CN117285244B - 一种掺稀土含量和掺铝含量的标定模型获取及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分析检测技术领域，提供了一种掺稀土含量和掺铝含量的标定模型获取及标定方法。本发明基于三氯氧磷载气流量‑掺磷含量曲线，以稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹为判断依据，得到稀土化合物载气流量‑掺稀土含量标定模型及铝化合物载气流量‑掺铝含量标定模型。利用获得的标定模型，将预设的稀土化合物载气流量和铝化合物载气流量分别代入相应的标定模型中，即可得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量和掺铝含量。相比于成熟的商用仪器测试方法，本发明提供的标定方法具备快速、无损检测的优势；相比于其他在线测试方法，本发明提供的在线标定方法不需要额外辅助设备，简单实用，操控性更强，降低了工艺优化的难度。
Description
技术领域
本发明涉及分析检测技术领域，尤其涉及一种掺稀土含量和掺铝含量的标定模型获取及标定方法。
背景技术
高品质稀土掺杂石英光纤预制棒是高功率激光光纤的研究热点之一，稀土掺杂石英光纤预制棒中各组分浓度在很大程度上直接决定了光纤性能，如吸收系数、吸收发射截面、折射率分布等。因此，在研制稀土掺杂石英光纤预制棒过程中，为优化稀土掺杂石英光纤预制棒研制工艺参数，以及把控产品质量，对研制预制棒的成分测试是十分重要的工艺环节。
在采用改进型气相沉积系统（MCVD）全气相工艺连续制备光纤预制棒时，高温掺杂系统中物料的载料效率的稳定性直接影响着各预制棒之间组分浓度的一致性。特别是当出现以下两种情况时，一是当鼓泡器中的物料含量不足时，需要重新添加稀土螯合物、含Al化合物，由于各批次物料物理性质、填料量的差异导致气体的载料效率不一致。二是当鼓泡器加热状态发生明显变化时，导致各物料的载料量明显发生差异。此时，这就需要快速测试预制棒中各组分浓度，以评估组分浓度是否符合物理设计，同时将测试结果反馈给工艺设计人员，以优化光纤预制棒的工艺配方参数。
目前，对预制棒组分进行测试具有两种方式，离线测试和在线测试。所谓离线测试是指在预制棒研制工艺结束后，对预制棒样品进行测试。公开号为CN104964952A的中国专利公开了一种光纤预制棒掺杂元素分布的原位检测，该方法需要对预制棒进行切片处理，属于一种破坏性的测试方法。在线测试是指在预制棒研制工艺过程中，对所沉积的组分进行测试。Lipatov DS等（Lipatov DS, Guryanov AN, Yashkov MV, Bubnov MM, LikhachevME. Fabrication of Yb2O3–Al2O3–P2O5–SiO2 Optical Fibers with a Perfect Step-Index Profile by the MCVD Process. Inorganic Materials 2018;54:276-82.）报道了在线测试方法，需要额外搭建相应的光学设备，操作复杂，仍然耗时。依据复杂光学设备进行测试的一种方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种掺稀土含量和掺铝含量的标定模型获取及标定方法。本发明提供的获取方法得到的模型，用于标定时，不需要额外辅助设备，操作简单。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括稀土；所述掺杂石英光纤预制棒的制备方法为改进型化学气相沉积法，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃；包括以下步骤：
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度；
步骤一、制备磷掺杂石英光纤预制棒：
改变三氯氧磷载气流量，利用改进型化学气相沉积法制备磷掺杂石英光纤预制棒，得到不同掺磷含量的磷掺杂石英光纤预制棒；
将所述三氯氧磷载气流量和对应的磷掺杂石英光纤预制棒中的掺磷含量进行线性拟合，得到如公式1所示的三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线；
公式1；
公式1中，Cp为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
步骤二、制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒：
利用改进型化学气相沉积法制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒，固定三氯氧磷载气流量，将固定的三氯氧磷载气流量代入公式2中，得到稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值；
公式2；
公式2中，CRe-稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；Cp为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
在所述固定三氯氧磷载气流量的条件下，逐渐增大稀土化合物载气流量，当稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的稀土化合物载气流量即为掺稀土含量计算值所需的稀土化合物载气流量；
步骤三、改变三氯氧磷载气流量，重复步骤二的操作，得到多个掺稀土含量计算值分别对应所需的稀土化合物载气流量；
步骤四、将所述稀土化合物载气流量和对应的稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。
优选地，所述α为0.017~0.019。
优选地，所述稀土为Yb、Ce、Er、Tm、Dy、Ho和Nd中的一种或多种。
本发明还提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定方法，包括以下步骤：
将稀土化合物载气流量代入模型中，得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量；
所述模型为上述技术方案所述的获取方法得到的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。
本发明还提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括铝；所述掺杂石英光纤预制棒的制备方法为改进型化学气相沉积法，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃；包括以下步骤：
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度；
步骤一和步骤二按照上述技术方案所述的标定模型获取方法进行，得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型；
