一种芯包异质的氟铝基光纤及其制备方法

本发明涉及光纤制备或者光纤预制棒制备，尤其涉及一种芯包异质的氟铝基光纤及其制备方法。

背景技术：

1、自上世纪光纤器件获得巨大发展以来，国内外各领域对光纤器件的应用越来越重视，因为它弥补了空间光器件的诸多缺陷，例如可以实现长距离传输，受环境影响小，稳定性更高等。一直以来，石英光纤都占据着光纤器件的首要地位。然而，石英光纤的传输损耗在2.4微米以上急剧上升，这导致2.4微米以上的中红外波段的光纤器件发展，受到极大限制。

2、氟化物和硫系玻璃被认为是适合中红外光纤器件的材料，因为它们具有宽传输窗口和低声子能量。硫系玻璃光纤虽然比氟化物的传输窗口更宽，然而，硫系玻璃的透过率仅有60%左右，远小于氟化物的90%，特别地，对于光纤来说，较长的长度将导致光在其中的指数型衰减。截至目前，硫系光纤仍然具有较高的光损耗，限制了其发展。

3、氟化物玻璃材料，兼具宽透过窗口、高透射率、低声子能量、稀土离子掺杂浓度高等特点，打破了石英光纤在中红外波段的光器件的限制，成为一种理想型材料。近年的一些研究证明，与氟锆基和氟铟基玻璃材料相比，氟铝基玻璃具有更好的化学稳定性和耐水性，因此常被用作保护端盖，以防止光纤受到水分子中的羟基腐蚀；且仅有略高的声子能量，被证明是实现中红外光纤器件的优异材料。然而，与其他氟化物玻璃一样，它也具有较小的玻璃化转变温度tx和玻璃析晶温度tg的差值（δt=tx-tg）和较差的热稳定性。使用棒管法技术制备的光纤预制棒通常需要第二次加热过程，这就导致玻璃材料中的微晶成倍地增长并引起光散射。同时，该方法制备的光纤预制棒或光纤，其纤芯与包层的界面较差，也会增加光纤的损耗。

4、因此，本领域的技术人员致力于开发一种芯包异质的氟铝基光纤及其制备方法，以克服现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何解决氟化物光纤，特别是氟铝基光纤在制造中的损耗问题和制备后的存储问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种芯包异质的氟铝基光纤，包括纤芯和包层，所述纤芯由氟铝基玻璃材料制得，所述包层由氟磷基玻璃材料制得。

3、进一步地，所述氟铝基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-yf3-pbf2-mgf2-nh4hf2。

4、进一步地，所述氟磷基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-naf-lif-srf2-mgf2-al(po3)3。

5、进一步地，所述纤芯和包层以吸注法的工艺进行结合，形成所述纤芯和包层为异质的光纤预制棒，并拉制为光纤。

6、本发明还提供一种芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，所述方法包括以下步骤：

7、步骤1、 按照包层的氟磷基玻璃材料的原料组分，以一定比例混合，并于研钵中进行研磨；按照纤芯的氟铝基玻璃材料的原料组分，以一定比例混合，并于研钵中进行研磨；

8、步骤2、 将步骤1中研磨过的包层的氟磷基玻璃材料和纤芯的氟铝基玻璃材料分别装于第一坩埚和第二坩埚中，并在高温炉中进行熔融；

9、步骤3、 将中心具有柱状孔的模具进行预热；

10、步骤4、 先将熔融状态的氟磷基玻璃材料从第一坩埚浇注于预热后的模具的中心的柱状孔中，随后将熔融状态的氟铝基玻璃材料从第二坩埚浇注于同一个模具中，形成具有芯包结构的光纤预制棒，光纤预制棒随模具一同降至室温；

11、步骤5、 将冷却后的光纤预制棒抛光并装载于光纤拉丝塔上，进行光纤拉制，获得芯包异质的氟铝基光纤。

12、进一步地，所述氟磷基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-naf-lif-srf2-mgf2-al(po3)3，所述氟铝基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-yf3-pbf2-mgf2-nh4hf2。

