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CN112851127B - 一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法 - Google Patents

一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法 Download PDF

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CN112851127B
CN112851127B CN202110058187.0A CN202110058187A CN112851127B CN 112851127 B CN112851127 B CN 112851127B CN 202110058187 A CN202110058187 A CN 202110058187A CN 112851127 B CN112851127 B CN 112851127B
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Harbin Institute of Technology Weihai
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Abstract

本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法，其解决了传统石英光纤的稀土离子溶解度低，2.0μm波段石英光纤的单位增益较低的技术问题，石英光纤设有芯层、内包层、外包层，芯层按照质量百分数由以下原材料制成：Ho(tmhd)3：0.1～0.5％；Tm(tmhd)3：0.5～1.8％；Yb(tmhd)3：1.0～2.7％；SiCl4：40～60％；GeCl4：8～25％；SiF4：5～9％；POCl3：8～12％；AlCl3：3～10％；BiCl3：3～10％；内包层按照质量百分数由以下原材料制成：Tm(tmhd)3：0.5～3.0％；Yb(tmhd)3：1.0～3.0％；SiCl4：45～55％；GeCl4：15～25％；SiF4：5～10％；POCl3：7～11％；AlCl3：5～8％；BiCl3：3～5.5％；本发明还公开了一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的制备方法，可广泛应用于光纤技术领域。

Description

一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法。
背景技术
光纤是被广泛应用的一种光学器件，在传感技术、通信等领域受到广泛应用。石英光纤以SiO2为主要成分，传输波长范围宽，即从近紫外到近红外，波长范围为0.38～2.1μm，所以石英光纤适用于紫外到红外各波长信号及能量的传输，在传感、光谱分析、过程控制及激光传输、激光医疗、测量技术、刑侦，信息传输和照明等领域的应用极为广泛。由于人体组织的低吸收，超过1.4μm 的近红外辐射被称为眼睛安全辐射，可用于自由空间激光作业，涵盖环境监测、激光扫描仪技术、自由空间通信、医学、材料加工等领域。然而，传统石英光纤以石英玻璃作为基质，由于石英玻璃的网络结构比较规则，导致其稀土离子溶解度低，2.0μm波段石英光纤的单位增益较低。该问题亟待解决。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其设有芯层、内包层、外包层，芯层按照质量百分数由以下原材料制成： Ho(tmhd)3：0.1～0.5％；Tm(tmhd)3：0.5～1.8％；Yb(tmhd)3：1.0～2.7％； SiCl4：40～60％；GeCl4：8～25％；SiF4：5～9％；POCl3：8～12％；AlCl3： 3～10％；BiCl3：3～10％；内包层按照质量百分数由以下原材料制成： Tm(tmhd)3：0.5～3.0％；Yb(tmhd)3：1.0～3.0％；SiCl4：45～55％；GeCl4： 15～25％；SiF4：5～10％；POCl3：7～11％；AlCl3：5～8％；BiCl3：3～5.5％。
优选的，芯层按照质量百分数由以下原材料制成：Ho(tmhd)3：0.20～ 0.40％；Tm(tmhd)3：0.80～1.50％；Yb(tmhd)3：1.0～2.50％；SiCl4：44～45％； GeCl4：8～25％；SiF4：5～8％；POCl3：8～10％；AlCl3：6％；BiCl3：4％；内包层按照质量百分数由以下原材料制成：Tm(tmhd)3：1.5～2.5％； Yb(tmhd)3：1.5～2.5％；SiCl4：45.5～46.5％；GeCl4：19.0～20.0％；SiF4：8.5％； POCl3：10.0％；AlCl3：6.5％；BiCl3：5.5％。
优选的，外包层按照质量百分数由以下原材料制成：SiCl4：40～50％； SiF4：22～28％；GeCl4：8～12％；POCl3：8～12％；AlCl3：4～8％；BiCl3： 2～6％。
优选的，外包层按照质量百分数由以下原材料制成：SiCl4：47％；SiF4： 25％；GeCl4：10％；POCl3：10％；AlCl3：5％；BiCl3：3％。
优选的，芯层、内包层和外包层依次由内至外构成同心圆柱形结构。
优选的，芯层为圆柱形结构，其直径为6～10μm；内包层为圆柱形或横截面为正六边形，当内包层为圆柱形时，其直径为8～30μm；当内包层横截面为正六边形时，其正六边形外接圆直径为8～30μm；外包层为圆柱形结构，其直径为120～130μm。
7.制备如上述任一项的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤(1)：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料；
