專利名稱：光學(xué)放大纖維及其制造過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種能用作光纖放大器的光纖及制造這種光纖的過程。
一種能直接放大光信號而無需將其轉(zhuǎn)換為電信號的光學(xué)放大器，其優(yōu)點在于它放大的能力能容易地被擴大，因為它本質(zhì)上具有不依賴于比特率的功能；還在于它能集體放大多個通道的信號。為此，作為未來光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置之一，該光學(xué)放大器正為不同的科研機構(gòu)所廣泛地研究。
迄今已知有一種光學(xué)放大器，它采用包括一摻雜有Er、Nd或Yb等稀土元素的纖芯在內(nèi)的單模光纖(以下簡稱“摻雜光纖”)，其特征為待放大的信號光被傳輸?shù)綋诫s光纖，同時在與信號光相同或相反的方向上將泵浦光引入摻雜光纖。
采用這種摻雜光纖的光學(xué)放大器(稱作光纖放大器)具有能消除對增益的偏光依賴性、降低噪聲、減少在與光傳輸路徑耦合中的信號損耗等極好的特點。在實際應(yīng)用該光纖放大器時，要求將信號光的波長帶寬(以下簡稱“波長帶寬”)做得較寬，使之能在該帶寬中將信號光放大至特定的增益，還要求將泵浦光到信號光的轉(zhuǎn)換效率提得較高。
對具有波長范圍為0.8～1.6μm的光來說，已經(jīng)有了適合長距離傳輸?shù)氖⒉ＡЧ饫w制造技術(shù)，以及將該光纖投入實際應(yīng)用的技術(shù)。一根光纖是從一具有粗棒形狀的預(yù)制棒拉絲制成的。預(yù)制棒要求在其截面方向上具有一種組分變化梯度，該組分梯度按照設(shè)計要求精確設(shè)定。
預(yù)制棒制備的標(biāo)準(zhǔn)過程是眾所周知的，其中由活性氣體化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換而來的玻璃成分通過采用MCVD(金屬化學(xué)氣相淀積)過程或與之類似的過程被淀積到一石英反應(yīng)管的內(nèi)表面上。在MCVD過程中，諸如SiCl4和氧氣等合適的反應(yīng)氣體被導(dǎo)入石英反應(yīng)管中，該石英反應(yīng)管被加熱到適合于氣體反應(yīng)的溫度。將加熱區(qū)沿石英反應(yīng)管的縱向移動，以將新的玻璃層淀積到石英反應(yīng)管的內(nèi)壁面上，許多層(例如20～30層)就這樣被反復(fù)地淀積。從預(yù)制棒制造出來的光纖橫截面方向上形成的組分梯度可以通過分別調(diào)整預(yù)制整棒各層的組分來加以控制。在各層被充分淀積之后；通過加熱將石英反應(yīng)管縮制成一棒狀的預(yù)制棒。然后把預(yù)制棒拉制成光纖。
在MCVD過程中，通常采用在室溫下能被蒸發(fā)的反應(yīng)材料。例如用SiCl4來生成作為光纖主成分的SiO2，采用GeCl4來生成GeO2，GeO2是用于調(diào)節(jié)折射率的元素。有時，為制造摻雜光纖，不能得到含有稀土元素的、能象SiCl4和GeCl4那樣能在室溫下充分蒸發(fā)的合適反應(yīng)材料，結(jié)果是不能僅僅采用MCVD過程將一種稀土元素以足夠的濃度摻到摻雜光纖中去。正因為如此，已經(jīng)采用如下的方式將一種稀土元素以實際足夠的濃度摻雜到一根摻雜光纖中去。
一種已知的制備適合制造摻雜光纖的預(yù)制棒的過程包括將煙灰狀態(tài)玻璃淀積到石英反應(yīng)管內(nèi)表面的步驟(1)，使煙灰狀的芯玻璃浸潤有一種含稀土元素化合物作為溶質(zhì)的溶液的步驟(2)，以及烘干溶液使石英反應(yīng)管收縮的步驟(3)。另一方面，也已經(jīng)提出一種利用摻雜光纖來擴展光纖放大器波長帶寬的技術(shù)，其中摻雜光纖纖芯浸潤有Al2O3和稀土元素。
