CN115275750B - 一种全光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全光纤激光器，包括泵浦源、隔离器、光纤光栅、掺杂光纤和适配尾纤，光纤光栅包括入射光纤光栅和出射光纤光栅，与掺杂光纤共同构成谐振腔；掺杂光纤位于所述入射光纤光栅和所述出射光纤光栅之间，包括纤芯、包层、反应管层和涂覆层，其中，纤芯由溶胶凝胶法制备，包层由MCVD法沉积得到，使得光纤中含磷量大幅提升，能够有效地降低光子暗化现象，提升激光器的输出功率以及输出稳定性。

Description

一种全光纤激光器
技术领域
本发明涉及一种全光纤激光器，特别涉及一种高功率、抗光子暗化的全光纤激光器及其制造方法。
背景技术
在光纤激光器中，全光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、散热性能好、结构紧凑等优点，能够获得高功率的激光输出。采用光纤光栅作为激光光谱反射器件构成F-P谐振腔的光纤激光器能够实现全光纤化，光纤光栅的反射峰谱宽较窄，可以实现窄线宽激光输出，且光纤光栅可通过外部压力或温度调节，以控制输出激光波长的可调谐。
然而，光纤激光器存在输出不稳定的缺陷，其中一个重要原因是光子暗化，其主要由于激光器中掺杂光纤的某些特性退化，影响了激光器的输出功率和效率稳定。因此，为了实现稳定的激光功率输出，需要采取各种措施来抑制掺杂光纤的光子暗化。现有技术中通常采取掺磷的方式来抑制光子暗化，其作用机理主要为共掺磷等离子能够减小发光中心离子对与原子缺陷前驱体之间进行合作能量转换，减少色心的形成；然而现有光纤激光器所用光纤大多采用改进化学气相沉积（Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD）法制备，制备温度高，磷元素挥发严重，一方面导致磷的掺杂量难以提高，另一方面容易引起严重的折射率凹陷问题，均不利于激光的稳定输出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的主要在于提供一种新型的全光纤激光器及其制备方法，能够有效地抗光子暗化，实现稳定的高功率激光输出。
为了达到上述目的，本发明实施例提出的技术方案为：
一种全光纤激光器，包括泵浦源、隔离器、光纤光栅、掺杂光纤和适配尾纤，所述光纤光栅包括入射光纤光栅和出射光纤光栅，与所述掺杂光纤共同构成谐振腔；所述掺杂光纤位于所述入射光纤光栅和所述出射光纤光栅之间，两端分别与所述入射光纤光栅、出射光纤光栅连接，所述掺杂光纤包括纤芯、包层、高纯反应管层和涂覆层，其中，所述纤芯由溶胶凝胶法制备，所述包层由改进化学气相法沉积得到，所述掺杂光纤中磷的质量分数大于10%。
本发明实施例还提出一种全光纤激光器的制备方法，包括：
采用溶胶凝胶法结合改进化学气相沉积法制备掺杂光纤，将所述得到的掺杂光纤与光纤光栅熔接，再将光纤光栅与隔离器、适配尾纤、泵浦源熔接，使用外壳组装得到全光纤激光器。
更具体地，以上制备方法包括以下步骤：
步骤1、采用溶胶凝胶法制作掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒。
选择一定配比的正硅酸乙酯、乙醇、磷引入剂和掺杂元素的盐溶液作为前驱体，在一定温度、PH条件下进行液相水解、缩合形成透明溶胶，将所述透明溶胶转移到模具中静置，进行胶粒聚合继而形成凝胶，然后在一定温度下进行干燥、烧结，形成掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒；
优选地，所述乙醇与所述正硅酸乙酯的摩尔比为1-8，水含量与所述正硅酸乙酯的摩尔比为1-60，所述磷引入剂包括但不限于磷酸、磷酸二氢铵、磷酸三丁酯，所述掺杂元素的盐溶液包括但不限于镱、铥、铒、钕等的盐溶液。
更具体地，所述模具的直径可根据所需的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒的直径设计，以获得不同芯包比的掺杂光纤预制棒，进而拉制形成芯包比可调控的掺杂光纤。
所述模具中设有数目为N的小圆柱，使得所述掺杂的胶体在凝胶过程中形成数目为N的贯通孔。优选地，所述圆柱的数目N≥3，且在横截面上均匀分布。
所述烧结过程分阶段进行，即在不同的温度区间逐步升温，并保持一定时间，直到得到所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒。
步骤2、向所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒通入气体，以除去其中的羟基。
将所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒放置在高温炉中，在一定温度下通入氯气、氧气、氦气等气体，以除去所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒中的羟基分子，减少光纤的水峰损耗并降低产生气泡的概率；
采用所述带有圆柱的模具凝胶得到的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒带有密集的数量为N的贯通孔，具有更大的表面积，纤芯本身与氯气等气体的接触面积更多，氯气更容易进入芯棒中心，对于羟基的去除更有优势。
步骤3、对除去羟基的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒采用改进化学气相沉积法进行沉积、封装、拉丝，形成掺杂光纤。
