[发明专利]一种硬质包层掺稀土光纤及其制备方法

说明书

本申请涉及一种硬质包层掺稀土光纤及其制备方法，其包括沿径向由内而外设置的芯层、石英包层和掺氟包层；其中，所述芯层掺杂有稀土离子；沿径向由内而外，所述掺氟包层的折射率逐渐增大。由于在硬质包层光纤的掺氟石英层中起着限光作用的主要是最靠近石英包层的部分，因此，在本实施例中，对掺氟石英层进行了优化，也即将掺氟包层设计成沿径向由内而外，掺氟包层的折射率逐渐增大的形式，在制造时，对最内侧进行高浓度掺杂，保证掺氟浓度满足要求即可，这样可以满足光纤的限光要求，同时，朝外侧方向逐渐降低氟掺杂量，而非整个掺氟包层全部进行高浓度掺杂，故可以降低掺氟管的制造难度。

技术领域

本申请涉及光纤制造技术领域，特别涉及一种硬质包层掺稀土光纤及其制备方法。

背景技术

掺稀土光纤是一类重要的有源光纤。掺稀土光纤是指在常规光纤的芯层中掺入微量稀土元素(如镱、铒等)，促成被动的传输光纤转变为具有放大能力的主动光纤。掺稀土光纤可用于制造光纤放大器和光纤激光器。

以掺镱光纤为例，作为激光器的增益介质，掺镱光纤可以将泵浦光转化为激光，而从实现激光器的激光输出。相比于固体激光器和气体激光器，光纤激光器是光束质量最好的激光器形式，光纤激光器本质上是把低质量的泵浦激光转换为更高质量的激光输出，由于应用领域的不断扩展，对于光纤激光器输出功率的需求也不断提升。

随着光纤激光器输出功率达到数千瓦乃至万瓦级别，掺镱光纤本身的温度会急剧升高，而作为限光层的低折射率树脂层一般无法耐受这样高的温度，因此亟需开发一种新的耐高温限光层，以满足掺镱光纤在超高功率工作条件下的应用需求。

在一些相关技术中，采用折射率较低的掺氟石英层取代传统的低折射率树脂层，从而提出了硬质包层光纤的概念。然而，一方面，掺氟石英层对掺氟浓度要求较高，这增大了掺氟管的制作难度；另一方面，大部分硬质包层光纤的拉丝采取RIC工艺，因此需要纯掺氟管，但纯掺氟管在制作过程中，需要磨制以除掉作为衬底的石英层，由于纯掺氟管是中空的，在磨制过程中极易破裂，因而导致纯掺氟管的制作难度极大。总而言之，对掺氟管的高浓度掺氟要求以及纯掺氟管难以加工的特点，导致目前的常规工艺路线难以实现硬质包层光纤的研发和工程化，亟需解决掺氟管带来的工艺难题。

发明内容

本申请实施例提供一种硬质包层掺稀土光纤及其制备方法，以解决相关技术中掺氟管制造难的问题。

第一方面，提供了一种硬质包层掺稀土光纤，其包括沿径向由内而外设置的芯层、石英包层和掺氟包层；其中，

所述芯层掺杂有稀土离子；

沿径向由内而外，所述掺氟包层的折射率逐渐增大。

一些实施例中，所述掺氟包层的折射率剖面呈直线型或弧线形。

一些实施例中，所述稀土离子的掺杂浓度为0.2～0.6mol％。

一些实施例中，所述掺氟包层中氟离子的掺杂浓度为2.0～5.0wt％。

一些实施例中，所述芯层还掺杂有共掺剂，所述共掺剂包括铝离子和/或磷离子。

一些实施例中，铝离子掺杂浓度为2.0～6.0mol％，磷离子掺杂浓度为1.0～6.0mol％。

一些实施例中，所述掺氟包层折射率最低点处的数值孔径NA为0.20～0.25，所述掺氟包层折射率最高点处的数值孔径NA为在0.15～0.20。

一些实施例中，所述掺氟包层折射率最低点处的数值孔径NA与所述掺氟包层折射率最高点处的数值孔径NA的差值为0.02～0.10。

第二方面，提供了一种如上所述的硬质包层掺稀土光纤的制备方法，其包括如下步骤：

制备八边形掺稀土芯棒，所述八边形掺稀土芯棒包括芯层和位于所述芯层外侧的石英包层，所述石英包层的截面外侧呈八边形；