一種鍺酸鹽玻璃複合光纖及其製備方法與流程
2024-03-04 15:21:15
本發明涉及光纖技術領域,特別涉及一種鍺酸鹽玻璃複合光纖及其製備方法。
背景技術:
光纖廣泛應用在通信領域,大幅方便了人們的生產生活。
光纖的強度,穩定性和可靠性對於光纖的工作質量起著至關重要的作用。現有技術中,中外波段的鍺酸鹽玻璃光纖的機械強度低和易用性、可操作性差,嚴重製約著其工作質量。
技術實現要素:
本發明提供一種鍺酸鹽玻璃複合光纖及其製備方法,解決了現有技術中中外波段的鍺酸鹽玻璃光纖的機械強度低和易用性、穩定性差的技術問題。
為解決上述技術問題,本發明提供了一種鍺酸鹽玻璃複合光纖,包括:光纖外包層、光纖內包層以及光纖纖芯;
所述光纖外包層採用鉛矽酸鹽玻璃;所述光纖內包層採用鍺鉛矽酸鹽玻璃;所述纖芯玻璃採用鍺鉛酸鹽玻璃。
進一步地,所述光纖纖芯玻璃的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:37%~57%,SiO2:3%~8%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
進一步地,所述光纖內包層玻璃的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:35%~55%,SiO2:5%~15%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
一種鍺酸鹽玻璃複合光纖製備方法,包括:
將鍺鉛酸鹽玻璃纖芯細棒插入鍺鉛矽酸鹽玻璃內包層套管中,並拉製成帶有包層玻璃的芯棒;
將所述帶包層芯棒插入鉛矽酸鹽玻璃外包層套管中,拉製成雙包層鍺鉛酸鹽玻璃複合光纖。
進一步地,所述鍺鉛酸鹽玻璃纖芯的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:37%~57%,SiO2:3%~8%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
進一步地,所述鍺鉛矽酸鹽玻璃內包層的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:35%~55%,SiO2:5%~15%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
進一步地,所述製備方法還包括:
將所述鍺鉛酸鹽玻璃纖芯細棒粗料經切割、打磨、拋光加工成表面光潔度為2級的纖芯預製棒。
進一步地,所述製備方法還包括:
將所述鍺鉛矽酸鹽玻璃內包層的粗料經切割、打磨、拋光成圓棒;
在所述圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套管;
將所述內包層套管的通孔進行拋光,再採用超聲波和酒精對加工好的內包層套套管的通孔進行充分清洗。
進一步地,所述製備方法還包括:
在所述鉛矽酸鹽玻璃外包層的粗料上製備用於容納所述帶包層芯棒的內腔,形成鉛矽酸鹽玻璃套管。
進一步地,所述製備方法還包括:
分別將光纖原材料放入鉑金中熔化,而後倒入經預熱的鋼模中,放入退火爐,在玻璃態轉化溫度點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫。
本申請實施例中提供的一個或多個技術方案,至少具有如下技術效果或優點:
本申請實施例中提供的鍺酸鹽玻璃複合光纖及其製備方法,針對鍺酸鹽玻璃脆性大、不易操作等特點,採用鉛矽酸鹽外包層,提高其機械性能,有利於鍺酸鹽光纖在中紅外波段的實際應用;複合光纖機械強度高,克服了一般鍺酸鹽玻璃光纖強度不高、易斷裂、環境穩定性低、不易操作與保存的問題,同時保留了鍺酸鹽玻璃良好的中紅外波段透過能力。降低材料成本,包層採用鉛矽玻璃,減少使用昂貴的GeO2原料;適用於中紅外傳輸光纖或增益光纖。同時,採用厚度遠大於內包層的鉛矽玻璃作為外包層材料,增強了光纖的機械強度,提高其易用性和可操作性。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供的光纖結構示意圖。
具體實施方式
本申請實施例通過提供一種鍺酸鹽玻璃複合光纖及其製備方法,解決了現有技術中中外波段的鍺酸鹽玻璃光纖的機械強度低和易用性、穩定性差的技術問題;達到了提升光纖強度和易用性的技術效果。
為了更好的理解上述技術方案,下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細說明,應當理解本發明實施例以及實施例中的具體特徵是對本申請技術方案的詳細的說明,而不是對本申請技術方案的限定,在不衝突的情況下,本申請實施例以及實施例中的技術特徵可以相互組合。
參見圖1,本發明實施例提供的一種鍺酸鹽玻璃複合光纖,包括:光纖外包層1、光纖內包層2以及光纖纖芯3。
所述光纖外包層採用鉛矽酸鹽玻璃;所述光纖內包層採用鍺鉛矽酸鹽玻璃;所述纖芯玻璃採用鍺鉛酸鹽玻璃。
