[发明专利]掺镱氟磷-磷酸盐异质光纤预制棒玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤预制棒玻璃，特别是一种掺镱氟磷-磷酸盐异质光纤预制棒玻璃及其制备方法。

背景技术

掺镱单频光纤具有窄线宽、相干长度长和噪声小等优势，因此在遥感技术、天文学、气象观测、工业、医疗以及军事等领域具有重要的应用而得到了广泛关注和快速的发展。最稳定的单频光纤激光是采用线性腔结构，该结构需要缩短增益光纤长度来增大激光纵模间隔，从而实现单频激光输出，这种超短线性腔也是实现单频激光输出的最简单和最稳定的结构。虽然石英光纤仍是主要的掺镱单频光纤材料，但由于石英玻璃对稀土离子溶解度低，因此所需光纤长度一般为十米以上，激光输出功率最大仅为数十毫瓦，虽然通过放大技术可以使激光的输出功率达到瓦级，但整个腔长达十几米，线宽宽，且激光强度噪声和相位噪声很高，限制了其在相干技术上的应用。为了解决稳定单频输出和光纤长度之间的矛盾，一些高稀土掺杂和高寿命高增益的特种玻璃光纤受到了重视。其中磷酸盐玻璃无疑是一种十分理想而廉价的单频激光光纤，可以用短至一两个厘米的光纤实现百毫瓦量级的稳频单模激光输出。由于磷酸盐玻璃光纤具有高Yb³⁺掺杂浓度、高荧光寿命及高发射截面的优势，近几年来，掺镱磷酸盐单频光纤在超短线性腔输出上取得了重要的进展，成为非常有应用前景的掺镱单频激光光纤。然而实验发现，掺镱磷酸盐玻璃块体即便是在低温条件下也很难实现激光输出，而掺镱氟磷玻璃却可以很容易的实现块体瓦级的激光输出，据此推断，掺镱氟磷玻璃单频光 纤的输出功率应该明显优于掺镱磷酸盐单频光纤。但是氟磷玻璃光纤制备中有一些不可避免的难点，比如预制棒打孔难抛光难，光纤拉制时易出现表面结块和挥发问题，造成光纤质量下降，损耗增大等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了降低氟磷光纤预制棒加工难度，改善氟磷玻璃光纤拉制时光纤表面易挥发和拉丝易结块的缺点，提供一种掺镱氟磷-磷酸盐异质光纤预制棒玻璃及其制备方法。该掺镱氟磷玻璃和磷酸盐玻璃的组分，使它们在转变温度、软化点及膨胀系数上相匹配，可以将磷酸盐玻璃作为氟磷玻璃光纤的包层来使用，从而降低氟磷玻璃光纤预制棒的制备难度，提高预制棒质量，进而提高光纤质量，降低光纤损耗。

本发明的技术解决方案如下：

一种掺镱氟磷-磷酸盐异质光纤预制棒玻璃，其特点在于该玻璃包括掺镱氟磷芯棒玻璃和磷酸盐包层玻璃，所述的掺镱氟磷芯棒玻璃的阳离子摩尔百分比组成为：

P⁵⁺:26.0～33.0mol％，

Al³⁺:6.8～19.0mol％，

Mg²⁺:3.3～10.0mol％，

Ca²⁺:4.3～19.8mol％，

Sr²⁺:6.0～15.9mol％，

Ba²⁺:6.5～24.0mol％，

Li⁺:0～3.0mol％，

Ga⁺:0～12.0mol％，

Yb³⁺:3.0mol％；

所述的磷酸盐包层玻璃的阳离子摩尔百分比组成为：

P⁵⁺:60.0～67.0mol％，

Al³⁺:4.3～14.6mol％，

Mg²⁺:0～10mol％，

Ba²⁺:0～8.1mol％，

K⁺:12.3～21.2mol％，

La⁺:0～3.1mol％，

Y³⁺:0～6.4mol％。

所述的掺镱氟磷芯棒玻璃的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤：