CN108840561B - 一种掺铬红宝石非晶光纤及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺铬红宝石非晶光纤，采用晶态掺铬红宝石作为纤芯材料，经纤芯熔融法拉丝制备成纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤。上述光纤的制备方法，包括以下步骤：(1)将掺铬红宝石晶体加工成芯棒；(2)对芯棒进行清洗；(3)将棒插入包层管中，制成预制棒；(4)光纤拉制：将制备好的预制棒放入拉丝塔内，升温，使拉丝炉的温度升到高于掺铬红宝石晶体的熔融温度，拉制光纤，得到纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤。本发明还公开了上述光纤的应用。本发明的掺铬红宝石非晶光纤制备方法简单，光纤的发光峰的强度和峰位与温度呈现较好的线性关系，可用于光纤激光器和光纤温度传感等方面。

Description

一种掺铬红宝石非晶光纤及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光纤的制备，特别涉及一种掺铬红宝石非晶光纤及其制备方法和应用。
背景技术
掺铬红宝石晶体是指掺杂铬的氧化铝晶体。激光器原型刚被提出不久，红宝石就被首先用来作为增益介质制成了世界上第一台激光器。红宝石激光器产生的是暗红色的694.3nm激光，由于其结构简单，因此具有很好代表性。红宝石激光器在高效率的YAG激光棒没有被发明之前被广泛的应用在激光切割机和钻孔机上，许多军用的非致命性武器也采用更小的红宝石棒子。另外由于掺铬红宝石的荧光寿命长，因此也被广泛用于调Q开关介质。
到目前为止，掺铬红宝石在激光器领域的应用基本上都是以固态激光为主，但是高质量激光晶体的生产工艺复杂而且成本高，同时，固态激光器难于实现激光器的小型化。虽然现在已经可以通过生长法直接制备单晶光纤，在实现激光器的小型化方面取得很大的进展，但是这种生产单晶光纤的工艺比生产高质量晶体更为复杂和困难。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种掺铬红宝石非晶光纤，发光的强度和峰位与温度有较强的线性关系。
本发明的另一目的在于提供上述掺铬红宝石非晶光纤的制备方法，制备工艺简单。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种掺铬红宝石非晶光纤，所述掺铬红宝石非晶光纤为芯-包结构光纤，采用晶态掺铬红宝石作为纤芯材料，经纤芯熔融法拉丝制备成纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤。
所述包层材料为高纯石英管。
所述掺铬红宝石非晶光纤在光纤激光器和光纤温度传感中的应用。
一种掺铬红宝石非晶光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)将掺铬红宝石晶体加工成芯棒；
所述掺铬红宝石晶体化学按质量百分比含有：
Cr2O3：0.01～4％；
余量为Al2O3；
(2)对步骤(1)得到芯棒进行清洗；
(3)将清洗后的芯棒插入包层管中，制成预制棒；所述包层管的材料为拉丝温度高于纤芯材料熔融温度的玻璃材料；
(4)光纤拉制：
将制备好的预制棒放入拉丝塔内，升温，使拉丝炉的温度升到高于掺铬红宝石晶体的熔融温度，保温15～20min，拉制光纤，得到纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤。
所述对步骤(1)得到芯棒进行清洗，具体为：
用超声波清洗，再用去离子水和无水酒精清洗。
步骤(4)所述升温，具体为：
使拉丝炉以5～10℃每分钟的升温速度升到拉丝温度。
使拉丝炉的温度升到高于掺铬红宝石晶体的熔融温度，具体为：
使拉丝炉的温度升到2050～2200℃。
步骤(1)所述加工，具体为：在加工机床上冷加工。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明采用掺铬红宝石晶体作为芯棒，高熔融温度的玻璃管作为包层管拉制掺铬红宝石光纤，拉曼光谱证明所制备的掺铬红宝石光纤的纤芯呈非晶态，非晶态有利于实现发光的非均匀展宽，可以实现更短的激光脉冲。荧光光谱测试到其在694nm附近有Cr3+离子2E→4A2电子跃迁的特征R线发射，而且发光峰的强度和峰位与温度呈现较好的线性关系，可用于光纤激光器和光纤温度传感等方面。
(2)本发明采用纤芯熔融法成功拉制掺铬红宝石非晶光纤，制备工艺简单。
附图说明
图1为本发明拉制的掺铬红宝石非晶光纤的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1.纤芯材料的选取：选用掺有铬的红宝石晶体作为纤芯材料。
掺杂铬红宝石晶体，按质量百分比，各组成及含量如下：
Cr2O3:0.5％；
余量为Al2O3。
2.选取包层管：
包层管采用F300高纯石英管。内径3.1mm，外径25mm，长度为200mm，内外表面均抛光呈镜面。
3.预制棒制备：
(1)将红宝石晶体在加工机床上冷加工成直径3mm，长约50mm的细晶体棒。
