本申請(qǐng)涉及光纖，特別涉及一種鉺鐿共摻單模光纖。

背景技術(shù)：

1、光纖放大器的最初出現(xiàn)是為了適應(yīng)光通信的發(fā)展需求，在光通信系統(tǒng)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)功率一般為微瓦(μw)到毫瓦(mw)量級(jí)，通常單級(jí)的摻鉺光纖放大器edfa的輸出最大功率為23dbm，滿(mǎn)足了傳統(tǒng)長(zhǎng)距離光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。伴隨著近年來(lái)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖用戶(hù)的數(shù)量增加，對(duì)光通信系統(tǒng)中的功率預(yù)算進(jìn)一步提高，這對(duì)光纖放大器的輸出功率提出了更高的要求。

2、鉺鐿共摻光纖是鉺鐿共摻光纖放大器eydfa的關(guān)鍵元器件材料。鉺鐿共摻光纖與傳統(tǒng)摻鉺光纖相比，鉺鐿共摻光纖在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了雙包層光纖結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層的數(shù)值孔徑可以做到0.2～0.24的同時(shí)內(nèi)包層直徑約為幾十微米，能夠允許大功率的泵浦光直接耦合到內(nèi)包層，入纖的功率和耦合效率有效提高，為提高鉺鐿共摻光纖放大器的輸出最大功率提供泵源基礎(chǔ)。

3、此外，鉺鐿共摻光纖利用了yb3+離子在石英玻璃基質(zhì)中較er3+更寬的吸收截面以及yb3+與er3+離子之間的能量傳遞作用，增加了er3+離子實(shí)際的泵浦吸收效果，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)鉺鐿共摻光纖放大器更高的功率輸出。

4、在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，大芯徑、高數(shù)值孔徑的鉺鐿共摻光纖在高功率工作下容易產(chǎn)生多模激光造成模式不穩(wěn)定、光束質(zhì)量變差的問(wèn)題。常規(guī)鉺鐿共摻光纖是纖芯中摻入了較多的yb3+離子和er3+離子，造成纖芯中摻雜離子的分布不均，同時(shí)泵源在纖芯中的傳導(dǎo)分布不是單模的形式，產(chǎn)生了多種模式的1550nm激光放大，影響最終的輸出光束質(zhì)量。

5、因此，需要對(duì)大芯徑、高數(shù)值孔徑的鉺鐿共摻光纖進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，解決鉺鐿共摻光纖多模激光的問(wèn)題，為高功率的光纖放大器穩(wěn)定工作奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種鉺鐿共摻單模光纖，以解決相關(guān)技術(shù)中多模激光帶來(lái)的光束質(zhì)量變差問(wèn)題。

2、第一方面，提供了一種鉺鐿共摻單模光纖，其包括沿著光纖徑向由內(nèi)到外依次設(shè)置的纖芯、內(nèi)包層和外包層；

3、所述纖芯采用鉺鐿共摻的石英玻璃，所述內(nèi)包層采用鍺摻雜的石英玻璃；

4、所述纖芯的折射率大于所述內(nèi)包層的折射率，所述內(nèi)包層的折射率大于所述外包層的折射率；

5、所述纖芯中的鉺離子摻雜濃度沿著光纖徑向由內(nèi)到外線性減小，且鐿離子摻雜濃度沿著光纖徑向由內(nèi)到外保持不變，以使所述纖芯的折射率沿著光纖徑向由內(nèi)到外線性減小。

6、一些實(shí)施例中，所述纖芯的折射率n1的最大值為n1，max，最小值為n1，min，n1，max相對(duì)于n1，min的折射率差δn1，max，1取值范圍為0.0046％；

7、其中，

8、一些實(shí)施例中，所述纖芯的折射率n1分布如下：

9、n1＝-kx+n3(1+δn1,max,2)(1+δn2)

10、其中，x為所述纖芯中的任意一點(diǎn)到所述纖芯的中心點(diǎn)之間的距離，k為折射率減小率，n3為所述外包層的折射率，δn1，max，2為所述纖芯的折射率n1的最大值n1，max相對(duì)于所述內(nèi)包層的折射率n2的折射率差，δn2為所述內(nèi)包層的折射率n2相對(duì)于所述外包層的折射率n3的折射率差。

