光纤、光纤组件及光纤放大器的制作方法

1.本技术涉及光纤的技术领域，尤其是涉及一种光纤、光纤组件及光纤放大器。


背景技术：

2.在光纤通信网络中，常用光纤放大器的增益光纤为稀土掺杂石英基质光纤，增益光纤通常包括掺杂稀土离子的芯层以及包裹芯层的包层。当信号光经过光纤放大器中的增益光纤时，增益光纤内的稀土离子可以释放能量对光纤中的信号光进行增强。然而，石英材料掺杂稀土离子的能力较弱，导致石英基质的增益光纤的光信号增益效果较差。
3.为了提高光信号的增益效果，可采用稀土掺杂能力更好的软玻璃(例如，硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、氟化物玻璃、磷酸盐玻璃等)作为增益光纤的芯层，采用石英玻璃作为包层，使得增益光纤的芯层能够实现稀土的高掺杂浓度，提升增益光纤的光放性能。不过，由于软玻璃材料与石英玻璃的软化温度差异较大，导致该结构的增益光纤在制造或者与其他光纤进行熔接时，由于芯层和包层的热熔温度以及膨胀系数差距较大，从而容易在芯层与包层相接的界面处产生强应力，进而出现微裂纹，影响了增益光纤的光学性能、可靠性和稳定性。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于解决现有技术中芯层为软玻璃层，包层为石英玻璃的光纤在制造或熔接过程中容易出现微裂纹，影响光纤的光学性能、可靠性和稳定性的问题。因此，本技术提供了一种光纤、光纤组件及光纤放大器，在光纤制造或熔接过程中加热或冷却时，减小了光纤中内部产生的应力，降低了光纤内部出现微裂纹的风险，保证了光纤的光学性能、可靠性和稳定性，并且提高了本技术光纤与其他石英基质光纤的熔接性能和接续可靠性。
5.本技术实施例提供了一种光纤，包括芯层和包裹芯层的包层。
6.光纤还包括过渡层，过渡层设置于芯层与包层之间，并与芯层和包层相接，且过渡层的折射率小于芯层的折射率，包层的熔融温度大于芯层的熔融温度，过渡层的熔融温度介于包层的熔融温度与芯层的熔融温度之间。
7.采用上述技术方案，使得过渡层与包层之间的熔融温度差值，以及过渡层与芯层之间的熔融温度差值远小于芯层与包层之间的熔融温度差值，从而保证光纤在加热或冷却时，相较于光纤的包层直接包裹芯层时，包层与芯层之间的应力，本技术光纤内的过渡层与包层之间以及过渡层与芯层之间的应力较小，可以降低光纤内部出现微裂纹的风险，保证光纤整体的可靠性和稳定性，提升光纤的光学性能、温度特性以及机械强度等关键特性。
8.在一些实施例中，包层的折射率小于过渡层的折射率。
9.采用上述技术方案，当信号光在光纤的芯层内进行传导时，信号光的少部分光场会分布于过渡层内。当光纤受到一定的弯曲时，由于包层的折射率小于过渡层的折射率，此时包层仍能对分布于过渡层内的少部分光场起到束缚作用，使得过渡层内的部分信号光仍能维持在传输状态，降低了信号光在弯曲的光纤中的传导损耗，提高了光纤对信号光的约
束传输能力。
10.在一些实施例中，过渡层中与包层相接的表面的横截面设置为圆形或非圆形结构。
11.采用上述技术方案，使从芯层溢出的信号光可以在过渡层中与包层相接的表面上形成无规律的反射，从而在过渡层中与包层相接的表面的反射作用下，使从芯层溢出的信号光不会产生围绕芯层外周缘螺旋传导的螺旋光，提高了过渡层中与包层相接的表面对该部分信号光的束缚和能量回收效果，使得信号光在光纤内的传输损耗降低，提高了光纤对信号光的传输能力。
12.在一些实施例中，过渡层中与包层相接的表面的横截面设置为正多边形、多边形或d型结构。
13.在一些实施例中，过渡层的折射率小于包层的折射率。
14.采用上述技术方案，使得过渡层的折射率同时小于包层和芯层的折射率，并形成光纤的折射率凹陷结构。一方面使得包层内的其他光线射向过渡层时，可以产生全反射，以避免包层内的其他光线进入芯层，对芯层内传输的信号光造成影响。另一方面，可以增加过渡层与芯层之间的折射率差值，保证信号光在芯层传导过程中，更容易形成全反射，从而提升光纤的可弯折性能。