例如，日本專利公開平5-119222披露了一種雙芯結(jié)構(gòu)，它包括一鋁/硅石為基的玻璃(Er-Al-SiO2)，摻雜有鉺(Er)和鉛(Al)，其位于纖芯的中央部分；以及一摻雜有鍺(Ge)元素的鍺/硅石基玻璃(Ge-SiO2)，其位于纖芯的外圍部分。然而，在日本專利公開平5-119222中披露的先前的結(jié)構(gòu)形式中，其缺點在于纖芯外周部分的相對折射率差Δ1約為2％，而纖芯中央部分的相對折射率差Δ2最多約為0.7％，其結(jié)果是在芯中央部分產(chǎn)生一大的折射率下降。
這是因為用來擴展帶寬的摻雜元素(如Al)會起降低折射率的作用。折射率下降造成這樣的現(xiàn)象傳輸光的模式場被擴大并由此使模式場直徑變大。由此而增大的模式場直徑對將泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光是不方便的，并會導(dǎo)致泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光方面效率的降低。例如在日本專利公開平5-119222中披露的結(jié)構(gòu)形式中，其模式場直徑約為4.8μm，泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光的效率為64％。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)放大纖維，它能擴展波長帶度，并能通過將模式場直徑抑制到較小值來提高泵浦光到信號光的轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明的另一目的是提供一種制造該光學(xué)放大纖維的過程。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，它提供一種光學(xué)放大纖維，包括具有第一折射率的包層；位于該包層內(nèi)的第一纖芯，它具有增大折射率的元素和高于第一折射率的第二折射率；位于第一纖芯內(nèi)的第一纖芯，它具有一稀土元素和一擴展帶寬的元素以及高于第一折射率但卻低于第二折射率的第三折射率；以及位于第二纖芯內(nèi)的第三纖芯，它具有增大折射率的元素以及高于第三折射率的第四折射率。
增大折射率的元素可從Ge和Ti中選擇。在這些元素中優(yōu)先選取Ge。第二纖芯優(yōu)選地含有Er和Al。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供制造一種光學(xué)放大纖維的過程，包括下述步驟(a)用化學(xué)氣相淀積法在石英反應(yīng)管內(nèi)表面上形成一主要由SiO2組成、摻雜有GeO2或TiO2的第一纖芯層；(b)用化學(xué)氣相淀積法在第一纖芯層上形成一主要由SiO2組成的煙灰狀的第二纖芯層；(c)將第二纖芯層浸潤含一種稀土元素以及至少一種從一組Al、Zn、Sn和La元素中選出來的元素的溶液；(d)蒸發(fā)浸潤在第二纖芯層中的溶液中的溶劑(e)加熱第二纖芯層使其成玻璃狀；(f)用化學(xué)氣相淀積法在和二纖芯層上形成一主要由SiO2組成的、摻雜有GeO2或TiO2的第三纖芯層；(g)通過加熱完善地收縮石英反應(yīng)管以形成預(yù)制棒；(h)將預(yù)制棒加熱熔化并拉制光纖。
在本發(fā)明的光學(xué)放大纖維中，由于具有大折射率差的第三纖芯位于纖芯的中央部分，因此與具有已有結(jié)構(gòu)的摻雜光纖相比，本發(fā)明的光學(xué)放大纖維中光能集中在纖芯中央部分，使模式場直徑變小，從而改善了泵浦光到信號光的轉(zhuǎn)換效率。
另外，由于第二纖芯含有一稀土元素和一放大帶寬擴展元素，因此能使光纖放大器具有足夠?qū)挼膸?。放大帶寬擴展元素可以從一組Al、Zn、Sn和La元素中加以挑選。
