CN110247291A - 一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，所述PbS环形芯光纤包括光纤空气芯(1)、PbS掺杂环(2)和包层(3)，所述PbS掺杂环(2)的主要成分为PbS和石英，该PbS环形芯光纤在改进的化学气相沉积工艺中增加PbS粉末高温汽化沉积工艺进行制备，并改变PbS粉末汽化时机来制备环状PbS掺杂石英光纤，获得所述放大OAM光束的PbS环形芯光纤。本发明设计了放大OAM光束的PbS量子点环芯石英光纤，该光纤具有高折射率差、模式容量多、带宽大、低损耗和高增益等优点，将该PbS量子点石英光纤应用于光纤放大器中，可以极大地提高光纤放大器的增益。

Description

一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤及其制备方法
技术领域
本发明属于光纤技术领域，尤其涉及一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤及其制备方法。
背景技术
随着互联网、云计算、大数据等业务的飞速发展，通信行业对传输数据的流量和带宽需求迅猛增长。传统的单模光纤传输***容量日趋饱和，无法满足未来光通信的容量需求。面对单模光纤容量危机的挑战，探究新的光纤通信技术势在必行。研究者开始着眼于空分复用技术(SDM)，利用空间自由度来提高通信***的容量。空分复用技术包括芯分复用技术和模分复用技术。芯分复用技术是利用多芯光纤的每个纤芯作为一个独立的信道。与芯分复用技术相比，模分复用技术在制备工艺上更简单。模分复用技术是将不同信道的信号加载到每个模式上，利用模式的正交性来传输信号，可以极大地提高光通信容量。
尽管对信号复用技术的研究扩大了光纤***的信道容量和频谱利用率，但信号在传输过程中会发生衰减，信号光功率不可避免地会降低。所以，在传输过程中需要对信号进行放大。掺铒光纤放大器(EDFA)作为全光中继中最具代表性的稀土掺杂放大器，工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致，具有高增益、高输出功率、低噪声、与偏振无关等优点，在长距离光通信***中发挥着重要的作用。目前，掺杂稀土元素的文献有一些，例如：文献《铒镱共掺光纤放大器增益特性研究》(罗瑞芳，天津科技，2018-10-25)，利用Matlab软件和龙格 -库塔算法模拟铒镱共掺光纤放大器的增益特性随入纤泵浦功率、注入信号光功率、光纤长度以及光纤内稀土离子掺杂浓度等参数的变化；研究发现，铒镱共掺光纤放大器的信号光增益随入射泵浦光功率的增大而增大，随注入信号光功率的增大而减小；放大器内光纤长度存在一个最佳值；分别注入小信号和大信号时，铒离子浓度与镱离子浓度的最佳掺杂比例分别约为1∶4和1∶8，这些对于铒镱共掺光纤放大器的优化设计具有指导意义。文献《一种双通道结构的S波段掺铒光纤放大器》(余灵等，电脑编程技巧与维护，2018-05-18)，设计并构造了一种基于双环行器结构的S波段掺铒光纤放大器光源，利用掺铒光纤的弯曲损耗特性抑制了C波段的放大自发辐射，产生了S波段光输出。实验结果表明，设计双通放大器相对于传统的单程结构光输出的增益和带宽有了明显的优化。但是，在掺铒光纤放大器(EDFA)中，受铒离子的限制，掺铒光纤放大器(EDFA)放大带宽只有35nm，只占全波光纤提供的低损耗窗口的很小一部分 (M.N.Islam.Ramanamplifiersfortelecommunications[J].IEEEJ.ofSelectedTopicsinQ uantumElectronics，2002，8(3):548-559)。因此，有限的增益带宽使得EDFA不能满足新一代大容量密集波分复用(DWDM)***容量。
