[发明专利]一种玻璃光纤预制棒的制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种玻璃光纤预制棒的制备装置及一种增益光纤用高稀土离子浓度掺杂的氟基玻璃光纤预制棒的制备方法。在该装置中，通过引流丝引流玻璃液，在均匀温度梯度的模具环境中下拉生长的氟基玻璃光纤预制棒，具备完整不析晶的特性。此制备方法简便快捷，制备周期短，有望应用于国防、医疗及民用领域。

技术领域

本发明涉及玻璃光纤预制棒的制备装置及方法，特别适用于高稀土离子浓度掺杂的氟基玻璃光纤预制棒的制备。

背景技术

1μm～5μm近中红外激光发射在激光显微、外科激光手术、全球通讯、特定分子吸收光谱、国防红外对抗等方面具有广泛的应用。光纤激光器具备尺寸小、光束质量好、成本低、光光转化率高、不发生热效应等特点，相较于其他类型的激光器具备体积小、操作方便、可实现精密操作等优势成为激光器研究的一大方向。在中红外波段，稀土离子由于其独特的能级结构，可以发射不同波长的中红外光，被广泛应用于中红外波段荧光和激光发射。作为稀土离子载体的氟基玻璃材料因具备高的红外透过性、远的红外截止边、高的激光损伤阈值和高的稀土离子掺杂浓度受到关注，被广泛应用于中红外光纤激光器的制备中。稀土离子掺杂的氟基玻璃光纤作为增益介质，需要具备高的中红外荧光和激光发射强度，要求氟基玻璃光纤具有高的稀土离子浓度掺杂和高的光学质量，在制备工艺上带来了挑战。高稀土离子浓度掺杂的氟基玻璃难以进行光纤预制棒的制备，体现在易析晶、内应力大、均匀性低等问题上。现阶段传统的制备工艺难以去除氟基玻璃中的杂质、氧化物析晶点、羟基等降低玻璃质量的因素，无法获得不析晶、高光学质量的高稀土离子浓度掺杂的氟基玻璃光纤预制棒，急需一种新型制备装置和制备工艺。因此，我们设计了一种光纤预制棒的制备装置和工艺技术，可以获得不析晶的高稀土离子浓度掺杂的氟基玻璃光纤预制棒，具备高的红外透过性和高的光学质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃光纤预制棒的制备装置及方法。与以往的制备方法和装置相比，该装置可以制备不析晶的高稀土离子浓度掺杂的氟基玻璃光纤预制棒，为中红外波段激光器提供一种高稀土离子浓度掺杂的基质材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种玻璃光纤预制棒的制备装置，包括坩埚和预制棒成型模具，其特点在于，还包括引流部件、温度梯度模板和加热管；

所述的坩埚的底部设有通孔，供引流部件伸入；

所述的引流部件放置在预制棒成型模具的中央，且不与该预制棒成型模具相接触；

所述的温度梯度模板呈圆环状，该温度梯度模板壁内设置螺旋状态管道，该温度梯度模板壁上上方和下方分别设有与该螺旋状管道相连的出气孔和进气孔；所述的温度梯度模板内部中空供所述的预制棒成型模具上下滑动，外部由上至下套设有多根加热管，使所述的温度梯度模板的温度从上至下呈梯度下降。

所述的坩埚为铂金、黄金等贵金属或玻璃碳；所述的引流部件为铂金丝、黄金丝等贵金属丝或玻璃碳细管。

所述的加热管为五根，预设梯度温度从上至下分别为210～230℃、170～190℃、130～150℃、90～110℃和50～70℃。

利用上述玻璃光纤预制棒的制备装置，制备高浓度稀土离子掺杂氟基玻璃光纤预制棒的方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

步骤1.通过熔融法，在惰性保护气氛中获得高稀土离子浓度掺杂的澄清氟基玻璃液，并转移至坩埚中；

步骤2.将五根加热管从上至下分别升温至210～230℃、170～190℃、130～150℃、90～110℃、50～70℃，形成大范围的温度梯度，并在管道中以20ml/s～100ml/s速率由进气孔通入冷却气体，以形成均匀稳定的梯度温场；

步骤3.使坩埚内玻璃液沿着引流部件流入预制棒成型模具中，并将预制棒成型模具以保证玻璃液与预制棒固液交界面高度不变的速率下拉，使固态预制棒匀速经过设定的温度梯度区；