CN108793723A - 一种光纤及其制备方法和制备模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤领域，具体为一种光纤，所述的光纤的材料为晶态光学材料，本发明的光纤在制备成为光纤的同时，保存了晶态材料的特点，更为具体来说，如果是硒化锌或掺杂硒化锌，则其能够保持晶体优异的光学性能的同时，还能够提高散热性，解决了传统的硒化锌或掺杂硒化锌光学器件散热不好的问题，同时，本发明还公开了该光纤的制备方法和制备模具。

Description

一种光纤及其制备方法和制备模具

技术领域

本发明涉及光纤领域，具体为一种光纤及其制备方法和制备模具。

背景技术

众所周知，晶体是有熔点的，升温过程一旦到了熔点，物体温度曲线会有个平台，等到物体完全融化后，温度曲线才会继续上升。非晶体态的玻璃没有熔点，那是因为非晶体内部分子或原子的排列不规则，吸收热量后不需要破坏其空间点阵，随着温度升高，物体开始软化，并缓慢融化。这种区别造成传统的光纤拉制只能使用非晶态的玻璃作为预制棒，将玻璃态的材料加热到软化温度以上后进行拉制，一般地认为，晶态的材料是不可能拉制成光纤的。

石英光纤是商业上应用最成功的，已经广泛应用在现代通讯行业，但是石英的透过范围知道只到3微米，更远的中红外或远红外需要新的材料，常见的材料包括碲酸盐、ZBLAN以及硫系玻璃，但这些材料共有的一个缺陷是其激光损伤阈值比较低，这大大地限制了这类光纤在中红外波段大功率激光产生或传输方面的应用。

ZnSe晶体是一种优异的中红外光学材料，如中国专利申请CN201480031460.9公开了一种强化玻璃板，其采用ZnSe作为红外线透过构件，具有非常优异的效果；中国专利申请CN201410647376.1公开了过渡金属掺杂硫化锌或硒化锌平面波导材料，其采用过渡金属掺杂硒化锌作为夹层板，用以提高中红外透过率。晶态的ZnSe由于化学键比较强，激光损伤阈值比起常见的材料包括碲酸盐、ZBLAN以及硫系玻璃大幅度地增强。

与其同时，ZnSe晶体通过热扩散的方式掺入过渡金属实现了2-5微米的瓦量级的激光输出，其转换效率达到70％，其相关产品已经商业化，但这种固态激光器的大的缺陷是长时间工作会由于热效应造成激光功率的下降，如果能够将ZnSe晶体制成光纤，光纤型的激光器由于光和激光介质相互作用的长度较长，可以比较容易解决散热问题，因此光纤型的激光器被认为是取得大功率中红外激光器的有效途径。不幸的是，由于材料是晶体，一般认为不可能拉成光纤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤及其制备方法和制备模具，本发明的光纤在制备成为光纤的同时，保存了晶态材料的特点，更为具体来说，如果是硒化锌或掺杂硒化锌，则其能够保持晶体优异的光学性能的同时，还能够提高散热性，解决了传统的硒化锌或掺杂硒化锌光学器件散热不好的问题，同时，本发明还公开了该光纤的制备方法和制备模具。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光纤，所述的光纤的材料为晶态光学材料。

在上述的光纤中，所述的晶态光学材料在特定的温度下的延伸率在150％-1000％。

需要说明的是，在本发明的实施例中，虽然只给出了硒化锌晶体作为光纤材料的案例，但是无法否认的是，在自然领域中，很多光学晶体原料都是具有一定的超塑性(特定温度下，延伸率在150％-1000％)的，这些光学晶体都可以利用其超塑性制备成为纤维材料。比如，硫化锌以及掺杂硫化锌、金属卤化物晶体。