将除去羟基的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒固定于MCVD车床上的反应管中，使用氧气鼓泡法将四氯化硅气体通入反应管，同时通入氧气、氦气等，使用氢氧焰加热至一定温度，使所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒和所述反应管中间沉积二氧化硅，形成包层；提高氢氧焰温度进行烧实，使得所述反应管通过所述沉积的包层与所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒连接，所述反应管本身作为所述掺杂光纤的反应管层，继而得到掺杂光纤预制棒；将所述掺杂光纤预制棒进行拉丝形成掺杂光纤。
优选地，所述反应管沉积通气时可同时通入四氯化锗与三氯氧磷，通过调节氧气的通入量来控制所述四氯化锗与三氯氧磷的通入量，以此调节包层的折射率。
步骤4、将得到的所述掺杂光纤与光纤光栅熔接，再将光纤光栅与隔离器、适配尾纤、泵浦源熔接，使用外壳组装得到全光纤激光器。
综上所述，本发明所述的全光纤激光器，掺磷含量高，相较于现有技术中的激光器，光子暗化效应显著降低，且掺杂光纤的均匀度更高，羟基含量低，能够有效提高激光的输出效率，同时提升激光输出的稳定性。
附图说明
图1为本发明全光纤激光器的结构示意图；
图2为本发明全光纤激光器的制备流程；
图3为本发明一实施例的纤芯模具结构示意图；
图4至图7分别为不同数量贯通孔下掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒横截面示意图；
图8为掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒套反应管后横截面示意图；
图9为本发明全光纤激光器制备流程中MCVD沉积结构示意图；
图10为本发明一实施例的掺杂光纤结构示意图。
其中，100-泵浦源，200-适配尾纤，300-隔离器，400-入射光纤光栅，500-掺杂光纤，600-金属保护壳，700-出射光纤光栅；
1-圆柱，12-盖板，2-模具，3-掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒，31-纤芯，32-包层，33-反应管层，34-涂覆层，4-贯通孔，5-反应管，6-前限位棒，7-进气管，8-后限位棒，9-排气管，10-氢氧焰。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
图1为本发明实施例的全光纤激光器的结构示意图，如图1所示，所述全纤激光器包括泵浦源100、适配尾纤200、隔离器300、入射光纤光栅400、掺杂光纤500、出射光纤光栅700以及金属保护壳600，所述泵浦源100、适配尾纤200、隔离器300、入射光纤光栅400、掺杂光纤500、出射光纤光栅700整体固定在金属保护壳600上；所述入射光纤光栅400、掺杂光纤500与所述出射光纤光栅700构成谐振腔，所述泵浦源100通过适配尾纤200与隔离器300连接，所述隔离器300通过适配尾纤200连接至所述谐振腔；所述出射光纤光栅700外接所述适配尾纤200作为激光出射口；所述谐振腔中，所述掺杂光纤位于所述入射光纤光栅400与所述出射光纤光栅700之间，其磷的质量分数大于10%，所述掺杂光纤的两端分别与所述入射光纤光栅400、出射光纤光栅700连接。
图2为本发明实施例的全光纤激光器的制备方法流程示意图，如图2所示，该实施例实现的全光纤激光器的制备方法主要包括下述步骤201-204：
步骤201、采用溶胶凝胶法制作掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3。
本步骤，根据目标波长对溶胶凝胶法制备纤芯的组分进行设计，选择一定配比的正硅酸乙酯、乙醇、磷引入剂和掺杂元素的盐溶液作为前驱体，在一定温度、PH条件下进行液相水解、缩合形成透明溶胶，将所述透明溶胶转移到模具2中静置，进行胶粒聚合继而形成凝胶，然后在一定温度下进行干燥、烧结，形成掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3；
所述透明溶胶制备流程可以为：将配置好的正硅酸乙酯和乙醇放入烧杯，在PH为1-2、温度为40-90℃油浴环境下进行水解反应，持续45-100分钟，加入一定量的甲酰胺、磷引入剂、稀土盐溶液，继续保持油浴保温45-100分钟，得到透明溶胶；所述磷引入剂可以是磷酸、磷酸二氢铵、磷酸三丁酯等，所述盐溶液可以是镱、铥、铒、钕等的盐溶液，在此均不作限定，可由本领域技术人员根据设计需求选取。此处，加入甲酰胺的作用为防止开裂，本领域技术人员也可选择其他类似用途的材料，如丙三醇等，在此不作限定。
采用所述溶胶凝胶法制备掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3，一方面可使制备温度大大降低，解决了传统MCVD法由于温度过高导致的磷及稀土挥发问题，可大幅地提升掺杂光纤500中的磷含量，在消除了光子暗化效应的基础上减少了由于磷和稀土挥发引起的折射率凹陷问题；另一方面，溶胶凝胶法中，稀土掺杂在溶液条件下进行，能够实现分子层面的掺杂，有效提升了制成的掺杂光纤500中稀土的均匀性。
优选地，乙醇与正硅酸乙酯的摩尔比为1-8之间，水含量与正硅酸乙酯的摩尔比为1-60之间。