對下面的敘述和所附的權(quán)利要求參照表示本發(fā)明某些優(yōu)選實施例的附圖所作研究，可以更加清楚本發(fā)明上述的及其它的目的、特點和優(yōu)點，以及實現(xiàn)它們的方式，對發(fā)明本身也能最好地理解。


圖1為預(yù)制棒制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A～2G表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例來制備預(yù)制棒的順序步驟；圖3A～3D表示拉制一根復(fù)蓋管的順序步驟；圖4A為石英反應(yīng)管在收棒之前的橫截面圖；圖4B為預(yù)制棒的橫截面圖；圖5為光纖拉制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的實施例所得的折射率分布圖以及光學(xué)放大纖維的模式場；圖7表示泵浦光功率和信號光輸出間的關(guān)系；圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例所得的光學(xué)放大纖維截面結(jié)構(gòu)和折射率分布圖。
參照圖1，它表示能用于制備預(yù)制棒的預(yù)制棒制備裝置示意結(jié)構(gòu)圖。參考數(shù)字2表示一個用于制造玻璃制品的車床，它可旋轉(zhuǎn)地支承石英反應(yīng)管4；6是一噴燈，它被沿著石英反應(yīng)管的縱向在車床2上往復(fù)移動以加熱石英反應(yīng)管的外部；8是溫度控制器，通過調(diào)節(jié)送入噴燈6的氧氣和氫氣等的流速來控制噴燈6的燃燒狀態(tài)。
氣體輸入管12被聯(lián)接到聯(lián)接器10之上，聯(lián)接器10被聯(lián)到石英反應(yīng)管4的端部，SiCl4和氧氣等氣源則通過氣體輸入管12被送入石英反應(yīng)管4中。參考數(shù)字14表示輸送象SiCl4和GeCl4等源氣體的送氣器，而源氣體的送入量則通過如氧氣那樣的載體氣體的流速來加以控制，而氧氣是經(jīng)由每個流量表16被送入的。
溶液送入管18與氣體輸入管12并行地聯(lián)到聯(lián)接器10之上，并也經(jīng)由閥20聯(lián)到溶液缸22。當(dāng)閥門20打開時，溶液缸22中的溶液被饋送到石英反應(yīng)管4中。此外，氣體輸入管12和溶液輸入管18在一聯(lián)接部分之上經(jīng)聯(lián)接器10被聯(lián)接到石英反應(yīng)管4，該聯(lián)接部分用一熟知的方法進(jìn)行密封，由此來保證石英反應(yīng)管4中有一封閉的系統(tǒng)。
圖2A～2G表示采用圖1所示的預(yù)制棒制備裝置來制備預(yù)制棒的順序步驟。首先，通過將源氣體、SiCl4、POCl3和SF6送入外徑為22mm、內(nèi)徑為18mm的石英反應(yīng)管4中。使之在石英反應(yīng)管4中優(yōu)選地形成一個P-F-SiO2為基的包層玻璃(圖中未畫出)。淀積該包層玻璃的步驟此處省略。
下一步，如圖2A所示，旋轉(zhuǎn)被送入包括SiCl4和GeCl4源氣體以及載體氣體的石英反應(yīng)管4，并同時用噴燈6從其外部對它加熱；這樣便把用作第一纖芯的氧化物玻璃的細(xì)粉末淀積到石英反應(yīng)管4中。用噴燈6加熱使細(xì)粉末馬上玻璃化。重復(fù)幾次噴燈6的這種往復(fù)運動，由SiO2組成、摻雜有GeO2并具有預(yù)先確定的折射率和厚度的第一纖芯層24便被均勻地形成在石英反應(yīng)管4的內(nèi)壁上。
