示，所制得的光纤可以实现1053nm波长的激光输出，其最大功率可达2.01W，斜率效率为32.68％。

实施例十二

1、使用熔融法制备得到块体的掺Nd的磷酸盐玻璃，同时制备两块折射率不同的无稀土离子掺杂的块体磷酸盐玻璃作为芯棒和包层玻璃管的材料；

2、使用机械加工的方法制备得到一根直径2mm的Nd掺杂偏心型芯棒，长度5mm，同时将未掺杂制备的无掺杂的芯棒一共5根，长度10mm，加工制备内径2mm，外径25mm的玻璃套管，长度55mm；

3、将得到的芯棒和玻璃管打磨抛光，使之完全贴合；

4、所有的玻璃件使用氢氟酸水溶液清洗后使用去离子水冲洗，再使用干燥的氮气进行吹扫干燥；

5、将无源芯棒和有源芯棒相间放入套管内，最下端的为无源玻璃芯棒，中间为两根Nd掺杂芯棒，最上端为两根Mn掺杂芯棒，尾部加热封住芯棒防止芯棒滑出；

6、将预制棒加热至500℃，保温20分钟；

7、将预制棒在光先拉丝塔内560℃下制备成直径125μm的光纤，并根据需求进行表面涂覆增加光纤的机械性能；

实验结果显示，所制得的光纤可以实现1053nm波长的激光输出，其最大功率可达1.58W，斜率效率为25.8％。

Claims (8)

1.一种有源无源一体化的光纤制作方法，其特征在于，包括：

步骤1)：多个芯棒排列到包层玻璃管内，得到预制棒；

步骤2)：将所述预制棒放入炉内升温，然后保温，温度不低于所述芯棒玻璃材料的软化温度但低于所述预制棒的拉丝温度；

步骤3)：将保温后的所述预制棒拉丝制备成有源无源一体化的光纤；

其中，在步骤1)中，所述包层玻璃管未掺杂稀土离子；所述包层玻璃管为管状，其制作方法包括在玻璃棒的轴向中心钻通孔的方法、直接采用热拉制的方法；所述包层玻璃管外形包括截面为六边形、八边形和圆形；所述包层玻璃管的内壁截面与芯棒截面相同；所述芯棒放入所述包层玻璃管后，其侧面与所述包层玻璃管内壁贴合，所述包层玻璃管内相邻的所述芯棒之间端面贴合；所示芯棒与所述包层玻璃管为同种基质的玻璃材料；所述多个芯棒至少包括一段有源材料的芯棒；纤芯排列方式包括：一端是有源材料的纤芯，另一端是无源材料的纤芯；中间部分是有源材料的纤芯，两端部分是无源材料的纤芯；有源和无源的材料纤芯交替混合排列；所述的有源材料的纤芯，包括一段或多段相同有源材料的纤芯，或多段不同有源材料的纤芯；所述的无源材料的纤芯，包括一段或多段相同无源材料的纤芯，或多段不同无源材料的纤芯；

在步骤2)中，所述保温时间不少于10分钟；

在步骤3)中，所述芯棒和所述包层玻璃管的材料选取拉丝温度偏差不超过100℃的材料；拉丝过程中温度保持不变；拉丝的温度取芯棒和包层玻璃管材料拉丝温度最高的；所述多个纤芯交接部分直接过渡。

2.如权利要求1所述的一种有源无源一体化的光纤制作方法，其特征在于，所述多个芯棒皆为柱体，两端面和侧面都清洗抛光，表面的光洁度不小于4级；所述多个芯棒的横截面形状和大小相同；所述包层玻璃管内壁经过抛光；所述芯棒和所述包层玻璃管需要清洗、烘干。

3.如权利要求1所述的一种有源无源一体化的光纤制作方法，其特征在于，所述多个芯棒的横截面为圆形，直径为0.3mm-10mm。

4.如权利要求1所述的一种有源无源一体化的光纤制作方法，其特征在于，所述多个芯棒的横截面为圆形、菱形或偏心型。

5.如权利要求1所述的一种有源无源一体化的光纤制作方法，其特征在于，所述芯棒由有源和无源材料的块体加工而成，加工方法包括热熔拉制、机械切割、研磨、抛光、清洗，所述的块体的制备方法包括MCVD、PCVD、VAD、VOD、熔融法、多孔玻璃掺杂法，所述有源和无源材料的块体形状包括块体和柱状。

6.如权利要求1所述的一种有源无源一体化的光纤制作方法，其特征在于，所述包层玻璃管为未掺杂稀土离子的玻璃材料，包括：石英玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、铋酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、氟化物玻璃。

7.一种有源无源一体化的光纤，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的制作方法制成。

8.如权利要求7所述的一种有源无源一体化的光纤，其特征在于，所述光纤的纤芯直径为5-80μm，所述光纤的外径为100-2000μm，所述纤芯材料的折射率高于所述包层材料的折射率。

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