步骤(2)：以氧气为载气，将外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤(3)：以氧气和氦气为载气，将内包层的原材料均匀通入石英管内，在步骤(2)中已沉积的预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤(4)：以氧气和氦气为载气，将芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在步骤(3)中已沉积的预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤(5)：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤(6)：将步骤(5)制备好的光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
步骤(2)～步骤(4)作为载气的氧气、氦气具有将光纤芯层、内包层、外包层的原材料与外界空气相隔绝，避免外界空气中的水蒸气进入，杜绝水蒸气中的OH-的影响，从而保证光纤产品质量。
优选的，步骤(2)～步骤(4)沉积温度为1300～1550℃，温度精度通常控制在0.1～1℃，石英管内压强差保持在30～130Pa；另外，作为载气，分别用于存储输运光纤芯层、内包层、外包层的原材料中的氧气、氦气的湿度为0.1～ 0.5ppm。预制棒外包层成分一般与石英管成分一致。
优选的，步骤(2)～步骤(4)，通过调节沉积过程中控制响应沉积层的化学原料混合物的成分和相应的沉积次数，来控制芯层、内包层、外包层光波导结构。
优选的，步骤(5)烧结温度为1750～2050℃、烧结时间为2h，缩棒温度为1900～2050℃，石英管内压强差保持在15～35Pa。
优选的，步骤(6)光纤拉制温度为1900～2150℃，温度精度通常控制在 0.1～1℃，预制棒送料速度为0.1～0.5mm/min，拉制速度为0.01～0.05mm/s。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法，该石英光纤由芯层、内包层和外包层组成，其中芯层中掺杂Ho3+、Tm3+、 Yb3+，内包层中掺杂Tm3+、Yb3+，通过Tm3+、Yb3+共掺实现Ho3+荧光光谱定量调控；荧光增益光谱范围为1950～2070nm，荧光中心波长为2015～ 2035nm。相比于传统的石英光纤，本发明的荧光中心波长更接近2μm波段、信号增益高，为2μm光纤激光器用理想的增益光纤。
(2)本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法。采用改进的化学气相沉积法(MCVD)与螯合掺杂技术(CDT)相结合制备该石英光纤，光纤波导结构以及各层材料成分比重可控，能有效保证 Ho3+、Tm3+、Yb3+稀土离子掺杂浓度大小以及其均匀性以及其他材料的比例和分布，而且该方法具有重复性好、操作简单、光纤杂质浓度低等优点。
(3)本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤及其制备方法，相对于传统石英光纤的稀土离子溶解度低，单位增益较低，制备工艺简单，成本低，性能稳定，其抗损伤阈值功率高、2μm波段传输损耗低，可应用于2μm波段高增益的石英光纤制备，有望应用于高功率和超紧凑的单频光纤激光器以及高重频光纤激光器等领域等。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种光纤的结构示意图；
图2为本发明的另一种光纤的结构示意图；
图3为实施例1～实施例3所生产光纤分别在808nm泵浦源激发下得到的荧光发射光谱图。
图中符号标记说明：1.芯层；2.内包层；3.外包层。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例1
本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其包括以下步骤：
步骤(1)：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料，如表1所示；
步骤(2)：以氧气为载气，将外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤(3)：以氧气和氦气为载气，将内包层的原材料均匀通入石英管内，在步骤(2)中已沉积的预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤(4)：以氧气和氦气为载气，将芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在步骤(3)中已沉积的预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤(5)：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤(6)：将步骤(5)制备好的光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
其中，步骤(2)～步骤(4)沉积温度为1300℃，石英管内压强差保持在 80Pa；步骤(5)烧结温度为1800℃、烧结时间为2h，缩棒温度为1950℃，石英管内压强差保持在25Pa；步骤(6)光纤拉制温度为1950℃，预制棒送料速度为0.2mm/min，拉制速度为0.025mm/s。
表1实施例1光纤芯层、内包层、外包层的原材料质量百分比
芯层 内包层 外包层
Ho(tmhd)<sub>3</sub> 0.20％ / /
Tm(tmhd)<sub>3</sub> 0.80％ 1.50％ /
Yb(tmhd)<sub>3</sub> 1％ 1.50％ /
SiCl<sub>4</sub> 45％ 46.5％ 47％
GeCl<sub>4</sub> 25％ 20.0％ 10％
SiF<sub>4</sub> 8％ 8.5％ 25％
POCl<sub>3</sub> 10％ 10.0％ 10％
AlCl<sub>3</sub> 6％ 6.5％ 5％
