[发明专利]采用激光熔炼技术制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法

权利要求书

1.采用激光熔炼技术制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法，其特征在于：步骤如下：

1）制粉：称取稀土离子的氯化物和共掺物，溶于水中，配制成水溶液，利用载气将定量的四氯化硅输送到水溶液中，发生相应的化学反应，反应结束后，除去水分，得粉末，将粉末在氯气和氧化气氛下充分加热去除羟基，获得均匀的稀土掺杂混合粉末；

2）熔炼：利用保护气体将粉末吹送至母棒顶部，粉末到达母棒顶部以后，利用二氧化碳激光的作用使其熔化形成玻璃态，在此过程中，随着温度的升高，玻璃液的粘度下降，玻璃液中气泡的直径逐渐增大并不断上升最后从玻璃液中脱除；同时，母棒一边旋转一边下降，玻璃液逐渐离开熔炼区，温度降低，使玻璃液逐渐冷却形成玻璃棒，最终得到掺杂均匀的石英玻璃棒；

3）掺杂棒的处理和光纤预制棒的制备：将制备好的掺杂石英棒切割成长度为10-30cm，经过打磨和抛光后即可制成外径为5-30mm的均匀掺杂石英棒；其可作为微结构光纤预制棒的纤芯，采用堆积制备微结构光纤预制棒的方法：选取外径为15-50mm、内径10-35mm、长度20-100cm的石英管作为外套管，在内孔分别以掺杂石英棒为中心周围周期性排布石英毛细管，从而制得掺杂微结构光纤的预制棒；

4）稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的拉制：将上步制备好的微结构光纤预制棒，安装在光纤拉丝塔上，通过加热到1800-2000℃；最后拉制出外径为100-1000μm 的稀土掺杂石英玻璃微结构光纤。

2.根据权利要求1所述的采用激光熔炼法制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的载气为氧气或空气。

3.根据权利要求1所述的采用激光熔炼法制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法，其特征在于：步骤1）中，所述的稀土离子为Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Ho³⁺、Nd³⁺中的至少一种；所述的共掺物为氯化铝、磷和氟的化合物中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的采用激光熔炼法制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法，其特征在于：步骤1）中，稀土掺杂混合粉末中稀土离子的浓度为3000-20000ppm。

5.根据权利要求1所述的采用激光熔炼法制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法，其特征在于：步骤1）中，载气的通气量在0.1m³/h-4.8m³/h，SiCl₄输送量为1~4倍溶液质量。

6.根据权利要求1所述的采用激光熔炼法制备稀土掺杂石英玻璃微结构光纤的方法，其特征在于：步骤2）中，所述的保护气体为氧气、氮气或空气；粉末输送量为1-50g/min，母棒的下降速度为0.1-5mm/min；在二氧化碳激光的作用下，母棒顶部的温度上升到1800-2500℃，粉末熔化成玻璃态。

7.权利要求1所述的方法的步骤2）得到的掺杂均匀的石英玻璃棒在制备全固态激光器和微结构光纤中的应用。

8.一种激光熔炼系统，其特征在于：包括送粉器、激光光源、母棒、夹具、电机、导轨；

其中，送粉器用于将权利要求1中步骤1）得到的掺杂粉末输送到母棒顶部；激光光源用于提供熔炼掺杂粉末的热能；夹具用来夹持母棒；电机用来驱动母棒旋转；导轨用来提供供电机下落的轨道。

9.根据权利要求8所述的一种激光熔炼系统，其特征在于：所述的激光光源为一个到多个。

10.根据权利要求8所述的一种激光熔炼系统，其特征在于：所述的激光光源为单束激光光源时，则所述的激光熔炼系统还包括激光扩束系统，用于调整激光光斑的大小。