[发明专利]有机硅-稀土衍生物及其合成方法和制备稀土掺杂光纤的应用

说明书

本发明公开了一种用于制备稀土掺杂光纤预制棒的原料，它是有机硅‑稀土衍生物，化学结构通式如式1‑1或式1‑2所示，其中M表示三价稀土金属离子，X表示一价阴离子，R₁‑R₇包括但不局限于甲氧基、乙氧基、甲基、乙基、苯基、乙烯基、烯丙基、硅氧烷基、乙烯基硅氧基等中的一种或几种。以该衍生物为原料生产的稀土掺杂光纤预制棒，稀土离子的利用率高，稀土离子在光纤预制棒中纵向分布均匀，折射率波动小。

技术领域

本发明涉及一种有机硅-稀土衍生物及其合成方法，以及以其为原料制备稀土掺杂光纤的应用，属光纤制造领域。

技术背景

稀土掺杂光纤预制棒是生产光纤放大器、光纤激光器的关键材料。同传统的半导体激光放大器相比较，光纤放大器不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，在工作波长范围内，表现出高增益、大带宽、低噪音、极化不敏感增益、低的导入损耗特点，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，光纤放大器为实现高容量、全光通信奠定了重要的技术基础。稀土掺杂光纤作为高功率光纤激光器的重要组成部份，是决定高功率光纤激光器性能的主要因素。

目前，生产稀土掺杂光纤预制棒主要是基于三种传统的光纤预制棒生产方法：熔融法，管内法，管外法，在生产过程中进行物理掺杂，引入稀土元素，如：采取“水解-熔融相结合”的方法生产稀土氧化物和二氧化硅混合物，将所述的混合物通过高温熔炼，制成稀土掺杂的石英玻璃棒(CN102351414A)；将纳米多孔石英玻璃棒或石英粉浸入含有掺杂离子的混合溶液中，将浸渍后的纳米多孔石英玻璃棒或石英粉烧结成为密实透明的石英玻璃芯棒(CN102503113A，CN105837025A)；将纳米孔SiO₂粉体加入到稀土无机盐溶液中悬浮液，然后干燥脱水、造粒，形成离子吸附的SiO₂颗粒，烧结后，形成稀土掺杂氧化硅芯棒(CN102992613B)；在沉积管内依次沉积内包层、疏松烟灰芯层，向沉积管内注入含有稀土元素的溶液，熔缩沉积管、内包层、疏松烟灰芯层为实心预制棒(CN102515501B， CN1500069，US 5711782A，US5262365A)；采用VAD方法沉积稀土元素掺杂光纤预制棒的积粉体芯层，将芯层积粉体浸泡在含有稀土元素溶液中，再将浸泡后的芯层积粉体在高温炉中玻璃化，制成稀土元素掺杂光纤预制棒芯层(CN102108008B)。

上述掺杂过程，主要存在两个缺点：1、无论是粉体、多孔玻璃棒或二氧化硅颗粒，掺杂都经过稀土溶液浸泡、吸附的步骤，在沉积、浸泡、干燥等工序之间需脱离密闭装置设备，极易引入杂质，影响掺稀土光纤预制棒的性能；2、原料之间的纯物理掺杂方式难以克服预制棒掺杂不均、掺杂含量难以定量控制的问题，会导致掺稀土光纤预制棒纵向吸收系数存在差异，不利于拉丝后光纤非线性效应的控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一类新型的有机硅- 稀土衍生物，以该衍生物为原料生产的稀土掺杂光纤预制棒，稀土离子的利用率高，稀土离子在光纤预制棒中纵向分布均匀，折射率波动小。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一类新型的有机硅-稀土衍生物，化学结构通式如式1-1或式1-2所示，其中M表示三价稀土金属离子，X表示一价阴离子；式1-1中的R₁-R₃和式1-2中的R₁-R₇代表相同或不同的官能团，均选自甲氧基、乙氧基、甲基、乙基、苯基、乙烯基、烯丙基、硅氧烷基、乙烯基硅氧基等中的一种或几种。

按上述方案，所述三价稀土金属离子选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu等稀土金属的离子。

按上述方案，所述一价阴离子包括但不局限于氯离子，硝酸根，苯磺酸基，叔戊氧基，三氟磺酸基，甲基磺酸基，辛酸基或全氟辛酸基等。