BiCl<sub>3</sub> 4％ 5.5％ 3％
实施例2
本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其包括以下步骤：
步骤(1)：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料，如表2所示；
步骤(2)：以氧气为载气，将外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤(3)：以氧气和氦气为载气，将内包层的原材料均匀通入石英管内，在步骤(2)中已沉积的预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤(4)：以氧气和氦气为载气，将芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在步骤(3)中已沉积的预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤(5)：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤(6)：将步骤(5)制备好的光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
其中，步骤(2)～步骤(4)沉积温度为1350℃，石英管内压强差保持在 100Pa；步骤(5)烧结温度为1850℃、烧结时间为2h，缩棒温度为2000℃，石英管内压强差保持在30Pa；步骤(6)光纤拉制温度为1950℃，预制棒送料速度为0.2mm/min，拉制速度为0.025mm/s。
表2实施例2光纤芯层、内包层、外包层的原材料质量百分比
芯层 内包层 外包层
Ho(tmhd)<sub>3</sub> 0.30％ / /
Tm(tmhd)<sub>3</sub> 1.20％ 2％ /
Yb(tmhd)<sub>3</sub> 2％ 2.0％ /
SiCl<sub>4</sub> 44.50％ 46.0％ 47％
GeCl<sub>4</sub> 24.50％ 19.5％ 10％
SiF<sub>4</sub> 7.50％ 8.5％ 25％
POCl<sub>3</sub> 10％ 10.0％ 10％
AlCl<sub>3</sub> 6％ 6.5％ 5％
BiCl<sub>3</sub> 4％ 5.5％ 3％
实施例3
本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其包括以下步骤：
步骤(1)：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料，如表3所示；
步骤(2)：以氧气为载气，将外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤(3)：以氧气和氦气为载气，将内包层的原材料均匀通入石英管内，在步骤(2)中已沉积的预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤(4)：以氧气和氦气为载气，将芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在步骤(3)中已沉积的预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤(5)：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤(6)：将步骤(5)制备好的光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
其中，步骤(2)～步骤(4)沉积温度为1450℃，石英管内压强差保持在 120Pa；步骤(5)烧结温度为1950℃、烧结时间为2h，缩棒温度为2050℃，石英管内压强差保持在35Pa；步骤(6)光纤拉制温度为1950℃，预制棒送料速度为0.2mm/min，拉制速度为0.025mm/s。
表3实施例3光纤芯层、内包层、外包层的原材料质量百分比
芯层 内包层 外包层
Ho(tmhd)<sub>3</sub> 0.40％ / /
Tm(tmhd)<sub>3</sub> 1.50％ 2.5％ /
Yb(tmhd)<sub>3</sub> 2.50％ 2.5％ /
SiCl<sub>4</sub> 44％ 45.5％ 47％
GeCl<sub>4</sub> 24.50％ 19.0％ 10％
SiF<sub>4</sub> 7.50％ 8.5％ 25％
POCl<sub>3</sub> 9.60％ 10.0％ 10％
AlCl<sub>3</sub> 6％ 6.5％ 5％
BiCl<sub>3</sub> 4％ 5.5％ 3％
实施例4
本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其包括以下步骤：
步骤(1)：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料，如表4所示；
步骤(2)：以氧气为载气，将外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤(3)：以氧气和氦气为载气，将内包层的原材料均匀通入石英管内，在步骤(2)中已沉积的预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤(4)：以氧气和氦气为载气，将芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在步骤(3)中已沉积的预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤(5)：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤(6)：将步骤(5)制备好的光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
