CN111204982A - 一种氟磷酸盐玻璃光纤及其制备方法 - Google Patents

一种氟磷酸盐玻璃光纤及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氟磷酸盐玻璃光纤其制备方法，该光纤包括纤芯和包层管，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：Al(PO3)330～50摩尔份；Ba(PO3)215～40摩尔份；TeO20.5～2摩尔份；SnO21～10摩尔份；ZrO20.5～15摩尔份；CaO0.5～15摩尔份；LiF21～10摩尔份；CaF25～20摩尔份；SrF21～10摩尔份；FeO0.5～10摩尔份；Fe2O30.5～10摩尔份。本发明的氟磷酸盐玻璃光纤热膨胀系数低、衰减系数低、抗拉强度高，能适应温度变化大的环境下的使用，具有很好的市场应用前景。

Description

一种氟磷酸盐玻璃光纤及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，特别涉及一种氟磷酸盐玻璃光纤及其制备方法。
背景技术
光纤在光学技术中应用极其普遍如光纤传感器、激光器等。对于光纤的性能要求也越来越高，主要包括热稳定性、衰减性、机械强度等。周围环境温度发生变化时，一般的光纤会发生强烈的热胀冷缩效应，会影响光信号的传输，例如应用于光纤传感器时，光纤热胀冷缩效应会导致光纤传感器内部光学结构的尺寸发生改变，进而大大降低了传感的准确性和可靠性。同样，光纤衰减性、机械强度也对其应用具有很大的影响，市场对于高热稳定性、衰减系数低、机械强度高的光纤具有很大的需求，但现在缺少热稳定性高且综合性能优异的光纤。例如，专利201811022023.7公开了一种低热膨胀系数微晶玻璃光纤、光纤传感器及其制备，该光纤具有较低的热膨胀系数，但其衰减能和机械性能指标并未提及。专利201410431856.4公开了一种具有高拉伸强度的光纤，该光纤具有很高的拉伸强度，但其热稳定性能指标并未提及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氟磷酸盐玻璃光纤及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氟磷酸盐玻璃光纤，包括纤芯和包层管，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000011
Figure BDA0002365075200000021
优选的是，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000022
优选的是，所述纤芯的成分按摩尔份数还包括：0.5～10摩尔份的FeO和0.5～10摩尔份的Fe2O3。
优选的是，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000023
优选的是，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000024
Figure BDA0002365075200000031
优选的是，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000032
优选的是，其中，包层管为玻璃材质。
优选的是，其制备方法包括以下步骤：
1)将各原料混合均匀后，加入到铂金坩埚中加热，加热温度为500-800℃，加热1.5-4小时；降温至150～300℃，将高温均化的玻璃液浇注于模具内，然后进行退火处理，退火温度为100～150℃，然后降温至室温，得到纤芯棒；
2)将纤芯棒加工成圆柱形，抛光使表面呈镜面并洗净；再将纤芯棒插入包层管中，并用包层用玻璃封牢，制成预制纤芯棒；
3)将预制纤芯棒放入拉丝塔内，加热，拉制光纤。
本发明的有益效果是：本发明的氟磷酸盐玻璃光纤热膨胀系数低、衰减系数低、抗拉强度高，能适应温度变化大的环境下的使用，具有很好的市场应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本实施例的一种氟磷酸盐玻璃光纤，包括纤芯和包层管，纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000041
其中，可选的，纤芯的成分按摩尔份数还包括：0.5～10摩尔份的FeO和0.5～10摩尔份的Fe2O3。
本发明中，由于Al(PO3)3含量降低后，网络结构易损坏，导致稳定性下降，但通过Li+的加入与F-形成LiF4四面体，提高稳定性；Al(PO3)3存在失透性方面的劣势，通过引入Ba(PO3)2可明显提高抗失透性，实现协同互补的作用。
本发明中，Zr4+、Sn2+离子的引入能与在材料中形成网络结构，使材料更加稳定，如Sn2+能形成SnP(OF)4。
本发明中引入少量的TeO2能提高热稳定性和机械强度。
本发明中，FeO与Fe2O3的添加能提高热稳定性，透过率更加稳定。
本发明中，CaO可抑制失透，CaO与ZrO2协同，在CaO的稳定作用下，ZrO2的加入可保留较多的四方相ZrO2，提高强度。
其中，包层管为玻璃材质。
在一种实施例中，氟磷酸盐玻璃光纤的制备方法包括以下步骤：
1)将各原料混合均匀后，加入到铂金坩埚中加热，加热温度为500-800℃，加热1.5-4小时；降温至150～300℃，将高温均化的玻璃液浇注于模具内，然后进行退火处理，退火温度为100～150℃，然后降温至室温，得到纤芯棒；
2)将纤芯棒加工成圆柱形，抛光使表面呈镜面并洗净；再将纤芯棒插入包层管中，并用包层用玻璃封牢，制成预制纤芯棒；
3)将预制纤芯棒放入拉丝塔内，加热，拉制光纤。
以下提供更为具体的实施例和对比例，以对本发明作进一步说明。
实施例1
纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000051
本实施例中，氟磷酸盐玻璃光纤的制备方法包括以下步骤：
1)将各原料混合均匀后，加入到铂金坩埚中加热，加热温度为750℃，加热3小时；降温至180℃，将高温均化的玻璃液浇注于模具内，然后进行退火处理，退火温度为120℃，然后降温至室温，得到纤芯棒；
2)将纤芯棒加工成圆柱形，抛光使表面呈镜面并洗净；再将纤芯棒插入包层管中，并用包层用玻璃封牢，制成预制纤芯棒；
3)将预制纤芯棒放入拉丝塔内，加热，拉制光纤。
实施例2
纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000052
Figure BDA0002365075200000061
实施例3
纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000062
实施例4
纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000063
实施例5
纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000071
实施例6
纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure BDA0002365075200000072
对比例1
与实施例1的不同之处仅在于不包括Ba(PO3)2。
对比例2
与实施例1的不同之处仅在于不包括LiF2。
对比例3
与实施例1的不同之处仅在于不包括SnO2和ZrO2。
对比例4
与实施例1的不同之处仅在于不包括TeO2。
对比例5
与实施例1的不同之处仅在于不包括CaO，且ZrO2增加至3.5摩尔份。
对比例6
与实施例1的不同之处仅在于不包括ZrO2，且CaO增加至3.5摩尔份。
按照实施例1的方法将上述实施例和对比例的光纤制备成外径尺寸为750μm的成品，并进行以下性能测试：
膨胀系数：采用膨胀仪进行测定。
抗拉强度：参照GB15972.31进行。
衰减：测量波长为1550nm时，光纤的衰减系数。采用行业标准方法检测，参照SJ2668-1986：光纤光缆衰减测量方法。
测量结果如下表1所示：
表1
膨胀系数/℃ 抗拉强度MPa 衰减系数dB/KM
实施例1 0.19×10<sup>-7</sup> 2850 0.214
实施例2 0.35×10<sup>-7</sup> 2831 0.287
实施例3 0.20×10<sup>-7</sup> 2855 0.212
实施例4 0.16×10<sup>-7</sup> 2885 0.210
实施例5 0.18×10<sup>-7</sup> 2859 0.212
实施例6 0.18×10<sup>-7</sup> 2862 0.211
对比例1 0.29×10<sup>-7</sup> 2830 0.263
对比例2 0.28×10<sup>-7</sup> 2712 0.221
对比例3 0.32×10<sup>-7</sup> 2780 0.225
对比例4 0.35×10<sup>-7</sup> 2635 0.218
对比例5 0.27×10<sup>-7</sup> 2783 0.217
对比例6 0.29×10<sup>-7</sup> 2805 0.216
从实施例1、3-6的结果可以看出，本发明的光纤膨胀系数低、衰减系数低、抗拉强度高，说明其热稳定性能强，对温度不敏感，抗衰减性能好，机械性能优异，能满足使用需求。
从实施例2与实施例1的结果对比可以看出，不添加FeO、Fe2O3时，膨胀系数和衰减系数升高明显，可以说明FeO、Fe2O3的加入能提高热稳定性，透过率更加稳定，保证良好的抗衰减性能。
从实施例4与实施例1的结果对比可以看出，ZrO2、CaO含量均增加时，热稳定性和抗拉强度均增强，可以说明ZrO2、CaO对热稳定性和抗拉强度的提升作用。结合实施例5和6的结果对比可以看出，ZrO2、CaO中单独增加一种的含量时，对热稳定性和抗拉强度的提升效果不明显，且不如两者均增加时获得的提升效果。进一步结合对比例5和对比例6，可以看出ZrO2、CaO中的一种单独使用时对热稳定性和抗拉强度的提升效果不明显，不如两者复配使用的效果。这是由于，Zr4+离子的引入能与在材料中形成网络结构，使材料更加稳定。CaO可抑制失透，CaO与ZrO2协同增强，在CaO的稳定作用下，ZrO2的加入可保留较多的四方相ZrO2，提高强度。
从对比例1与实施例1的结果对比可以看出，通过引入Ba(PO3)2可明显提高抗失透性。
从对比例2与实施例1的结果对比可以看出，LiF2可提高稳定性，这是由于Al(PO3)3含量降低后，网络结构易损坏，导致稳定性下降，但通过Li+的加入与F-形成LiF4四面体，提高稳定性。
从对比例3与实施例1的结果对比可以看出，不添加SnO2和ZrO2时，稳定性显著降低，这是由于Zr4+、Sn2+离子的引入能与在材料中形成网络结构，使材料更加稳定，如Sn2+能形成SnP(OF)4。SnO2和ZrO2的加入可提高稳定性。
从对比例4与实施例1的结果对比可以看出，TeO2能显著提高热稳定性和机械强度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (8)

1.一种氟磷酸盐玻璃光纤，包括纤芯和包层管，其特征在于，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure FDA0002365075190000011
2.根据权利要求1所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure FDA0002365075190000012
3.根据权利要求1所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的成分按摩尔份数还包括：0.5～10摩尔份的FeO和0.5～10摩尔份的Fe2O3。
4.根据权利要求3所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure FDA0002365075190000013
Figure FDA0002365075190000021
5.根据权利要求3所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure FDA0002365075190000022
6.根据权利要求3所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的成分按摩尔份数包括：
Figure FDA0002365075190000023
7.根据权利要求1所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，其中，包层管为玻璃材质。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的氟磷酸盐玻璃光纤，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
1)将各原料混合均匀后，加入到铂金坩埚中加热，加热温度为500-800℃，加热1.5-4小时；降温至150～300℃，将高温均化的玻璃液浇注于模具内，然后进行退火处理，退火温度为100～150℃，然后降温至室温，得到纤芯棒；
2)将纤芯棒加工成圆柱形，抛光使表面呈镜面并洗净；再将纤芯棒插入包层管中，并用包层用玻璃封牢，制成预制纤芯棒；
3)将预制纤芯棒放入拉丝塔内，加热，拉制光纤。
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