[发明专利]高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用，所述光学玻璃按重量百分比计，含有以下组分：二氧化硅55％‑60％；三氧化二铝15％‑20％；氧化镁5％‑10％；三氧化二硼0‑10％；氧化铅5‑10％；二氧化锗0‑5％；二氧化铈0‑5％。本发明所述的方法制备的光学玻璃，其折射率(n_d)为：1.53～1.58；在深紫外波段(即紫外激光波段)具有极高的光吸收率，在180‑300nm波段的光谱透过率小于等于30％；在400‑2000nm范围内的光谱透过率大于等于95％；光通信波段(通常为1310nm或1550nm)具有极低的吸收率，即在1100‑1600nm波段的光谱透过率大于等于99％；经紫外激光辐照后，其折射率变化达(4‑8)×10^‑3。

技术领域

本发明涉及光学玻璃技术领域，具体涉及一种高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用。

背景技术

光纤光栅是通过紫外激光辐照或飞秒激光直写等技术在光纤纤芯上形成周期性折射率变化的光栅，当一束宽带光入射到光纤光栅中时，折射率的周期性结构使得某个特定波长的窄带光被反射，反射光波长满足布拉格散射条件。由于温度、应变、加速度等变量会导致光栅周期或等效折射率的变化，进而会引起光栅反射光中心波长的改变，因此，通过精确测量光纤光栅反射光中心波长的变化便可得到环境中温度、应变、加速度等参数的变化(见图1)。

光纤光栅具有高灵敏度、高精度、低损耗、易于分布式测量、低功耗、质轻径细等显著优势，成为光纤通信、光纤激光和光纤传感的核心器件，广泛应用于航空航天、船舶重工、石油电力、国防安全、高铁与轨道交通、桥梁与土木工程等领域，在各类高端装备传感控制和重大基础设施健康监测等方面发挥着重要作用，是实现光电探测感知、提升装备性能、保障关键结构安全的关键性技术。

根据光纤光栅的工作原理，光纤纤芯在紫外激光辐照下的折射率变化对于光纤光栅的测试精度和灵敏度起着决定性影响。目前，现有光纤光栅传感技术主要使用以石英玻璃为纤芯的光纤材料。由于石英玻璃是由单一的二氧化硅材料通过化学气相沉积等方式制备而成，其本征光致折射率变化很小，约在10^-5数量级。

此外，由于多组分玻璃的软化温度与石英玻璃差值约1200℃，因此在实际使用过程中，多组分玻璃光纤与石英光纤的熔接难度极大，制约了多组分玻璃光纤的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高光致折射率变化的光学玻璃，以及由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高光致折射率变化的光学玻璃，按重量百分比计，含有以下组分：二氧化硅55％-60％；三氧化二铝15％-20％；氧化镁5％-10％；三氧化二硼0-10％；氧化铅5-10％；二氧化锗0-5％；二氧化铈0-5％。

优选地，所述高光致折射率变化的光学玻璃，按重量百分比计，含有以下组分：二氧化硅55％-57％；三氧化二铝15％-18％；氧化镁7％-10％；三氧化二硼6-10％；氧化铅8-10％；二氧化锗3-5％；二氧化铈3-5％。优选地，通过设计具有较高三氧化二铝、氧化镁及二氧化硅的含量，保证玻璃具有较高的软化温度，同时合理增加了三氧化二鹏、氧化铅、二氧化锗和二氧化铈的含量，可以提高玻璃的光致折射率变化性能。

进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述光学玻璃中还可以包含按重量百分比计总量低于5wt‰的三氧化二锑和/或三氧化二砷。

进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述光学玻璃具有以下性能，折射率(n_d)为：1.53～1.58；线膨胀系数为：(60-70)×10^-7/℃；玻璃转变温度为：750-800℃；玻璃软化温度为：900-950℃。