[發明專利]新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒、應用及制備方法

在審

• 申請號: 202210625144.0
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN115108717A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 張凡;賈寶楠;關曉寧;孫仕豪
• 申請（專利權）人: 浙江超晶晟銳光電有限公司
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012;C03B37/014;C03B37/027
• 代理公司: 北京萬思博知識產權代理有限公司 11694
• 代理人: 王惠

本申請公開了一種新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒、應用及制備方法，涉及光纖領域。所述新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒，由于芯層采用共摻鉺離子和鉍原子的二氧化硅材料，通過二者間的相互作用，從而得到近紅外發光，并拓寬發光帶。由新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒制成器件，應用于光纖放大器和光纖激光器中，得到具有近紅外發光的光纖放大器和光纖激光器。新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒的制備采用螯合物氣相摻雜技術結合改進型氣相沉積技術進行制備，結構和操作工藝簡單，易于控制。

技術領域

本申請涉及光纖材料領域，特別是涉及一種新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒、應用及制備方法。

背景技術

隨著寬帶業務的迅猛發展和光纖通信系統的不斷提升，傳統摻鉺光纖放大器(EDFA)由于稀土材料鉺的增益帶寬無法超過100納米而很難滿足當今光纖通信系統的需求。而且通過增加鉺的濃度來彌補這個不足也行不通，這是因為過多的Er存在容易自發形成團簇，從而引起濃度淬滅。2001年，Fujimoto等報道了摻鉍石英材料的寬帶發光特性，自此之后人們對摻鉍光纖材料進行了廣泛的研究。2008年，常德遠等人將鉍原子摻雜在摻鉺石英光纖中，發現鉍的存在不僅抑制了鉺離子團簇使摻入的鉺離子濃度大大提高，而且還拓寬了光纖的發光帶。因此，通過制備鉍鉺共摻石英光纖可以實現1100-1600nm波段的超寬范圍光放大，克服摻鉺光纖放大器增益帶寬的固有限制，這對提高通信容量來說具有重要的作用。

根據目前已有的科學研究，雖然已經有比較好的鉍鉺共摻光纖被使用，但是制備摻鉍的光纖還有幾個問題需要考慮：(1)鉍的近紅外發光機理還不明確，存在爭議，而且在高溫下高價鉍離子會發生分解，可能會得到含有多種價態鉍的混合物，比如Bi₂O₃在高溫條件下不穩定，容易分解為Bi-clusters或微納粒子，所以要合理的控制溫度條件。(2)增加還原劑(如CO)可使鉍摻雜玻璃的近紅外輻射的增加，高溫、氧化環境可引起近紅外輻射的減少。(3)鉍濃度的增加，不僅會造成處于非近紅外輻射波段的鉍離子數量增加，還會造成光纖本身的損耗增大，將嚴重限制摻鉍光纖放大器和激光器的性能。所以，應當合理優化鉍鉺共摻光纖的制備方法和過程，結合鉺離子和鉍原子存在的問題合理調整摻雜濃度，實現高效的近紅外發光是目前制備鉍鉺共摻石英光纖的重要問題。

發明內容

本申請的目的在于克服上述問題或者至少部分地解決或緩減解決上述問題。

根據本申請的一個方面，提供了一種新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒，包括：

外層，其材料為二氧化硅；和

芯層，其材料為共摻鉺離子和鉍原子的二氧化硅材料，通過二者間的相互作用，從而得到近紅外發光，并拓寬發光帶。

可選地，所述的近紅外發光波長為～1270nm和～1530nm。

可選地，所述芯層中，所述鉺離子和所述鉍原子摻雜在高純二氧化硅材料中。

根據本申請的另一個方面，提供了一種根據所述的新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒的應用，所述新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒制成器件，應用于光纖放大器和光纖激光器中。

根據本申請的另一個方面，提供了一種制備所述的新型鉍鉺共摻石英光纖預制棒的方法，其特征在于，按照如下步驟進行操作：

步驟100沉積管的腐蝕與清洗：選擇石英管作為沉積管，使用氫氟酸對沉積管進行腐蝕直至到達預定直徑，再使用去離子水對沉積管進行清洗；

步驟200沉積管拋光及干燥：在高溫有氧環境下使用六氟化硫SF₆對石英管內壁進行拋光，除去管內壁的有機物等雜質，并使用噴燈加熱沉積管使其保持干燥；