[发明专利]一种用于光纤密封的封接玻璃及其封接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光纤密封的封接玻璃及其一种操作简单、可靠性高的光纤封接方法，属于石英光纤材料制备及应用技术领域。

背景技术

石英光纤不仅在通信领域，而且在传感、传能量、非线性效应、光信号处理等非通信领域也有着广泛的应用。例如，在激光点火系统中，激光是能量传输的通道。国内外激光点火研究使用的光纤多为直径为数百微米的多模石英光纤。但是，光纤产品由光学零件/材料制备而成，在光路中存在多个连接处，这些连接处需要对光纤进行密封，使其能在严酷的温度环境、强湿度环境、高强度机械条件下仍能正常使用。

目前常用的密封方法有胶水密封、金属焊接密封、陶瓷焊接密封和玻璃焊接密封等。中国专利CN103364882A是用胶水进行光纤密封。中国专利CN203480080U使用环氧胶进行光纤和陶瓷插芯的粘结灌封处理。但是，胶水和环氧胶等主要成分为有机材料，存在或长或短的老化周期，随着有机材料的老化，就会影响密封材料的密封性能。金属焊接密封需要将光纤表面镀上金属层后再通过锡焊进行密封，工艺难度大，成本高。

中国专利200910061361.6中采用一种低温玻璃焊料(美国专利US677358B2提供一种铅封接玻璃)固定耦合光纤，低温玻璃焊料组分为PbO71％、B₂O₃6％、ZnO3％、TiO₂8％、Fe₂O₃2％、Bi₂O₃6％、氧化铌4％。该耦合光纤可用于200℃左右，但铅对人体乃至环境的危害非常大，现在封接玻璃正在向玻璃组分无铅化发展。

由于光纤密封的密封结构设计不合理，所以多个专利设计了一些适用于光纤密封的密封装置，但是装置过于复杂，而且很难保证裸光纤在密封过程中不被折断。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种适用于光纤密封的封接玻璃，使该封接玻璃能够满足热膨胀系数适当、化学稳定性好、使用温度高等要求。本发明的另一目的是提供一种操作简单、可靠性高、密封性能好的光纤封接方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种用于光纤密封的封接玻璃，该封接玻璃以Bi₂O₃、B₂O₃、SiO₂为必备组分，摩尔百分数组成范围为：Bi₂O₃40～60％、B₂O₃10～30％、SiO₂20～40％、碱土金属氧化物5～15％、Al₂O₃0～10％、碱金属氧化物0～5％。其中碱土金属氧化物为MgO、BaO、SrO、CaO中的一种或几种，碱金属氧化物为Na₂O、k₂O、Li₂O中的一种或几种。

一种用于光纤密封的封接玻璃的制备方法，步骤如下：

⑴以氧化铋、硼酸、碱土金属碳酸盐、氧化铝、二氧化硅、碱金属碳酸盐为原料，根据封接玻璃的氧化物配方摩尔百分数Bi₂O₃40～60％、B₂O₃10～30％、SiO₂20～40％、碱土金属氧化物5～15％、Al₂O₃0～10％、碱金属氧化物0～5％，计算出原料的质量百分数，称量原料，混合均匀；

⑵将混合均匀的原料放入氧化铝坩埚中，在1100～1300℃的熔融温度下溶制，保温40～80min；

⑶将熔制好的玻璃液水淬后以无水乙醇为溶剂研磨成粉，烘干并过200目筛得到封接玻璃粉末。

封接玻璃的氧化物原料：Bi₂O₃由分析纯的氧化铋引入；B₂O₃由分析纯的硼酸引入；SiO₂由分析纯的二氧化硅引入；Al₂O₃由分析纯的氧化铝引入；碱土金属氧化物中MgO由分析纯的氧化镁引入；碱土金属氧化物中BaO、SrO、CaO由分析纯的碱土金属碳酸盐引入，所说的碱土金属碳酸盐可以是碳酸钡、碳酸锶或碳酸钙；碱金属氧化物由分析纯的碱金属碳酸盐引入，所说的碱金属碳酸盐可以是碳酸钠、碳酸钾或碳酸锂。