CN115304265A - 一种vad有源光纤预制棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VAD有源光纤预制棒及其制备方法，首先将稀土盐溶于有机溶剂中，得到稀土盐溶液；然后将经过预烧结的二氧化硅粉棒置于上述稀土盐溶液中充分浸泡；之后将浸泡后的二氧化硅粉棒置于低温低压环境中干燥，通过低温使得稀土盐溶解度降低原位析出均匀附着在二氧化硅粉棒内，通过抽真空使溶剂挥发，最后将浸泡并干燥后的二氧化硅粉棒进行烧结，得到VAD有源光纤预制棒。本发明通过溶液浸泡使得稀土盐溶液均匀分散到粉棒各个部分，通过降低温度，使得稀土盐原位析出，防止了溶剂干燥过程中稀土盐的迁移，大大提高了粉棒掺杂稀土元素的均一性。

Description

一种VAD有源光纤预制棒及其制备方法
技术领域
本发明属光纤制造领域，涉及一种光纤预制棒的制备技术，具体涉及一种VAD有源光纤预制棒及其制备方法。
背景技术
稀土掺杂光纤预制棒是生产光纤放大器、光纤激光器的关键材料。同传统的半导体激光放大器相比较，光纤放大器不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，在工作波长范围内，表现出高增益、大带宽、低噪音、极化不敏感增益、低的导入损耗特点，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，光纤放大器为实现高容量、全光通信奠定了重要的技术基础。稀土掺杂光纤作为高功率光纤激光器的重要组成部分，是决定高功率光纤激光器性能的主要因素。
目前，生产稀土掺杂光纤预制棒，稀土元素掺杂方法主要有气相法、溶液法、纳米离子直接沉积法和凝胶法，气相法包括氯化稀土气相沉积和稀土螯合物气相沉积；溶液法包括管内稀土溶液浸泡及管外稀土溶液浸泡。其中溶液法是目前主要的稀土掺杂光纤预制棒制备方法，其包括管内法和管外法。管内法：在沉积管内依次沉积内包层、疏松烟灰芯层，向沉积管内注入含有稀土氯化物的溶液，熔缩沉积管、内包层、疏松烟灰芯层为实心预制棒(CN122515521B，CN1522269，US 5711782A，US5262365A)；管外法：采用VAD方法沉积粉棒，将粉棒浸泡在含有稀土元素溶液中，再将浸泡后的粉棒在高温炉中玻璃化，制成稀土元素掺杂光纤预制棒芯层(CN122128228B)。
管外法稀土溶液掺杂过程，存在两个主要缺点：1、稀土氯化物的渗入过程决定了稀土氯化物掺杂不均匀，粉棒外层直接接触稀土溶液的部分掺杂浓度高，粉棒中心由于粉体对稀土离子的吸附作用，导致稀土离子掺入缓慢，掺杂浓度低；2、粉棒干燥过程，随着外表粉棒的干燥，粉体内部溶剂往外扩散，稀土氯化物会随着溶剂向外迁移到粉棒外表面。3、粉棒干燥缓慢，浸湿的粉棒长期悬挂容易开裂、脱落。上述几个因素的叠加使得制备的预制棒沿剖面从外往内稀土掺杂浓度存在差异，不利于拉丝后光纤非线性效应的控制，因此急需一种工艺能够提高预制棒沿剖面从外往内稀土掺杂浓度均一性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提出一种VAD有源光纤预制棒及其制备方法，用该方法生产的VAD有源光纤预制棒，稀土离子在光纤预制棒中分布均匀，折射率波动小。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种VAD有源光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将稀土盐、磷酸、氯化铝溶于有机溶剂中，配置稀土盐溶液；
步骤2、将经过预烧结的二氧化硅粉棒置于步骤1中配置的稀土盐溶液中充分浸泡；
步骤3、将浸泡后的二氧化硅粉棒置于低温低压环境中干燥，通过低温使得稀土盐溶解度降低原位析出均匀附着在二氧化硅粉棒内，通过抽真空使得挥发性溶剂挥发掉；
步骤4、将浸泡并干燥后的二氧化硅粉棒进行烧结，得到掺杂稀土元素的VAD有源光纤预制棒。
本发明将稀土盐按照一定比例溶解在挥发性有机溶剂中得到稀土溶液，放置在稀土溶液罐中，将采用VAD工艺沉积并预烧结得到的密度为m克/立方厘米的二氧化硅粉棒浸泡在该稀土盐溶液中，待粉棒充分浸泡稀土溶液后，将粉棒从稀土溶液罐中缓慢提出并置于带降温及抽气功能的干燥罐中，将干燥罐降温至挥发性有机溶剂熔点以上且低于-22℃区间，在低温低压环境下，由于温度大幅降低导致稀土溶解度的降低，多数稀土盐在粉棒中原位析出，溶剂在低压环境下也较快挥发，从而得到稀土盐掺杂浓度较高、掺杂较为均匀的预制棒。然后在烧结炉中将粉棒熔缩成实心预制棒。
作为一种优选技术方案，所述稀土盐中的稀土元素为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的任意一种或几种。
作为一种优选技术方案，所述溶解度具有温度敏感性是指当温度降低时，稀土盐溶液中稀土盐的溶解度降低。
作为一种优选技术方案，所述二氧化硅粉棒采用VAD工艺沉积并预烧结得到。
作为一种优选技术方案，所述稀土盐为能溶于相应挥发性有机溶剂中的稀土元素的卤化盐、磷酸盐或者硝酸盐。
进一步优选，所述稀土盐为稀土氯化盐。
作为一种优选技术方案，所述挥发性有机溶剂的25℃时饱和蒸汽压大于7.5KPa，熔点低于-22℃。
作为一种优选技术方案，所述挥发性有机溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯中的任意一种或几种混合。
作为一种优选技术方案，步骤2中，二氧化硅粉棒的浸泡时间与二氧化硅粉棒本身密度有关，记二氧化硅粉棒的密度为m g/cm3，浸泡时间为32m到122m小时。
