CN109455922A - 光导纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种光导纤维的制备方法，其包括：将包层玻璃管套在纤芯玻璃棒外，制成光纤预制棒；其中，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％‑30％的金属离子；拉制所述光纤预制棒，得到玻璃纤维丝；在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维。本发明还提供了一种光导纤维，所述光导纤维的包层中含有所述金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含所述金属单质。本发明制得的光导纤维对杂散光的吸收效果好，同时还可屏蔽外界杂光。

Description

光导纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤领域，特别是涉及一种光导纤维及其制备方法。
背景技术
光导纤维通常由高折射率的纤芯材料和低折射率包层材料组成，在光纤通信、光纤传光、光纤传感等领域有着非常广泛的应用，其基本原理为光的全反射。满足全反射条件的输入光线会在纤芯与包层界面处发生全反射，而由纤芯的一端传输到另一端。而不满足全反射条件的输入光线则会在纤芯与包层界面发生折射，进入包层区域而成为杂散光。
光导纤维传输光信号通常会受到杂散光的干扰。杂散光的来源主要有两部分：一是上述进入包层区域的杂散光又再次发生反射、折射后进入纤芯区域传输；二是在输入端面，由于包层的存在，纤芯占空比无法达到100％，会有一部分光线直接进入包层区域，而成为非有效光，这部分光线经过反射或折射也有可能进入纤芯区域成为杂散光。
为解决杂散光问题，现有技术会在包层外围涂覆一层黑色光吸收漆，或者在包层外围套上一层黑色光吸收第二包层。现有技术存在的问题是：仅能部分降低上述第一种来源的杂散光，对第二种来源的杂散光缺乏有效措施。另外，第一种解决措施所涂覆的光吸收漆容易脱落，造成光导纤维或导光棒使用寿命缩短；而第二种解决措施，需要研制一种与纤芯、包层材料性能匹配的光吸收玻璃，技术难度大、制备工艺复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种光导纤维及其制备方法，所要解决的技术问题是使光导纤维对杂散光的吸收效果好，同时还可屏蔽外界杂光，从而更加适于实用。
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。
依据本发明提出的一种光导纤维的制备方法，包括：
将包层玻璃管套在纤芯玻璃棒外，制成光纤预制棒；
其中，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子；
拉制所述光纤预制棒，得到玻璃纤维丝；
在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的光导纤维的制备方法，其中所述金属离子为Pb2+、Bi3+和Fe2+中的一种或多种；所述金属单质为Pb、Bi和Fe中的一种或多种。
优选的，前述的光导纤维的制备方法，其中所述拉制的条件为：温度750～950℃，拉丝速度0.01m/min～10m/min，真空度0.1Pa～10Pa。
优选的，前述的光导纤维的制备方法，其中所述还原气体为氢气或一氧化碳气体，所述还原处理的条件为：温度400～600℃，还原气体压力0.1MPa～1.0MPa，还原时间100min～30000min。
优选的，前述的光导纤维的制备方法，其中还包括：在所述光导纤维的外表面形成保护层。
优选的，前述的光导纤维的制备方法，其中所述光导纤维的包层中含有所述金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含所述金属单质。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
依据本发明提出的一种光导纤维，包括纤芯和位于所述纤芯外侧的包层，所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的光导纤维，其中从所述包层的内表面向外延伸0.1-0.5mm的区域内不含金属单质。
优选的，前述的光导纤维，其中从所述包层的内表面向外延伸0.5-2mm的区域内，金属单质的含量小于100ppm。
