專利名稱：波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種特種光纖，特別涉及一種波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖。本 發(fā)明還涉及這種光纖制造方法。
(二)
背景技術(shù)：
毛細(xì)管光纖是光纖光學(xué)的一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的光纖相比，無(wú)論在 結(jié)構(gòu)上還是在光傳輸機(jī)理上有很大不同，具有特殊的色散和非線性效應(yīng)等特性， 如自相位調(diào)制、無(wú)限波長(zhǎng)單模傳輸、大模場(chǎng)面積單模傳輸、理想的色散可控、空 芯導(dǎo)光、空芯傳能和超低損耗、超長(zhǎng)距離傳輸?shù)?。這些特性，除了應(yīng)用于光通信 領(lǐng)域外，通過(guò)向毛細(xì)管光纖中填充介質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)可變的光譜衰減器和高精度傳感 器，毛細(xì)管光纖中傳輸?shù)墓饽Ｊ今詈先肟諝饪椎膹?qiáng)度與孔中的介質(zhì)有關(guān)，預(yù)示著 它可以應(yīng)用于微量氣體傳感。
現(xiàn)代光纖制造技術(shù)已經(jīng)把光纖損耗降低到了理論極限值，但在長(zhǎng)距離通信 中，光纖的損耗和色散仍不可避免，所以每隔一段距離增加一個(gè)再生中繼器來(lái)保 證信號(hào)的傳輸質(zhì)量。在光纖中摻入稀土元素，利用稀土離子特殊的光譜特性，能 夠放大光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全光中繼，延長(zhǎng)通信距離，降低成本。摻稀土光纖放大器除 了最突出的摻鉺光纖放大器外，還有慘其他稀土元素的光纖放大器，如釹(Nd)、 鐠(Pr)、鐿(Yb)、鈥(Ho)等，摻入不同的稀土離子會(huì)表現(xiàn)出不同的熒光和 激光發(fā)射特性，有關(guān)涉及到本發(fā)明技術(shù)的文獻(xiàn)和報(bào)道包括[l]E.Desurvire，C.R. Giles, J. L. Zyskind， Erbium-doped fiber amplifier, U. S, Pat. No. 5，027，079; [2] C. Ghisler, W, L她y , H. P. Weber, Phase shifts in a Nd3+ fiber amplifier, Appl. Phys. B， 1993, 57:99; [3] Y. Ohishi, T. Kanamori， T. Kitagawa， and S. Takahashi， Pr3+-doped fluoride fiber amplifier operating at 1.31 pm, Opt. Lett. 1991， 16:1747; [4] J. P. Koplow， D.AV. Kliner, L. Goldberg, Single-mode operation of a coiled multimode fiber amplifier, Opt Lett. 2000, 25:442; [5]常軍，王青圃，丁雙紅，張行愚，李平, 摻稀土光纖放大器研究進(jìn)展，光通信研究,2004, 6:60。
在所有的光纖放大器中，摻鉺光纖放大器是光纖全光放大器，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在直接對(duì)光信號(hào)作低噪聲放大，線路的分支損耗容易補(bǔ)償，對(duì)信號(hào)"透明"， 頻帶及寬。摻鉺光纖是組成摻鉺光纖放大器的關(guān)鍵組成部分，不同應(yīng)用的摻鉺光 纖放大器對(duì)摻鉺光纖有不用的要求，在作功率放大時(shí)，要求有高的泵浦信號(hào)功率 轉(zhuǎn)換效率；用作中繼放大時(shí)，要求中等程度的增益和低噪聲；用作前置放大時(shí)， 要求有高的增益和盡可能低的噪聲。因此針對(duì)不用應(yīng)用，如何近一步優(yōu)化摻鉺光 纖的設(shè)計(jì)和性能，降低制作成本，是摻鉺光纖工業(yè)化生產(chǎn)與規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用任需 進(jìn)一步研究的課題。