15.在一些实施例中，过渡层包括依次包裹的多层结构层，且多层结构层中靠近芯层的结构层至靠近包层的结构层，熔融温度依次增加；
16.多层结构层中靠近芯层的结构层至靠近包层的结构层，热膨胀系数和/或折射率依次减小。
17.在一些实施例中，包层的热膨胀系数小于芯层的热膨胀系数，且过渡层的热膨胀系数介于包层的热膨胀系数与芯层的热膨胀系数之间。
18.采用上述技术方案，可以在光纤进行加热时，使得芯层受热膨胀的挤压力在过渡层的缓冲下传递至包层，光纤冷却时，过渡层同样可以产生相应的缓冲效果，从而避免光纤内部的出现应力集中的现象，降低光纤内微裂纹产生的风险，保证光纤整体的可靠性和稳定性，提升光纤的光学性能。
19.在一些实施例中，过渡层的最小外切圆直径小于或等于包层的外直径的1/2倍。
20.采用上述技术方案，可以保证光纤与其他光纤熔接时，包层具有足够的熔接面积，从而提升光纤与其他光纤熔接的可靠性和稳定性，并有效保证了光纤与其他光纤的熔接质量，以及续接后的光学性能。
21.在一些实施例中，包层设置为石英玻璃层，芯层设置为磷酸盐玻璃层，过渡层设置为硅酸盐玻璃层或者锗酸盐玻璃层。
22.在一些实施例中，光纤还包括从内至外依次包裹于包层外的内涂层和外涂层。
23.采用上述技术方案，内涂层和外涂层可以对光纤的包层、过渡层和芯层起到防护作用，使得光纤可以适用于环境恶劣的工作场所。例如，被挤压固定、低温、高温、潮湿等环境。
24.本技术实施例还提供了一种光纤组件，包括第一光纤和第二光纤，第一光纤采用如上述任一项实施例所述的光纤，第二光纤包括芯层以及包裹芯层的包层；第一光纤的第一端面与第二光纤的第一端面对接；且第一光纤的芯层与第二光纤的芯层对接，第一光纤
的过渡层和包层与第二光纤的包层对接。
25.采用上述技术方案，使得第一光纤在熔接过程中，第一光纤的内部不易出现微裂纹，可以保证第一光纤与第二光纤熔接后具有良好的光学性能。
26.本技术实施例还提供了一种光纤放大器，包括如上述任一项实施例所述的光纤，且光纤被配置为光纤放大器的增益光纤。
27.采用上述技术方案，可以保证增益光纤在加热或冷却时，相较于现有技术中增益光纤的包层直接包裹芯层时，芯层与包层之间产生的应力，本技术的增益光纤内的过渡层与包层之间以及过渡层与芯层之间的应力较小，可以降低增益光纤内部出现微裂纹的风险，保证增益光纤整体的可靠性和稳定性，提升增益光纤的光传输和光增益的效果。
28.在一些实施例中，光纤放大器还包括与增益光纤相接的输入光纤和输出光纤，其中，增益光纤具有第一端面和第二端面，增益光纤的第一端面与输入光纤相接，增益光纤的第二端面与输出光纤相接，输入光纤连接有泵浦源，泵浦源用于向输入光纤输入泵浦光。
附图说明
29.图1为本技术实施例的光纤放大器的原理结构示意图；
30.图2为本技术实施例的增益光纤的局部结构放大示意图；
31.图3为本技术实施例的一种实施方式的增益光纤的横截面的结构示意图；
32.图4a为本技术实施例的输入光纤和增益光纤组成的光纤组件的局部结构示意图；
33.图4b为本技术实施例的增益光纤和输出光纤组成的光纤组件的局部结构示意图；
34.图5为本技术实施例的增益光纤的各部分的折射率的坐标示意图；
35.图6为本技术实施例的另一种实施方式的增益光纤的各部分的折射率的坐标示意图；
36.图7为本技术实施例的另一种实施方式的增益光纤的横截面的结构示意图；
37.图8为本技术实施例的又一种实施方式的增益光纤的横截面的结构示意图；
38.图9为本技术实施例的再一种实施方式的增益光纤的横截面的结构示意图；
39.图10为本技术实施例的增益光纤的过渡层包括多层结构层的横截面的结构示意图；
40.图11为本技术实施例的光纤包括内涂层和外涂层的横截面的结构示意图；
41.图12为本技术实施例的光纤包括内涂层和外涂层的局部结构示意图。
42.附图标记说明：
43.1、光纤放大器；
