CN116589196A - 一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法 - Google Patents
一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116589196A CN116589196A CN202310470993.8A CN202310470993A CN116589196A CN 116589196 A CN116589196 A CN 116589196A CN 202310470993 A CN202310470993 A CN 202310470993A CN 116589196 A CN116589196 A CN 116589196A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- yellow light
- broadband
- composite glass
- fiber
- 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 99
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 39
- 241001538234 Nala Species 0.000 claims abstract description 35
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 49
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 25
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 22
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 14
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 13
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 claims description 6
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 claims description 2
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 15
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 10
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 8
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 239000005383 fluoride glass Substances 0.000 description 5
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 5
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 5
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 5
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 3
- 239000005371 ZBLAN Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- -1 rare earth ion Chemical class 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241001621404 Aulopidae Species 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 208000031050 Skin vascular disease Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000005372 fluoroaluminate glass Substances 0.000 description 1
- 238000003286 fusion draw glass process Methods 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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
-
- 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
- C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
- C03B37/01211—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
-
- 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
- C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
-
- 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
- C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
- C03B37/02718—Thermal treatment of the fibre during the drawing process, e.g. cooling
-
- 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
- C03C13/048—Silica-free oxide glass compositions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
-
- 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
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法；所述微晶复合玻璃光纤的包层为石英玻璃，纤芯为Dy3+掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃。本发明先将石英玻璃管进行酸洗、烘干，然后通过拉锥对其中一端封口；将纤芯陶瓷棒置于石英玻璃管中，制得光纤预制棒；将所述光纤预制棒在1950～2010℃高温下进行拉丝，得到光纤前驱体；将所述光纤前驱体在900～1000℃温度下热处理3～6h，得到宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤。本发明制得的微晶复合玻璃光纤具有宽带且较强的黄光发射，并保持较低的传输损耗，可为Dy3+掺杂黄光光纤激光器提供宽带发光且稳定的增益介质，有望实现调谐或超快黄光激光直接输出。
Description
技术领域
本发明属于光纤领域，具体涉及一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法。
背景技术
波长范围约在565-590nm的可见光黄光激光在激光医疗、激光雷达、天文观测等方面有着广泛的应用。例如，在生物医学领域，血红蛋白对波长为577nm的黄光激光吸收率较高，因此黄光激光在皮肤疾病、血管性疾病和眼科疾病的治疗上有迫切的需求。然而黄光激光的输出相对困难，目前主要基于染料激光器和非线性频率变换获得，包括和频、倍频以及拉曼位移。染料激光器维护费用高昂，使用安全性较低；而利用非线性晶体和自用空间对准的系统复杂，结构不紧凑，不利于集成化，且泵浦效率低。相较之下，利用激光二极管(LD)泵浦稀土掺杂光纤材料可直接实现黄光转运，经谐振腔选模放大后即可输出黄光激光，这种直接发射的方式可以省去复杂的非线性光学过程，具有系统简单、损耗低、可靠性高等优点。基于三价Dy3+对应4F9/2→6H13/2的跃迁在570nm附近有最强的黄色发射，黄光的荧光分支比较大，且从紫外波段到蓝光波段的范围内有多个较短波长可用于直接激发基态粒子，因此Dy3+被认为是应用于直接发射黄光激光器的最佳稀土离子。其主要原因是Dy3+在可见光范围内的4f跃迁是自旋禁阻的(导致相对较小的蓝光吸收截面和黄光发射截面)，且Dy3+能级结构复杂，容易发生交叉驰豫，使得猝灭阈值较低。
传统的黄光激光晶体，如Dy:YAG和Dy:ZnWO4，虽然导热性好，机械强度高，但其狭窄的黄光发射光谱(FWHM＜7nm)限制了在脉冲激光中的应用。而在光纤激光上，目前实现黄光激光输出的Dy3+掺杂光纤激光器所用的主流增益光纤仍为氟化物玻璃光纤(Limpert.J,Zellmer H,Riedel P,et al.Laser oscillation in yellow and blue spectral rangein Dy3+:ZBLAN[J].Electronics Lettres,2000,36(16):1386-1387；Fujimoto Y,Ishii O,Yamazaki M.575nm laser oscillation in Dy3+-doped waterproof fluoro-aluminateglass fiber pumped by violet GaN laser diodes[J].Solid State Lasers XX:Technology and Devices,2011,7912:79120J；Wang H J,Zou J H,Dong C C,et al.High-efficiency,yellow-light Dy3+-doped fiber laser with wavelength tuning from568.7to 581.9nm[J].Optics Letters,2019,44(17):4423-4426；Luo S Y,Gu H,Tang X,et al.High-power yellow DSR pulses generated from a mode-locked Dy:ZBLANfiber laser[J].Optics Letters,2022,47(5):1157-1160.)。尽管上述报道证实了Dy3+掺杂氟化物玻璃光纤在连续、可调谐和脉冲黄光激光中的应用，但是氟化物玻璃光纤仍存在许多不足之处。一方面，氟化物玻璃具有相对较差的化学稳定性和较低的激光损伤阈值，大大限制了Dy3+掺杂黄光光纤激光器输出功率的提高；另一方面，氟化物玻璃中氟离子半径小，极化率低，对周边局域场的共价性小，导致Dy3+的Ω2值较小，在黄光波段的荧光分支比较低，进而导致黄光发射的发射截面较低，理论增益性能不佳。除此之外，还有少量关于Dy3+掺杂其他增益光纤在黄光发光(Tian S H,Lun Y P,Sun Y S,et al.Silicate-clad Dy3+doped multi-component phosphate glass core glass fiber for yellow laserapplications[J].Journal of Non-Crystalline Solids,2022,577,121313.)和黄光激光输出(Majewski M R,Jackson S D.Diode pumped silicate fiber for yellow laseremission[J].OSA Continuum,2021,4(11),2845-2851.)上的研究，但都仍未有突破Dy3+掺杂氟化物玻璃光纤在黄光激光输出性能上的进展。
