一種超寬帶熒光玻璃光纖及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶熒光玻璃光纖及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年以來，稀土摻雜的光纖放大器，由于其具有增益高、能級(jí)豐富等特點(diǎn)，已經(jīng)引起了人們極大的興趣并被廣泛研究。但是隨著用戶對(duì)帶寬的日益要求，光纖通信正在向著高速率、高寬帶的大容量方向發(fā)展。
[0003]目前的研究大多集中在多稀土共摻的光纖放大器上，這種方法工藝簡(jiǎn)單，但是對(duì)于制備低損耗、高發(fā)光效率的光纖，這種方法存在缺陷。因?yàn)樵谙⊥凉矒降睦w芯玻璃中，稀土離子距離很近，在栗浦光激發(fā)時(shí)，容易產(chǎn)生非輻射交叉弛豫，從而減弱稀土離子的熒光發(fā)射，甚至發(fā)生熒光淬滅，嚴(yán)重限制了光纖在寬帶光纖放大器、可調(diào)諧激光器等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此研究新型的制備超寬帶熒光玻璃光纖的方法成為光纖通信領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超寬帶熒光玻璃光纖的制備方法，其工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更高的發(fā)光效率，為稀土摻雜玻璃光纖中實(shí)現(xiàn)寬帶發(fā)光開辟了新的途徑。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供由上述制備方法制備得到的超寬帶熒光玻璃光纖。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種超寬帶熒光玻璃光纖的制備方法，包括以下步驟:
[0008](1)選取玻璃光纖的原料和不同的稀土離子原料，將稀土離子原料分別單摻到玻璃光纖原料中，制備稀土離子單摻的纖芯玻璃；各稀土離子單摻的纖芯玻璃色散特性、熱學(xué)特性類似；
[0009](2)選取玻璃片的原料，制備玻璃片；所述玻璃片的原料摩爾百分比為:Si02:45 ?70%，Al203:12 ?25%，CaO:5 ?15%，MgO:2 ?12%，ZnO:0 ?7% ;
[0010](3)將步驟(1)中各稀土離子單摻雜的纖芯玻璃進(jìn)行間隔排列，排列成陣列形式；并用步驟(2)中的玻璃片將各稀土離子單摻雜的纖芯玻璃進(jìn)行隔離，得到排列的稀土離子單摻雜纖芯玻璃；
[0011](4)將步驟(3)的排列的稀土離子單摻雜纖芯玻璃放入拉絲塔中進(jìn)行初步拉制，使得纖芯玻璃和玻璃隔片熔為一個(gè)整體，得到初步拉伸的纖芯玻璃；所述初步拉制是指將纖芯玻璃放入拉絲塔，緩慢升溫至1100?1350°C，保溫10?30min ；
[0012](5)將步驟(4)中初步拉伸的纖芯玻璃加工成圓柱形玻璃細(xì)棒，再與玻璃包層管套在一起，制成光纖預(yù)制棒，拉制光纖，得到超寬帶熒光玻璃光纖；所述玻璃包層管的原料摩爾百分比為:Si02:45 ?70%,A1 203:12 ?25%,Ca0:5 ?15%,Mg0:2 ?12%,Zn0:0 ?7%。
[0013]步驟⑴中所述稀土離子為Er3+、Tm3+，H03+，Dy3+，Nd3+中的兩種或三種稀土離子，優(yōu)選兩種稀土離子；所述稀土離子原料為稀土氧化物，所述玻璃光纖原料為Si02，A1203，CaO，MgO以及ZnO ;所述稀土離子單摻纖芯玻璃的各組分摩爾百分比為:Si02:45?70%，A1 203:12 ?25%，CaO:5 ?15%，MgO:2 ?12%，ZnO:0 ?7%，稀土氧化物 0.1 ?5%。所述纖芯玻璃為長方體，其橫截面為正方形；