与稀土元素相比，量子点具有较大的增益窗口，尺寸小，散射低，合成技术成熟，成本低，可以选择增益波段，所以研究者开始将目标聚焦于量子点光纤放大器的研究。根据尺寸效应，可以通过干预量子点的生长环境，使其具有不同的尺寸，从而满足不同的信号带宽。其中，PbS量子点具有直接带隙结构、较大的激子玻尔半径(18nm左右)、较小的体材料能带带隙(约0.41eV)和较大的荧光谱带宽(超过100nm)等优点，例如：文献《熔锥光纤渐逝波光场吸附半导体量子点技术研究》(商娅娜、石庆鹏、庞拂飞等，中国激光，2015-02-10)在实验上通过光学吸附方法制备了PbS量子点单模光纤放大器，公开了：基于渐逝波光场对微纳粒子具有光吸附力的效应，提出了利用熔融拉锥光纤吸附沉积半导体量子点的实验研究。以波长为980nm的激光作为光源，在熔融拉锥光纤表面成功吸附沉积了高密度硫化铅(PbS)量子点薄膜。通过光抽运，在吸附沉积PbS量子点的熔锥光纤中观测到PbS量子点光致发光光谱，并实现了在1550nm波段的光放大，增益达6.8dB。为了实现全光放大传输，满足光纤通信发展的需求，需要研究新的掺杂光纤放大器。例如：专利申请CN201510941634.1，一种纳米半导体PbS掺杂石英放大光纤及其制备方法，属光纤技术领域；它由纤芯和包层组成，PbS位于纤芯结构中；本发明采用改良化学气相沉积技术(MCVD)依次沉积内包层与纤芯二氧化硅疏松层颗粒至半透明玻璃状态；然后，利用原子层沉积技术(ALD)在半透明玻璃表面上交替沉积PbS与SiO2或GeO2半导体材料；其次，采用MCVD沉积掺杂GeO2的高折射纤芯层，高温缩棒获得PbS掺杂光纤预制棒；最后，经拉丝塔拉制成光纤；本发明中放大光纤具有分散性高、掺杂浓度可控、损耗低、放大效率高等优点，本发明结构简单合理、价位低廉、易于产业化生产，可用于构建光纤激光器与放大器及光纤传感与高非线性效应特性等。专利申请CN201510941655.3，公开了一种基于原子层沉积技术(ALD)的具有超宽带、高增益特性的Bi/Er或Bi/Er/Al共掺石英光纤及其制备方法，属光纤技术领域；它由纤芯，内包层和包层组成，其特征在于所述纤芯由GeO2材料构成，内包层由Bi/Er或Bi/Er/Al共掺材料构成，包层由纯石英构成，该专利描述了两种光纤结构，一种光纤结构：纤芯直径Φ＝5～20μm，内包层直径Φ＝8～50μm，包层直径Φ＝40～400μm；另一种光纤结构：纤芯直径Φ＝5～80μm，包层直径Φ＝60～400μm；利用ALD技术交替沉积不同掺杂离子，沉积浓度为 0.01-10mol％；光纤结构简单、合理，具有均匀分布与掺杂浓度可控等优点。
对于模分复用传输技术，OAM传输技术的提出为扩展信道容量提供了新的可能性。基于光子轨道角动量的通信方案最早是在2004年由英国格拉斯哥大学提出，这个技术开发了新的维度，能够使通信***容量出现大幅度增长，具有很大的应用前景。不同拓扑荷的OAM光束之间是相互正交的，并且拓扑荷数L可以取任意数的这个性质是OAM传输技术可以用于信息传输并且大幅度增大现有信道容量的原因。但是，现有技术公开的PbS掺杂光纤都不可以传输和放大OAM 光束。本发明主要是将PbS掺杂光纤和OAM的传输放大结合起来。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤及其制备方法。
为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：
一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，所述PbS环形芯光纤包括光纤空气芯、PbS掺杂环和包层，所述PbS掺杂环的主要成分为PbS和石英，该PbS环形芯光纤在改进的化学气相沉积工艺中增加PbS粉末高温汽化沉积工艺进行制备，并改变PbS粉末汽化时机来制备环状PbS掺杂石英光纤，获得所述放大OAM 光束的PbS环形芯光纤。
进一步地，所述PbS环形芯光纤能够传输和放大OAM光束。
进一步地，所述高温汽化沉积工艺具体是：采用1700～1900℃的高温对原料进行加热处理，使得PbS粉末在1281℃达到沸点后汽化进入石英基管。
进一步地，所述PbS环形芯光纤是只在环中掺杂PbS材料的匹配型结构。
进一步地，所述PbS环形芯光纤的折射率差为1％，损耗低于1.2dB/m，模式容量高于普通单模光纤3倍以上。
进一步地，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，包括以下步骤：
①准备好光纤制备材料并搭建制备装置，打开氢氧火焰装置和火焰移动开关，使得氢氧火焰装置能够在纯石英玻璃基管下方来回移动，然后对纯石英玻璃基管进行高温加热，为进入纯石英玻璃基管内的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进行化学反应提供热量；
