[发明专利]高增益双包层二维阵列光纤及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤二维阵列放大器的增益光纤领域，具体涉及高增益双包层二维阵列光纤及其制作方法。

背景技术

光纤放大器是目前广泛应用于光通信领域的光信号放大器件，它具有优异的光-光放大特性，且增益高，噪声低，现已成为全光通信领域的核心器件。近年来，随着光通信领域光纤到户的需求迅猛增长，紧凑型、小型化、低成本的光纤器件已成为该领域的研究热点。例如，二维(M×N)(M，N>1)光纤阵列放大器则实现了M×N个光纤放大器的放大功能，因而，它为光纤放大器件的实现紧凑小型化和低成本提供了可能。然而，石英光纤由于稀土离子掺杂浓度低，导致单位长度增益低，所需石英增益光纤长度则达几米甚至几十米，因此，很难实现高增益的二维阵列光纤。而磷酸盐玻璃光纤则可实现稀土离子高浓度掺杂，从而实现单位长度高增益，所需增益光纤长度仅为厘米量级，它为二维阵列光纤放大器件的实现紧凑小型化和低成本提供了材料保障。

双包层结构的泵浦耦合技术是目前研究提高光纤泵浦耦合效率的热点。因此，可以利用磷酸盐光纤的高增益特性，再结合双包层的耦合技术，研究制作出高增益双包层二维阵列光纤。而在稀土掺杂的双包层光纤研究方面，中国专利申请(申请号为02136859.7、公开日2003年03月12日和申请号为200410029810.6、公开日2005年01月.12日)主要关注的是不同基质材料(磷酸盐基质材料和石英基质材料)下且都是单一纤芯的双包层光纤的制作，它们都只能同时对一路信号光具有增益作用或都只能同时输出一路激光，这不利于光器件未来的发展方向——小型化和集成化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种高增益双包层二维阵列光纤，其利用光纤材料的高掺杂和高增益特性，通过设计控制双包层波导结构和折射率波导共同作用实现二维阵列光纤中每一条纤芯都具有高增益特性，因而可实现同时放大多路光信号或同时多波长多路激光输出，可广泛应用于多路集成光纤放大器、多波长多路同时输出的光纤激光器，且同时具有成本低、集成小型化、制作简单等特点。本发明通过如下技术方案实现。

一种高增益双包层二维阵列光纤，包括n条纤芯、内包层、外包层及保护涂覆层，其特征在于纤芯为具有单位长度增益大于1dB/cm的稀土掺杂玻璃基质材料，该玻璃基质材料包括磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、锗酸盐玻璃中的一种或多种，所述纤芯的条数为M×N条，纤芯排成规则的M行N列型阵列或者排成星形二维阵列，纤芯之间的间隔和所述阵列外围由与纤芯材料在折射率、膨胀系数和软化温度相匹配的内包层玻璃材料填充包裹，纤芯直径为2—80μm，相邻纤芯之间的中心间距为纤芯直径的2-100倍，纤芯折射率>内包层折射率>外包层折射率；所述M，N为自然数，M×N＝n，n≥2。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述光纤阵列为圆形、三角形、矩形、D型或六边形。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述光纤纤芯和内包层为单一组分玻璃或多组分玻璃。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述内包层玻璃材料包括磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、锗酸盐玻璃中的一种或多种。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述光纤外包层材料为单一组分玻璃或多组分软玻璃或高分子塑料。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述光纤内、外包层的横截面形状可以是圆形、矩形或D型。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述光纤纤芯掺杂高浓度的发光离子，掺杂浓度大于1×10¹⁹ions/cm³。

上述高增益双包层二维阵列光纤中，所述发光离子为镧系离子、过渡金属离子中一种或几种。

上述高增益双包层二维阵列光纤的制备方法，包括以下步骤：

(1)加工高增益基质玻璃棒，并把它在惰性气体或氮气气氛保护环境下用光纤拉丝机拉制成0.5～5mm的细棒，拉丝温度范围为650℃～750℃；

(2)在内包层玻璃的端面钻出按所述二维阵列形状排布的且大小一致的细孔，细孔直径大小为0.5～5mm；

(3)把外包层玻璃棒端面钻出与内包层玻璃体形状尺寸一样的孔；

(4)把加工好的纤芯细棒分别插入到内包层玻璃体的阵列孔中后，再把组装好的内包层玻璃体插到外包层玻璃棒中，从而完成整个光纤预制棒的制作，然后把光纤预制棒放到光纤拉丝机中拉制出所需尺寸的双包层二维阵列光纤，此过程同样需要在惰性气体或氮气气氛保护环境下完成。