其中，步骤(2)～步骤(4)沉积温度为1400℃，石英管内压强差保持在 30Pa；步骤(5)烧结温度为1750℃、烧结时间为2h，缩棒温度为1900℃，石英管内压强差保持在15Pa；步骤(6)光纤拉制温度为1900℃，预制棒送料速度为0.1mm/min，拉制速度为0.01mm/s。
表4实施例4光纤芯层、内包层、外包层的原材料质量百分比
芯层 内包层 外包层
Ho(tmhd)<sub>3</sub> 0.10％ / /
Tm(tmhd)<sub>3</sub> 0.50％ 0.5％ /
Yb(tmhd)<sub>3</sub> 1.40％ 1.0％ /
SiCl<sub>4</sub> 60％ 45.0％ 40％
GeCl<sub>4</sub> 8.00％ 25.0％ 12％
SiF<sub>4</sub> 5.00％ 10.0％ 22％
POCl<sub>3</sub> 12.00％ 7.0％ 12％
AlCl<sub>3</sub> 10％ 8.0％ 8％
BiCl<sub>3</sub> 3％ 3.5％ 6％
实施例5
本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其包括以下步骤：
步骤(1)：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料，如表5所示；
步骤(2)：以氧气为载气，将外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤(3)：以氧气和氦气为载气，将内包层的原材料均匀通入石英管内，在步骤(2)中已沉积的预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤(4)：以氧气和氦气为载气，将芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在步骤(3)中已沉积的预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤(5)：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤(6)：将步骤(5)制备好的光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
其中，步骤(2)～步骤(4)沉积温度为1550℃，石英管内压强差保持在 130Pa；步骤(5)烧结温度为2050℃、烧结时间为2h，缩棒温度为2050℃，石英管内压强差保持在35Pa；步骤(6)光纤拉制温度为2150℃，预制棒送料速度为0.5mm/min，拉制速度为0.05mm/s。
表5实施例5光纤芯层、内包层、外包层的原材料质量百分比
芯层 内包层 外包层
Ho(tmhd)<sub>3</sub> 0.50％ / /
Tm(tmhd)<sub>3</sub> 1.80％ 3.0％ /
Yb(tmhd)<sub>3</sub> 2.70％ 3.0％ /
SiCl<sub>4</sub> 40％ 55.0％ 50％
GeCl<sub>4</sub> 25.00％ 15.0％ 8％
SiF<sub>4</sub> 9.00％ 5.0％ 28％
POCl<sub>3</sub> 8.00％ 11.0％ 8％
AlCl<sub>3</sub> 3％ 5.0％ 4％
BiCl<sub>3</sub> 10％ 3.0％ 2％
上述实施例1～实施例5制备的高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，由图 1所示，其结构相同，其包括芯层1、内包层2和外包层3，且芯层1、内包层 2和外包层3依次由内至外构成同心圆柱形结构，且芯层1、内包层2、外包层3均为圆柱形结构。需要说明的是，内包层也可以是横截面为正六边形结构，其正六边形外接圆直径为8～30μm，如图2所示。
经测量，上述实施例1～实施例5制备的光纤的尺寸测量如下表6：
表6实施例1～实施例5制备的光纤直径的尺寸测量结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
芯层/μm 7 9 10 7.5 8
内包层/μm 9 16 28 15 15
外包层/μm 125 128 130 127 129
光纤直径/μm 125 128 130 127 129
分别采用输出波长为808nm的激光二极管(LD)泵浦上述实施例1、实施例2、实施例3所制备的光纤，测试得到光纤荧光光谱。如图3所示，测试实施例1的光纤得到光纤荧光光谱，其增益光谱范围约为1950～2050nm，荧光中心波长为2015nm。测试实施例2的光纤得到光纤荧光光谱，其增益光谱范围约为1960～2060nm，荧光中心波长为2025nm。测试实施例3的光纤得到光纤荧光光谱，其增益光谱范围约为1970～2070nm，荧光中心波长为2035nm。因此，荧光增益光谱范围为1950～2070nm，荧光中心波长为2015～2035nm。相比于传统的石英光纤，本发明的荧光中心波长更接近2μm波段、信号增益高，为2μm 光纤激光器用理想的增益光纤。
本发明提供一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的制备方法，其形成光纤预制棒的过程为首先以氧气为载气将所述外包层配方组分均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法(MCVD)在石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；然后将Tm3+、Yb3+以螯合物Tm(tmhd)3、Yb(tmhd)3的形式掺杂构成所述内包层配方组分，以氧气和氦气为载气均匀通入已沉积形成外包层的石英管内，在已沉积的外包层表面上均匀沉积形成预制棒内包层；再将Ho3+、Tm3+、Yb3+以螯合物Tm(tmhd)3、Tm(tmhd)3、Yb(tmhd)3的形式掺杂构成所述芯层配方组分，以氧气和氦气为载气均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法(MCVD) 并结合螯合掺杂技术(CDT)，均匀沉积形成预制棒芯层，其中通过调节沉积过程中控制响应沉积层的化学原料混合物的成分和相应的沉积次数，来控制芯层、内包层、外包层光波导结构；最后经过高温烧结、熔缩工艺形成光纤预制棒。