因此，要进一步提高可调谐或脉冲黄光激光的输出性能，其关键不仅要通过基质组分的调控改善Dy3+固有的黄光发光问题，还要开发宽带发光、化学性能稳定且损伤阈值较高的增益介质。NaLa(WO4)2晶体由层状[WO4]四面体构成，层与层之间Na和La以1:1比例随机分布在相应的格点位置上，造成晶体的无序结构及光谱的非均匀加宽。此外，NaLa(WO4)2:Dy3+晶体具有优异黄光增益性能(Wei Y P,Tu C Y,Wang H Y,et al.Opticalspectroscopy of NaLa(WO4)2:Dy3+single crystal[J].Journal of Alloys andCompounds,2007,438(1-2):310-316.)，在实现可调谐或脉冲黄光激光的输出上具有巨大的潜能。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法。本发明充分结合NaLa(WO4)2:Dy3+晶体非均匀拓宽光谱的特性与光纤的柔韧性好及激光阈值低等优势，制备出一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤。本发明通过纤芯熔融法拉制复合光纤，随后对其进行热处理，得到晶化程度可控的NaLa(WO4)2:Dy3+微晶玻璃复合光纤。该方法适用性广，且结合NaLa(WO4)2微晶非均匀拓宽光谱的优势，制得微晶复合玻璃光纤具有宽带和强烈的黄光发射，并保持较低的传输损耗，可为Dy3+掺杂黄光光纤激光器提供宽带发光且稳定的增益介质，有望实现调谐或超快黄光激光直接输出。
本发明的光纤在575nm处发射峰的半高宽可达18～22nm。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其包层为石英玻璃，纤芯为Dy3+掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃。
优选的，所述Dy3+掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃的化学式为NaLa(1-x)(WO4)2:xDy3+，x＝0.03～0.07；
进一步优选的，x＝0.03,0.04,0.05,0.06,0.07。
优选的，所述微晶复合玻璃光纤的纤芯直径为5～20μm，包层外径为120～130μm。
优选的，所述微晶复合玻璃光纤在蓝光半导体激光器的泵浦下，获得18～22nm的宽带黄光发射。
优选的，所述纤芯的前驱体为纤芯陶瓷棒；所述纤芯陶瓷棒的制备方法包括以下步骤：
(a)将碳酸钠粉体、氧化钨粉体、氧化镧粉体和氧化镝粉体混合后研磨、烧结；
(b)将步骤(a)烧结后的粉体研磨，加入粘结剂压制成型，烧结，磨制成圆柱体，得到纤芯陶瓷棒。
进一步优选的，步骤(a)所述碳酸钠粉体的纯度≥99.9％，氧化钨粉体的纯度≥99.99％，氧化镧粉体的纯度≥99.99％，氧化镝粉体的纯度≥99.99％；
进一步优选的，步骤(a)所述碳酸钠粉体、氧化钨粉体、氧化镧粉体、氧化镝粉体的物质的量之比为1:4:0.93～0.97:0.03～0.07。
进一步优选的，步骤(a)所述烧结的温度为1000～1200℃，时间为6～10h；所述烧结在马弗炉中进行。
进一步优选的，步骤(b)所述粘结剂为PVA粘结剂，其质量百分含量为烧结后的粉体的0.1～1.5％；所述烧结的温度为1000～1200℃，时间为6～10h；所述烧结在马弗炉中进行。
更优选的，所述粘结剂的质量百分含量为烧结后的粉体的0.5％。
上述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)先将石英玻璃管进行酸洗、烘干，然后通过拉锥对其中一端封口；
(2)将纤芯陶瓷棒置于石英玻璃管中，制得光纤预制棒；
(3)将所述光纤预制棒在1950～2010℃高温下进行拉丝，得到光纤前驱体；
(4)将所述光纤前驱体在900～1000℃温度下热处理3～6h，得到宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤。
优选的，步骤(3)所述拉丝在拉斯塔的高温石墨炉中进行；
优选的，步骤(4)所述热处理在马弗炉中进行。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果和突出特点：
(1)本发明的一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，充分结合了NaLa(WO4)2:Dy3 +微晶玻璃非均匀拓宽光谱的特性和光纤的柔韧性好及激光阈值低等优势，制得微晶复合玻璃光纤具有宽带和强烈的黄光发射，通过对微晶的析晶程度和尺寸的控制，其宽带发光性能突出，与常见Dy3+掺杂晶体对比如下：
(2)本发明一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，通过材料设计，包层为石英玻璃，与现有光纤系统兼容性好。
(3)本发明的一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的制备方法，预制棒制备工艺适用性广，成本低，可根据应用需求，调整纤芯陶瓷棒组分；拉丝工艺成熟，可采用商用的拉丝塔进行拉制。
(4)本发明的一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的制备方法，基于纤芯熔融拉丝法制得复合光纤前驱体，随后对其进行热处理，得到晶化程度可控的微晶玻璃复合光纤，且光纤保持较低的传输损耗。
(5)本发明一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤可用于黄光光纤激光器中，特别是应用于可调谐或超快黄光光纤激光器。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的激发光谱图。
图2是本发明实施例3制备的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤在蓝光半导体激光器激发下的可见发射光谱图。
