[发明专利]波导层掺杂型毛细管光纤及制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种特种光纤，特别涉及一种波导层掺杂型毛细管光纤。本发明还涉及这种光纤制造方法。

(二)背景技术

毛细管光纤是光纤光学的一个新兴的研究领域，与传统的光纤相比，无论在结构上还是在光传输机理上有很大不同，具有特殊的色散和非线性效应等特性，如自相位调制、无限波长单模传输、大模场面积单模传输、理想的色散可控、空芯导光、空芯传能和超低损耗、超长距离传输等。这些特性，除了应用于光通信领域外，通过向毛细管光纤中填充介质可以实现可变的光谱衰减器和高精度传感器，毛细管光纤中传输的光模式耦合入空气孔的强度与孔中的介质有关，预示着它可以应用于微量气体传感。

现代光纤制造技术已经把光纤损耗降低到了理论极限值，但在长距离通信中，光纤的损耗和色散仍不可避免，所以每隔一段距离增加一个再生中继器来保证信号的传输质量。在光纤中掺入稀土元素，利用稀土离子特殊的光谱特性，能够放大光信号，实现全光中继，延长通信距离，降低成本。掺稀土光纤放大器除了最突出的掺铒光纤放大器外，还有掺其他稀土元素的光纤放大器，如钕(Nd)、镨(Pr)、镱(Yb)、钬(Ho)等，掺入不同的稀土离子会表现出不同的荧光和激光发射特性，有关涉及到本发明技术的文献和报道包括：[1] E.Desurvire，C.R.Giles，J.L.Zyskind，Erbium-doped fiber amplifier，U.S.Pat.No.5,027,079；[2]C.Ghisler，W.Lüthy，H.P.Weber，Phase shifts in a Nd³⁺fiber amplifier，Appl.Phys.B，1993，57：99；[3]Y.Ohishi，T.Kanamori，T.Kitagawa，and S.Takahashi，Pr³⁺-dopedfluoride fiber amplifier operating at 1.31μm，Opt.Lett.1991，16：1747；[4]J.P.Koplow，D.AV.Kliner，L.Goldberg，Single-mode operation of a coiled multimodefiber amplifier，Opt.Lett.2000，25：442；[5]常军，王青圃，丁双红，张行愚，李平，掺稀土光纤放大器研究进展，光通信研究，2004，6：60。

在所有的光纤放大器中，掺铒光纤放大器是光纤全光放大器，其优越性主要表现在：直接对光信号作低噪声放大，线路的分支损耗容易补偿，对信号“透明”，频带及宽。掺铒光纤是组成掺铒光纤放大器的关键组成部分，不同应用的掺铒光纤放大器对掺铒光纤有不用的要求，在作功率放大时，要求有高的泵浦信号功率转换效率；用作中继放大时，要求中等程度的增益和低噪声；用作前置放大时，要求有高的增益和尽可能低的噪声。因此针对不用应用，如何近一步优化掺铒光纤的设计和性能，降低制作成本，是掺铒光纤工业化生产与规模化商业应用任需进一步研究的课题。

目前，毛细管光纤一般的制备方法是以金属、塑料或玻璃管作为基材，然后将金属、电解质膜或多晶料等沉积在管内壁而形成，光波导以空芯中的空气为传输介质，如文献：Yuichi Komachi，Katsuo Aizawa，Hollow optical fiber and methodfor manufacturing the same，U.S.Pat.No.6735369B2，该方法最主要的不足之处在于：为了在管内壁沉积物质，选择的基管内径必须要大于一定尺寸，制备出的毛细管光纤芯径在几百微米甚至1mm的量级，而且制备毛细管光纤的长度受到工艺限制，不能制备较长的毛细管光纤；另一方面，在基管内壁沉积的一些介质，在一定光波长范围内具有较大的吸收，光损耗也较大，光纤末端的光输出功率受到了限制；此外，基管内壁沉积的一些介质，在高温、高潮湿、高辐射的特殊环境中，性能也不稳定。这些都为光纤维护带来了困难。