具體來說,所述光纖纖芯玻璃的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:37%~57%,SiO2:3%~8%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
所述光纖內包層玻璃的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:35%~55%,SiO2:5%~15%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
基於上述結構本實施例還提出了製備方法。
一種鍺酸鹽玻璃複合光纖製備方法,包括:
將鍺鉛酸鹽玻璃纖芯細棒插入鍺鉛矽酸鹽玻璃內包層套管中,並拉製成帶有包層玻璃的芯棒;
將所述帶包層芯棒插入鉛矽酸鹽玻璃外包層套管中,拉製成雙包層鍺鉛酸鹽玻璃複合光纖。
其中,所述鍺鉛酸鹽玻璃纖芯的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:37%~57%,SiO2:3%~8%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
所述鍺鉛矽酸鹽玻璃內包層的組分按照摩爾百分比範圍是,
GeO2:35%~55%,SiO2:5%~15%,PbO:10%~30%,CaO:5%~15%,ZnO:5%~10%。
進一步地,所述製備方法還包括:
將所述鍺鉛酸鹽玻璃纖芯細棒粗料經切割、打磨、拋光加工成表面光潔度為2級的纖芯預製棒。
進一步地,所述製備方法還包括:
將所述鍺鉛矽酸鹽玻璃內包層的粗料經切割、打磨、拋光成圓棒;
在所述圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套管;
將所述內包層套管的通孔進行拋光,再採用超聲波和酒精對加工好的內包層套套管的通孔進行充分清洗。
進一步地,所述製備方法還包括:
在所述鉛矽酸鹽玻璃外包層的粗料上製備用於容納所述帶包層芯棒的內腔,形成鉛矽酸鹽玻璃套管。
進一步地,所述製備方法還包括:
分別將光纖原材料放入鉑金中熔化,而後倒入經預熱的鋼模中,放入退火爐,在玻璃態轉化溫度點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫。
下面將通過幾個實施方案介紹所述方法。
實施例一
鍺酸鹽玻璃的製備,按照摩爾百分比組分:
芯纖玻璃組分:37%GeO2,13%SiO2,30%PbO,15%CaO,5%ZnO。
內包層玻璃:35%GeO2,15%SiO2,30%PbO,15%CaO,5%ZnO。
按照摩爾百分比配料,並分別混合均勻。後放入鉑金中熔化,熔化溫度為1250℃,之後倒入已經預熱的鋼模中,放入退火爐,在Tg點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫;
將所選取的纖芯玻璃經切割、打磨、拋光加工成所需尺寸的圓形的纖芯預製棒,簡稱芯棒,該芯棒表面的光潔度為2級;將所選取的內包層玻璃經切割、打磨、拋光成圓棒,然後在該圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套棒,並對該內包層套棒的通孔進行拋光,再用超聲波和酒精對加工好的芯棒和內包層套棒的通孔進行充分清洗,將所述的芯棒插入所述的內包層套棒的通孔中,並保證兩者緊密接觸,形成預製棒。
將所述的預製棒拉製成6mm的圓細棒,包層數量為1,拉制溫度550℃。
選取鉛矽玻璃為外包層,製備出與所述的的圓細棒相匹配的小孔,形成鉛矽玻璃套管。
將所述的圓細棒插入所述的鉛矽玻璃套管中,組成複合玻璃光纖預製棒。
將所述的複合玻璃光纖預製棒拉製成光纖,光纖拉絲溫度範圍為550℃,光纖纖芯直徑為5μm,光纖外徑為125μm的鍺酸鹽玻璃複合光纖。
測試表明,該光纖在1310nm處的傳輸損耗為0.5dB/m。
實施例二
鍺酸鹽玻璃的製備,按照摩爾百分比組分:
芯纖玻璃組分:37%GeO2,13%SiO2,30%PbO,15%CaO,5%ZnO。
內包層玻璃:35%GeO2,15%SiO2,30%PbO,15%CaO,5%ZnO。
按照摩爾百分比配料,並分別混合均勻;然後放入鉑金中熔化,熔化溫度為1150℃,之後倒入已經預熱的鋼模中,放入退火爐,在Tg點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫;
芯層玻璃與包層玻璃製備方法完全相同。
將所選取的纖芯玻璃經切割、打磨、拋光加工成所需尺寸的圓形的纖芯預製棒,簡稱芯棒,該芯棒表面的光潔度為2級;將所選取的內包層玻璃經切割、打磨、拋光成圓棒,然後在該圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套棒,並對該內包層套棒的通孔進行拋光,再用超聲波和酒精對加工好的芯棒和內包層套棒的通孔進行充分清洗,將所述的芯棒插入所述的內包層套棒的通孔中,並保證兩者緊密接觸,形成預製棒。
