[实用新型]一种制备稀土掺杂光纤的全气相掺杂装置

说明书

本实用新型公开了制备稀土掺杂光纤的全气相掺杂装置，装置包括气化系统、气相混合系统和气相沉降系统，气化系统包括多个加热气化单元，加热气化单元将原料加热气化并传输至气相混合系统，气相混合系统包括三路进气单元、稀土掺杂原料蒸发单元和气体混合区，气相沉降单元包括与稀土掺杂原料蒸发室的输出端连接并与气体混合区相通的石英玻璃衬底管和用于移动加热石英玻璃衬底管的第二加热炉，石英玻璃衬底管和稀土掺杂原料蒸发室分别通过旋转基座固定并且能够绕着各自的中心轴旋转。本实用新型采用稀土螯合物作为掺杂原料并提高掺杂浓度、保证掺杂均匀性。

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，更具体地讲，涉及一种制备稀土掺杂光纤的全气相掺杂装置。

背景技术

光纤激光器是继化学激光器，气体激光器和固体激光器之后的新一代激光器。近年来，光纤激光器尤其是高功率光纤激光器已经越来越受到人们的关注并被大量应用于医疗、工业切割焊接、科研、国防等方面。

随着光纤激光器被广泛应用于不同领域，对于其光学性能也提出了新的要求。就高功率光纤激光器而言，为了实现控制光束质量的情况下提高输出功率，就要求所使用的稀土掺杂增益光纤具有低损耗、高泵浦光吸收效率、高的纵向及径向均匀性、单模和大模场等特性。为满足这些要求，就需要对现有的光纤预制棒制备技术进行进一步改进。

英国学者于1985年利用MCVD技术成功研制出低损耗稀土掺杂光纤。由于采用的稀土无机化合物作为掺杂原料具有化学结构简单不含有机物的优点，使得这种掺杂方式制备出来的光纤具有较低的损耗。但同时由于稀土无机化合物所具有的高熔点特性，使得稀土掺杂原料需要在超过900度高温下才能产生足够的蒸汽压。在如此高的温度下很难控制掺杂原料稳定均匀地进入沉积区反应，难以实现高浓度、纵向及径向均匀的掺杂，所以一直以来在，这种掺杂技术没有得到广泛采用。

为了克服掺杂浓度低的缺点，1987年在MCVD的基础上又发展出了溶液掺杂技术。其所具有的工艺灵活、掺杂浓度高、可选掺杂元素及原料丰富、原料成本低等优点，使得这种技术被广泛的应用于工业生产。但该方法也存在许多不足，如：工艺步骤多、生产周期长、掺杂芯层径向均匀性不足、中心缺陷以及受掺杂芯层沉积数量限制，预制棒芯包比难以扩大。这些缺点使得溶液掺杂法难以被用于制作高功率光纤激光器的增益光纤。

随着现代工业水平的提升、控制技术以及传感技术的提高，为了克服以上光纤预制棒制作技术的缺陷，1990年又发展出一种以螯合物为掺杂原料的全气相掺杂技术。作为一种全气相掺杂方法，由于稀土螯合物具有较低熔点及蒸汽化温度的优点使得该掺杂方法具有原料蒸发罐温度控制高稳定性、预制棒径向以及纵向具有高掺杂均匀性、掺杂组分及浓度易于控制、可重复性高、生产周期短、可实现高浓度稀土掺杂等优点。这种方法较好的克服了早期MCVD方法以及溶液掺杂的缺点。

为适应光纤应用的新要求，在发展出以上光纤掺杂制备方法的同时也相继开发出等离子体化学气相沉积法(PCVD)、管外气相沉积法(OVD)、轴向气相沉积法(VAD)、溶胶凝胶法、纳米粒子直接沉降法、原子层沉积法等。各种新颖的光纤预制棒制备方法虽然层出不穷，但是这些技术在可控性、稳定性、重复性方面还需要进一步完善，要实现工业化还有很长的路要走。

结合以上不同的沉积工艺与掺杂方法，可以制备出所需要性能的光纤，如：双包层光纤、大模场光纤、偏振保持光纤、多芯光纤等。现如今国内外对高功率光纤激光器的需求越来越大，为获得更高功率的激光输出和更好的光束质量，就需要作为光纤激光核心材料的稀土掺杂光纤同时具备大模场、近单模传输、光纤径向及纵向均匀性、高效泵浦光吸收效率、低非线性、低损耗等特点。已经公布的稀土掺杂光纤预制棒制作方法已经难以满足当前高功率激光器发展对光纤特性的需求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型旨在提供一种制备稀土掺杂光纤的全气相掺杂装置，采用稀土螯合物作为掺杂原料并提高掺杂浓度、保证掺杂均匀性。