②打开石墨炉对PbS粉末进行加热，使得PbS粉末在高温下汽化成PbS气体，备用；
③在氧气输入装置中通入氧气，氧气分别通过液态四氯化硅装置、液态四氯化锗装置和硫化铅粉末装置时，会载着汽化后的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入导气管，四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入纯石英玻璃基管后，产生物理化学反应，形成氧化硅、氧化锗和PbS混合物沉积在纯石英玻璃基管的内壁；
④沉积完成后，在氢氧火焰装置来回移动下，纯石英玻璃基管在高温加热情况下进行玻璃化处理塌缩成PbS掺杂光纤预制棒；
⑤根据预先计算好的光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3，利用拉丝塔将PbS 掺杂光纤预制棒拉制成设计好几何外径的光纤，获得所述放大OAM光束的PbS 环形芯光纤。
进一步地，在制备过程中，产生的尾气含有氯气等有害气体，采用尾气处理装置对尾气进行收集处理，防止对人体和环境产生危害。
进一步地，在步骤⑤，所述光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3是事先设计好并且通过仿真其传输模式调试得到的参数。
进一步地，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤在通讯行业上的应用，将 PbS环形芯光纤应用于光纤放大器中，能够获得较高的增益，能够弥补传统单模光纤放大器增益低、带宽小的缺点。
进一步地，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤在涡旋光光纤放大器中的应用，能够降低信号衰减，增加通信距离。
由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明设计了放大OAM光束的PbS量子点环芯石英光纤，该光纤具有高折射率差、模式容量多、低损耗和高增益等优点，将该PbS量子点石英光纤应用于光纤放大器中，可以极大地提高光纤放大器的增益。
(2)本发明的主要目的是提供一种低损耗、高折射率差、高增益、带宽大的PbS环形芯光纤，该PbS环形芯光纤可以用于制备成放大OAM光束的PbS 量子点光纤放大器。
(3)由于化学气相沉积(MCVD)工艺较成熟，本发明利用化学气相沉积的优点并改进，能够有效地将PbS掺入石英光纤，制成的放大OAM光束的PbS 量子点掺杂石英光纤可以应用于涡旋光光纤放大器中，从而达到降低信号衰减，增加通信距离。
(4)本申请方法制得的光纤模式容量大，且光纤带宽大于目前的掺铒光纤放大器的带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤结构示意图；
图2为本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备工艺流程图；
图3为本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤的实际端面图；
图4为本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤实际的折射率分布；
图5为本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤在980nm激光不同泵浦功率下的1400-1700nm处的荧光性能测试结果图；
图6是按照本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤的实际参数仿真出来的光纤可传输的矢量模式图。
附图中：1-光纤空气芯；2-PbS掺杂环；3-包层；4-氧气输入装置；5-液态四氯化硅装置；6-液态四氯化锗装置；7-硫化铅粉末装置；8-石墨炉；9-纯石英玻璃基管；10-氢氧火焰装置；11-尾气处理装置；r1-内环半径；r2-外环半径；r3- 包层半径；n1-空气孔折射率；n2-环芯折射率；n3-包层折射率；HE11模是基膜。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
