用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征是由二氧化硅的含量在5%至20%，五氧化二磷的含量在50%至70%，堿金屬氧化物不大于25%，堿土金屬氧化物不大于10%，中間體氧化物的含量在10%至20%，稀土氧化物不大于10%組成，本發(fā)明的玻璃組成能夠在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整，使得內(nèi)外包層之間的數(shù)值孔徑能在較大的范圍內(nèi)調(diào)整，從而能容易地實現(xiàn)全玻璃化高功率光纖激光器對光纖的內(nèi)外包層玻璃的數(shù)值孔徑的要求，另外，本發(fā)明中的外包層玻璃的化學(xué)組成能有效地優(yōu)化，以使這種玻璃能達到和石英玻璃相似的耐侵蝕性能，有效地抵御來自外環(huán)境的侵蝕，并能很好地與傳統(tǒng)的石英光纖焊接在一起。
【專利說明】
用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于高功率光纖激光器的玻璃基質(zhì)，特別是一種具有很高的五氧化二磷含量的硅酸鹽玻璃作為光纖的外包層玻璃，屬于光纖及激光【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器是以摻雜稀土元素的光纖為增益介質(zhì)的激光器，通過摻雜不同的稀土元素，如餌(Er)，鐿(Yb)，銩(Tm)，鈥(Ho)，釹(Nd)等，光纖激光器的工作波段覆蓋了從紫外到中紅外。與其他激光器相比，光纖激光器具有激光工作閾值低，能量轉(zhuǎn)化率高、輸出光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、無需光路調(diào)整、散熱性能好、壽命長和無需維護等鮮明特點，因此得到快速發(fā)展以及廣泛地應(yīng)用。
[0003]商用的石英光纖，目前已經(jīng)能輸出很高的功率。它的內(nèi)部主要由三層結(jié)構(gòu)組成，中央是纖芯，它與內(nèi)包層之間的數(shù)值孔徑相差不大，所以，纖芯組成的稍微變動，內(nèi)包層的玻璃組成就能達到設(shè)計要求。但是內(nèi)包層和外包層之間的數(shù)值孔徑，一般設(shè)計要求比較大，可達到0.5左右，內(nèi)包層玻璃組成的稍微變動，不能達到對外包層理想的要求。所以目前商用的石英光纖就不得不使用其他的材料，譬如塑料來作為它的外包層材料。由于玻璃和塑料的特性迥異，給它的焊接和應(yīng)用帶來了很多問題。隨著功率的進一步提高，塑料的不耐高溫的缺陷越來越突出。比較塑料，玻璃的耐高溫性能明顯高得多。因此，生產(chǎn)高功率全玻璃光纖的重要性越來越迫切。
[0004]我們已經(jīng)在生產(chǎn)高功率全玻璃光纖上做了一些探索，并申請了相應(yīng)的技術(shù)專利“用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖”。在這專利中，在不損害光纖的環(huán)境穩(wěn)定性的前提下，硅酸鹽玻璃組成經(jīng)過了最優(yōu)化調(diào)整，能夠有效地代替塑料作為光纖的外包層。
[0005]在調(diào)節(jié)外包層的硅酸鹽玻璃組成中，我們發(fā)現(xiàn)，僅僅使用二氧化硅S1^t為玻璃結(jié)構(gòu)的主要成分，并添加另外一些能夠改變玻璃物理化學(xué)性能的堿金屬氧化物，堿土金屬氧化物和中間體氧化物等成分，外包層玻璃的折射率雖然能得到降低，但降低得不夠充分，內(nèi)外包層的數(shù)值孔徑不能達到充分大的值。
[0006]在常溫下玻璃的折射率取決于引入玻璃中的各種化合物的折射率和它相應(yīng)的摩爾分數(shù)。在目前引入我們的硅酸鹽玻璃組成的各氧化物中，二氧化硅已經(jīng)具有最低的折射率。如果我們要想進一步降低折射率，我們必須要加入大量的，且具有比二氧化硅更低折射率的氧化物。五氧化二磷P2O5正是這樣一種氧化物。取決于玻璃組成，五氧化二磷具有比二氧化硅更寬廣的折射率調(diào)控范圍，在常溫下，五氧化二磷的折射率(nD)可在1.338至1.513的范圍內(nèi)調(diào)整，而相應(yīng)的二氧化硅的折射率(nD)只能在1.458至1.475的較小范圍內(nèi)調(diào)整。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在硅酸鹽全玻璃光纖中，通過在玻璃組成中引入高含量的五氧化二磷，制備出一種與內(nèi)包層光纖相配的，具有高數(shù)值孔徑的用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃。
[0008]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的。
[0009]一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于由二氧化硅、五氧化二磷、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、中間體氧化物和稀土氧化物組成，上述各組成成份的摩爾百分比為:二氧化硅的含量在5%至20%，五氧化二磷的含量在50%至70%，堿金屬氧化物不大于25%，堿土金屬氧化物不大于10%，中間體氧化物的含量在10%至20%，稀土氧化物不大于10%。
