双包层光纤设计
双包层掺镱光纤
情况说明：
1.品名：双包层掺镱光纤
2.品牌：
3.结构：纤芯
4.型号：DCF-YB-20/128P-FA
5.用途：传输激光，是一种光纤介质
6.类型：多模
原理：双包层光纤的结构由里到外分别为纤芯、内包层、外包层和保护层。
它是一种具有特殊结构的光纤，比普通单模光纤增加了一个内包层，其横截面尺寸和数值孔径都远大于纤芯。
内包层与掺稀土离子纤芯之间构成单模光波导，将激光限制在纤芯当中；同时它又与外包层构成了传输抽运光的多模光波导，使得抽运光在内包层中反射并多次穿越纤芯被掺杂离子所吸收，从而将抽运光高效地转换成为单模激光，极大提高了光-光转换效率。
另外，由于抽运光入射面积的增加，允许采用大功率多模半导体激光器作为抽运源，而且耦合效率也得到了很大的提高。
特性：
多模光纤可单模操作，拥有良好的光束质量
高效率减少泵浦的功率、提高光的增幅效用.。
双包层Er 3+／Yb 3+共掺光纤放大器系统结构设计及其性能分析
３ ．黄 州理 工 中等专 业学校 ， 北 黄 州 ４８０ ） 湖 ３００
摘要 ： 基于光传输 方程 ， 数值 分析 了所设计 的双 包层 Ｅ ／ ｂ 共掺 光 纤放 大 器 系统结 构在 ９ ０ ｍ 泵浦 ｒ Ｙ” ８ｎ 下， 出信 号功 率和噪声特性 ； 输 讨论 了它们随输入信 号功率 、 输入信号波 长、 浦信号波长和 光纤 包层 面积 泵 的关系。结果表明 ， 系统结构在输入信号 小于 一 ０ｄ ｍ， 该 ３ Ｂ 激活光 纤长度为 ４ 时， 出信 号功 率超 过 １ ｍ 输 Ｏ
效 应 产生 的噪声 。同时 ， 配合使 用 了带宽 可调谐 的滤 波 器 （ Ｂ ） 使 自发辐 射 得 到抑 制 ， 一 步降 ＴＦ ， 进
低 了噪声。并且基于速率方程和传输方程 ， 分析在不 同输人信 号功率与波长 、 不同泵浦光波长和不同 光纤内包层面积下该系统结构的输出信号功率和噪声性能。
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式 中 ， 、ｒ 、 、 和 分别 是 Ａ ｄ。 ｏ ，ｔ ，ｒ 丁 与频 率有关 的 Ｅ¨ 、ｂ 的吸收 和发 射 截面 面 积 。 、。分别 ｒ Ｙ 入 为 信号光 和泵 浦光 的波 长 ， 纤芯 面 积 ， 普 朗克 常 量 ， ） Ａ…是 ｈ是 ｒ（ 为信 号 和 泵浦 模 场 与纤 芯 掺杂 区
ｄ ｍ， Ｂ 增益 高于３ Ｂ， ５ｄ 噪声 系数受光纤 内包层与纤芯 面积之 比影响较大 ， 小于 ３５ｄ ． 且 ． Ｂ
关 键 词 ： 纤 通 信 ； 包层 铒 镱 共 掺 光 纤 ； 传 输 方程 ； 环 形 器 光 双 光 光 中图 分 类 号 ：Ｎ ５ Ｔ ２３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０９２ １ （０ ２ Ｏ ． ０ ２ ０ １０ － ４ ２ １ ）２ ０ ７ ． ５ ７
超大模场双包层光纤的制备与性能测试
Ａｂ ｔａ ｔＴ ｅｆｎ ａ ｎａ ｐ ｎ ｉｌ ｏ ｒ ｏ ｅａｅ （ ＭＡ）ｆ ｅ ａ ｉ ｕ ｓｄ ａ ｄ ｔｅ ｆ ｒ ａ ｏ ｒｃｓ ｆ ｓｒ ｃ ： ｈ ｄ ｍｅ ｔ ｒ ｃｐｅ ｆ ａ ｅ ｍ ｄ ｒａ Ｌ ｕ ｌ ｉ ｌｇ ｉ ｒ ｓｄｓ ｓ ｎ ａ ｉ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅｓｏ ｂ ｗ ｃ ｅ ｈ ｂｃｉ
第４ 卷 第６期 ０
２１ ０ ０年 ６月
激 光 与 红 外
Ｌ Ｅ ＡＳ Ｒ ＆ Ｉ Ｆ Ｎ ＲＡＲＥ Ｄ
Ｖｏ ． ０， ． １４ Ｎｏ ６
０ ０ ０ － ３ －３ １０ － ８ ２ １ ） ６０ ２０ ０ ６
・
光纤技 术 ・
模场 有源 光 纤制备技 术 中存在 的 问题 ， 从传 统 结构 大模 面积光 纤 的制备 工艺入 手 ， 对有源 光 纤