13、进一步地，所述步骤2中所述在高温炉中进行熔融具体为：在800至1000℃的炉中熔融30分钟以上。

14、进一步地，所述步骤1中所述原料组分的比例根据所述氟铝基光纤的光学性能需要进行调整。

15、进一步地，所述步骤3中的所述模具的中心的柱状孔的直径为5至20 cm。

16、进一步地，所述步骤3中所述模具的预热温度根据所述氟磷基玻璃材料和氟铝基玻璃材料的玻璃化转变温度和玻璃析晶温度来确定。

17、本发明的有益效果在于：

18、（1）本发明制备的光纤，制备工艺简单，可实现批量化生产；

19、（2）本发明制备的光纤，具有良好的芯包界面和低的光纤损耗；

20、（3）本发明制备的光纤，对环境容忍度更大，存储时间更久；

21、（4）本发明制备的光纤，在光纤或光纤预制棒的制备领域具有重要的应用前景。

22、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种芯包异质的氟铝基光纤，其特征在于，包括纤芯和包层，所述纤芯由氟铝基玻璃材料制得，所述包层由氟磷基玻璃材料制得。

2.如权利要求1所述的芯包异质的氟铝基光纤，其特征在于，所述氟铝基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-yf3-pbf2-mgf2-nh4hf2。

3.如权利要求1所述的芯包异质的氟铝基光纤，其特征在于，所述氟磷基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-naf-lif-srf2-mgf2-al(po3)3。

4.如权利要求1所述的芯包异质的氟铝基光纤，其特征在于，所述纤芯和包层以吸注法的工艺进行结合，形成所述纤芯和包层为异质的光纤预制棒，并拉制为光纤。

5.一种如权利要求1所述的芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，其特征在于，所述氟磷基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-naf-lif-srf2-mgf2-al(po3)3，所述氟铝基玻璃材料的原料组分是：alf3-baf2-caf2-yf3-pbf2-mgf2-nh4hf2。

7.如权利要求6所述的芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述在高温炉中进行熔融具体为：在800至1000℃的炉中熔融30分钟以上。

8.如权利要求5所述的芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述原料组分的比例根据所述氟铝基光纤的光学性能需要进行调整。

9.如权利要求5所述的芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的所述模具的中心的柱状孔的直径为5至20 cm。

10.如权利要求6所述的芯包异质的氟铝基光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤3中所述模具的预热温度根据所述氟磷基玻璃材料和氟铝基玻璃材料的玻璃化转变温度和玻璃析晶温度来确定。

技术总结
本发明公开了一种芯包异质的氟铝基光纤，包括纤芯和包层，所述纤芯由氟铝基玻璃材料制得，所述包层由氟磷基玻璃材料制得，所述氟铝基玻璃材料的原料组分是：AlF<subgt;3</subgt;‑BaF<subgt;2</subgt;‑CaF<subgt;2</subgt;‑YF<subgt;3</subgt;‑PbF<subgt;2</subgt;‑MgF<subgt;2</subgt;‑NH<subgt;4</subgt;HF<subgt;2</subgt;，所述氟磷基玻璃材料的原料组分是：AlF<subgt;3</subgt;‑BaF<subgt;2</subgt;‑CaF<subgt;2</subgt;‑NaF‑LiF‑SrF<subgt;2</subgt;‑MgF<subgt;2</subgt;‑Al(PO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;。本发明还公开了一种芯包异质的氟铝基光纤的制备方法。本发明制备的光纤，制备工艺简单，可实现批量化生产；具有良好的芯包界面和低的光纤损耗；对环境容忍度更大，存储时间更久；在光纤或光纤预制棒的制备领域具有重要的应用前景。

技术研发人员：王鹏飞,张集权,刘墨,徐昌骏,王顺宾
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13