[0010]本發(fā)明中的堿金屬氧化物包括氧化鋰(Li2O),氧化鈉(Na2O),氧化鉀(K2O)和氧化銫(Cs2O);堿土金屬氧化物包括氧化鎂(MgO)，氧化媽(CaO)，氧化鋇(BaO);中間體氧化物一般指得是三氧化二鋁(Al2O3);稀土氧化物一般指得是氧化鑭(La203)。
[0011]本發(fā)明使用了高含量的五氧化二磷P2O5作為玻璃中的主成分之一，并添加了能夠改變玻璃物理化學(xué)性能的堿金屬氧化物，堿土金屬氧化物，中間體氧化物，還有稀土氧化物來制備作為此種高功率玻璃光纖結(jié)構(gòu)中的外包層玻璃。玻璃組成能夠在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整，使得內(nèi)外包層之間的數(shù)值孔徑能在較大的范圍內(nèi)調(diào)整，從而能容易地實現(xiàn)全玻璃化高功率光纖激光器對光纖的內(nèi)外包層玻璃的數(shù)值孔徑的要求，另外，本發(fā)明中的外包層玻璃的化學(xué)組成能有效地優(yōu)化，以使這種玻璃能達到和石英玻璃相似的耐侵蝕性能，有效地抵御來自外環(huán)境的侵蝕，并能很好地與傳統(tǒng)的石英光纖焊接在一起。

【具體實施方式】
[0012]下面對本發(fā)明作進一步描述:
一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于由二氧化硅、五氧化二磷、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、中間體氧化物和稀土氧化物組成，上述各組成成份的摩爾百分比為:二氧化硅的含量在5%至20%，五氧化二磷的含量在50%至70%，堿金屬氧化物不大于25%，堿土金屬氧化物不大于10%，中間體氧化物的含量在10%至20%，稀土氧化物不大于10%，其中的堿金屬氧化物包括氧化鋰(Li2O),氧化鈉(Na2O),氧化鉀(K2O)和氧化銫(Cs2O);堿土金屬氧化物包括氧化鎂(MgO)，氧化Ii(CaO),氧化鋇(BaO);中間體氧化物一般指得是三氧化二鋁(Al2O3);稀土氧化物一般指得是氧化鑭(La203)。
[0013]本發(fā)明使用了高含量的五氧化二磷P2O5作為玻璃中的主成分之一，并添加了能夠改變玻璃物理化學(xué)性能的堿金屬氧化物，堿土金屬氧化物，中間體氧化物，還有稀土氧化物來制備作為此種高功率玻璃光纖結(jié)構(gòu)中的外包層玻璃。玻璃組成能夠在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整，使得內(nèi)外包層之間的數(shù)值孔徑能在較大的范圍內(nèi)調(diào)整，從而能容易地實現(xiàn)全玻璃化高功率光纖激光器對光纖的內(nèi)外包層玻璃的數(shù)值孔徑的要求，另外，本發(fā)明中的外包層玻璃的化學(xué)組成能有效地優(yōu)化，以使這種玻璃能達到和石英玻璃相似的耐侵蝕性能，有效地抵御來自外環(huán)境的侵蝕。
[0014]一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃的制備工藝，其特征在于步驟如下:
步驟一、將五氧化二磷，二氧化硅，堿金屬及堿土金屬的碳酸化物，中間體氧化物，以及稀土氧化物按設(shè)定的比例一起放在瑪瑙研缽中混合均勻；
步驟二、然后把它們倒入到鉑金坩禍中，一起放入到預(yù)先升至1500度左右的高溫爐中加熱，熔制時間約為25小時，使玻璃原料充分反應(yīng)； 步驟三、將玻璃液傾倒在預(yù)熱好的鑄鐵模具里，待充分固化后放入退火爐子中冷卻至室溫后取出待用。
[0015]本發(fā)明與石英玻璃相比，具有低的玻璃熔制溫度，寬的玻璃光纖拉制溫度區(qū)間，及良好的抗環(huán)境侵蝕能力，取出的玻璃塊經(jīng)質(zhì)量檢測后，通過專用設(shè)備來制備好預(yù)制棒，然后送入特殊光纖拉絲塔中拉出合乎要求的硅酸鹽全玻璃光纖。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于由二氧化硅、五氧化二磷、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、中間體氧化物和稀土氧化物組成，上述各組成成份的摩爾百分比為:二氧化硅的含量在5%至20%，五氧化二磷的含量在50%至70%，堿金屬氧化物不大于25%，堿土金屬氧化物不大于10%，中間體氧化物的含量在10%至20%，稀土氧化物不大于10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于堿金屬氧化物包括氧化鋰(Li2O),氧化鈉(Na2O),氧化鉀(K2O)和氧化銫(Cs2O)0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于堿土金屬氧化物包括氧化鎂(MgO)，氧化媽(CaO)，氧化鋇(BaO)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于中間體氧化物是三氧化二鋁(A1203)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于稀土氧化物是氧化鑭(La2O3)tl
【文檔編號】C03C3/062GK104496173SQ201410769609
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】姚治東, 史偉 申請人:山東海富光子科技股份有限公司