[发明专利]多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域。

背景技术

掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm，Yb等)离子光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。

每种稀土元素的吸收截面与发射截面都不相同，导致对应光纤的工作波长也不一样。例如，掺钕光纤工作波长为1000-1150nm，1320-1400nm；掺铒光纤工作波长550nm，850nm，980-1000nm，1500-1600nm，1660nm，1720nm，2700nm；掺镱光纤工作波长为970-1040nm；掺钍光纤工作波长为455nm，480nm，803-825nm，1460-1510nm，1700-2015nm，2250-2400nm；掺镨光纤工作波长为490nm，520nm，601-618nm，631-641nm，707-725nm，880-886nm，902-916nm，1060-1110nm，1260-1350nm；掺钬光纤工作波长为550nm，753nm，1380nm，2040-2080nm，2900nm。掺钐光纤工作波长为651nm，掺不同的玻璃基质的稀土离子，其增益带宽与性质也有差异。例如纯硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波谱宽为7.94nm，而铝磷硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波谱宽为43.3nm[W.J.Miniscalco.Optical andelectronic properties of rare-earth ions in glasses in rare-earth doped fiber lasers andamplifier.New York：Marcel Dekker.2001，pp：17-112]。现有的纤或者为单掺稀土的，或者为双掺稀土。即使是双掺稀土光纤，也是利用两种掺稀土元素对泵浦源的吸收截面不同，以及两种距离很近的元素能级相互作用，实现一种掺稀土元素吸收泵浦功率，另一种元素受激放大的目的，如铒镱共掺光纤。因此，现有的光纤放大信号带宽通常只有几十nm，当要放大不同的波长信号，且波长间隔超过100nm时，就需要分别配置不同的光纤，再进行信号合并，结构复杂且成本很局。

2002年5月国际电信联盟ITU-T组织将光纤通信系统光波段划分如下：O波段(原始波段)为1260-1360nm，E波段(扩展波段)为1360-1460nm；S波段(短波长波段)为1460-1530nm，C波段(常规波段)为1530-1565nm；L波段(长波长波段)为1565-1625nm；U波段(超长波长波段)为1625-1675nm。

实现研究表明，制作C波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为2.5米，而制作L波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为10米。[傅永军简伟郑凯等.铋镓铝共掺的高浓度掺铒光纤及放大器.光电子技术.2007，27(1)：17-19]。显然，要同时实现C波段与L波段的信号的放大，仅仅采用一根掺铒光纤是无法实现的。

现有的光纤能放大的信号光仅仅为单波段的信号光，带宽通常只有几十nm。现有实现多波段信号光的器件中，需要先将信号光分波处理为单个波段信号光，然后对单个波段信号光分别配置对应的掺稀土离子类型的光纤，最后将放大的单个波段信号光进行合波处理，结构复杂、引入的插入损耗大、分立元件多，可靠性差、对环境敏感且成本很高。