[发明专利]一种部分掺稀土光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种部分掺稀土光纤及其制备方法，一种部分掺稀土光纤，包括纤芯、八边形包层、低折射率内涂层、高折射率外涂层。纤芯以SiO₂为基质，由掺稀土区域和非掺稀土区域组成，非掺稀土区域包覆在掺稀土区域外围；在纤芯外围依次为八边形包层、低折射率内涂层和高折射率外涂层；纤芯和八边形包层折射率分布为阶跃型，纤芯中掺稀土区域与非掺稀土区域折射率相等。有益效果是：本发明不仅结构设计合理，可有效的控制高功率下光纤的模式不稳定性，提高输出激光的光束质量，而且工艺控制方便，易于制备生产，便于国内推广。

技术领域

本发明涉及一种部分掺稀土光纤及其制备方法，属于光纤制造技术领域，用于制备高性能光纤。

背景技术

光纤激光器在近十几年发展迅猛，并广泛应用于工业加工、激光医疗、激光武器、前沿科学等领域。在工业应用方面，光纤激光器已占工业激光器半数份额，且仍保持快速发展。作为光纤激光器的增益介质，掺稀土光纤的性能直接决定了光纤激光器的功率水平与光束质量。

现有的常规双包层掺稀土光纤纤芯中支持少模传输，稀土离子均匀掺杂在整个纤芯，由于基模的光强分布接近高斯分布，以及基模占优引起的中心区域的增益饱和效应，使得高阶模在掺杂区域的边缘存在强度上的优势，导致高阶模放大。这会导致常规双包层掺稀土光纤用于高功率激光传输时，带来模式不稳定效应，劣化光束质量，降低光纤性能。因此需要研究其他光纤结构来改善这些问题。

针对以上问题，研究人员提出了部分掺稀土光纤的概念，即在大模场光纤的纤芯中仅中间一部分为掺稀土区域。M.Hotoleanu等人在“M.Hotoleanu, high order modessuppression in large mode area active fibers by controlling the radialdistribution of the rare earth dopant, SPIE, 6102:61021T, 2006”中报道了通过改变纤芯掺稀土区域的半径可以抑制高阶模的产生，优化光纤性能。Changgeng Ye等人在“Changgeng Ye, Joona Kopoen, Teemu Kokki, et al. Confined-doped ytterbiumfibers for beam quality improvement: fabrication and performance, SPIE, 8237:823737-1~823737-7, 2012” 中采用直接纳米颗粒沉积（Direct NanoparticleDeposition，DND）技术制备了部分掺稀土光纤，达到优化输出激光光束质量的效果。但是DND技术掌握在国外少数研究机构，难以在国内进行学习推广。

发明内容

针对国内现有技术的不足，本发明提供一种部分掺稀土光纤及其制备方法，该光纤能够有效降低高阶模增益，提高输出激光的光束质量，同时光纤工艺控制方便，易于制备生产，便于国内推广。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种部分掺稀土光纤，包括纤芯、八边形包层、低折射率内涂层、高折射率外涂层，其特征在于：所述纤芯以SiO₂为基质，由掺稀土区域和非掺稀土区域组成，非掺稀土区域包覆在掺稀土区域外围；在纤芯外围依次为八边形包层、低折射率内涂层和高折射率外涂层；

所述掺稀土区域直径与纤芯直径之比为0.5~0.6；

所述掺稀土区域掺杂的稀土元素包括Yb、Er、Tm和Ho的一种或两种，共掺元素包括Al、P、Ce；

所述非掺稀土区域掺杂元素包括Ge、Al的一种或两种；

所述纤芯中掺稀土区域与非掺稀土区域的折射率相等；

所述纤芯和八边形包层折射率分布为阶跃型，纤芯和八边形包层折射率差Δn为0.0010~0.0015。

一种部分掺稀土光纤的制备方法，其特征在于，步骤如下：