[发明专利]一种低热膨胀系数微晶玻璃光纤、光纤传感器及其制备

说明书

本发明属于光纤的技术领域，公开了一种低热膨胀系数微晶玻璃光纤、光纤传感器及其制备。微晶玻璃光纤由原料Li₂CO₃、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、TiO₂、BaCO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、MgO、ZnO制备而成。微晶玻璃光纤的制备方法：先将原料制备成透明玻璃光纤；再将透明玻璃光纤于700‑750℃进行保温处理，然后升温至800‑850℃继续保温处理，冷却，获得低热膨胀系数微晶玻璃光纤。光纤传感器由所述微晶玻璃光纤制备而成。光纤和光纤传感器具有极低热膨胀系数，为(0‑1)×10^‑7/℃，对温度不敏感，有利于降低光纤传感过程的热噪声，适合用于传感环境温度变化幅度较大的场合。

技术领域

本发明属于光纤的技术领域，涉及低膨胀光纤，特别涉及一种热膨胀系数接近零的微晶玻璃光纤和对温度响应不敏感的微晶玻璃光纤传感器及其制备。

背景技术

光学探测是目前开展一系列精密计量科学研究，如：光学原子钟，引力波探测，相干性或相对性探测和量子光力学探测，以及某些生物学探测的重要手段。而在进行上述精密光学探测的过程中测试场所周围的环境的温度常发生大幅度的温度变化。

光纤传感器是现代光学探测系统中的重要组成部分。目前的光纤传感器大多基于商用的石英光纤，其热膨胀系数为(5-10)×10^-7/℃。周围环境温度发生变化时，石英光纤会发生强烈的热胀冷缩效应，从而导致光纤传感器内部光学结构的尺寸发生改变，进而导致了探测信号随温度变化发生“漂移”的情况，引起信号的畸变，从而大大降低了传感的准确性和可靠性。为了解决探测信号的温度“漂移”问题，可采用低热膨胀系数的特种光纤材料构建光纤传感器。但目前基于低热膨胀系数特种光纤构建的光纤传感器还尚未有报道。

发明内容

为了克服现有技术上述缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有低热膨胀系数的和对温度响应不敏感的微晶玻璃光纤。本发明采用硅酸盐基体，通过在玻璃内部析出具有负热膨胀系数的LiAlSiO₄微晶相来降低材料的热膨胀系数。相比于商用的石英光纤，本发明具有更低的热膨胀系数，仅为(0-1)×10^-7/℃，比商用石英光纤低几乎一个数量级。

本发明的另一个目的在于提供上述具有低热膨胀系数对温度响应不敏感的微晶玻璃光纤的制备方法。本发明采拉丝塔拉丝法制备玻璃光纤，通过两步热处理法保证在玻璃内部析出大量尺寸均一而细小的LiAlSiO₄晶相，使材料具有低热膨胀的特性，同时又保持材料的高透明性以满足光学器件的要求。

本发明的再一目的在于提供一种具有低热膨胀系数的对温度响应不敏感的微晶玻璃光纤传感器。本发明的光纤传感器是利用上述具有低热膨胀系数的对温度响应不敏感的微晶玻璃光纤制备而成。本发明采用飞秒激光在玻璃光纤中挖制法布里-珀罗微腔，制备成微晶玻璃光纤传感器。本发明的微晶玻璃光纤传感器具有低热膨胀系数，对温度响应不敏感，稳定性好的特点。所述微晶玻璃光纤传感器用于精密光学检测。

本发明的目的通过以下技术方案实现：