CN111847864A - 一种c波段扩展的宽带增益掺铒光纤及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括以下步骤：S1、基于MCVD技术在28*2的石英管内沉积多孔的疏松层；S2、将ErCl3、La(NO)3的混合溶液泡入疏松层中；S3、浸泡后将溶液倒出，得到已掺杂离子的含疏松层的玻璃管；S4、通氮气干燥；S5、将包含疏松层的玻璃管架到MCVD车床上，在1000℃的温度下，通氯气多趟干燥；S6、在1000‑1600℃温度下，通过气相掺杂的方式将POCl3引入疏松层中；S7、在高温下，将干燥后的含疏松层的石英管烧结成为透明密实的石英玻璃棒；S8、将石英玻璃棒拉制成光纤。本方法制备出涵盖1510‑1580nm通信波段超宽带高增益光纤。

Description

一种C波段扩展的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C波段扩展的宽带增益掺铒光纤及其制备方法。
背景技术
近年来，随着移动终端的全面普及和全球云计算、超清视频、物联网的不断发展，数据通信需求呈现爆炸式增长，传统通信系统已经不能满足目前的数据传输需求。因此，超高速，超大容量，超长距离光纤通信系统越来越成为必要的发展趋势。密集波分复用(DWDM)系统以其巨大的带宽资源优势和频谱利用率成为扩大传输容量最为成熟的技术。尽管现有DWDM技术极大地提高了系统的数据传输能力，但随着5G通信的即将更新换代，移动数据业务高速增长，对光纤传输系统容量的需求以每两年翻一番的速度急增，DWDM通信系统面临巨大的扩容压力。目前提高DWDM系统传输容量的三种方法中，提高单信道传输速率的方法对系统的色散管理提出较高的要求；减小信道间隔的方法对器件的波长精度和稳定性要求非常严格，还会导致光纤内非线性效应的增强。相比之下，通过扩展系统的传输带宽，实现对S波段(1490-1530nm)、C波段(1530-1560nm)和L波段(1570-1610nm)信号同时传输的方法，可以在现有的技术基础上直接实现系统的扩容，从技术和成本角度来看，无疑是目前商用系统升级容量最理想的方法。与扩展系统传输带宽相应的是对系统器件性能要求的提高，即系统中各器件必须适用于宽带信号而不仅仅适用于C波段信号。然而，目前商用DWDM系统的核心器件-掺铒光纤放大器(EDFA)仅能支持约38nm的带宽，已越来越成为限制信道传输容量增长的重要因素。在长距离DWDM系统中，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。实现DWDM系统的长距离高速无误码传输，不仅要求研制的EDFA具有高增益、宽带宽、低噪声等特性，而且应同时实现增益谱的平坦。因此，未来的DWDM通信系统对EDFA的性能指标提出了更高的要求，而实现这些主要取决于其核心器件-超宽带高增益掺铒光纤(EDF)。因此，研究超宽带高增益掺铒玻璃及光纤不仅具有重要的科学意义，还具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，提供一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤及其制备方法，以解决上述问题。
本发明采用的技术方案为：一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括以下步骤：
S1、基于MCVD技术在28*2的石英管内沉积多孔的疏松层；
S2、将ErCl3、La(NO)3的混合溶液泡入疏松层中；
S3、浸泡后将溶液倒出，得到已掺杂离子的含疏松层的玻璃管；
S4、通氮气干燥；
S5、将包含疏松层的玻璃管架到MCVD车床上，在1000℃的温度下，通氯气多趟干燥；
S6、通过气相掺杂的方式将POCl3引入疏松层中；
S7、在高温下，将干燥后的含疏松层的石英管烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S8、将石英玻璃棒拉制成光纤。
一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤，采用上述方法制备而成。
本发明的效果是：本方法将磷通过气相掺杂的方式引入疏松层中，通过对疏松层温度的精确控制，可以对Er3+的掺杂浓度和P的掺杂量实现一定的调控，进而调节Er3+的荧光向S波段扩展，实现C波段扩展的较为平坦的宽带发射，通过掺La进一步提高Er3+的发光效率，制备出涵盖1510-1580nm通信波段宽带增益光纤。
附图说明
图1所示为实施例1的效果示意图；
图2所示为实施例2的效果示意图；
图3所示为实施例3的效果示意图；
图4所示为实施例4的效果示意图；
图5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C波段扩展的宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+和P5+，Er3的浓度为0.01wt％，P5+的浓度为0.5wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
1、采用MCVD技术在石英玻璃管内壁沉积疏松层；
2、将将含疏松层的石英玻璃管泡入ErCl3溶液，ErCl3的浓度为0.004mol/L；
3、浸泡2个小时后倒出ErCl3溶液；
4、将已掺杂的石英玻璃管通氮气干燥；
5、干燥完成后，对将石英玻璃管架到MCVD车床上，通氯气干燥；
6、在1200℃情况下，通入50Sccm的POCl3进行气相掺磷。
7、将掺磷后的石英玻璃管玻璃化并烧实成一个透明玻璃棒。
8、拉丝。
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C波段扩展的宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+和P5+，Er3的浓度为0.01wt％，P5+的浓度为2wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
1、基于MCVD技术在石英玻璃管内壁沉积疏松层；
2、将将含疏松层的石英玻璃管泡入ErCl3，ErCl3的浓度为0.004mol/L；
3、浸泡2个小时后倒出ErCl3溶液；
4、将已掺杂的石英玻璃管通氮气干燥；
5、干燥完成后，对将石英玻璃管架到MCVD车床上，通氯气干燥；
6、在1200℃情况下，通入100Sccm的POCl3进行气相掺磷。
7、将掺磷后的石英玻璃管玻璃化并烧实成一个透明玻璃棒。
8、拉丝。
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。
实施例3
本发明提供一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+和P5+，Er3的浓度为0.01wt％，P5+的浓度为3wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
1、基于MCVD技术在石英玻璃管内壁沉积疏松层；
2、将将含疏松层的石英玻璃管泡入ErCl3，ErCl3的浓度为0.004mol/L；
3、浸泡2个小时后倒出ErCl3溶液；
4、将已掺杂的石英玻璃管通氮气干燥；
5、干燥完成后，对将石英玻璃管架到MCVD车床上，通氯气干燥；
6、在1200℃情况下，通入200Sccm的POCl3进行气相掺磷。
7、将掺磷后的石英玻璃管玻璃化并烧实成一个透明玻璃棒。
8、拉丝。
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67nm。
实施例4
本发明提供一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+，La3+和P5+，Er3的浓度为0.01wt％，La3+的浓度为0.1wt％，P5+的浓度为4wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
1、基于MCVD技术在石英玻璃管内壁沉积疏松层；
2、将将含疏松层的石英玻璃管泡入ErCl3和La(NO3)3溶液，其中ErCl3的浓度为0.004mol/L，La(NO3)3溶液的浓度为0.05mol/L；
3、浸泡2个小时后倒出溶液；
4、将已掺杂的石英玻璃管通氮气干燥；
5、干燥完成后，对将石英玻璃管架到MCVD车床上，通氯气干燥；
6、在1200℃情况下，通入300Sccm的POCl3进行气相掺磷。
7、将掺磷后的石英玻璃管玻璃化并烧实成一个透明玻璃棒。
8、拉丝。
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。
实施例5
本发明提供一种C波段扩展的宽带增益掺铒光纤，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+，La3+和P5+，Er3的浓度为0.5wt％，La3+的浓度为1wt％，P5+的浓度为5wt％。
一种超宽带增益掺铒光纤的制备方法，其包括：
1、基于MCVD技术在石英玻璃管内壁沉积疏松层；
2、将将含疏松层的石英玻璃管泡入ErCl3和La(NO3)3溶液，其中ErCl3的浓度为0.01mol/L，La(NO3)3溶液的浓度为0.1mol/L；
3、浸泡2个小时后倒出溶液；
4、将已掺杂的石英玻璃管通氮气干燥；
5、干燥完成后，对将石英玻璃管架到MCVD车床上，通氯气干燥；
6、在1200℃情况下，通入500Sccm的POCl3进行气相掺磷。
7、将掺磷后的石英玻璃管玻璃化并烧实成一个透明玻璃棒。
8、拉丝。
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。
有益效果
组别 ErCl<sub>3</sub> POCl<sub>3</sub> La(NO)<sub>3</sub> 荧光半高宽
实施例1 0.004mol/L 50sccm 0 42nm
实施例2 0.004mol/L 100sccm 0 52nm
实施例3 0.004mol/L 200sccm 0 67nm
实施例4 0.004mol/L 300sccm 0.05mol/L 68nm
实施例5 0.01mol/L 500sccm 0.1mol/L 70nm
基于MCVD和气相及液相掺杂技术，通过共掺离子(Er,La，P等离子)制备的掺Er3+石英玻璃3dB带宽达到73nm，几乎是目前掺铒石英玻璃工作带宽(38nm)的2倍。
本方法将铒镧通过溶液掺杂的方式引疏松层中，通过气相掺杂的方式将磷掺入多孔疏松层中。通过对疏松层的沉积温度的控制，调控P5+和Er3+的掺杂量，进而调节Er3+的工作带宽，实现铒的增益带宽向S波段扩展的较为平坦的宽带发射，制备出涵盖1510-1580nm通信波段宽带掺铒光纤。
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 (6)