在上述的光纤中，所述的光纤的材料为硒化锌或掺杂硒化锌。

同时，本发明还公开了一种如上所述的光纤的制备方法，在惰性气体环境下，将晶体材料的预制棒在预设的温度下通过模具挤出成为纤维；所述的预设的温度为所述的晶态光学材料的延伸率在150％-1000％时的温度。

更为具体来说，当晶体材料为硒化锌或掺杂硒化锌时，所述的方法具体为：在惰性气体环境下，将硒化锌或掺杂硒化锌预制棒在400-700℃的条件下通过模具挤出成为纤维。

在上述的光纤的制备方法中，所述的模具中纤维的挤出速度为0.002-0.005mm/s。

在上述的光纤的制备方法中，所述的预制棒模具中被挤出操作前，缓慢从室温升温至400-700℃。

在上述的光纤的制备方法中，所述的预制棒直径3-4mm。

此外，本发明还提供了上述的光纤的加工模具，包括由加温炉膛、和设置在加温炉膛内的用于放置晶体材质的预制棒的腔体，所述的腔体的上端设有用于向腔体挤压的挤压机构，所述的腔体的下端设有光纤出口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用晶态材料在特定温度下的超塑性，借助特殊的模具将晶体光纤预制棒热挤压成多晶光纤的形式，这样的光纤由于激光损伤阈值较高，可以广泛应用于中红外大功率激光传输以及激光外科医疗等领域，同时掺入过渡金属元素，制成的光纤可以承受较大激光功率的泵浦，制备成中红外光纤激光器。

附图说明

图1为本发明的模具的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本实施例先阐述加工模具的结构，该模具的结构包括由加温炉膛1、和设置在加温炉膛1内的用于放置晶体材质的预制棒5的腔体2，腔体2下端为渐窄部，所述的腔体2的上端设有用于向腔体挤压的挤压机构3，所述的腔体2的下端设有光纤出口4。

ZnSe光纤的具体的制备方法为

1)光纤预制棒的制备：将商业化的ZnSe晶体棒(0.5x0.5x5cm)用滚圆机加工成直径3-4毫米。长度5厘米的圆棒；

2)将圆棒装入设计好的模具挤压，通入惰性气体气流，保护整个材料表面不被氧化

将温度缓慢从室温升高到500℃；

3)施加适当的压力，控制速度在0.003mm/s；

本实施例的光纤不仅具有ZnSe的固有的光学优点，包括但不限于如CN201480031460.9、CN201410647376.1所述的优点，其作为纤维材料，散热速度非常快，其应用于激光器等设备中时，散热效果优异。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种光纤，其特征在于，所述的光纤的材料为晶态光学材料。

2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述的晶态光学材料在特定的温度下的延伸率在150％-1000％。

3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述的光纤的材料为硒化锌或掺杂硒化锌。

4.一种如权利要求1-3任一所述的光纤的制备方法，其特征在于，在惰性气体环境下，将晶态光学材料的预制棒在预设的温度下通过模具挤出成为纤维；所述的预设的温度为所述的晶态光学材料的延伸率在150％-1000％时的温度。

5.根据权利要求4所述的光纤的制备方法，其特征在于，所述的方法具体为：在惰性气体环境下，将硒化锌或掺杂硒化锌预制棒在400-700℃的条件下通过模具挤出成为纤维。

6.根据权利要求5所述的光纤的制备方法，其特征在于，所述的模具中纤维的挤出速度为0.002-0.005mm/s。

7.根据权利要求5所述的光纤的制备方法，其特征在于，所述的预制棒模具中被挤出操作前，缓慢从室温升温至400-700℃。

8.根据权利要求5所述的光纤的制备方法，其特征在于，所述的预制棒直径3-4mm。

9.一种用于制备如权利要求1-3任一所述的光纤的模具，其特征在于，包括加温炉膛、和设置在加温炉膛内的用于放置晶体材质的预制棒的腔体，所述的腔体的上端设有用于向腔体挤压的挤压机构，所述的腔体的下端设有光纤出口。