44.10、增益光纤；101、第一端面；102、第二端面；
45.11、芯层；12、过渡层；13、包层；14、内涂层；15、外涂层；
46.121、结构层；
47.20、输入光纤；
48.21、芯层；22、包层；
49.30、输出光纤；
50.31、芯层；32、包层；
51.40、泵浦源；
52.50、第一光隔离器；60、第二光隔离器；
53.2、光纤组件。
具体实施方式
54.以下由特定的具体实施例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本技术的其他优点及功效。虽然本技术的描述将结合一些实施例一起介绍，但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本技术的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本技术的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本技术也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本技术的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
55.应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
56.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
57.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
58.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。
59.请参见图1，图1为本技术实施例的光纤放大器的原理结构示意图。
60.如图1所示，本技术实施例提供了一种光纤放大器1，其包括输入光纤20、增益光纤10以及输出光纤30。其中，增益光纤10具有第一端面101和第二端面102，增益光纤10的第一端面101与输入光纤20相接，增益光纤10的第二端面102与输出光纤30相接。并且，信号光依次通过输入光纤20、增益光纤10以及输出光纤30。
61.在一个实施方式中，输入光纤20还连接有泵浦源40，泵浦源40通过输入光纤20向增益光纤10内输入高能量的泵浦光，并且增益光纤10内掺杂有铒离子er3+，使得增益光纤10内掺杂的铒离子在泵浦光的激发下发生粒子数反转，从而可以对传导至增益光纤10内的信号光进行放大。在其他可替代的实施方式中，增益光纤10内也可以掺杂其他稀土离子，例如，镱离子yb3+、铥离子tm3+、钬离子ho3+、钕离子nd3+、镨离子pr3+、铕离子eu3+等。
62.在一个实施方式中，光纤放大器1在使用时，先由泵浦源40通过输入光纤20向增益光纤10内输入泵浦光，并且激发增益光纤10内的铒离子，使得增益光纤10内的铒离子发生粒子数反转。此时，信号光从输入光纤20传输至增益光纤10后，可以在增益光纤10内获得增
益，并且增益后的信号光从增益光纤10传导至输出光纤30内进行输出，使得光纤放大器1实现对信号光的增益效果。
63.其中，光纤放大器1中的增益光纤10对信号光实现增益的原理如下：
64.增益光纤10中掺杂的铒离子根据能级从大到小可以分为激发态、亚稳态和基态，其中基态的能级最低，稳定性最好。当铒离子吸收泵浦光(例如，波长为980nm或1480nm)的能量后，铒离子会从基态跃迁到高能级的激发态。然而，由于激发态的粒子极度不稳定，会急速地跃迁到较稳定的亚稳态，并释放少量能量。因此，在铒离子吸收充足泵浦光能量时，就会发生粒子数反转，即处于亚稳态的粒子数量比处于基态的粒子数量多。
