CN114779394B - 正常色散掺铥单模光纤及其制备方法、激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正常色散掺铥单模光纤，包括由内而外依次设置的纤芯、低折射率层、内包层和外包层，低折射率层、内包层和纤芯的折射率依次增大。另外还涉及上述正常色散掺铥单模光纤的制备方法以及配置有该正常色散掺铥单模光纤的激光器。本发明采用纤芯‑低折射率层‑内包层‑外包层的结构，并且低折射率层、内包层和纤芯的折射率依次增大，可使纤芯‑低折射率层‑内包层结构所形成的波导带来的正常色散效应大于石英玻璃的材料反常色散，使得该单模光纤在1.6μm～2.1μm波段正常色散，同时提高掺铥光纤在1.7μm～1.85μm波段的效率，解决现有掺铥光纤在色散方面的技术缺陷以及短波段增益和放大斜效率低的问题，提升掺铥单模光纤的工作性能、应用范围和使用效果。

Description

正常色散掺铥单模光纤及其制备方法、激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，涉及一种正常色散掺铥单模光纤、该正常色散掺铥单模光纤的制备方法以及配置有该正常色散掺铥单模光纤的激光器。
背景技术
目前，基于二氧化硅玻璃的有源光纤（比如掺镱光纤、掺铒光纤和掺铥光纤等）被广泛用于工业界和科研界的脉冲光纤激光器中。有源光纤的色散特性是设计基于有源光纤来实现高能量脉冲激光器必须考虑的重要特性之一，并且有源光纤的总色散是材料色散和波导色散之和。在1μm波段，基于二氧化硅玻璃的掺镱光纤的材料色散和波导色散均为正常色散（normal dispersion，通常对应群速色散（GVD），单位为ps2/km且符号为正，即被称为正常色散；若采用ps/(km·nm)作为单位，符号为负），因此二氧化硅玻璃的掺镱光纤在其工作波长1μm附近是正常色散。另外，由于二氧化硅玻璃材料本身的零色散波长在1.3μm附近，考虑到常用光纤的阶跃型折射率分布带来的正常色散，在1.5μm波段工作的掺铒光纤也比较容易实现正常色散。而二氧化硅玻璃掺铥光纤作为光纤激光器的有源光纤，其工作波段通常大于1.7μm，距零色散波长1.3μm较远，阶跃型折射率分布带来的正常色散波导远小于材料本身的反常色散，因此现有商用的二氧化硅玻璃掺铥光纤均为反常色散光纤。尽管也有基于二氧化硅-二氧化锗玻璃的正常色散掺铥光纤，但模场直径通常小于2μm，远小于二氧化硅掺镱光纤和掺铒光纤的模场直径（8μm～10μm），因此非线性过高不利于作为有源光纤获得高能量脉冲。由于二氧化硅玻璃掺铥光纤的反常色散特性，基于掺铥光纤的飞秒振荡器/飞秒激光器在1.7μm～2μm波段的脉冲能量小于1μm和1.5μm光纤飞秒振荡器/飞秒激光器的脉冲能量。另一方面，由于能级3F4和能级3H6间的重吸收效应，现有的掺铥光纤的工作波长通常在1.85μm以上,无法有效获得对1.7μm～1.8μm短波段的飞秒高能量光源，因此需要设计一款新型二氧化硅玻璃掺铥单模光纤，同时具备正常色散和在1.7μm～1.8μm短波段抑制重吸收效应而具有高增益的特性。
发明内容
本发明涉及一种正常色散掺铥单模光纤、该正常色散掺铥单模光纤的制备方法以及配置有该正常色散掺铥单模光纤的激光器，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明涉及一种正常色散掺铥单模光纤，包括纤芯、内包层和外包层，所述纤芯为掺铥纤芯，所述纤芯与所述内包层之间还夹设有低折射率层，其中，所述低折射率层、所述内包层和所述纤芯的折射率依次增大。
作为实施方式之一，所述低折射率层为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层。
作为实施方式之一，所述内包层为石英玻璃层。
作为实施方式之一，所述纤芯的折射率与所述内包层的折射率之差Δn呈抛物线型分布，从而能抵抗光纤弯曲带来的模式变形，具体采用如下公式表示：
Figure 420887DEST_PATH_IMAGE001