步骤三、制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒：
利用改进型化学气相沉积法制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒，固定稀土化合物载气流量，将固定的稀土化合物载气流量代入所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值；
将所述铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值代入公式3中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量计算值；
公式3；
公式3中，CAl-铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量，ppm；β-为铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中磷标定铝的标定系数，ppm/sccm；CRe-稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
在所述固定稀土化合物载气流量的条件下，逐渐减小铝化合物载气流量，当铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的铝化合物载气流量即为掺铝含量计算值所需的铝化合物载气流量；
步骤四、改变稀土化合物载气流量，重复步骤三的操作，得到多个掺铝含量计算值分别对应所需的铝化合物载气流量；
步骤五、将所述铝化合物载气流量和对应的铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。
优选地，所述β为11~12。
本发明还提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定方法，包括以下步骤：
将铝化合物的载气流量代入模型中，得到掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量；
所述模型为上述技术方案所述的获取方法得到的掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。
相比于成熟的商用仪器测试方法，本发明提供的标定方法具备快速、无损检测的优势；相比于其他在线测试方法，本发明提供的标定方法不需要额外辅助设备，简单实用，操控性更强，降低了工艺优化的难度。
附图说明
图1为条纹析晶示意图；
图2为磷掺杂石英光纤预制棒中掺磷离子含量与POCl3载气流量的对应关系图；
图3为验证例中Yb-Al/P/Si体系石英光纤预制棒中掺稀土离子含量；
图4为验证例中Yb-Al/P/Si体系石英光纤预制棒中掺磷离子含量和掺铝离子含量。
具体实施方式
本发明提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括稀土；所述掺杂石英光纤预制棒的制备方法为改进型化学气相沉积法，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃；包括以下步骤：
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度；
步骤一、制备磷掺杂石英光纤预制棒：
改变三氯氧磷载气流量，利用改进型化学气相沉积法制备磷掺杂石英光纤预制棒，得到不同掺磷含量的磷掺杂石英光纤预制棒；
将所述三氯氧磷载气流量和对应的磷掺杂石英光纤预制棒中的掺磷含量进行线性拟合，得到如公式1所示的三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线；
公式1；
公式1中，Cp为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
步骤二、制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒：
利用改进型化学气相沉积法制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒，固定三氯氧磷载气流量，将固定的三氯氧磷载气流量代入公式2中，得到稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值；
公式2；
公式2中，CRe-稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；Cp为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
在所述固定三氯氧磷载气流量的条件下，逐渐增大稀土化合物载气流量，当稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的稀土化合物载气流量即为掺稀土含量计算值所需的稀土化合物载气流量；
步骤三、改变三氯氧磷载气流量，重复步骤二的操作，得到多个掺稀土含量计算值分别对应所需的稀土化合物载气流量；
步骤四、将所述稀土化合物载气流量和对应的稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。
本发明提供的标定模型获取方法及标定方法适合改进型化学气相沉积法得到掺杂石英光纤预制棒；所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃，优选为1750~1850℃，进一步优选为1800℃。
在本发明中，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括稀土；所述稀土优选包括Yb、Ce、Er、Tm、Dy、Ho和Nd中的一种或多种。
本发明固定改进型化学气相沉积法的沉积温度。在本发明中，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃之间的任意温度。在本发明中，除了固定改进型化学气相沉积法的沉积温度外，优选还固定改进型化学气相沉积法的各鼓泡器的温度、气体输运管路温度。
本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法包括步骤一制备磷掺杂石英光纤预制棒，所述步骤一为：
改变三氯氧磷载气的流量，利用改进型化学气相沉积法制备磷掺杂石英光纤预制棒，得到不同掺磷含量的磷掺杂石英光纤预制棒；
将所述三氯氧磷载气的流量和对应的磷掺杂石英光纤预制棒中的掺磷含量进行线性拟合，得到如公式1所示的三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线；
公式1；
公式1中，Cp为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm。