65.此时，当信号光通过增益光纤10时，增益光纤10中铒离子处于亚稳态的粒子会发生受激辐射效应，即处于亚稳态(高能级)的粒子受到信号光的感应而跃迁到基态(低能级)，并发生光的辐射，且辐射出的光子与信号光同波长、同方向、同相位、同频率和同偏振面。进一步的，在持续输入泵浦光的情况下，受激辐射所产生的光子可以继续诱发受激辐射，使光子流增强，从而使得信号光被放大。因此，本领域技术人员可以理解的是，当增益光纤10内掺杂的稀土离子浓度越高时，增益光纤10内进行光辐射的粒子数量越多，从而对信号光的增益效果越好。
66.在一个实施方式中，输入光纤20上可以设置第一光隔离器50，输出光纤30上可以设置第二光隔离器60。其中，第一光隔离器50和第二光隔离器60用于抑制光路中的反射，降低光路中的噪点，使得光纤放大器1的增益效果更加稳定可靠。在其他可替代的实施方式中，光纤放大器1也可以不设置第一光隔离器50和/或第二光隔离器60。
67.请参阅图2和图3，图2为本技术实施例的增益光纤的局部结构放大示意图，图3为本技术实施例的一种实施方式的增益光纤的横截面的结构示意图。
68.如图2和图3所示，结合图1予以理解，增益光纤10包括芯层11、包裹芯层11的包层13，以及设置于芯层11和包层13之间的过渡层12，过渡层12与芯层11和包层13相接，且包层13的熔融温度大于芯层11的熔融温度，过渡层12的熔融温度介于包层13的熔融温度与芯层11的熔融温度之间。
69.当增益光纤10在制造或熔接过程中进行加热或冷却时，由于过渡层12的熔融温度介于包层13的熔融温度与芯层11的熔融温度之间，使得过渡层12与包层13之间的熔融温度差值，以及过渡层12与芯层11之间的熔融温度差值远小于芯层11与包层13之间的熔融温度差值，从而相较于包层13直接包裹芯层11时，包层13与芯层11之间的应力，此时增益光纤10的过渡层12与包层13之间以及过渡层12与芯层11之间的应力较小，可以降低增益光纤10内部出现微裂纹的风险，保证增益光纤10整体的可靠性和稳定性，提升增益光纤10的光传输和光增益的效果。或可以理解为，在保证本技术的增益光纤10(即在芯层11与包层13之间设置有过渡层12的结构)中包层与芯层之间的熔融温度差值同现有的增益光纤(即包层直接包裹芯层的结构)中包层与芯层之间的熔融温度差值一致的情况下，相较于现有的增益光纤在加热或冷却时包层与芯层之间产生的应力，本技术的增益光纤10在加热或冷却时过渡层12与包层13之间以及过渡层12与芯层11之间的应力均较小。
70.在一个实施方式中，包层13的热膨胀系数小于芯层11的热膨胀系数，过渡层12的热膨胀系数介于包层13的热膨胀系数与芯层11的热膨胀系数之间。当增益光纤10在制造或熔接过程中进行加热或冷却时，由于包层13的热膨胀系数较小可以减少包层13受热的膨胀
程度，从而将过渡层12和芯层11稳定的束缚在包层13内。并且过渡层12的热膨胀系数介于包层13的热膨胀系数与芯层11的热膨胀系数之间，可以使得芯层11受热膨胀的挤压力在过渡层12的缓冲下传递至包层13，增益光纤10冷却时，过渡层12同样可以产生相应的缓冲效果，从而避免增益光纤10内部的出现应力集中的现象，降低微裂纹产生的风险，保证增益光纤10整体的可靠性和稳定性，提升增益光纤10的光传输和光增益的效果。在其他可替代的实施方式中，芯层11、过渡层12和包层13的热膨胀系数不限，例如，芯层11、过渡层12和包层13也可以设置呈相同的热膨胀系数，或者过渡层12的热膨胀系数同时小于芯层11和包层13的热膨胀系数。
71.在一个实施方式中，包层13可以设置为石英玻璃层，芯层11可以设置为软玻璃层。其中，包层13设置为石英玻璃层，使得包层13具有较高的熔融温度大约为1600℃～1800℃，且石英玻璃层的热膨胀系数很小，从而使包层13具有良好的耐热性，且受热膨胀或冷却收缩的程度低，从而保证了包层13具有良好的可靠性和稳定性。同时，设置为石英玻璃层的包层13还具有极好的机械性能，使得包层13可以对被包裹的过渡层12和芯层11起到一定的机械保护作用，降低过渡层12和芯层11受到外部冲击时损坏的风险，例如，冲击、挤压等。