其中，Δn1为纤芯折射率与内包层折射率之间的最大差值，r为纤芯上任意点相对于纤芯轴线的距离，Φ为纤芯的直径。
作为实施方式之一，所述低折射率层的折射率与所述内包层的折射率之差采用如下公式表示：
Figure 62958DEST_PATH_IMAGE002
其中，Δn2为低折射率层折射率与内包层折射率之间的最大差值。
本发明还涉及一种正常色散掺铥单模光纤的制备方法，用于制备上述正常色散掺铥单模光纤，包括如下步骤：
S1，制备第一结构，所述第一结构包括内芯、包覆在内芯外围的低折射率层，所述内芯为未掺杂处理的芯料，测得所述第一结构的直径为d1；
S2，将所述第一结构浸泡在掺杂溶液中，以在所述内芯中掺入目标杂质，形成第二结构；
S3，制备第三结构，所述第三结构的直径在10d1~16d1范围内，所述第三结构的材料与内包层材料相同；
S4，对所述第三结构的中心进行钻孔，孔径为d1，形成第四结构；
S5，将第二结构插入第四结构的中心孔内，然后对第二结构和第四结构形成的整体结构进行干燥、烧结和熔缩处理，得到光纤预制棒；
S6，将所述光纤预制棒拉制后再包覆外包层，或者在所述光纤预制棒外包覆外包层后再拉制处理，以得到所述正常色散掺铥单模光纤。
作为实施方式之一，上述制备方法还包括：
将制得的正常色散掺铥单模光纤弯曲，以使该正常色散掺铥单模光纤在1.7μm-1.8μm波段范围内的工作性能满足要求。
作为实施方式之一，S1中，所述第一结构的制备方法包括：
在沉积管内依次沉积低折射率层和内芯，其中，所述低折射率层沿所述沉积管的内表面沉积而成。
作为实施方式之一，所述低折射率层为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层，所述低折射率层的沉积方法包括：
将四氯化硅、全氟乙烷和氧气的混合气体通入沉积管内，使所述混合气体发生反应以形成所述低折射率层。
本发明还涉及一种激光器，配置有如上所述的正常色散掺铥单模光纤。
本发明至少具有如下有益效果：
本发明采用纤芯-低折射率层-内包层-外包层的结构，并且低折射率层、内包层和纤芯的折射率依次增大，可使纤芯-低折射率层-内包层结构所形成的波导带来的正常色散效应大于石英玻璃的材料反常色散，使得该单模光纤在1.6 μm～2.1μm波段正常色散，同时提高掺铥光纤在1.7μm～1.85μm波段的效率，解决现有掺铥光纤在色散方面的技术缺陷以及短波段增益和放大斜效率低的问题，显著地提升掺铥单模光纤的工作性能、应用范围和使用效果。
本发明进一步具有如下有益效果：
本发明利用正常色散掺铥单模光纤的弯曲带来的分布式过滤特性，能显著地提升掺铥单模光纤的工作性能、波长应用范围和使用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤的截面示意图；
图2为本发明实施例提供的芯层折射率与内包层折射率之差Δn的分布图；
图3为本发明实施例提供的1.7μm~2μm波段下正常色散掺铥单模光纤在不同弯曲直径情况时的弯曲损耗示意图；
图4为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤在不同波长情况下，基模在纤芯的能量占比随光纤弯曲直径变化的曲线图；
图5为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤在不同波长情况下，基模模场直径随光纤弯曲直径变化的曲线图；
图6 为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤在1.6μm~1.98μm波段下的色散随Δn1变化的曲线图；
图7为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤在1.6μm~1.98μm波段下的色散随Δn2变化的曲线图；
图8为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤在1.6μm~1.98μm波段下的色散随纤芯直径Φ变化的曲线图；