模具2的直径可根据所需的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒的直径设计，以获得不同芯包比的掺杂光纤预制棒，进而拉制形成芯包比可调控的掺杂光纤。
模具2采用PVDF材料、PP材料等表面能较小的聚合物材料，在此不做限定，在其盖板12上设有数目为N的小圆柱，如图3所示，使得所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3在凝胶过程中形成数目为N的贯通孔。优选地，所述圆柱的数目N≥3，且在横截面上均匀分布，如此，可使得到的带有N个贯通孔的掺杂芯棒3与气体有充足的接触面积，能够最大限度地降低所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3中的羟基。
图4-图7给出了N=3、7、19、37时得到的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3横截面示意图，如图4-7所示，N=3时，三个贯通孔4呈现等边三角形分布形式，掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3为所得到的纤芯主要功能区，内含玻璃基质与掺杂元素；贯通孔4由模具2中圆柱1固定成型，主要作用为在后续处理过程中增大掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3与氯气等气体的接触面积，减少掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3中的羟基含量；N=7时，贯通孔4的分布形式为中心一个，周围6个在同一圆环上，每60°存在一个；N=19时，贯通孔4的分布形式为三圈，中心一个，中间圈6个在同一圆环上，每60°存在一个，外圈12个处于同一圆环上，每30°存在一个；N=37时，贯通孔4的分布形式为中心一个，周围按照蜂窝状排列。以上N的数量以及贯通孔4的分布形式仅为示例，不限于此，本领域技术人员可根据实际情况选择贯通孔4的形状、数量以及分布方式，以使形成的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3与透过所述贯通孔4的氯气等气体充分接触为原则。
所述凝胶过程可以为：将所述透明溶胶倒进所述设计好的模具2中进行凝胶，室温下静置7-10天，形成凝胶，后放入47-70℃烘箱中干燥4-7天，将干燥后的样品进行烧结得到掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3。
更进一步地，所述烧结过程可以为：1.从室温到100-200℃区间，升温速率小于每分钟1℃，在此区间保温至少120分钟，该阶段主要烘干玻璃中物理吸附的水分；2.从100-200℃区间升温到200-400℃，升温速率小于每分钟2℃，在此区间下保温至少90分钟，该阶段主要排出样品中的乙醇和水分子；3.从200-400℃区间升温到400℃-800℃，升温速率小于每分钟5℃，在此区间保温至少120分钟，该阶段对样品的气孔进行收缩，得到掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3。
步骤202、向所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3中通入气体，以除去其中的羟基。
虽然溶胶凝胶法可以有效解决磷挥发的问题，但其制备过程中会引入大量的羟基和杂质，增加了光纤的损耗，影响光纤激光器的激光输出质量，因此，此步骤的主要目的为去除所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3中的羟基，以减少光纤的水峰损耗并降低玻璃中产生气泡的概率。
此步骤可以具体为：在200-800℃温度区间，向所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3中通入氯气，氧气和氦气的混合气体，保持气体流量在50-1000ccm之间。
采用上述带有圆柱的模具2凝胶得到的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3带有数量为N的贯通孔4，因此具有更大的表面积，纤芯本身与氯气等气体的接触面积更多，对于羟基的去除更有优势。
步骤203、对除去羟基的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3采用改进化学气相沉积法进行沉积、封装、拉丝，形成掺杂光纤。
如图8-图9所示，将得到的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3置于反应管5中，该反应管5为原料没有杂质的高纯石英管；利用前限位棒6和后限位棒8固定位置，保证掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3与反应管5在同一个圆心上；使用氧气鼓泡法将四氯化硅通过进气管7通入反应管，同时通入氧气、氦气，保持氢氧焰10的温度为1800-2000℃，使得在掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3和反应管5中间沉积二氧化硅，形成包层32，然后将氢氧焰10的温度提高到2200℃进行烧实，使得反应管5通过所述沉积的包层32与所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3连接，所述反应管5本身作为所述掺杂光纤的反应管层33；杂质气体从排气管9中排出，以便后续尾气收集；烧实后，通过拉丝即可得到全光纤激光器所需掺杂光纤500，其中，所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒经过拉丝即为所述掺杂光纤中的纤芯31。
