CN111751925B - 光纤及其制备方法、光纤放大器、光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种光纤及其制备方法、光纤放大器、光纤激光器，涉及光纤技术领域。该光纤包括：纤芯层，包覆在该纤芯层外侧的内包层，以及包覆在该内包层外侧的外包层。该内包层包括第一基体以及掺杂在该第一基体内的第一掺杂离子。该纤芯层包括第二基体以及掺杂在该第二基体内的第二掺杂离子。该第一掺杂离子包括铋离子，第二掺杂离子包括铒离子和镱离子。该纤芯层可以用于提高光纤的增益强度，该内包层可以用于增大光纤的增益谱宽，因此本申请提供的光纤的性能较好。

Description

光纤及其制备方法、光纤放大器、光纤激光器
技术领域
本申请涉及光纤技术领域，特别涉及一种光纤及其制备方法、光纤放大器、光纤激光器。
背景技术
光纤是一种由玻璃制成的纤维，可以用于光信号的传输。
相关技术中，光纤通常包括：内包层以及包覆在该内包层外侧的外包层。其中，内包层中可以掺杂有掺杂离子，该掺杂有掺杂离子的内包层可以用于实现光信号的放大，提高光纤的传输性能。
但是，相关技术中的光纤的性能较差。
发明内容
本申请提供了一种光纤及其制备方法、光纤放大器、光纤激光器，可以解决相关技术中光纤的性能较差的问题，技术方案如下：
一方面，提供了一种光纤，该光纤包括：纤芯层，包覆在该纤芯层外侧的内包层，以及包覆在该内包层外侧的外包层。该内包层包括第一基体以及掺杂在该第一基体内的第一掺杂离子，该纤芯层包括第二基体以及掺杂在该第二基体内的第二掺杂离子。制成该外包层的材料可以包括石英管。
其中，该第一掺杂离子可以包括铋离子，该第二掺杂离子可以包括铒离子和镱离子。也即是，该内包层中可以掺杂有铋离子，纤芯层中可以掺杂有铒离子和镱离子。
在光纤中掺杂铒离子，可以对长距离传输的光信号起到放大的作用，镱离子在915nm(纳米)至980nm波长范围内有强烈的吸收峰，且镱离子的发射峰与铒离子的吸收峰重叠。因此，在纤芯层中掺杂镱离子和铒离子，可以提升光纤的增益效果。其中，镱离子可以作为铒离子的敏化剂，还可以增加泵浦源波长的选择范围。
由于铋离子在600nm至900nm，以及1150nm至1800nm的波长范围内的宽带荧光特性，可以被用来增大掺杂有铒离子的光纤在1550nm波长处的增益谱宽。因此，通过在内包层中掺杂铋离子，可以使光纤在1520nm至1620nm的波长范围内表现出优异的宽谱增益的性能，提高光纤的传输性能。
根据上述分析可知，该掺杂有铒离子和镱离子的纤芯层可以用于提高光纤的增益强度，该掺杂有铋离子的内包层可以用于增大光纤的增益谱宽，因此本申请提供的光纤的增益放大的效果较好，增益谱宽较宽。
可选的，该铋离子的重量百分比的范围可以为0.5％至5％，该铒离子的重量百分比的范围可以为1％至8％，该镱离子的重量百分比的范围可以为1％至2％。
可选的，该第一掺杂离子还可以包括铝离子，该第二掺杂离子还可以包括铝离子，也即是，外包层和纤芯层中可以均掺杂有铝离子。该光纤中铝离子的重量百分比的范围可以为2％至10％。
可选的，制成该第一基体的材料包括可以氧化锗、氧化硅以及五氧化二磷，制成该第二基体的材料可以包括氧化锗、氧化硅以及五氧化二磷。该光纤中磷离子的重量百分比的范围可以为2％至10％。
由于光纤的内包层和纤芯层中可以均掺杂有磷离子和铝离子，能够增大各个铒离子之间的间距，或增大各个镱离子之间的间距，改善铒离子或镱离子的配位场，从而提高铒离子或镱离子的发光效率。并且，磷离子和铝离子的掺入可以有效增大光纤在波长为1550nm处的光谱平坦宽度。
可选的，该内包层和纤芯层在纵截面的正投影均为多边形，该纵截面垂直于该光纤的轴线，其中，该多边形的每条边可以均为弧形。
将内包层和纤芯层设计为多边形，可以避免泵浦光直接在光纤的外包层中传输，确保了光纤增益放大的有效性。
另一方面，提供了一种光纤的制备方法，该方法可以包括：
对至少两种掺杂离子的固态前驱体分别进行加热，得到每种该掺杂离子的前驱体气源；向石英管内通入该至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源，以及第一基体气源，采用等离子体增强化学气相沉积(plasma chemical vapor deposition，PCVD)工艺在该石英管内形成内包层；向该石英管内通入该至少两种掺杂离子中第二掺杂离子的前驱体气源，以及第二基体气源，采用PCVD工艺在该内包层内形成纤芯层；对形成有该内包层和纤芯层的该石英管进行处理，得到光纤。其中，该最终制备得到的光纤可以包括：纤芯层，包覆在纤芯层外侧的内包层以及包覆在内包层外侧的外包层。该外包层可以由石英管形成。
本申请提供的光纤的制备方法，可以向石英管内通入掺杂离子的前驱体气源，并采用PCVD工艺制备光纤的内包层和纤芯层，由于该PCVD工艺制备光纤时，是通过化学反应的方式将掺杂离子掺杂在光纤中，因此可以准确控制光纤中每种掺杂离子的比例，使得最终制备得到的光纤中掺杂离子的均匀性和分散性均较好。又由于采用PCVD工艺制备的过程中，无需将石英管从PCVD设备中取下，因此可以避免石英管中低氢氧根环境被破坏，制备得到的光纤的损耗较小。并且，由于该掺杂离子的前驱体气源是通过固态前驱体加热得到的，固态前驱体对温度的灵敏度较低，因此可以通过调节每种掺杂离子的固态前驱体的加热温度，精确控制每种掺杂离子的浓度，保证了制备出的光纤的性能。
可选的，向石英管内通入该至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源的过程可以包括：向用于加热该第一掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备通入惰性气体，使该惰性气体将该第一掺杂离子的前驱体气源载送入该石英管。
向该石英管内通入该至少两种掺杂离子中第二掺杂离子的前驱体气源的过程可以包括：向用于加热该第二掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备通入惰性气体，使该惰性气体将该第二掺杂离子的前驱体气源载送入该石英管。
向蒸发设备通入的惰性气体可以保证该掺杂离子的固态前驱体不被氧化，确保该掺杂离子的固态前驱体可以转化为该掺杂离子的前驱体气源。并且，该惰性气体可以作为载送气体将该掺杂离子的前驱体气源输送至石英管内。
可选的，该第一掺杂离子可以包括铋离子，该第二掺杂离子可以包括铒离子和镱离子。
可选的，对该铋离子的固态前驱体进行加热时的温度范围可以为200摄氏度至600摄氏度；对该铒离子的固态前驱体进行加热时的温度范围可以为200摄氏度至900摄氏度；对该镱离子的固态前驱体进行加热时的温度范围可以为200摄氏度至900摄氏度。
