[發明專利]一種制備稀土摻雜光纖的全氣相摻雜裝置及摻雜方法

有效

• 申請號: 202010030470.8
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111233317B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 林傲祥;倪力;俞娟
• 申請（專利權）人: 成都翱翔拓創光電科技合伙企業(有限合伙)
• 主分類號: C03B37/018
• 分類號: C03B37/018
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰;錢成岑

本發明公開了制備稀土摻雜光纖的全氣相摻雜裝置及摻雜方法，裝置包括氣化系統、氣相混合系統和氣相沉降系統，氣化系統包括多個加熱氣化單元，加熱氣化單元將原料加熱氣化并傳輸至氣相混合系統，氣相混合系統包括三路進氣單元、稀土摻雜原料蒸發單元和氣體混合區，氣相沉降單元包括與稀土摻雜原料蒸發室的輸出端連接并與氣體混合區相通的石英玻璃襯底管和用于移動加熱石英玻璃襯底管的第二加熱爐，石英玻璃襯底管和稀土摻雜原料蒸發室分別通過旋轉基座固定并且能夠繞著各自的中心軸旋轉。方法采用上述制備稀土摻雜光纖的全氣相摻雜裝置進行稀土摻雜光纖的制備。本發明采用稀土螯合物作為摻雜原料并提高摻雜濃度、保證摻雜均勻性。

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，更具體地講，涉及一種制備稀土摻雜光纖的全氣相摻雜裝置及摻雜方法。

背景技術

光纖激光器是繼化學激光器，氣體激光器和固體激光器之后的新一代激光器。近年來，光纖激光器尤其是高功率光纖激光器已經越來越受到人們的關注并被大量應用于醫療、工業切割焊接、科研、國防等方面。

隨著光纖激光器被廣泛應用于不同領域，對于其光學性能也提出了新的要求。就高功率光纖激光器而言，為了實現控制光束質量的情況下提高輸出功率，就要求所使用的稀土摻雜增益光纖具有低損耗、高泵浦光吸收效率、高的縱向及徑向均勻性、單模和大模場等特性。為滿足這些要求，就需要對現有的光纖預制棒制備技術進行進一步改進。

英國學者于1985年利用MCVD技術成功研制出低損耗稀土摻雜光纖。由于采用的稀土無機化合物作為摻雜原料具有化學結構簡單不含有機物的優點，使得這種摻雜方式制備出來的光纖具有較低的損耗。但同時由于稀土無機化合物所具有的高熔點特性，使得稀土摻雜原料需要在超過900度高溫下才能產生足夠的蒸汽壓。在如此高的溫度下很難控制摻雜原料穩定均勻地進入沉積區反應，難以實現高濃度、縱向及徑向均勻的摻雜，所以一直以來在，這種摻雜技術沒有得到廣泛采用。

為了克服摻雜濃度低的缺點，1987年在MCVD的基礎上又發展出了溶液摻雜技術。其所具有的工藝靈活、摻雜濃度高、可選摻雜元素及原料豐富、原料成本低等優點，使得這種技術被廣泛的應用于工業生產。但該方法也存在許多不足，如：工藝步驟多、生產周期長、摻雜芯層徑向均勻性不足、中心缺陷以及受摻雜芯層沉積數量限制，預制棒芯包比難以擴大。這些缺點使得溶液摻雜法難以被用于制作高功率光纖激光器的增益光纖。

隨著現代工業水平的提升、控制技術以及傳感技術的提高，為了克服以上光纖預制棒制作技術的缺陷，1990年又發展出一種以螯合物為摻雜原料的全氣相摻雜技術。作為一種全氣相摻雜方法，由于稀土螯合物具有較低熔點及蒸汽化溫度的優點使得該摻雜方法具有原料蒸發罐溫度控制高穩定性、預制棒徑向以及縱向具有高摻雜均勻性、摻雜組分及濃度易于控制、可重復性高、生產周期短、可實現高濃度稀土摻雜等優點。這種方法較好的克服了早期MCVD方法以及溶液摻雜的缺點。

為適應光纖應用的新要求，在發展出以上光纖摻雜制備方法的同時也相繼開發出等離子體化學氣相沉積法(PCVD)、管外氣相沉積法(OVD)、軸向氣相沉積法(VAD)、溶膠凝膠法、納米粒子直接沉降法、原子層沉積法等。各種新穎的光纖預制棒制備方法雖然層出不窮，但是這些技術在可控性、穩定性、重復性方面還需要進一步完善，要實現工業化還有很長的路要走。

結合以上不同的沉積工藝與摻雜方法，可以制備出所需要性能的光纖，如：雙包層光纖、大模場光纖、偏振保持光纖、多芯光纖等。現如今國內外對高功率光纖激光器的需求越來越大，為獲得更高功率的激光輸出和更好的光束質量，就需要作為光纖激光核心材料的稀土摻雜光纖同時具備大模場、近單模傳輸、光纖徑向及縱向均勻性、高效泵浦光吸收效率、低非線性、低損耗等特點。已經公布的稀土摻雜光纖預制棒制作方法已經難以滿足當前高功率激光器發展對光纖特性的需求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明旨在提供一種制備稀土摻雜光纖的全氣相摻雜裝置及摻雜方法，采用稀土螯合物作為摻雜原料并提高摻雜濃度、保證摻雜均勻性。