预制棒制备工艺进行 了理论分析和实验优化， 通过采用多次沉积等新技术 ， 解决 了有源区面积
难 以增 大 等 问题 。最 终制备 出纤芯直 径 ９ ｍ 的传 统结 构 的超 大模 场 有源 光 纤 ， ５ｔ ｘ 并实 现 了激
ＰＡＮ ｎ Ｗ ＡＮＧ ｎ ・ ｏ， ＮＧ ｎ ＤＵＡＮ ｎ—ｅ ｇ Ｒｏ ｇ， Ｄｏ ｇ ｂ ＮＩ Ｄｉ ｇ， Ｙｕ ｆｎ
（ ｈ ６ ｅｅｒｈＩｓｔｔ， ｈｎ ｌｃ ｏｉｓ ｅｈｏｏｙＧｏｐＣ ｒｏａｉ ，ｉ ｊ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ Ｔ ｅ４ Ｒ ｓａｃ ｔｕｅ Ｃ ｉａＥｅｔ ｎｃ ｃｎｌｇ ｒｕ ｏｐｒｔ ｎ Ｔａ ｉ ３０ ２ ， ｈｎ ） ｎｉ ｒ Ｔ ｏ ｎｎ
研 制 了纤芯 直径 近百微 米 的传统 结构 的大 模场 有源 光 纤并 实现 了激 光输 出 。
２ 大模 场有 源 光纤 的研 究现状
输 出的要求。因为在连续输 出高功率激光时 ， 光纤
石英多模光纤共分8种
1、双包层光纤2、硬树脂包层光纤3、硅橡胶包层光纤4、聚酰亚胺涂层光纤5、侧发光光纤6、锥度光纤7、氟涂层光纤8、耐辐照光纤一、双包层光纤（HCS）1.技术说明石英双包层光纤按光谱传输范围分为紫外石英双包层光纤（UVHCS）和红外石英双包层光纤（IRHCS）；数值孔径（NA）：0.22±0.02、0.27±0.02；芯皮比（CCDR）：1：1.04、1：1.05、1:1.1、1:1.2、1:1.4。
2．光纤光谱图如下：传输范围：UVHCS：190nm～1200nm；IRHCS：350nm～2500nm 透过率(波长632.8nm)：≧99.7％/m；长期使用温度（丙烯酸树脂涂层）：-40℃～80℃长期弯曲使用半径：300D（D为光纤包层外径）；短期弯曲使用半径：100D（D为光纤包层外径）；3.光纤结构图：1——光纤芯层（通光层）纯石英材料2——光纤皮层（光学包层）石英材料3——光纤涂覆层（保护层）树脂材料4.产品规格型号UVHCS系列规格芯径（μm）±2%包层外径（μm）±2%涂覆外径(μm)±5%UVHCS100/110100110180 UVHCS105/125105125240 UVHCS192/200192200245 UVHCS200/220200220280 UVHCS288/300288300500 UVHCS385/400385400550 UVHCS400/420400420600 UVHCS400/440400440600 UVHCS480/50048050700 UVHCS577/600577600900UVHCS600/630600630900 UVHCS800/8408008401200 UVHCS960/100096010001400 UVHCS1000/1100100011001400IRHCS系列规格芯径（μm）±2%包层外径（μm）±2%涂覆外径(μm)±5%IRHCS50/12550±2%125±2%245±5% IRHCS62.5/12562.5±2%125±2%245±5% IRHCS192/200192±2%200±2%245±5% IRHCS200/220200±2%220±2%280±5% IRHCS200/240200±2%240±2%400±5% IRHCS300/330300±2%330±2%500±5% IRHCS400/440400±2%440±2%600±5% IRHCS600/660600±2%660±2%900±5% IRHCS800/840800±2%840±2%1200±5% IRHCS800/880800±2%880±2%1300±5%5.订货须知：通光径在100～1000μm的特殊规格光纤可以根据要求定制。