优选的，前述的光导纤维，其中从所述包层的外表面到内表面的方向上，所述金属单质的质量浓度逐渐降低。
优选的，前述的光导纤维，其中所述金属单质为Pb、Bi和Fe中的一种或多种。
优选的，前述的光导纤维，其中所述光导纤维的外表面设有保护层。
借由上述技术方案，本发明提出的光导纤维及其制备方法至少具有下列优点：
1、本发明提出的光导纤维的制备方法，在还原气体气氛下，还原处理含有质量百分比5％-30％的金属离子的包层玻璃，包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质；本发明采用棒管拉制法，适合不同结构和不同尺寸规格的光导纤维及的制备工艺，最重要的是仅需要制备两种玻璃材料，较常规工艺减少了一种玻璃材料，使材料之间的匹配容易控制，因而，拉制出的光纤单丝质量好，操作简单、灵活，效率高，成本低。
2、本发明的光导纤维包括纤芯和位于所述纤芯外侧的包层，所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质。本发明在光导纤维的包层中引入金属单质，通过控制金属单质在包层中的分布，使包层外表面含有金属单质，但是包层内表面靠近纤芯处不含金属单质，包层的这种结构既可以保证光在纤芯中能进行全反射，又可以对进入包层区域的非有效光进行吸收，防止形成杂散光再次进入纤芯中影响光波导性能。同时，本发明的光导纤维还可以有效屏蔽第二种来源的杂散光，防止其通过包层折射或反射进入纤芯区域影响光波导性能。本发明的光导纤维只需要满足纤芯和包层的材料之间的匹配性，其结构简单，对杂散光的吸收效果好，同时还可起到屏蔽外界杂光的作用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一个实施例的光导纤维的横截面的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的光导纤维的纵剖面的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例的光导纤维的横截面的结构示意图；
图4为本发明实施例2的还原温度与还原样品的透过率关系图；
图5为本发明实施例2还原样品的X射线衍射(XRD)检测图；
图6为本发明实施例2还原样品的原子力显微镜(AFM)检测图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种光导纤维及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提供了一种光导纤维的制备方法，其主要包括以下步骤：
(1)将纤芯玻璃制成纤芯玻璃棒，将包层玻璃制成包层玻璃管，其中，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子；
(2)将所述包层玻璃管套在所述纤芯玻璃棒外，制成光纤预制棒；
(3)拉制所述光纤预制棒，得到玻璃纤维丝；
(4)在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维。
在上述步骤(1)中，选择高折射率的玻璃作为纤芯玻璃的原料，进行高温熔制，制成纤芯玻璃棒；在低折射率的玻璃配合料中引入一定量的金属氧化物作为包层玻璃的原料，进行高温熔制，制成包层玻璃管；本步骤中，纤芯玻璃和包层玻璃的选择原则是：保证所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子。
在上述步骤(2)中，将所述包层玻璃管套在所述纤芯玻璃棒外，用铜丝、铁丝或棉线等捆扎结实，得到光纤预制棒，包层玻璃管的内径应比纤芯玻璃棒直径大0.2-0.5mm，长度与芯玻璃棒相同。
在上述步骤(3)中，将光纤预制棒在光纤拉丝塔上拉制成玻璃纤维丝，拉制的玻璃纤维丝直径为0.1mm-10mm，长度为1mm-1000mm。
在上述步骤(4)中，还可根据实际需要对制得的光导纤维进行后处理。
本发明提出的光导纤维的制备方法，在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维。所述金属离子以金属氧化物的形式存在于包层玻璃中，金属氧化物的选择原则为：其含有的金属离子在高温下可与氢气或者一氧化碳发生氧化还原反应，生成金属单质。在包层玻璃表面反应生成的金属单质能够吸收400～700nm的可见光。
