CN116282882B - 一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒及制备方法涉及稀土掺杂有源光纤预制棒领域。该方法包括(1)将纳米二氧化硅粉末与有机光固化树脂均匀混合得到光固化纳米复合材料。(2)将光固化纳米复合材料注入圆柱形的石英模具中在紫外灯照射下光固化成型，脱模后在600℃下脱脂烧结得到纳米多孔二氧化硅结构。(3)将多孔二氧化硅结构浸泡在含有Nd3+和Al3+的溶液中2～3h后取出，在1100℃及氧气和氦气气氛下干燥除杂。(4)将完成元素掺杂及干燥的多孔二氧化硅结构装入石英管中，经过真空高温烧结致密化和缩棒工艺。本发明无需大型昂贵的设备，在室温下即可通过光固化成型实现不同形状以及不同尺寸的芯棒制备，而且原料成本低、利用率高，极大的提高了效率，降低了制备门槛。
Description
技术领域
本发明涉及一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒的制备方法，主要面向稀土掺杂有源光纤预制棒领域。
背景技术
稀土掺杂石英光纤伴随着激光材料和激光技术的发展，已经广泛应用于光纤激光、光纤通信、光纤传感等诸多领域。其中，掺钕石英光纤由于Nd3+的丰富的能级结构使得其能够在0.9μm、1.06μm、1.3μm波段工作。同时由于其优异的光谱特性和较高的光学效率，掺钕石英光纤从一开始就在光纤激光器的发展中处于领先地位。稀土掺杂石英光纤制备技术由预制棒制备技术和光纤拉丝技术两部分组成，其中预制棒制备技术是光纤制备过程中的核心步骤，也是最大的技术壁垒。目前，已有诸多方法被研发出来用于稀土掺杂预制棒的制备：1.改进的化学气相沉积法(MCVD)，该方法工艺成熟，已经广泛应用于稀土掺杂预制棒的制备之中，但该方法依赖于昂贵的大型沉积设备且存在掺杂浓度和均匀性难以控制以及芯部折射率紊乱等问题。2.纳米颗粒直接沉积法(DND)，该方法在制备大尺寸预制棒方面有着独特优势，但设备昂贵，工艺较为复杂。3.溶胶-凝胶法，该方法能够在液相中实现元素的混合，因而在高浓度掺杂时保持分子级的均匀性，且设备简单，经济高效，但目前也面临着工艺步骤复杂，损耗难以进一步降低等问题。4.多孔玻璃掺杂法，该方法通过多孔玻璃中均匀分布的纳米多孔结构实现高浓度稀土离子掺杂，同时能够有效抑制荧光淬灭，但该方法制备的光纤羟基含量偏高、杂质难以去除。5.沸石法，该方法以沸石为前驱体通过离子交换实现稀土离子掺杂，但制备周期较长，效率较低。因此，亟待开发出新的预制棒制备方案来摆脱对大型昂贵设备的依赖，实现高效率、低成本的稀土掺杂石英光纤的制备。
发明内容
本发明针对现有的稀土掺杂石英光纤预制棒制备技术的不足，提出一种采用光固化纳米复合材料来制备Nd3+掺杂石英光纤预制棒的方法。本发明所提出的预制棒制备方法工艺简单，能够摆脱传统预制棒制备工艺对大型设备的依赖，且原材料成本极低，利用率高，大大提高的稀土掺杂石英光纤预制棒的制备效率。
本发明提供以下技术方案:
一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒的制备方法，该方法包括下列步骤：
(1)将高纯的粒径为40nm～50nm的纳米二氧化硅粉末与有机光固化树脂均匀混合，其中有机光固化树脂的成分为60wt.％的甲基丙烯酸羟乙酯、30wt.％的乙二醇单苯醚、9.87wt.％的四甘醇二丙烯酸酯和0.13wt.％的三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，以3000r/min的速率离心处理5min得到半透明的光固化纳米复合材料，其中二氧化硅粉末在纳米复合浆料中的质量占比为50％。