双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ Ｇ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ Ｓ ＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５ ，Ｎｏ ． １ ０
Ｏｃ ｔ ．，２ ０１ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ２ ４ ９ ６ — ０ ５
率有 了极 大提 高口 ］ 。此后 ， 双包层 光纤 大范 围地应 用于 光纤 激光 器 中 ， 使 得 光纤 激 光器 的输 出功 率 不 断提 高 。
１ ９ ９ ９年 ， Ｖ．Ｄｏ ｍｉ ｎ ｉ ｃ 等人 用 ４只 ４ ５ ｗ 的半 导体 激光泵 浦源 泵浦双 包层 光纤 ， 实现 了 ｌ １ Ｏ ｗ 输出， 输 出波 长为 １ １ ２ ０ ｎ ｍ 。２ ０ ０ ３年 ， Ｙ．Ｊ ｅ ｏ ｎ ｇ等 人 采 用 半 导体 激 光 器 泵 浦 双 包 层 掺 Ｙ ｂ 抖光纤 ， 获得 了 ２ ７ ２ Ｗ 的 激 光 输 出ｌ ３ ］ 。２ ０ ０ ９年 ， Ｉ Ｐ Ｇ 公 司成 功研 制 了 ５ ｋ ｗ 单模 激光 器 ， 并 同时研 制 了 ５ ０ ｋ Ｗ 的多模 高 功率 光 纤 激光 器 。双 包层 光纤 激光 器 的工作原 理是 将泵 浦光泵 浦进 内包层 ， 在泵 浦光 传播 的过程 中不 断被纤 芯 中的稀 土离子 吸 收 ， 形成 粒子 数 翻转 ， 产 生激光 。双 包层 光纤 由纤芯 、 内包 层 和外包 层 构成 ， 具 有很 高 的 表 面积／ 体积 比， 散 热 效果 好 。双包 层光 纤可 用多模 泵浦 光有效 地 泵浦 单 模纤 芯 产 生 单模 光 输 出 ， 输 出光 的光 束质 量 得 到 了极 大提 高 。 但 由于 双包层 光纤 激光器 的输 出功 率不 断增大 ， 导致 了双包 层光 纤 中的非线性 效应 也逐 渐增加 ， 如 非线性 散射 （ 受 激布 里渊 散射 、 受激拉 曼散 射 ） ＿ ｌ ４ 。 。 ］ 、 自相 位 调 制 和 自聚焦 ［ ７ 等效 应 ， 严 重影 响 了光 纤 寿命 和输 出 光束 质 量， 限制 了光 纤激 光器输 出功 率 的进 一步 提升 。本文 针对 大功 率 光纤 激光 器普 遍存 在 的光纤 中能量 密 度 过 大
高功率光纤激光器用双包层光纤参数设计
第35卷，增刊V b l．35Suppl啪eTl t红外与激光工程I nf r ar ed a nd Las er E n gi n eer i ng2006年10月O ct．2006高功率光纤激光器用双包层光纤参数设计李尧，于继承，赵鸿，朱辰，周寿桓(固体激光技术国家级重点实验室，北京100015)摘要：非线性效应(sBs、sRS)、光纤侧表面散热能力及光纤端面破坏等因素的存在限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。
为实现单纤千瓦级近衍射极限激光输出，大模面积双包层光纤(LM A D C F)的特性参数，包括纤芯及内包层直径、数值孔径，吸收系数、光纤长度等的设计至关重要。
关键词：高功率光纤激光器；大模面积双包层光纤；参数设计中图分类号：T N253文献标识码：A文章编号：l007—2276(2006)增C一015905P a r a m e t e r s des i gn of doubl e cl ad f i ber f or hi gh pow e r f i ber l a ser sL I Y-a o，Y U J i-chen g，Z H A O H ong，ZH U C he n，Z H O U Sho u．hu an(Nal i o IIa l K e y Lab．