具体的，在制得的光导纤维中，从包层的外表面到内表面的法线方向上，包层中被还原的金属单质的质量浓度从外到内依次降低，同时要控制还原条件，使包层与纤芯相接触的内表面不含金属离子。含有金属单质的区域不能太厚，要保证不含金属单质的区域的厚度不小于0.5mm，以保证光导纤维结构的全反射性能，不含金属单质的区域太薄，容易出现漏光、窜光，影响传像束的传像质量；还要保证含有金属单质的区域不小于0.01mm，以保证能够彻底吸收杂散光。
如图1-2所示，本发明制备方法制得的光导纤维包括纤芯1和包层2，包层2中包括含有质量百分比5％-30％的金属离子23的区域21，但区域21不含有金属单质24，还包括含有金属单质24的区域22，区域22中，金属单质24从外到内逐渐增加，相应的，金属离子23从外到内逐渐减少。金属单质24是由金属离子23经还原反应得到。
在制得的光导纤维中，含有金属单质24的区域22在包层2的外侧，远离纤芯1，在包层的法向方向上，含有金属单质24的区域22的厚度不小于0.01mm。
需要说明的是，纤芯材料具有高透光率，纤芯材料的折射率要高于包层材料的折射率，并且纤芯材料和包层材料的折射率相差越大越好。在热性能方面，要求纤芯材料和包层材料的热膨胀系数相接近，若相差较大，则形成的光导纤维产生内应力，使透光率和纤维强度降低。另外，要求各层材料的软化点和高温下的粘度都要相接近。
本发明实施例中，所述纤芯玻璃包括但不限定于：折射率为1.65～1.85的光学玻璃，在所述纤芯玻璃中，Pb2+、Bi3+、Fe2+等金属离子的含量不超过100ppm。优选的，折射率为1.70-1.80的光学玻璃。更优选的，所述纤芯玻璃为折射率为1.70-1.80的硅酸盐玻璃。
所述包层玻璃包括但不限定于：折射率为1.50～1.65的光学玻璃。优选的，折射率为1.55-1.60的光学玻璃。更优选的，所述包层玻璃为折射率为1.55-1.60的硅酸盐玻璃。
所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子。优选的，所述包层玻璃中含有质量百分比10％～20％的金属离子。更优选的，所述包层玻璃中含有质量百分比14％～16％的金属离子。
经检测可知，包层玻璃中的部分金属离子被还原形成了金属单质，而且，从包层的外表面到内表面，金属单质的质量浓度逐渐降低。与此同时，在高温作用下，部分金属单质之间或者部分金属单质与玻璃中的物质进一步的反应，形成微量的合金。含有金属单质的玻璃可吸收杂散光，同时还可屏蔽外界杂光，防止杂散光再次进入纤芯中影响光波导性能。
本发明采用棒管拉制法，适合不同结构和不同尺寸规格的光导纤维及的制备工艺，最重要的是仅需要制备两种玻璃材料，较常规工艺减少了一种玻璃材料，使材料之间的匹配容易控制，因而，拉制出的光纤单丝质量好，操作简单、灵活，效率高，成本低。
作为优选实施例，所述金属离子为Pb2+、Bi3+和Fe2+中的一种或多种；相应的，所述金属单质为Pb、Bi和Fe中的一种或多种。
优选的，所述包层玻璃为含有10％～20％的Pb2+的铅硅酸盐玻璃。
对金属离子的选择需要满足以下条件：在玻璃中，金属离子大多以氧化物的形式存在，且金属离子的氧化物是无色，且不具有吸光性能；同时，该金属离子氧化物容易被还原，形成金属单质，形成的金属单质能够稳定存在，并具有良好的吸光性能。
作为优选实施例，所述拉制的条件为：温度750～950℃，拉丝速度0.01m/min～10m/min，真空度0.1Pa～10Pa。优选的，所述拉制的条件为：温度800～900℃，拉丝速度1m/min～5m/min，真空度1Pa～5Pa。更优选的，所述拉制的条件为：温度850℃，拉丝速度3m/min，真空度3Pa。
作为优选实施例，所述还原气体为氢气或一氧化碳气体，所述还原处理的条件为：温度400～600℃，还原气体压力0.1MPa～1.0MPa，还原时间100min～30000min。优选的，所述还原气体为氢气，所述还原处理的条件为：温度500～550℃，还原气体压力0.4MPa～0.6MPa，还原时间1000min～10000min。更优选的，所述还原气体为氢气，所述还原处理的条件为：温度530℃，还原气体压力0.5MPa，还原时间5000min。
根据玻璃工艺学基本原理，玻璃为不定形材料，具有网状结构，其特点为近程有序、远程无序，因此在无定形玻璃中原子间存在较多悬空键，特别是非桥氧位置。因此，还原气体的小分子或原子能够逐渐扩散进入到玻璃内部，与离子发生氧化还原反应。因此，在制得的光导纤维中，从包层的外表面到内表面，包层中被还原的金属单质的质量浓度从外到内依次降低，同时要控制还原条件，使包层与纤芯相接触的内表面不含金属离子。
根据扩散反应动力学，还原气体进入玻璃的深度取决于还原处理条件，压力、温度和时间对还原气体进入玻璃的深度有影响，压力越大，还原气体进入玻璃的深度就越大，含有被还原金属的玻璃的厚度就越厚；温度越高，还原气体进入玻璃的深度就越大，含有被还原金属的玻璃的厚度就越厚；同样的，时间越长，还原气体进入玻璃的深度就越大，含有被还原金属的玻璃的厚度就越厚，因此，可以控制压力、温度和时间来控制含有被还原金属的玻璃的厚度。
需要说明的是，本发明制备方法本发明制得的光导纤维中，包层有两个作用，一是为光在纤芯中形成全反射提供条件，这就要求包层的折射率小于纤芯的折射率，同时靠近纤芯的包层中不含金属单质，防止吸收纤芯中的全反射光，造成光的损失；二是吸收形成的杂散光，这就要求包层在远离纤芯的区域具有吸光的作用，通过还原包层玻璃中的部分所述金属离子形成金属单质，使包层的外侧含有金属单质，金属单质具有很好的吸光效果。因此，本发明设计的包层既为纤芯中光的全反射提供必要条件，又达到了对吸收杂散光的目的。
根据氧化还原反应热力学原理，还原的温度不能太低，低于400℃，还原反应的活化能不够，造成氧化还原反应无法发生或者发生速率极低，金属离子不能被还原成金属单质；还原的温度也不能太高，高于600℃，一方面，较高的温度极易造成玻璃表面变形、皲裂等表面缺陷，另一方面，较高的温度也会造成生成的金属单质挥发、团聚等，影响光吸收效果。
在还原处理的过程中，控制还原处理的条件，以还原足够多的金属离子，使的包层外表面的金属离子被还原，被还原后的金属或合金具有光吸收的作用，同时，要控制还原处理不能还原过多的金属离子，造成含有被还原金属的玻璃的厚度太厚，影响整体结构的全反射性能。这需要根据实际需要来选择还原处理的条件。
作为优选实施例，如图3所示，所述光导纤维的制备方法还包括：在所述光导纤维的外表面形成保护层3。
具体的，在所述光导纤维外表面涂覆一层保护层，所述保护层可选择丙烯酸酯、碳酸酯或聚氨酯有机保护层。涂覆保护层的目的是防止光导纤维表面受损并保持光纤强度。
本发明还提供了一种光导纤维，其包括纤芯1和位于所述纤芯外侧的包层2，所述纤芯1的折射率大于所述包层2的折射率，所述包层2含有金属单质24，所述包层2与纤芯1相接触的内表面不含金属单质。
包层包括不含金属单质的区域21和含有金属单质24的区域22，不含金属单质的区域21与纤芯1相接触，含有金属单质24的区域22远离纤芯1。
在包层的法向方向上，含有金属单质的区域的厚度不小于0.01mm。具体的，含有金属单质的区域的厚度小于0.01mm时，对杂散光的吸收不够彻底，但是含有金属单质的区域也不能太厚，要保证不含金属单质的区域的厚度不小于0.5mm，以保证光导纤维结构的全反射性能，不含金属单质的区域的太薄，容易出现漏光、窜光，影响传像束的传像质量。
作为优选实施方式，如图1-2所示，本发明的光导纤维包括纤芯1和包层2，包层2包括含有质量百分比5％-30％的金属离子23的区域21，但区域21不含有金属单质24，包层2还包括含有金属单质24的区域22，区域22中的金属单质24从外到内逐渐增加，相应的，金属离子23从外到内逐渐减少。需要说明的是，本优选实施方式并不限制本发明的光导纤维的结构。
本发明实施例中，所述纤芯玻璃包括但不限定于：折射率为1.65～1.85的光学玻璃，在所述纤芯玻璃中，Pb2+、Bi3+、Fe2+等金属离子的含量不超过100ppm。优选的，折射率为1.70-1.80的光学玻璃。更优选的，所述纤芯玻璃为折射率为1.70-1.80的硅酸盐玻璃。
所述包层玻璃包括但不限定于：折射率为1.50～1.65的光学玻璃。优选的，折射率为1.55-1.60的光学玻璃。更优选的，所述包层玻璃为折射率为1.55-1.60的硅酸盐玻璃。
需要说明的是，本发明光导纤维中，包层有两个作用，一是为光在纤芯中形成全反射提供条件，这就要求包层的折射率小于纤芯的折射率，同时靠近纤芯的包层中不含金属单质，防止吸收纤芯中的全反射光，造成光的损失；二是吸收形成的杂散光，这就要求包层在远离纤芯的区域具有吸光的作用，通过还原包层玻璃中的部分所述金属离子形成金属单质，使包层的外侧含有金属单质，金属单质具有很好的吸光效果。因此，本发明设计的包层既为纤芯中光的全反射提供必要条件，又达到了对吸收杂散光的目的。要达到上述条件，包层需要具备：不含金属单质的区域和含有金属单质的区域，不含金属单质的区域的厚度不小于0.5mm，含有金属单质的区域的厚度不小于0.01mm。
作为优选实施例，从所述包层的内表面向外延伸0.1-0.5mm的区域内不含金属单质。
