[发明专利]光纤预制棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤元件的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种光纤预制棒的制备方法。

背景技术

在现有有源光纤领域中，主要的预制棒制备方法包括金属化学气相沉积法(metal chemical vapor deposition，简称MCVD)和多组分玻璃熔融法。然而，这两种制备方法存在以下问题：①在结构方面，无法有效地获得大模场结构光纤；②在掺杂方面，由于稀土离子本身特性在石英玻璃中导致团簇而无法获得高浓度掺杂光纤；③多组分玻璃虽然在掺杂浓度上有所提高，但其固有的缺点，如背景损耗大，化学稳定性差，机械应力性能弱等问题严重影响了光纤使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤预制棒的制备方法，其能够实现稀土离子的纳米级均匀分散，从而解决现有的光子晶体光纤纤芯中高浓度掺杂活性离子易导致团簇的问题。并利用多空石英玻璃尺寸上的优势制备超大模场光子晶体光纤预制棒。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：将纳米多孔石英玻璃棒浸入含有掺杂离子的混合溶液中；将浸渍后的纳米多孔石英玻璃棒于自然条件下晾干；将晾干的纳米多孔石英玻璃棒在真空、一氧化碳、氯气、氦气、氩气或者氮气环境中，经过升温过程后，于1050℃～1200℃温度下烧结成为密实透明的石英玻璃芯棒；在排列好的毛细管结构外面套上石英玻璃管；将毛细管结构的几何中心的一根或多根毛细管抽离；用石英玻璃芯棒取代毛细管，以形成光纤预制棒。

掺杂离子包括一种或多种稀土离子，以及铝离子；混合溶液中稀土离子总浓度为0.1～1.0mol/L，铝离子浓度为0.1～5.0mol/L。

纳米多孔石英玻璃棒中SiO₂的重量百分比大于等于96％，孔径为1nm～20nm，所有孔的体积和占纳米多孔石英玻璃总体积的23％～33％。

混合溶液的溶剂是水、酸、乙醇、丙酮中的至少一种；酸为硝酸、硫酸、盐酸中的至少一种。

升温过程包括：从室温到100摄氏度至200摄氏度区间，升温速率小于1摄氏度每分钟；保持100摄氏度至200摄氏度温度区间至少120分钟；从100摄氏度到200摄氏度区间任意温度升温到600摄氏度到800摄氏度区间任意温度，升温速率小于2摄氏度每分钟；保持600摄氏度到800摄氏度之间的任意温度至少90分钟；从600摄氏度到800摄氏度区间任意温度升温到950摄氏度到1000摄氏度区间任意温度，升温速率小于2摄氏度每分钟；保持950摄氏度到1000摄氏度之间的任意温度至少90分钟；从950摄氏度升温到1050摄氏度到1200摄氏度区间任意温度，升温速率小于1摄氏度每分钟；保持1050摄氏度到1200摄氏度之间的任意温度至少30分钟。

石英玻璃芯棒的外部形状为具有对称中心的、规则的几何形状。

石英玻璃芯棒可由单根或多根相同的纳米多孔石英玻璃棒组合形成。

本发明的优点在于：①由于纳米多孔石英玻璃的制备不受限制可做出任意形状和大小的芯棒，因此能够获得大模场结构光纤；②利用纳米级连通孔的分散作用可有效地抑制稀土离子的团簇效应；③纳米多孔石英玻璃在烧结后类似于现有的石英光纤，具有石英光纤的低损耗、高稳定性等所有优点。

附图说明

图1为本发明预制棒的制备方法的流程图。

图2为本发明第一实施方式的方法制备的预制棒的示意图。

图3为本发明第二实施方式的方法制备的预制棒的示意图。

图4为本发明第三实施方式的方法制备的预制棒的示意图。

图5为本发明第四实施方式的方法制备的预制棒的示意图。

图6为本发明第五实施方式的方法制备的预制棒的示意图。

图7为本发明第六实施方式的方法制备的预制棒的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米多孔石英玻璃棒浸入含有掺杂离子的混合溶液中；

(2)将浸渍后的纳米多孔石英玻璃棒于自然条件下晾干；

(3)将晾干的纳米多孔石英玻璃棒在真空、一氧化碳、氯气、氦气、氩气或者氮气环境中，经过升温过程后，于1050℃～1200℃温度下烧结成为密实透明的石英玻璃芯棒；

(4)在排列好的毛细管结构外面套上石英玻璃管；

(5)将毛细管结构的几何中心的一根或多根毛细管抽离；

(6)用石英玻璃芯棒取代毛细管，以形成光纤预制棒。