一种O、E波段扩展有源光纤及其制备方法与流程

本发明属于光纤，更具体地，涉及一种o、e波段扩展有源光纤及其制备方法。

背景技术：

1、在线多媒体应用的可访问性和用户基数的扩大，以及向对数据中心互联互通有巨大需求的云服务的迁移，使得对增加现代光纤电信网络的数据承载能力的需求不断增长。密集波分复用(dwdm)通信系统面临巨大的扩容压力。目前提高dwdm系统传输容量的三种方法中，提高单信道传输速率的方法对系统的色散管理提出较高的要求；减小信道间隔的方法对器件的波长精度和稳定性要求非常严格，还会导致光纤内非线性效应的增强。相比之下，通过扩展系统的传输带宽是较为理想的方案，然而，目前商用dwdm系统的核心器件—掺铒光纤放大器(edfa)仅能支持约38nm的带宽，因此，扩大其余光谱的传输带宽，实现高效率的光信号放大，将能大大提高传输速率和降低成本。

2、在过去的几十年里，人们对开发一种1.3nm光谱区域的光纤放大器非常感兴趣，这种光纤放大器的性能与工作在1.55nm附近的掺铒光纤放大器相当。这是因为大多数现有的主导地面网络的光纤通信系统都可以用于o波段(1260～1360nm)的数据传输，其中不需要色散补偿，从而提供了低成本的容量增加。o波段的放大可以通过常规的稀土掺杂光纤(pr和nd掺杂氟化物光纤)或非线性波长放大(拉曼光纤放大器)来实现。然而，对于掺pr和nd的光纤，必须使用氟化物玻璃代替二氧化硅，以减少上转换和激发态吸收(esa)等不必要的过程。而对于拉曼光纤放大器，与稀土掺杂光纤放大器相比，高功率要求是一个缺点。

3、掺铋光纤(bdf)在光通信波段展现了巨大的潜力，其超宽带放大波段几乎覆盖整个通信波段(1000nm～1700nm)。针对工艺路线，目前国内外掺铋光纤采用的掺杂技术路线主要为气相法和原子层沉积(ald)法。气相法由于铋的前驱体难以同时满足高饱和蒸气压、化学纯度以及低蒸发温度的条件；而ald的沉积设备较为昂贵，花费较大。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种o、e波段扩展有源光纤及其制备方法，解决现有技术中掺铋光纤的制备难度较大或成本较高的问题。

2、本发明提供一种o、e波段扩展有源光纤的制备方法，结合改进化学气相沉积法mcvd和液相掺杂法进行光纤制备，将铋元素、磷元素和调控元素掺入至所述光纤的纤芯中，使所述光纤在1280nm～1410nm波段有净增益；所述调控元素为镧、镱、铈、铅、铥、铝中的任意一种或者多种；所述光纤的制备中提供氧化气氛，使铋离子达到目标氧化状态。

3、优选的，所述氧化气氛为：氧气的流量和氦气的流量的比例满足o2/he≥1。

4、优选的，所述结合改进化学气相沉积法mcvd和液相掺杂法进行光纤制备包括以下步骤：进行包层沉积；通入含有所述磷元素的二氧化硅疏松层进行纤芯沉积，得到疏松的粉状结构；将含有所述铋元素和所述调控元素的混合溶液倒入所述疏松的粉状结构中并充分浸泡；对反应管进行充分干燥后，在所述氧化气氛中进行融缩；拉丝得到o、e波段扩展有源光纤。

5、优选的，向纯石英反应管内部通入四氯化硅、氟化物和氧气的混合气体进行包层沉积；通入三氯氧磷、四氯化硅和氧气的混合气体进行纤芯沉积，得到疏松的磷硅酸盐粉状结构。

6、优选的，制备得到的所述光纤中，所述铋元素的浓度范围为100～1000ppm，所述磷元素的浓度范围为500～10000ppm，所述调控元素的浓度范围为100～10000ppm。

7、优选的，所述光纤的制备中，利用所述调控元素调控所述铋元素的局域环境。

8、优选的，利用所述调控元素调控铋在石英玻璃中的配位结构、化学键长、化学键角和/或有序程度，使铋在石英玻璃中具有稳定的局域结构。

9、优选的，所述光纤形成铋硅活性中心bac-si和铋磷活性中心bac-p；所述铋硅活性中心bac-si的发射宽峰为1400nm±10nm，所述铋磷活性中心bac-p的发射宽峰为1300nm±100nm。

10、优选的，制备得到的所述光纤的纤芯的直径为4～10μm，包层的直径为120±5μm。

11、另一方面，本发明还提供一种o、e波段扩展有源光纤，采用上述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法制备得到，所述光纤包括纤芯和包层，所述纤芯掺有铋元素、磷元素和调控元素，所述包层由二氧化硅材料构成。

