一种大模场有源光纤的制作方法

本发明涉及特种光纤，尤其涉及一种大模场有源光纤。

背景技术：

1、在光纤激光技术中，有源光纤作为增益介质在光通讯、工业加工和医疗等领域得到了广泛应用。由于其具有可靠性高、结构紧凑、光束质量好、能源需求低和抗电磁干扰等优点，有源光纤成为了星载激光通信和探测系统中的理想光源。

2、然而，在太空等辐射环境中，光纤材料会受到各种辐射(如伽马射线、质子、重离子、中子等)的影响，引起纤芯材料产生自由电子对和空穴对，与材料本身的缺陷结合产生色心，导致损耗增加和发光特性改变，光学器件损耗增加，导致其性能显著下降甚至失效。

3、对于有源光纤，由于掺杂了稀土元素实现增益，同时掺杂多种共掺离子提高放大性能，其特殊的掺杂元素，纤芯组份更加复杂，复杂的纤芯组份更加容易产生缺陷，使得其相较于无源光纤更容易受到辐射的影响，因此提高有源光纤的耐辐照性能具有重要意义。

4、相关技术中，有源光纤使用变价元素(如铈ce、锑sb、钴co、铋bi等)的单掺或多种共掺的方法来提高有源光纤的耐辐照性能，变价元素可以俘获辐照诱导产生的电荷或空穴，从而抑制色心的产生，降低损耗。

5、但是，该方法仅考虑了变价元素掺杂浓度对耐辐照性能的影响，而忽略了其他因素如折射率、包层结构等的相互作用，为增强耐辐照性能，过量的掺杂会导致光纤的本底损耗增大，本底损耗是衡量光纤质量的一个重要参数，它反映了光纤传输光信号的能力，当本底损耗增大时，意味着光纤的传输性能下降，光信号的传输质量受到影响。

技术实现思路

1、为克服上述耐辐照有源光纤的设计方法所存在的缺陷，本发明提供一种可以大幅提高有源光纤耐辐照性能的同时保持较低的光纤本底损耗的大模场有源光纤。

2、本发明为解决所述技术问题的大模场有源光纤包括：包括包层和分层结构的纤芯分层，所述纤芯分层和所述包层为同心圆结构；

3、所述纤芯分层的每个分层均掺杂有掺杂浓度均匀的耐辐照变价元素；

4、每个所述分层的耐辐照变价元素的掺杂浓度从光纤的中心分层到外围分层逐渐提高。

5、作为大模场有源光纤的改进，所述包层配置为分层结构的包层分层，所述包层分层的每个分层均掺杂有掺杂浓度均匀的耐辐照变价元素；

6、每个所述分层的耐辐照变价元素的掺杂浓度从光纤的中心分层到外围分层逐渐提高。

7、掺杂有掺杂浓度均匀的耐辐照变价元素

8、作为大模场有源光纤的改进，所述包层分层的最外侧分层的耐辐照变价元素掺杂浓度配置为第一设定值，形成屏蔽层。

9、作为大模场有源光纤的改进，所述第一设定值的范围为：10-50wt％。

10、作为大模场有源光纤的改进，纤芯分层的每个分层均配置为第一折射率；包层分层的每个分层均配置为第二折射率；所述第一折射率大于所述第二折射率，形成纤芯折射率大于包层折射率的阶跃光纤结构。

11、作为大模场有源光纤的改进，所述包层配置为掺杂耐辐照变价元素的单层包层结构，所述耐辐照变价元素掺杂浓度配置为第二设定值，形成屏蔽层。

12、作为大模场有源光纤的改进，所述第二设定值的范围为：10-50wt％。

13、作为大模场有源光纤的改进，纤芯分层的每个分层均配置为第一折射率；所述包层配置为第二折射率；所述第一折射率大于所述第二折射率，形成纤芯折射率大于包层折射率的阶跃光纤结构。

14、作为大模场有源光纤的改进，通过调节各个分层的铝元素和/或磷元素的掺杂浓度调节各分层的折射率。

15、作为大模场有源光纤的改进，纤芯分层的的耐辐照变价元素掺杂浓度配置为不超过最大值和最小值，所述最大值的范围为：10-15wt％；所述最小值范围为：0.1-1.0wt％。

16、与相关技术相比，本发明通过分层掺杂使得纤芯中心附近耐辐照变价元素掺杂浓度较低，保证了一定耐辐照能力的同时，不增加激光功率密度最大处的损耗。而且在外围分层的变价元素高掺杂浓度形成重离子金属屏蔽，?；す庀讼诵静皇芊沼跋?，进一步提高了光纤整体耐辐照能力。

技术特征：

1.一种大模场有源光纤，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大模场有源光纤，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的大模场有源光纤，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的大模场有源光纤，其特征在于，

5.根据权利要求1-4任一项所述的大模场有源光纤，其特征在于，

6.根据权利要求1-4任一项所述的大模场有源光纤，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的大模场有源光纤，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的大模场有源光纤，其特征在于，

9.根据权利要求5或8所述的大模场有源光纤，其特征在于，

10.根据权利要求1-9任一项所述的大模场有源光纤，其特征在于，

技术总结
本发明提出了一种大模场有源光纤，涉及特种光纤技术领域，包括包层和分层结构的纤芯分层，所述纤芯分层和所述包层为同心圆结构；所述纤芯分层的每个分层均掺杂有掺杂浓度均匀的耐辐照变价元素；每个所述分层的耐辐照变价元素的掺杂浓度从光纤的中心分层到外围分层逐渐提高。本发明通过分层掺杂使得纤芯中心附近耐辐照变价元素掺杂浓度较低，保证了一定耐辐照能力的同时，不增加激光功率密度最大处的损耗。而且在外围分层的变价元素高掺杂浓度形成重离子金属屏蔽，?；す庀讼诵静皇芊沼跋?，进一步提高了光纤整体耐辐照能力。

技术研发人员：余洋,张昆,李尧,房一涛,张浩彬,张大勇,孙儒峰
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>中国电子科技集团公司第十一研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6