如图1、图2、图3所示，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，所述PbS 环形芯光纤包括光纤空气芯1、PbS掺杂环2和包层3，所述PbS掺杂环2的主要成分为PbS和石英，该PbS环形芯光纤在改进的化学气相沉积工艺中增加PbS 粉末高温汽化沉积工艺进行制备，并改变PbS粉末汽化时机来制备环状PbS掺杂石英光纤，获得所述放大OAM光束的PbS环形芯光纤。
进一步地，所述高温汽化沉积工艺具体是：采用1700℃的高温对原料进行加热处理，使得PbS粉末在1281℃达到沸点后汽化进入石英基管；所述PbS环形芯光纤是只在环中掺杂PbS材料的匹配型结构；所述PbS环形芯光纤能够传输和放大OAM光束；所述PbS环形芯光纤的折射率差不低于1％，损耗低于 1.2dB/m，模式容量高于普通单模光纤3倍以上。
一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，包括以下步骤：
①准备好光纤制备材料并搭建制备装置，打开氢氧火焰装置10和火焰移动开关，使得氢氧火焰装置10能够在纯石英玻璃基管9下方来回移动，然后对纯石英玻璃基管9进行高温加热，为进入纯石英玻璃基管9内的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进行化学反应提供热量；
②打开石墨炉8对PbS粉末进行加热，使得PbS粉末在高温下汽化成PbS 气体，备用；
③在氧气输入装置4中通入氧气，氧气分别通过液态四氯化硅装置5、液态四氯化锗装置6和硫化铅粉末装置7时，会载着汽化后的四氯化硅、四氯化锗和 PbS气体进入导气管，四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入纯石英玻璃基管9后，产生物理化学反应，形成氧化硅、氧化锗和PbS混合物沉积在纯石英玻璃基管9 的内壁；
④沉积完成后，在氢氧火焰装置10来回移动下，纯石英玻璃基管9在高温加热情况下进行玻璃化处理塌缩成PbS掺杂光纤预制棒；
⑤根据预先计算好的光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3，利用拉丝塔将PbS 掺杂光纤预制棒拉制成设计好几何外径的光纤，获得所述放大OAM光束的PbS 环形芯光纤；所述光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3是事先设计好并且通过仿真其传输模式调试得到的参数，本实施例中r1＝4.935μm，r2＝10.28μm，r3＝65.11 μm，n1＝1，n2＝1.467，n3＝1.457，图6是根据实际参数仿真出来的光纤可传输的矢量模式图；在制备过程中，产生的尾气含有氯气等有害气体，采用尾气处理装置11对尾气进行收集处理，防止对人体和环境产生危害。
进一步地，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤在通讯行业上的应用，将 PbS环形芯光纤应用于光纤放大器中，能够获得较高的增益，能够弥补传统单模光纤放大器增益低、带宽小的缺点；在涡旋光光纤放大器中的应用，能够降低信号衰减，增加通信距离。
实施例2
如图1、图2、图3所示，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，所述PbS 环形芯光纤包括光纤空气芯1、PbS掺杂环2和包层3，所述PbS掺杂环2的主要成分为PbS和石英，该PbS环形芯光纤在改进的化学气相沉积工艺中增加PbS 粉末高温汽化沉积工艺进行制备，并改变PbS粉末汽化时机来制备环状PbS掺杂石英光纤，获得所述放大OAM光束的PbS环形芯光纤。
进一步地，所述高温汽化沉积工艺具体是：采用1900℃的高温对原料进行加热处理，使得PbS粉末在1281℃达到沸点后汽化进入石英基管；所述PbS环形芯光纤是只在环中掺杂PbS材料的匹配型结构；所述PbS环形芯光纤能够传输和放大OAM光束；所述PbS环形芯光纤的折射率差不低于1％，损耗低于 1.2dB/m，模式容量高于普通单模光纤3倍以上。
一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，包括以下步骤：