第一纖芯層24的折射率被設(shè)定為高于石英反應(yīng)管4的折射率，以便獲得預(yù)先確定的相對折射率差。第一纖芯層24的折射率可以用源氣體及其它氣體的成分來加以調(diào)節(jié)。例如第一纖芯層24具有約2.0的相對折射率差。下一步(圖中未畫出)，停止送入源氣體并將石英反應(yīng)管4用噴燈6加熱至高溫來使之稍稍軟縮。這一過程稱為中間收棒處理。在停止送入端氣體中的GeCl4并降低噴燈6加熱石英反應(yīng)管4的溫度之后，再用噴燈6從石英反應(yīng)管的外部將石英反應(yīng)管4加熱至較低溫度，以把由SiO2組成的氧化物玻璃細(xì)粉末淀積到第一纖芯層24之上。
通過反復(fù)幾次噴燈的這種往復(fù)運動，在第一纖芯層24之上便形成一由SiO2組成的煙灰狀第二纖芯層26，如圖2B所示，這里的“煙灰狀”一詞意指一種能夠保持一層形狀的細(xì)粉末和多孔的狀態(tài)。降低用噴燈6對石英反應(yīng)管4加熱的溫度是為了不讓第二纖芯層馬上成玻璃狀。在此之后，如圖2C所示，將噴燈6移到靠近石英反應(yīng)管4端部的部分，并在這樣的狀態(tài)下邊旋轉(zhuǎn)石英反應(yīng)管4邊對它局部加熱，以形成在被加熱部分具有較小直徑的收縮部分28。收縮部分28被形成在石英反應(yīng)管4的每個端部。
將石英反應(yīng)管4冷卻到合適的溫度，如圖2D所示，將一根由撓性樹脂等物組成的溶液輸入管18插入石英反應(yīng)管4中，其引導(dǎo)部位于兩收縮部分28，28之間，從溶液缸22輸送出的溶液被注入到石英反應(yīng)管4中位于兩收縮部分28、28之間的區(qū)域。被這樣注入到石英反應(yīng)管4中的溶液便僅被浸潤到煙灰狀的第二芯層26中。被輸入石英反應(yīng)管4中的溶液含有稀土元素和Al。在本實施例中，溶液含有ErCl3·6H2O和AlCl3作為溶劑酒精中的溶液。
舉例來說，溶液中ErCl3·6H2O的濃度是在0.001～1wt％范圍之內(nèi)。為在光纖或預(yù)制棒中獲得預(yù)定的Al2O3和Er的摻雜濃度，可以通過實驗方法來確定溶液濃度。舉例來說，被注入的溶液量是在5～20ml的范圍內(nèi)。將溶液輸入管18拔出之后，將干燥的N2氣送入石英反應(yīng)管4來慢慢地蒸發(fā)酒精和濕氣，通過將Cl2和氧氣輸?shù)绞⒎磻?yīng)管4中并用噴燈6來加熱石英反應(yīng)管可足以清除掉剩余的濕氣。
在此之后，如圖2E所示，通過來回移動噴燈6來加熱石英反應(yīng)管4，使煙灰狀第二纖芯層成玻璃狀，這樣來得到玻璃化的第二纖芯層26′。第二纖芯層26′的相對折射率差比如說是0.7％。然后用噴燈6將石英反應(yīng)管4加熱到高溫來再次進(jìn)行中間收棒處理，正如圖2F所示的那樣，將含有SiCl4和GeCl4的源氣體以及載體氣體輸入石英反應(yīng)管4，同時如圖2A所示的步驟那樣用噴燈6從石英反應(yīng)管4的外部對石英反應(yīng)管加熱。
將用作第三纖芯層的氧化物玻璃的細(xì)粉末淀積到第二纖芯層26′上，并用噴燈6加熱使細(xì)粉末馬上玻璃化。通過反復(fù)幾次噴燈6的往復(fù)運動，在第二纖芯層26′之上均勻地形成由SiO2組成、摻雜有GeO2且具有預(yù)定的折射率和預(yù)定厚度的第三纖芯層30。第三纖芯層30的相對折射率差比如說是約2.0％。最后，如圖2G所示，通過用噴燈6進(jìn)一步加熱石英反應(yīng)管4至高溫，完善地收縮石英反應(yīng)管4直至其中空部分消失為止，最終得預(yù)制棒32a。必須注意的是，在圖2A和2B所示的每一步驟之后為什么要進(jìn)行中間收棒處理，其原因是盡量避免在各纖芯層之間產(chǎn)生Ge、Al等元素的擴散。在完整的收棒處理之后，預(yù)制棒32a的直徑約為14mm。
