CN110467342A - 一种超宽带增益掺铒光纤及其制备方法 - Google Patents

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褚应波
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李海清
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Abstract

本发明公开了一种超宽带增益掺铒光纤，其包括：一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括以下步骤：S1、基于玻璃分相技术制备纳米多孔石英玻璃棒；S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3、AlCl3和La(NO)3的混合溶液中；S3、浸泡2.5‑3个小时后将溶液倒出；S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1400‑1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。本方法将铒铋通过溶液掺杂的方式引入纳米多孔石英玻璃中，可以对Bi离子价态实现一定的调控，进而调节Er3+的工作带宽，实现C+L波段的较为平坦的宽带发射，制备出几乎涵盖整个通信波段超宽带高增益光纤。

Description

一种超宽带增益掺铒光纤及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤制备领域，具体涉及一种超宽带增益掺铒光纤及其制备方法。
背景技术
随着通信容量的爆炸式增长，大容量光纤通信系统越来越成为必要的发展趋势。DWDM系统以其巨大的带宽资源成为扩大传输容量最成熟的技术。随着光接收/发射器的快速发展，单信道实现了40Gb/s高速率传输，实验室也已经完成信道间隔0.2nm，信道数目高达128个的DWDM光路设计。然而，在长距离DWDM系统中由于级联使用EDFA的不平坦增益谱累积会造成信道的功率分配不均，导致系统的动态失衡；另外当信道数增减或某信道功率改变时也会引发其它信道功率跳变从而产生突发误码。为了实现DWDM系统的长距离高速无误码传输，不但要求研制的EDFA应具有高增益、低噪声、宽频带等特性，而且应在较宽的波长范围内同时实现增益谱的平坦和锁定即动态增益均衡。因此，DWDM通信系统对光纤放大器的性能指标提出了更高的要求，尤其是对其关键核心部件-掺铒光纤。
目前主流的光纤放大器主要是掺Er3+和Er3+/Yb3+共掺光纤放大器，虽说传统的EDFA和EYDFA光纤放大器极大的促进了光纤通信的发展，但随着密集波分复用的信道数越来越多，已经无法满足DWDM通信系统对光纤放大器对工作带宽、增益平坦度以及输出功率的要求。因此，研究新型增益平坦度高，增益带宽宽，输出功率高的超宽带高功率光纤放大器所用石英基增益光纤，对不断普及的DWDM通信系统具有重要意义。
发明内容
本发明采用的技术方案为：一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括以下步骤：
S1、基于玻璃分相技术制备纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3、AlCl3和La(NO)3的混合溶液中；
S3、浸泡2.5-3个小时后将溶液倒出；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1400-1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
一种超宽带增益掺铒光纤，采用超宽带增益掺铒光纤的制备方法制备而成。
本发明的效果是：本方法将铒铋通过溶液掺杂的方式引入纳米多孔石英玻璃中，通过对烧制温度的精确控制，可以对Bi离子价态实现一定的调控，进而调节Er3+的工作带宽，实现C+L波段的较为平坦的宽带发射，制备出几乎涵盖整个通信波段(1250nm-1600nm)超宽带高增益光纤。
附图说明
图1所示为实施例2的效果示意图；
图2所示为实施例3的效果示意图；
图3所示为实施例4的效果示意图；
图4所示为实施例5的效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明：
实施例1
本发明提供一种超宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
S1、基于玻璃分相技术制备长150mm直径为3.5mm的纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3和Bi(NO3)3溶液，ErCl3的浓度为0.05mol/L，Bi(NO3)3的浓度为0.5mol/L；
S3、浸泡2个小时后倒出ErCl3和Bi(NO3)3溶液；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒置于旋转管式通气设备上进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1400℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
该方法制备的光纤，在975nm LD的泵浦条件下，测得荧光半高宽达为42nm。
实施例2
本发明提供一种超宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
S1、基于玻璃分相技术制备长150mm直径为3.5mm的纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3和Bi(NO3)3溶液，ErCl3的浓度为0.1mol/L，Bi(NO3)3的浓度为2mol/L；
S3、浸泡2个小时后倒出ErCl3和Bi(NO3)3溶液；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒置于旋转管式通气设备上进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1400℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
该方法制备的光纤，在975nm LD的泵浦条件下，测得荧光半高宽达为48nm(如图1所示)。
实施例3
本发明提供一种超宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
S1、基于玻璃分相技术制备长150mm直径为3.5mm的纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3、AlCl3的混合溶液中，浓度分别为0.1mol/L、2mol/L、1mol/L；