[0014]步驟(1)中所述稀土離子單摻的纖芯玻璃的具體制備方法為按照稀土離子單摻纖芯玻璃的各組分摩爾百分比稱取稀土離子原料和玻璃光纖原料，混合均勻，加熱熔融，攪拌，保溫，成型，退火，加工，得到稀土離子單摻的纖芯玻璃；所述加熱熔融的溫度為1100?1700°C，所述加熱熔融的時(shí)間為0.5?2h ;所述攪拌轉(zhuǎn)速為5?15r/min，攪拌時(shí)間為15?40min ;所述保溫時(shí)間為30?120min ;所述退火溫度為500?700 °C，退火時(shí)間為2?4h。
[0015]所述成型的形狀為四方長條狀。
[0016]步驟(2)中所述玻璃片的制備方法為將玻璃片的原料混合均勻放入容器中，加熱熔融，攪拌，保溫，倒入模具中成型，退火；所述加熱熔融的溫度為1100?1700°C，所述加熱恪融的時(shí)間為0.5?2h ;所述攪拌轉(zhuǎn)速為5?15r/min，攪拌時(shí)間為15?40min ;所述保溫時(shí)間為30?120min ;所述退火溫度為500?700°C，退火時(shí)間為2?4h。
[0017]步驟(3)中所述陣列為矩陣或方陣。
[0018]步驟(5)中所述玻璃包層管的制備方法為將玻璃包層管的原料混合均勻放入容器中，加熱熔融，攪拌，保溫，倒入模具中成型，退火；所述加熱熔融的溫度為1100?1700°C，所述加熱熔融的時(shí)間為0.5?2h ;所述攪拌轉(zhuǎn)速為5?15r/min，攪拌時(shí)間為15?40min ;所述保溫時(shí)間為30?120min ;所述退火溫度為500?700 °C，退火時(shí)間為2?4h。
[0019]步驟(5)中所述拉制光纖是指將預(yù)制棒放入拉絲塔內(nèi)，緩慢升溫到1100?1350°C，保溫10?30min ;通過調(diào)整拉絲的速度拉制出不同尺寸的光纖。所述拉絲轉(zhuǎn)速為45 ?80rpm。
[0020]所述超寬帶熒光玻璃光纖由上述制備方法制備得到。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0022](1)本發(fā)明將不同稀土離子分別摻雜至玻璃光纖中，制備出單摻雜的玻璃光纖，如:摻鉺光纖和摻銩光纖，將不同稀土離子單摻雜光纖相間排列為陣列的形式，并且由于采用適當(dāng)?shù)牟ＡЦ羝瑢⑵浞謩e隔離開，能夠有效避免不同稀土離子間的非輻射交叉弛豫，制備出具有較強(qiáng)寬帶發(fā)光的玻璃光纖；
[0023](2)本發(fā)明方法制備的玻璃光纖有望實(shí)現(xiàn)光纖中寬帶光增益，適用于寬帶光纖放大器、可調(diào)諧激光器等。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的摻鉺纖芯玻璃和摻銩纖芯玻璃間隔排列為陣列形式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為實(shí)施例1?3制備的摻Tm203玻璃光纖即銩單摻纖芯玻璃的熒光光譜圖；(1)?(3)分別與實(shí)施例1?3對(duì)應(yīng)；
[0026]圖3為實(shí)施例1?3制備的摻Er203玻璃光纖即鉺單摻纖芯玻璃的熒光光譜圖；
(1)?(3)分別與實(shí)施例1?3對(duì)應(yīng)；