在本发明中，所述改进型化学气相沉积法的参数优选还包括：三氯氧化磷载气鼓泡器的温度优选为30~45℃。在本发明中，所述改进型化学气相沉积法的其他参数为本领域技术人员熟知的改进型气相化学沉积法的常见参数。本发明对所述线性拟合的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
步骤一后，本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法包括步骤二制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒；所述步骤二为：
利用改进型化学气相沉积法制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒，固定三氯氧磷载气流量，将固定的三氯氧磷载气流量代入公式2中，得到稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值；
公式2；
公式2中，CRe-稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；Cp为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
在所述固定三氯氧磷载气流量的条件下，逐渐增大稀土化合物载气流量，当稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的稀土化合物载气流量即为掺稀土含量计算值所需的稀土化合物载气流量。
在本发明中，所述改进型化学气相沉积法的参数优选与步骤一中制备磷掺杂石英光纤预制棒的改进型化学气相沉积法的参数一致，在此不再赘述。
在本发明中，析晶条纹如图1所示。
在本发明中，所述α优选为0.017~0.019。
步骤二后，本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法包括步骤三，所述步骤三为：改变三氯氧磷载气流量，重复步骤二的操作，得到多个掺稀土含量计算值分别对应所需的稀土化合物载气流量。
步骤三后，本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法包括步骤四，所述步骤四为：将所述稀土化合物载气流量和对应的稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。本发明对所述拟合的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
本发明还提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定方法，包括以下步骤：
将稀土化合物的载气流量代入模型中，得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量；
所述模型为上述技术方案所述的获取方法得到的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。
本发明对所述代入的方式不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
本发明提供的标定方法，操作简单，不需要使用复杂的设备。
本发明还提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括铝；所述掺杂石英光纤预制棒的制备方法为改进型化学气相沉积法，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃；包括以下步骤：
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度；
步骤一和步骤二按照上述技术方案所述的标定模型获取方法进行，得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型；
步骤三、制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒：
利用改进型化学气相沉积法制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒，固定稀土化合物载气流量，将固定的稀土化合物载气流量代入所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值；
将所述铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值代入公式3中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量计算值；
公式3；
公式3中，CAl-铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量，ppm；β-为铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中磷标定铝的标定系数，ppm/sccm；CRe-稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
在所述固定稀土化合物载气流量的条件下，逐渐减小铝化合物载气流量，当铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的铝化合物载气流量即为掺铝含量计算值所需的铝化合物载气流量；
步骤四、改变稀土化合物载气流量，重复步骤三的操作，得到多个掺铝含量计算值分别对应所需的铝化合物载气流量；
步骤五、将所述铝化合物载气流量和对应的铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。
本发明固定改进型化学气相沉积法的沉积温度。在本发明中，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃之间的任意温度。在本发明中，除了固定改进型化学气相沉积法的沉积温度外，优选还固定改进型化学气相沉积法的各鼓泡器的温度、气体输运管路温度。
本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法包括步骤一和步骤二；所述步骤一和步骤二按照上述技术方案所述的标定模型获取方法进行，在此不再赘述。
步骤二后，本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法包括步骤三制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒，所述步骤三为：
利用改进型化学气相沉积法制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒，固定稀土化合物载气流量，将固定的稀土化合物载气流量代入所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值；
