双包层塑料放大器光纤 本发明涉及一种光电子材料和器件领域。
目前，塑料通信光纤已得到很好发展，有望用于局域网、有线电视和用户网等，替代铜线电缆。塑料光纤放大器可为塑料光纤网络的应用和功能扩展提供重要支持。日本庆应大学利用掺若丹明B的塑料光纤放大器，最大增益已达37dB；澳大利亚研制的塑料光纤放大器，也获得了23dB的增益。但研究中发现，在掺若丹明B的聚合物光纤中，532nm波长的脉冲泵浦功率大于800W时，在光纤的入口处出现染料的漂白[A.Tagaya，etal.，Appl.Opt.，34(6)988～992，1995]；在连续功率为4.3mw(进入光纤的功率为1.3mw)的514nm Ar激光照射下，约10小时后荧光下降一半[G.D.Peng，etal.，J.Lightwave Technol.，14(10)2215～2223，1996]。因此，避免掺染料塑料光纤的热退化(热感应漂白)是塑料光纤放大器实用化所必需解决的一个关键问题。
本发明的目的在于提供一种双包层结构塑料放大器光纤，这种双包层结构由于内包层直径可达1000μm，比文献报导的纤芯直径30μm、60μm和250μm要大得多，在相同地泵浦功率下，单位截面上泵浦光强度可分别下降为1/1111、1/278或1/16。这就非常有利于避免掺染料塑料光纤的热退化，或者可以进一步提高泵浦功率，获得更大的增益。
这种双包层塑料放大器光纤，包括光纤芯1、内包层2和外包层3组成，其特征在于：该光纤的光纤芯1的高折射率掺杂剂为亚磷酸三苯酯，其外表面涂覆一层内包层2和一层外包层3，内包层2的截面为圆形截面或非圆形对称截面，外包层3的截面为圆形；内包层2的截面比光纤芯1的截面大10～1000倍，光纤芯1的位置可以和内包层2偏心也可以非圆对称同心；其制造工艺是：a.将提纯的MMA单体、MMA重量的0.1～0.5％的链引发剂过氧化苯甲酰和MMA重量的0.2％的链转移剂正丁硫醇，搅拌，在90℃下加热约20分钟，冷却到室温即成为预聚物。将预聚好的物料放入圆形或非圆形对称截面的石英玻璃管内，两端密闭，选用满足光纤芯1的位置要求的套筒，然后将带套筒的玻璃管放入转速3000～5000转/分高速离心回转聚合装置的空心管内，进行聚合成型，聚合温度为80℃时，聚合时间为15小时，通过这一步完成了PMMA内包层2的制作；b.将MMA和10～100PPm的若丹明B、MMA重量的0.1～0.5％的链引发剂过氧化苯甲酰、MMA重量的0.2％的链转移剂正丁硫醇、MMA重量的1％的高极性试剂二甲亚砜和高折射率掺杂剂亚磷酸三苯酯的料液经预聚后装入PMMA内包层2管中，60℃脱气泡10分钟，封闭好包层管，然后放入聚合釜中聚合；聚合过程的控制参数是温度和时间，经70℃、2小时→90℃、12小时→120℃、24小时完成聚合；聚合反应从内包层2和芯料之间的界面开始(界面凝胶聚合)，折射率从芯区中间向圆周逐步降低，形成渐变折射率分布的预制棒；c.预制棒在170℃～200℃的温度和拉力下，以一定的拉伸速率将预制棒拉伸成光纤状，拉伸过程中，纤径由光电测控系统调控，把拉成光纤状的光纤芯1-内包层2结构通过折射率为1.38的有机硅树脂涂覆槽形成外包层3，经温度约70℃烘干通道固化，经绕丝盘收丝，得到渐变折射率塑料光纤放大器用的光纤。
为了提高对泵浦光的吸收效率，一般是使光纤芯1偏离正中心(即纤芯与内包层为非同心圆)，或使内包层2的形状有些变化(非圆对称)。
附图及实施例
图1光纤芯和内包层同心的双包层塑料光纤的结构示意图
图2光纤芯和内包层偏心的双包层塑料光纤的结构示意图
图3内包层截面为矩形的双包层塑料光纤的结构示意图
图4内包层截面为正方形的双包层塑料光纤的结构示意图
图5内包层截面为梅花形的双包层塑料光纤的结构示意图
附图2为本发明公开的一个实施例(见图2)，1为塑料光纤芯，2为内包层，3为外包层。在本实施例中，在MMA中加入一定量链引发剂过氧化苯甲酰(MMA重量的0.1～0.5％)和链转移剂正丁硫醇(MMA重量的0.2％)，搅拌，在90℃下加热约20分钟，冷却到室温即成为预聚物。将预聚好的物料放入φ18mm的石英玻璃管内，两端密闭，选用满足偏心度要求的套筒，然后将带套筒的玻璃管放入高速离心回转(转速3000～5000转/分)聚合装置的空心管内，进行聚合成型。聚合温度为80℃时，聚合时间为15小时左右；聚合温度为70℃时，聚合时间为20小时左右。通过这一步完成了PMMA内包层2的制作。再按光纤芯的要求，进行配料：除MMA外，加入10～100PPm的若丹明B、MMA重量的0.1～0.5％的链引发剂过氧化苯甲酰、MMA重量的0.2％的链转移剂正丁硫醇、适量(如MMA重量的1％)的高极性试剂(二甲亚砜)和高折射率掺杂剂(亚磷酸三苯酯)。加入二甲亚砜是为了提高若丹明B在MMA中的溶解度，加入亚磷酸三苯酯(折射率为1.588)是为了使纤芯区的折射率大于内包层。将上述配好的料液经预聚后装入PMMA内包层管中，60℃脱气泡10分钟，封闭好包层管，然后放入聚合釜中聚合。聚合过程的控制参数是温度和时间。经70℃、2小时→90℃、12小时→120℃、24小时完成聚合。聚合反应从内包层和芯料之间的界面开始(界面凝胶聚合)；折射率从芯区中间向圆周逐步降低，形成渐变折射率分布的预制棒。预制棒在170℃～200℃的温度和拉力下，以一定的拉伸速率将预制棒拉伸成光纤状。拉伸过程中，纤径由光电测控系统调控。把拉成光纤状的芯-内包层结构通过液体(有机硅树脂，折射率为1.38)涂覆槽，并经烘干通道(温度约70℃)固化。经绕丝盘收丝，得到渐变折射率塑料光纤放大器用的光纤。
按本发明，对掺入100PPm若丹明B、内包层直径为900μm、纤芯直径为250μm、偏心距为100μm的70cm长的偏心双包层塑料光纤，用Nd：YAG倍频激光器，在532波长以25mw的连续功率泵浦10小时后，没有荧光强度下降现象，说明这种结构可以很好的解决染料热退化问题