为了保证纤芯内光的全反射，要保证内表面向外延伸0.1-0.5mm的区域内不含金属单质，使不含金属单质的区域有足够的厚度来保证纤芯内光的全反射。
作为优选实施例，从所述包层的内表面向外延伸0.5-2mm的区域内，金属单质的含量小于100ppm。
为了保证纤芯内光的全反射，要保证内表面向外延伸0.5-2mm的区域内，金属单质的含量小于100ppm，使不含金属单质的区域有足够的厚度来保证纤芯内光的全反射。
作为优选实施例，从所述包层的外表面到内表面的方向上，所述金属单质的质量浓度逐渐降低。
作为优选实施例，所述金属单质为Pb、Bi和Fe中的一种或多种。
金属单质能够稳定存在，并具有良好的吸光性能。
作为优选实施例，如图3所示，所述的光导纤维还包括保护层3，所述保护层3位于所述包层2的外表面。
具体的，包层外表面设置保护层用于保持光纤强度，防止光导纤维表面受损。同时，涂覆层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。
本发明的光导纤维只需要满足纤芯和包层的材料之间的匹配问题。较常规工艺减少了一种玻璃材料，使材料之间的匹配容易控制，因而，拉制出的光纤单丝质量好，操作简单、灵活，效率高，成本低。本发明的光导纤维结构简单，对杂散光的吸收效果好，同时还可起到屏蔽外界杂光的作用。其具体的处理还原方法在光导纤维的制备方法中已经详细说明，在此不再赘述。
本发明并不限制光导纤维的横截面形状，光导纤维的横截面形状可以根据需要来选择。优选的，光导纤维的横截面形状为圆形、方形、三角形或六角形，更优选的，光导纤维的横截面形状为圆形。
光导纤维中光的传送是利用光的全反射原理，满足全反射条件的输入光线，在纤芯中以锯齿状路径屈折前进，不会传出包层，避免了光在传播时的折射损耗。不满足全反射条件的输入光线会穿透包层成为杂散光，经还原处理形成于包层表面的金属单质会吸收杂散光，避免杂散光对全反射光形成串扰。光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层，杂散光的吸收能力则取决于包层表面的金属单质。
实施例1
本发明实施例提供了一种光导纤维的制备方法，其具体包括以下步骤：
(1)将折射率为1.65～1.85的第一光学玻璃加工成直径为30-60mm、长度在500mm-1000mm的纤芯玻璃棒；
(2)在第二光学玻璃中添加入含有质量百分比5％-30％的Pb2+、Bi3+、Fe2+中的一种或多种金属离子的化合物，在1400～1500℃下熔制成玻璃，其折射率为1.50～1.65，并加工成包层玻璃管，包层玻璃管的内径应比纤芯玻璃棒直径大0.2-0.5mm，壁厚为1～5mm，包层玻璃管的长度与芯玻璃棒的长度相同；
(3)将包层玻璃管套在纤芯玻璃棒外，用铜丝、铁丝或棉线等捆扎结实，即为光纤预制棒；
(4)将光纤预制棒挂在光纤拉丝塔上，抽真空至0.1Pa，并缓慢送入拉丝炉中，拉丝炉的温度控制在750～950℃，在0.01m/min～10m/min的拉丝速度下，将光纤预制棒拉制成直径为0.1mm-10mm、长度为1mm-1000mm的玻璃纤维丝；
(5)将玻璃纤维丝置于气氛还原炉中，抽真空至10-3～10-4Pa，加热至400～600℃，通入氢气或一氧化碳，至压力达到0.1MPa～1.0MPa，在此条件下还原处理100min～30000min，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维；该光导纤维的包层包括含有金属单质的区域，在包层的法向方向上，该含有金属单质的区域自包层的外表面向内延伸的深度为0.01mm-1.00mm，在此区域内，金属单质的质量浓度逐渐降低，该金属单质对杂散光吸收效果好。
根据实际需要，上述制备方法还包括以下步骤：
(6)在光导纤维外表面涂覆上丙烯酸酯、碳酸酯或聚氨酯的有机保护层。
对上述光导纤维进行分析，可以得到如下结论：
1、金属离子含量与含有金属单质的区域的厚度的关系
在550℃、氢气、1MPa、10000min的还原处理条件下，得到金属离子含量与含有金属单质的区域的厚度的关系，见表1。
表1金属离子含量与含有金属单质的区域的厚度的关系
金属 Pb<sup>2+</sup> Pb<sup>2+</sup> Pb<sup>2+</sup> Pb<sup>2+</sup> Pb<sup>2+</sup>和Bi<sup>3+</sup> Bi<sup>3+</sup> Fe<sup>2+</sup>
