雙包層光纖設(shè)計[互聯(lián)資料]

1、雙包層光纖是由摻雜纖芯、內(nèi)包層、外包層、保護層4部分組成, 纖芯作為激光的波導，摻雜了鐿離子，由于內(nèi)包層包繞在纖芯的外圍，耦合入內(nèi)包層的多模泵浦光在內(nèi)包層反射時，進入纖芯區(qū)域，就被鐿離子所吸收，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當增益足夠強時，就將多模泵浦光高效地轉(zhuǎn)換為單模激光。雙包層摻雜光纖與普通的單模光纖相比, 除了纖芯和內(nèi)包層之間滿足單模光纖條件外, 還有一層低折射率的外包層 ,使兩個包層之間形成一個多模光波導層, 外包層的折射率小于內(nèi)包層的折射率，內(nèi)包層的折射率小于纖芯的折射率，其橫向尺寸和數(shù)值孔徑均遠大于纖芯，這樣就可以比較容易地將高功率的多模半導體激光泵浦入光纖，并被限制在內(nèi)包層中傳輸，不擴散，有利

2、于保持高功率密度光泵。針對石英玻璃摻雜稀土離子濃度低的缺點,選擇對稀土離子具有較高溶解度的磷酸鹽玻璃作為增益介質(zhì)，大大提高了Yb2O3摻雜濃度。并通過熔融過程中通入純氧和CCl4解決除水問題，提高Yb3+熒光壽命。內(nèi)包層采用與纖芯同基質(zhì)的磷酸鹽玻璃，確定纖芯數(shù)值孔徑，通過調(diào)節(jié)組分嚴格控制內(nèi)包層玻璃的折射率。玻璃折射率與玻璃分子體積和玻璃內(nèi)陽離子的極化率有關(guān)，極化率越大，折射率越大；分子體積越小，折射率越大。陽離子極化率決定于離子半徑及其外電子層結(jié)構(gòu)，原子價相同的陽離子其半徑越大，極化率越高,且氧離子與周圍陽離子之間的鍵力越大，則氧離子的外電子被束縛得越牢固,其極化率也越小。故當陽離子半徑增加時

3、不僅其本身極化率上升而且提高了氧離子極化率。通過改變配方組分可以直接對磷酸鹽玻璃的折射率產(chǎn)生影響。外包層選用自制的磷酸鹽玻璃，通過摻入氟化物降低外包層玻璃的折射率，并摻入B2O3穩(wěn)定玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高玻璃的熱力學性能，以滿足光纖拉制要求。在此基礎(chǔ)上采用管棒法拉制雙包層磷酸鹽光纖。燒制大塊磷酸鹽玻璃的具體工藝制度：將配方所需的藥品用高精度電子天平稱量。將除P2O5外的所有藥品置于瑪瑙研缽中充分研磨30分鐘，后倒入P2O5 在白熾燈下研磨5分鐘，裝入石英坩堝中封口備用。待高溫爐升溫至進料溫度后，分兩次進料，第一批料無氣泡后進第二批料。待反應氣泡消失，通入高純氧氣和CCl4，高溫爐升溫至熔融溫度，

4、并熔制30分鐘。停止氣體的通入，降溫至出料溫度，出料倒入不銹鋼模具，送入箱式爐退火。 大塊磷酸鹽玻璃采用精密退火制度，在退火溫度保溫120分鐘后，每隔1200分鐘溫度下降100，當退火溫度為500時，退火制度如下。退火后得到的大塊磷酸鹽玻璃在光纖制作過程中,首先要制出具有與光纖的折射率分布形狀相同稱為預制棒的原始材料,接著對預制棒的成絲端加熱,使其軟化,并從一端按一定的速度拉伸,才能制出具有所希望的外徑的光纖。通過管棒法拉制光纖，對光纖折射率分布形狀的控制是在制造預制棒時進行的,拉制時只控制外徑尺寸。具體加工方式：1、 將纖芯玻璃加工至圓柱體，拋光外表面，用拉絲塔拉制成直徑1.5mm至2.5m

5、m的纖芯棒。2、 根據(jù)纖芯尺寸，將大塊磷酸鹽包層玻璃利用自動機械車床加工至所需尺寸，并根據(jù)設(shè)計的參數(shù)進行打孔，以備后續(xù)預制棒的套管鑲嵌。3、 對內(nèi)外包層預制棒的表面和內(nèi)孔進行拋光。拋光制度為600目粗砂拋30min，1000目中砂拋30min，2000目細沙拋1h，最后用氧化鈰拋光1h至表面光亮無劃痕。4、 采用化學浸蝕的方法來改善磷酸鹽玻璃表面平整性、去除玻璃表面雜質(zhì)，提高用管棒法制備光纖預制棒時纖芯和包層玻璃的表面質(zhì)量，消除由于機械拋光工藝帶來的表面缺陷和表面污染。9mol/L的鹽酸溶液對此磷酸鹽玻璃具有最大浸蝕速率，浸蝕 30min后，可消除玻璃表面的劃痕，鹽酸溶液對玻璃的浸蝕反應使磷酸

6、鹽玻璃表面平整。表面處理后的雙包層預制棒烘干后用潔凈保鮮膜包裹，置于常溫箱中備用。 雙包層光纖預制棒雙包層光纖的拉制將纖芯、內(nèi)包層、外包層進行套管鑲嵌，光纖預制棒的開口端用黏土和水玻璃進行封口處理，端口朝上懸掛在高溫拉絲塔上，將預制棒底部緩緩下降至加熱爐，用金屬貼片封閉預制棒和加熱爐之間的空隙。光纖預制棒下端懸掛重物，當加熱至拉絲溫度后，重物牽引軟后的光纖下墜，達到拉絲的目的。后去除重物，將光纖固定于卷絲軸，通過卷絲軸的參數(shù)調(diào)整控制光纖的直徑。按照拉絲塔的標準升溫制度將溫度上升至500后，根據(jù)預制棒的軟化程度進行手動升溫，最終于620左右進行拉絲操作。所采用的高溫拉絲塔的最高使用溫度為900，升溫制度如下：拉絲過程中需要實時根據(jù)光纖的尺寸對拉絲塔的參數(shù)進行調(diào)整。如光纖尺寸較粗，則需要適當降低預制棒的下放速度，并提高卷絲軸的速度以達到降低光纖直徑的目的。拉絲溫度過高或過低都會對光纖拉制產(chǎn)生巨大影響。若拉制溫度過高，則拉絲爐內(nèi)的預制棒加熱部位軟化嚴