ofs ol i d-s t a t e L豁cr Tcch∞lo卧Be0五Il g l O o ol5，chi舱)A bs t髓ct：111ere ar e l otS of l i m i t s i nc l udi ng opt i ca l nonl i l l ea r e虢ct s(SR S，SB S)，opt i cal and t l lem al d锄age f or t he pow e卜scal i ng of a si ngl e-f i b er l as er c onfi gur a t i on t o an out put pow e r of1kW．I n order t o r e al i z e1kW out put pow er w i t hdi衢a ct i on—l i m i t e d be帅qual i妣i t’s neces s a哆t o des i gn t he param et er s of a L M A D C F carem l l y，such雏i nner-c l addi ng di a m e t e r，c or e di am et er，N．A，and f i b er1en舀h．K ey w or ds：H i gl l pow er舶er I aser s；L ar ge m od e a r ea doub l e clad肺er；P盯锄et er s des i班0引言与传统固体激光器相比，光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、热管理简单、结构设计灵活等特点。
双包层光纤的工作原理
双包层光纤的工作原理
双包层光纤是一种特殊结构的光纤，它具有两层包层而不是传统的单层包层结构。
其工作原理涉及到光的传播和保护。
首先，让我们来看光纤的基本结构。
光纤通常由芯、包层和包覆层组成。
芯是光信号传输的主要部分，包层用于保护芯并且能够使光信号在光纤内部反射传播，而包覆层则是最外层的保护层，用于保护整个光纤。
双包层光纤的工作原理在于其特殊的包层结构。
与单包层光纤相比，双包层光纤具有两层包层，内包层和外包层。
内包层的折射率通常比外包层低，这样可以使光信号在光纤内部保持在芯的中心传播，减少光信号与外部环境的损失。
外包层则用于保护内包层，并且还可以提供额外的光学性能，比如抑制光纤的弯曲损耗和光纤的抗拉性能。
双包层光纤的工作原理还涉及到全息折射原理。
全息折射是指光信号在光纤内部的多种传播路径，这些路径可以减少光信号的衰减和色散。
在双包层光纤中，由于内包层和外包层的不同折射率，光信号可以在两层包层之间发生全息折射，从而减少光信号的损失
和色散。
总的来说，双包层光纤通过其特殊的包层结构，利用内包层和外包层的不同折射率和全息折射原理，实现了对光信号的有效传输和保护。
这种结构使得双包层光纤在光通信和光传感等领域具有更优越的性能和应用前景。
同模双包层光纤和异模双包层光纤
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在光纤通信技术中，双包层光纤作为一种新型的光纤结构，以其独特的优点和广泛的应用前景，受到了广泛关注。
双包层光纤按其光波导特性可分为同模双包层光纤和异模双包层光纤。
本文将对这两种光纤进行详细的介绍和分析。
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双包层光纤是由掺杂纤芯、内包层、外包层、保护层4部分组成, 纤芯作为激光的波导，掺杂了镱离子，由于内包层包绕在纤芯的外围，耦合入内包层的多模泵浦光在内包层反射时，进入纤芯区域，就被镱离子所吸收，产生粒子数反转，当增益足够强时，就将多模泵浦光高效地转换为单模激光。