含量 5％ 10％ 15％ 20％ 10％和5％ 15％ 10％
厚度 0.4mm 0.4mm 0.4mm 0.4mm 0.45mm 0.5mm 0.25mm
2、含有金属单质的区域的厚度与还原温度的关系
选择含有质量百分比20％的Pb2+的硅酸盐玻璃作为包层材料，在氢气、1MPa、10000min的还原处理条件下，得到含有金属单质的区域的厚度与还原温度的关系，见表2。
表2含有金属单质的区域的厚度与还原温度的关系
温度 450℃ 475℃ 500℃ 525℃ 550℃ 575℃ 600℃
厚度 0.1mm 0.15mm 0.2mm 0.3mm 0.4mm 0.5mm 0.6mm
3、含有金属单质的区域的厚度与气体压力的关系
选择含有质量百分比20％的Pb2+的硅酸盐玻璃作为包层材料，在氢气、550℃、10000min的还原处理条件下，得到含有金属单质的区域的厚度与气体压力的关系，见表3。
表3含有金属单质的区域的厚度与气体压力的关系
气压 0.1MPa 0.2MPa 0.4MPa 0.5MPa 0.6MPa 0.8MPa 1MPa
厚度 0.05mm 0.1mm 0.2mm 0.25mm 0.28mm 0.34mm 0.4mm
4、含有金属单质的区域的厚度与还原时间的关系
(1)选择含有质量百分比20％的Pb2+的硅酸盐玻璃作为包层材料，在氢气、600℃、1MPa的还原处理条件下，得到含有金属单质的区域的厚度与还原时间的关系，见表4。
表4含有金属单质的区域的厚度与还原时间的关系
时间 100min 500min 10000min 15000min 20000min 25000min 30000min
厚度 0.2mm 0.3mm 0.6mm 0.7mm 0.8mm 0.9mm 1.0mm
(2)选择含有质量百分比5％的Pb2+的硅酸盐玻璃作为包层材料，在氢气、500℃、0.1MPa的还原处理条件下，得到含有金属单质的区域的厚度与还原时间的关系，见表5。
表5含有金属单质的区域的厚度与还原时间的关系
时间 100min 500min 10000min 15000min 20000min 25000min 30000min
厚度 0.01mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.2mm 0.25mm 0.3mm
从以上分析可见，在还原处理条件一定的情况下，相同的金属离子，即使含量变化，形成的含有金属单质的区域的厚度几乎不变，但是不同的金属离子，即使含量相同，也会对含有金属单质的区域的厚度稍有影响，可见，不同的金属离子对含有金属单质的区域的厚度稍有影响，相同的金属离子对含有金属单质的区域的厚度几乎没有影响。相同的金属离子及含量，在还原气体、压力和时间一定的情况下，随着还原处理温度的升高，含有金属单质的区域的厚度逐渐变大，可见，还原处理温度对含有金属单质的区域的厚度有较大的影响。相同的金属离子及含量，在还原气体、温度和时间一定的情况下，随着还原处理压力的升高，含有金属单质的区域的厚度也逐渐变大，可见，还原处理压力对含有金属单质的区域的厚度有较大的影响。相同的金属离子及含量，在还原气体、温度和压力一定的情况下，随着还原处理时间的增加，含有金属单质的区域的厚度逐渐变大，可见，还原处理时间对含有金属单质的区域的厚度有较大的影响。当减少金属离子的含量，同时减少还原处理的温度和压力时，的厚度也随之减少。
综上所述，金属离子、还原处理的温度、压力和时间都对吸收层的厚度有影响，还原处理的温度、压力和时间都对吸收层的厚度有较大的影响。
实施例2
以下面的样品为例，对还原后的产物进行表征，其包括以下步骤：
将PbO、Bi2O3、SiO2、Na2CO3、K2CO3、CaCO3、Ba(NO3)2等化合物按照设计成分要求称重后，混合均匀，制备成玻璃配合料；将玻璃配合料在1400℃的氧化铝坩埚中熔化均匀，在1200℃下取出，直接倾倒入铸铁模具中，冷却、退火后得到玻璃坯；将玻璃坯滚圆、切割、研磨、抛光后得到0.5mm厚的玻璃片，该玻璃片为含有Pb2+质量浓度为15％、Bi3+质量浓度3％的硅酸盐玻璃；将玻璃片置于0.01MPa氢气气氛下，加热至一定还原温度(如图4和图5所示)，还原处理10000min后取出，得到样品，使用分光光度计、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等手段对样品进行表征，表征结果如下：
1、还原温度与含有金属单质的区域的透过率关系