图3是本发明实施例4制备的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例中所用的石英玻璃管经过以下处理：先进行酸洗、烘干，然后通过拉锥对其中一端封口。
实施例1
将化学计量比数分别为1的碳酸钠粉体(纯度均≥99.9％)、4的氧化钨粉体(纯度均≥99.99％)、0.93的氧化镧粉体(纯度均≥99.99％)和0.07的氧化镝粉体(纯度均≥99.99％)放置于研钵盘中充分研磨，再将混合粉体放入1100℃的马弗炉中烧结8h；将固相合成后的纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品重新研磨并加入质量百分含量为0.5％(相对纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品)的PVA粘结剂，再置于模具中压制成条形块体，压制后的样品在1150℃的马弗炉中烧结6h；然后将烧结后的条形陶瓷棒磨制成直径为3.8mm，长为6cm的圆柱体，并将该纤芯陶瓷棒置于内径为4mm，外径为25mm，长为15cm的石英玻璃管中，制得光纤预制棒；随后将预制棒置于真空高温石墨炉中，在高于纤芯材料熔融温度的1980℃高温下将其拉制成光纤，光纤的纤芯直径为10μm，包层外径为125μm；最后，将上述制得的NaLa(WO4)2:Dy3+晶体衍生光纤在温度为900℃的马弗炉中热处理4h，即得到NaLa(WO4)2:Dy3+微晶复合玻璃光纤。
采用爱丁堡光谱仪FLS920测试微晶复合玻璃光纤的激发光谱；采用OceanMaya2000 Pro光纤光谱仪测试微晶复合玻璃光纤的发射光谱，激发源为450nm半导体激光器；采用FEI Talos F200x透射电镜观察微晶复合玻璃光纤中纳米晶体的显微结构。
实施例1制备的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的激发光谱图如图1所示，从图1可以看出，光纤在蓝光波段的激发峰的半高宽可达7nm，这说明本发明光纤可与商用的450nm泵浦源有较好匹配且有利于泵浦吸收效率的提高，进而有助于实现可调谐或超快黄光激光直接输出。
实施例2
将化学计量比数分别为1的碳酸钠粉体(纯度均≥99.9％)、4的氧化钨粉体(纯度均≥99.99％)、0.94的氧化镧粉体(纯度均≥99.99％)和0.06的氧化镝粉体(纯度均≥99.99％)放置于研钵盘中充分研磨，再将混合粉体放入1100℃的马弗炉中烧结10h；；将固相合成后的纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品重新研磨并加入质量百分含量为0.5％(相对纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品)的PVA粘结剂，再置于模具中压制成条形块体，压制后的样品在1050℃的马弗炉中烧结8h；然后将烧结后的条形陶瓷棒磨制成直径为3.8mm，长为6cm的圆柱体，并将该纤芯陶瓷棒置于内径为4mm，外径为25mm，长为15cm的石英玻璃管中，制得光纤预制棒；随后将预制棒置于真空高温石墨炉中，在高于纤芯材料熔融温度的2000℃高温下将其拉制成光纤，光纤的纤芯直径为15μm，包层外径为130μm；最后，将上述制得的NaLa(WO4)2:Dy3+晶体衍生光纤在温度为950℃的马弗炉中热处理3h，即得到NaLa(WO4)2:Dy3+微晶复合玻璃光纤。
采用爱丁堡光谱仪FLS920测试微晶复合玻璃光纤的激发光谱；采用OceanMaya2000 Pro光纤光谱仪测试微晶复合玻璃光纤的发射光谱，激发源为450nm半导体激光器；采用FEI Talos F200x透射电镜观察微晶复合玻璃光纤中纳米晶体的显微结构。
实施例3
将化学计量比数分别为1的碳酸钠粉体(纯度均≥99.9％)、4的氧化钨粉体(纯度均≥99.99％)、0.95的氧化镧粉体(纯度均≥99.99％)和0.05的氧化镝粉体(纯度均≥99.99％)放置于研钵盘中充分研磨，再将混合粉体放入1100℃的马弗炉中烧结7h；将固相合成后的纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品重新研磨并加入质量百分含量为0.5％(相对纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品)的PVA粘结剂，再置于模具中压制成条形块体，压制后的样品在1100℃的马弗炉中烧结9h；然后将烧结后的条形陶瓷棒磨制成直径为3.8mm，长为8cm的圆柱体，并将该纤芯陶瓷棒置于内径为4mm，外径为25mm，长为15cm的石英玻璃管中，制得光纤预制棒；随后将预制棒置于真空高温石墨炉中，在高于纤芯材料熔融温度的2010℃高温下将其拉制成光纤，光纤的纤芯直径为8μm，包层外径为125μm；最后，将上述制得的NaLa(WO4)2:Dy3+晶体衍生光纤在温度为980℃的马弗炉中热处理4h，即得到NaLa(WO4)2:Dy3+微晶复合玻璃光纤。
采用爱丁堡光谱仪FLS920测试微晶复合玻璃光纤的激发光谱；采用OceanMaya2000 Pro光纤光谱仪测试微晶复合玻璃光纤的发射光谱，激发源为450nm半导体激光器；采用FEI Talos F200x透射电镜观察微晶复合玻璃光纤中纳米晶体的显微结构。
实施例3制备的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的在蓝光半导体激光器激发下的可见发射光谱图如图2所示，从图2可以看出，该光纤在575nm处发光峰的半高宽可达20nm，较常见Dy3+掺杂晶体的宽带发光性能突出，有利于实现可调谐或超快黄光激光的直接输出。
实施例4