[0027]圖4為實(shí)施例1?3制備的超寬帶熒光玻璃光纖以及實(shí)施例4制備的Er203與Tm203共摻玻璃光纖的熒光光譜圖；(1)?(4)分別與實(shí)施例1?4對(duì)應(yīng)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不局限此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0029]實(shí)施例1
[0030](1)稀土離子單摻纖芯玻璃的制備:
[0031](1-1)鉺單摻纖芯玻璃各組分的摩爾百分比:Si02:60%，A1 203:20%, CaO -.10%,MgO:8%, ZnO:2%, Er203:l% ；
[0032]銩單摻纖芯玻璃各組分的摩爾百分比:Si02:60%，A1 203:20%, CaO: 10%，MgO:8%, ZnO:2%, Tm203:l% ；
[0033]按各配方分別稱取80g原料，在瑪瑙研缽中充分混合均勻；
[0034](1-2)將混合均勻的物料倒入100ml剛玉坩鍋，待高溫箱式電阻爐升到1550°C時(shí)，將裝有物料的剛玉坩禍放入爐中保溫lh，然后放入攪拌桿，慢速攪拌(10轉(zhuǎn)每分鐘)30min，再保溫lh，出料，成型為四方長條狀玻璃樣品；
[0035](1-3)將玻璃樣品立刻放入退火爐中于600°C保溫3h，消除部分應(yīng)力；
[0036](1-4)在機(jī)床上將退火后的玻璃樣品加工成長為100mm，寬為5mm，高為5mm的四方長條狀玻璃，并將表面拋光成鏡面，分別得到鉺單摻纖芯玻璃和鎊單摻纖芯玻璃；依次用濃度為3mol/L的鹽酸、無水酒精將鉺單摻纖芯玻璃和銩單摻纖芯玻璃清洗干凈，備用；
[0037](2)玻璃片的制備:
[0038](2-1)制備玻璃片的各組分摩爾百分比:Si02:60%, A1203:20%, CaO:10%, MgO:8%, ZnO:2%，稱取60g的高純?cè)?，在瑪瑙研缽中充分混合均勻?br>[0039](2-2)將混合均勻的物料倒入100ml剛玉坩鍋，待高溫箱式電阻爐升到1550°C時(shí)，將裝有物料的剛玉坩禍放入爐中保溫lh，然后放入攪拌桿，慢速攪拌(10轉(zhuǎn)每分鐘)30min，再保溫lh，出料，成型為片狀玻璃樣品；
[0040](2-3)將片狀玻璃樣品立刻放入退火爐中于600°C保溫3h，消除部分應(yīng)力；
[0041](2-4)在機(jī)床上將退火后的片狀玻璃樣品加工成長為100mm，寬為29mm，厚為1mm的片狀玻璃、以及長為100_，寬為5_，厚為1_的片狀玻璃，并將表面拋光成鏡面，得到玻璃片，作為玻璃隔片阻擋層；依次用濃度為3mol/L的鹽酸、無水酒精將玻璃片清洗干凈，備用；
[0042](3)將鉺單摻纖芯玻璃和銩單摻纖芯玻璃間隔排列成矩形，并用玻璃片將各纖芯玻璃隔離開來，如圖1所示，將其放入拉絲塔內(nèi)，緩慢升溫到1250°C，保溫15min，預(yù)拉待其熔為一個(gè)整體，得到初步拉制的纖芯玻璃；將初步拉制的纖芯玻璃在機(jī)床上冷加工成直徑為4mm，長為100mm的圓柱細(xì)棒，拋光使表面呈鏡面，并將端面磨平以減少空隙氣泡，依次用濃度為3mol/L的鹽酸、無水酒精進(jìn)行清洗，備用；
[0043](4)包層管的制備:
[0044](4-1)制備包層管的組分摩爾百分比為:Si02:59.5 %，A1 203:20 %，CaO:10%,MgO:8%，ZnO:2.5%，按配方稱取高純?cè)?00g，在瑪瑙研缽中充分混合均勻；
[0045](4-2)將混合均勻的物料倒入750ml剛玉坩鍋中，待高溫箱式電阻爐升到1550°C時(shí)，將裝有物料的剛玉坩禍放入爐中保溫lh，然后放入攪拌桿，慢速