CN116375349A - 一种具有l+u波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用 - Google Patents
一种具有l+u波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116375349A CN116375349A CN202310274455.1A CN202310274455A CN116375349A CN 116375349 A CN116375349 A CN 116375349A CN 202310274455 A CN202310274455 A CN 202310274455A CN 116375349 A CN116375349 A CN 116375349A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass
- fiber
- optical fiber
- bismuth
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 25
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 20
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 18
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 20
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 abstract description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 13
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 4
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Inorganic materials [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
- C03C13/046—Multicomponent glass compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
- C03B37/01853—Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明属于玻璃光纤的技术领域，公开了一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤：所述玻璃光纤由纤芯和包层组成，所述纤芯主要由以下按摩尔百分比计的组分组成：GeO2：30～60％，SiO2：40～70％，R2O：0.01～6％(R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种)，MO:0～6％(M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种)，Bi2O3：0.01～1％，包层为石英玻璃。本发明的玻璃光纤具有覆盖L+U波段的高效宽带发射，同时具有光纤放大自发辐射效应等明显特点。本发明的L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤可以用作光放大器及光纤激光器中的增益介质。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用。
背景技术
5G网络的部署、互联网应用高速发展，这使得对光网络的容量需求呈指数级增长。光纤通信容量增速已远落后于网络流量增速需求。目前主流的方法是利用波分复用技术，在石英的低损耗窗口中利用多个波段同时进行信号传输，增加频谱带宽和波道数量。但信号传输的过程中存在着损耗，需要利用光纤放大器对其信号进行放大以保证光信号的长距离传输。目前，光纤通信系统中的光纤放大器大多为Er掺杂光纤放大器，但其工作波段为C波段与L波段的一部分。因此，其他的若干通信波段由于没有合适的光纤放大器而没有被广泛的应用，这其中的关键是没有高效宽带的光纤放大器增益介质。
掺铋光纤在光通信波段展现了巨大的潜力，其在多个通信波段具有增益特性，但目前国内制备的掺铋光纤只在O波段展现了应用潜力(如：专利公开号CN110316954A，DOI:10.37188/CJL.20210409)。相对于O波段，L波段和U波段拥有较低的损耗和色散。因此亟待开发L+U波段的掺铋光纤放大器，而其中的关键为开发L+U波段高效宽带发射的铋掺杂光纤增益介质。有研究表明，钠离子掺杂是调控硅基光纤发光峰位的有效方法(如DOI:10.1109/ECOC.2008.4729177)。然而，发光效率却没有得到有效提升。
发明内容
为了克服目前铋掺杂光纤在L和U波段没有高效宽带发光的局限性，本发明的目的在于提供一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤。本发明的玻璃光纤具有L和U波段宽带发光以及光纤中的放大自发辐射效应明显等特点。
本发明的另一目的在于提供一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤在光放大器和光纤激光器中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，由铋掺杂锗硅酸盐玻璃纤芯和包层组成；所述铋掺杂锗硅酸盐玻璃纤芯，主要由以下按摩尔百分比计的组成：
GeO2：30～60％
SiO2：40～70％
R2O：0.01～6％，R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种
MO：0～6％，M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种
Bi2O3：0.01～1％
所述玻璃光纤包层为石英玻璃；
所述铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤通过纤芯熔融法或改良的化学气相沉积法(MCVD法)制备。
所述纤芯熔融法，具体包括以下步骤：
(1)纤芯的制备：将原料混合均匀，于1600～1800℃熔融30～60min，快速冷却后获得纤芯玻璃；所述原料包括GeO2，SiO2，R2O(R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种)，MO(M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种)，Bi2O3。