12、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

13、本发明结合改进化学气相沉积法mcvd和液相掺杂法进行光纤制备，相对于现有技术方案通常采用的气相法或ald法，由于液相掺杂是一种非常方便和经济的掺杂方式，结合改进化学气相沉积法，本发明能够降低制备难度以及成本，且制备环节可控，掺杂浓度高，易于工业化生产。本发明将铋元素、磷元素和调控元素(镧、镱、铈、铅、铥、铝中的任意一种或者多种)掺入至光纤的纤芯中，光纤可以激发在1300nm附近的铋磷相关的活性中心宽峰和1400nm附近的铋硅相关的活性中心宽峰，使光纤在1280nm～1410nm波段有净增益。本发明提出的光纤制备方法不仅能够解决目前掺铋光纤难于制备问题，还为解决目前的扩展带宽放大难题给出了新的解决方案，能够得到一种o+e波段(1260nm～1460nm)扩展有源光纤，进而为光纤通信系统新波段扩展放大器提供解决方案。且本发明在光纤的制备中提供氧化气氛，使铋离子达到目标氧化状态，能够避免“铋离子被过度还原形成的铋多聚体或者金属纳米颗粒，进而影响近红外发光中心，损耗部分光，导致掺铋光纤损耗偏高”的情况发生，即本发明以可控的方式产生所需的氧化气氛，能够降低掺铋光纤的损耗。本发明除了在光纤的制备中提供氧化气氛使铋离子达到一定的氧化状态外，还利用调控元素调控铋元素的局域环境，使铋在石英玻璃中具有稳定的局域结构，能够进一步改善铋的荧光发光性能，得到性能良好的掺铋光纤。

技术特征：

1.一种o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，结合改进化学气相沉积法mcvd和液相掺杂法进行光纤制备，将铋元素、磷元素和调控元素掺入至所述光纤的纤芯中，使所述光纤在1280nm～1410nm波段有净增益；所述调控元素为镧、镱、铈、铅、铥、铝中的任意一种或者多种；所述光纤的制备中提供氧化气氛，使铋离子达到目标氧化状态。

2.根据权利要求1所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，所述氧化气氛为：氧气的流量和氦气的流量的比例满足o2/he≥1。

3.根据权利要求2所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，所述结合改进化学气相沉积法mcvd和液相掺杂法进行光纤制备包括以下步骤：进行包层沉积；通入含有所述磷元素的二氧化硅疏松层进行纤芯沉积，得到疏松的粉状结构；将含有所述铋元素和所述调控元素的混合溶液倒入所述疏松的粉状结构中并充分浸泡；对反应管进行充分干燥后，在所述氧化气氛中进行融缩；拉丝得到o、e波段扩展有源光纤。

4.根据权利要求3所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，向纯石英反应管内部通入四氯化硅、氟化物和氧气的混合气体进行包层沉积；通入三氯氧磷、四氯化硅和氧气的混合气体进行纤芯沉积，得到疏松的磷硅酸盐粉状结构。

5.根据权利要求1所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，制备得到的所述光纤中，所述铋元素的浓度范围为100～1000ppm，所述磷元素的浓度范围为500～10000ppm，所述调控元素的浓度范围为100～10000ppm。

6.根据权利要求1所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，所述光纤的制备中，利用所述调控元素调控所述铋元素的局域环境。

7.根据权利要求6所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，利用所述调控元素调控铋在石英玻璃中的配位结构、化学键长、化学键角和/或有序程度，使铋在石英玻璃中具有稳定的局域结构。

8.根据权利要求1所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，所述光纤形成铋硅活性中心bac-si和铋磷活性中心bac-p；所述铋硅活性中心bac-si的发射宽峰为1400nm±10nm，所述铋磷活性中心bac-p的发射宽峰为1300nm±100nm。

9.根据权利要求1所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法，其特征在于，制备得到的所述光纤的纤芯的直径为4～10μm，包层的直径为120±5μm。

10.一种o、e波段扩展有源光纤，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的o、e波段扩展有源光纤的制备方法制备得到，所述光纤包括纤芯和包层，所述纤芯掺有铋元素、磷元素和调控元素，所述包层由二氧化硅材料构成。

技术总结
本发明属于光纤技术领域，公开了一种O、E波段扩展有源光纤及其制备方法。本发明结合改进化学气相沉积法MCVD和液相掺杂法进行光纤制备，能够降低制备难度以及成本，且制备环节可控，掺杂浓度高，易于工业化生产。本发明将铋元素、磷元素和调控元素掺入至光纤的纤芯中，调控元素为镧、镱、铈、铅、铥、铝中的任意一种或者多种，使光纤在1280nm～1410nm波段有净增益，且本发明在光纤的制备中通过提供氧化气氛能够使铋离子达到目标氧化状态，能够降低掺铋光纤的损耗，得到性能良好的掺铋光纤。本发明能够得到一种O+E波段扩展有源光纤，能够解决当前扩展带宽放大的难题，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：黄欣,丁园鹏,万浩华,姚钊,王鹏栓,沈磊,张磊,罗杰
受保护的技术使用者：长飞光纤光缆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23