图9为本发明实施例提供的正常色散掺铥单模光纤在1.6μm~2.1μm波段下的色散曲线图，其中，包括实际制备出的正常色散掺铥单模光纤的实际色散测量值、设计的正常色散掺铥单模光纤在未弯曲和弯曲直径为6cm情况下仿真得到的色散曲线图；
图10 为本发明实施例提供的1.65μm~1.9μm波段下正常色散掺铥单模光纤在不同弯曲直径情况时的ASE曲线图；
图 11为本发明实施例提供的芯层的掺杂浓度图；
图 12为本发明实施例三提供的正常色散掺铥单模光纤的制备步骤示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1，本发明实施例提供一种正常色散掺铥单模光纤，包括纤芯11、内包层13和外包层14，所述纤芯11为掺铥纤芯11，所述纤芯11与所述内包层13之间还夹设有低折射率层12，其中，所述低折射率层12、所述内包层13和所述纤芯11的折射率依次增大。
上述低折射率层12包覆在纤芯11的外围，内包层13包覆在低折射率层12的外围，外包层14则包覆在内包层13的外围。
进一步优选地，该纤芯11主要掺杂有稀土元素铥和金属元素铝。在其中一个实施例中，上述纤芯11包括二氧化硅、氧化铥和氧化铝，其中，氧化铥的重量百分比含量为0.3~0.35wt%，氧化铝与氧化铥的重量百分比>2.37（即氧化铝与氧化铥的摩尔比>9）。
上述纤芯11用于吸收泵浦光并激发产生信号光；本实施例中，上述单模光纤适合作为1.7μm~2.0μm波段飞秒光纤激光器的高效有源光纤，特别是短波长波段即波长<1.85μm；在其中一个实施例中，泵浦光的波长主要为790nm波段和1550nm波段。
在其中一个实施例中，上述内包层13包括二氧化硅，没有氟、铥和铝掺杂，例如该内包层13为石英玻璃层。
本实施例提供的掺铥单模光纤，采用纤芯11-低折射率层12-内包层13-外包层14的结构，并且低折射率层12、内包层13和纤芯11的折射率依次增大，可使纤芯11-低折射率层12-内包层13结构所形成的波导带来的正常色散效应大于石英玻璃的材料反常色散，使得该单模光纤在1.6 μm～2.1μm波段正常色散，同时提高掺铥光纤在1.7μm～1.85μm波段的效率，解决现有掺铥光纤在色散方面和短波段效率低的技术缺陷，显著地提升掺铥单模光纤的工作性能、应用范围和使用效果。
上述低折射率层12所采用的材料需保证其低折射率的性质。在其中一个实施例中，上述低折射率层12为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层；得益于氟化物的掺杂，该低折射率层12可以使上述结构的单模光纤在1.6 μm~2.1μm波段呈现正常色散。
进一步优选地，所述纤芯11的折射率与所述内包层13的折射率之差Δn呈抛物线型分布，从而能抵抗光纤弯曲带来的模式变形（例如消除光纤弯曲带来的基模LP01模的畸变），有效地提高上述单模光纤的使用性能；具体采用如下公式表示：
Figure 851923DEST_PATH_IMAGE003
其中，Δn1为纤芯11折射率与内包层13折射率之间的最大差值，r为纤芯11上任意点相对于纤芯11轴线的距离，Φ为纤芯11的直径。可以理解地，0≤r≤Φ/2。
进一步优选地，低折射率层12的折射率与内包层13的折射率之差采用如下公式表示：
Figure 812926DEST_PATH_IMAGE004
其中，Δn2为低折射率层12折射率与内包层13折射率之间的最大差值。
上述折射率关系公式限定的是光纤设计中的折射率关系，理想状况下为一定值；在实际制备中，由于制备工艺等因素的影响，Δn'则可能是变化的值，例如随着低折射率层12中各位置与纤芯11轴线之间的间距不同而不同。
综上，将纤芯11与低折射率层12的组合定义为芯层，则该芯层的折射率与内包层13的折射率之差可采用如下公式表示：
Figure 195497DEST_PATH_IMAGE005