72.进一步的，芯层11设置为软玻璃层，使得芯层11可以采用特种玻璃改变信号光在芯层11内传播的光学性能，或者提升增益光纤10的芯层11对信号光的增益效果。其中，软玻璃层可以设置为磷酸盐玻璃层、硅酸盐玻璃层、碲酸盐玻璃层或氟化物玻璃层等。增加了增益光纤10的使用灵活性。
73.在一个实施方式中，芯层11可以设置为磷酸盐玻璃层，使得芯层11具有良好的稀土离子的掺杂能力，且稀土离子在磷酸盐玻璃中的光谱性能好，相较于石英玻璃层可以掺杂更多有效的稀土离子，从而提升增益光纤10对信号光的增益效果。然而，设置为磷酸盐玻璃层的芯层11的熔融温度较低约为500℃～600℃，导致芯层11的熔融温度与包层13的熔融温度之间的差值较大。
74.进一步的，当芯层11可以设置为磷酸盐玻璃层时，过渡层12可以设置为硅酸盐玻璃层或者锗酸盐玻璃层，可以使得过渡层12的熔融温度和热膨胀系数同时介于包层13和芯层11之间，其中，过渡层12的熔融温度约为800℃～1200℃。从而最大限度的降低光纤内应力的集中，降低增益光纤10内微裂纹产生的风险，保证增益光纤10整体的可靠性和稳定性，提升增益光纤10的光传输和光增益的效果。
75.本领域技术人员可以理解的是，在增益光纤10的包层13和芯层11之间设置有采用硅酸盐玻璃层或者锗酸盐玻璃层的过渡层12时，可以使得包层13与过渡层12之间的熔融温度的差值，以及芯层11与过渡层12之间的熔融温度的差值较小，从而在增益光纤10在制造或熔接过程中需要加热或冷却时，可以避免增益光纤10内部出现应力集中，降低增益光纤10内部出现微裂纹的风险，保证增益光纤10整体的可靠性和稳定性，提升增益光纤10的光传输和光增益的效果。
76.请参阅图4a和图4b，图4a和图4b为本技术实施例的光纤组件的局部结构示意图。在一个实施方式中，如图4a所示，并结合图1至图3予以理解，输入光纤20包括芯层21和包裹芯层21的包层22，输入光纤20的第一端面与增益光纤10的第一端面101对接，使得输入光纤20的芯层21与增益光纤10的芯层11对接，输入光纤20的包层22与增益光纤10的过渡层12和包层13对接。此时，输入光纤20与增益光纤10构成光纤组件2，且增益光纤10为第一光纤、输
入光纤20为第二光纤。
77.在一个实施方式中，如图4b所示，并结合图1至图3予以理解，输出光纤30包括芯层31和包裹芯层31的包层32，且输出光纤30的第一端面与增益光纤10的第二端面102对接，使得输出光纤30的芯层31与增益光纤10的芯层11对接，输出光纤30的包层32与增益光纤10的过渡层12和包层13对接。此时，输出光纤30与增益光纤10同样可以构成光纤组件2，且增益光纤10为第一光纤、输出光纤30为第二光纤。
78.本领域技术人员可以理解的是，依次相接的输入光纤20、增益光纤10和输出光纤30也可以构成本技术实施例的光纤组件2，此时，增益光纤10为第一光纤，输入光纤20和输出光纤30均为第二光纤。
79.在一个实施方式中，输入光纤20与增益光纤10之间，以及输出光纤30与增益光纤10之间均采用熔接的方式进行对接。且输入光纤20的包层22和芯层21，以及输出光纤30的包层32和芯层31均设置为石英玻璃层具有较高的熔融温度。
80.以下以输出光纤30与增益光纤10之间的对接方式为例进行详细说明：
81.在输出光纤30与增益光纤10进行熔接时，先将输出光纤30的第一端面和增益光纤10的第二端面102对齐，使得输出光纤30的芯层31与增益光纤10的芯层11相对，输出光纤30的包层32与增益光纤10的过渡层12和包层13相对。此时，可以采用电弧加热的方式快速将输出光纤30的第一端面和增益光纤10的第二端面102加热至石英玻璃层的熔融温度，使得输出光纤30的芯层31和包层32软化，同时增益光纤10中的包层13和过渡层12同样软化与输出光纤30的包层13熔融对接，并且增益光纤10中的芯层11快速软化与输出光纤30的芯层31熔融对接。