具有直徑約為14mm的、以上述方法制備的預(yù)制棒32a被覆蓋一石英玻璃管34，如圖3A所示，該石英玻璃管外徑為22mm，接下來如圖3B所示，通過加熱將預(yù)制棒32a同石英玻璃管34集成在一起，接下來將覆蓋管拉制成直徑為14mm左右，以獲得預(yù)制棒32b，在覆蓋管拉制步驟被重復(fù)進(jìn)行數(shù)次之后，預(yù)制棒32b最終被覆蓋有一厚的石英玻璃管36，其外徑為26mm左右(如圖3C所示)，接下來通過加熱使之集成化以制備成直徑約14mm的預(yù)制棒32(如圖3D所示)。
通過多次重復(fù)覆蓋管拉制步驟，可以減小相對芯直徑，并由此來優(yōu)化模式場直徑和截止波長，還可以優(yōu)化摻雜有Er的第二纖芯部的內(nèi)、外徑，并由此來改善信號轉(zhuǎn)換效率。本實施例中的第二纖芯26′含有濃度約為6wt％的Al和濃度約為500ppm的Er元素。
圖4A表示在進(jìn)行完整收棒處理之前的石英反應(yīng)管4的橫截面，圖4B則畫出在圖3D中的步驟之后所得的預(yù)制棒32的橫截面。在覆蓋管拉制步驟之后的預(yù)制棒32包括有由SiO2制成的、具有較低折射率的包層34，由SiO2制成的、摻雜有GeO2用于增大折射率且具有較高折射率的第一纖芯36，由SiO2制成的、摻雜有Er和Al2O3但卻不摻雜有GeO2的第二纖芯38，以及由SiO2制成的、摻雜有GeO2用于增大折射率且具有較高折射率的第三纖芯40。
第二纖芯38的折射率高于包層34的折射率，而第一和第三纖芯36、40的折射率均高于第二纖芯38的折射率。每一部分的主要成分SiO2也可以含有P2O5或類似元素用于調(diào)節(jié)折射率。通過控制圖4B中所示的預(yù)制棒32得到的光行具有與預(yù)制棒32的橫截面類似的橫截面，而它的每一部分也都具有與預(yù)制棒32的對應(yīng)部分相同的組成成分。因此，光纖的每一部分均用與預(yù)制棒32的對應(yīng)部分的相同名稱和參考數(shù)字來表示。
根據(jù)本實施例中所描述的預(yù)制棒制備過程，由于溶液是被注入到形成在石英反應(yīng)管4中的兩收縮部分28、28之間，且被浸潤到第二纖芯層26中，因此不要求將石英反應(yīng)管4從車床上移走來浸潤溶液。在這種情況下，可以從石英反應(yīng)管4的一側(cè)來將溶液注入到石英反應(yīng)管4的兩收縮部分28、28之間，這樣可保持包括源氣體輸入系統(tǒng)在內(nèi)的一個封閉的系統(tǒng)。由此可防止因雜質(zhì)滲透進(jìn)石英反應(yīng)管4而造成的損耗特性的下降，此外，根據(jù)本實施例的預(yù)制棒制備過程，由于制備預(yù)制棒的所有步驟均可在石英反應(yīng)管管4安裝在車床2之上的狀態(tài)下進(jìn)行，因而可省去諸如將石英反應(yīng)管4在車床2上裝卸的繁重工作。
圖5是用于從預(yù)制棒拉制光纖的裝置的示意圖。將預(yù)制棒32支承在預(yù)制棒送進(jìn)部分42并逐漸地將其向下送進(jìn)，加熱預(yù)制棒32的下端使其在加熱爐44中融化。預(yù)制棒32在加熱爐44的下端部分被拉制成摻雜光纖45，用纖維直徑測量裝置46從非接觸測量方式來測量摻雜光纖45的直徑。然后用涂復(fù)裝置48將摻雜光纖45涂上一層紫外光塑化環(huán)氧樹脂，緊接著用紫外燈50對涂層作塑化處理。涂復(fù)有紫外光塑化環(huán)氧樹脂的摻雜光纖45經(jīng)由以受控速度旋轉(zhuǎn)的輸帶輥子52被繞在卷線鼓54上。
為使摻雜光纖45具有恒定的直徑，采用光纖直徑控制單元56對輸帶輥子的旋轉(zhuǎn)速度作反饋控制，摻雜光纖45的直徑則由光纖直徑測量裝置46來測量。摻雜光纖45在其縱向方向上在諸如稀土元素和Al2O3的摻雜濃度、每個部分的直徑等方面應(yīng)具有穩(wěn)定的特性，這樣的摻雜光纖可以用上述的拉絲裝置從預(yù)制棒32加以制造。