其中，Δn1为纤芯11折射率与内包层13折射率之间的最大差值，R为芯层上任意点相对于纤芯11轴线的距离，Φ为纤芯11的直径，W为低折射率层12的厚度。
优选地，Δn1在0.01~0.018之间，在其中一个实施例中，Δn1为0.012~0.015；Δn2在0.005~0.009之间。在其中一个具体实施例中，Δn2为0.007~0.008。
在其中一个实施例中，上述外包层14包括但不限于采用高折射率的树脂外包层14。
上述光纤设计参数（Δn1、Δn2、Φ、W）综合决定了光纤波导实际的V值（V-number）、色散及光纤弯曲损耗。本实施例中，上述正常色散掺铥单模光纤的V值<2.405，光纤的单模截止波长~1.44μm，满足该光纤在1.7μm～2.1μm波段为单模模式。其中，可采用有限元方法计算光纤色散，以优化上述正常色散掺铥单模光纤的参数设计。
上述正常色散掺铥单模光纤能够满足：在光纤弯曲时能够实现放大自发辐射（ASE）波峰在1.7μm~1.9μm可调，使得该单模光纤在短波长波段（<1.85μm）的工作效率得到提高。其中，光纤弯曲直径在实用的弯曲范围内，例如光纤弯曲直径在6cm~40cm范围内。参见图10，示出的是通过改变掺铥单模光纤的弯曲直径得到的ASE曲线，当掺铥单模光纤的弯曲直径依次从30cm变为25cm、20cm、10cm、8cm和6cm时，所得的ASE峰值处的波长依次从1825nm变为1805nm、1800nm、1780nm、1760nm和1745nm；可见，上述掺铥单模光纤可以通过弯曲光纤本身来获得ASE峰值处的波长可调，因此，通过弯曲上述掺铥单模光纤本身带来的分布式过滤效应，使得短波长ASE得到积累和长波长ASE被过滤掉，可有效地提高正常色散掺铥单模光纤在1.7μm~1.8μm波段的放大效率。
在其中一个具体实施例中，上述正常色散掺铥单模光纤为掺铥单模光纤，Δn1为0.012，Δn2为0.0075，Φ为5μm，W为1.5μm；在上述光纤设计参数下，芯层折射率与内包层13折射率之间的关系可参见图2，实际测量的Δn与光纤设计的Δn关系大致是匹配的。从图2可以看出，折射率曲线为W-型。
进一步地，依据有限元方法仿真算得的掺铥单模光纤的色散如图9虚线所示，具体地，仿真结果分别是掺铥单模光纤在未弯曲和弯曲半径为6cm时的色散，结果皆为正常色散。
进一步地，上述掺铥单模光纤在不同弯曲直径下的弯曲损耗可参见图3，具体地，随着弯曲直径的减小ASE波峰波长蓝移，验证了光纤具有长波过滤效应。
进一步地，上述掺铥单模光纤在不同波长情况下，其基模（LP01模）在纤芯11的能量占比随弯曲直径变化情况可参见图4；具体地，随着弯曲直径的减小，短波长的基模在纤芯11的能量占比高于长波长的情况，但同一波长情况下，基模在纤芯11的能量占比受弯曲半径的影响较小。进一步地，上述掺铥单模光纤在不同波长情况下，其基模模场直径随弯曲直径变化情况可参见图5；具体地，随着弯曲直径的减小，短波长的基模模场直径小于长波长的基模模场直径，但同一波长情况下，基模模场直径受弯曲半径的影响较小。上述结果证明了光纤的基膜具有抗弯曲的特性，可以通过弯曲光纤本身作为1.7μm～1.85μm短波段的有源光纤。
进一步地，上述掺铥单模光纤的主要参数对色散的影响可参见图6-图8，其中，Δn1、Δn2、Φ对色散的影响分别对应图6，图7，图8。
实施例二
本发明实施例提供上述正常色散掺铥单模光纤的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备A结构，A结构包括内芯、包覆在内芯外围的低折射率层12和内包层13，内芯为未掺杂处理的芯料；
步骤2，将A结构浸泡在掺杂溶液中，以在内芯中掺入目标杂质，形成B结构；
步骤3，将B结构进行干燥、烧结和熔缩处理，得到光纤预制棒；
步骤4，将光纤预制棒拉制后再包覆外包层14，或者在光纤预制棒外包覆外包层14后再拉制处理，以得到正常色散掺铥单模光纤。
其中，优选地，上述内芯为疏松内芯，可以提高对纤芯11中掺杂杂质的吸附效率，保证获得所需的掺杂浓度。
在其中一个实施例中，步骤1中，A结构的制备方法包括：
