專利名稱：稀土離子摻雜的氧氟化物微晶玻璃光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微晶玻璃光纖，特別是一種稀土離子摻雜的氧氟化物微晶玻璃光纖。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換發(fā)光也稱為頻率上轉(zhuǎn)換發(fā)光，是一種利用多光子的吸收產(chǎn)生輻射躍遷的過 程，輻射的光子能量通常比泵浦光子的能量高。根據(jù)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機(jī)理可知，要發(fā)生較強(qiáng)的 上轉(zhuǎn)換過程，除了離子的能級匹配要好外，還要求發(fā)生上轉(zhuǎn)換的稀土離子的中間態(tài)能級壽 命較長，從而在泵浦光的作用下使該能級上有較多的離子布居數(shù)。玻璃基質(zhì)的聲子能量越 小，其中的稀土離子的能級壽命就越長，從而上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象更易產(chǎn)生。上轉(zhuǎn)換光纖激光器在全光顯示、醫(yī)療儀器及數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，近 年來一直是人們研究的熱點。以往的關(guān)于上轉(zhuǎn)換光纖激光器所用的光纖玻璃基質(zhì)的研究主 要集中在石英玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃等。硫系玻璃由于其成玻璃性能與化學(xué)穩(wěn)定性 差，且制備工藝條件嚴(yán)格，相關(guān)的研究報道日漸減少。氟化物玻璃聲子能量很低，并且成玻 璃性能較好，具有石英等氧化物玻璃無與比擬的優(yōu)越性。在氟鋯酸鹽玻璃中，稀土離子的上 轉(zhuǎn)換效率也要比它們在石英玻璃中的上轉(zhuǎn)換效率高四個數(shù)量級。因此上轉(zhuǎn)換光纖激光器的 研究大部分集中在稀土氟化物玻璃中。近年來，對碲酸鹽等一些新的低聲子能量玻璃系統(tǒng) 的研究報道也日漸增多。在這些研究中，重點考慮的都是玻璃的聲子能量問題，但它們都有 一個無法克服的缺點便是這幾種低聲子能量玻璃自身的機(jī)械及化學(xué)穩(wěn)定性均較差，致使其 在光纖的拉制上都難以實現(xiàn)，這是這幾種玻璃基質(zhì)光纖一直沒有得以廣泛實用化的重要原 因。有少數(shù)的研究報道為了提高玻璃光纖的機(jī)械及物理化學(xué)等性能，對玻璃的組分做 了調(diào)整和改變，但因為玻璃主要組分無法改變，因此玻璃的機(jī)械及物化性能并沒有得到根 本的改善。國外很多的研究機(jī)構(gòu)一直在不斷地對此進(jìn)行研究，以期得到一種有望實用化的各 種性質(zhì)均優(yōu)良的玻璃光纖，并已取得了很大的進(jìn)展。國內(nèi)部分高校和科研院所曾對塊狀玻 璃中上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理做了不少研究，但未見有關(guān)上轉(zhuǎn)換玻璃光纖的研究報道。國內(nèi)目前還 沒有上轉(zhuǎn)換光纖激光器問世。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述弊端，本發(fā)明提供一種稀土離子摻雜的氧氟化物微晶玻璃光纖，由 纖芯和包層兩部分構(gòu)成，二者中心軸線重合，其特征在于所述纖芯的材料選為摻稀土離子 的氧氟化物玻璃系統(tǒng)，纖芯橫截面為圓形；內(nèi)包層的材料選為無稀土離子摻雜的氧氟化物 玻璃系統(tǒng)，光纖內(nèi)包層具有較纖芯低的折射率，即η內(nèi)< η芯，具體配方如下光纖纖芯玻璃組分 摩爾百分比Si02 35 45A1203 12 20
PbF210 20
CdF220 27
GdF30 L1. 9
NdF30. 05 0.15
HoF30. 05 0.1具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。首先要確定光纖芯料和外包層玻璃配方。包括下列具體制備過程①纖芯玻璃的熔制光纖纖芯玻璃組分摩爾百分比
Si0235 45
A120312 20
PbF210 20
CdF220 27
GdF30 4.9
NdF30. 05 0. 15