在所述反应管5和所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3通气进行包层32的沉积时，可同时通入四氯化锗与三氯氧磷，通过调节氧气鼓泡法氧气的通入量来控制四氯化锗与三氯氧磷的通入量，以调节包层的折射率。
如图10所示，得到的掺杂光纤500包括纤芯31、包层32、反应管层33和涂覆层34。其中，纤芯31由溶胶凝胶法制备，具体为由上述步骤202中得到的除去羟基的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3通过步骤203中的拉丝后形成；包层32由MCVD法沉积得到，具体为将除去羟基的掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒固定于MCVD车床上的反应管中，使用氧气鼓泡法将四氯化硅通入反应管，同时通入氧气、氦气，使用氢氧焰加热至预设温度，使所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒和所述反应管中间沉积二氧化硅，形成所述包层32；反应管层33通过将氢氧焰10温度提升至预设温度进行烧实，使反应管5通过所述沉积的包层32与所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3连接，所述反应管5本身作为所述掺杂光纤的反应管层33；涂覆层34为在步骤203中拉丝时涂覆。
步骤204、将得到的掺杂光纤500与入射光纤光栅400和出射光纤光栅700熔接，再将入射光纤光栅400和出射光纤光栅700与隔离器300、适配尾纤200、泵浦源100熔接，使用金属保护壳600组装得到全光纤激光器。
所述泵浦源、隔离器可根据目标输出波长的需要进行选择，在此不作限定。
以下结合一些实施例中的实验数据，进一步阐述上述方案：
实施例一
将11.5ml的正硅酸乙酯和5.1ml的乙醇加入烧杯中，放在磁力搅拌机上，温度设置为50℃，使用浓盐酸溶于20ml水中，调节PH为1，进行55分钟水解，后加入2ml甲酰胺、0.761g五氧化二磷制成的磷酸、1.218g氯化镱的盐溶液于溶胶体系中，继续反应55分钟，倒入模具2中定型，模具2外壁起到定型的作用，圆柱1和盖板12倒扣在模具上，圆柱1起到在掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3中得到贯通孔4的作用，所述模具均为PVDF材料，圆柱1的数目N≥3，本实施例取N=3，圆柱1直径由设计者根据设计需求选择。
经过8天的室温静置和5天的60℃烘箱处理，得到干凝胶，后将其放入烧结炉中，200分钟从室温升到200℃，并保温120分钟；150分钟从200℃升到400℃并保温100分钟；100分钟从400℃升到800℃并保温120分钟，后随炉降温得到掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3，横截面示意图如图4所示。
将掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3放在高温炉中，在700℃温度通入氯气，氧气和氦气的混合气体，气体流量在120sccm，除去羟基的样品放在MCVD反应管5中，如图8所示，反应管5与掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3的圆心重合；后进行沉积封接，如图9所示，前限位棒6与后限位棒8的作用为将掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3主体固定在MCVD车床中心，并与反应管5保持同一圆心；进气管7的作用是通入沉积原料，使得在掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3和反应管5之间进行沉积封合；排气管9的作用是将杂质气体排出，以便后续尾气收集；氢氧焰10为整个反应提供高温条件。经过拉丝即可得到全光纤激光器所用的掺杂光纤500，所述掺杂光纤500中磷的质量分数达13%，镱的含量为2500ppm。
实施例二
将34.5ml的正硅酸乙酯和15.3ml的乙醇加入烧杯中，放在磁力搅拌机上，温度设置为50℃，使用浓盐酸溶于60ml水中，调节PH为1，进行55分钟水解，后加入6ml甲酰胺、3.5g磷酸二氢铵制成的溶液、3.654g氯化镱的盐溶液于溶胶体系中，继续反应55分钟，倒入模具2中定型，本实施例取N=7。
经过8天的室温静置和5天的60℃烘箱处理，得到干凝胶，后将其放在烧结炉中，200分钟从室温升到200℃，并保温120分钟；150分钟从200℃升到400℃并保温100分钟；100分钟从400℃升到800℃并保温120分钟，后随炉降温得到掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3，横截面示意图如图5所示。
将掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3放在高温炉中，在700℃温度通入氯气，氧气和氦气的混合气体，气体流量在120sccm，除去羟基的样品放在MCVD反应管中，进行沉积封接，经拉丝即可得到全光纤激光器所用的掺杂光纤500，所述掺杂光纤500中磷的质量分数达17%，镱的含量为2000ppm。
实施例三
将34.5ml的正硅酸乙酯和15.3ml的乙醇加入烧杯中，放在磁力搅拌机上，温度设置为50℃，使用浓盐酸溶于60ml水中，调节PH为1，进行55分钟水解，后加入2ml甲酰胺、2.583g五氧化二磷制成的磷酸、3.654g氯化镱的盐溶液于溶胶体系中，继续反应55分钟，倒入模具2中定型，本实施例取N=19。
经过8天的室温静置和5天的60℃烘箱处理，得到干凝胶，后将其放在烧结炉中，200分钟从室温升到200℃，并保温120分钟；150分钟从200℃升到400℃并保温100分钟；100分钟从400℃升到800℃并保温120分钟，后随炉降温得到掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3，横截面示意图如图6所示。
将掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3放在高温炉中，在700℃温度通入氯气，氧气和氦气的混合气体，气体流量在120sccm，除去羟基的样品放在MCVD反应管中，进行沉积封接，经拉丝即可得到全光纤激光器所用的掺杂光纤500，所述掺杂光纤500中磷的质量分数达14%，镱的含量为3000ppm。
实施例四
将34.5ml的正硅酸乙酯和15.3ml的乙醇加入烧杯中，放在磁力搅拌机上，温度设置为50℃，使用浓盐酸溶于60ml水中，调节PH为1，进行55分钟水解，后加入2ml甲酰胺、4.5g磷酸三丁酯、5.654g氯化镱的盐溶液于溶胶体系中，继续反应25分钟，倒入模具2中定型，本实施例取N=37。
经过8天的室温静置和5天的60℃烘箱处理，得到干凝胶，后将玻璃放在烧结炉中，200分钟从室温升到200℃，并保温120分钟；150分钟从200℃升到400℃并保温100分钟；100分钟从400℃升到800℃并保温120分钟，后随炉降温得到掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3，横截面示意图如图7所示。
将掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒3放在高温炉中，在700℃温度通入氯气，氧气和氦气的混合气体，气体流量在120sccm，除去羟基的样品放在MCVD反应管中，进行沉积封接，经拉丝即可得到全光纤激光器所用的掺杂光纤500，所述掺杂光纤500中磷的质量分数达12%，镱的含量为8000ppm。
经过测试，在915nm泵浦源100的泵浦功率为12W情况下，记录激光器运转80分钟过程中的功率变化。实验数据显示，在80分钟泵浦过程中，使用MCVD技术制备的光纤的输出功率由最初的8.50W下降为7.04W，本发明制备的光纤由最初的9.24W降为9.09W，二者分别下降17.18%和1.62%，可见本发明的光纤在抗光子暗化方面存在优势。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。为使图面简洁，各图中的示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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)

1.一种全光纤激光器的制备方法，其特征在于，所述全光纤激光器包括泵浦源、隔离器、光纤光栅、掺杂光纤和适配尾纤，所述光纤光栅包括入射光纤光栅和出射光纤光栅，与所述掺杂光纤共同构成谐振腔，所述掺杂光纤位于所述入射光纤光栅和所述出射光纤光栅之间，两端分别与所述入射光纤光栅、出射光纤光栅连接，所述掺杂光纤包括纤芯、包层、反应管层和涂覆层，其中，所述纤芯由溶胶凝胶法制备，所述包层由改进化学气相法沉积得到，所述掺杂光纤中磷的质量分数大于10%；
其中，制备所述掺杂光纤包括以下步骤:
步骤1、采用溶胶凝胶法制作掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒，具体为：选择预设配比的正硅酸乙酯、乙醇、磷引入剂和掺杂元素的盐溶液作为前驱体，在预设温度、PH条件下进行液相水解、缩合形成透明溶胶，将所述透明溶胶转移到模具中静置，进行胶粒聚合继而形成凝胶，然后进行干燥、烧结，形成所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒；
步骤2、向所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒中通入气体，所述具有纵向贯通孔的芯棒中的纵向贯通孔用于增大与所述气体的接触面积，使所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒与所述气体充分接触，以除去其中的羟基；
步骤3、对除去羟基的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒采用改进化学气相沉积法进行沉积、封装、拉丝，形成掺杂光纤；