①准备好光纤制备材料并搭建制备装置，打开氢氧火焰装置10和火焰移动开关，使得氢氧火焰装置10能够在纯石英玻璃基管9下方来回移动，然后对纯石英玻璃基管9进行高温加热，为进入纯石英玻璃基管9内的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进行化学反应提供热量；
②打开石墨炉8对PbS粉末进行加热，使得PbS粉末在高温下汽化成PbS 气体，备用；
③在氧气输入装置4中通入氧气，氧气分别通过液态四氯化硅装置5、液态四氯化锗装置6和硫化铅粉末装置7时，会载着汽化后的四氯化硅、四氯化锗和 PbS气体进入导气管，四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入纯石英玻璃基管9后，产生物理化学反应，形成氧化硅、氧化锗和PbS混合物沉积在纯石英玻璃基管9 的内壁；
④沉积完成后，在氢氧火焰装置10来回移动下，纯石英玻璃基管9在高温加热情况下进行玻璃化处理塌缩成PbS掺杂光纤预制棒；
⑤根据预先计算好的光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3，利用拉丝塔将PbS 掺杂光纤预制棒拉制成设计好几何外径的光纤，获得所述放大OAM光束的PbS 环形芯光纤；所述光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3是事先设计好并且通过仿真其传输模式调试得到的参数，本实施例中r1＝4.935μm，r2＝10.28μm，r3＝65.11 μm，n1＝1，n2＝1.467，n3＝1.457，图6是根据实际参数仿真出来的光纤可传输的矢量模式图；在制备过程中，产生的尾气含有氯气等有害气体，采用尾气处理装置11对尾气进行收集处理，防止对人体和环境产生危害。
进一步地，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤在通讯行业上的应用，将 PbS环形芯光纤应用于光纤放大器中，能够获得较高的增益，能够弥补传统单模光纤放大器增益低、带宽小的缺点；在涡旋光光纤放大器中的应用，能够降低信号衰减，增加通信距离。
实施例3
如图1、图2、图3所示，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，所述PbS 环形芯光纤包括光纤空气芯1、PbS掺杂环2和包层3，所述PbS掺杂环2的主要成分为PbS和石英，该PbS环形芯光纤在改进的化学气相沉积工艺中增加PbS 粉末高温汽化沉积工艺进行制备，并改变PbS粉末汽化时机来制备环状PbS掺杂石英光纤，获得所述放大OAM光束的PbS环形芯光纤。
进一步地，所述高温汽化沉积工艺具体是：采用1800℃的高温对原料进行加热处理，使得PbS粉末在1281℃达到沸点后汽化进入石英基管；所述PbS环形芯光纤是只在环中掺杂PbS材料的匹配型结构；所述PbS环形芯光纤能够传输和放大OAM光束；所述PbS环形芯光纤的折射率差不低于1％，损耗低于 1.2dB/m，模式容量高于普通单模光纤3倍以上。
一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，包括以下步骤：
①准备好光纤制备材料并搭建制备装置，打开氢氧火焰装置10和火焰移动开关，使得氢氧火焰装置10能够在纯石英玻璃基管9下方来回移动，然后对纯石英玻璃基管9进行高温加热，为进入纯石英玻璃基管9内的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进行化学反应提供热量；
②打开石墨炉8对PbS粉末进行加热，使得PbS粉末在高温下汽化成PbS 气体，备用；
③在氧气输入装置4中通入氧气，氧气分别通过液态四氯化硅装置5、液态四氯化锗装置6和硫化铅粉末装置7时，会载着汽化后的四氯化硅、四氯化锗和 PbS气体进入导气管，四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入纯石英玻璃基管9后，产生物理化学反应，形成氧化硅、氧化锗和PbS混合物沉积在纯石英玻璃基管9 的内壁；