目前，毛細(xì)管光纖一般的制備方法是以金屬、塑料或玻璃管作為基材，然后 將金屬、電解質(zhì)膜或多晶料等沉積在管內(nèi)壁而形成，光波導(dǎo)以空芯中的空氣為傳 輸介質(zhì)，如文獻(xiàn)Yuichi Komachi, Katsuo Aizawa， Hollow optical fiber and method for manufacturing the same, U. S. Pat. No. 6735369B2,該方法最主要的不足之處在 于為了在管內(nèi)壁沉積物質(zhì)，選擇的基管內(nèi)徑必須要大于一定尺寸，制備出的毛 細(xì)管光纖芯徑在幾百微米甚至1mm的量級(jí)，而且制備毛細(xì)管光纖的長(zhǎng)度受到工 藝限制，不能制備較長(zhǎng)的毛細(xì)管光纖；另一方面，在基管內(nèi)壁沉積的一些介質(zhì)， 在一定光波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有較大的吸收，光損耗也較大，光纖末端的光輸出功率受 到了限制；此外，基管內(nèi)壁沉積的一些介質(zhì)，在高溫、高潮濕、高輻射的特殊環(huán) 境中，性能也不穩(wěn)定。這些都為光纖維護(hù)帶來(lái)了困難。
P. Kiiveri, A. Hokkanen， R. Kylm紐en， K. Keinanen, S. Tammela, New capillary optical fiber structure for fluorescence sensors, SPIE, 2695:169的文獻(xiàn)中報(bào)道了一禾中 毛細(xì)管光纖的制造方法，采用MCVD法，以石英玻璃管為襯底(光波導(dǎo)層搜 集與傳輸熒光)，先在其內(nèi)壁沉積一層摻Ge02的玻璃層(注光層將泵浦光注 入其中)；然后再在摻雜層內(nèi)壁鍍有一層熒光層(激發(fā)層含有熒光物質(zhì))。該方 法制作的毛細(xì)管光纖外徑300-500nm ，芯徑為100-300pm，由于需要在毛細(xì)管 內(nèi)壁涂熒光粉，毛細(xì)管光纖內(nèi)徑不能太小，同時(shí)在制作較長(zhǎng)光纖上很難實(shí)現(xiàn)，成 本增高了就很難應(yīng)用實(shí)際；此外，該種光纖的內(nèi)壁熒光層在一些特殊環(huán)境中，性 能也會(huì)受到影響。其波導(dǎo)層是襯底層，即石英玻璃基管。
David A. Krohn, Trevor Macdougall， Paul Sanders, Mokhtar S. Maklad, Low loss infrared transmitting hollow core optical fiber method of manufacture, U. S. Pat-No, 5221308禾卩Mokhtar S. Maklad， Method of manufacture hollow core opticalfibers, U. S. Pat. No. 4764194的文獻(xiàn)中報(bào)道了兩種用于紅外C02激光傳輸?shù)拿?xì)
管光纖制造方法，光纖都是由三部分組成石英基管，過(guò)度層(降低基管與內(nèi)包
層之間的熱膨脹不匹配)和內(nèi)包層。內(nèi)包層中摻雜Ge02或Ge02+K20+ZnO，以 將Si02體系的反常色散區(qū)域向C02激光波長(zhǎng)方向移動(dòng)，即使得內(nèi)包層折射率小 于l，從而實(shí)現(xiàn)激光在中心空氣孔中的全反射傳輸。其波導(dǎo)層是中心空氣孔。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既有普通毛細(xì)管光纖的傳光特性，同時(shí)在光波導(dǎo) 層中摻雜有稀土離子，使得導(dǎo)波光沿著光波導(dǎo)層傳輸過(guò)程中直接放大，且中心孔 可以作為輸運(yùn)物質(zhì)通道功能的具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖。本發(fā)明的目的還在 于提供一種過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的毛細(xì)管光纖外徑及芯徑可控、質(zhì)量均勻的具有波導(dǎo) 層摻雜型毛細(xì)管光纖的制造方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖的組成包括高純石英基管，在高純石英