可选的，该第一掺杂离子还可以包括铝离子，该第二掺杂离子还可以包括铝离子。
对该铝离子的固态前驱体进行加热时的温度范围可以为200摄氏度至500摄氏度。
可选的，该第一基体气源和该第二基体气源均可以包括：氯化锗、氯化硅、氯气以及氧气。向石英管内通入的该氯化锗的体积流量可以为50标准毫升每分钟至400标准毫升每分钟，向石英管内通入的该氯化硅的体积流量可以为50标准毫升每分钟至400标准毫升每分钟，向石英管内通入的该氯气的体积流量可以为0.1标准毫升每分钟至10标准毫升每分钟，向石英管内通入的该氧气的体积流量可以为400标准毫升每分钟至800标准毫升每分钟。
可选的，该第一基体气源还可以包括：三氯氧磷。向石英管内通入的该三氯氧磷的体积流量可以为10标准毫升每分钟至100标准毫升每分钟。该第一基体气源中的POCl3中的磷离子可以被掺杂在内包层。
可选的，该第二基体气源还包括：四氟化硅和三氯氧磷。向石英管内通入的该四氟化硅的体积流量可以为50标准毫升每分钟至200标准毫升每分钟，向该石英管内通入的该三氯氧磷的体积流量可以为10标准毫升每分钟至100标准毫升每分钟。该第二基体气源中的POCl3中的磷离子可以被掺杂在纤芯层。
可选的，每种该掺杂离子的固态前驱体可以为该掺杂离子的氯化物或螯合物。
可选的，在该向石英管内通入该至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源之前，该方法还可以包括：
刻蚀该石英管的内壁，使该石英管内部的通孔在纵截面的正投影为多边形，该纵截面垂直于该石英管的轴线。将该石英管的内部的通孔刻蚀为多边形，可以使在该石英管内形成的内包层和纤芯层也为多边形，从而可以避免泵浦光直接在光纤的外包层中传输，形成螺旋光，确保了光纤增益放大的有效性。其中，泵浦光可以是指泵浦源发射的光线。
又一方面，提供了一种光纤放大器，该光纤放大器可以包括：依次连接的泵浦源、耦合器以及上述方面所述的光纤。
再一方面，提供了一种光纤激光器，该光纤激光器可以包括：依次连接的泵浦源、第一光栅、上述方面所述的光纤以及第二光栅。
本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本申请提供了一种光纤及其制备方法、光纤放大器、光纤激光器。该光纤包括：纤芯层，包覆在该纤芯层外侧的内包层，以及包覆在该内包层外侧的外包层。该内包层包括第一基体以及掺杂在该第一基体内的第一掺杂离子。该纤芯层包括第二基体以及掺杂在该第二基体内的第二掺杂离子。该第一掺杂离子包括铋离子，第二掺杂离子包括铒离子和镱离子。该纤芯层可以用于提高光纤的增益强度，该内包层可以用于增大光纤的增益谱宽，因此本申请提供的光纤的性能较好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种光纤的结构示意图；
图2是图1所示的光纤的截面图；
图3是本发明实施例提供的另一种光纤的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种光纤的制备方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的另一种光纤的制备方法的流程图；
图6是本发明实施例提供的一种蒸发设备的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种刻蚀后的石英管的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种石英管在刻蚀前和刻蚀后的截面图；
图9是本发明实施例提供的一种在石英管内形成缓冲层后的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的一种蒸发设备和石英管的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种在石英管内形成内包层后的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的一种在石英管中形成纤芯层后的结构示意图；
图13是本发明实施例提供的一种光纤预制棒的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
由于铒离子(Er3+)具有独特的离子能级结构，掺杂有铒离子的光纤的工作波长位于1.55μm(微米)处，与光纤传输的低损耗窗口吻合，因此目前的光纤中通常掺杂有铒离子(该掺杂有铒离子的光纤也可以称为掺铒光纤)，可以用于光信号的增益放大。相关技术中，采用化学气相沉积(modified chemical vapor deposition，MCVD)工艺制备掺杂有铒离子的光纤的方法主要包括如下步骤：
步骤1、选取表面无瑕疵的石英管，并对选取的石英管进行冲洗、酸洗以及吹扫，使该石英管的内表面洁净无尘。
步骤2、将石英管接入MCVD设备中，使石英管内表面与外界隔离。
步骤3、对石英管依次进行暖管、抛光以及去水处理，使石英管的内表面干燥洁净，且氢氧根离子含量在0.001‰(即1ppm)以下。其中，ppm(parts per million)可以是指百万分比浓度。
步骤4、在石英管的内表面沉积一层疏松层，该疏松层中存在多个毛细孔。
步骤5、将沉积有疏松层的石英管从MCVD设备中取出，并放入配置好的掺杂溶液中。
可以将石英管在掺杂溶液中静置30分钟左右，使得该掺杂溶液中的掺杂离子(例如铒离子)可以吸附在疏松层的多个毛细孔中。之后，可以将石英管从掺杂溶液中取出，并悬空放置，使该石英管中没有液滴流下。
步骤6、将吸附有掺杂离子的石英管重新转移到MCVD设备中，吹扫并烘干。
重复执行上述步骤5和步骤6，直至掺杂离子的石英管满足拉丝要求。
步骤7、对疏松层进行玻璃化处理，使其成为透明态。
步骤8、将掺杂有离子的石英管塌缩形成实心的光纤预制棒。
步骤9、将光纤预制棒放入拉丝塔中，拉丝制备成光纤。
采用上述步骤制备光纤时存在以下缺陷：疏松层中的毛细孔的位置和数量难以控制；掺杂离子通过物理吸附的方式掺杂在疏松层的毛细孔中，受温度、重力和压力等影响，掺杂离子的吸附差异大，掺杂离子的比例难以控制，易产生离子团簇的现象；需要不断将石英管从MCVD设备中取出，再重新转移到MCVD设备，石英管内低氢氧根离子的环境被打破，光纤的损耗增加。