(2)将上述光固化纳米复合材料注入圆柱形的石英模具中，经紫外灯照射即可固化成型。
(3)将固化的聚合物材料去脱去外部石英模具，放入乙醇溶液中超声洗涤，去掉多余的杂质。
(4)将清洗完成的聚合物材料放入干燥箱中烘干，再放入箱式炉中在600℃下进行30-40h的脱脂，去除有机物，得到具有纳米孔隙的多孔二氧化硅结构。
(5)配置Nd3+浓度为0.1～0.5mol/L(前驱体为Nd(NO3)3)和Al3+浓度为1～5mol/L(前驱体为Al(NO3)3)的乙醇溶液，将脱脂后得到的多孔二氧化硅结构浸入含有Nd3+和Al3+的乙醇溶液中2-3h实现元素的掺杂。
(6)取出完成元素掺杂的多孔二氧化硅结构，自然晾干2-3天，再放入管式炉中分别以300sccm和100sccm的流速充入氧气和氦气以及在1100℃的条件下高温加热8h进一步干燥除杂，主要是除去多孔二氧化硅结构中的有机碳和羟基。
(7)将上述在1100℃的条件下干燥处理的多孔二氧化硅结构放入与之尺寸相匹配的玻璃套管中，在真空以及1800℃条件下加热5min，套管内的多孔二氧化硅结构将会完成致密化，转变为完全透明的玻璃。
(8)保持玻璃套管内外存在100～3000Pa的压强差，在2100℃条件下加热玻璃套管，使得外部石英管软化并完全贴合于芯棒，最终得到芯部呈淡蓝紫色的Nd3+掺杂石英光纤预制棒。
步骤1中可添加0.1wt.％的苏丹橙和0.15wt.％的对苯二酚于光固化纳米复合材料中作为吸收体和阻聚剂，抑制紫外曝光时的过度固化以及环境扰动所导致的意外固化。
步骤2中可以通过改变石英模具的形状为方形或多边形得到相应形状的聚合物样品。
步骤5中不经过溶液浸泡步骤，直接将干燥除杂后的多孔二氧化硅结构在1300℃真空烧结致密化烧结还可以实现纯石英玻璃的制备。
步骤7中配备分子泵系统，能够保证玻璃套管中的真空度小于10-3Pa，最大限度的减少多孔二氧化硅结构中纳米孔隙塌缩的过程中气泡的产生，同时配备带有三维位移调整平台的熔炼炉系统，能够保证玻璃套管受热均匀，解决了传统预制棒制备方案中存在的氢氧焰加热不足的问题。
步骤8中配备真空系统从而能够调节玻璃套管内外的气压，充入一定量的氮气使玻璃套管内外存在100～5000Pa的压强差，从而在短时间内快速实现外部石英管的塌陷与收缩，实现预制棒的制备。
本发明的有益效果为：
1、相较于传统预制棒制备工艺，无需大型昂贵的设备，在室温下即可通过光固化成型实现不同形状以及不同尺寸的芯棒制备，而且原料成本低、利用率高，极大的提高了预制棒的制备效率，降低了预制棒的制备门槛。
2、经光固化成型后的聚合物样件在脱脂去除有机物之后会形成具有纳米孔隙的多孔二氧化硅结构，孔径大小集中分布于52nm附近，比表面积为42.49m2/g。较小的孔径分布更加有利于后期掺杂离子的均匀分散，较大的比表面积对掺杂离了具有较强的吸附能力，从而更容易实现高浓度Nd3+掺杂的同时防止淬灭。
3、配备分子泵系统和三维位移平台，整个预制棒制备过程表现出半自动化的特点，无需人为长时间看守。多孔氧化硅结构致密化为玻璃以及外部石英管完成缩棒的过程能够在短时间内完成，预制棒制备的效率较高。
附图说明
图1为Nd3+掺杂石英光纤预制棒制备的流程图。
图2为实施例1中的Nd3+掺杂石英光纤预制棒芯棒的吸收光谱图。
图3为实施例1中的Nd3+掺杂石英光纤预制棒芯棒的荧光光谱图。
图4为实施例1中的Nd3+掺杂石英光纤预制棒拉制为6μm/125μm的单包层光纤后的折射率分布图。
具体实施方式
实施例1：一种芯径为1.2mm的Nd3+/Al3+共掺的石英光纤预制棒的制备。该预制棒芯棒的组分为1.04Nd2O3-3.6Al2O3-95.36SiO2(wt.％)，其制备过程包括以下步骤：