基管內(nèi)側(cè)有稀土離子摻雜的光波導(dǎo)層，在高純石英基管與光波導(dǎo)層之間有阻擋 層，中間有中心空氣孔，稀土離子摻雜的光波導(dǎo)層沉積在阻擋層的表面，其中阻 擋層的折射率略小于高純石英基管的折射率，波導(dǎo)層的折射率大于高純石英基管 的折射率并摻雜了一定濃度的稀土離子，阻擋層是由摻雜F和P離子的透明合成 石英材料構(gòu)成，波導(dǎo)層是由摻雜Ge、 Er、 Al離子的透明合成石英材料構(gòu)成，由 高純石英基管和阻擋層組成的包層、稀土離子摻雜光波導(dǎo)層及中心空氣孔構(gòu)成環(huán) 形的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，傳導(dǎo)光在波導(dǎo)層中傳播并具有放大作用。
本發(fā)明具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖是采用這樣的方法來(lái)制造的 本發(fā)明制作波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖的方法由阻擋層形成和芯層形成兩個(gè) 步驟組成。
阻擋層的形成步驟
以超純氧氣作為載體將液態(tài)SiCU原料和液態(tài)POCl3及氣態(tài)SF6混合氣體送 入旋轉(zhuǎn)的高純石英基管中。當(dāng)將混合氣體送入管中時(shí)，利用熱源，如石墨爐、
氫氧焰噴燈或PCVD，加熱管，使得管中溫度高于170(TC。
由于石英管表面熱量的熱輻射使得送入其中的混合氣體發(fā)生氧化反應(yīng)，從而 產(chǎn)生精細(xì)的玻璃粉塵，粉塵在管內(nèi)朝著具有相對(duì)較低溫度的區(qū)域移動(dòng)，然后通過(guò)熱遷移的方式在管的內(nèi)表面堆積，在管內(nèi)表面沉積的粉塵形成的層接下來(lái)被移動(dòng) 熱源的加熱區(qū)域燒結(jié)熔融成一層高光學(xué)質(zhì)量的透明玻璃膜。
上述堆積和燒結(jié)過(guò)程形成了單個(gè)阻擋層，重復(fù)上述歩驟直至得到所需厚度的 阻擋層。
這時(shí)石英管優(yōu)選以約30r/min的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果石英管的旋轉(zhuǎn)速度 太小，則粉塵不能以均勻的厚度進(jìn)行堆積；如果石英管的旋轉(zhuǎn)速度太大，則粉塵 的堆積速度將會(huì)降低。熱源優(yōu)選以約30mm/min的速度沿石英管的縱向移動(dòng)，如 果熱源的移動(dòng)速度太快，則混合氣體不能充分反應(yīng)，且在管內(nèi)表面沉堆積的粉塵 也不能均勻地?zé)Y(jié)，從而導(dǎo)致沉積表面變形。
上述沉積過(guò)程中，阻擋層的反應(yīng)原料組成與濃度為SiCl4 50SCCM， P0C13 50SCCM， SF6 5SCCM, 02 200SCCM，所有濃度均以氮?dú)鈽?biāo)定為基準(zhǔn)。
芯層的形成步驟
阻擋層沉積完后，將用于形成粉層的反應(yīng)氣體SiCU、 GeCU和載體氣體02， 送入已經(jīng)沉積了阻擋層的石英管中，同時(shí)利用熱源加熱管，使得管內(nèi)溫度在1200 'C 140(TC。送入的混合氣體通過(guò)石英管表面熱量的輻射方式加熱產(chǎn)生氧化反應(yīng)， 在熱區(qū)下游已經(jīng)沉積好阻擋層的內(nèi)表面上形成一層疏松結(jié)構(gòu)的粉塵。此時(shí)石英管 內(nèi)的溫度不能太高，否則會(huì)沉積為透明結(jié)構(gòu)，過(guò)低則混合氣體反應(yīng)不充分且粉塵 不會(huì)沉積在石英管內(nèi)表面。