在沉积管内依次沉积内包层13、低折射率层12和内芯，其中，内包层13沿沉积管的内表面沉积而成。所涉及的沉积方法可采用本领域技术人员熟知的化学气相沉积法（MCVD）、纳米粒子沉积法（DND）、轴向气相沉积法（VAD）或外部气相沉积法（OVD）等来制造。
上述沉积管优选为采用石英沉积管。在其中一个实施例中，石英沉积管的外径为30mm～40mm，石英沉积管的管壁厚度为2.5mm～3.5mm。
进一步优选地，对沉积管进行抛光后再进行沉积操作，通过抛光来得到表面光滑平整和气泡收缩的沉积管。本实施例中，优选在1900～2100℃下通入氟化物气体和氧气进行高温火焰抛光。
对于石英玻璃层式的内包层13，可选地，将四氯化硅、氯化铝和氧气通入到沉积管的内表面沉积得到该内包层13。在其中一个实施例中，氯化铝的蒸发温度要求在200℃以上；气体四氯化硅、氯化铝和氧气沿着沉积管在喷灯周期性来回移动的作用下在沉积管内表面一层一层地沉积，直到沉积厚度达到预定值为止。优选地，沉积过程中，喷灯从沉积管的入口向出口以速度V1匀速移动，当喷灯到达沉积管的出口时，以速度V2快速返回到沉积管的气体入口；喷灯移动速度V1优选为40mm/s，V2优选为2V1~3V1。在本实施例中，沉积管内沉积内包层13的温度优选为1950℃～2000℃。
进一步地，对于低折射率层12为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层的情况，低折射率层12的沉积方法包括：
将四氯化硅、全氟乙烷和氧气的混合气体通入沉积管内，使混合气体发生反应以形成低折射率层12。其中，优选地，在沉积完内包层13后，保持沉积管内的温度不变，完成上述低折射率层12的沉积。
其中，优选地，根据内包层13与低折射率层12之间的折射率差值的最大值确定混合气体的组分浓度和通气时间，以控制低折射率层12的厚度。
进一步地，完成低折射率层12的沉积后，对沉积管降温，然后进行内芯的沉积。其中，优选为将三氯氧磷、四氯化硅和氧气的混合气体通入沉积管内，通过控制沉积温度和气体浓度来控制内芯的沉积；具体地，将混合气体在喷灯周期性来回移动的作用下实现一层一层的沉积，直至内芯沉积完成。
步骤2中，可以理解地，对于掺铥纤芯11，优选地，上述掺铥溶液含铥离子和铝离子；在其中一个实施例中，铥离子摩尔浓度为0.12～0.16mol/ L，铝离子摩尔浓度为2.0～3.0mol/L。
优选地，步骤2中，实时控制掺杂溶液的温度，以便获得纤芯处折射率分布接近抛物线，并且浸泡时间不低于1小时；
进一步优化上述制备方法，步骤3中，优选地，将浸泡处理后的沉积管采用氮气吹扫，随后升温干燥；其中，吹扫时间优选为大于0.5小时；升温干燥温度优选为在1000℃左右，干燥时间2~3小时；可通入氧气和氯气进行脱水干燥。
步骤3中，优选地，在氧气和氦气气氛环境下进行烧结；烧结温度优选为在1900~2000℃。现有的熔缩方式均适用于本实施例中，熔缩温度可控制在2300℃左右。
本实施例中，优选为将光纤预制棒拉制后再包覆外包层14。其中，拉制温度优选为控制在2000℃左右。
实施例三
如图12，本发明实施例提供上述正常色散掺铥单模光纤的制备方法，包括如下步骤：
S1，制备第一结构，所述第一结构包括内芯、包覆在内芯外围的低折射率层12，所述内芯为未掺杂处理的芯料，测得所述第一结构的直径为d1；
S2，将所述第一结构浸泡在掺杂溶液中，以在所述内芯中掺入目标杂质，形成第二结构；
S3，制备第三结构，所述第三结构的直径在10d1~16d1范围内，所述第三结构的材料与内包层材料相同；
S4，对所述第三结构的横截面中心进行钻孔，孔径为d1，形成第四结构；
S5，将第二结构插入第四结构的中心孔内，然后对第二结构和第四结构形成的整体结构进行干燥、烧结和熔缩处理，得到光纤预制棒；
S6，将所述光纤预制棒拉制后再包覆外包层14，或者在所述光纤预制棒外包覆外包层14后再拉制处理，以得到所述正常色散掺铥单模光纤。