(2)预制棒的加工：将纤芯玻璃棒或研磨后的玻璃粉置于管状包层材料中，获得预制棒；所述管状包层材料为石英玻璃管；所述石英玻璃管外径直径为25～30mm，内孔径为1～2.5mm。
(3)光纤拉制：将预制棒拉制成光纤，拉丝温度1900～2050℃，拉丝速度5～30m/min，拉丝后光纤的直径为125～200μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250～350μm。
所述MCVD法，可以参考中国授权专利CN102515501B公开的方法进行操作，具体包括以下步骤：
(1)向石英基底管中通入SiCl4、GeCl4，先沉积缓冲层再沉积纤芯疏松层；
(2)将RCl、MCl2和BiCl3配成混合溶液(R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种，M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种)，将纤芯疏松层浸泡在混合溶液中，浸泡时间为0.5～2h；
(3)将步骤(2)完成浸泡的石英基底管进行除水，然后在高温1900～2000℃下加热，疏松层玻璃化，形成掺杂芯层；
(4)将含掺杂芯层的石英基底管在2000～2200℃高温下烧结，获得透明实心的预制棒；
(5)将预制棒拉制成光纤，拉丝温度1900～2050℃，拉丝速度5～30m/min，拉丝后光纤的直径为125～200μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250～350μm。
所述L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤在光放大器和光纤激光器中用作增益介质。
本发明通过合理设计玻璃中的铋元素所处局域场环境，获得了具有L+U波段高效宽带发射的玻璃，进一步获得了具有中心波长为L+U波段的放大自发辐射效应的增益光纤。现有技术中，并未有人研制出通过单一掺杂元素、单一波长激发获得具有L+U波段的超宽带放大自发辐射效应的光纤。L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤与商用单模光纤熔接后，在980nm泵浦下获得了宽带放大自发辐射信号。采用本发明的方法，可获得用于光放大器和光纤激光器中的增益介质，提高光通信系统的信息传输能力。
附图说明
图1为本发明的实施例1中玻璃的发射光谱；
图2为本发明的实施例1中光纤的放大自发辐射谱；
图3为本发明的实施例1中与商用石英光纤熔接点图片；
图4为本发明的实施例3中光纤的放大自发辐射谱；
图5为本发明的对比例1中玻璃的发射光谱；
图6为本发明的对比例1中光纤的放大自发辐射谱；
图7为本发明的对比例2中玻璃的发射光谱；
图8为本发明的对比例2中光纤的放大自发辐射谱；
图9为本发明的对比例3中玻璃的外观图。
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。以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
实施例1
一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备，包括以下步骤：
(1)选取高纯度的GeO2，SiO2，Li2O，MgO，Bi2O3作为原料，其中GeO2:SiO2:Li2O:MgO:Bi2O3的摩尔百分比为50:45:4.5:0.5:0.5，称量总重量为10g的原料，将原料在玛瑙研钵中充分混合研磨30min，将原料置入铂金坩埚后在1650℃的大气气氛下熔融30min，将熔融态的玻璃液体倾倒在预热的铜板上，得到纤芯玻璃。
(2)将步骤(1)中的纤芯玻璃加工成圆柱状，置入石英玻璃管中，纤芯玻璃直径为1.9mm，长度为50mm；石英管外径25mm，内径2mm；将中空石英管的一侧封口，完成预制棒制备。
(3)将步骤(2)中的预制棒置入拉丝塔炉膛内，以200℃/min迅速升温至2000℃保温10min，拉丝速度5～30m/min，拉丝后光纤的直径为125μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250μm。获得L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤。
对制备好的玻璃及光纤进行表征。所制备的玻璃在980nm固体激光器激发下有着覆盖整个近红外范围内的发射，其中心峰位在1650nm左右。所制备的L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤透光性能良好，芯连续且芯包结构完整，光纤柔韧性良好。将光纤与商用石英光纤熔接后测试其放大自发辐射谱，泵浦光为980nm，发现其具有宽带放大自发辐射的信号，中心峰位在1600nm左右。由此可见，本发明中该光纤具有作为光放大器和光纤激光器中增益介质的潜力。
图1为本发明的实施例1中玻璃的发射光谱；
图2为本发明的实施例1中光纤的放大自发辐射谱；
图3为本发明的实施例1中与商用石英光纤熔接点图片。
实施例2
一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备，包括以下步骤：
(1)选取高纯度的GeO2，SiO2，Na2O，BaO，Bi2O3作为原料，其中GeO2:SiO2:Na2O:BaO:Bi2O3的摩尔百分比为45:52:2:1:0.05，称量总重量为10g的原料，将原料在玛瑙研钵中充分混合研磨30min，将原料置入铂金坩埚后在1600℃的大气气氛下熔融45min，将熔融态的玻璃液体倾倒在预热的铜板上，得到纤芯玻璃。
(2)将步骤(1)中的纤芯玻璃研磨成粉末状态，将玻璃粉末置入石英玻璃管中；石英管外径25mm，内径2.5mm；将中空石英管的一侧封口，完成预制棒制备。
(3)将步骤(2)中的预制棒置入拉丝塔炉膛内，以200℃/min迅速升温至1980℃保温8min，拉丝速度10～30m/min，拉丝后光纤的直径为125μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250μm。获得L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤。
实施例3
一种L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)向石英基底管中通入SiCl4、GeCl4，沉积9层缓冲层，通过控制气体流量控制纤芯疏松层Si和Ge元素比例。
(2)将CsCl和BiCl3配成混合溶液，CsCl浓度为2mol/L，BiCl3浓度为0.01mol/L，将纤芯疏松层浸泡在混合溶液中，浸泡时间为2h。
(3)将步骤(2)的石英基底管进行除水，加热至1950℃形成掺杂芯层。
(4)将含掺杂芯层的石英基底管进行2000℃高温烧结缩管，获得预制棒。