沉積好芯層后，將石英管自玻璃機(jī)床取下，浸入一定濃度的E一+、 A產(chǎn)共摻 雜離子水或醇溶液中進(jìn)行浸泡1 2小時(shí)，使E^+、 A產(chǎn)離子充分均勻吸附在疏松 芯層中，引入A產(chǎn)離子的目的是為了得到平坦的激光增益以及適當(dāng)?shù)卦黾庸饫w中 E一+的摻雜濃度?？焖倥懦艄苤械娜芤汉?，在管中通入干燥的高純氮?dú)鈦?lái)使多 孔層干燥，并將管重新安裝在玻璃機(jī)床上；在存在高純氧氣的條件下，在70(TC 1000。C的范圍內(nèi)逐漸對(duì)管子進(jìn)行加熱；在80(TC 120(rC的溫度下并引入氯氣來(lái) 對(duì)管中的芯層進(jìn)行脫水處理，脫水時(shí)間為半小時(shí)以上；在存在氧氣和氦氣的混合 氣體以及高于190(TC的溫度下把疏松結(jié)構(gòu)的未燒結(jié)顆粒層進(jìn)行燒結(jié)并形成透明 的玻璃膜層，最后在高于200(TC的溫度下，把石英管熔縮成預(yù)定尺寸的管式預(yù) 制棒。
石英管優(yōu)選以約30 r/min的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果石英管的旋轉(zhuǎn)速度太小，則粉塵不能以均勻的厚度進(jìn)行堆積；如果石英管的旋轉(zhuǎn)速度太大，則粉塵的 堆積速度將會(huì)降低。熱源優(yōu)選以約30mm/min的速度沿石英管的縱向移動(dòng)，如果 熱源的移動(dòng)速度太快，則混合氣體不能充分反應(yīng)，且在管內(nèi)表面沉堆積的粉塵也 不能均勻地?zé)Y(jié)，從而導(dǎo)致沉積表面變形。
上述沉積過(guò)程中，芯層的反應(yīng)原料組成與濃度為SiCl4 50SCCM， GeCU 50SCCM， 02 IOOSCCM，所有濃度均以氮?dú)鈽?biāo)定為基準(zhǔn)。
最后，所述的管式預(yù)制棒通過(guò)拉絲塔，并配合加壓裝置，拉制成具有中心孔 的波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為
1、 制作的毛細(xì)管光纖同時(shí)具有兩種功能導(dǎo)波光在傳輸過(guò)程中光信號(hào)被直 接放大；光纖帶有一個(gè)中心空氣孔可以作為輸運(yùn)物質(zhì)的通道。
2、 在預(yù)制棒制備過(guò)程中，采用石墨爐為加熱元件，可以自由、方便的調(diào)整 管式預(yù)制棒的尺寸大小及沉積層厚度，來(lái)滿足所拉制光纖的參數(shù)需要，具有操作 簡(jiǎn)單和重復(fù)性好的特點(diǎn)。
3、 稀土離子摻雜是采用溶液摻雜工藝，這種方法的特點(diǎn)是工藝相對(duì)容易掌 握，對(duì)設(shè)備要求不高，對(duì)稀土離子的通用性較好，且可方便地共摻雜多種離子。
上述光纖制造技術(shù)的發(fā)明，拓寬了毛細(xì)管光纖的種類，特別對(duì)具有摻雜稀土 材料波導(dǎo)層結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管光纖制備方法而言，制作工藝簡(jiǎn)單，低廉的成本將有助 于把它推向市場(chǎng)。
這種波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖既有普通毛細(xì)管光纖的傳光特性，同時(shí)在光波 導(dǎo)層中摻雜有稀土離子，使得導(dǎo)波光沿著光波導(dǎo)層傳輸過(guò)程中并進(jìn)行放大，因此 可用于構(gòu)造新型光纖傳感器和光纖激光器、放大器及相關(guān)器件等。
(四)


圖l(a)和圖l(b)是波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖的剖面結(jié)構(gòu)與折射率分布示意