图1是本发明实施例提供的一种光纤的结构示意图。图2是图1所示的光纤的截面图。该光纤可以解决相关技术中光纤性能较差的问题。参考图1和图2可以看出，该光纤可以包括：纤芯层40、包覆在该纤芯层40外侧的内包层30，以及包覆在该内包层30外侧的外包层10。该外包层10可以由石英管形成。该内包层30可以包括第一基体以及掺杂在该第一基体内的第一掺杂离子。该纤芯层40可以包括第二基体以及掺杂在该第二基体内的第二掺杂离子。
可选的，该第一掺杂离子可以包括稀土离子：铋离子(Bi3+)，该第二掺杂离子可以包括稀土离子：Er3+和镱离子(Yb3+)。也即是，该内包层30中可以掺杂有Bi3+，纤芯层40中可以掺杂有Er3+和Yb3+。
由于Bi3+在600nm(纳米)至900nm，以及1150nm至1800nm的波长范围内的宽带荧光特性，可以被用来增大掺杂有Er3+的光纤在1550nm波长处的增益谱宽。因此，通过在内包层中掺杂Bi3+，可以使光纤在1520nm至1620nm的波长范围内表现出优异的宽谱增益的性能，提高光纤的传输性能。
在光纤中掺杂铒离子，可以对长距离传输的光信号起到放大的作用，Yb3+在915nm至980nm波长范围内有强烈的吸收峰，且Yb3+的发射峰与Er3+的吸收峰重叠。因此，在纤芯层中掺杂Yb3+和Er3+，可以提升光纤的增益效果。其中，Yb3+可以作为Er3+的敏化剂，还可以增加泵浦源波长的选择范围。
综上所述，本发明实施例提供了一种光纤，该光纤包括：纤芯层，包覆在该纤芯层外侧的内包层，以及包覆在该内包层外侧的外包层。该内包层包括第一基体以及掺杂在该第一基体内的第一掺杂离子。该纤芯层包括第二基体以及掺杂在该第二基体内的第二掺杂离子。该第一掺杂离子包括铋离子，第二掺杂离子包括铒离子和镱离子。该纤芯层可以用于提高光纤的增益强度，该内包层可以用于增大光纤的增益谱宽，因此本申请提供的光纤的性能较好。
在本发明实施例中，光纤中的Bi3+的重量百分比的范围可以为0.5％至5％，Er3+的重量百分比的范围可以为1％至8％，Yb3+的重量百分比的范围可以为1％至2％。本发明实施例提供的光纤中的掺杂离子的比例可以保证光纤的增益强度以及增益谱宽，光纤的性能较好。
示例的，Bi3+的重量百分比可以为1％，Er3+的重量百分比可以为5％，Yb3+的重量百分比的范围可以为1％。
可选的，该第一掺杂离子还可以包括铝离子(Al3+)，该第二掺杂离子还可以包括Al3+。也即是，内包层30和纤芯层40中均可以掺杂有Al3+。
其中，该光纤中Al3+的重量百分比的范围可以为2％至10％。例如，Al3+的重量百分比可以为3％。
在本发明实施例中，制成该第一基体的材料可以包括氧化锗(GeO2)、氧化硅(SiO2)以及五氧化二磷(P2O5)，制成第二基体的材料可以包括GeO2、SiO2以及P2O5。
可选的，该光纤中磷离子(P5+)的重量百分比的范围可以为2％至10％。例如，P5+的重量百分比可以为3％。
在本发明实施例中，光纤的内包层和纤芯层中均掺杂有P5+和Al3+，能够增大各个Er3+之间的间距，或增大各个Yb3+之间的间距，改善了Er3+或Yb3+的配位场，从而提高Er3+或Yb3+的发光效率。并且，P5+和Al3+的掺入可以有效增大光纤在波长为1550nm处的光谱平坦宽度。
参考图1和图2可以看出，内包层30和纤芯层40在纵截面的正投影可以均为多边形，该纵截面可以垂直于光纤的轴线X，通过将内包层30和纤芯层40在纵截面的正投影上设置为多边形，可以避免泵浦光直接在光纤的外包层中传输而形成螺旋光，有效提高了Yb3+和Er3+的增益效果，确保了光纤传输的有效性。其中，泵浦光可以是指泵浦发射的光线。
可选的，该多边形的每条边可以均为弧形，且每条边可以均向光纤的轴线方向凸起。
其中，该多边形可以为三角形、四边形、五边形、六边形或八边形。示例的，图5中内包层30和纤芯层40在纵截面的正投影均为六边形。
在本发明实施例中，内包层30的折射率可以小于纤芯层40的折射率。内包层30和纤芯层40的数值孔径的范围可以为0.08至0.18。内包层30和纤芯层40(内包层30和纤芯层40可以统称为增益区)的纵截面的面积的范围可以为20μm2(平方微米)至400μm2，除内包层30和纤芯层40之外的部分(即非增益区)的纵截面的面积的范围可以为15600μm2至160000μm2。
示例的，内包层30的折射率可以比纤芯层40的折射率小0.1％至3％。
图3是本发明实施例提供的另一种光纤的结构示意图。参考图3可以看出，光纤还可以包括：缓冲层20和涂覆层50。该缓冲层20可以包覆在内包层30的外侧。涂覆层50可以包覆在外包层的外侧。其中，该外包层可以由石英管10和缓冲层20形成。该涂覆层50可以避免光纤被灰尘污染。
可选的，本发明实施例提供的光纤可以包括一层涂覆层或两层涂覆层。当该光纤包括多层涂覆层50时，任意两层的涂覆层的材料的折射率可以不同。
本发明实施例提供的光纤，可以实现对50nm的光谱范围内的光信号的有效增益放大，也即是，该光纤可以达到50nm的增益谱宽，相比于相关技术中的光纤通常仅能达到38nm的增益谱宽而言，本发明实施例提供的光纤的增益放大的效果较好，增益谱宽较宽。
综上所述，本发明实施例提供了一种光纤，该光纤包括：纤芯层，包覆在该纤芯层外侧的内包层，以及包覆在该内包层外侧的外包层。该内包层包括第一基体以及掺杂在该第一基体内的第一掺杂离子。该纤芯层包括第二基体以及掺杂在该第二基体内的第二掺杂离子。该第一掺杂离子包括铋离子，第二掺杂离子包括铒离子和镱离子。该纤芯层可以用于提高光纤的增益强度，该内包层可以用于增大光纤的增益谱宽，因此本申请提供的光纤的性能较好。
并且，由于光纤的宽谱增益是通过在光纤中掺杂的掺杂离子来实现的，但光纤中的掺杂离子越多，光纤的损耗越大，因此为了平衡光纤的损耗和宽谱增益，本发明实施例将光纤设计为具有掺杂第一掺杂离子的内包层，以及掺杂第二掺杂离子的纤芯层的结构，可以在避免增加光纤的损耗的前提下，提高光纤对泵浦光的增益放大，提高了光纤的宽谱增益的性能，能够实现光信号的大容量快速传输。
图4是本发明实施例提供的一种光纤的制备方法的流程图，该制备方法可以用于制备上述实施例提供的光纤。参考图4可以看出，该方法可以包括：
步骤101、对至少两种掺杂离子的固态前驱体分别进行加热，得到每种掺杂离子的前驱体气源。
在本发明实施例中，每种掺杂离子的固态前驱体可以分别放置在一个蒸发设备中。对于每种掺杂离子，该蒸发设备可以对该掺杂离子的固态前驱体进行加热，使该掺杂离子的固态前驱体可以转化为该掺杂离子的前驱体气源。
步骤102、向石英管内通入至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源，以及第一基体气源，采用PCVD工艺在该石英管内形成内包层。