根據(jù)上面所描述的制造過程，可以制造具有第一、第二和第三纖芯36、38和40的三芯結(jié)構(gòu)的摻雜光纖45。具體地說，摻雜光纖45具有由SiO2制成的包層34、由SiO2制成的摻雜有GeO2的第一纖芯36、由SiO2摻雜有Er、Al2O3但不摻有GeO2所組成的第二纖芯38，以及由SiO2摻雜有GeO2所制成的第三纖芯40。
圖6表示折射率分布圖60以及在本實施例中所得到的摻雜光纖45的模式場62。用D1、D2和D3分別表示第一、第二和第三纖芯36、38和40的直徑，用Δ1、Δ2和Δ3分別表示第一、第二和第三纖芯36、38和40的相對折射率差，Δ1≈2％，D1≈3.0μm，Δ2≈0.7％，D2≈0.8μm，Δ3≈2％，D3≈0.6μm。進(jìn)而，模式場直徑64為4.4μm；而泵浦光到信號光的轉(zhuǎn)換效率約為73％。用于研究轉(zhuǎn)換效率所做的實驗結(jié)果同日本專利發(fā)布號Hei5-119222中披露的已有技術(shù)的摻雜光纖的數(shù)值進(jìn)行比較，其結(jié)果表示在表1和圖7中。
表1
從表1看出，對于本實施例的摻雜光纖45來說，模式場直徑從已有技術(shù)的摻雜光纖的值4.8μm降至4.4μm，且轉(zhuǎn)換效率從已有技術(shù)的摻雜光纖的值64％增加至73％。表1中的閾值是指信號光增益開始出現(xiàn)時泵浦光功率的最小值。
參照圖8，它表示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例所制造的摻雜光纖64的截面結(jié)構(gòu)和折射率分布圖70。本實施例的摻雜光纖65具有這樣一種結(jié)構(gòu)形式第四纖芯66和第五纖芯68被位于第一實施例的摻雜光纖45的第三纖芯40的內(nèi)部。第四纖芯66由SiO2組成，摻雜有Er和Al2O3但卻不摻有GeO2，而第五纖芯68由SiO2組成，摻雜有GeO2。
第四纖芯66的相對折射率差約為0.7％，而第五纖芯68的相對折射率差約為2％。在本實施例的摻雜光纖65中，位于最外層的第一纖芯36的外徑優(yōu)選地應(yīng)為2μm或小于2μm。
盡管在上棕實施例中將Er用作稀土元素，但本發(fā)明并不僅僅局限于此，例如象Nd或Yb這樣的稀土元素也是會被使用的。進(jìn)一步說，可把TiO2用作摻雜劑用以增加折射率，也可使用如Zn、Sn或La這樣的元素來代替Al用于擴展帶寬。
如上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于提供一種適合用作光纖放大器的光纖，它的波長帶寬更寬，泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光的效率更高。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)放大纖維，它包括具有第一折射率的包層；位于上述包層內(nèi)部的第一纖芯，它具有折射率增大元素并具有高于第一折射率的第二折射率；位于上述第一纖芯內(nèi)部的第二纖芯，它含有稀土元素及放大帶寬擴展元素并具有高于第一折射率但卻低于第二折射率的第三折射率；以及位于上述第二纖芯內(nèi)部的第三纖芯，它含有折射率增大元素且具有高于第三折射率的第四折射率。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述放大帶寬擴展元素是從一組Al、Zn、Sn和La元素中選出的。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述折射率增大元素包括Ge和Ti中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述第二纖芯含有Er和Al。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)放大纖維，其特征為Al的濃度為4wt％或更高。