[發明專利]調控摻鉺石英光纖增益強度與帶寬的方法及光纖結構

有效

• 申請號: 202210723796.8
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN114956544B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 王廷云;鄭澤欣;文建湘;潘香萍;嵇為柱;董艷華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C03B37/014
• 分類號: C03B37/014;C03B37/027;G02B6/02;G02B6/036
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 唐斌

本發明公開了一種調控摻鉺石英光纖增益強度與帶寬的方法及光纖結構。首先，在石英管內壁的第一疏松層依次沉積Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Ersubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，之后，沉積摻雜GeOsubgt;2/subgt;和Psubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;的SiOsubgt;2/subgt;材料并半玻璃化形成第二疏松層，在第二疏松層上依次沉積Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Ersubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，最后，沉積摻雜GeOsubgt;2/subgt;和Psubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;的SiOsubgt;2/subgt;材料作為芯層，高溫縮棒，利用拉絲塔將光纖預制棒拉制成光纖。在沉積過程中精確控制各種摻雜材料的沉積濃度，實現第一層Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;與Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;的摩爾比為0.5～20、Bisubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;與Ersubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;的摩爾比為0.2～30、Ersubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;與最后一層Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;的摩爾比為0.005～0.1。本發明利用ALD沉積的優點，通過調控不同摻雜材料的沉積順序與精確配比調控摻雜離子與基質材料結合的局域場，提高光纖的發光效率與增益強度，拓展增益譜寬。

技術領域

本發明屬于光纖通信和光纖技術領域，具體涉及一種光纖的組成結構及制備方法。

背景技術

隨著移動通信和互聯網的發展，各種創新性應用應運而生，如5G/6G、云數據、云存儲、物聯網、車聯網等，光纖通信系統的容量需求呈爆炸式的增長。光纖放大器作為通信鏈路的關鍵器件之一，其增益性能對光通信系統的發展具有極其重要的意義。由于4f–4f軌道限制，且鉺離子在石英中的溶解度較低，易形成團簇結構，傳統的摻鉺石英光纖的增益帶寬被限制在35nm左右，嚴重限制了光通信系統的發展。

摻鉍光纖在近紅外波段表現出寬帶熒光，在寬帶放大中更具有優勢，可廣泛應用于光放大器、激光器和傳感器等領域。2015年，中國專利201510941656.8提出一種基于原子層沉積技術(ALD)的Bi/Al共摻石英光纖。使用ALD技術可以從原子層尺度上實現摻雜濃度的精準控制，且摻雜均勻性良好、摻雜元素多元。該方法制備的Bi/Al共摻石英光纖的增益范圍為1000～1400nm和1450～1700nm。然而，由于摻雜材料不夠完善，該方法制備的光纖在C和L波段的熒光和增益弱于O和E波段的熒光和增益。同年，中國專利201510941655.3提出使用ALD技術將Bi和Er離子或Bi、Er和Al離子交替沉積到光纖纖芯中，制備出一種Bi/Er或Bi/Er/Al共摻石英光纖，該光纖可實現1000～1380nm和1450～1800nm波段的超寬帶放大。2020年，中國專利202010073619.0提出基于高溫摻雜改進化學氣相沉積和ALD或液相摻雜工藝、高溫蒸發摻雜工藝、外部氣相沉積工藝結合制備Bi/Er/La/Al共摻石英光纖，該光纖在1530～1625nm范圍內表現出寬帶熒光，可用于C+L波段超寬譜光源或可調諧激光器，然而該光纖在C+L波段的增益為10～35dB。這些專利中主要是利用摻雜離子的交替沉積方法，沒有強調摻雜離子的沉積順序與沉積離子的精確配比。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：本發明針對目前摻鉺石英光纖增益帶寬較窄，無法滿足實際通信需求的問題，提供了一種調控有源粒子局域場、改善摻鉺石英光纖增益性能的方法。

本發明的技術方案：