[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60％‑65％；三氧化二硼9‑12％；二氧化锗0‑5％；氧化铅0‑5％；氧化钡0‑5％；氧化钾5‑10％；氧化钠8‑16％。本发明所述的光学玻璃，其折折射率(n_d)：1.51～1.53，平均色散系数(阿贝数υ_d)：60‑65；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350‑2000nm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，其折射率变化大于等于5×10^‑3，最高可达1×10^‑2。

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。尽管后来研究发现，通过掺入少量Ge/B元素、载氢敏化、火焰处理等方法，可在一定程度上提高石英基光纤的紫外光敏性。但由于掺杂浓度有限以及其它因素影响，光致折射率变化也仅能达到5.9×10^-3，且存在光敏性不足、高温下光敏性退化、光纤预制棒制备困难、成本高等问题，无法满足高灵敏度、高精度、高稳定性光纤传感的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出的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60％-65％；三氧化二硼9-12％；二氧化锗0-5％；氧化铅0-5％；氧化钡0-5％；氧化钾5-10％；氧化钠8-16％。

进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中按重量百分比计，所述二氧化硅和二氧化锗的含量之和不超过67％；所述三氧化二硼和氧化铅的含量之和不超过15％；以分子百分比计，所述氧化钾和氧化钠的含量之和与三氧化二硼的含量之比为1.4-1.6。在该范围内，既可以实现玻璃具有较高的光致折射率变化，还可以改善玻璃熔制特性、提高折射率、改善化学稳定性。

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0.5％的三氧化二锑和/或三氧化二砷，其主要作为澄清剂形式引入，有助于玻璃熔制过程中的气泡排出，提升光学玻璃内部质量。