圖2是本發(fā)明的一種用于實(shí)現(xiàn)給毛細(xì)管光纖加壓的充氣嘴裝置圖； 圖3是拉制波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖示意圖； 圖4是環(huán)形波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖制備工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖l(a)和圖l(b)，本發(fā)明的具有環(huán)形波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖組成包括 高純石英基管l，在高純石英基管內(nèi)側(cè)有稀土離子摻雜的光波導(dǎo)層3，在高純石 英基管與光波導(dǎo)層之間有阻擋層2，中間有中心空氣孔4，稀土離子摻雜的光波
導(dǎo)層沉積在阻擋層的表面，其中阻擋層的折射率略小于高純石英基管的折射率， 波導(dǎo)層的折射率大于高純石英基管的折射率并摻雜了一定濃度的稀土離子，阻擋
層是由慘雜F和P離子的透明合成石英材料構(gòu)成，波導(dǎo)層是由摻雜Ge、 Er、 Al 離子的透明合成石英材料構(gòu)成，由高純石英基管和阻擋層組成的包層、稀土離子 摻雜光波導(dǎo)層及中心空氣孔構(gòu)成環(huán)形的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，傳導(dǎo)光在波導(dǎo)層中傳播并具有 放大作用。
在本發(fā)明的制造過(guò)程中用到了充氣嘴。結(jié)合圖2充氣嘴上帶有錐度的卡槽環(huán) 6，中間開有通孔7，充氣嘴尾端為有一定錐度的圓臺(tái)5。與橡皮管連接的充氣嘴 端表面有卡槽，保證了氣密性；充氣嘴圓臺(tái)一端插入需要充氣的石英管預(yù)制棒中， 由于充氣嘴圓臺(tái)具有一定錐度保證了與玻璃管的緊密連接。充氣嘴材料可用聚四 氟乙烯，其優(yōu)點(diǎn)是聚四氟乙烯有優(yōu)異的耐高溫性(26(TC)，不易受熱變形。
實(shí)施本發(fā)明可采用以下工藝進(jìn)行，如圖4所示
1、 選取一根高純石英管，外徑())18x2mm，長(zhǎng)度1200mm。先用四氯化碳溶液清 潔除去有機(jī)物，然后浸入濃度10%的氫氟酸中清洗約10分鐘，多次在去離 子水中清洗，并迅速用高純氮?dú)膺M(jìn)行沖刷使其干燥不產(chǎn)生水跡，然后安裝在 玻璃機(jī)床的2個(gè)同步旋轉(zhuǎn)卡盤上，待用。
2、 按預(yù)先設(shè)計(jì)好的光纖參數(shù)在沉積控制柜中的液晶面板上設(shè)置好高溫拋光層、 IO次阻擋層、1次芯層及收棒層的工藝參數(shù)表。
3、 開啟MCVD設(shè)備，將5SCCMSF6、 100SCCM 02相混合的混合氣體引入以 30rpm速度旋轉(zhuǎn)的管中，利用石墨爐為熱源來(lái)加熱管，使得管中溫度達(dá)到1900 °C，由于氟對(duì)玻璃的腐蝕作用，熱源以30mm/min的速度沿石英管縱向移動(dòng) 往返一次，完成了對(duì)石英管內(nèi)表面的高溫拋光。
4、 阻擋層的形成以超純02作為載體將50SCCM SiCU、 50SCCMPOCh及 5SCCM SF6的反應(yīng)氣體和200SCCM 02相混合的混合氣體送入30 r/min旋轉(zhuǎn) 的高純石英基管中。利用熱源使得管中溫度高于170(TC。由于石英管表面熱量的熱輻射使得送入其中的混合氣體發(fā)生氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生精細(xì)的玻璃粉 塵，通過(guò)熱遷移的方式，粒子朝著具有相對(duì)較低溫度的管內(nèi)下游區(qū)移動(dòng)，并 在其內(nèi)表面堆積，當(dāng)熱源的加熱中心以30mm/min的速度通過(guò)玻璃粉塵時(shí)就 會(huì)將其燒結(jié)熔融成一層高光學(xué)質(zhì)量的透明玻璃膜。上述粉塵堆積和燒結(jié)熔融 過(guò)程形成了單個(gè)阻擋層，10次重復(fù)上述步驟得到所需厚度的阻擋層。