(1)称取52g的粒径为40nm的二氧化硅纳米粉末，与质量为52g的有机光固化树脂均匀混合，其中树脂的成分为60wt.％的甲基丙烯酸羟乙酯、30wt.％的乙二醇单苯醚、9.87wt.％的四甘醇二丙烯酸酯和，0.13wt.％的三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，以3000r/min的速率离心处理5min得到的半透明的光固化纳米复合材料，其中二氧化硅粉末在纳米复合浆料中的质量占比为50％。
(2)将光固化纳米复合材料注入圆柱形石英模具中，经过紫外灯照射实现光固化成型，得到直径约为1.5mm、长度为50mm的圆柱形固态聚合物。
(3)将固化的聚合物材料脱去外部石英模具，放入乙醇溶液中超声洗涤，去掉多余的杂质。
(4)将圆柱形固态聚合物样品放入箱式炉中在600℃下进行30h的脱脂，去除有机物，得到具有纳米孔隙的多孔二氧化硅结构。
(5)将多孔二氧化硅结构浸入Nd3+浓度为0.3mol/L(前驱体为Nd(NO3)3)和Al3+浓度为3mol/L(前驱体为Al(NO3)3)的乙醇溶液中2h，实现元素的掺杂。
(6)取出完成元素掺杂的多孔二氧化硅结构，自然晾干2天，再放入管式炉中分别以300sccm和100sccm的流速充入氧气和氦气以及在1100℃的条件下高温加热8h进一步干燥除杂，主要是除去多孔二氧化硅结构中的有机碳和羟基。
(7)将干燥处理的多孔二氧化硅结构放入内径为2mm的石英玻璃套管中，在真空以及1800℃条件下加热5min，套管内的多孔二氧化硅结构将会完成致密化，转变为完全透明的玻璃。
(8)保持玻璃套管内外存压强差为3000Pa，在2100℃条件下加热玻璃套管2min，使得外部石英管软化并完全贴合于芯棒，最终得到芯部呈淡蓝紫色的Nd3+/Al3+掺杂石英光纤预制棒。
(9)该预制棒纤芯中Nd2O3和Al2O3的掺杂浓度分别为1.06wt.％和3.6wt.％，荧光寿命为373μs，发射谱的三个荧光峰分别位于910nm、1060nm和1336nm，表现出良好的荧光特性。使用管棒法拉制成6μm/125μm的单包层光纤，搭建线性腔，实现了916nm波段的激光输出，3dB带宽0.046nm，斜率效率为6％。
实施例2：一种芯径为1.2mm的Nd3+/Al3+共掺的石英光纤预制棒的制备。该预制棒芯棒的组分为1.115Nd2O3-3.631Al2O3-3.566P2O5-91.689SiO2(wt.％)，其制备过程包括以下步骤。
(1)称取52g的粒径为40nm的二氧化硅纳米粉末，与质量为52g的有机光固化树脂均匀混合，其中树脂的成分为60wt.％的甲基丙烯酸羟乙酯、30wt.％的乙二醇单苯醚、9.87wt.％的四甘醇二丙烯酸酯和，0.13wt.％的三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，以3000r/min的速率离心处理5min得到的半透明的光固化纳米复合材料，其中二氧化硅粉末在纳米复合浆料中的质量占比为50％。
(2)将光固化纳米复合材料注入圆柱形石英模具中，经过紫外灯照射实现光固化成型，得到直径约为1.5mm、长度为50mm的圆柱形固态聚合物。
(3)将固化的聚合物材料脱去外部石英模具，放入乙醇溶液中超声洗涤，去掉多余的杂质。
(4)将圆柱形固态聚合物样品放入箱式炉中在600℃下进行30h的脱脂，去除有机物，得到具有纳米孔隙的多孔二氧化硅结构。
(5)将多孔二氧化硅结构浸入Nd3+浓度为0.3mol/L(前驱体为Nd(NO3)3)、Al3+浓度为3mol/L(前驱体为Al(NO3)3)和P3+浓度为3mol/L(前驱体为NH4H2PO4)的乙醇溶液中2h，实现元素的掺杂。
