[发明专利]光纤稀土掺杂预制件的制造方法

说明书

本申请要求美国的在先专利申请No 60/128，488的优先权，其发明名称为“稀土掺杂预制件的制造方法”，申请日为1999年4月9日。

本发明涉及用作光纤激光器，光纤放大器和超荧光光源的稀土掺杂的光纤。尤其涉及一种其芯掺杂了稀土元素和某些优选的共掺杂剂的预制件的制造方法。

当用特定波长的辐射激励一个其芯掺杂了稀土离子的光纤时，该稀土离子吸收激发能量，随后发出与该激励辐射波长不同的辐射。稀土离子的这个性质已被用来制造光纤激光器和放大器。通过在基质玻璃组成中掺杂选自稀土掺杂剂的合适成分，可在一个宽波长范围内实现激光转换。包括Nd，Er，Yb，Ho，Pr，Eu，Ce，Dy，Sm，Tb，Gd，Pm和Tm的各种稀土离子已经显示可提供有效的激光作用。

现有技术中已经研制了多种在石英玻璃中掺杂稀土离子的方法。这些方法包括溶液-掺杂法(见例如Townsend et al.，“Solution doping technique forfabrication of rare earth doped fibers，”Electron.Lett.，23(7)：329，1987；Tanaka，“Solution doping of a silica，”美国专利5，474，588；Tanaka，“Erbium-doped silica optical fiber preform，”美国专利5，526，459；Cognolato，“Method of fabricating optical fibers by solution doping，”美国专利5，047，076)，溶液-凝胶法(见例如DiGiovanni et al.，“A new opticalfiber fabrication technique using sol-gel dip coating，”Proceedings ofOFC，vol.4，paper WA2，1991)，气溶胶法(见例如Morse et al.，“Aerosoltechniques for fiber core doping，”Proceedings of OFC，vol.4，paperWA3，1991)和汽相法(见例如Poole et al.，“Fabrication of low loss opticalfibers containing rare earth ions，”Electron.Lett.，21(17)：737，1985；MacChesney et al.，“Multiconstituent optical fiber，”美国专利4，666，247；Tuminelli et al.，“Fabrication of high concentration rareearth doped optical fibers using chelates”J.Lightwave Tech.，8(11)：1680，1990)。

已经知道，在芯中稀土离子附近掺杂某些改性剂或共掺杂剂，可以减少发出具有所需波长辐射的某些有害影响，提高将激发辐射转换成具有所需波长辐射的高效转换率。这些共掺杂剂包括但并不限制在Al，P，Ge和B。

尽管已经知道这些优选的共掺杂剂和它们在稀土离子附近存在的益处，但也没有试图将共掺杂剂优先送至稀土离子的附近。在传统的掺杂方法中，该稀土元素和该优选的共掺杂剂均匀掺杂在预制件中，它们之间的相互位置关系一般依赖于自然扩散过程，该过程发生在凝聚相中，因而进行得很慢。    另外，尽管稀土元素和优选的共掺杂剂必须具有一定的最低浓度以显示它们的有效作用，但是还没有能够分别控制预制件中每种元素的最终浓度以使它们的效果达到最大的方法。例如，在现有技术中，可以通过在用来形成烟灰层(sootlayer即微粒层)的SiCl₄气流中加入POCl₃(或BCl₃)进行P(或B)的掺杂。这种方法给孔隙率和由此产生的烟灰量带来了严格的限制，并因此影响了稀土和共掺杂剂能够掺杂的量。当P(或B)掺杂的烟灰被沉积时，该烟灰倾向于在低温下烧结。这种烧结降低了烟灰的孔隙率，并且因此降低了烟灰吸收该稀土和共掺杂化合物溶液的能力。该烟灰沉积的温度可以降低以提高孔隙率。但是发现，要使P达到所需量，沉积温度必须降低至烟灰停止生成的温度。因此，现有技术的方法不能使稀土元素和共掺杂剂分别掺杂至所需的高水平。

本发明提供一种制造光纤稀土掺杂预制件的制造方法。