5、 芯層的形成阻擋層沉積完后，將用于形成粉層的50SCCMSiCU， 50SCCM GeCU的反應(yīng)氣體和100SCCM 02的混合氣體引入已經(jīng)沉積了阻擋層的石英 管中，管旋轉(zhuǎn)速度為30r/min ，管內(nèi)溫度調(diào)整到約1400°C。送入的混合氣體 通過(guò)石英管表面熱量的輻射方式加熱產(chǎn)生氧化反應(yīng)，在熱區(qū)下游己經(jīng)沉積好 阻擋層的內(nèi)表面上形成一層疏松結(jié)構(gòu)的粉塵。此時(shí)石英管內(nèi)的溫度不能太高， 否則會(huì)沉積為透明結(jié)構(gòu)，過(guò)低則混合氣體反應(yīng)不充分且粉塵不會(huì)沉積在石英 管內(nèi)表面，熱源以約30mm/min的速度沿石英管的縱向移動(dòng)。沉積好芯層后， 將石英管自玻璃機(jī)床取下，浸入濃度為0.05-0.2mol/l的Er3+、 0.1-l.Omol/l的 A產(chǎn)共摻雜離子水或醇溶液中進(jìn)行浸泡約2小時(shí)，使E一+、 A嚴(yán)離子充分均勻 吸附在疏松芯層中，引入A產(chǎn)離子的目的是為了得到平坦的激光增益以及適 當(dāng)?shù)卦黾庸饫w中E一+的摻雜濃度。將浸泡過(guò)的管子經(jīng)過(guò)02、 He和Cl2的混合 氣氛在約IOO(TC的溫度下脫水、烘干處理，然后在約190(TC的溫度下把疏松 結(jié)構(gòu)的粉塵燒結(jié)形成透明的玻璃膜層。
6、 在約210(TC的溫度下，將沉積好的石英管采用正常的熔縮工藝收縮到預(yù)定尺 寸，得到管式預(yù)制棒。
7、 將管式預(yù)制棒置于光纖拉絲塔的夾棒機(jī)構(gòu)中，充氣嘴圓臺(tái)端插入內(nèi)石英玻璃 管中，另一端與微增壓機(jī)構(gòu)的橡皮管連接，如圖3所示。
8、 高溫石墨爐加熱到玻璃軟化點(diǎn)以上，設(shè)定好微壓力設(shè)定裝置，用手勻速牽引 出光纖，經(jīng)測(cè)徑儀、涂覆杯，在經(jīng)固化爐、牽引輪系統(tǒng)，觀察光纖外徑使其 達(dá)到確定值(<250 pm)，該值從測(cè)徑儀系統(tǒng)可以看出，如果不合適，可以調(diào) 節(jié)送棒和牽引速度。將毛細(xì)管端面用光纖切割刀切斷并用用酒精和乙醚的混 合液清潔處理后，在顯微鏡下觀察內(nèi)外預(yù)制棒管壁的熔接界面完整性、光纖 中心孔圓度等，如果不合適，可以調(diào)節(jié)抽氣和充氣設(shè)定裝置。滿足要求的光 纖經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輪、收繞輪收繞即為具有中心孔的壁中環(huán)形波導(dǎo)型毛細(xì)管光纖產(chǎn)品
在拉制該毛細(xì)管的過(guò)程中，從內(nèi)石英管尾部送入高純氮?dú)?，氮?dú)鈴臍馄砍鰜?lái)， 經(jīng)過(guò)微壓力設(shè)定裝置、管道進(jìn)入內(nèi)石英管中，在管內(nèi)各個(gè)方向的氣體作用力相同， 從而使得管子的壁厚均勻一致，中心孔較圓，保證了毛細(xì)管的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1、一種具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖，包括高純石英基管，其特征是在高純石英基管的內(nèi)側(cè)有摻雜稀土材料的光波導(dǎo)層，在高純石英基管與光波導(dǎo)層之間有阻擋層，中間有中心空氣孔，摻雜稀土材料的光波導(dǎo)層沉積在阻擋層的表面，其中阻擋層的折射率略小于高純石英基管的折射率，波導(dǎo)層的折射率大于高純石英基管折射率，阻擋層是由摻雜F和P離子的透明合成石英材料構(gòu)成，波導(dǎo)層由摻雜Ge、Er、Al離子的透明合成石英材料構(gòu)成，由高純石英基管和阻擋層組成的包層、光波導(dǎo)層及中心空氣孔構(gòu)成環(huán)形的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，傳導(dǎo)光在波導(dǎo)層中進(jìn)行傳輸并具有放大作用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖，其特征是所述 的摻雜稀土離子的光波導(dǎo)層位于高純石英基管的內(nèi)側(cè)。
