[發明專利]涂覆層D形磷酸鹽微結構帶隙型光纖的制備方法

無效

• 申請號: 201310170429.0
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103253859A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 黃義;王欣;李文濤;于春雷;張磊;陳偉;胡麗麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03B37/01
• 分類號: C03B37/01;C03B37/012;C03B37/027;C03C25/32
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及異形微結構帶隙型光纖，特別是一種涂覆層D形磷酸鹽微結構帶隙型光纖的制備方法。

背景技術

磷酸鹽玻璃由于其聲子能量適中、對稀土離子溶解度高、稀土離子在其中的光譜性能好，同時具有高受激發射截面σ_em、低非線性折射率n₂、制備工藝成熟的特點，因而有良好的激光性能，是激光核聚變主要增益放大介質。同時磷酸鹽玻璃光纖具有很高的受激布里淵（SBS）閾值，無光致暗化現象，以致在單頻光纖激光器、大功率光纖放大器方面有著獨特的優勢。

稀土摻雜光纖激光器具有結構緊湊穩定、極好的散熱性能、良好的模式性能和較高的能量轉換效率，被認為是極具潛力的大功率高亮度激光器增益介質，是近年來激光器研究領域的熱點之一。

1961年，Snitzer利用摻Nd玻璃波導作為增益介質，實現激光輻射。N31磷酸鹽激光玻璃中的Nd離子在1053nm的發光有著四能級結構、受激發射截面大、熒光有效線寬較窄和極低的非線性折射率，很適合用于低閾值高能量激光的產生。因此磷酸鹽激光玻璃成為極好的光纖介質材料。

為了獲得高功率運轉，內包層的數值孔徑應足夠高，橫截面積和纖芯之比應足夠大。由于圓形內包層存在大量螺旋光，纖芯吸收率很低(僅10％)，而偏心形內包層則有50％的螺旋光，對于D形內包層，螺旋光約13％，而矩形內包層光纖經過多次反射后纖芯吸收率可高達92％。所以，優化內包層的邊界形狀是提高對泵浦光吸收效率的有效途徑。

N31摻釹磷酸鹽玻璃是一種極好的激光光纖材料，優良的發射截面和發光性能和斜線效率使得它在神光方面發揮著巨大的作用，國內外關于摻釹磷酸鹽D形的微結構帶隙型光纖也少有報道和研究。

發明內容

本發明要解決的是提供一種涂覆層D形磷酸鹽微結構帶隙型光纖的制備方法，該方法制備的涂覆層D形磷酸鹽微結構帶隙型光纖可以保證光束耦合效率高和激光輸出特性良好。該D形光纖螺旋光較少,具有很好的光束約束性、吸收效率高。在793nm波長半導體激光泵浦下能獲得強度為8400a.u的1053nm熒光光譜和460mW的激光輸出。

本發明具體的技術解決方案如下：

一種涂覆層D形磷酸鹽微結構帶隙型光纖的制備方法，其特點在于該方法包括如下步驟：

①制備磷酸鹽實芯毛細棒：采用磷酸鹽玻璃，將該磷酸鹽玻璃加工出直徑為d≤18mm，長度為L≤150mm的磷酸鹽玻璃棒，放置在拉絲機上升溫加熱至其拉絲溫度565℃，拉制出d=1mm和一部分d<1mm的磷酸鹽實芯毛細棒；

②制備摻釹磷酸鹽實芯毛細棒：采用摻釹磷酸鹽玻璃加工出直徑為d≤18mm，長度為L≤150mm的摻釹磷酸鹽玻璃棒，放置在拉絲機上升溫加熱至其拉絲溫度560℃，拉制出d=1mm和一部分d<1mm的磷酸鹽實芯毛細棒；

③排管：先將磷酸鹽毛細棒置于石英管中排列致密，然后用事先備好的同等粗細的硅酸鹽毛細棒置換掉月牙形部分磷酸鹽毛細棒，月牙形所對圓心角為90～120度，然后用所述的摻釹磷酸鹽毛細棒置換掉石英管中心那根未摻稀土離子的磷酸鹽毛細棒，構成未燒結的預制棒；

④燒結：將所述的預制棒置于馬弗爐中央，該燒結的升溫過程如下：

升溫時間t₁為120min～150min，從常溫升溫至燒結溫度T₁為480℃～520℃，保溫時間t₂為30min～50min→降溫時間t₃為60min～90min，降溫至玻璃轉變溫度T₂為420℃～450℃，繼續保溫，時間t₄為60min～90min→降溫時間t₅為160min～200min，使溫度降至保持溫度T₃為250℃～280℃，保溫時間t₆為600min～650min→程序終止，使其隨爐自然降溫至常溫，然后取出套管；取出套管中獨立松散的硅酸鹽毛細棒，酒精擦拭表面便形成D形磷酸鹽預制棒；

⑤拉絲：將所述的D形預制棒放置于拉絲機上，升溫至560℃，經過拉絲，在光纖經過拉絲機紫外光掃描裝置時加入光纖涂覆樹脂，使樹脂在紫外光照射下迅速固化形成外包層的涂覆層D形磷酸鹽微結構帶隙型光纖。

本發明的技術效果如下：

具體而言該發明解決了三方面問題：

1、采用石英套管排列法，有效避免金屬模具的脫模難，易污染的問題，并免去D形金屬模具加工困難的問題；