其中，优选地，上述内芯为疏松内芯，可以提高对纤芯11中掺杂杂质的吸附效率，保证获得所需的掺杂浓度。
在其中一个实施例中，S1中，第一结构的制备方法包括：
在沉积管内依次沉积低折射率层12和内芯，其中，低折射率层12沿沉积管的内表面沉积而成。所涉及的沉积方法可采用本领域技术人员熟知的化学气相沉积法（MCVD）、纳米粒子沉积法（DND）、轴向气相沉积法（VAD）或外部气相沉积法（OVD）等来制造。
上述沉积管优选为采用石英沉积管。在其中一个实施例中，石英沉积管的外径为30mm～40mm，石英沉积管的管壁厚度为2.5mm～3.5mm。进一步优选地，对沉积管进行抛光后再进行沉积操作，通过抛光来得到表面光滑平整和气泡收缩的沉积管。本实施例中，优选在1900～2100℃下通入氟化物气体和氧气进行高温火焰抛光。
进一步地，对于低折射率层12为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层的情况，低折射率层12的沉积方法包括：
将四氯化硅、全氟乙烷和氧气的混合气体通入沉积管内，使混合气体发生反应以形成低折射率层12。
进一步地，完成低折射率层12的沉积后，对沉积管降温，然后进行内芯的沉积。其中，优选为将三氯氧磷、四氯化硅和氧气的混合气体通入沉积管内，通过控制沉积温度和气体浓度来控制内芯的沉积；具体地，将混合气体在喷灯周期性来回移动的作用下实现一层一层的沉积，直至内芯沉积完成。
S2中，可以理解地，对于掺铥纤芯11，优选地，上述掺铥溶液含铥离子和铝离子；在其中一个实施例中，铥离子摩尔浓度为0.12～0.16mol/ L，铝离子摩尔浓度为2.0～3.0mol/L。优选地，S2中，浸泡时间不低于1小时。
S3中，获得的第三结构为中心实心的内包材料柱，在该内包材料柱中心成孔（该孔与内包材料柱同轴并且贯通内包材料柱的两端）后拉制可形成内包层13；对于第三结构的制备，可以采用沉积制备工艺（沉积工艺可参考上述实施例二中的相关工艺），也可采用其他方式制备得到该第三结构，具体制备工艺此处不作赘述。
S5中，优选地，在氧气和氦气气氛环境下进行烧结；烧结温度优选为在1900~2000℃。现有的熔缩方式均适用于本实施例中，熔缩温度可控制在2300℃左右。
本实施例中，优选为将光纤预制棒拉制后再包覆外包层14。其中，拉制温度优选为控制在2000℃左右。
相较于实施例二所提供的制备方法，本实施例提供的制备方法，分体制备芯层（纤芯11+低折射率层12）和内包层13，能使制备出的各结构层的折射率曲线更能接近设计的曲线，特别是低折射率层，从而获得性能可靠的正色散掺铥单模光纤。
在一个具体的实施例中，制备了一根掺铥单模光纤，纤芯11的直径Φ为~5μm，内包层13的直径为80~125μm，低折射率层12的厚度为20~50μm，涂覆了外包层14的光纤直径为165~225μm。采用电子探针测试掺铥单模光纤的芯层（包括了纤芯11和低折射率层12）的铥（Tm）、铝 (Al)、氟(F)含量；如图11所示，其中铥的重量百分比含量最大值为0.35wt%，铝的重量百分比含量最大值为4.1wt%，相应的铝与铥的摩尔比满足>9，氟的重量百分比含量最大值为1.1wt%。
实施例四
本发明实施例提供上述正常色散掺铥单模光纤的制备方法，具体可采用上述实施例二或实施例三所提供的制备方法。
进一步优选地，上述光纤的制备方法还包括：
将制得的正常色散掺铥单模光纤弯曲，以使该正常色散掺铥单模光纤在1.7μm~1.8μm波段范围内的工作性能满足要求。对于光纤的弯曲参数，可参考上述实施例一中的相关内容，此处不作赘述。
实施例五
本发明实施例提供一种激光器，配置有上述实施例一所提供的正常色散掺铥单模光纤。
单模光纤与该激光器的其它组件之间的连接结构和配合关系为本领域常规技术，此处不作赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (5)

1.一种正常色散掺铥单模光纤，包括纤芯、内包层和外包层，所述纤芯为掺铥纤芯，其特征在于：所述纤芯与所述内包层之间还夹设有低折射率层，其中，所述低折射率层、所述内包层和所述纤芯的折射率依次增大；
