[发明专利]一种高增益的Tm3+

说明书

本发明提供一种高增益的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤及其制备方法。光纤由一种多组分锗酸盐玻璃组成，纤芯中优选掺有质量百分比为5%的Tm₂O₃和1.25%Ho₂O₃。制备方法分别熔制大块包层和纤芯玻璃，熔制期间通高纯O₂进行气氛保护，并通Cl₂进行除水，搅拌。采用传统的管棒法拉制单模光纤，先将熔制的大块锗酸盐玻璃采用机械冷加工成设计的尺寸，随后将芯棒进行一次拉丝获得纤芯细棒，最后将纤芯细棒和包层玻璃管组成光纤预制棒在拉丝塔进行拉丝。本发明的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤在2.05μm处的增益高达3.5 dB/cm，有望应用于高功率和超紧凑的单频光纤激光器以及高重频光纤激光器等领域。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种高增益的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤及其制备方法。

背景技术

2 μm波段（1.9-2.5 μm）激光位于人眼安全范围内，水在该波段具有强的吸收峰，同时处于大气透过窗口之一，在激光雷达、大气监测、激光医疗、遥感以及中红外激光器的泵浦源等军事和民用上具有广泛的应用。然而，传统的石英光纤的稀土离子溶解度低，2.05μm波段石英光纤的单位增益较低。多组分玻璃具有较高的稀土溶解度，受到研究人员的广泛关注。硅酸盐玻璃的声子能量较高（~ 1100 cm^-1），红外透过范围较窄（~ 3.5 μm），其2 μm波段发光效率低；碲酸盐玻璃机械加工性能差，抗激光损伤阈值低，与常规光纤熔接困难；氟化物玻璃化学稳定性和机械强度差，制备条件苛刻，抗激光损伤阈值低。这几种多组分玻璃都具有明显的缺陷，而锗酸盐玻璃具有良好的红外透过性能（~ 6 μm、较低的声子能量（~900 cm^-1）、高的折射率（~ 1.7）、良好的物化性能和机械加工性能，是2.05 μm光纤激光器理想的基质材料。然而，锗酸盐玻璃抗析晶性能较差，采用传统的管棒法拉制光纤时，纤芯玻璃经过两次热拉过程，纤芯玻璃会析晶，从而会增大光纤损耗，导致光纤增益较低。其次，锗酸盐玻璃中OH^-含量大，OH^-作为荧光猝灭中心，会大大降低其中红外2 μm的发光，从而降低增益。因此，制备高增益的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤需要进行高掺杂Tm³⁺/Ho³⁺，同时克服析晶和减少OH^-的含量。然而，目前报道的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤的增益较低（2.5 dB/cm）。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种高增益的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤，此光纤在2.05 μm处的单位增益高达3.5 dB/cm。本发明的另一目的在于提供上述高增益的Tm³⁺/Ho³⁺共掺锗酸盐玻璃单模光纤的制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种高增益的Tm³⁺/Ho³⁺共掺多组分锗酸盐玻璃单模光纤，单模光纤包层为多组分锗酸盐玻璃，纤芯为Tm³⁺/Ho³⁺共掺杂的多组分锗酸盐玻璃。

进一步地，所述纤芯和包层中的多组分锗酸盐玻璃均包括：BaO、Ga₂O₃、GeO₂、La₂O₃、Y₂O₃和Lu₂O₃组分。