将所述铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值代入公式3中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量计算值；
公式3；
公式3中，CAl-铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量，ppm；β为铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中磷标定铝的标定系数，ppm/sccm；CRe-稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
在所述固定稀土化合物载气流量的条件下，逐渐减小铝化合物载气流量，当铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的铝化合物载气流量即为掺铝含量计算值所需的铝化合物载气流量。
在本发明中，所述改进型化学气相沉积法的参数优选与步骤一一致，在此不再赘述。在本发明中，β优选为11~12。
步骤三后，本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法包括步骤四，所述步骤四为：
改变稀土化合物载气流量，重复步骤三的操作，得到多个掺铝含量计算值分别对应所需的铝化合物载气流量。
步骤四后，本发明提供的掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法包括步骤五，所述步骤五为：将所述铝化合物载气流量和对应的铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。本发明对拟合的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
发明还提供了一种掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定方法，包括以下步骤：
将铝化合物的载气流量代入模型中，得到掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量；
所述模型为上述技术方案所述的获取方法得到的掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。
本发明对所述代入的方式不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的操作即可。
本发明提供的标定方法，操作简单，不需要使用复杂的设备。
下面结合实施例对本发明提供的掺稀土含量和掺铝含量的标定模型获取及标定方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1 模型建立
模型构建前的准备：
将清洗干净的石英进气管、沉积管、尾气管焊接至MCVD车床上；三段石英管焊接完成后采用氢氧焰对石英管热处理释放内应力；加热MCVD化学反应物料鼓泡器及相应输运管线，其中SiCl4鼓泡器温度设置为30℃，POCl3鼓泡器温度设置为30℃，这两种物料的输运管线温度设置为30℃；安装烟灰刮擦器并密封之后，在烧蚀温度下通入刻蚀气体去除石英管内壁的油脂跟灰尘。
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度为1850℃。
以不同POCl3载气流量沉积多层，最后形成磷掺杂石英光纤预制棒，经测试建立磷掺杂石英光纤预制棒中掺磷含量与POCl3载气流量的对应关系，如图2所示，。
为研制分别掺Yb含量分别为100ppm、300ppm的稀土掺杂石英光纤预制棒，根据公式2，α取0.018，计算得到CP分别为5557ppm和16703.16ppm。随后又将Cp值分别带入公式中，计算得到POCl3载气流量（/>）分别为26sccm、155sccm。
采用Yb-P/Si工艺配方体系，随后通入26sccm POCl3的载气流量，在1850℃的沉积温度下，稀土化合物载气流量从小到大增加直至出现析晶条纹（如图1所示），此时标定出要制备含100ppm Yb石英光纤预制棒所需的含Yb螯合物载气流量VYb1（21sccm）。
同理，采用相同方法可标定出要制备含300ppm Yb2O3石英光纤预制棒所需的含Yb螯合物载气流量VYb2（66sccm）。
根据（21sccm，100ppm）、（66sccm，300ppm）这两组数据，可得到石英光纤预制棒中掺Yb含量与Yb螯合物载气流量载气流量的对应关系，即掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型为：。
采用Yb-Al/Si工艺配方体系，用制备掺Yb100ppm的掺杂石英光纤预制棒所需的含Yb螯合物载气流量VYb1（21）去标定确定掺Al含量下所需铝化合物载气流量。
根据掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型得到掺Yb 100ppm所需的稀土化合物载气流量；再根据根据公式3，取β为11，得到掺Al含量为1100ppm。
在1850℃的沉积温度下，铝化合物的载气流量从大到小增加直至出现析晶条纹（如图1所示），此时标定出要制备含1100ppm Al石英光纤预制棒所需的含铝化合物载气流量VAl1（12sccm）。
同理，用制备含300ppm Yb石英光纤预制棒所需的含Yb螯合物载气流量VYb1（65.5sccm）去标定确定掺Al含量下所需含铝化合物载气流量。
根据掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型（）得到掺Yb 300ppm所需的稀土化合物载气流量；再根据根据公式3，取β为11，则掺Al含量为3300ppm。在1850℃的沉积温度下，含铝化合物载气流量从大到小增加直至出现析晶条纹（如图1所示），此时标定出要制备含300ppm Yb预制棒所需的含铝化合物载气流量VAl2（35sccm）。根据（11sccm，1100ppm）、（35sccm，3300ppm）这两组数据，可得到石英光纤预制棒中掺Al含量与载气流量的对应关系，即掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型为：。
实施例2 标定方法
在沉积温度为1850℃，SiCl4鼓泡器温度为30℃，POCl3鼓泡器温度为30℃，这两种物料的输运管线温度为30℃；当POCl3载气、稀土螯合物载气和铝化合物载气的流量分别为100.8sccm、404sccm、130sccm时，根据公式1和建立的标定模型，可以计算出：掺杂石英光纤预制棒掺磷含量为12000ppm、掺Yb含量为1800ppm、掺Al含量为12000ppm。
验证例
随后采用上述工艺参数研制Yb-Al/P/Si体系石英光纤预制棒，具体参数包括：沉积温度为1850℃，SiCl4鼓泡器温度设置为30℃，POCl3鼓泡器温度设置为30℃，这两种物料的输运管线温度设置为30℃，POCl3载气流量为100.8sccm、稀土化合物载气流量为404sccm，铝化合物载气流量为130sccm，制备得到掺杂石英光纤预制棒。