3、 一種權(quán)利要求l所述的具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖的制備方法，其特 征是(l)在石英管內(nèi)表面沉積含有Si02、 SK)l.5F、 P20s的透明玻璃膜，形成 具有相對(duì)較低折射率的阻擋層；以及(2)在阻擋層上形成具有相對(duì)較高折射率 且摻雜有稀土離子的芯層；其中阻擋層的形成步驟包括以超純氧氣作為載體 將液態(tài)SiCl4原料和液態(tài)POCl3及氣態(tài)SF6混合氣體送入旋轉(zhuǎn)的石英基管中，利 用石墨爐、氫氧焰噴燈或PCVD作為熱源加熱管，提供高于170(TC的溫度，使得送入管中的混合氣體發(fā)生氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生精細(xì)的玻璃粉塵，粉塵在管內(nèi) 朝著具有相對(duì)較低溫度的區(qū)域移動(dòng)，然后通過(guò)熱遷移的方式在管的內(nèi)表面堆積，在管內(nèi)表面沉積的粉塵形成的層接下來(lái)被移動(dòng)熱源的加熱區(qū)域燒結(jié)從而形成透 明的玻璃膜層；重復(fù)上述步驟直至得到所需厚度的具有相對(duì)較低折射率的阻擋 層；其中摻雜稀土離子芯層的形成步驟包括沉積完阻擋層后，將石英管的溫 度降低到1200。C 140(TC，同時(shí)引入用于形成粉塵的反應(yīng)氣體SiCU、 GeCU和 載體氣體02，在阻擋層上堆積一層疏松結(jié)構(gòu)的未燒結(jié)顆粒層，再將沉積好的多 孔粉塵的石英管放入Er3+、 A產(chǎn)共摻雜離子的水或醇溶液中進(jìn)行浸泡1 2小時(shí)， 使eP+、 A產(chǎn)離子充分均勻吸附在疏松芯層中，快速排除掉管中的溶液后，在管 中通入干燥的高純氮?dú)鈦?lái)使多孔層干燥；在存在高純氧氣的條件下，在700°C 1000。C的范圍內(nèi)逐漸對(duì)管子進(jìn)行加熱；在80(TC 120(TC的溫度下并引入氯氣來(lái)對(duì)管中的芯層進(jìn)行脫水處理；在存在氧氣和氦氣的混合氣體以及高于1900°C 的溫度下把疏松結(jié)構(gòu)的未燒結(jié)顆粒層進(jìn)行燒結(jié)并形成透明的玻璃膜層，最后在 高于200(TC的溫度下，把石英管熔縮成預(yù)定尺寸的管式預(yù)制棒。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖的制備方法，其特 征是所述的管式預(yù)制棒通過(guò)拉絲塔，并配合加壓裝置，拉制成具有中心孔的 波導(dǎo)層慘雜型毛細(xì)管光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有波導(dǎo)層摻雜型毛細(xì)管光纖及其制作方法。包括高純石英基管，在高純石英基管的內(nèi)側(cè)有摻雜稀土材料的光波導(dǎo)層，在高純石英基管與光波導(dǎo)層之間有阻擋層，中間有中心空氣孔，摻雜稀土材料的光波導(dǎo)層沉積在阻擋層的表面，其中阻擋層的折射率略小于高純石英基管的折射率，波導(dǎo)層的折射率大于高純石英基管折射率，阻擋層是由摻雜F和P離子的透明合成石英材料構(gòu)成，波導(dǎo)層由摻雜Ge、Er、Al離子的透明合成石英材料構(gòu)成。本發(fā)明拓寬了毛細(xì)管光纖的種類，特別對(duì)具有摻雜稀土材料波導(dǎo)層結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管光纖制備方法而言，大大提高了光纖的制備效率，可用于構(gòu)造新型光纖傳感器和光纖激光器、放大器及相關(guān)器件等。
文檔編號(hào)G02B6/02GK101441296SQ20081020978
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者濤 張, 軍 楊, 苑立波 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)