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，其特征為模式場直徑為4.5μm或更小。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述第三纖芯的直徑為1μm或更小。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述第二纖芯的直徑為2μm或更小。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述第二纖芯的第四折射率近似等于上述第一纖芯的第二折射率。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大纖維，它還包括位于上述第三纖芯內(nèi)部的第四纖芯，它含有稀土元素和放大帶寬擴展元素，并具有高于第一折射率但卻低于第二折射率的第五折射率；以及位于第四纖芯內(nèi)部的第五纖芯，它含有折射率增大元素并具有高于第三和第五折射率的第六折射率。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)放大纖維，其特征為上述第四纖芯的第五折射率近似等于上述第二纖芯的第三折射率，上述第五纖芯的第六折射率近似等于上述第三纖芯的第四折射率。
12.制造光學(xué)放大纖維的過程，包括下列步驟(a)用化學(xué)氣相淀積法在石英反應(yīng)管內(nèi)表面上形成主要由SiO2制成且摻雜有GeO2或TiO2的第一纖芯層；(b)用化學(xué)氣相淀積法在上述第一纖芯層上形成主要由SiO2組成的煙灰狀第二纖芯層；(c)讓上述第二纖芯層浸潤一種含稀土元素和至少一種從一組Al、Zn、Sn和La元素中挑選出來的元素的溶液；(d)將浸潤于上述第二纖芯層中的溶液中的溶劑進(jìn)行蒸發(fā)；(e)加熱上述第二纖芯層以使上述第二纖芯層玻璃化；(f)用化學(xué)氣相淀積法在上述第二纖芯層上形成主要由SiO2制成并摻雜有GeO2或TiO2的第三纖芯層；(g)用加熱來收縮上述石英反應(yīng)管以形成預(yù)制棒；以及(h)熔化并抽絲上述預(yù)制棒。
13.如權(quán)利要求12所述的制造光學(xué)放大纖維的過程，其特征為浸潤在上述第二纖芯層中的溶液含有Er和Al。
14.如權(quán)利要求12所述的制造光學(xué)放大纖維的過程，它還包括用加熱來減小石英反應(yīng)管外徑的中間收棒處理步驟，該步驟分別插于上述步驟(a)和上述步驟(b)之間以及上述步驟(e)和上述步驟(f)之間。
15.如權(quán)利要求12所述的制造光學(xué)放大纖維的過程，它還包括下面的步驟在上述步驟(g)之后用新的石曲玻璃管覆蓋已完善收棒的預(yù)制棒、通過加熱將預(yù)制棒同石英玻璃管集成為一體，以及對集成有石英玻璃管的預(yù)制棒進(jìn)行拉絲。
全文摘要
一種光學(xué)放大纖維,它包括包層、位于包層內(nèi)并含有Ge的第一纖芯、位于第一纖芯內(nèi)并含有Er和Al的第二纖芯、以及位于第二纖芯內(nèi)并含有Ge的第三纖芯。第二纖芯具有高于包層折射率的折射率,第一和第三纖芯具有的折射率各自都高于第二纖芯的折射率。由于具有高折射率的第三纖芯位于中央部分,因此能使模式場直徑變小并由此改善泵浦光轉(zhuǎn)換為信號光的效率。另外,由于第二纖芯含有Al作為放大帶寬擴展元素,因此可保證足夠?qū)挼姆糯髱挕?br> 文檔編號C03B37/018GK1186251SQ9711391
公開日1998年7月1日 申請日期1997年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者岡村浩司, 武田惠子 申請人:富士通株式會社