(5)将预制棒拉制成光纤，拉丝温度2030℃，拉丝速度5～30m/min，拉丝后光纤的直径为125μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250μm。
通过EPMA测试，纤芯玻璃的摩尔百分比为：
GeO2：31.18％
SiO2：68.23％
Cs2O：0.57％
Bi2O3：0.02％。
拉制后的光纤进行表征。图4为实施例3制备的玻璃光纤放大自发辐射谱，将光纤与商用石英光纤熔接后测试其放大自发辐射谱，泵浦光为980nm，发现其具有宽带放大自发辐射的信号，中心峰位在1600nm左右。
对比例1(不掺杂碱金属，掺杂碱土金属)
当不掺杂碱金属，掺杂碱土金属时，一种铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备方法包括以下步骤：
(1)选取高纯度的GeO2，SiO2，BaO，Bi2O3作为原料，其中GeO2:SiO2:BaO:Bi2O3的摩尔比为45:52:3:0.05，称量总重量为10g的原料，将原料在玛瑙研钵中充分混合研磨30min，将原料置入铂金坩埚后在1650℃的大气气氛下熔融30min，将熔融态的玻璃液体倾倒在预热的铜板上，得到纤芯玻璃。
(2)将步骤(1)中的纤芯玻璃研磨成粉末状态，将玻璃粉末置入石英玻璃管中；石英管外径25mm，内径2.5mm；将中空石英管的一侧封口，完成预制棒制备。
(3)将步骤(2)中的预制棒置入拉丝塔炉膛内，以200℃/min迅速升温至2030℃保温10min，拉丝速度10～30m/min，拉丝后光纤的直径为125μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250μm。获得铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤。
当不掺杂碱金属，掺杂碱土金属时，如图5和图6所示，玻璃只有微弱的近红外发射，并且在光纤中没有观察到放大自发辐射。综上所述，碱金属和碱土金属的掺杂对于玻璃中的铋元素所处局域场环境产生了改变，最终使发光效率提升，进而使光纤中产生了放大自发辐射的现象。
图5为本发明的对比例1中玻璃的发射光谱；
图6为本发明的对比例1中光纤的放大自发辐射谱。
对比例2(不掺杂碱金属和碱土金属)
当不掺杂碱金属和碱土金属时，一种L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)向石英基底管中通入SiCl4、GeCl4，沉积9层缓冲层，通过控制气体流量控制纤芯疏松层元素比例。
(2)将纤芯疏松层浸泡在BiCl3溶液中，BiCl3浓度为0.01mol/L浸泡时间为2h。
(3)将步骤(2)的石英基底管进行除水，加热至1950℃形成掺杂芯层。
(4)将含掺杂芯层的石英基底管进行2000℃高温烧结缩管，获得预制棒。
(5)将预制棒拉制成光纤，拉丝温度2030℃，拉丝速度5～30m/min，拉丝后光纤的直径为125μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250μm。
通过EPMA测试，纤芯玻璃的摩尔百分比为：
GeO2：33.02％
SiO2：66.94％
Bi2O3：0.04％。
当不掺杂碱金属和碱土金属时，如图7和图8所示，玻璃没有的近红外发射，并且在光纤中没有观察到放大自发辐射。综上所述，碱金属和碱土金属的掺杂对于玻璃中的铋元素所处局域场环境产生了改变，其对敏化近红外发光中心起到了关键作用，最终使发光效率提升，进而使光纤中产生了放大自发辐射的现象。
对比例3(碱金属和碱土金属含量大于6mol％)
当碱金属和碱土金属含量大于6mol％，一种铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的制备方法包括以下步骤：
(1)选取高纯度的GeO2，SiO2，Li2O，BaO，Bi2O3作为原料，其中GeO2:SiO2:BaO:Bi2O3的摩尔比为40:44:8:8:0.5，称量总重量为10g的原料，将原料在玛瑙研钵中充分混合研磨30min，将原料置入铂金坩埚后在1650℃的大气气氛下熔融30min，将熔融态的玻璃液体倾倒在预热的铜板上，得到纤芯玻璃。
(2)将步骤(1)中的纤芯玻璃研磨成粉末状态，将玻璃粉末置入石英玻璃管中；石英管外径25mm，内径2.5mm；将中空石英管的一侧封口，完成预制棒制备。
(3)将步骤(2)中的预制棒置入拉丝塔炉膛内，以200℃/min迅速升温至2030℃保温10min，拉丝速度10～30m/min，拉丝后光纤的直径为125μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250μm。获得铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤。
当碱金属和碱土金属含量大于6mol％时，如图9玻璃的外观图所示，玻璃异常析晶，这种现象对光纤的发光不利，最终在光纤也中没有观察到放大自发辐射。
图9为本发明的对比例3中玻璃的外观图。
上述实施例为本发明中较佳的实施方式，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 (8)
1.一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：所述玻璃光纤纤芯由GeO2，SiO2，R2O，MO，Bi2O3组成，主要由以下按摩尔百分比计的制备而成：
GeO2：30～60％
SiO2：40～70％
R2O：0.01～6％，R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种
MO：0～6％，M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种
Bi2O3：0.01～1％。
2.根据权利要求1所述一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：所述玻璃光纤纤芯由GeO2，SiO2，R2O，MO，Bi2O3组成，主要由以下按摩尔百分比计的制备而成：
GeO2：30～50％
SiO2：50～70％
R2O：0.01～3％，R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种
MO：0～2％，M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种
Bi2O3：0.01～1％。
3.根据权利要求2所述一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：所述玻璃光纤纤芯由GeO2，SiO2，R2O，MO，Bi2O3组成，主要由以下按摩尔百分比计的制备而成：
GeO2：30～40％
SiO2：60～70％