对所得掺杂石英光纤预制棒切片进行EPMA测试，结果如图3和图4所示。图3为验证例中Yb-Al/P/Si体系石英光纤预制棒中掺稀土离子含量；图4为验证例中Yb-Al/P/Si体系石英光纤预制棒中掺磷离子含量和掺铝离子含量。从图3和图4中可以看出：研制的石英光纤预制棒中各物质含量与预设值相吻合（因工艺缺陷，忽略凹陷区各组分浓度）。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型获取方法，其特征在于，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括稀土；所述掺杂石英光纤预制棒的制备方法为改进型化学气相沉积法，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃；包括以下步骤：
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度；
步骤一、制备磷掺杂石英光纤预制棒：
改变三氯氧磷载气流量，利用改进型化学气相沉积法制备磷掺杂石英光纤预制棒，得到不同掺磷含量的磷掺杂石英光纤预制棒；
将所述三氯氧磷载气流量和对应的磷掺杂石英光纤预制棒中的掺磷含量进行线性拟合，得到如公式1所示的三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线；
公式1；
公式1中，C p 为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；
步骤二、制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒：
利用改进型化学气相沉积法制备稀土/磷掺杂石英光纤预制棒，固定三氯氧磷载气流量，将固定的三氯氧磷载气流量代入公式2中，得到稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值；
公式2；
公式2中，C Re -稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；C p 为掺磷含量，ppm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；所述α为0.017~0.019；
在所述固定三氯氧磷载气流量的条件下，逐渐增大稀土化合物载气流量，当稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的稀土化合物载气流量即为掺稀土含量计算值所需的稀土化合物载气流量；
步骤三、改变三氯氧磷载气流量，重复步骤二的操作，得到多个掺稀土含量计算值分别对应所需的稀土化合物载气流量；
步骤四、将所述稀土化合物载气流量和对应的稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。
2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述稀土为Yb、Ce、Er、Tm、Dy、Ho和Nd中的一种或多种。
3.一种掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
将稀土化合物载气流量代入模型中，得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量；
所述模型为权利要求1~2任一项所述的获取方法得到的掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型。
4.一种掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定模型获取方法，其特征在于，所述掺杂石英光纤预制棒的掺杂元素包括铝；所述掺杂石英光纤预制棒的制备方法为改进型化学气相沉积法，所述改进型化学气相沉积法的沉积温度为1750~1900℃；包括以下步骤：
固定改进型化学气相沉积法的沉积温度；
步骤一和步骤二按照权利要求1~2任一项所述的获取方法进行，得到掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型；
步骤三、制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒：
利用改进型化学气相沉积法制备铝/稀土掺杂石英光纤预制棒，固定稀土化合物载气流量，将固定的稀土化合物载气流量代入所述掺杂石英光纤预制棒中掺稀土含量的标定模型中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值；
将所述铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺杂稀土含量计算值代入公式3中，得到铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量计算值；
公式3；
公式3中，C Al -铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中的掺铝含量，ppm；β-为铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中磷标定铝的标定系数，ppm/sccm；C Re -稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中的掺稀土含量，ppm；α-为稀土/磷掺杂石英光纤预制棒中磷标定稀土的标定系数，ppm/sccm；A为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的截距，ppm；B为三氯氧磷载气流量-掺磷含量曲线的斜率；为三氯氧磷的载气流量，sccm；所述α为0.017~0.019，所述β为11~12；
在所述固定稀土化合物载气流量的条件下，逐渐减小铝化合物载气流量，当铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中出现析晶条纹，此时的铝化合物载气流量即为掺铝含量计算值所需的铝化合物载气流量；
步骤四、改变稀土化合物载气流量，重复步骤三的操作，得到多个掺铝含量计算值分别对应所需的铝化合物载气流量；
步骤五、将所述铝化合物载气流量和对应的铝/稀土掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量计算值进行拟合，得到所述掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。
5.一种掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝化合物的载气流量代入模型中，得到掺杂石英光纤预制棒中掺铝含量；
所述模型为权利要求4所述的获取方法得到的掺杂石英光纤预制棒中铝含量的标定模型。
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