HoF30. 05丨 0. 15將粉末狀原料混合均勻后，放在石英坩堝或鉬金坩堝中熔化，熔化溫度為 900-10500C，原料完全熔化，經(jīng)均化澄清過程后，于800-900°C將玻璃液澆注在預(yù)熱過的鐵 模具上，然后快速將該玻璃放入到已升溫至材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg)附近的馬弗爐中進(jìn)行退火 先保溫2小時，然后以2-5°C/小時的速率降溫至100°C，關(guān)閉馬弗爐電源自動降溫至室溫；②內(nèi)包層玻璃的熔制光纖內(nèi)包層玻璃的熔制過程與纖芯玻璃的熔制過程完 全相同；首選確定芯料玻璃配方后，根據(jù)內(nèi)包層玻璃組分的調(diào)配原則，具體做法是去掉 0. 05mol % 的 NdF3 和 HoF3，0. 9mol % 的 GdF3, 2mol % 的 Al203，2mol % 的 PbF2。③若內(nèi)包層玻璃折射率n2高于芯料玻璃的折射率nl，則需要重新調(diào)整內(nèi)包層玻 璃原料的配比，直至滿足芯料折射率nl略大于內(nèi)包層玻璃折射率π2，兩者之差(nl-n2)范 圍為0. 15% 3% ；④吸注法制備預(yù)制棒在制備光纖預(yù)制棒時，先把已升溫到1000-1100°C的光纖包層玻璃液緩慢從 不銹鋼頂模端部倒入已事先預(yù)熱到300-450°C的不銹鋼筒模中，倒至近滿，然后快速從 1000-110(TC的硅碳棒電爐中取出光纖芯料玻璃接著倒入頂模，使其覆蓋包層玻璃液一定 高度，此時，先倒入的包層玻璃液在筒模的內(nèi)壁由于溫差會發(fā)生固化，即在筒模內(nèi)壁將凝固 有一層一定厚度的玻璃；倒完芯料玻璃液后，將筒模垂直而平穩(wěn)地提起，當(dāng)把筒模提起時， 筒模中心未凝固的包層玻璃液就會下漏出來，同時吸引頂模中的芯料玻璃熔體注入筒模 的中心。這樣，芯料玻璃與筒模內(nèi)壁上的包層玻璃就構(gòu)成了雙層棒。
澆注完成后，將帶有玻璃熔體的模具一起放入已加熱到略低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度幾度下的 退火爐中進(jìn)行精確退火，進(jìn)行保溫約2小時。然后，以2 8°C /h的速率降溫至室溫。退火結(jié)束后脫模，便得到光纖預(yù)制棒。⑤玻璃光纖的拉制將光纖預(yù)制棒固定在拉絲機(jī)上，在320-400°C的溫度下，將該玻璃光纖預(yù)制棒拉制 成光纖；⑥微晶玻璃光纖的制備將玻璃光纖放入有惰性氣氛保護(hù)的特制的精密玻璃退火爐中，并在320 400°C 溫度下進(jìn)行熱處理，熱處理時間0. 1 1小時，其后，以1 5°C /h的速率降溫至室溫，得到 透明的微晶玻璃光纖。第2、3例玻璃配方見表2，芯料和內(nèi)包層玻璃的熔制工藝和上述第1組相同，都獲 得了較好的透明的微晶玻璃光纖。本發(fā)明只給出了三摻釹、鈥、鐿的氧氟化物光纖的實施例，但其它稀土離子如鉺 (Er)、銩(Tm)、鏑(Dy)等稀土離子也適用。恕我在此不贅述。本發(fā)明不限于上述實施例，在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)，根據(jù)上述說明書的描述，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員還可作出一些顯而易見的改變，但這些改變均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種稀土離子摻雜的氧氟化物微晶玻璃光纖，由纖芯和包層兩部分構(gòu)成，二者中心 軸線重合，其特征在于所述纖芯的材料選為摻稀土離子的氧氟化物玻璃系統(tǒng)，纖芯橫截面 為圓形；內(nèi)包層的材料選為無稀土離子摻雜的氧氟化物玻璃系統(tǒng)，光纖內(nèi)包層具有較纖芯 低的折射率，即η內(nèi)< η芯，具體配方如下組分摩爾百分比Si0235 ‘45A120312 .20PbF210 .20CdF220 ‘27GdF30 4. 9NdF30. 05 0.15HoF30. 05 0.15YbF30 5. 7。
全文摘要
本發(fā)明涉及微晶玻璃光纖，特別是一種稀土離子摻雜的氧氟化物微晶玻璃光纖。本發(fā)明的芯外包層是由規(guī)則排列的聚合物光子晶體光纖堆積而成，具有光子禁帶作用，保證了光在芯區(qū)的傳輸損耗低或損耗，色散特性好，可以遠(yuǎn)距離傳輸，實現(xiàn)了真正意義的光纖傳輸光的作用，本發(fā)明方法制備的光纖柔韌性好、制備簡單、成本低、適于與主干線兼容，適用于局域網(wǎng)和光纖入戶。
文檔編號C03C13/04GK102122019SQ201010504859
公開日2011年7月13日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者孫義興, 廖鄭洪, 張華 , 張臘生, 李濤, 李炳惠, 許建國, 謝河彬, 譚會良, 陳曲 申請人:成都亨通光通信有限公司