如图4所示，为还原温度与含有金属单质的区域的透过率关系图，从图中可以看出，随着还原温度的升高，透过率逐渐降低，而且还原温度的选择范围为400～600℃。
2、X射线衍射(XRD)检测
如图5所示，为还原样品的X射线衍射(XRD)检测图，从图中可以看出，400℃以上还原样品表面已经形成了Pb金属单质的特征峰，检测图中出现了Pb7Bi3的合金，说明测试用玻璃中也含有Bi元素，因此，Bi离子也被同时还原为Bi的单质(以与Pb的合金形式存在)。
3、晶粒尺寸
以X射线衍射(XRD)检测的数据为基础，根据Scherrer公式，计算还原生成的金属单质的晶粒尺寸，见表6，由表6中可知，还原后生成的金属单质的晶粒尺寸为纳米尺寸。
表6金属单质的晶粒尺寸
还原温度T/℃ 半峰宽FW/° 晶粒尺寸D/nm
400 0.917 89
500 0.692 118
600 0.673 126
如图6所示，为还原样品的原子力显微镜(AFM)检测图，通过原子力显微镜(AFM)检测，得到的金属的晶粒尺寸分别为66nm、117nm、162nm，其变化规律与X射线衍射(XRD)测试结果相吻合，结果显示，随着还原温度的升高，得到的金属的晶粒尺寸逐渐变大。
通过上述分析可知，金属离子经还原处理后，得到了金属单质，随着金属单质的生成，产生了少量的合金，金属单质的晶粒尺寸为纳米级，随着还原温度的升高，得到的金属的晶粒尺寸逐渐变大。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种光导纤维的制备方法，其特征在于，包括：
将包层玻璃管套在纤芯玻璃棒外，制成光纤预制棒；
其中，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子；
拉制所述光纤预制棒，得到玻璃纤维丝；
在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维。
2.根据权利要求1所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
所述金属离子为Pb2+、Bi3+和Fe2+中的一种或多种；
所述金属单质为Pb、Bi和Fe中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
所述拉制的条件为：温度750～950℃，拉丝速度0.01m/min～10m/min，真空度0.1Pa～10Pa。
4.根据权利要求1或2所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
所述还原气体为氢气或一氧化碳气体，所述还原处理的条件为：温度400～600℃，还原气体压力0.1MPa～1.0MPa，还原时间100min～30000min。
5.根据权利要求1或2所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
还包括：在所述光导纤维的外表面形成保护层。
6.根据权利要求1或2所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
所述光导纤维的包层中含有所述金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含所述金属单质。
7.一种光导纤维，其特征在于，包括纤芯和位于所述纤芯外侧的包层，所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质。
8.根据权利要求7所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
从所述包层的内表面向外延伸0.1-0.5mm的区域内不含金属单质。
9.根据权利要求7所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
从所述包层的内表面向外延伸0.5-2mm的区域内，金属单质的含量小于100ppm。
10.根据权利要求7所述的光导纤维的制备方法，其特征在于，
从所述包层的外表面到内表面的方向上，所述金属单质的质量浓度逐渐降低。
11.根据权利要求7所述的光导纤维，其特征在于，
所述金属单质为Pb、Bi和Fe中的一种或多种。
12.根据权利要求7所述的光导纤维，其特征在于，
所述光导纤维的外表面设有保护层。
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