CN104880763A - 测量大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤的制备方法，属光纤技术领域。本发明采用改进的化学气相沉积法(MCVD)制棒机上沉积掺杂少量高折射率的GeO₂芯棒，在芯棒上利用直接纳米粒子沉积法，将氧化铅纳米粒子均匀沉积在含GeO₂的芯棒表面，然后采用MCVD技术制备包层材料，最后高温缩棒得到光纤预制棒并进行光纤拉制。本发明中的一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤结构简单、合理，具有均一性好、分散性高、掺杂浓度高、纳米量级掺杂及Verdet常数高等优点，主要应用于光纤大电流传感器，光隔离器，及抗辐射光纤传感器、非线性光学以及磁光开关，磁光调制器等其他磁光器件的应用。

Description

测量大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种测量大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤，属于光纤技术领域。 

背景技术：

在电力系统中，测量电流的常规技术是采用电磁互感原理为基础的电流互感器，然而随着电力工业的迅速进步与发展，传统电磁互感器确定越来越突出，包括体积大，种类中，运输困难，易受电磁干扰，绝缘性差，长距离传输信号畸变严重，测量误差大等。为克服这些缺点，以及光纤技术及传感技术的迅猛崛起，人们正在寻求光学传感的方法来测量电流。光纤有诸多优点，包括抗电磁干扰强，绝缘性好，韧性大，体积小，重量轻，结构简单，跟重要的测量电流范围大，易于与传输光纤耦合等，所以基于磁光效应的光纤电流传感器，收到人们的亲睐。 

对于光纤电流传感器，其核心是磁光材料的研究，即研究具有大的法拉第旋转，温度稳定的磁光性能材料。为了获得较大的灵敏度，人们片面追求高Verdrt常数的掺杂离子，包括Tb³⁺、Dy³⁺、Ce³⁺和Er³⁺，然而，高Verdrt常数的顺磁离子在掺杂浓度较高时，其热稳定性和化学稳定性都会降低，对光纤性能产生不利影响，因此这种方法不可取。此外，Pb²⁺离子极化率较高，是逆磁材料，具有高verdet常数。且氧化铅半导体材料具有良好的热稳定性和化学稳定性。因此，选择氧化铅磁光材料作为光纤掺杂介质。 

目前，制备氧化铅预制棒的技术有MCVD法、OVD法等，即直接将氧化铅材料通过载气管道输送并沉积在光纤预制棒包层或纤芯层。这种方法操作工艺成熟，但MCVD法往往是在包层或纤芯层疏松的玻璃态下沉积，氧化铅材料沉积不能均匀分布并直接在纤芯层沉积后增加光纤损耗。 

直接纳米粒子(DND)沉积是一种管外气相沉积法，利用一个特制的燃烧器喷头，将纳米粒子材料直接喷涂到坯棒上。其优点主要体现在：直接、快速、单步掺杂，纳米粒子掺杂，均一性好，分散性高，掺杂浓度高，精确控制掺杂径向刨面、掺杂过程不会损坏纤芯以及适合不同波导结构沉积等。但纳米沉积效率低，不适合沉积光纤预制棒厚度较大的包层及纤芯层等。 

因此，从掺杂技术入手，将其应用于PbO光纤制备中，就可以制备出均一性好、分散性高、掺杂浓度高的氧化铅掺杂石英光纤。深入探索新型掺杂光纤的制备技术，制备均一性好、分散性高的应用于测量大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤，具有广泛的研究意义和普遍的应用价值。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种PbO掺杂石英光纤，其主要应用于大电流传感器。本发明另一目的是根据DND沉积的优势，将PbO纳米半导体材料与传统光纤制备技术MCVD相结合，提供一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤的制备方法。该光纤具有掺杂浓度高，均一性好，磁光特性优良，热稳定好，结构简单，易于生产等特点，可应用于光纤大电流传感器，光隔离器，及抗辐射光纤传感器、非线性光学以及磁光开关，磁光调制器等其他磁光器件的应用。 

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤，包括纤芯和包层，其特征在于所述纤芯是由掺杂少量高折射率的GeO₂的石英疏松层一定浓度均匀分布的PbO半导体材料构成；所述包层是由比纤芯折射率低的纯石英构成。 

一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤是采用DND法结合MCVD技术制备而成。首先采用改进的化学气相沉积法(MCVD)制棒机上沉积掺杂少量高折射率的GeO₂芯棒，然后在芯棒上利用DND沉积法，将氧化铅纳米粒子均匀沉积在含GeO₂的芯棒表面，然后采用MCVD技术制备包层材料，最后高温缩棒得到光纤预制棒并进行光纤拉制。 

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点： 

1、氧化铅掺杂石英光纤具有高的Verdet常数，温度敏感性小等特性，且可根据大电流传感器系统需求，通过实验参数控制光纤浓度，折射率及尺寸分布等特性；2、采用DND沉积法，均一性好，掺杂浓度高，方便可行，从而得到更高品质的氧化铅掺杂石英光纤；3、结构简单、价位低廉，易于产业化生产，可用于构建激光器、光放大器及传感器等。 

附图说明

图1是本发明一个的结构示意图。 

图2为本发明实施例的结构示意图 

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图说明如下： 

实施例一： 

参见图1，一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤，包括纤芯(1)和包层(1)，其特征在于所述纤芯(1)是由掺杂少量高折射率的GeO₂的石英疏松层和一定浓度均匀分布 的PbO半导体材料构成；所述包层(2)是由比纤芯(1)折射率低的纯石英构成。 

实施例二： 

参见图2，纤芯的PbO纳米半导体(11)掺杂GeO₂石英材料(12)是由MCVD及DND沉积技术制备而成。首先采用MCVD技术沉积SiO₂和GeO₂芯层材料，形成未烧结的疏松多孔状芯层；其次，采用DND沉积技术在SiO₂和GeO₂芯棒表面沉积PbO纳米粒子。将PbO的气相和液相前驱体材料通过DND的特殊喷嘴，经氢氧焰水解作用后，生产PbO纳米粒子，经喷嘴直接沉积在基底材料商，通过精确控制蒸汽压力、火焰温度、以及气体流速等工艺条件，可精确控制沉积材料尺寸，即掺杂浓度。然后，PbO掺杂石英芯棒，表面采用MCVD技术沉积纯石英包层(21)。最后，采用MCVD技术收棒，并根据大电流传感器的需要，拉制成一定尺寸的PbO掺杂石英光纤。 

Claims (2)

1.一种氧化铅掺杂石英光纤，包括纤芯(1)和包层(2)，其特征在于所述纤芯(1)是由掺杂少量高折射率的GeO2的石英疏松层和一定浓度均匀分布的PbO半导体材料构成；所述包层(2)是由比纤芯(1)折射率低的纯石英构成。

2.根据权利要求1所述一种应用于大电流传感器的氧化铅掺杂石英光纤，其特征在于所述的纤芯PbO半导体材料是利用直接纳米粒子沉积法，将PbO纳米粒子均匀沉积在含GeO2的芯棒表面，通过精确控制蒸汽压力、火焰温度、以及气体流速等工艺参数来控制PbO掺杂浓度。

制备方法：

(1)利用DND法将氧化铅粒子均匀沉积到掺锗的芯棒；

(2)利用MCVD法分别沉积制备外包层、内包层的母棒套管；

(3)将芯棒插入母棒套管；

(4)控制温度收实成为实心光纤预制棒，并进行拉丝成为光纤。