(2)将加工好的红宝石晶体芯棒和包层管分别装进盒子中用超声波清洗，再用去离子水和无水酒精清洗干净。
(3)将芯棒插入包层管中，下部用直径2.7～3.2mm的端面磨平的锥形石英玻璃棒塞紧，制成预制棒。
4.光纤拉制：
将制备好的预制棒放入拉丝塔内，缓慢升温，使拉丝炉的温度升到高于掺铬红宝石晶体的熔融温度(约2100℃)，保温15min。通过调整拉丝的速度和预制棒下料速度，拉制出不同尺寸的光纤。
5.对已制备好的光纤进行表征，所拉制的光纤纤芯组成为非晶态的Al2O3，纤芯明显。
实施例2：
1.纤芯材料的选取：选用掺有铬的红宝石晶体作为纤芯材料。
掺杂铬红宝石晶体，按质量百分比，各组成及含量如下：
Cr2O3:1.0％；
余量为Al2O3。
2.选取包层管：
包层管采用F300高纯石英管。内径3.6mm，外径25mm，长度为200mm，内外表面均抛光呈镜面。
3.预制棒制备：
(1)将红宝石晶体在加工机床上冷加工成直径3.5mm，长约50mm的细晶体棒。
(2)将加工好的红宝石晶体芯棒和包层管分别装进盒子中用超声波清洗，再用去离子水和无水酒精清洗干净。
(3)将芯棒插入包层管中，下部用直径3.3～3.8mm的端面磨平的锥形石英玻璃棒塞紧，制成预制棒。
4.光纤拉制：
将制备好的预制棒放入拉丝塔内，缓慢升温，使拉丝炉的温度升到高于红宝石晶体的熔融温度(约2100℃)，保温20min。通过调整拉丝的速度和预制棒下料速度，拉制出不同尺寸的光纤。
5.对已制备好的光纤进行表征，所拉制的光纤纤芯组成主要为非晶态的Al2O3。图1为本实施例制备的光纤的荧光光谱。从图1中我们可以看出，制备的光纤在532nm激光激发下可以测试出Cr3+在694nm出的锐线发射，这与红宝石晶体相同，不同的是光纤的发光光谱中还测试出比较明显的斯托克斯射线和反斯托克斯射线。根据Cr3+的发光特征，可以说明该光纤在光纤激光器和温度传感等领域具有潜在的应用价值。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种掺铬红宝石非晶光纤，其特征在于，所述掺铬红宝石非晶光纤为芯-包结构光纤，发光峰的强度和峰位与温度呈现较好的线性关系；采用晶态掺铬红宝石作为纤芯材料，经纤芯熔融法拉丝制备成纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤；晶态掺铬红宝石按质量百分比，各组成及含量为：Cr2O3：0.01～4％，余量为Al2O3；
所述掺铬红宝石非晶光纤为通过以下步骤制备得到：
(1)将掺铬红宝石晶体加工成芯棒；
所述掺铬红宝石晶体化学成分按质量百分比含有：
Cr2O3：0.01～4％；
余量为Al2O3；
(2)对步骤(1)得到芯棒进行清洗；
(3)将清洗后的芯棒插入包层管中，制成预制棒；所述包层管的材料为拉丝温度高于纤芯材料熔融温度的玻璃材料；
(4)光纤拉制：
将制备好的预制棒放入拉丝塔内，升温，使拉丝炉的温度升到2050～2200℃，保温15～20min，拉制光纤，得到纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤；
所述升温，具体为：使拉丝炉以5～10℃每分钟的升温速度升到拉丝温度2050～2200℃。
2.根据权利要求1所述的掺铬红宝石非晶光纤，其特征在于，所述包层管的材料为高纯石英管。
3.权利要求1所述掺铬红宝石非晶光纤在光纤激光器和光纤温度传感中的应用。
4.一种掺铬红宝石非晶光纤的制备方法，其特征在于，掺铬红宝石非晶光纤发光峰的强度和峰位与温度呈现较好的线性关系，包括以下步骤：
(1)将掺铬红宝石晶体加工成芯棒；
所述掺铬红宝石晶体化学成分按质量百分比含有：
Cr2O3：0.01～4％；
余量为Al2O3；
(2)对步骤(1)得到芯棒进行清洗；
(3)将清洗后的芯棒插入包层管中，制成预制棒；所述包层管的材料为拉丝温度高于纤芯材料熔融温度的玻璃材料；
(4)光纤拉制：
将制备好的预制棒放入拉丝塔内，升温，使拉丝炉的温度升到2050～2200℃，保温15～20min，拉制光纤，得到纤芯为非晶态的掺铬红宝石非晶光纤；
所述升温，具体为：使拉丝炉以5～10℃每分钟的升温速度升到拉丝温度2050～2200℃。
5.根据权利要求4所述的掺铬红宝石非晶光纤的制备方法，其特征在于，所述对步骤(1)得到芯棒进行清洗，具体为：
用超声波清洗，再用去离子水和无水酒精清洗干净。
6.根据权利要求4所述的掺铬红宝石非晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加工，具体为：在加工机床上冷加工。
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CN106477874A (zh) * 2016-09-19 2017-03-08 上海大学 一种光纤纤芯折射率调制方法
CN106646729A (zh) * 2016-09-19 2017-05-10 上海大学 基于纤芯材料析晶的长周期光纤光栅及其制作方法

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