1.一种C波段扩展的增益铒纤的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、基于MCVD技术在28*2的石英管内沉积多孔的疏松层；
S2、将ErCl3、La(NO)3的混合溶液泡入疏松层中；
S3、浸泡后将溶液倒出，得到已掺杂离子的含疏松层的玻璃管；
S4、通氮气干燥；
S5、将包含疏松层的玻璃管架到MCVD车床上，在1000℃的温度下，通氯气多趟干燥；
S6、在1000-1600℃温度下，通过气相掺杂的方式将POCl3引入疏松层中；
S7、在高温下，将干燥后的含疏松层的石英管烧结成为透明密实的石英玻璃棒；
S8、将石英玻璃棒拉制成光纤。
2.根据权利要求1所述的C波段扩展的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，ErCl3浓度为0.004mol/L，气相掺磷时含磷气体的流速为50-200Sccm。
3.根据权利要求1所述的C波段扩展的宽带增益铒纤的制备方法，其特征在于，混合溶液包括ErCl3、La(NO3)3，ErCl3浓度为0.004-0.01mol/L，La(NO3)3浓度为0-0.1mol/L，气相掺磷时含磷气体的流速为50-500Sccm。
4.根据权利要求1所述的C波段扩展的宽带增益铒纤，其特征在于，混合溶液包括ErCl3、La(NO3)3，ErCl3浓度为0.004-0.01mol/L，La(NO3)3浓度为0.05-0.1mol/L，气相掺磷时含磷气体的流速为300-500Sccm。
5.一种C波段扩展宽带增益掺铒光纤，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述的超宽带增益掺铒光纤的制备方法制备而成。
6.根据权利要求5所述的一种C波段扩展宽带增益掺铒光纤，其特征在于，其包括纤芯，所述纤芯内的掺杂离子包括Er3+、La3+、P5+离子，其中Er3+的浓度范围为0.01-0.5wt％，La3+的浓度范围为0-1wt％，P5+的浓度范围为0.5-5wt％。
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Inventor after: Wang Yibo

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