S3、浸泡2.5个小时后将溶液倒出；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
该方法制备的光纤，在975nm LD的泵浦条件下，测得荧光半高宽达为52nm(如图2所示)。
实施例4
本发明提供一种超宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
S1、基于玻璃分相技术制备长150mm直径为3.5mm的纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3和La(NO)3的混合溶液中，浓度分别为0.075mol/L、1mol/L、0.2mol/L；
S3、浸泡3个小时后将溶液倒出；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
该方法制备的光纤，在975nm LD的泵浦条件下，测得荧光半高宽达为55nm(如图3所示)。
实施例5
本发明提供一种超宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
S1、基于玻璃分相技术制备长150mm直径为3.5mm的纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3、AlCl3和La(NO)3的混合溶液中，浓度分别为0.1mol/L、1mol/L、2mol/L及0.2mol/L；
S3、浸泡3个小时后将溶液倒出；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
该方法制备的光纤，在975nm LD的泵浦条件下，测得荧光半高宽达为70nm(如图4所示)。
实施例6
本发明提供一种超宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
S1、基于玻璃分相技术制备长150mm直径为3.5mm的纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3、AlCl3和La(NO)3的混合溶液中，浓度分别为0.15mol/L、3mol/L、2.5mol/L及0.4mol/L；
S3、浸泡3个小时后将溶液倒出；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
该方法制备的光纤，在975nm LD的泵浦条件下，测得荧光半高宽达为68nm。
有益效果
组别 ErCl<sub>3</sub> Bi(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub> AlCl<sub>3</sub> La(NO)<sub>3</sub> 荧光半高宽
实施例1 0.05mol/L 0.5mol/L 0 0 42nm
实施例2 0.1mol/L 2mol/L 0 0 48nm
实施例3 0.1mol/L 2mol/L 1mol/L 0 52nm
实施例4 0.075mol/L 1mol/L 0 0.2mol/L 55nm
实施例5 0.1mol/L 1mol/L 2mol/L 0.2mol/L 70nm
实施例6 0.15mol/L 3mol/L 2.5mol/L 0.4mol/L 68nm
基于纳米多孔石英玻璃掺杂技术，通过共掺离子(Er,Bi，Al，La等离子)制备的掺Er3+石英玻璃3dB带宽达到70nm，几乎是目前MCVD制备掺铒石英玻璃工作带宽(38nm)的2倍，进一步调整共掺离子有望使其增益带宽得到进一步提高。由于丰富的非桥氧的存在，掺铒石英玻璃掺杂浓度高达15000wt.ppm，且不见浓度淬灭，从而大大减少掺铒光纤的使用长度，降低损耗，提高泵浦效率，抑制非线性效应，提高输出功率。因此这种材料和掺杂体系非常适合制备超宽带放大掺铒光纤。
本方法将铒铋通过溶液掺杂的方式引入纳米多孔石英玻璃中，通过对烧制温度的精确控制，可以对Bi离子价态实现一定的调控，进而调节Er3+的工作带宽，实现C+L波段的较为平坦的宽带发射，制备出几乎涵盖整个通信波段(1250nm-1600nm)超宽带高增益光纤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、基于玻璃分相技术制备纳米多孔石英玻璃棒；
S2、将纳米多孔石英玻璃棒泡入ErCl3、Bi(NO3)3、AlCl3和La(NO)3的混合溶液中；
S3、浸泡2.5-3个小时后将溶液倒出；
S4、将已掺杂离子的纳米多孔石英玻璃棒进行通氯气干燥；
S5、干燥完成后，对纳米多孔石英玻璃棒加热到1400-1500℃，烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S6、采用管棒法将烧结后的石英玻璃棒拉制成光纤。
2.根据权利要求1所述的超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其特征在于，混合溶液包括ErCl3、Bi(NO3)3，各个组分浓度分别为0.05-0.15mol/L、0.5-3mol/L。
3.根据权利要求2所述的超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其特征在于，混合溶液包括ErCl3、Bi(NO3)3，各个组分浓度分别为0.075-0.1mol/L、0.1-2mol/L。
4.根据权利要求2或3所述的超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其特征在于，混合溶液还包括AlCl3和La(NO)3，AlCl3和La(NO)3浓度分别为0-2.5mol/L及0-0.4mol/L。
5.根据权利要求2或3所述的超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其特征在于，混合溶液还包括AlCl3和La(NO)3，AlCl3和La(NO)3浓度分别为1-2mol/L及0-0.2mol/L。
6.一种超宽带增益掺铒光纤，其特征在于，采用权利要求1-3所述的超宽带增益掺铒光纤的制备方法制备而成。
7.根据权利要求6所述一种超宽带增益掺铒光纤，其特征在于，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、Bi3+、La3+、Al3+离子，其中Er3+的浓度范围为0-0.5wt％，Bi3+的浓度范围为2wt％-10wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％。
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