在本发明实施例中，在石英管内形成内包层时，可以将石英管放置在PCVD设备中，使该石英管的内表面与外界隔离。之后，可以向石英管内通入第一掺杂离子的前驱体气源，以及第一基体气源，从而通过PCVD工艺在该石英管内形成内包层。该内包层可以包括由第一基体气源形成的玻璃基体，以及掺杂在该玻璃基体内的第一掺杂离子。其中，PCVD设备可以为PCVD车床。
本发明实施例提供的石英管可以为中空的柱状结构，内包层形成在该石英管的内表面，也即是，该石英管可以包覆在内包层的外侧。
步骤103、向石英管内通入至少两种掺杂离子中第二掺杂离子的前驱体气源，以及第二基体气源，采用PCVD工艺在该内包层内形成纤芯层。
在石英管内形成内包层之后，可以继续向石英管内通入第二掺杂离子的前驱体气源，以及第二基体气源，从而通过PCVD工艺在该内包层内形成纤芯层。该纤芯层可以包括由第二基体气源形成的玻璃基体，以及掺杂在该玻璃基体内的第二掺杂离子。该第二基体气源与第一基体气源可以相同，也可以不同。
可选的，形成有内包层的石英管为中空的柱状结构，纤芯层可以形成在内包层的内表面，也即是，该内包层可以包覆在纤芯层的外侧。
作为一种可选的实现方式，上述步骤101可以在步骤102之前执行，即可以提前对第一掺杂离子的固态前驱体进行加热得到该第一掺杂离子的前驱体气源，并将该第一掺杂离子的前驱体气源存储在第一气罐中。在需要向石英管内通入第一掺杂离子的前驱体气源时，再将该第一气罐与该PCVD设备连通。同理，上述步骤101也可以在步骤103之前执行，即可以提前对第二掺杂离子的固态前驱体进行加热得到该第二掺杂离子的前驱体气源，并将该第二掺杂离子的前驱体气源存储在第二气罐中。在需要向石英管内通入第二掺杂离子的前驱体气源时，再将该第二气罐与该PCVD设备连通。
作为另一种可选的实现方式，上述步骤101中，对第一掺杂离子的前驱体气源进行加热的操作，可以与步骤102同步执行。相应的，步骤101中对第二掺杂离子的前驱体气源进行加热的操作，可以与步骤103同步执行。也即是，可以在对掺杂离子的固态前驱体进行加热的同时，向石英管通入该掺杂离子的前驱体气源。
由于固态前驱体转化为前驱体气源所需要的温度较高(固态前驱体对温度的灵敏度较低)，因此，为了便于控制每种掺杂离子在石英管中掺杂的比例，可以将用于对当前需掺杂的掺杂离子的固态前驱体进行加热的蒸发设备的温度设置的较高，将用于对其他掺杂离子的固态前驱体进行加热的蒸发设备的温度设置的较低，从而保证除了当前需掺杂的掺杂离子之外的其他掺杂离子不会被掺杂在当前形成的膜层中，从而便于控制光纤中各个膜层的掺杂离子的比例。
示例的，在执行步骤102时，可以将用于加热第一掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备的温度设置的较高，而将用于加热第二掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备的温度设置的较低。在执行步骤103时，可以将用于加热第二掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备的温度设置的较高，而将用于加热第一掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备的温度设置的较低。
步骤104、对形成有内包层和纤芯层的石英管进行处理，得到光纤。
在本发明实施例中，对形成有内包层和纤芯层的石英管进行的处理可以包括：塌缩处理和拉丝处理。即可以对形成有内包层和纤芯层的石英管进行塌缩，形成实心的光纤预制棒，然后再将该实心的光纤预制棒放置在拉丝塔中，拉丝制成光纤。
需要说明的是，通过本发明实施例提供的制备方法制备得到的光纤可以包括：纤芯层，包覆在纤芯层外侧的内包层，以及包覆在内包层外侧的外包层，该外包层可以由石英管形成。
综上所述，本发明实施例提供了一种光纤的制备方法，该方法可以向石英管内通入掺杂离子的前驱体气源，并采用PCVD工艺制备光纤的内包层和纤芯层，由于该PCVD工艺制备光纤时，是通过化学反应的方式将掺杂离子掺杂在光纤中，因此可以准确控制光纤中每种掺杂离子的比例，使得最终制备得到的光纤中掺杂离子的均匀性和分散性均较好。又由于采用PCVD工艺制备的过程中，无需将石英管从PCVD设备中取下，因此可以避免低氢氧根环境被破坏，制备得到的光纤的损耗较小。并且，由于该掺杂离子的前驱体气源是通过固态前驱体加热得到的，固态前驱体对温度的灵敏度较低，因此可以通过调节每种掺杂离子的固态前驱体的加热温度，精确控制每种掺杂离子的浓度，保证了制备出的光纤的性能。
图5是本发明实施例提供的另一种光纤的制备方法的流程图，该制备方法可以用于制备上述实施例提供的光纤。参考图5可以看出，该方法可以包括：
步骤201、对至少两种掺杂离子的固态前驱体分别进行加热，得到每种掺杂离子的前驱体气源。
在本发明实施例中，用于制备光纤的制备系统可以包括高温蒸发系统和PCVD设备。该高温蒸发系统可以包括多个蒸发设备，每个蒸发设备用于对一种掺杂离子的固态前驱体进行加热，得到该掺杂离子的前驱体气源。其中，该掺杂离子的前驱体气源可以为饱和蒸汽态。
示例的，假设光纤中待掺杂的离子包括Bi3+、Al3+、Er3+以及Yb3+，则该高温蒸发系统可以包括四个蒸发设备，该四个蒸发设备可以分别对这四种掺杂离子的固态前驱体进行加热。
图6是本发明实施例提供的一种蒸发设备的结构示意图。参考图6可以看出，该蒸发设备可以包括：设备主体001，间隔设置在该设备主体001内的至少一个平台002，与该设备主体001的进气孔连通的进气管003，以及与设备主体001的出气孔连通的出气管004。其中，每个平台002均可以用于放置掺杂离子的固态前驱体。该进气管003可以用于向该设备主体001内通入惰性气体，例如，可以通入氦气(He)，从而可以保证该掺杂离子的固态前驱体不会被氧化，确保该掺杂离子的固态前驱体可以转化为该掺杂离子的前驱体气源。并且，该惰性气体可以作为载送气体将该掺杂离子的前驱体气源通过出气管004输送至石英管内。
可选的，该蒸发设备可以包括多个(例如10个)平台002，该多个平台002可以沿设备主体001的轴向间隔排布，从而使该掺杂离子的固态前驱体可以均匀分布在该蒸发设备内，确保该蒸发设备可以对该掺杂离子的固态前驱体进行均匀加热，缩短了该固态前驱体转化为前驱体气源的时间，从而提高了制备光纤的速率。例如图6所示的蒸发设备中包括5个平台002，该5个平台等间隔设置在设备主体001内，每个平台002上可以均放置有掺杂离子的固态前驱体。
可选的，为了保证蒸发设备不会被设置在该蒸发设备内的固态前驱体腐蚀，该蒸发设备中设备主体001、平台002、进气管003以及出气管004可以均采用抗腐蚀性材料制成，例如可以采用镍合金材料制成。
在本发明实施例中，蒸发设备中放置的每种掺杂离子的固态前驱体可以为该掺杂离子的氯化物或螯合物。例如，该Bi3+的固态前驱体可以为该Bi3+的氯化物：氯化铋(BiCl3)或Bi3+的螯合物：Bi(2，2，6，6-tetra-methyl-3，5-heptanedionato)Bismuth(III)(Bi(thd)3)。该Al3+的固态前驱体可以为该Al3+的氯化物：AlCl3或该Al3+的螯合物：三甲基铝Al(CH3)3(TMA)。该Er3+的固态前驱体可以为该Er3+的氯化物：氯化铒(ErCl3)或Er3+的螯合物：Er(thd)3。该Yb3+的固态前驱体可以为该Yb3+的氯化物：氯化镱(YbCl3)或Yb3+的螯合物：Yb(thd)3。
示例的，假设该Bi3+的固态前驱体为BiCl3，则可以将BiCl3放置在第一蒸发设备中，并对该第一蒸发设备的加热温度进行调整，从而对该Bi3+的固态前驱体BiCl3进行加热，使Bi3+的固态前驱体BiCl3转化为Bi3+的前驱体气源。其中，第一蒸发设备的加热温度的调整范围可以为200℃(摄氏度)至600℃。
假设该Al3+的固态前驱体为AlCl3，则可以将该AlCl3放置在第二蒸发设备中，并对该第二蒸发设备的加热温度进行调整，从而对该Al3+的固态前驱体AlCl3进行加热，使Al3+的固态前驱体AlCl3转化为Al3+的前驱体气源。其中，第二蒸发设备的加热温度的调整范围可以为200℃至500℃。
假设该Er3+的固态前驱体为ErCl3，则可以将该ErCl3放置在第三蒸发设备中，并对该第三蒸发设备的加热温度进行调整，从而对该Er3+的固态前驱体ErCl3进行加热，使Er3+的固态前驱体ErCl3转化为Er3+的前驱体气源。其中，第三蒸发设备的加热温度的调整范围可以为200℃至900℃。
假设该Yb3+的固态前驱体为，则可以将YbCl3放置在第四蒸发设备中，并对该第四蒸发设备的加热温度进行调整，从而对该Yb3+的固态前驱体YbCl3进行加热，使Yb3+的固态前驱体YbCl3转化Yb3+的前驱体气源。其中，第四蒸发设备的加热温度的调整范围可以为200℃至900℃。
由于高温蒸发系统可以包括分别用于放置铋离子、铝离子、铒离子和镱离子的固态前驱体的四个蒸发设备，该四个蒸发设备的加热温度可以单独调整，从而便于控制每种掺杂离子的掺杂浓度。
需要说明的是，在上述步骤201之前，还需要对放置固态前驱体的每个蒸发设备进行清洗，使每个蒸发设备中均不含有杂质。之后，可以将蒸发设备放置在真空手套箱中，在该真空手套箱中将掺杂离子的固态前驱体放置在蒸发设备中。随后可以将该蒸发设备从该真空手套箱中取出，并与PCVD设备连接。将掺杂离子的固态前驱体放置在蒸发设备的过程可以在真空手套箱中操作，从而确保该蒸发设备提供的前驱体气源的纯度。
步骤202、将预处理后的石英管放置在PCVD设备内。
为了确保制备的光纤的质量，需要选择一个表面无缺陷的石英管，并对该石英管进行清洗、吹扫和烘干等预处理，使该石英管内表面洁净无尘。之后，可以将该预处理后的石英管放置于PCVD设备内。其中，吹扫处理时可以向石英管内通入N2(氮气)，通过N2对该石英管的进行吹扫处理。
进一步的，可以对该石英管进行暖管，并对该石英管的内表面进行抛光处理，使该石英管的内表面光滑，确保在该石英管内沉积出的内包层和纤芯层的质量。
可选的，石英管的两端可以通过旋转密封件分别与PCVD设备的两端连接，使该石英管的内表面与外界隔离，确保石英管内的氢氧根离子的浓度较低，保证了在沉积缓冲层、内包层以及纤芯层的过程中，石英管的内表面可以始终处于低氢氧根离子的环境下，制备的光纤的损耗较小。
步骤203、刻蚀石英管的内壁。
在本发明实施例中，可以采用刻蚀剂对石英管的内壁进行刻蚀，使得石英管内部的通孔在纵截面的正投影为多边形，该纵截面可以垂直于该石英管的轴线。将该石英管的内部的通孔刻蚀为多边形，可以使在该石英管内形成的内包层和纤芯层也为多边形，从而可以避免泵浦光直接在光纤的外包层中传输，确保了光纤增益放大的有效性。其中，该光纤的外包层可以由石英管形成。泵浦光可以是指泵浦源发射的光线。
示例的，该刻蚀剂可以为六氟化硫(SF6)。
图7是本发明实施例提供的一种刻蚀后的石英管的结构示意图。图8是本发明实施例提供的一种石英管在刻蚀前和刻蚀后的截面图。参考图7和图8可以看出，可以采用刻蚀剂沿石英管内壁的多个径向方向Y进行刻蚀，每个方向的刻蚀厚度可以为0.1mm(毫米)至0.6mm，例如可以为0.5mm。
参考图8，刻蚀后的石英管10内部的通孔在纵截面的正投影可以为六边形，该纵截面可以垂直于该石英管的轴线X。当然，刻蚀出的多边形也可以为三角形、四边形、五边形或八边形等，本发明实施例对此不做限定。
步骤204、采用PCVD工艺在石英管内形成缓冲层。
在完成对石英管内壁的刻蚀后，可以向该PCVD设备内通入氯化硅(SiCl4)、氯化锗(GeCl4)、三氯氧磷(POCl3)、氧气(O2)以及氟利昂(CF2Cl2)，从而如图9所示，在石英管10的内表面形成缓冲层20。其中，该PCVD设备中发生的化学反应可以包括：SiCl4+O2→SiO2+2Cl2；GeCl4+O2→GeO2+2Cl2；2POCl3+4O2→2P2O5+3Cl2；SiCl4+2CF2Cl2+2O2→SiF4+2CO2+2Cl2。
参考上述化学反应式可以看出，该缓冲层可以包括沉积在石英管内壁的SiO2、GeO2以及P2O5。在石英管的内表面沉积缓冲层，可以避免氢氧根离子向该石英管内扩散，保证在后续沉积内包层以及纤芯层的过程中，可以确保该石英管处于低氢氧根离子的环境下，制备出的光纤的损耗较小。
步骤205、向石英管内通入至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源，以及第一基体气源，采用PCVD工艺在石英管内形成内包层。
在本发明实施例中，可以通过蒸发设备向PCVD设备中通入第一掺杂离子的前驱体气源，并通过第一储气柜向PCVD设备通入第一基体气源，从而可以通过PCVD工艺在石英管内形成内包层。该内包层可以包括第一基体气源生成的透明的玻璃基体，以及在该玻璃基体内掺杂的第一掺杂离子。其中，第一基体气源可以存储在第一储气柜中，该第一储气柜可以与PCVD设备连通。
图10是本发明实施例提供的一种蒸发设备和石英管的结构示意图。参考图10可以看出，第一基体气源和第一掺杂离子通入石英管10后，可以在该石英管10的沉积区域10a中沉积内包层。图11是本发明实施例提供的一种在石英管内形成内包层后的结构示意图，参考图11可以看出，该内包层30的纵截面的形状可以与刻蚀后的石英管10内部的通孔在纵截面的正投影的形状相同。
可选的，该第一掺杂离子可以包括稀土离子：铋离子(Bi3+)，还可以包括铝离子(Al3+)。可选的，该第一基体气源可以包括：GeCl4、SiCl4、氯气(Cl2)以及O2。或者，除了上述气体之外，该第一基体气源还可以包括：POCl3。
示例的，可以通过第一蒸发设备将Bi3+的前驱体气源通入石英管内，通过第二蒸发设备将Al3+的前驱体气源通入石英管内，并通过第一储气柜向石英管内通入GeCl4、氯化硅SiCl4、Cl2、O2以及POCl3。
其中，向石英管内通入的该GeCl4的体积流量可以为50sccm(标准毫升每分钟)至400sccm。向石英管内通入的该SiCl4的体积流量可以为50sccm至400sccm。向石英管内通入的该Cl2的体积流量可以为0.1sccm至10sccm。向石英管内通入的该O2的体积流量可以为400sccm至800sccm。向石英管内通入的POCl3的体积流量可以为10sccm至100sccm。
在沉积内包层时，PCVD设备内的温度可以为600℃至1000℃。也即是，该石英管内的温度可以为600℃至1000℃。每次沉积的薄膜的厚度的范围可以为1nm至2nm，可以循环沉积100次至400次，得到该内包层。
在形成内包层的过程中，该第一基体气源中的POCl3中的P5+可以被掺杂在石英管的内包层中。即该最终形成的内包层可以包括由GeO2、SiO2以及P2O5制成的玻璃基体，以及在该玻璃基体内掺杂的Bi3+、Al3+以及P5+。
步骤206、向该石英管内通入该至少两种掺杂离子中第二掺杂离子的前驱体气源，以及第二基体气源，采用PCVD工艺在内包层内形成纤芯层。
在本发明实施例中，可以通过蒸发设备向PCVD设备中通入第二掺杂离子的前驱体气源，并通过第二储气柜向PCVD设备通入第二基体气源，从而可以通过PCVD工艺在石英管内形成纤芯层。该纤芯层可以包括第二基体气源生成的透明的玻璃基体，以及在该玻璃基体内掺杂的第二掺杂离子。其中，第二基体气源可以存储在第二储气柜中，该第二储气柜可以与PCVD设备连通。
参考图10可以看出，第二基体气源和第二掺杂离子通入石英管10后，可以在该石英管10的沉积区域10a中沉积纤芯层。图12是本发明实施例提供的一种在石英管中形成纤芯层后的结构示意图。参考图12可以看出，该纤芯层40的纵截面的形状可以与内包层30的纵截面的形状相同。
可选的，该第二掺杂离子可以包括稀土离子：Er3+和Yb3+，还可以包括Al3+。由于Er3+作为增益介质，可以对长距离传输的光信号起到放大的作用，Yb3+在915nm至980nm波长范围内有强烈的吸收峰，且Yb3+的发射峰与Er3+的吸收峰重叠，因此，通过在纤芯层中掺杂Er3+和Yb3+，可以提升光纤的增益效果。其中Yb3+可以作为Er3+的敏化剂，增加泵浦源波长的选择范围。
可选的，第二基体气源可以包括：GeCl4、SiCl4、Cl2以及O2。或者，除了上述气体之外，该第二基体气源还可以包括：四氟化硅(SiF4)和POCl3。
示例的，可以通过第二蒸发将该Al3+的前驱体气源通入石英管内，通过第三蒸发设备将Er3+的前驱体气源通入石英管内，通过第四蒸发设备将Yb3+的前驱体气源通入石英管内，并通过第二储气柜向石英管内通入GeCl4、氯化硅SiCl4、Cl2、O2、SiF4以及POCl3。
其中，向石英管内通入的该GeCl4的体积流量可以为50sccm至400sccm。向石英管内通入的该SiCl4的体积流量可以为50sccm至400sccm。向石英管内通入的该Cl2的体积流量可以为0.1sccm至10sccm。向石英管内通入的该O2的体积流量可以为400sccm至800sccm。向石英管内通入的该SiF4的体积流量可以为50sccm至200sccm。向石英管内通入的该POCl3的体积流量可以为10sccm至100sccm。
在沉积纤芯层时，PCVD设备内的温度可以为600℃至1000℃。也即是，该石英管内的温度可以为600℃至1000℃。每次沉积的薄膜的厚度的范围可以为1nm至2nm，可以循环沉积300次至1000次，得到该纤芯层。
在形成纤芯层的过程中，该第二基体气源中的POCl3中的P5+可以被掺杂在石英管的纤芯层中。即最终形成的纤芯层可以包括由GeO2、SiO2以及P2O5制成的玻璃基体，以及在该玻璃基体内掺杂的Er3+、Yb3+、Al3+以及P5+。
在本发明实施例中，由于采用PCVD工艺在石英管内形成内包层和纤芯层时，掺杂离子的前驱体气源以及基体气源可以在PCVD设备内低温等离子体化，并在该PCVD设备内发生化学反应，因此该制备方法可以在较低的温度下沉积薄膜。其中，掺杂离子的前驱体气源和基体气源在PCVD设备中主要是由于电子的轰击引起激发、电离或解离，生成激发分子、原子和游离基等，最后经过迁移和吸附生成薄膜。该PCVD工艺生成的薄膜的厚度可以为纳米级别，沉积的精度较高，掺杂离子的分布较均匀，分散性较好，制备出的光纤的结构精细。并且，该PCVD工艺的沉积温度较低、掺杂离子的浓度和分布可以被精确控制，从而使得掺杂离子的均匀性和分散性较好。
需要说明的是，在向石英管内通入基体气源和掺杂离子的前驱体气源之前，需要保证每种气源的温度和压力均为稳定状态。在向石英管内通入基体气源和掺杂离子的前驱体气源的过程中，需要根据光纤的性能需求，实时调整每种气源的温度和压力，精确控制内包层和纤芯层中的掺杂离子的比例。
步骤207、将石英管从PCVD设备中取下，并放入MCVD设备中，对该石英管进行塌缩处理。
在将石英管从PCVD设备中转移至MCVD设备的过程中，可以对该石英管的两端进行密封，从而保证该石英管内部洁净无尘。在转移至到MCVD设备之后，可以调整该MCVD设备内的温度和气体氛围，当该MCVD设备内的温度和气体氛围稳定时，例如，当该MCVD设备的温度稳定在1800℃至2100℃，O2的体积流量稳定在10sccm至80sccm，Cl2的体积流量稳定在0.1sccm至20sccm时，可以开始对石英管进行塌缩处理，得到实心的光纤预制棒。其中，塌缩处理的次数可以为3次至7次，例如，可以塌缩5次。
参考图13，塌缩处理后的光纤预制棒中，缓冲层20、内包层30以及纤芯层40的纵截面可以均呈弧线多边形(该弧线多边形即每条边均为弧线的多边形)。其中，光纤预制棒中的缓冲层20、内包层30以及纤芯层40中每一层的纵截面的每条边的弧度，可以与刻蚀剂沿石英管的多个径向方向Y进行刻蚀的刻蚀厚度正相关。也即是，刻蚀厚度越厚，每条边的弧度越大。
步骤208、在光纤预制棒的外表面形成涂覆层。
在本发明实施例中，可以将丙烯酸酯等高分子聚合材料涂覆在该光纤预制棒的外表面，并通过紫外光将高分子聚合材料固化，从而形成涂覆层。该涂覆层可以避免光纤预制棒被灰尘污染。
可选的，光纤预制棒的外表面可以形成一层涂覆层或多层涂覆层。当形成有多层涂覆时，任意两层涂覆层的材料的折射率可以不同。
步骤209、对光纤预制棒进行拉丝，得到光纤。
进一步的，可以将光纤预制棒放入拉丝塔中进行拉丝，从而得到光纤，该光纤可以包括纤芯层40，包覆在该纤芯层40外侧的内包层30，以及包覆在内包层30外侧的外包层，该外包层可以由石英管10和缓冲层20形成。
通过本发明实施例提供的制备方法制备出的光纤的内包层的折射率可以小于纤芯层的折射率，例如，内包层的折射率可以比纤芯层的折射率低0.1％至3％。该内包层和纤芯层的数值孔径的范围可以为0.08至0.18，例如，该内包层和纤芯层的数值孔径可以为0.12。
可选的，该光纤中内包层和纤芯层(内包层和纤芯层可以统称为增益区)的纵截面的面积之和的范围可以为20μm2至400μm2，除内包层和纤芯层之外的部分(即非增益区)的纵截面的面积的范围可以为15600μm2至160000μm2。例如，增益区的纵截面的面积可以为200μm2，非增益区的纵截面的面积可以为100000μm2。
在本发明实施例中，由于掺杂离子的前驱体气源是通过蒸发设备对固态前驱体进行加热得到，并通入石英管内的。因此，掺杂离子的比例可以通过调节蒸发设备的加热温度进行控制，可调整性强。由于光纤通过PCVD工艺制备，沉积内包层以及纤芯层时，每次沉积的厚度较薄，因此掺杂离子的分散性较好。并且，掺杂离子是通过化学反应吸附石英管内表面，选择性较强，不会出现离子团簇现象，进一步确保光纤中掺杂离子的分散性和均匀性。由于采用PCVD工艺制备光纤，比MCVD工艺制备光纤的温度低，因此掺杂离子不易挥发和扩散，易于控制内包层和纤芯层中掺杂离子的浓度。
通过本发明实施例提供的制备方法制备出的光纤，其纤芯层可以掺杂有Er3+、Yb3 +、Al3+以及P5+，用于提高光纤的增益强度，内包层可以掺杂有Bi3+、Al3+和P5+，用于增大光纤的增益谱宽，可以实现对波长为1520nm至1620nm光谱范围内的光信号的放大。并且，本发明实施例提供的制备方法制备出的光纤结构简单，价位低廉，易于产业化生产。
本发明实施例提供的制备方法制备出的光纤，可以实现对50nm的光谱范围内的光信号的有效增益放大，也即是，该光纤可以达到50nm的增益谱宽，相比于相关技术中的光纤通常仅能达到38nm的增益谱宽而言，本发明实施例提供的制备方法制备出的光纤的增益放大的效果较好，增益谱宽较宽。
根据上述分析可知，本发明实施例提供的制备方法制备出的光纤，具有增益谱宽较宽、放大效率高、成本较低、损耗小以及光信号输出稳定性好等特点，可以用于制作光纤激光器、光纤放大器、传感器或宽带光源等光学器件。
综上所述，本发明实施例提供了一种光纤的制备方法，该方法可以向石英管内通入掺杂离子的前驱体气源，并采用PCVD工艺制备光纤的内包层和纤芯层，由于该PCVD工艺制备光纤时，是通过化学反应的方式将掺杂离子掺杂在光纤中，因此可以准确控制光纤中每种掺杂离子的比例，使得最终制备得到的光纤中掺杂离子的均匀性和分散性均较好。采用PCVD工艺制备的过程中，无需将石英管从PCVD设备中取下，避免了低氢氧根环境被破坏。并且，该掺杂离子的前驱体气源是通过固态前驱体加热得到的，可以精确控制每种掺杂离子的浓度，保证了制备出的光纤的性能。
本发明实施例还提供了一种光纤放大器，该光纤放大器可以包括依次连接的泵浦源，耦合器以及上述实施例提供的光纤。其中，该泵浦源可以与耦合器的第一输入端连接，耦合器的第二输入端可以用于连接光源，耦合器的输出端可以与光纤连接。
可选的，该光纤放大器还可以包括：两个隔离器。其中一个隔离器可以分别与该光源和耦合器的第二输入端连接，另一个隔离器可以与光纤远离耦合器的一端连接。
本发明实施例还提供了一种光纤激光器，该光纤激光器可以包括依次连接的泵浦源、第一光栅、上述实施例提供的光纤以及第二光栅。其中，该泵浦源的一端可以用于连接第一光栅的一端，该第一光栅的另一端可以与光纤的一端连接，该光纤的另一端可以与第二光栅连接。
可选的，该光纤激光器还可以包括：隔离器。该隔离器的一端可以与泵浦源的一端连接，隔离器的另一端可以与第一光栅连接。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光纤，其特征在于，所述光纤包括：纤芯层，包覆在所述纤芯层外侧的内包层，以及包覆在所述内包层外侧的外包层；
所述内包层包括第一基体以及掺杂在所述第一基体内的第一掺杂离子；
所述纤芯层包括第二基体以及掺杂在所述第二基体内的第二掺杂离子；
其中，所述第一掺杂离子包括铋离子，所述第二掺杂离子包括铒离子和镱离子；
所述内包层和所述纤芯层在纵截面的正投影均为多边形，所述纵截面垂直于所述光纤的轴线，所述多边形的每条边均为弧形；
所述外包层至少包括石英管，所述内包层和所述纤芯层是在所述石英管的内壁经过刻蚀之后形成的，且刻蚀后的所述石英管内部的通孔在所述纵截面的正投影为多边形。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，
所述铋离子的重量百分比的范围为0.5％至5％，所述铒离子的重量百分比的范围为1％至8％，所述镱离子的重量百分比的范围为1％至2％。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述第一掺杂离子还包括铝离子，所述第二掺杂离子还包括铝离子；
所述光纤中铝离子的重量百分比的范围为2％至10％。
4.根据权利要求1至3任一所述的光纤，其特征在于，制成所述第一基体的材料包括氧化锗、氧化硅以及五氧化二磷，制成所述第二基体的材料包括氧化锗、氧化硅以及五氧化二磷；
所述光纤中磷离子的重量百分比的范围为2％至10％。
5.一种光纤的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对至少两种掺杂离子的固态前驱体分别进行加热，得到每种所述掺杂离子的前驱体气源；
向石英管内通入所述至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源，以及第一基体气源，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述石英管内形成内包层；
向所述石英管内通入所述至少两种掺杂离子中第二掺杂离子的前驱体气源，以及第二基体气源，采用等离子体增强化学气相沉积工艺在所述内包层内形成纤芯层；
对形成有所述内包层和所述纤芯层的所述石英管进行处理，得到光纤；
在所述向石英管内通入所述至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源之前，所述方法还包括：