R2O：0.01～2％，R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种
MO：0～1％，M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种
Bi2O3：0.01～0.2％。
4.根据权利要求1所述一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：
所述玻璃光纤包层为石英玻璃；
所述铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤通过纤芯熔融法或MCVD法制备。
5.根据权利要求4所述一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：所述纤芯熔融法制备，具体包括以下步骤：
(1)纤芯玻璃的制备：将原料混合均匀，于1600-1800℃熔融，快速冷却后获得纤芯玻璃；所述原料包括GeO2，SiO2，R2O，MO，Bi2O3；
(2)预制棒的加工：将纤芯玻璃棒或研磨后的玻璃粉置于管状包层材料中，获得预制棒；所述管状包层材料为石英玻璃管；
(3)光纤拉制：将预制棒拉制成光纤，拉丝温度1900～2050℃，拉丝速度5～30m/min。
6.根据权利要求4所述一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：所述MCVD法制备，具体包括以下步骤：
(1)向石英基底管中通入SiCl4、GeCl4，先沉积缓冲层再沉积纤芯疏松层；
(2)将RCl、MCl2和BiCl3配成混合溶液，将混合溶液均匀渗透到纤芯疏松层中；R为Li、Na、K、Rb、Cs元素中的任意一种，M为Mg、Ca、Sr、Ba元素中的任意一种；
(3)将步骤(2)的石英基底管进行除水，然后高温加热，疏松层玻璃化，形成掺杂芯层；所述高温加热的温度为1900～2000℃；
(4)将含掺杂芯层的石英基底管进行高温烧结，获得透明实心的预制棒；所述高温烧结的温度为2000℃～2200℃；
(5)将预制棒拉制成光纤，拉丝温度1900～2050℃，拉丝速度5～30m/min。
7.根据权利要求1～4任一项所述一种具有L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤，其特征在于：光纤的直径为125～200μm；所述光纤的外层涂覆有紫外光固化树脂，涂覆层直径为250～350μm。
8.根据权利要求1～4任一项所述L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤的应用，其特征在于：所述L+U波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤在光放大器和光纤激光器中用作增益介质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310274455.1A CN116375349A (zh) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | 一种具有l+u波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310274455.1A CN116375349A (zh) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | 一种具有l+u波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116375349A true CN116375349A (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=86960778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310274455.1A Pending CN116375349A (zh) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | 一种具有l+u波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116375349A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6128430A (en) * | 1997-06-23 | 2000-10-03 | Corning Incorporated | Composition for optical waveguide article and method for making continuous clad filament |
| US20090116809A1 (en) * | 2005-09-22 | 2009-05-07 | Fiber Optics Research Center Of The Russian Academy Of Sciences | Amplifying Optical Fiber Operating At A Wavelength In The Range Of 1000-1700 nm, Methods of Fabricating The Same, And Fiber Laser |
| CN103086601A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-05-08 | 昆明理工大学 | 一种铋掺杂锗酸盐基超宽带光学玻璃及其制备方法 |
| KR20130119048A (ko) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | 광주과학기술원 | 형광 효율이 우수한 이득매질용 광학유리 및 이를 이용한 광섬유 |
| CN104609722A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-05-13 | 华南理工大学 | 一种管-熔体共拉铋掺杂光纤的制备方法 |
| CN114477764A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 华南理工大学 | 一种具有高效宽带的铋铥共掺增益玻璃及其制备方法 |
-
2023
- 2023-03-21 CN CN202310274455.1A patent/CN116375349A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6128430A (en) * | 1997-06-23 | 2000-10-03 | Corning Incorporated | Composition for optical waveguide article and method for making continuous clad filament |