82.并且，由于增益光纤10的包层13与输出光纤30的包层32的熔融温度相近，熔融对接的过程中稳定性好，熔接后的机械性能和光学性能优异，同时可以在增益光纤10的过渡层12和芯层11与输出光纤30的包层32和芯层31的熔融温度差异较大时，保证增益光纤10的过渡层12和芯层11与输出光纤30的包层32和芯层31之间的熔融对接性能。具体原理说明如下：
83.由于增益光纤10的过渡层12和芯层11与输出光纤30的包层32和芯层31的熔融温度差异较大，当输出光纤30的包层32和芯层31处于熔融温度时，增益光纤10的过渡层12和芯层11的温度远大于自身的熔融温度，软化程度较高，此时增益光纤10的包层13的软化程度较低，仍然可以保持稳定的机械性能，从而可以对增益光纤10的过渡层12和芯层11起到包裹束缚作用，避免增益光纤10的过渡层12和芯层11过度软化影响增益光纤10的过渡层12和芯层11与输出光纤30的包层32和芯层31之间的熔融对接质量。从而保证增益光纤10的第二端面102与输出光纤30的第一端面之间的熔融对接质量。
84.在一个实施方式中，增益光纤10的过渡层12的最小外切圆(如图7至图9中虚线圆所示)直径小于或等于包层13的外直径的1/2倍，从而使得增益光纤10与输出光纤30对接，以及增益光纤10与输入光纤20对接时，可以保证增益光纤10的包层13具有足够的熔融对接面积，保证增益光纤10第二端面102的包层13与输出光纤30的包层32，以及增益光纤10第一端面101的包层13与输入光纤20的包层22之间的熔接效果，从而保证增益光纤10与输出光纤30对接后，以及增益光纤10与输入光纤20对接后的稳定性和可靠性，以及续接后的光学性能。
85.本领域技术人员可以理解的是，信号光能够在光纤中稳定地传输是基于光的全反射原理，即当光从折射率高的介质(或可以理解为光密介质)射向折射率低的介质(或可以理解为光疏介质)时，当光的入射角超过临界角时，光在折射率低的介质中的折射光会完全消失，只剩下反射光，此时光线发生全反射。并且，当光密介质与光疏介质之间的折射率差值增大时，临界角减小，光线发生全反射的角度范围增大，使光线更容易发生全反射。
86.请参阅图5和图6，图5为本技术实施例的增益光纤的各部分的折射率的坐标示意图，图6为本技术实施例的另一种实施方式的增益光纤的各部分的折射率的坐标示意图。
87.如图5和图6所示，并结合图2和图3予以理解，增益光纤10中包裹芯层11的过渡层12的折射率n2小于芯层11的折射率n1，使得信号光可以从特定的角度射入芯层11内，并从芯层11射向过渡层12时可以发生全反射，从而使得信号光在芯层11内不断地全反射，从增益光纤10的一端传导至另一端。
88.如图5所示，在一个实施方式中，包层13的折射率n3小于过渡层12的折射率n2。当信号光在芯层11内进行传导时，信号光的少部分光线有可能会从芯层11内溢出至过渡层12内，导致信号光在芯层11内传播的能量损耗增大。此时，由于包层13的折射率n3小于过渡层12的折射率n2，当溢出至过渡层12内的部分信号光从过渡层12射向包层13时，该部分信号光会在包层13与过渡层12相接的表面发生全反射或者部分反射，使得该部分信号光反射后能重新回到芯层11内，降低了信号光在芯层11能传导时的损耗，提高了增益光纤10的传输能力。
89.如图6所示，在其他可替代的实施方式中，增益光纤10的过渡层12的折射率n2小于包层13的折射率n3，使得过渡层12的折射率n2同时小于包层13的折射率n3和芯层11的折射率n1，并形成增益光纤10的折射率凹陷结构。一方面使得包层13内的其他光线射向过渡层12时，可以产生全反射，以避免包层13内的其他光线进入芯层11，对芯层11内传输的信号光造成影响。另一方面，可以增加过渡层12与芯层11之间的折射率差值，保证信号光在芯层11传导过程中，更容易形成全反射，从而提升增益光纤10的可弯折性能。
90.如图3所示，在一个实施方式中，过渡层12中与包层13相接的表面的横截面设置为圆形，此时，当增益光纤10的芯层11内部分信号光从芯层11内溢出至过渡层12时，由于过渡层12中与包层13相接的表面的横截面设置为圆形，过渡层12中与包层13相接的表面容易对该部分信号光形成均匀的反射束缚，从而使该部分信号光形成围绕芯层11的外周圆传导的螺旋光。导致形成螺旋光的信号光难以回到芯层11内，影响了过渡层12中与包层13相接的表面对该部分信号光的束缚和能量回收效果。
91.请参阅图7至图9，图7至图9为本技术实施例的其他实施方式中的增益光纤的横截面的结构示意图。如图7至图9所示，并结合图1予以理解，在其他可替代的实施方式中，过渡层12中与包层13相接的表面的横截面可以设置为非圆形结构。例如，过渡层12中与包层13相接的表面的横截面可以设置为正多边形、多边形或d型结构。从而使从芯层11溢出的信号光可以在过渡层12中与包层13相接的表面上形成无规律的反射，从而在过渡层12中与包层13相接的表面的反射作用下，使从芯层11溢出的信号光不会产生螺旋光，提高了过渡层12中与包层13相接的表面对该部分信号光的束缚和能量回收效果，使得信号光在增益光纤10内的传输损耗降低，提高增益光纤10的传输能力。
92.本领域技术人员可以理解的是，过渡层12设置的层数不限，例如，可以设置为一
层，也可以设置成多层。如图3所示，在一个实施方式中，过渡层12设置成一层。
93.请参阅图10，图10为本技术实施例的增益光纤的过渡层包括多层结构层的横截面的结构示意图。如图10所示，并结合图1予以理解，在一个实施方式中，过渡层12也可以包括依次包裹的多层结构层121，多层结构层121中靠近芯层11的结构层121至靠近包层13的结构层121，熔融温度依次增加。且多层结构层121中靠近芯层11的结构层121至靠近包层13的结构层121，热膨胀系数依次减小。使得在增益光纤10在制造或熔接过程中需要加热或进行冷却时，增益光纤10的过渡层12中各层结构层121之间的应力，以及过渡层12与芯层11、过渡层12与包层13之间的应力进一步减小，最大限度的减小增益光纤10内部出现的应力，降低增益光纤10内部出现微裂纹的风险，保证增益光纤10整体的可靠性和稳定性，提升增益光纤10的光传输和光增益的效果。
94.进一步的，过渡层12的多层结构层121中靠近芯层11的结构层121至靠近包层13的结构层121，折射率依次减小，从而增强过渡层12对从芯层11溢出的信号光的束缚作用和束缚效果，使得信号光在增益光纤10内的传输损耗降低，提高光纤的传输能力。
95.请参阅图11和图12，图11为本技术实施例的光纤包括内涂层和外涂层的横截面的结构示意图，图12为本技术实施例的光纤包括内涂层和外涂层的局部结构示意图。
96.如图11和图12所示，并结合图1予以理解，增益光纤10还包括从内至外依次包裹于包层13外的内涂层14和外涂层15。其中，内涂层14的弹性模量低(弹性模量可以为几百帕)，具有良好的缓冲吸能的作用，可以保护增益光纤10表面免受机械损伤，外涂层15的弹性模量高(弹性模量可以为几万帕)，有利于保证增益光纤10的耐磨性以及抗天候性。
97.本领域技术人员可以理解的是，本技术实施方式中的增益光纤10所采用的结构也可以用作普通传输光纤例如用作输入光纤20或输出光纤30等其他传导光线的光纤。当增益光纤10用作普通的光纤时，增益光纤10的芯层11内可以无需掺杂稀土离子。
98.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变形而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变形属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变形在内。

技术特征：