进一步优选，浸泡时间为42m到82m小时。
作为一种优选技术方案，步骤2中，二氧化硅粉棒的浸泡在稀土溶液罐中进行。
作为一种优选技术方案，步骤3中，所述低温低压环境为带降温和抽气功能的干燥罐中。
当然也可以采用在普通干燥罐上加装真空泵抽气和冷却夹套之类降温装置降温。
作为一种优选技术方案，步骤3中，所述低温低压环境的温度为低于-22℃，但是高于所述挥发性有机溶剂的熔点。
作为一种优选技术方案，步骤3中，所述低温低压环境中的压力为绝压2.1至2.8个标准大气压。
进一步优选，所述低温低压环境中的压力为绝压2.3至2.6个标准大气压。
作为一种优选技术方案，步骤3中，干燥结束标准为二氧化硅粉棒相比浸泡前增重不大于12％。
进一步优选，干燥结束标准为二氧化硅粉棒相比浸泡前增重不大于7％。
本发明还保护一种VAD有源光纤预制棒，其特征在于，采用上述任意一项所述制备方法所制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在不增加现有溶液法生产设备前提下，通过上述稀土盐原位析出工艺，即可制备稀土掺杂均匀的光纤预制棒。
2、本发明通过稀土盐原位析出方法制备VAD有源光纤预制棒，可利用现有溶液法设备，通用性、适应性强，稀土氧化物在光纤预制棒中分布均匀，掺杂浓度高，折射率波动小，拉丝得到的光纤激光斜率效率高，制备的稀土掺杂光纤预制棒具有较好的掺杂均匀性与较高的掺杂浓度。
附图说明
图1为实施例1所得实心预制棒拉丝得到铒掺杂光纤的激光斜率效率图。
图2为实施例2所得实心预制棒拉丝得到镱掺杂光纤的激光斜率效率图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
采用VAD工艺沉积制备一支外径122mm，长度822mm，密度2.28g/cm3纯SiO2粉棒，在1422℃烧结炉中预烧结，得到一支外径66mm，长度552mm，密度2.95g/cm3纯SiO2粉棒；称取155g AlCl3、56.5g ErCl36H2O、135gH3PO4与62mol乙醇经过超声波混合得到含ErCl3的乙醇溶液。预烧结后的粉棒在上述含ErCl3的乙醇溶液中浸泡48h，然后将粉棒缓慢提出。
提出后的粉棒置于温度-35℃，绝压为2.4个标准大气压的干燥罐中干燥，36小时后，粉棒比浸泡之前增重6.1％。然后在烧结炉中将粉棒熔缩成外径51mm透明实心预制棒，即为掺铒的VAD有源光纤预制棒。
经元素分析测试，所得实心预制棒Er2O3的含量为2.31mol％左右，测试其横向Er2O3分布如表1，拉丝得到光纤激光斜率效率达到74.3％(如图1所示)。可见采用本实施例制备的掺铒光纤预制棒具有较好的掺杂均匀性与较高的掺杂浓度。
表1掺铒光纤预制棒横向Er2O3分布
距芯棒中心位置(mm) Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量分析(mol％)
2 2.313
2 2.315
5 2.312
8 2.327
12 2.31
17 2.317
23 2.321
实施例2
VAD工艺沉积制备一支外径94mm，长度872mm，密度2.278g/cm3纯SiO2粉棒，在1422℃烧结炉中预烧结，得到一支外径62mm，长度582mm，密度2.96g/cm3纯SiO2粉棒；称取162gAlCl3、66g YbCl3·6H2O、142gH3PO4与63mol乙酸乙酯经过超声波混合得到含YbCl3的乙酸乙酯溶液。预烧结后的粉棒在上述含YbCl3的乙酸乙酯溶液中浸泡52h，然后缓慢将粉棒缓慢提出。
提出后的粉棒置于温度-32℃，压力2.3个标准大气压的干燥罐中，42小时后，粉棒比浸泡之前增重6.3％。然后在烧结炉中将粉棒熔缩成外径47.5mm透明实心预制棒，即为掺镱的VAD有源光纤预制棒。
经元素分析测试，所得实心预制棒Yb2O3的含量为2.35mol％左右，测试其横向Yb2O3分布如表2，拉丝得到光纤激光斜率效率达到76.9％(如图2所示)。可见采用本实施例制备的掺镱光纤预制棒具有较好的掺杂均匀性与较高的掺杂浓度。
表2掺镱光纤预制棒横向Yb2O3分布
距芯棒中心位置(mm) Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量分析(mol％)
2 2.349
2 2.351
5 2.35
8 2.349
12 2.346
16 2.354
22 2.351
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将稀土盐、磷酸、氯化铝溶于有机溶剂中，配置稀土盐溶液；
步骤2、将经过预烧结的二氧化硅粉棒置于步骤1中配置的稀土盐溶液中充分浸泡；
步骤3、将浸泡后的二氧化硅粉棒置于低温低压环境中干燥；
步骤4、将浸泡并干燥后的二氧化硅粉棒进行烧结，得到掺杂有稀土元素的VAD有源光纤预制棒。
2.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述稀土盐中的稀土元素为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述稀土盐为能溶于相应挥发性有机溶剂中的稀土元素的卤化盐、磷酸盐或者硝酸盐。
4.根据权利要求3所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述稀土盐为稀土氯化盐。
5.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂的25℃时饱和蒸汽压大于7.5KPa，熔点低于-20℃。
