[发明专利]大芯径光纤预制棒和光纤的制备方法

说明书

本发明涉及光纤预制棒和光纤的制备方法，具体涉及一种大芯径光纤预制棒和相应的低损耗光纤的制备方法，解决了现有技术中制备的光纤预制棒芯径小的问题。本发明大芯径光纤预制棒的制备方法为：采用改进型化学气相沉积(MCVD)结合稀土离子气相掺杂法，所有物料的沉积均在气相条件下进行，然后通过烧结、缩管工艺以获得大芯径光纤预制棒，所制备的光纤预制棒芯的组分为SiO₂、Al₂O₃、P₂O₅、Yb₂O₃和F，棒芯直径3mm。本发明光纤的制备方法为：选定合适的套管工艺对所制备的大芯径光纤预制棒进行套管，使其芯包比满足光纤的要求，将套完管的预制棒加工成八边形结构，在2050±20℃的温度下进行拉丝，拉制为光纤。

技术领域

本发明涉及光纤预制棒和光纤的制备方法，具体涉及一种大芯径光纤预制棒和相应的低损耗光纤的制备方法。

背景技术

光纤激光器被称为第三代激光器，其相比传统的激光器具有诸多优点，如电光转换效率高、光束质量好、使用寿命长、环境适应能力强、占地面积小等，属于节能环保型新型光电子器件，在工业制造、医疗、能源勘探、军事国防等领域获得了广泛应用，其市场销售额增长率连续数年达两位数以上。

激光光纤材料作为高功率光纤激光器的核心器件，是决定光纤激光器功率的关键因素，而光纤激光器功率的每一步提高都和光纤材料和器件性能的提升息息相关。其中，掺Yb石英光纤是高功率光纤激光器的战略制高点。而作为其核心器件，掺Yb石英光纤的整体性能主要取决于光纤预制棒的性能。所以要获得高性能光纤首要条件是制备出性能优良的光纤预制棒。

目前掺Yb石英光纤预制棒常用的制备方法是改进型气相沉积(MCVD)结合溶液掺杂法，该方法是将石英管固定在沉积床上后，先在石英沉积管内壁沉积疏松层，再将带有疏松层的沉积管从沉积车床上取下，并将带有疏松层的沉积管浸泡在含有稀土离子的溶液中，浸泡使稀土离子吸附到疏松层中，之后将溶液排出，再次将沉积管连接到沉积车床上，并采用脱水工艺将溶剂蒸发，将吸附了稀土离子的疏松层烧结成玻璃，并缩管使其成为一个实心预制棒。该方法的制备过程复杂且耗时，所制备的预制棒芯径较小，通常为1.5-2mm，这将显著影响每个预制棒的光纤产率。另外，疏松层颗粒分布一致性不易控制，直接影响光纤预制棒中纤芯折射率的分布。同时，由于溶液中含有大量羟基易增加光纤背景损耗，因此不利于光纤的高功率输出。

发明内容

针对现有方法制备的光纤预制棒存在芯径较小、光纤预制棒中纤芯折射率分布不均、光纤背景损耗较大的技术问题，本发明提供了一种大芯径光纤预制棒的制备方法和使用该方法制备的大芯径光纤预制棒制备光纤的制备方法，所制备的预制棒芯径＞3mm，很大程度上提高了单根预制棒的光纤产率，且制备的光纤预制棒芯的轴向折射率和径向折射率较均匀，数值孔径为0.06±0.005。

本发明的技术解决方案是：

一种大芯径光纤预制棒的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将大芯径光纤预制棒芯组分SiO₂、Al₂O₃、P₂O₅、Yb₂O₃和F的含量换算成沉积时气态反应物料的流量，在MCVD设备的控制系统中设定气态反应物料的流量及沉积层数；其中，所用的气态反应物料包括SiCl₄、Al(acac)₃、Yb(thd)₃、POCl₃、SiF₄和O₂；

2)将清洗干净的石英管连接至MCVD沉积床上，采用氢氧焰预热石英管；预热的同时，石英管处于旋转状态；预热完成后，通入SF₆气体侵蚀石英管内壁；