[发明专利]一种高功率用保偏型光纤及其制备方法

权利要求书

1.一种高功率用保偏型光纤，其特征在于：光纤截面结构由内到外依次包括纤芯（102）、第一包层（104）、第二包层（105）、外包层（106）和外部涂层（107），

所述纤芯（102）为含有稀土、碱金属及分散剂的掺氟石英，相对于纯石英的折射率差∆1为0.07%~0.1%；

所述第一包层（104）内填充沿纤芯（102）对称分布的两根浅掺氟石英棒以构成掺氟区（101），相对于纯石英的折射率差∆2为-0.1%~-0.07%，掺氟区（101）的截面形状为圆形；

所述第一包层（104）内还填充沿纤芯（102）对称分布的两根应力棒以构成应力区（103），相对于纯石英的折射率差值∆3为-0.7%~-0.5%，应力区（103）的截面形状为圆形；

所述掺氟区（101）的对称轴和应力区（103）的对称轴垂直相交于纤芯（102）的中心，所述掺氟区（101）边缘距纤芯（102）中心的最近距离m1，应力区（103）边缘距纤芯（102）中心的最近距离m2，m1＞m2；

所述第一包层（104）为纯石英层，截面为圆形或者多边形；

所述第二包层（105）与所述第一包层（104）之间数值孔径为0.21-0.24，第二包层相对于纯石英的折射率差∆5为-0.9%~-0.7%；

所述外包层（106）为低折射率涂料层，其绝对折射率为1.36~1.37。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述纤芯（102）的直径d1：20~35μm，所述第一包层（104）的直径d4为400~550μm，所述第二包层的直径d5为420~580μm，所述外包层的直径d6为460~800μm，所述外部涂层（107）的直径d7在500μm~900μm。

3.根据权利要求2所述的光纤，其特征在于：所述m1为100μm~160μm，所述m2为80μm~140μm。

4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述稀土元素为铒Er和/ 或镱Yb，纤芯中Yb₂O₃的浓度为0.15~0.35mol%，Er₂O₃的浓度为0.01~0.05mol%，Yb₂O₃：Er₂O₃=1:0.1~0.25mol比；

或者所述分散剂包括氧化铝和五氧化二磷，纤芯中氧化铝浓度为1.2~1.8mol%，五氧化二磷的浓度为2.0~2.5mol%，Al₂O₃：P₂O₅：碱金属=1:1.2~1.5:0.1~0.2mol比；

或者所述碱金属的浓度为1500ppm~2500ppm，所述碱金属选自钠、钾、镁、钙中的一种或多种；

或者所述纤芯（102）中掺氟浓度为0.05~0.08mol%。

5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述掺氟区（101）为掺氟石英，氟的浓度为2000~4000ppm。

6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述应力区（103）为掺硼石英，硼的含量为20%~30 mol%。

7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述第二包层（105）为掺氟石英，氟的浓度为30000~35000ppm。

8.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于：所述外部涂层（107）的涂布模量控制在1100MPa以上。

9.根据权利要求1-8中任一权项所述的光纤，其特征在于：光纤强度≥200kpsi，包层吸收系数＞3.0 dB/km，双折射＞1.5×10^-4。

10.一种制备权利要求1-8任一权项所述光纤的方法，其特征在于：包括如下步骤，

第一步：在基管内壁沉积阻挡层，选取石英基管，将基管与尾管和支撑管接好后，一同接入FCVD沉积车床，在石英基管内通入少量O₂和SF₆气体，对其内表面进行抛光；之后按照设计沉积阻挡层，向基管通入SiCl₄和O₂，SF₆，沉积温度控制在1700~1750℃，沉积层玻璃化后得到阻挡层；

第二步：在步骤一的阻挡层内表面进行疏松层的沉积，疏松层沉积分5-7趟，采用正向沉积+反向沉积的交替沉积方式，以每趟疏松层的沉积为例，向管内通入O₂、SF₆、SiCl₄、碱金属盐、POCl₃，FCVD的温度控在1400~1450℃，碱金属盐放置于支撑管一端的凹槽内，由临时火焰喷枪进行加热汽化成气流；

第三步：稀土掺杂溶液的配置，选取去离子水或者甲醇/乙醇中的一种作为溶剂，将分别称量好的YbCl₃、ErCl₃和AlCl₃颗粒或粉末放入盛有溶剂的烧杯中，搅拌溶解；

第四步：将步骤二中获得的疏松层玻璃管浸泡到步骤三中配置好的稀土掺杂溶液中，由此实现稀土元素和Al的掺杂；

第五步：将步骤四中浸泡完成的疏松层玻璃管重新安装于FCVD车床上，对每一趟完成掺杂的疏松层进行玻璃化，玻璃化塌缩温度为2100~2200℃；最终熔缩为稀土掺杂芯棒，延伸后得到芯棒；

第六步：以步骤五获得的芯棒为基础，选取纯石英管，将芯棒和纯石英管分别固定于FCVD车床上，芯棒定位于纯石英管的正中心位置，通过电热炉将芯棒和纯石英管进行熔缩，熔缩为一体得到第一母棒；

第七步：选取NA值为0.22~0.24的掺氟石英管，将第一母棒与掺氟管分别固定在FCVD车床上，第一母棒定位于掺氟石英管的正中心位置，通过电热炉将第一母棒和掺氟石英管进行熔缩，熔缩为一体得到第二母棒；

第八步：以第二母棒为基础，在纯石英管对应的第一包层上分别进行机械打孔或超声波打孔，孔贯穿于整根母棒始终，打孔个数为4个，对称于芯棒分布的两个孔的中心连线相互垂直交叉于纤芯中心，打孔完成后，第二母棒一端进行拉锥处理，另一端接尾管；

第九步：将预先制备完成的两根应力棒和两根浅掺氟石英棒，分别插入第二母棒相应的孔中，其中，两根应力棒相对芯棒对称分布，两根浅掺氟石英棒相对芯棒对称分布；

第十步：将组装完成的光纤，放入拉丝炉中进行熔融、拉丝、涂覆和收线，拉丝温度控制在1600℃~1720℃，拉丝速度控制在30mpm~80mpm，拉丝张力控制在1.0N~1.3N，拉丝完成后依次涂覆外包层涂层和外部涂层。