[发明专利]在1000－1700nm的波长范围工作的放大光纤，其制备方法和纤维激光器

说明书

技术领域

本发明通常涉及纤维光学，更具体地说，涉及在1000-1700nm的波长范围工作的放大光纤，其制备方法和包含放大光纤的纤维激光器。

本发明适合用于光学联络系统，例如熔融二氧化硅透明区域为1000-1700nm的宽带放大器和激光器。本发明还可以用于提供需要宽活性材料放大带的调谐激光器和飞秒纤维激光器。该激光器还适用于需要组织光谱选择性暴露于辐射下的领域中，尤其是在医药中，以及在材料处理，环境诊断和化学中。

背景技术

在1000-1600nm的近红外区域中，在铋掺杂的玻璃，例如二氧化硅、磷酸盐、锗酸盐和硼酸盐玻璃中发光已经由Y.Fujimoto和M.Nakatsuka在Jpn.J.Appl.Phys.，40(2001)，p.L279中报道。玻璃发光带的宽度超过100nm，且寿命超过100μs，而带光谱位置取决于玻璃成分。

X.Meng等在Optics Express，13(2005)，p.1635中报道了他们观察到在掺杂了铋的钡-铝硼酸盐玻璃中的吸收峰中，在波长465和700nm下，发现2个由发光中心引起的吸收峰。同一作者在Optics Express，13(2005)，p.1628中进行了报道，他们发现在掺杂了铋的磷酸铝玻璃的吸收光谱中，在波长460和700nm下，发现由发光中心引起的2个吸收峰，在掺杂了铋的锗酸铝玻璃的吸收光谱中，在波长500，700和800nm下观察到三个吸收峰，在1000nm下观察到曲线变平。

Y.Fujimoto和M.Nakatsuka在Jpn.J.Appl.Phys.40(2001)，p.L279中，在掺杂了铋的硅酸铝玻璃的吸收光谱中，在波长500、700和800nm下观察到3个由发光中心引起的吸收峰。如在该文章中陈述的，研究的石英和铝/石英玻璃仅在其掺杂了铋和铝时才显示出发光。

同一作者(Appl.Phys.Lett.，82(2003)，p.3325)阐述了在掺杂了铋的硅酸铝玻璃中，由808nm激励时，在1300nm波长测试信号放大，其中，在该光谱范围中，在样本中，增益比光学损失要小。

上述玻璃的通常缺陷是在发光范围内存在高程度的光学损失以及增益没有超过光学损失级别，这阻碍在其基础上产生放大器。

无法从公开的数据上得出结论是否原则上能在具有该组合物的该玻璃或纤维的基础上产生放大器。在激励中放大的测试信号密度可能由于吸收饱和引起，因此其不能用于光学放大。

与本发明最相关的是放大光纤(例如JP专利JP2004020994，标题为“用于光学放大的玻璃纤维”)。玻璃纤维内芯的阿贝值大于或等于包层材料的阿贝值，因此可以获得激励模式区域和信号模式区域更良好的重叠，其可以提高光学放大特性。纤维内芯优选由含有氧化铋的氧化物玻璃构成，因此其能提供在950-1600nm内的光学放大。除了氧化铋以外，纤维内芯还含有氧化铝和选自MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的二价金属氧化物。

然而，该专利并没有提及在具有该组合物的光纤中的光学放大，以及在放大范围内，增益是否超过光学损失。在具有该组合物的玻璃中存在的发光并不能确认是光学放大的能力。因此，该专利缺少原则上能用于产生光学放大器的光纤的信息。

内芯玻璃成分的浓度范围在该专利中也没有提及。已知在过量的玻璃栅格改性剂的存在下，在硅酸盐玻璃中会开始相分离过程，其会导致形成显著的光学不均匀性和提高的散射损失，结果光学损失远大于增益，且活性中心的过量浓度会导致达到淬火浓度，使得放大效率降低至消失点。

在该专利中提及的优选应用范围为1300-1320nm，然而，如在附图中所示的，该范围内的发光带密度增加2倍，且与1180nm范围内的最大值相比，其在1600nm范围内降低了约一个数量级；在这些光谱范围内，这会显著影响放大效率，且能引起与增强自发性发光相关的问题。不利之处还包括为了使用改善的光学放大特征，需要将活性纤维激励至单模式核心，然而，最强力和有效的激励目前通过使用多模式二极管辐射源获得。因此，现有技术具有限制性的应用领域且其不适合产生高能量激光器和放大器。

在日本专利JP11029334中公开了制备光纤的方法。该方法包括下述步骤：将精细分散沸石与亚硝酸铋水溶液混合，制备凝胶并在脱水后烧结凝胶，从而获得含有氧化铋掺杂剂的硅酸盐玻璃，并由玻璃形成光纤。该方法是用于制备玻璃的溶胶-凝胶法的改进。

然而，由该方法制备的玻璃中的光学损失数据在该专利中并没有提及。