双包层掺杂光纤与普通的单模光纤相比, 除了纤芯和内包层之间满足单模光纤条件外, 还有一层低折射率的外包层 ,使两个包层之间形成一个多模光波导层, 外包层的折射率小于内包层的折射率，内包层的折射率小于纤芯的折射率，其横向尺寸和数值孔径均远大于纤芯，这样就可以比较容易地将高功率的多模半导体激光泵浦入光纤，并被限制在内包层中传输，不扩散，有利于保持高功率密度光泵。
针对石英玻璃掺杂稀土离子浓度低的缺点,选择对稀土离子具有较高溶解度的磷酸盐玻璃作为增益介质，大大提高了Yb2O3掺杂浓度。
并通过熔融过程中通入纯氧和CCl4解决除水问题，提高Yb3+荧光寿命。
内包层采用与纤芯同基质的磷酸盐玻璃，确定纤芯数值孔径，通过调节组分严格控制内包层玻璃的折射率。
玻璃折射率与玻璃分子体积和玻璃内阳离子的极化率有关，极化率越大，折射率越大；分子体积越小，折射率越大。
阳离子极化率决定于离子半径及其外电子层结构，原子价相同的阳离子其半径越大，极化率越高,且氧离子与周围阳离子之间的键力越大，则氧离子的外电子被束缚得越牢固,其极化率也越小。
故当阳离子半径增加时不仅其本身极化率上升而且提高了氧离子极化率。
通过改变配方组分可以直接对磷酸盐玻璃的折射率产生影响。
外包层选用自制的磷酸盐玻璃，通过掺入氟化物降低外包层玻璃的折射率，
并掺入B
2O
3
稳定玻璃的网络结构，提高玻璃的热力学性能，以满足光纤拉制要求。
在此基础上采用管棒法拉制双包层磷酸盐光纤。
烧制大块磷酸盐玻璃的具体工艺制度：
大块磷酸盐玻璃采用精密退火制度，在退火温度保温120分钟后，每隔1200分钟温度下降100℃，当退火温度为500℃时，退火制度如下。
退火后得到的大块磷酸盐玻璃
在光纤制作过程中,首先要制出具有与光纤的折射率分布形状相同称为预制棒的原始材料,接着对预制棒的成丝端加热,使其软化,并从一端按一定的速度拉伸,才能制出具有所希望的外径的光纤。
通过管棒法拉制光纤，对光纤折射率分布形状的控制是在制造预制棒时进行的,拉制时只控制外径尺寸。
具体加工方式：
1、将纤芯玻璃加工至圆柱体，抛光外表面，用拉丝塔拉制成直径1.5mm至2.5mm
的纤芯棒。
2、根据纤芯尺寸，将大块磷酸盐包层玻璃利用自动机械车床加工至所需尺寸，
并根据设计的参数进行打孔，以备后续预制棒的套管镶嵌。
3、对内外包层预制棒的表面和内孔进行抛光。
抛光制度为600目粗砂抛30min，
1000目中砂抛30min，2000目细沙抛1h，最后用氧化铈抛光1h至表面光亮无划痕。
4、采用化学浸蚀的方法来改善磷酸盐玻璃表面平整性、去除玻璃表面杂质，提
高用管棒法制备光纤预制棒时纤芯和包层玻璃的表面质量，消除由于机械抛光工艺带来的表面缺陷和表面污染。
9mol/L的盐酸溶液对此磷酸盐玻璃具有最大浸蚀速率，浸蚀 30min后，可消除玻璃表面的划痕，盐酸溶液对玻璃的浸蚀反应使磷酸盐玻璃表面平整。
表面处理后的双包层预制棒烘干后用洁净保鲜膜包裹，置于常温箱中备用。
双包层光纤预制棒
双包层光纤的拉制
将纤芯、内包层、外包层进行套管镶嵌，光纤预制棒的开口端用黏土和水玻璃进行封口处理，端口朝上悬挂在高温拉丝塔上，将预制棒底部缓缓下降至加热炉，用金属贴片封闭预制棒和加热炉之间的空隙。
光纤预制棒下端悬挂重物，当加热至拉丝温度后，重物牵引软后的光纤下坠，达到拉丝的目的。
后去除重物，将光纤固定于卷丝轴，通过卷丝轴的参数调整控制光纤的直径。
按照拉丝塔的标准升温制度将温度上升至500℃后，根据预制棒的软化程度进行手动升温，最终于620℃左右进行拉丝操作。
所采用的高温拉丝塔的最高使用温度为900℃，升温制度如下：
拉丝过程中需要实时根据光纤的尺寸对拉丝塔的参数进行调整。
如光纤尺寸较粗，则需要适当降低预制棒的下放速度，并提高卷丝轴的速度以达到降低光纤直径的目的。
拉丝温度过高或过低都会对光纤拉制产生巨大影响。
若拉制温度过高，则拉丝炉内的预制棒加热部位软化严重，会直径影响光纤直径的控制，严重时可能会因为预制棒熔融脱落而导致拉丝失败；若温度过低，会导致预制棒成丝速率与卷丝机速率不匹配，导致光纤断裂或无法拉丝。
双包层磷酸盐光纤的拉制 双包层磷酸盐光纤。