将化学计量比数分别为1的碳酸钠粉体(纯度均≥99.9％)、4的氧化钨粉体(纯度均≥99.99％)、0.96的氧化镧粉体(纯度均≥99.99％)和0.04的氧化镝粉体(纯度均≥99.99％)放置于研钵盘中充分研磨，再将混合粉体放入1200℃的马弗炉中烧结6h；将固相合成后的纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品重新研磨并加入质量百分含量为0.5％(相对纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品)的PVA粘结剂，再置于模具中压制成条形块体，压制后的样品在1000℃的马弗炉中烧结10h；然后将烧结后的条形陶瓷棒磨制成直径为3.8mm，长为6cm的圆柱体，并将该纤芯陶瓷棒置于内径为4mm，外径为25mm，长为15cm的石英玻璃管中，制得光纤预制棒；随后将预制棒置于真空高温石墨炉中，在高于纤芯材料熔融温度的1990℃高温下将其拉制成光纤，光纤的纤芯直径为5μm，包层外径为120μm；最后，将上述制得的NaLa(WO4)2:Dy3+晶体衍生光纤在温度为960℃的马弗炉中热处理6h，即得到NaLa(WO4)2:Dy3+微晶复合玻璃光纤。
采用爱丁堡光谱仪FLS920测试微晶复合玻璃光纤的激发光谱；采用OceanMaya2000 Pro光纤光谱仪测试微晶复合玻璃光纤的发射光谱，激发源为450nm半导体激光器；采用FEI Talos F200x透射电镜观察微晶复合玻璃光纤中纳米晶体的显微结构。
实施例4制备的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的透射电镜图如图3所示，图3中的a说明微晶玻璃光纤中析出的晶体为纳米晶，直径为4～6nm，图3中的b为高分辨晶格条纹图片，说明纤芯中的NaLa(WO4)2:Dy3+纳米晶将不会引起明显的散射损耗，使光纤保持较低传输损耗，进而有利于实现可调谐或超快黄光激光的直接输出。
实施例5
将化学计量比数分别为1的碳酸钠粉体(纯度均≥99.9％)、4的氧化钨粉体(纯度均≥99.99％)、0.97的氧化镧粉体(纯度均≥99.99％)和0.03的氧化镝粉体(纯度均≥99.99％)放置于研钵盘中充分研磨，再将混合粉体放入1000℃的马弗炉中烧结9h；将固相合成后的纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品重新研磨并加入质量百分含量为0.5％(相对纯相NaLa(WO4)2:Dy3+样品)的PVA粘结剂，再置于模具中压制成条形块体，压制后的样品在1200℃的马弗炉中烧结9h；然后将烧结后的条形陶瓷棒磨制成直径为3.8mm，长为8cm的圆柱体，并将该纤芯陶瓷棒置于内径为4mm，外径为25mm，长为15cm的石英玻璃管中，制得光纤预制棒；随后将预制棒置于真空高温石墨炉中，在高于纤芯材料熔融温度的2000℃高温下将其拉制成光纤，光纤的纤芯直径为13μm，包层外径为127μm；最后，将上述制得的NaLa(WO4)2:Dy3+晶体衍生光纤在温度为1000℃的马弗炉中热处理3h，即得到NaLa(WO4)2:Dy3+微晶复合玻璃光纤。
采用爱丁堡光谱仪FLS920测试微晶复合玻璃光纤的激发光谱；采用OceanMaya2000 Pro光纤光谱仪测试微晶复合玻璃光纤的发射光谱，激发源为450nm半导体激光器；采用FEI Talos F200x透射电镜观察微晶复合玻璃光纤中纳米晶体的显微结构。
以上实施例为本发明较佳的实施方法，但本发明的实施方式不受上述实施例的限制，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 (10)
1.一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，其包层为石英玻璃，纤芯为Dy3 +掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述Dy3+掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃的化学式为NaLa(1-x)(WO4)2:xDy3+，x＝0.03～0.07。
3.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述微晶复合玻璃光纤的纤芯直径为5～20μm，包层外径为120～130μm。
4.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述微晶复合玻璃光纤在蓝光半导体激光器的泵浦下，获得18～22nm的宽带黄光发射。
5.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的前驱体为纤芯陶瓷棒；所述纤芯陶瓷棒的制备方法包括以下步骤：
(a)将碳酸钠粉体、氧化钨粉体、氧化镧粉体和氧化镝粉体混合后研磨、烧结；
(b)将步骤(a)烧结后的粉体研磨，加入粘结剂压制成型，烧结，磨制成圆柱体，得到纤芯陶瓷棒。
6.根据权利要求5所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，步骤(a)所述碳酸钠粉体的纯度≥99.9％，氧化钨粉体的纯度≥99.99％，氧化镧粉体的纯度≥99.99％，氧化镝粉体的纯度≥99.99％；
所述碳酸钠粉体、氧化钨粉体、氧化镧粉体、氧化镝粉体的物质的量之比为1:4：0.93～0.97：0.03～0.07。
7.根据权利要求5所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，步骤(a)所述烧结的温度为1000～1200℃，时间为6～10h；所述烧结在马弗炉中进行。
8.根据权利要求5所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，步骤(b)所述粘结剂为PVA粘结剂，其质量百分含量为烧结后的粉体的0.1～1.5％；所述烧结的温度为1000～1200℃，时间为6～10h；所述烧结在马弗炉中进行。
9.权利要求1-8任一项所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先将石英玻璃管进行酸洗、烘干，然后通过拉锥对其中一端封口；
(2)将纤芯陶瓷棒置于石英玻璃管中，制得光纤预制棒；
(3)将所述光纤预制棒在1950～2010℃高温下进行拉丝，得到光纤前驱体；