6.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯中的任意一种或几种混合。
7.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：步骤2中，二氧化硅粉棒的浸泡时间与二氧化硅粉棒本身密度有关，记二氧化硅粉棒的密度为m g/cm3，浸泡时间为30m到100m小时。
8.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述低温低压环境的温度为低于-20℃，但是高于所述挥发性有机溶剂的熔点。
9.根据权利要求8所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述低温低压环境中的压力为绝压0.1至0.8个标准大气压。
10.根据权利要求1所述VAD有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于：步骤3中，干燥结束标准为二氧化硅粉棒相比浸泡前增重不大于10％。
11.一种VAD有源光纤预制棒，其特征在于，采用权利要求1-10任意一项所述制备方法所制备。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4110093A (en) * 1974-04-22 1978-08-29 Macedo Pedro B Method for producing an impregnated waveguide
US4302231A (en) * 1979-01-29 1981-11-24 Pedro Manoel Buarque De Macedo Method of producing a glass article having a graded refractive index profile of a parabolic nature
US20100300151A1 (en) * 2008-04-08 2010-12-02 Furukawa Electric Co., Ltd. Glass preform manufacturing method
CN102108008A (zh) * 2010-12-27 2011-06-29 富通集团有限公司 一种制造稀土元素掺杂光纤预制棒的方法
CN102992613A (zh) * 2012-12-25 2013-03-27 长飞光纤光缆有限公司 一种稀土均匀掺杂光纤预制棒芯棒及其制备方法
CN104016580A (zh) * 2014-04-28 2014-09-03 中国科学院上海光学精密机械研究所 稀土掺杂石英玻璃棒的制备方法
CN110759934A (zh) * 2019-11-29 2020-02-07 湖北大学 超高纯光纤预制棒稀土掺杂试剂的低成本改良制备方法
CN111646689A (zh) * 2020-06-28 2020-09-11 浙江富通光纤技术有限公司 一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法
CN112939445A (zh) * 2021-03-30 2021-06-11 北京工业大学 一种掺杂石英光纤预制棒及制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4110093A (en) * 1974-04-22 1978-08-29 Macedo Pedro B Method for producing an impregnated waveguide
US4302231A (en) * 1979-01-29 1981-11-24 Pedro Manoel Buarque De Macedo Method of producing a glass article having a graded refractive index profile of a parabolic nature
US20100300151A1 (en) * 2008-04-08 2010-12-02 Furukawa Electric Co., Ltd. Glass preform manufacturing method
CN102108008A (zh) * 2010-12-27 2011-06-29 富通集团有限公司 一种制造稀土元素掺杂光纤预制棒的方法
CN102992613A (zh) * 2012-12-25 2013-03-27 长飞光纤光缆有限公司 一种稀土均匀掺杂光纤预制棒芯棒及其制备方法
CN104016580A (zh) * 2014-04-28 2014-09-03 中国科学院上海光学精密机械研究所 稀土掺杂石英玻璃棒的制备方法
CN110759934A (zh) * 2019-11-29 2020-02-07 湖北大学 超高纯光纤预制棒稀土掺杂试剂的低成本改良制备方法
CN111646689A (zh) * 2020-06-28 2020-09-11 浙江富通光纤技术有限公司 一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法
CN112939445A (zh) * 2021-03-30 2021-06-11 北京工业大学 一种掺杂石英光纤预制棒及制备方法

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