(6)取出完成元素掺杂的多孔二氧化硅结构，自然晾干2天，再放入管式炉中分别分别以300sccm和100sccm的流速充入氧气和氦气以及在1100℃的条件下高温加热8h，进一步干燥除杂。
(7)将干燥处理的多孔二氧化硅结构放入内径为2mm的石英玻璃套管中，在真空以及1800℃条件下加热5min，套管内的多孔二氧化硅结构将会完成致密化，转变为完全透明的玻璃。
(8)保持玻璃套管内外存压强差为3000Pa，在2100℃条件下加热玻璃套管2min，使得外部石英管软化并完全贴合于芯棒，最终得到芯部呈淡蓝紫色的Nd3+/Al3+/P3+掺杂石英光纤预制棒。
(9)该预制棒纤芯中Nd2O3、Al2O3、P2O5的掺杂浓度分别为1.115wt.％、3.631.wt％和3.566.wt％，荧光寿命为427μs，发射谱的三个荧光峰分别位于908nm、1064nm和1340nm，表现出良好的荧光特性，可用于Nd3+掺杂石英光纤的制备并应用于光纤激光器之中。
实施例3：一种芯径为3mm的Nd3+/Al3+共掺的石英光纤预制棒的制备。该预制棒芯棒的组分为0.86Nd2O3-2.81Al2O3-96.33SiO2(wt.％)，其制备过程包括以下步骤。
(1)称取52g的粒径为40nm的二氧化硅纳米粉末，与质量为52g的有机光固化树脂均匀混合，其中树脂的成分为60wt.％的甲基丙烯酸羟乙酯、30wt.％的乙二醇单苯醚、9.87wt.％的四甘醇二丙烯酸酯和，0.13wt.％的三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，以3000r/min的速率离心处理5min得到的半透明的光固化纳米复合材料，其中二氧化硅粉末在纳米复合浆料中的质量占比为50％。
(2)将光固化纳米复合材料注入圆柱形石英模具中，经过紫外灯照射实现光固化成型，得到直径约为4mm、长度为50mm的圆柱形固态聚合物。
(3)将固化的聚合物材料脱去外部石英模具，放入乙醇溶液中超声洗涤，去掉多余的杂质。
(4)将圆柱形固态聚合物样品放入箱式炉中在600℃下进行30h的脱脂，去除有机物，得到具有纳米孔隙的多孔二氧化硅结构。
(5)将多孔二氧化硅结构浸入Nd3+浓度为0.25mol/L(前驱体为Nd(NO3)3)和Al3+浓度为2.5mol/L(前驱体为Al(NO3)3)的乙醇溶液中2h，实现元素的掺杂。
(6)取出完成元素掺杂的多孔二氧化硅结构，自然晾干2天，再放入管式炉中分别以300sccm和100sccm的流速充入氧气和氦气以及在1100℃的条件下高温加热8h进一步干燥除杂，主要是除去多孔二氧化硅结构中的有机碳和羟基。
(7)将干燥处理的多孔二氧化硅结构放入内径为4.5mm的石英玻璃套管中，在真空以及1800℃条件下加热5min，套管内的多孔二氧化硅结构将会完成致密化，转变为完全透明的玻璃。
(8)保持玻璃套管内外存压强差为3000Pa，在2100℃条件下加热玻璃套管2min，使得外部石英管软化并完全贴合于芯棒，最终得到芯部呈淡蓝紫色的Nd3+/Al3+掺杂石英光纤预制棒。
(9)该预制棒纤芯中Nd2O3和Al2O3的掺杂浓度分别为0.86wt.％和2.81wt.％，荧光寿命为435μs，发射谱的三个荧光峰分别位于909nm、1060nm和1336nm，表现出良好的荧光特性，可用于Nd3+掺杂石英光纤的制备并应用于光纤激光器之中。
Claims (4)
1.一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：将粒径为40nm～50nm的纳米二氧化硅粉末与有机光固化树脂均匀混合，其中有机光固化树脂的成分为60wt.％的甲基丙烯酸羟乙酯、30wt.％的乙二醇单苯醚、9.87wt.％的四甘醇二丙烯酸酯和0.13wt.％的三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，以3000r/min的速率离心处理5min得到的半透明的光固化纳米复合材料，其中二氧化硅粉末在纳米复合浆料中的质量占比为50％；