1.一种光纤，包括芯层和包裹所述芯层的包层，其特征在于：所述光纤还包括过渡层，所述过渡层设置于所述芯层与所述包层之间，并与所述芯层和所述包层相接，且所述过渡层的折射率小于所述芯层的折射率；所述包层的熔融温度大于所述芯层的熔融温度，所述过渡层的熔融温度介于所述包层的熔融温度与所述芯层的熔融温度之间。2.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述包层的折射率小于所述过渡层的折射率。3.如权利要求2所述的光纤，其特征在于，所述过渡层中与所述包层相接的表面的横截面设置为圆形或非圆形结构。4.如权利要求3所述的光纤，其特征在于，所述过渡层中与所述包层相接的表面的横截面设置为正多边形、多边形或d型结构。5.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述过渡层的折射率小于所述包层的折射率。6.如权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述过渡层包括依次包裹的多层结构层，且所述多层结构层中靠近所述芯层的结构层至靠近所述包层的结构层，熔融温度依次增加；所述多层结构层中靠近所述芯层的结构层至靠近所述包层的结构层，热膨胀系数和/或折射率依次减小。7.如权利要求1～6任一项所述的光纤，其特征在于，所述包层的热膨胀系数小于所述芯层的热膨胀系数，且所述过渡层的热膨胀系数介于所述包层的热膨胀系数与所述芯层的热膨胀系数之间。8.如权利要求1～6任一项所述的光纤，其特征在于，所述过渡层的最小外切圆直径小于或等于所述包层的外直径的1/2倍。9.如权利要求1～6任一项所述的光纤，其特征在于，所述包层设置为石英玻璃层，所述芯层设置为磷酸盐玻璃层，所述过渡层设置为硅酸盐玻璃层或者锗酸盐玻璃层。10.如权利要求1～6任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤还包括从内至外依次包裹于所述包层外的内涂层和外涂层。11.一种光纤组件，其特征在于，包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤采用如权利要求1～10任一项所述的光纤，所述第二光纤包括芯层以及包裹所述芯层的包层；所述第一光纤的第一端面与所述第二光纤的第一端面对接；且所述第一光纤的芯层与所述第二光纤的芯层对接，所述第一光纤的过渡层和包层与所述第二光纤的包层对接。12.一种光纤放大器，其特征在于，包括如权利要求1～10任一项所述的光纤，且所述光纤被配置为所述光纤放大器的增益光纤。13.如权利要求12所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器还包括与所述增益光纤相接的输入光纤和输出光纤，其中，所述增益光纤具有第一端面和第二端面，所述增益光纤的所述第一端面与所述输入光纤相接，所述增益光纤的所述第二端面与所述输出光纤相接；所述输入光纤连接有泵浦源，所述泵浦源用于向所述输入光纤输入泵浦光。

技术总结
本申请提供了一种光纤、光纤组件及光纤放大器，其中，光纤包括芯层和包裹芯层的包层，以及设置于芯层与包层之间的过渡层，且过渡层的折射率小于芯层的折射率；包层的熔融温度大于芯层的熔融温度，过渡层的熔融温度介于包层的熔融温度与芯层的熔融温度之间。使得过渡层与包层之间的熔融温度差值，以及过渡层与芯层之间的熔融温度差值远小于芯层与包层之间的熔融温度差值，从而保证光纤在加热或冷却时，相较于包层直接包裹芯层时芯层与包层之间的应力，本申请光纤内的过渡层与包层之间以及过渡层与芯层之间的应力较小，可以降低光纤内部出现微裂纹的风险，保证光纤整体的可靠性和稳定性，提升光纤的光学性能、温度特性以及机械强度等关键特性。度等关键特性。度等关键特性。


技术研发人员：童朝阳 严洒洒 贾兆年
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/9/13