11、一些實(shí)施例中，所述纖芯的折射率n1的最大值為n1，max，所述內(nèi)包層的折射率為n2，n1，max相對(duì)于n2的折射率差δn1，max，2取值范圍為0.095％～0.100％；

12、其中，

13、一些實(shí)施例中，所述內(nèi)包層的折射率為n2，所述外包層的折射率為n3，n2相對(duì)于n3的折射率差δn2取值范圍為1.05％～1.30％；

14、其中，

15、一些實(shí)施例中，所述纖芯的直徑d1的取值范圍為9.5μm～10.5μm；

16、所述內(nèi)包層的外徑d2的取值范圍為35μm～40μm；

17、所述外包層的外徑d3的取值范圍為124μm～126μm。

18、一些實(shí)施例中，所述外包層外還依次設(shè)置有內(nèi)涂層和外涂層。

19、一些實(shí)施例中，所述內(nèi)涂層的折射率n4小于所述外涂層的折射率n5。

20、一些實(shí)施例中，所述內(nèi)涂層的折射率n4的取值范圍為1.365～1.380；

21、所述外涂層的折射率n5的取值范圍為1.481～1.523。

22、一些實(shí)施例中，所述內(nèi)涂層的外徑d4的取值范圍為170μm～180μm；

23、所述外涂層的外徑d5的取值范圍為240μm～250μm。

24、本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來(lái)的有益效果包括：

25、本申請(qǐng)中通過(guò)設(shè)計(jì)er/yb共摻雜的纖芯，并使er3+離子摻雜濃度分布為沿著光纖徑向由內(nèi)到外均勻減小，yb3+離子摻雜濃度分布為均勻分布，即沿著光纖徑向由內(nèi)到外保持不變，從而整體使得形成的er/yb共摻雜纖芯區(qū)域的折射率為由內(nèi)到外均勻減小，通過(guò)均勻分布的yb3+離子作為共摻劑的一部分，光纖泵浦能量均勻吸收后通過(guò)yb3+離子將能量傳遞給er3+離子，而非平均分布的er3+離子因其分布與單模光斑模場(chǎng)分布高度重合，能夠有效抑制非單模模式激光的產(chǎn)生，從而避免了多模激光帶來(lái)的光束質(zhì)量變差問(wèn)題。

26、本申請(qǐng)?jiān)阢s鐿共摻的纖芯外加入環(huán)形的鍺摻雜層，一方面通過(guò)修飾波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以減小鉺鐿共摻的纖芯與環(huán)形鍺摻雜層的折射率差，從而實(shí)現(xiàn)單模輸出特性，另一方面通過(guò)增加鉺鐿共摻的纖芯的有效面積實(shí)現(xiàn)對(duì)包層泵浦光的吸收系數(shù)提升，從而達(dá)到高功率輸出的效果。

技術(shù)特征：

1.一種鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于，其包括沿著光纖徑向由內(nèi)到外依次設(shè)置的纖芯(1)、內(nèi)包層(2)和外包層(3)；

2.如權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

3.如權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

4.如權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

5.如權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

6.如權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

7.如權(quán)利要求1所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

8.如權(quán)利要求7所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

9.如權(quán)利要求8所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

10.如權(quán)利要求7所述的鉺鐿共摻單模光纖，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種鉺鐿共摻單模光纖，其包括沿著光纖徑向由內(nèi)到外依次設(shè)置的纖芯、內(nèi)包層和外包層；所述纖芯采用鉺鐿共摻的石英玻璃，所述內(nèi)包層采用鍺摻雜的石英玻璃；所述纖芯的折射率大于所述內(nèi)包層的折射率，所述內(nèi)包層的折射率大于所述外包層的折射率；所述纖芯中的鉺離子摻雜濃度沿著光纖徑向由內(nèi)到外線性減小，且鐿離子摻雜濃度沿著光纖徑向由內(nèi)到外保持不變，以使所述纖芯的折射率沿著光纖徑向由內(nèi)到外線性減小。本申請(qǐng)解決了相關(guān)技術(shù)中多模激光帶來(lái)的光束質(zhì)量變差問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：黎文浩,廖亮,董元海,米凱峰,雷浩,柯一禮,張濤,杜城
受保護(hù)的技術(shù)使用者：銳光信通科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15