(4)将所述光纤前驱体在900～1000℃温度下热处理3～6h，得到宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述拉丝在拉斯塔的高温石墨炉中进行；
步骤(4)所述热处理在马弗炉中进行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310470993.8A CN116589196A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310470993.8A CN116589196A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116589196A true CN116589196A (zh) | 2023-08-15 |
Family
ID=87605422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310470993.8A Pending CN116589196A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116589196A (zh) |
-
2023
- 2023-04-27 CN CN202310470993.8A patent/CN116589196A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109412000B (zh) | 超宽带高增益光纤与器件制备技术 | |
| Chai et al. | 2.7 μm emission from transparent Er3+, Tm3+ codoped yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12) nanocrystals–tellurate glass composites by novel comelting technology | |
| CN110927866B (zh) | 高增益的稀土掺杂锗酸盐玻璃芯复合玻璃光纤及器件 | |
| CN110407462B (zh) | 一种稀土掺杂硅酸盐玻璃及其制备方法和应用 | |
| Yang et al. | Novel transparent ceramics for solid-state lasers | |
| CN101851096A (zh) | 高掺杂Yb,Er:YAG透明陶瓷及其制备方法 | |
| CN112144119B (zh) | 稀土掺杂氟硼酸钡钙激光晶体及其制备和实现激光的方法 | |
| Fedorov et al. | Fluoride laser nanoceramics | |
| CN110468452B (zh) | 一种中红外铥钬共掺倍半氧化物激光单晶光纤及其制备方法和应用 | |
| Yagi et al. | Nd3+: Y3Al5O12 laser ceramics: flashlamp pumped laser operation with a UV cut filter | |
| Xue et al. | Fabrication and comprehensive structural and spectroscopic properties of Er: Y2O3 transparent ceramics | |
| CN109252219B (zh) | 一种镱钬镝三掺氟化铅中红外激光晶体及其制备方法 | |
| CN114108072A (zh) | 稀土离子掺杂的GdScO3激光晶体制备及其应用 | |
| Kesavulu et al. | Optical and upconversion properties of Er3+-doped oxyfluoride transparent glass-ceramics containing SrF2 nanocrystals | |
| Zhang et al. | Fabrication, spectral and laser performance of 5 at.% Yb3+ doped (La0. 10Y0. 90) 2O3 transparent ceramic | |
| Balashov et al. | Comparative study of LuxY1-xAG (x= 0.. 1) laser ceramics doped with 5% Yb3+ | |
| CN105154975A (zh) | 一种1.33μm附近波长热键合复合激光晶体及其制备方法 | |
| CN116589196A (zh) | 一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法 | |
| CN109023524B (zh) | 一种铒钬镨三掺杂氟化铅中红外激光晶体及其制备方法 | |
| RU2697561C1 (ru) | Способ получения прозрачной высоколегированной Er:ИАГ - керамики | |
| CN109023523B (zh) | 一种2.7-3微米波段中红外镱铒镝三掺氟化铅激光晶体及其制备方法 | |
| Ma et al. | Free-running performance of Yb0. 14: Y0. 77Gd0. 09Ca4O (BO3) 3 mixed crystal laser operating around 1084 nm | |
| CN105887200A (zh) | 一种铥钬共掺镓酸锶镧激光晶体、制造方法及其应用 | |
| CN105821478A (zh) | 一种铥钬共掺镓酸钡镧激光晶体、制造方法及其应用 | |
| CN1845397A (zh) | 铬镱共掺钇铝石榴石晶体的可调谐激光器 |
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 |