④沉积完成后，在氢氧火焰装置10来回移动下，纯石英玻璃基管9在高温加热情况下进行玻璃化处理塌缩成PbS掺杂光纤预制棒；
⑤根据预先计算好的光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3，利用拉丝塔将PbS 掺杂光纤预制棒拉制成设计好几何外径的光纤，获得所述放大OAM光束的PbS 环形芯光纤；所述光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3是事先设计好并且通过仿真其传输模式调试得到的参数，本实施例中r1＝4.935μm，r2＝10.28μm，r3＝65.11 μm，n1＝1，n2＝1.467，n3＝1.457，图6是根据实际参数仿真出来的光纤可传输的矢量模式图；在制备过程中，产生的尾气含有氯气等有害气体，采用尾气处理装置11对尾气进行收集处理，防止对人体和环境产生危害。
进一步地，一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤在通讯行业上的应用，将 PbS环形芯光纤应用于光纤放大器中，能够获得较高的增益，能够弥补传统单模光纤放大器增益低、带宽小的缺点；在涡旋光光纤放大器中的应用，能够降低信号衰减，增加通信距离。
对比例1
按照专利申请CN201510941634.1中的实施例进行。
由说明书可知，对比例1光纤性能参数为：纤芯1直径为5μm，包层2直径为125μm，纤芯1与包层2的折射率差为0.5％左右，光纤的吸收峰范围在 800～1200nm，荧光光谱范围：900～1500；增益范围在1000～1500nm。
对比例2
按照专利申请CN201510941655.3中的实施例进行。
由说明书可知，对比例2光纤的纤芯与包层直径范围分别为Dcore＝Φ5μm，Dcladding＝Φ125μm，芯层与包层折射率差为0.35％，Bi/Er或Bi/Er/Al共掺石英光纤可实现从600～1600nm超宽带放大。
将本申请实施例1～3制得的放大OAM光束的PbS环形芯光纤进行折射率差、荧光性能、模式容量进行测试，实验结果如图4、图5、图6所示。
本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤实际的折射率分布如图4所示，由图4可知，本申请PbS环形芯光纤的包层和纤芯的折射率差为1％。
本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤在980nm激光不同泵浦功率下的1400～1700nm处的荧光性能测试结果如图5所示(图5中从下至上的光谱所对应的泵浦功率逐渐增大)，由图5可知，本申请PbS环形芯光纤的在1400～1600nm 范围内有荧光现象，而掺铒光纤放大器(EDFA)放大带宽只有35nm，所以本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤带宽大于目前的掺铒光纤放大器的带宽。
本申请放大OAM光束的PbS环形芯光纤的实际参数仿真出来的光纤可传输的矢量模式如图6所示(图6中HE21、TE01和TM01可以合成OAM11，HE31和 EH11可以合成OAM21，HE51和EH31可以合成OAM41，OAM11、OAM21、OAM41)，由图6可知，本申请PbS环形芯光纤可以传输和放大信号模式组OAM11、OAM21和OAM41，而现有技术制得的光纤不可以传输OAM光束，因此，该PbS环形芯光纤的模式容量较大。
通过实验对比可知，本申请PbS环形芯光纤与对比例1和对比例2光纤的制作工艺不同，且制成的光纤结构不同，本申请方案在环状纤芯光纤结构里只利用 MCVD技术掺入了PbS，省去了ALD步骤，简化了光纤的制备工艺，同时获得了可以传输OAM光束的光纤，并且PbS环形芯光纤的荧光性能较好，而且对比例1和对比例2制得的光纤结构不可以传输OAM光束。