刻蚀所述石英管的内壁，使所述石英管内部的通孔在纵截面的正投影为多边形，所述纵截面垂直于所述石英管的轴线。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
所述向石英管内通入所述至少两种掺杂离子中第一掺杂离子的前驱体气源，包括：
向用于加热所述第一掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备通入惰性气体，使所述惰性气体将所述第一掺杂离子的前驱体气源载送入所述石英管；
所述向所述石英管内通入所述至少两种掺杂离子中第二掺杂离子的前驱体气源，包括：
向用于加热所述第二掺杂离子的固态前驱体的蒸发设备通入惰性气体，使所述惰性气体将所述第二掺杂离子的前驱体气源载送入所述石英管。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一掺杂离子包括铋离子，所述第二掺杂离子包括铒离子和镱离子；
对所述铋离子的固态前驱体进行加热时的温度范围为200摄氏度至600摄氏度；
对所述铒离子的固态前驱体进行加热时的温度范围为200摄氏度至900摄氏度；
对所述镱离子的固态前驱体进行加热时的温度范围为200摄氏度至900摄氏度。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一掺杂离子还包括铝离子，所述第二掺杂离子还包括铝离子；
对所述铝离子的固态前驱体进行加热时的温度范围为200摄氏度至500摄氏度。
9.根据权利要求5至8任一所述的制备方法，其特征在于，所述第一基体气源和所述第二基体气源均包括：氯化锗、氯化硅、氯气以及氧气；
向所述石英管内通入的所述氯化锗的体积流量为50标准毫升每分钟至400标准毫升每分钟；
向所述石英管内通入的所述氯化硅的体积流量为50标准毫升每分钟至400标准毫升每分钟；
向所述石英管内通入的所述氯气的体积流量为0.1标准毫升每分钟至10标准毫升每分钟；
向所述石英管内通入的所述氧气的体积流量为400标准毫升每分钟至800标准毫升每分钟。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一基体气源还包括：三氯氧磷，所述第二基体气源还包括：四氟化硅和三氯氧磷；
向所述石英管内通入的所述三氯氧磷的体积流量为10标准毫升每分钟至100标准毫升每分钟；
向所述石英管内通入的所述四氟化硅的体积流量为50标准毫升每分钟至200标准毫升每分钟。
11.一种光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器包括：依次连接的泵浦源、耦合器以及如权利要求1至4任一所述的光纤。
12.一种光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器包括：依次连接的泵浦源、第一光栅、如权利要求1至4任一所述的光纤以及第二光栅。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115113325B (zh) * 2021-03-23 2023-11-03 华为技术有限公司 一种掺铒光纤
CN113341499B (zh) * 2021-05-31 2023-04-07 广东工业大学 一种增益均衡的掺铒少模光纤及其通信系统
CN113860727B (zh) * 2021-08-27 2023-05-05 哈尔滨工程大学 一种基于氢氧焰加热的自变形芯光纤的制备方法
CN113900174A (zh) * 2021-09-14 2022-01-07 南京理工大学 一种莱洛三角形纤芯的稀土掺杂光纤
CN117673874B (zh) * 2024-01-31 2024-05-14 中国航天三江集团有限公司 一种高功率光纤激光器及使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6620748B1 (en) * 1998-10-20 2003-09-16 Asahi Glass Co Ltd Light-amplifying glass, light-amplifying medium and resin-coated light-amplifying medium
CN1564033A (zh) * 2004-03-29 2005-01-12 烽火通信科技股份有限公司 双包层掺稀土光纤及其制造方法
CN102157888A (zh) * 2011-03-17 2011-08-17 广州中国科学院工业技术研究院 一种被动调q全光纤激光器
CN104678489A (zh) * 2015-03-05 2015-06-03 华中科技大学 一种多角形纤芯稀土掺杂光纤及其制备方法
CN105467511A (zh) * 2015-12-16 2016-04-06 上海大学 一种Bi/Er或Bi/Er/Al共掺石英光纤及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6620748B1 (en) * 1998-10-20 2003-09-16 Asahi Glass Co Ltd Light-amplifying glass, light-amplifying medium and resin-coated light-amplifying medium
CN1564033A (zh) * 2004-03-29 2005-01-12 烽火通信科技股份有限公司 双包层掺稀土光纤及其制造方法
CN102157888A (zh) * 2011-03-17 2011-08-17 广州中国科学院工业技术研究院 一种被动调q全光纤激光器
CN104678489A (zh) * 2015-03-05 2015-06-03 华中科技大学 一种多角形纤芯稀土掺杂光纤及其制备方法
CN105467511A (zh) * 2015-12-16 2016-04-06 上海大学 一种Bi/Er或Bi/Er/Al共掺石英光纤及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
双包层铒镱共掺光纤的制备及其激光性能研究;张泽学;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）-信息科技辑》;20130715;第I135-169页 *

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