| US20090116809A1 (en) * | 2005-09-22 | 2009-05-07 | Fiber Optics Research Center Of The Russian Academy Of Sciences | Amplifying Optical Fiber Operating At A Wavelength In The Range Of 1000-1700 nm, Methods of Fabricating The Same, And Fiber Laser |
| KR20130119048A (ko) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | 광주과학기술원 | 형광 효율이 우수한 이득매질용 광학유리 및 이를 이용한 광섬유 |
| CN103086601A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-05-08 | 昆明理工大学 | 一种铋掺杂锗酸盐基超宽带光学玻璃及其制备方法 |
| CN104609722A (zh) * | 2015-01-19 | 2015-05-13 | 华南理工大学 | 一种管-熔体共拉铋掺杂光纤的制备方法 |
| CN114477764A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 华南理工大学 | 一种具有高效宽带的铋铥共掺增益玻璃及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| XUEJUN WANG等: "infrared superbroadband emission of Bi ion doped germanium-aluminum-sodium glass", OPTICS COMMUNICATIONS, 31 December 2006 (2006-12-31), pages 75 - 78 * |
| 曹江坤: "S+C+L+U波段发光铋掺杂玻璃与光纤研究", 中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑, no. 01, 15 January 2020 (2020-01-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6128430A (en) | Composition for optical waveguide article and method for making continuous clad filament | |
| AU652351B2 (en) | Quartz glass doped with rare earth element and production thereof | |
| Blanc et al. | Formation and applications of nanoparticles in silica optical fibers | |
| CN101316800B (zh) | 添加稀土类纤芯光纤及其制造方法 | |
| CN101441296B (zh) | 波导层掺杂型毛细管光纤的制备方法 | |
| US6515795B1 (en) | Borosilicate cladding glasses for germanate core thulium-doped amplifiers | |
| KR20130119048A (ko) | 형광 효율이 우수한 이득매질용 광학유리 및 이를 이용한 광섬유 | |
| EP0842907B1 (en) | Active single mode optical fibres and method for their fabrication | |
| EP1240113A2 (en) | Method for making nanocrystalline glass-ceramic fibers | |
| EP1394909A2 (en) | Amplifying optical fiber and method for fabricating the same | |
| US5338607A (en) | 1.3 micrometer-band amplifying optical fiber preform | |
| CN114409263A (zh) | 一种用作增益介质的掺铋多组分玻璃光纤及其制备方法 | |
| CN1196021C (zh) | 硫属化物玻璃基的喇曼光学放大器 | |
| US6757474B2 (en) | Emission silicate waveguide compositions for enhanced L-band and S-band emission | |
| CN116375349A (zh) | 一种具有l+u波段高效宽带发射的铋掺杂锗硅酸盐玻璃光纤及其制备方法和应用 | |
| WO2000055101A1 (en) | Spcvd silicate glasses | |
| US6698246B1 (en) | Method for making nanocrystalline glass-ceramic fibers | |
| JP2004277252A (ja) | 光増幅ガラスおよび光導波路 | |
| CN106277806A (zh) | 一种稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃光纤及制造方法 | |
| CN112939443A (zh) | 一种高硼硅玻璃包层碘化铯单晶纤芯光纤及其制备方法和应用 | |
| JP3475109B2 (ja) | 希土類元素ドープガラス | |
| WO2004028992A1 (en) | Tellurite glass, optical fibre, optical amplifier and light source | |
| CN117832998A (zh) | 稀土掺杂玻璃、光纤及其制备方法、光纤的应用 | |
| CA2472053A1 (en) | Germanium-free silicate waveguide compositions for enhanced l-band and s-band emission and method for its manufacture | |
| CN115806383A (zh) | 一种C-band超宽带放大掺铒光纤及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |