掺镱氟磷-磷酸盐玻璃双包层光纤及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及双包层光纤，特别是一种渗镜氣憐-憐酸盐玻璃双包层光纤及其制备 方法。 技术背景
[0002] 渗镜单频光纤具有窄线宽、相干长度小和噪声低等优势，因此在遥感技术、天文 学、气象观测、工业、医疗W及军事等领域具有重要应用而得到了越来越多的重视和研究。 环形腔和线型腔是实现单频激光的两种方式，后者的稳定性要优于前者且不容易出现跳模 现象。因此，超短直线腔是实现稳定单频激光输出的最简单的结构。目前，渗镜单频光纤激 光器所需的增益介质主要是石英光纤。但是镜离子在石英基质中渗杂浓度非常低，无法在 线型腔中实现高增益的激光输出。2005年，Rochester大学W.Guan等人用2cm长渗镜石英 光纤仅实现35mW的单频激光输出的pticalSocietyAmerica, 2005)。由于憐酸盐玻璃具 有高渗杂浓度、大的发射截面W及长巧光寿命等优势，使其在线性超短腔输出上取得了重 要的进展，成为非常有应用前景的渗镜单频激光光纤。2011年，华南理工大学徐善辉等人 用0.8cm渗镜憐酸盐光纤实现了 1. 06um400mW的单频激光输出，稳定性大于比，线宽小于 7曲Z的Pt.Lett.，36, 3708, 2011)。然而实验发现，渗镜憐酸盐玻璃即便是在低溫的情况下 也很难实现激光输出，而渗镜的氣憐酸盐玻璃在常溫下即可实现瓦量级的激光输出。因此， 渗镜氣憐酸盐单频光纤具有明显的优势，可作为单频光纤激光器的增益介质。
[0003] 传统光纤预制棒的制备方法为管棒法，但其制备周期长，且在玻璃加工尤其是打 孔过程中，引入杂质增加光纤的损耗。利用堆叠法制备光纤预制棒，能够合理的控制忍包 比；内包层为非圆形提高光纤的累浦禪合效率。堆叠法是一种快速简便的方法，能够制备高 质量的氣憐-憐酸盐玻璃光纤。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种渗镜氣憐-憐酸盐玻璃双包层光纤及其制备方法。该 双包层光纤利用堆叠法制备，其损耗小，镜离子渗杂浓度高，且发光性能良好。实验证明，在 940nm激光二极管（LD)累浦下实现~Ium的激光输出。 阳005] 本发明的技术解决方案如下：
[0006] 一种渗镜氣憐-憐酸盐玻璃双包层光纤，由纤忍、内包层、外包层组成，其特点在 于纤忍由氣憐酸盐玻璃构成，内包层和外包层由憐酸盐玻璃构成，其相应的玻璃配方如 下：
[0007] 所述的纤忍的组成（mol% )为：
[0008] 41任〇3)3:5~10,8曰任〇3)3:1〇~15，尺尸2巧=]\%、5'、8曰和0曰）=:45~54,41尸3: 15 ~25,BaO:10,化F；3:5;
[0009] 所述的内包层的组成（mol% )为：
[0010] 口2〇5:52 ~60,KzO:1〇 ~14,MgO:1 ~8,BaO:12 ~20,Al2〇3:l〇 ~12 ; W11] 所述的外包层的组成（mol% )为：
[0012] P205:52 ~60,KzO:1〇 ~13，Mg0 :1 ~6,BaO:11 ~19,Al2〇3:l〇 ~12。
[0013] 利用上述玻璃通过堆叠法制备渗镜氣憐-憐酸盐玻璃双包层光纤的方法，该方法 包括W下几个步骤：
[0014] 1)纤忍玻璃烙制：
[0015] 按照权利要求1选定的纤忍组分配方称量各粉末原料，充分研磨均匀并装入销金 相蜗中于1040~Iiocrc烙炉中烙化；烙化的玻璃液在1070~Iiocrc澄清30~50min，再 降溫至750~770°C揽拌2~化，匀速降溫至750~730°C保溫IOmin后，在预热的不诱钢 模具上诱注成大尺寸的玻璃块体，将块体玻璃送入退火炉中，在玻璃转变溫度Tg保溫lOh， 然后W1~5°C/小时降至100°C，关闭退火炉电源自然冷却至室溫；
[0016] 2)内包层玻璃烙制：
[0017] 按照权利要求1选定的内包层组分配方称量各粉末原料，充分研磨均匀并装入石 英相蜗中于1150~1200°C烙炉中烙化，之后转移至销金相蜗中通入纯度为99%干燥氧气 鼓泡除水比，在1200~1230°C下澄清化，再降溫至1050~1000°C揽拌化，后降溫至950~ IOOCTC保溫20min，最后将玻璃液倒入预热的不诱钢模具上成型，后送入退火炉在玻璃转变 溫度Tg保溫lOh，然后W1~5°C/小时降至100。关闭退火炉电源自然冷却至室溫；
[0018] 3)外包层玻璃烙制：