步骤2：将上述光固化纳米复合材料注入圆柱形石英模具中，经紫外灯照射即可固化成型；
步骤3：将固化的聚合物材料脱去外部石英模具，放入乙醇溶液中超声洗涤；
步骤4：将清洗完成的聚合物材料放入干燥箱中烘干，再放入箱式炉中在600℃下进行30-40h的脱脂，去除有机物，得到具有纳米孔隙的多孔二氧化硅结构；
步骤5：配置Nd3+浓度为0.1～0.5mol/L前驱体为Nd(NO3)3和Al3+浓度为1～5mol/L前驱体为Al(NO3)3的乙醇溶液，将脱脂后得到的多孔二氧化硅结构浸入含有Nd3+和Al3+的乙醇溶液中2-3h实现元素的掺杂；
步骤6：取出完成元素掺杂的多孔二氧化硅结构，自然晾干2-3天，再放入管式炉中分别以300sccm和100sccm的流速充入氧气和氦气以及在1100℃的条件下加热8h干燥除杂，除去多孔二氧化硅结构中的有机碳和羟基；
步骤7：将干燥处理后的多孔二氧化硅结构放入与玻璃套管中，在真空以及1800℃条件下加热5min，套管内的多孔二氧化硅结构将会完成致密化，转变为完全透明的玻璃；
步骤8：保持玻璃套管内外存在100～5000Pa的压强差，在2100℃条件下加热玻璃套管，使得外部石英管软化并贴合于芯棒，最终得到芯部呈淡蓝紫色的Nd3+掺杂石英光纤预制棒。
2.按照权利要求1所述的一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒的制备方法，其特征在于，步骤2中可以通过改变石英模具的形状为方形或多边形得到相应形状的聚合物样品。
3.按照权利要求1所述的一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒的制备方法，其特征在于，步骤8中配备分真空系统从而能够调节玻璃套管内外的气压，充入氮气使玻璃套管内外存在100～3000Pa的压强差，从而实现外部石英管的塌陷与收缩，实现预制棒的制备。
4.应用如权利要求1-3任意一项所述的一种Nd3+掺杂石英光纤预制棒的制备方法所制备的光纤预制棒。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1307544A (zh) * | 1998-06-30 | 2001-08-08 | Sdl股份有限公司 | 制造掺杂稀土金属的光导纤维预制棒的方法和设备 |
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|---|---|---|---|---|
| CN1307544A (zh) * | 1998-06-30 | 2001-08-08 | Sdl股份有限公司 | 制造掺杂稀土金属的光导纤维预制棒的方法和设备 |
| CN1938618A (zh) * | 2004-03-31 | 2007-03-28 | 富士胶片株式会社 | 塑料光纤及其制造方法 |
| WO2010109893A1 (ja) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバ |
| CN104953449A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-09-30 | 合肥工业大学 | 基于金属纳米颗粒散射的聚合物光纤随机激光 |
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