所述低折射率层为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层；
所述内包层为石英玻璃层；
所述纤芯的折射率与所述内包层的折射率之差Δn呈抛物线型分布，从而能抵抗光纤弯曲带来的模式变形，具体采用如下公式表示：
Figure 745510DEST_PATH_IMAGE001
其中，Δn1为纤芯折射率与内包层折射率之间的最大差值，r为纤芯上任意点相对于纤芯轴线的距离，Φ为纤芯的直径；
所述低折射率层的折射率与所述内包层的折射率之差采用如下公式表示：
Figure 944542DEST_PATH_IMAGE002
其中，Δn2为低折射率层折射率与内包层折射率之间的最大差值；
其中，Δn1在0.01~0.018之间，Δn2在0.005~0.009之间，Φ为5μm，W为1.5μm，使所述单模光纤在1.6 μm~2.1μm波段呈现正常色散；
所述单模光纤为经过弯曲后的光纤，光纤弯曲直径在6cm~40cm范围内，通过弯曲上述掺铥单模光纤本身带来的分布式过滤效应，使得短波长ASE得到积累和长波长ASE被过滤掉。
2.一种正常色散掺铥单模光纤的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的正常色散掺铥单模光纤，包括如下步骤：
S1，制备第一结构，所述第一结构包括内芯、包覆在内芯外围的低折射率层，所述内芯为未掺杂处理的芯料，测得所述第一结构的直径为d1；
S2，将所述第一结构浸泡在掺杂溶液中，以在所述内芯中掺入目标杂质，形成第二结构；
S3，制备第三结构，所述第三结构的直径在10d1~16d1范围内，所述第三结构的材料与内包层材料相同；
S4，对所述第三结构的中心进行钻孔，孔径为d1，形成第四结构；
S5，将第二结构插入第四结构的中心孔内，然后对第二结构与第四结构形成的整体结构进行干燥、烧结和熔缩处理，得到光纤预制棒；
S6，将所述光纤预制棒拉制后再包覆外包层，或者在所述光纤预制棒外包覆外包层后再拉制处理，以得到所述正常色散掺铥单模光纤；
其中，所述低折射率层为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层；所述内包层为石英玻璃层；
并且使所述纤芯的折射率与所述内包层的折射率之差Δn呈抛物线型分布，从而能抵抗光纤弯曲带来的模式变形，具体采用如下公式表示：
Figure 255437DEST_PATH_IMAGE001
其中，Δn1为纤芯折射率与内包层折射率之间的最大差值，r为纤芯上任意点相对于纤芯轴线的距离，Φ为纤芯的直径；
所述低折射率层的折射率与所述内包层的折射率之差采用如下公式表示：
Figure 181805DEST_PATH_IMAGE002
其中，Δn2为低折射率层折射率与内包层折射率之间的最大差值；
其中，Δn1在0.01~0.018之间，Δn2在0.005~0.009之间，Φ为5μm，W为1.5μm，使所述单模光纤在1.6 μm~2.1μm波段呈现正常色散；
S7，将制得的正常色散掺铥单模光纤弯曲，以使该正常色散掺铥单模光纤在1.7μm-1.8μm波段范围内的工作性能满足要求；其中，光纤弯曲直径在6cm~40cm范围内。
3.如权利要求2所述的正常色散掺铥单模光纤的制备方法，其特征在于，S1中，所述第一结构的制备方法包括：
在沉积管内依次沉积低折射率层和内芯，其中，所述低折射率层沿所述沉积管的内表面沉积而成。
4.如权利要求3所述的正常色散掺铥单模光纤的制备方法，其特征在于，所述低折射率层为掺杂有氟化物的二氧化硅材料层，所述低折射率层的沉积方法包括：
将四氯化硅、全氟乙烷和氧气的混合气体通入沉积管内，使所述混合气体发生反应以形成所述低折射率层。
5.一种激光器，其特征在于：配置有如权利要求1所述的正常色散掺铥单模光纤。
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