[发明专利]高增益的稀土掺杂锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤及器件

说明书

本发明涉及一种高增益的稀土掺杂锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤及器件。所述光纤的包层为石英玻璃，纤芯前驱体为高掺杂稀土离子的多组分锗酸盐玻璃，采用纤芯熔融法制备复合玻璃光纤，所得复合玻璃光纤无析晶，在2μm波段的最大单位增益＞2.5dB/cm，且具有优异的机械性能，易与标准的石英光纤熔接。本发明还提供了基于此复合玻璃光纤构建的全光纤的2μm波段单频光纤激光器和锁模光纤激光器。

技术领域

本发明涉及光纤及光纤激光器领域，具体涉及一种高增益的稀土掺杂锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤及器件。

背景技术

2μm波段激光位于人眼安全波长范围内且处于大气光传输的低损耗窗口，包含了1940nm附近的水吸收峰，在激光雷达、激光探测、激光医疗和环境监测等许多领域有重要应用价值。此外，2μm波段激光也是中红外激光(3-5μm)的理想泵浦源。目前，2μm波段光纤激光器已成为激光技术研究领域中的热点之一。

产生2μm波段发光的稀土离子主要有Tm³⁺和Ho³⁺，通过在玻璃中溶解高浓度的Tm³⁺和/或Ho³⁺，进而制备出高增益的2μm光纤，是2μm波段光纤激光器的核心材料。石英玻璃存在固有的分相区，其稀土离子溶解度低(一般小于2wt.％)，导致其在2μm波段的增益系数较低(通常≤1dB/cm)。而多组分玻璃具有高的稀土离子溶解度，通常用来制备高增益光纤。其中，锗酸盐玻璃具有高的红外透过性能和较低的声子能量，是理想的中红外光纤激光基质材料。特别是用于红外透过窗口材料的钡镓锗玻璃(BaO-Ga₂O₃-GeO₂)，已在军事和民用上获得了实际的应用。但是锗酸盐玻璃易析晶，特别是在采用传统的管棒法拉丝时，纤芯玻璃会经过两次热拉过程，更容易析晶，导致光纤损耗大，从而降低了光纤的增益。此外，锗酸盐玻璃的软化温度和石英玻璃的软化温度相差较大，导致锗酸盐玻璃光纤很难与标准的石英光纤进行熔接，不利于光纤激光器的全光纤化，从而会降低激光器的稳定性、斜率效率和输出功率等。

纤芯熔融法是指当包层玻璃开始拉丝时，纤芯处于熔融状态，并随着包层玻璃一起成丝快速冷却至室温，它要求包层玻璃具有优异的热拉性能和光学性能。纤芯熔融法是一种广泛适用的制备复合玻璃光纤的技术，已成功通过此技术制备出金属-玻璃复合光纤、半导体-玻璃复合光纤、玻璃-玻璃复合光纤、纳米晶-玻璃复合光纤的前驱体光纤、金属-玻璃-半导体光电光纤等复合玻璃光纤。但未见采用纤芯熔融法制备高掺稀土锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤及器件的报道。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种高增益的稀土掺杂锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤，其不会出现析晶情况，具有优异的机械性能，能与标准的石英光纤熔接，且在2μm波段具有高的单位增益(最大单位增益＞2.5dB/cm)，同时提供基于此复合玻璃光纤构建的器件，具体可为全光纤的单频光纤激光器和锁模光纤激光器。

具体技术方案如下：

一种高增益的稀土掺杂锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤，其包层为石英玻璃，纤芯前驱体为高掺杂稀土离子的多组分锗酸盐玻璃，采用纤芯熔融法制备，所得复合玻璃光纤无析晶，在2μm波段的最大单位增益＞2.5dB/cm。

本发明的另一目的在于提供基于如上所述复合玻璃光纤构建的器件。

本发明的另一目的在于提供基于如上所述复合玻璃光纤构建的全光纤的单频光纤激光器。

本发明的另一目的在于提供基于如上所述复合玻璃光纤构建的全光纤的锁模光纤激光器。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：