明】
[0021] 图1和图2分别为本发明实施例1的吸收谱和斜率效率图。
[0022] 图3和图4分别为本发明实施例2的吸收谱和斜率效率图。
[0023] 图5和图6分别为本发明比较例3和比较例4的实心棒折射率剖面图。
【具体实施方式】
[0024] 实施例1，制备掺镱光纤预制棒。
[0025] 首先进行衬底管刻蚀，衬底管在加热条件下通入氟氯烷与氯气的混合物，对衬底 管内壁表面进行刻蚀；然后沉积数层至数百层石英玻璃包层，即在石英玻璃衬底管内沉积 纯SiO2或掺杂P/F的SiO2层；接着在1200至1400°C的温度范围内，在管内继续沉积含有GeOjP/或P205的石英玻璃粉体，该粉体的粒径范围是10到200nm;纤芯中的GeO2浓度为 15mol%〇
[0026] 将含有石英玻璃粉体的衬底管浸入含有Yb离子和Al离子的氯化物混合水溶液 中，该溶液中Yb离子浓度为0. 3mol/L，溶液中Al离子和Yb离子的摩尔浓度比为30;再将 浸入混合溶液的衬底管置于超声波中均化20min。
[0027] 取出吸附有溶液的衬底管，干燥脱去游离水；将衬底管干燥脱去游离水时采用了 微波辐射，辐射时间为30min，微波的频率范围是I. 0到2. 45GHz，微波干燥脱去至少99%的 游离水，微波辐射同时通入(：12和02混合气体。
[0028] 再微波加热至800°C到1200°C，向管内通入(：12和0 2混合气体脱去石英玻璃粉体 结合水和羟基，时间为持续40min，Cld^流量是02的2到10倍，且Cl2的流量大于5〇SCCm。
[0029] 在1700°C到2000°C，向管内通入He和0 2使得石英玻璃粉体玻璃化，He流量为 lOOsccm，O2流量为 5〇Osccm。
[0030] 在2000到2300°C下，保持管内压力0?IBar，Cl2流量10到30sccm，0 2流量50到 lOOsccm，将衬底管和玻璃化石英玻璃粉体熔缩成透明实心的石英玻璃基质掺稀土预制棒。
[0031] 最后在熔缩得到的透明实心的石英玻璃基质掺稀土预制棒外套装使用石英玻璃 套管拉丝后制成纤芯/包层为10/130ym的光纤，用915nm的泵浦源进行包层泵浦，测试吸 收的泵浦功率及输出功率如图1所示，线形平滑；实施例1所述掺镱光纤的激光斜率效率 81. 9% (如图 2)。
[0032]比较例1，制备掺镱光纤预制棒。
[0033] 首先进行衬底管刻蚀，然后沉积数层至数百层石英玻璃包层，接着在1200至 1400°C的温度范围内，在管内继续沉积含有GeOjP/或P205的石英玻璃粉体，该粉体的粒 径范围是10到IOOnm;纤芯中的GeO2浓度为15mol%〇
[0034] 将含有石英玻璃粉体的衬底管浸入含有Yb离子和Al离子的氯化物混合水溶液 中，该溶液中Yb离子的浓度为0. 3mol/L，溶液中Al离子和Yb的摩尔浓度比为30; 取出吸附有溶液的衬底管，微波干燥脱去游离水；再微波加热至800到1200°C下，向管 内通入C12和02混合气体脱去石英玻璃粉体结合水和羟基，时间为持续40分钟，Cl2的流 量是〇2的2到10倍，且Cl2的流量大于5〇sccm。
[0035] 在1700到2000°C下，向管内通入He和0 2使得石英玻璃粉体玻璃化，He流量为 lOOsccm，O2流量为 5〇Osccm。
[0036] 在2000到2300°C下，保持管内压力0?IBar，Cl2流量10到30sccm，0 2流量50到 lOOsccm，将衬底管和玻璃化石英玻璃粉体熔缩成透明实心的石英玻璃基质掺稀土预制棒。[0037] 最后在熔缩得到的透明实心的石英玻璃基质掺稀土预制棒外套装使用石英玻璃 套管拉丝后制成纤芯/包层为10/130ym的光纤，用915nm的泵浦源进行包层泵浦，测得吸 收谱和斜率效率分别如图3和图4所示。实施例2与实施例1的区别仅在于将含有石英玻 璃粉体的衬底管浸入含有Yb离子和Al离子的氯化物混合水溶液中时关闭了超声波发生 器，其他步骤基本相同。与图1相比，结果显示吸收谱曲线的线形锯齿状较明显，说明掺杂 物均匀性略差。
[0038] 实施例2和比较例2,主要参数列于表1，两者区别在于实施例2在脱去游离水时 使用了微波干燥而比较例2关闭了微波干燥。两者制成的实心棒测试折射率剖面结果分别 如图5和图6所示。在其他主要步骤完全相同的前提下，关闭了微波干燥的图6中比较例 2的折射率剖面中央明显有一个下陷，而图5中实施例2则不明显，本领域技术人员容易理 解，剖面中央下陷降低光纤的性能(光束质量差、损伤域值低等)，证明微波干燥有利于提高 实心棒剖面径向掺杂均勾性。
[0039]表1
【主权项】