由此可见，本发明采用改进的化学气相沉积法(MCVD)与螯合掺杂技术 (CDT)相结合制备该石英光纤，光纤波导结构以及各层材料成分比重可控，能有效保证Ho3+、Tm3+、Yb3+稀土离子掺杂浓度大小以及其均匀性以及其他材料的比例和分布，而且该方法具有重复性好、操作简单、光纤杂质浓度低等优点。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其设有芯层、内包层、外包层，其特征在于，所述芯层按照质量百分数由以下原材料制成：
Ho(tmhd)3： 0.1～0.5%；
Tm(tmhd)3： 0.5～1.8%；
Yb(tmhd)3： 1.0～2.7%；
SiCl4： 40～60%；
GeCl4： 8～25%；
SiF4： 5～9%；
POCl3： 8～12%；
AlCl3： 3～10%；
BiCl3： 3～10%；
所述内包层按照质量百分数由以下原材料制成：
Tm(tmhd)3： 0.5～3.0%；
Yb(tmhd)3： 1.0～3.0%；
SiCl4： 45～55%；
GeCl4： 15～25%；
SiF4： 5～10%；
POCl3： 7～11%；
AlCl3： 5～8%；
BiCl3： 3～5.5% 。
2.根据权利要求1所述的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其特征在于，所述芯层按照质量百分数由以下原材料制成：
Ho(tmhd)3： 0.20～0.40%；
Tm(tmhd)3：0.80～1.50%；
Yb(tmhd)3： 1.0～2.50%；
SiCl4：44～45%；
GeCl4： 8～25%；
SiF4： 5～8% ；
POCl3： 8～10%；
AlCl3：6%；
BiCl3：4%；
所述芯层的原材料的质量百分数的总和为100%；
所述内包层按照质量百分数由以下原材料制成：
Tm(tmhd)3： 1.5～2.5%；
Yb(tmhd)3： 1.5～2.5%；
SiCl4： 45.5～46.5%；
GeCl4：19.0～20.0%；
SiF4：8.5%；
POCl3：10.0%；
AlCl3：6.5%；
BiCl3： 5.5%
所述内包层的原材料的质量百分数的总和为100%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其特征在于，所述外包层按照质量百分数由以下原材料制成：
SiCl4： 40～50%；
SiF4： 22～28%；
GeCl4： 8～12%；
POCl3： 8～12%；
AlCl3： 4～8% ；
BiCl3： 2～6%。
4.根据权利要求3所述的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其特征在于，所述外包层按照质量百分数由以下原材料制成：
SiCl4：47%；
SiF4：25%；
GeCl4：10%；
POCl3：10%；
AlCl3：5%；
BiCl3：3%。
5.根据权利要求2所述的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其特征在于，所述芯层、所述内包层和所述外包层依次由内至外构成同心圆柱形结构。
6.根据权利要求5所述的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤，其特征在于，所述芯层为圆柱形结构，其直径为6～10μm；所述内包层为圆柱形或横截面为正六边形，当所述内包层为圆柱形时，其直径为8～30μm；当所述内包层横截面为正六边形时，其正六边形外接圆直径为8～30μm；所述外包层为圆柱形结构，其直径为120～130μm。
7.制备如权利要求1-6任一项所述的一种高增益Ho3+/Tm3+/Yb3+共掺石英光纤的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤（1）：按照质量百分比分别称取芯层、内包层、外包层的原材料；
步骤（2）：以氧气为载气，将所述外包层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法，在所述石英管内壁表面沉积形成预制棒外包层；
步骤（3）：以氧气和氦气为载气，将所述内包层的原材料均匀通入石英管内，在所述步骤（2）中已沉积的所述预制棒外包层的内表面上均匀沉积形成预制棒内包层；
步骤（4）：以氧气和氦气为载气，将所述芯层的原材料均匀通入石英管内，利用改进的化学气相沉积法并结合螯合掺杂技术，在所述步骤（3）中已沉积的所述预制棒内包层的内表面上，均匀沉积形成预制棒芯层；
步骤（5）：经过高温烧结、高温缩棒熔缩工艺形成光纤预制棒；
步骤（6）：将所述步骤（5）制备好的所述光纤预制棒放入拉制塔的高温炉中，利用高温热拉制法，通过控制送料速度和拉丝速度拉制成所需尺寸的光纤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）～步骤（4）沉积温度为1300～1550℃，石英管内压强差保持在30～130Pa。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）烧结温度为1750～2050℃、烧结时间为2h，缩棒温度为1900～2050℃，石英管内压强差保持在15～35Pa。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（6）光纤拉制温度为1900～2150℃，预制棒送料速度为0.1～0.5mm/min，拉制速度为0.01～0.05mm/s。
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