[发明专利]低折射率含氟石英芯棒玻璃的制备方法

说明书

一种低折射率含氟石英芯棒玻璃的制备方法，该方法首先制备一种对稀土离子具有较高溶解度的氟磷铝基质玻璃，然后将稀土掺杂的氟磷铝玻璃磨成粉末，按照不同的摩尔比例，与石英粉混合，在空气气氛下进行初步烧结，通过预烧结作用使之形成一个块体，然后将初烧得到的块体球磨造粉，最后将粉体在高温真空条件下熔制得到稀土铝磷氟共掺石英芯棒玻璃。该方法可以有效在石英玻璃中引进F^‑，降低芯棒玻璃的折射率，满足与纯石英玻璃包层折射率相匹配的要求，并且能够使稀土离子分布在磷周围，改善稀土离子的发光性质，如对于钕离子处在局域磷环境可以提高在石英玻璃中的受激发射截面。因此该方法可有效降低光纤的数值孔径，提高芯棒材料的性能，可用于高功率大模场石英芯棒的制备。

技术领域

本发明涉及石英光纤芯棒玻璃，特别是一种稀土离子处在局域磷环境的低折射率含氟石英芯棒玻璃的制备方法。

背景技术

稀土掺杂石英玻璃及光纤在光纤通信、工业加工，核聚变等方面广泛应用。为满足工业应用高激光功率的要求，大模场光纤成为一种有效的解决方式。为保证足够高的激光输出，高增益要求稀土离子具有大的受激发射截面；为保证大模场光纤单模输出，必须控制纤芯的折射率，降低纤芯数值孔径。制备稀土离子受激发射截面大、含氟石英玻璃是一种有效满足高增益，降低折射率的手段。

国内外已有制备含氟低折射率石英玻璃的报道。中国科学院上海光学精密机械研究所公开专利103864292A报道了溶胶凝胶法制备含氟低折射率Yb³⁺掺杂石英玻璃的方法。日本公开专利申请号2002-47013，2002-60228，2002-114522公开报道了多孔玻璃掺氟的方法。欧洲专利EP0281282A1报道了溶胶凝胶制备氟掺杂石英玻璃技术。但已报道的低折射率的掺氟石英玻璃大多采用溶胶凝胶法或者改进化学气相沉积法(MCVD)，因此，本发明丰富了含氟低折射率石英玻璃的制备方法，并局域磷的环境有效提高了稀土离子在石英玻璃中的受激发射截面，为大模场石英芯棒的发展提供了一条新的途径。

发明内容

本发明根据高功率光纤激光器发展需求的牵引，提供了一种稀土离子处在局域磷环境的低折射率含氟石英芯棒玻璃的制备方法。该方法可有效获得高增益，低折射率的稀土掺杂石英玻璃，可作为高强度、大模场光纤激光器的纤芯材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种低折射率含氟石英芯棒玻璃的制备方法，其实际组成范围如下：

其特点在于该制备方法包括以下步骤：

1)首先制备Nd₂O₃掺杂氟磷铝玻璃：原料为偏磷酸铝、氟化铝和Nd₂O₃，该玻璃的组成为：

Al(PO₃)₃ 78～97mol％

AlF₃ 3～22mol％

外掺Nd₂O₃ 3～6mol％

2)选取上述玻璃范围内某个特定比例，称量后在1400～1450℃熔制，熔制过程中通入四氯化碳气体经0.5～1小时去除羟基，之后搅拌1～3小时去除气泡和条纹，搅拌结束后将熔体倒在模具中冷却成型，得到Nd₂O₃:氟磷铝l玻璃；