综上所述，本申请方法制得的光纤模式容量大(按照仿真结果可以短距离传输OAM11，OAM21，OAM41)，且光纤在1400～1600nm范围内有荧光现象，所以该光纤带宽大于目前的掺铒光纤放大器的带宽；本发明设计了放大OAM光束的PbS量子点环芯石英光纤，该光纤具有高折射率差(包层和纤芯的折射率差为 1％)、模式容量多、低损耗和带宽范围大等优点，将该PbS量子点石英光纤应用于光纤放大器中，可以极大地提高光纤放大器的增益；本发明提供一种低损耗、高折射率差、带宽大的PbS环形芯光纤，该PbS环形芯光纤可以用于制备成放大OAM光束的PbS量子点光纤放大器。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，其特征在于：所述PbS环形芯光纤包括光纤空气芯(1)、PbS掺杂环(2)和包层(3)，所述PbS掺杂环(2)的主要成分为PbS和石英，该PbS环形芯光纤在改进的化学气相沉积工艺中增加PbS粉末高温汽化沉积工艺进行制备，并改变PbS粉末汽化时机来制备环状PbS掺杂石英光纤，获得所述放大OAM光束的PbS环形芯光纤。
2.根据权利要求1所述的一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，其特征在于：所述PbS环形芯光纤能够传输和放大OAM光束。
3.根据权利要求1所述的一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，其特征在于：所述高温汽化沉积工艺具体是：采用1700～1900℃的高温对原料进行加热处理，使得PbS粉末在1281℃达到沸点后汽化进入石英基管。
4.根据权利要求1所述的一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，其特征在于：所述PbS环形芯光纤是只在环中掺杂PbS材料的匹配型结构。
5.根据权利要求1所述的一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤，其特征在于：所述PbS环形芯光纤的折射率差为1％，损耗低于1.2dB/m，模式容量高于普通单模光纤3倍以上。
6.一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①准备好光纤制备材料并搭建制备装置，打开氢氧火焰装置(10)和火焰移动开关，使得氢氧火焰装置(10)能够在纯石英玻璃基管(9)下方来回移动，然后对纯石英玻璃基管(9)进行高温加热，为进入纯石英玻璃基管(9)内的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进行化学反应提供热量；
②打开石墨炉(8)对PbS粉末进行加热，使得PbS粉末在高温下汽化成PbS气体，备用；
③在氧气输入装置(4)中通入氧气，氧气分别通过液态四氯化硅装置(5)、液态四氯化锗装置(6)和硫化铅粉末装置(7)时，会载着汽化后的四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入导气管，四氯化硅、四氯化锗和PbS气体进入纯石英玻璃基管(9)后，产生物理化学反应，形成氧化硅、氧化锗和PbS混合物沉积在纯石英玻璃基管(9)的内壁；
④沉积完成后，在氢氧火焰装置(10)来回移动下，纯石英玻璃基管(9)在高温加热情况下进行玻璃化处理塌缩成PbS掺杂光纤预制棒；
⑤根据预先计算好的光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3，利用拉丝塔将PbS掺杂光纤预制棒拉制成设计好几何外径的光纤，获得所述放大OAM光束的PbS环形芯光纤。
7.根据权利要求6所述的一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，其特征在于：在制备过程中，产生的尾气含有氯气等有害气体，采用尾气处理装置(11)对尾气进行收集处理，防止对人体和环境产生危害。
8.根据权利要求6所述的一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤的制备方法，其特征在于：在步骤⑤，所述光纤参数r1、r2、r3、n1、n2、n3是事先设计好并且通过仿真其传输模式调试得到的参数。
9.一种放大OAM光束的PbS环形芯光纤在通讯行业上的应用，其特征在于：将PbS环形芯光纤应用于光纤放大器中，能够获得较高的增益，能够弥补传统单模光纤放大器增益低、带宽小的缺点；应用在涡旋光光纤放大器中，能够降低信号衰减，增加通信距离。
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