[发明专利]涂覆层D形磷酸盐微结构带隙型光纤的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及异形微结构带隙型光纤，特别是一种涂覆层D形磷酸盐微结构带隙型光纤的制备方法。

背景技术

磷酸盐玻璃由于其声子能量适中、对稀土离子溶解度高、稀土离子在其中的光谱性能好，同时具有高受激发射截面σ_em、低非线性折射率n₂、制备工艺成熟的特点，因而有良好的激光性能，是激光核聚变主要增益放大介质。同时磷酸盐玻璃光纤具有很高的受激布里渊（SBS）阈值，无光致暗化现象，以致在单频光纤激光器、大功率光纤放大器方面有着独特的优势。

稀土掺杂光纤激光器具有结构紧凑稳定、极好的散热性能、良好的模式性能和较高的能量转换效率，被认为是极具潜力的大功率高亮度激光器增益介质，是近年来激光器研究领域的热点之一。

1961年，Snitzer利用掺Nd玻璃波导作为增益介质，实现激光辐射。N31磷酸盐激光玻璃中的Nd离子在1053nm的发光有着四能级结构、受激发射截面大、荧光有效线宽较窄和极低的非线性折射率，很适合用于低阈值高能量激光的产生。因此磷酸盐激光玻璃成为极好的光纤介质材料。

为了获得高功率运转，内包层的数值孔径应足够高，横截面积和纤芯之比应足够大。由于圆形内包层存在大量螺旋光，纤芯吸收率很低(仅10％)，而偏心形内包层则有50％的螺旋光，对于D形内包层，螺旋光约13％，而矩形内包层光纤经过多次反射后纤芯吸收率可高达92％。所以，优化内包层的边界形状是提高对泵浦光吸收效率的有效途径。

N31掺钕磷酸盐玻璃是一种极好的激光光纤材料，优良的发射截面和发光性能和斜线效率使得它在神光方面发挥着巨大的作用，国内外关于掺钕磷酸盐D形的微结构带隙型光纤也少有报道和研究。

发明内容

本发明要解决的是提供一种涂覆层D形磷酸盐微结构带隙型光纤的制备方法，该方法制备的涂覆层D形磷酸盐微结构带隙型光纤可以保证光束耦合效率高和激光输出特性良好。该D形光纤螺旋光较少,具有很好的光束约束性、吸收效率高。在793nm波长半导体激光泵浦下能获得强度为8400a.u的1053nm荧光光谱和460mW的激光输出。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种涂覆层D形磷酸盐微结构带隙型光纤的制备方法，其特点在于该方法包括如下步骤：

①制备磷酸盐实芯毛细棒：采用磷酸盐玻璃，将该磷酸盐玻璃加工出直径为d≤18mm，长度为L≤150mm的磷酸盐玻璃棒，放置在拉丝机上升温加热至其拉丝温度565℃，拉制出d=1mm和一部分d<1mm的磷酸盐实芯毛细棒；

②制备掺钕磷酸盐实芯毛细棒：采用掺钕磷酸盐玻璃加工出直径为d≤18mm，长度为L≤150mm的掺钕磷酸盐玻璃棒，放置在拉丝机上升温加热至其拉丝温度560℃，拉制出d=1mm和一部分d<1mm的磷酸盐实芯毛细棒；

③排管：先将磷酸盐毛细棒置于石英管中排列致密，然后用事先备好的同等粗细的硅酸盐毛细棒置换掉月牙形部分磷酸盐毛细棒，月牙形所对圆心角为90～120度，然后用所述的掺钕磷酸盐毛细棒置换掉石英管中心那根未掺稀土离子的磷酸盐毛细棒，构成未烧结的预制棒；

④烧结：将所述的预制棒置于马弗炉中央，该烧结的升温过程如下：

升温时间t₁为120min～150min，从常温升温至烧结温度T₁为480℃～520℃，保温时间t₂为30min～50min→降温时间t₃为60min～90min，降温至玻璃转变温度T₂为420℃～450℃，继续保温，时间t₄为60min～90min→降温时间t₅为160min～200min，使温度降至保持温度T₃为250℃～280℃，保温时间t₆为600min～650min→程序终止，使其随炉自然降温至常温，然后取出套管；取出套管中独立松散的硅酸盐毛细棒，酒精擦拭表面便形成D形磷酸盐预制棒；

⑤拉丝：将所述的D形预制棒放置于拉丝机上，升温至560℃，经过拉丝，在光纤经过拉丝机紫外光扫描装置时加入光纤涂覆树脂，使树脂在紫外光照射下迅速固化形成外包层的涂覆层D形磷酸盐微结构带隙型光纤。

本发明的技术效果如下：

具体而言该发明解决了三方面问题：

1、采用石英套管排列法，有效避免金属模具的脱模难，易污染的问题，并免去D形金属模具加工困难的问题；