[发明专利]一种Mg、Ca元素掺杂改性二氧化硅材料折射率的预测方法

说明书

本发明公开了一种Mg、Ca元素掺杂改性二氧化硅材料折射率的预测方法，S1、选择Mg、Ca元素对SiO₂材料进行掺杂，构建不同元素掺杂的多个SiO₂元素差异模型；S2、通过模拟优化软件对SiO₂元素差异模型进行分子动力学模拟和结构优化，得出最佳元素的掺杂种类；S3、选择SiO₂材料中Mg、Ca元素不同的掺杂配比，构建不同掺杂配比的多个SiO₂配比差异模型；S4、通过模拟优化软件对SiO₂配比差异模型进行结构优化，根据SiO2元素差异模型得到其晶格参数，介电常数，结合态密度图，得出最佳掺杂元素的配比。本发明计算快速、结果准确，能验证与解析实验结果，还能对SiO₂掺杂元素的选择和配比提供理论指导。

技术领域

本发明涉及光纤光缆领域，尤其涉及一种Mg、Ca元素掺杂改性SiO₂材料折射率的预测方法。

背景技术

目光纤是一种传输光束的介质，由芯层、包层和涂覆层构成，被广泛应用于通信行业。光纤的核心部分为内层折射率较高的高纯度玻璃和外层折射率较低的玻璃包层。

中国提供了全球光纤光缆主要产能。2010-2017年全球光纤产量和中国光纤产量的复合增长率分别为14.39％和23.97％，未来随着智慧城市、无人驾驶、电子健康、物联网等应用场景都在驱动新的数字革命，光纤的市场需求将进一步扩大。

然而，光纤光缆面临着在损耗、有效面积和抗弯曲等性能上的考验。有效提高光纤芯层的折射率不仅可以减轻日益严峻的能源问题，响应国家节能减排的号召，还可以增加光纤光缆的产量。因此，如何筛选及设计光纤光缆芯层材料及组分则成为了该领域的研究热点。

SiO₂材料作为玻璃使用最广泛的材料，其内在结构性质已被研究多年，主要有2种学说：晶子学说无规则网络学说。在加入碱金属时，其光学性能会提升。Mg、Ca作为碱土金属元素有着比碱金属元素更大的原子半径，掺杂在SiO₂材料可能会有更好的性能。

但是目前现有技术中难以确定SiO₂材料掺杂元素的最佳配比，因此建立一种对掺杂改进后折射率及电子性能的评价和预测方法，对SiO₂光纤光缆材料的制备和开发尤为重要。掺杂后的SiO₂几何结构及内部参数发生变化，导致折射率及电子性能的改变，因此从微观角度分析掺杂对SiO₂的影响也是最准确。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于针对现有技术中难以确定SiO₂材料掺杂元素的最佳配比，提供一种Mg、Ca元素掺杂改性SiO₂材料折射率的预测方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种Mg、Ca元素掺杂改性二氧化硅材料折射率的预测方法，包含如下步骤：

S1、选择Mg、Ca元素对SiO₂材料进行掺杂，通过材料模型构建软件构建不同元素、不同掺杂配比的多个SiO₂模型；

S2、通过模拟优化软件VASP对SiO₂模型进行分子动力学模拟，得到模拟完成之后的稳定SiO₂模型；

S3、通过模拟优化软件VASP对经过行分子动力学模拟的SiO₂模型进行结构优化，计算得到各个SiO₂模型达到稳定结构的晶格常数、介电常数和态密度，根据SiO₂模型的态密度绘制态密度图并计算出禁带宽度，根据SiO₂模型的介电常数计算折射率，结合禁带宽度和折射率，得出最佳掺杂元素的配比。