[发明专利]无热光效应的稀土掺杂大模场磷酸盐光纤

说明书

一种无热光效应的稀土掺杂大模场磷酸盐光纤，所述的无热光效应的稀土掺杂大模场磷酸盐光纤自内向外依次包括纤芯、内包层、外包层。所述的纤芯玻璃的热光系数小于0.2×10supgt;‑7/supgt;/℃。本发明光纤具有模场面积大、批次稳定性高等特点，可用于大能量超短脉冲光纤激光器，对激光雷达、大气探测等领域的发展具有重大的推动意义。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，涉及一种无热光效应的稀土掺杂大模场磷酸盐光纤。

技术背景

激光传感、激光雷达、大气探测等重要领域对大能量超短脉冲光纤激光器和放大器的需求量急剧增加。大能量超短脉冲光纤激光器的主要运行方式主要集中在主振荡脉冲放大器，其增益介质为稀土掺杂光纤。然而，大能量超短脉冲激光对增益光纤的模场面积要求较高；目前，商用石英光纤受到工艺限制，提升模场面积难度大。

磷酸盐玻璃光纤具有高光学均匀性等特点，可以获得超低NA和超大模场面积，能够简单解决上述问题。

掺Er磷酸盐大模场光纤可实现60μm超大芯径、3mJ的脉冲能量(参见IEEEPhotonics Technology Letters，32，2020，1481-1484)。

中国专利CN105826799A和CN106356702B公开了利用多组分玻璃(包括磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃等)作为稀土掺杂大模场光纤的增益介质，有效提升了脉冲激光产生非线性效应的阈值能量。但是，在这些方案中，多组分玻璃存在热膨胀系数大(比石英玻璃高2个数量级)导致热畸变严重等问题，严重影响了激光脉冲运行的模式稳定性、输出功率和能量，极大增加了该方案实际应用的难度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有方案中磷酸盐玻璃光纤热膨胀系数大导致热畸变严重的问题，提供一种无热光效应的稀土掺杂大模场磷酸盐光纤。本发明光纤具有模场面积大、批次稳定性高等特点，可用于大能量超短脉冲光纤激光器，对激光雷达、大气探测等领域的发展具有重大的推动意义。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无热光效应的稀土掺杂大模场磷酸盐光纤，自内向外依次包括纤芯、内包层和外包层，其特点在于,所述的纤芯为稀土离子掺杂的磷酸盐玻璃，按摩尔百分比，其成分包括：P₂O₅含量为40-65mol％，Al₂O₃含量为5-15mol％，Na₂O+K₂O的含量为10～20mol％，ZnO+MgO+BaO的含量为5～20mol％，Re₂O₃含量为0.2-20mol％，其中Re为稀土离子Er、Yb、Tm、Ho、Nd中的一种或多种；所述的纤芯玻璃的热光系数小于0.2×10^-7/℃。

所述的光纤纤芯的模式，由纤芯与包层之间的阶跃折射率差引导，所述的光纤纤芯的数值孔径(NA，等于纤芯折射率与内包层折射率的平方差的平方根)在大约0.01与大约0.04之间,所述的纤芯直径为30～100μm。

所述的外包层与内包层之间的数值孔径NA大于0.4。为了增加包层泵浦的吸收效率，内包层的形状可以是圆形、六边形、八边形等。

本发明的技术效果：

1、本发明利用零热光系数的大模场磷酸盐光纤，打破了现有方案中对纤芯数值孔径的限制，解决了大功率、大能量脉冲激光运行时产生的热畸变问题，从而达到维持纤芯NA、提升有效模场面积和模式稳定性的有益效果。

2、本发明的制备方法没有采用复杂的微结构，这也降低了光纤的制作难度。

本发明光纤具有模场面积大、批次稳定性高等特点，可用于大能量超短脉冲光纤激光器，对激光雷达、大气探测等领域的发展具有重大的推动意义。

附图说明