将得到的所述掺杂光纤与所述光纤光栅熔接，再将所述光纤光栅与所述隔离器、适配尾纤、泵浦源熔接，使用外壳组装得到所述全光纤激光器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇与所述正硅酸乙酯的摩尔比为1-8，水含量与所述正硅酸乙酯的摩尔比为1-60。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结过程分阶段进行，在预设的若干温度区间逐步升温，在每个所述温度区间保持预设长度的时间。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模具的直径可根据所需的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒的直径设计，所述模具中设有数目为N的小圆柱，使得所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒在凝胶过程中形成数目为N的贯通孔，所述圆柱的数目N≥3，且在横截面上均匀分布。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3还包括，将除去羟基的所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒固定于MCVD车床上的反应管中，使用氧气鼓泡法将四氯化硅通入反应管，同时通入氧气、氦气，使用氢氧焰加热至预设温度，使所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒和所述反应管中间沉积二氧化硅，形成所述包层；提高所述氢氧焰温度进行烧实，使得所述反应管通过沉积的所述包层与所述掺杂的具有纵向贯通孔的芯棒连接，所述反应管本身作为所述掺杂光纤的反应管层，继而得到掺杂光纤预制棒；将所述掺杂光纤预制棒进行拉丝形成所述掺杂光纤。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述反应管沉积通气时同时通入四氯化锗与三氯氧磷，通过调节所述氧气的通入量来控制所述四氯化锗与三氯氧磷的通入量，以此调节包层折射率。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1582260A (zh) * 2001-12-19 2005-02-16 皮雷利&C.有限公司 用于制造具有微结构的光纤的方法
CN102515500A (zh) * 2011-12-06 2012-06-27 长飞光纤光缆有限公司 一种掺杂稀土光纤预制棒的制造方法
CN103576235A (zh) * 2013-10-30 2014-02-12 中国电子科技集团公司第二十三研究所 一种温度稳相光纤及其制备方法
CN104944759A (zh) * 2015-05-29 2015-09-30 成都亨通光通信有限公司 一种非气相沉积法光缆预制棒工艺
CN106007352A (zh) * 2016-05-13 2016-10-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 低损耗Yb3+掺杂石英光纤预制棒芯棒的制备方法
CN106785843A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 浙江工贸职业技术学院 一种频率精细可调谐的单频短腔光纤激光器
CN109502961A (zh) * 2018-06-06 2019-03-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种抗光暗化的掺镱石英光纤及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6928220B2 (en) * 2002-02-01 2005-08-09 Simax Technologies, Inc. Sol-gel-derived optical fiber preform and method of manufacture

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1582260A (zh) * 2001-12-19 2005-02-16 皮雷利&C.有限公司 用于制造具有微结构的光纤的方法
CN102515500A (zh) * 2011-12-06 2012-06-27 长飞光纤光缆有限公司 一种掺杂稀土光纤预制棒的制造方法
CN103576235A (zh) * 2013-10-30 2014-02-12 中国电子科技集团公司第二十三研究所 一种温度稳相光纤及其制备方法
CN104944759A (zh) * 2015-05-29 2015-09-30 成都亨通光通信有限公司 一种非气相沉积法光缆预制棒工艺
CN106007352A (zh) * 2016-05-13 2016-10-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 低损耗Yb3+掺杂石英光纤预制棒芯棒的制备方法
CN106785843A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 浙江工贸职业技术学院 一种频率精细可调谐的单频短腔光纤激光器
CN109502961A (zh) * 2018-06-06 2019-03-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种抗光暗化的掺镱石英光纤及其制备方法

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