[发明专利]一种红外硫系玻璃陶瓷光纤及其制备方法

权利要求书

1.一种红外硫系玻璃陶瓷光纤，其特征在于，包括纤芯和包层，所述的纤芯的组成为稀土离子掺杂的基质硫系玻璃材料，所述的包层的组成为软化温度高于纤芯玻璃的熔融温度的多组分硫系玻璃材料，所述的纤芯内含有纳米晶，所述的纳米晶为BaCl₂、YCl₃或LaCl₃。

2.根据权利要求1所述的一种红外硫系玻璃陶瓷光纤，其特征在于，所述的基质硫系玻璃材料中掺杂的稀土离子为Er、Pr、Yb、Tm和Ho中的任意一种或两种。

3.根据权利要求1或2所述的一种红外硫系玻璃陶瓷光纤，其特征在于，所述的基质硫系玻璃材料的摩尔组成按化学式表示为：(100-x)(5/6Ge₂S₃-1/6Sb₂S₃)-xM-yRE₂S₃，其中，x＝0.1～3，y＝0.05～2.0，M为BaCl₂、YCl₃或LaCl₃。

4.根据权利要求3所述的一种红外硫系玻璃陶瓷光纤，其特征在于，所述的多组分硫系玻璃材料的摩尔组成按化学式表示为：(100-z)(2/3Ge₂S₃-1/3Ga₂S₃)-zCsI，其中，z＝0～40。

5.权利要求1-4中任一项所述的红外硫系玻璃陶瓷光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)纤芯玻璃的制备

以稀土离子掺杂的基质硫系玻璃作为纤芯玻璃：采用熔融淬冷法制备纤芯玻璃圆棒，并在纤芯玻璃圆棒成型后立即对其进行退火处理；

(2)包层玻璃的制备

以软化温度高于纤芯玻璃的熔融温度的多组分硫系玻璃作为包层玻璃：采用熔融淬冷法制备包层玻璃圆棒，并在包层玻璃圆棒成型后立即对其进行退火处理，将退火处理后的包层玻璃圆棒的长度记为L；

(3)光纤预制棒的制备

(3.1)对纤芯玻璃圆棒进行外圆加工，得到纤芯玻璃细棒，再对纤芯玻璃细棒的表面进行抛光处理并洗净，将此时纤芯玻璃细棒的外径和长度分别记为D₁和L₁；

(3.2)从包层玻璃圆棒的一端的中心开始进行打孔处理，沿包层玻璃圆棒的轴向进行打孔，在包层玻璃圆棒内得到轴向孔，打孔完成后对轴向孔的内壁进行抛光处理并洗净，将此时轴向孔的孔径和深度分别记为D₂和L₂，D₂和L₂的大小分别满足关系式：D₂＞D₁，L₁＜L₂＜L；

(3.3)将洗净后的纤芯玻璃细棒插入轴向孔内，即得到光纤预制棒；

(4)光纤的拉制

使包层玻璃圆棒的开口端朝上，将光纤预制棒竖直置于拉丝塔的炉膛内；然后，向炉膛内持续通入惰性气体，炉膛升温，当炉膛内部温度接近包层玻璃的软化温度时，保温20～60分钟至纤芯玻璃处于熔融状态时，即可开始拉制光纤，拉制过程中向炉膛内持续通入惰性气体，最终拉制得到前驱体光纤；

(5)光纤热处理

将前驱体光纤装入洁净的石英管内，再将石英管放入退火炉中，对前驱体光纤进行析晶热处理，即得到含有纳米晶的红外硫系玻璃陶瓷光纤。

6.根据权利要求5所述的红外硫系玻璃陶瓷光纤的制备方法，其特征在于，D₂比D₁大0.1～0.3mm。

7.根据权利要求5所述的红外硫系玻璃陶瓷光纤的制备方法，其特征在于，步骤(3.2)中，打孔完成后，在包层玻璃圆棒的外壁加工出环槽，该环槽远离包层玻璃圆棒的开口端。

8.根据权利要求5所述的红外硫系玻璃陶瓷光纤的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，保温温度在包层玻璃的软化温度上下10℃范围内。

9.根据权利要求5所述的红外硫系玻璃陶瓷光纤的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，析晶热处理的温度为260～280℃，时间为6～18h。