[发明专利]一种掺杂石英光纤预制棒及制备方法

说明书

一种掺杂石英光纤预制棒及制备方法，属于光纤预制棒技术领域。整体的多孔石英芯棒(2)填充在石英套管(1)的空芯内，且石英套管(1)内表面与整体的多孔石英芯棒(2)外表面紧贴合成一体；整体的多孔石英芯棒(2)内部分布有独立的分散的多孔结构，孔结构内具有或填充有掺杂的材料(3)。制备方法包括以下步骤：将二氧化硅粉末放入光敏树脂中，通过紫外灯固化；低温处理；清除有机物，将多孔的玻璃前驱体浸入待掺杂物质溶液中浸泡；低温预烧结；烧结和玻璃化；缩棒。本发明可以替代传统的掺杂石英光纤预制棒制备技术，同时实现室温成型、高效、低成本的掺杂石英光纤预制棒的制备。

技术领域

本发明涉及一种掺杂石英光纤预制棒及制备方法，具体涉及的是一种室温成型、高效、低成本的掺杂石英光纤预制棒及制备方法，主要面向增益、无源等各类掺杂石英光纤预制棒领域。

背景技术

目前，掺杂石英光纤在光纤通讯、光纤传感、光纤激光器、光纤放大器等领域发挥着不可替代的作用，掺杂石英光纤的制备目前主要的制备方法只有一种，即先制备直径在厘米级的石英光纤预制棒，再结合光纤拉丝塔，将预制棒拉制成百微米级的石英光纤。于是，石英光纤预制棒的制备成为了核心焦点。由于石英具有较高的熔融温度，这使得传统的熔融浇筑法已不能满足掺杂石英预制棒的制备，于是诸多方法被研发出来：1.改进的化学气相沉积法(MCVD)，该方法是目前世界上最广泛使用的方法之一，但该方法大型的沉积设备，价格极其昂贵，工艺十分复杂；2.溶胶凝胶法(sol-gel)，该方法需要高温熔融设备，且制备过程中需多次使用切割、磨削、抛光等机械加工成型方法；3.硼硅酸盐分相法，该方法需要大型熔融设备，且需要长时间的高温分相和酸法刻蚀，在刻蚀清洗过程中极易造成多孔玻璃的破碎；4.粉末烧结法，该方法需选用特殊的多孔二氧化硅纳米粉作为前驱体粉末，同时还需大量特种高温设备、纯化设备，工艺复杂，制备成本极高。所以，有必要寻找一种合适的方法，能够更加方便、高效、成本低廉地制备掺杂石英光纤预制棒。

发明内容

本发明针对上述传统工艺的缺点，提出了一种室温成型、高效制备、成本低廉的掺杂石英光纤预制棒及制备方法。本发明解决了传统制备方法中存在的熔融成型温度高、设备要求高、生产成本高、工艺步骤多、良品率低等问题。

为了解决传统工艺中所面临的缺点，本发明采用如下技术方案：

一种掺杂石英光纤预制棒，其特征在于，包括空芯圆柱状石英套管(1)、整体的多孔石英芯棒(2)、掺杂的材料(3)，整体的多孔石英芯棒(2)为整体的一体化结构，整体的多孔石英芯棒(2)填充在石英套管(1)的空芯内，且石英套管(1)内表面与整体的多孔石英芯棒(2)外表面紧贴合成一体(指的是通过加热，石英套管(1)缩塌，与多孔石英芯棒(2)外表面紧贴合成一体)；整体的多孔石英芯棒(2)内部分布有独立的分散的多孔结构，孔结构内具有或填充有掺杂的材料(3)。

上述所述的一种掺杂石英光纤预制棒，整体是中心掺杂的、完全致密的石英光纤预制棒。

上述所述的一种掺杂石英光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高纯的二氧化硅粉末加入到光敏树脂溶液中，树脂成分的质量百分比组成为70-85％甲基丙烯酸羟乙酯、5％-10％甲基丙烯酸甲酯、5-15％四甘醇二丙烯酸酯、3％-5％对苯二酚，震荡搅拌，得到分散均匀的悬浮液；二氧化硅粉末在悬浮液中的质量百分含量为60-90％；

(2)固化成型：将上述悬浮液倒入任意形状透明石英玻璃管中，使用紫外灯进行固化成型(如紫外灯的功率10000mW/cm2 at 385nm)；

(3)脱模：将已固化的物件，脱去外层石英管，取出石英管内部物件，放入含量为50wt％乙醇和50wt％去离子水的清洗溶液中，进行杂质清洗；

(3)脱脂：将清洗过的、表面光滑的物件，放入100-600℃的马弗炉中，在一定气氛下，进行0.5-2天的脱脂，使有机物完全去除，得到多孔结构；