1. 一种均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于： 包括沉积、溶液浸泡、脱水、烧实和高温熔缩步骤， 先进行沉积：采用管内沉积法在石英玻璃衬底管内通入包括有四氯化硅和氧气的原料 气体，在石英玻璃衬底管内壁表面先后形成内包层和芯层的石英玻璃粉体； 沉积完毕后进行溶液浸泡：将沉积有石英玻璃粉体的衬底管浸入含有金属离子的混合 溶液中； 溶液浸泡后进行脱水：包括去除衬底管石英玻璃粉体中的游离水，还包括去除该石英 玻璃粉体中的化学结合水和羟基；先取出吸附有溶液的衬底管用微波辐射加热脱去游离 水，然后用微波将衬底管加热至800°C到1200°C，同时向管内通入(：1 2和02混合气体脱去石 英玻璃粉体结合水和羟基，(：12的流量是O 2的2到10倍，且Cl 2的流量大于5〇SCCm ; 再进行烧实：包括在1700°C到2000°C，向管内通入He和O2使得石英玻璃粉体玻璃化， He 流量为 IOsccm 到 lOOsccm，O2流量为 50sccm 到 500sccm ; 最后进行高温熔缩：在2000°C到2300°C，保持管内压力0.1 Bar到0. 4Bar，Cl2流量 IOsccm到30sccm，02流量50sccm到lOOsccm，将衬底管和玻璃化石英玻璃粉体熔缩成透明 实心的石英玻璃基质掺杂预制棒。
2. 按权利要求1所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：微波辐射时间 为I min到30min，微波的频率范围是1.0 GHz到2. 45GHz，微波辐射功率为0. 5kW至20kW， 微波干燥脱去游离水、结合水和羟基，微波辐射时同时通入(：12和O2混合气体。
3. 按权利要求1或2所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：沉积时在 热作用下使原料气体转化为纯SiO2或掺杂P/F的SiO 2粉体层附着在石英玻璃衬底管内壁 表面形成内包层，通过在1200°C至1400°C的温度范围内，在管内继续沉积含有GeOjP/或 P 2O5的石英玻璃粉体层，该粉体层中的GeO2浓度为3mol%到15mol%，形成芯层；所述的各粉 体的粒径分布范围为IOnm至200nm〇
4. 按权利要求3所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：溶液浸泡时将 浸入混合溶液的衬底管置于超声波中均化至少lOmin，超声波功率为30W到1000W。
5. 按权利要求1或2所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：所述的含 有金属离子的混合溶液为含有稀土离子和Al离子的混合溶液，溶液中稀土离子的浓度为 0.0 lmol/L到0. 3mol/L，Al离子和稀土离子的摩尔浓度比为3至30,稀土离子和Al离子的 混合溶液的溶剂为水和/或乙醇。
6. 按权利要求5所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：所述 的稀土为元素周期表中57~71号稀土元素，以氧化物计算，其稀土元素摩尔含量为 0. 01mol%~l. 5mol%，芯区的铝元素氧化物摩尔含量为0. lmol°/〇~5mol%。
7. 按权利要求1或2所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：所述的含 有金属离子的混合溶液为含有铂离子的混合溶液，溶液为含有硝酸铂和盐酸的水溶液，其 中硝酸钼的浓度大于〇? 01mol/L〇
8. 按权利要求1或2所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：向管内通 入(：12和02混合气体脱去石英玻璃粉体结合水和羟基的时间为20 min到100 min。
9. 按权利要求1或2所述的均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，其特征在于：在熔缩得 到的透明实心的石英玻璃基质掺杂预制棒外套装石英玻璃套管。
【专利摘要】本发明一种均匀掺杂石英玻璃棒的制备方法，包括沉积、溶液浸泡、脱水、烧实和高温熔缩步骤，脱水包括去除衬底管石英玻璃粉体中的游离水，还包括去除该石英玻璃粉体中的化学结合水和羟基；先取出吸附有溶液的衬底管用微波辐射脱去游离水，然后在800℃到1200℃，向管内通入Cl2和O2混合气体脱去石英玻璃粉体结合水和羟基，Cl2的流量是O2的2到10倍，且Cl2的流量大于50sccm；再进行烧实，最后将衬底管和玻璃化石英玻璃粉体熔缩成透明实心的石英玻璃基质掺杂预制棒。本发明缩短了脱水过程时间，大幅度减少了不必要的离子气化损失，使得预制棒组成结构性能更均匀；实验表明微波处理对改善径向掺杂均匀性有明显作用。
【IPC分类】C03B37-018
【公开号】CN104876434
【申请号】CN201510103345
【发明人】余海湖, 曹蓓蓓
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年3月10日