[0019] 除组成不同外，其制备过程与内包层玻璃的制备过程相同；
[0020] 4)将步骤1)J)和如制得的忍、内外包层玻璃经切割、研磨、抛光加工成直径 20臟，长度15cm的圆棒，分别在拉丝机上拉制成Imm的毛细棒，将毛细棒采用酸处理（专利 【申请号】201510291764.5)后，通过堆叠法堆煤在内六角不诱钢模具中，制备双包层光纤预 制棒；
[0021] 5)将所述的预制棒固定在拉丝机上，在500~600°C下，拉制成直径范围为150~ 200um的双包层光纤。
[0022] 本发明的有益效果为：
[0023](一）合理的结合了氣憐酸盐玻璃优异的激光性能与憐酸盐玻璃较好的物理性能 的优点，解决了氣憐酸盐玻璃拉制光纤困难的问题；
[0024](二）采用堆叠法制备双包层光纤，避免了玻璃打孔过程中引入的杂质；同时工艺 简单，成本较低，缩短了光纤制备的周期；
[00巧](S)光纤内包层为六边形结构提高了累浦光禪合效率，实现了~Ium的激光输 出。
【附图说明】
[00%] 图1为通过堆叠法制备六边形内包层形状的光纤预制棒端面图，1为纤忍，2为内 包层，3为外包层；
[0027] 图2为本发明实施例1中渗镜氣憐-憐酸盐玻璃双包层光纤的激光光谱图；
[0028] 图3为本发明实施例1中纤忍玻璃在896nm氣灯累浦下的巧光光谱。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体的实施例和附图进一步阐述本发明，但不应W此限制本发明的保护 范围。
[0030] 表1为本发明渗镜氣憐纤忍玻璃的5个实施例玻璃的组分摩尔百分组成；表2为 憐酸盐包层玻璃实施例的组分摩尔百分组成。
[0031] 表1渗镜氣憐纤忍玻璃实施例的组分摩尔组成
[0033] 表2憐酸盐内包层玻璃实施例的组分摩尔组成
[0036] 表3憐酸盐外包层玻璃实施例的组分摩尔组成
阳0測实施例1
[0039] 1)纤忍玻璃烙制
[0040] 按表1选取第1组称量纤忍组分各粉末原料，充分研磨均匀并装入销金相蜗中于 1040°C烙炉中烙化。烙化的玻璃液在1070°C澄清50min，再降溫至760°C揽拌地，匀速降溫 至750°C保溫IOmin后，在预热的不诱钢模具上诱注成大尺寸的玻璃块体，将块体玻璃送入 退火炉中，在玻璃转变溫度46rc保溫loh，然后Wrc/小时降至ioo°c，关闭退火炉电源 自然冷却至室溫；
[0041] 2)内包层玻璃烙制
[0042] 按表2选取第1组称量内包层组分各粉末原料，充分研磨均匀并装入石英相蜗中 于115(TC烙炉中烙化，之后转移至销金相蜗中通入纯度为99%干燥氧气鼓泡除水比，在 1200°C下澄清化，再降溫至1000°C揽拌化，后降溫至950°C保溫20min，最后将玻璃液倒入 预热的不诱钢模具上成型，后送入退火炉在玻璃转变溫度455°c保溫loh，然后Wrc/小时 降至100°C，关闭退火炉电源自然冷却至室溫；
[0043] 3)外包层玻璃烙制：
[0044] 除组成不同外，其制备过程与内包层玻璃的制备过程相同； W45] 4)将步骤1)J)和如制得的忍、内外包层玻璃经切割、研磨、抛光加工成直径 20臟，长度15cm的圆棒，分别在拉丝机上拉制成Imm的毛细棒，将毛细棒采用酸处理（专利 【申请号】201510291764.5)后，通过堆叠法堆煤在内六角不诱钢模具中，制备双包层光纤预 制棒；
[0046] 5)将所述的预制棒固定在拉丝机上，在500°C下，拉制成直径范围为200um的双包 层光纤。
[0047] 对实施例1的渗镜氣憐酸盐玻璃进行光谱测试，其巧光光谱如图3所示，双包层光 纤的激光光谱如图2所示。 引实施例2W例 1)纤忍玻璃烙制：
[0050] 按表1选取第2组称量纤忍组分各粉末原料，充分研磨均匀并装入销金相蜗中于 Iiocrc烙炉中烙化。烙化的玻璃液在Iiocrc澄清30min，再降溫至770°C揽拌5h，匀速降溫 至740°C保溫IOmin后，在预热的不诱钢模具上诱注成大尺寸的玻璃块体，将块体玻璃送入 退火炉中，在玻璃转变溫度466°C保溫lOh，然后W2°C/小时降至100°C，关闭退火炉电源 自然冷却至室溫；
[0051] 2)内包层玻璃烙制：
[0052] 按表2选取第2组称量内包层组分各粉末原料，充分研磨均匀并装入石英相蜗中 于117(TC烙炉中烙化，之后转移至销金相蜗中通入纯度为99%干燥氧气鼓泡除水比，在 1220°C下澄清化，再降溫至1050°C揽拌化，后降溫至1000°C保溫20min，最后将玻璃液倒入 预热的不诱钢模具上成型，后送入退火炉在玻璃转变溫度463°C保溫