將所述的預製棒拉製成6mm的圓細棒,包層數量為1,拉制溫度520℃。
選取鉛矽玻璃為外包層,製備出與所述的的圓細棒相匹配的小孔,形成鉛矽玻璃套管。
將所述的圓細棒插入所述的鉛矽玻璃套管中,組成複合玻璃光纖預製棒。
將所述的複合玻璃光纖預製棒拉製成光纖,光纖拉絲溫度範圍為520℃,光纖纖芯直徑為100μm,光纖外徑為2000μm的鍺酸鹽玻璃複合光纖。
經測試表明,該光纖在1310nm處的傳輸損耗為10dB/m。
實施例三
鍺酸鹽玻璃的製備,按照摩爾百分比組分:
芯纖玻璃組分:57%GeO2,3%SiO2,30%PbO,5%CaO,5%ZnO。
內包層玻璃:55%GeO2,5%SiO2,30%PbO,5%CaO,5%ZnO。
按照摩爾百分比配料,並分別混合均勻。
然後放入鉑金中熔化,熔化溫度為1200℃,之後倒入已經預熱的鋼模中,放入退火爐,在Tg點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫。
芯層玻璃與包層玻璃製備方法完全相同。
將所選取的纖芯玻璃經切割、打磨、拋光加工成所需尺寸的圓形的纖芯預製棒,簡稱芯棒,該芯棒表面的光潔度為2級;將所選取的內包層玻璃經切割、打磨、拋光成圓棒,然後在該圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套棒,並對該內包層套棒的通孔進行拋光,再用超聲波和酒精對加工好的芯棒和內包層套棒的通孔進行充分清洗,將所述的芯棒插入所述的內包層套棒的通孔中,並保證兩者緊密接觸,形成預製棒。
將所述的預製棒拉製成6mm的圓細棒,包層數量為1,拉制溫度580℃。
選取鉛矽玻璃為外包層,製備出與所述的的圓細棒相匹配的小孔,形成鉛矽玻璃套管。
將所述的圓細棒插入所述的鉛矽玻璃套管中,組成複合玻璃光纖預製棒。
將所述的複合玻璃光纖預製棒拉製成光纖,光纖拉絲溫度範圍為580℃,光纖纖芯直徑為5μm,光纖外徑為125μm的鍺酸鹽玻璃複合光纖。
測試表明,該光纖在1310nm處的傳輸損耗為0.5dB/m。
實施例四
鍺酸鹽玻璃的製備,按照摩爾百分比組分:
芯纖玻璃組分:57%GeO2,3%SiO2,30%PbO,5%CaO,5%ZnO。
內包層玻璃:55%GeO2,5%SiO2,30%PbO,5%CaO,5%ZnO。
按照摩爾百分比配料,並分別混合均勻。
然後放入鉑金中熔化,熔化溫度為1200℃,之後倒入已經預熱的鋼模中,放入退火爐,在Tg點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫。
芯層玻璃與包層玻璃製備方法完全相同。
將所選取的纖芯玻璃經切割、打磨、拋光加工成所需尺寸的圓形的纖芯預製棒,簡稱芯棒,該芯棒表面的光潔度為2級;將所選取的內包層玻璃經切割、打磨、拋光成圓棒,然後在該圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套棒,並對該內包層套棒的通孔進行拋光,再用超聲波和酒精對加工好的芯棒和內包層套棒的通孔進行充分清洗,將所述的芯棒插入所述的內包層套棒的通孔中,並保證兩者緊密接觸,形成預製棒。
將所述的預製棒拉製成6mm的圓細棒,包層數量為1,拉制溫度580℃。
選取鉛矽玻璃為外包層,製備出與所述的的圓細棒相匹配的小孔,形成鉛矽玻璃套管。
將所述的圓細棒插入所述的鉛矽玻璃套管中,組成複合玻璃光纖預製棒。
將所述的複合玻璃光纖預製棒拉製成光纖,光纖拉絲溫度範圍為580℃,光纖纖芯直徑為80μm,光纖外徑為2000μm的鍺酸鹽玻璃複合光纖。
測試表明,該光纖在1310nm處的傳輸損耗為10dB/m。
實施例五
鍺酸鹽玻璃的製備,按照摩爾百分比組分:
芯纖玻璃組分:57%GeO2,8%SiO2,10%PbO,15%CaO,10%ZnO。
內包層玻璃:55%GeO2,10%SiO2,10%PbO,15%CaO,10%ZnO。
按照摩爾百分比配料,並分別混合均勻。
然後放入鉑金中熔化,熔化溫度為1300℃,之後倒入已經預熱的鋼模中,放入退火爐,在Tg點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫。
芯層玻璃與包層玻璃製備方法完全相同。
將所選取的纖芯玻璃經切割、打磨、拋光加工成所需尺寸的圓形的纖芯預製棒,簡稱芯棒,該芯棒表面的光潔度為2級;將所選取的內包層玻璃經切割、打磨、拋光成圓棒,然後在該圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套棒,並對該內包層套棒的通孔進行拋光,再用超聲波和酒精對加工好的芯棒和內包層套棒的通孔進行充分清洗,將所述的芯棒插入所述的內包層套棒的通孔中,並保證兩者緊密接觸,形成預製棒。
將所述的預製棒拉製成6mm的圓細棒,包層數量為1,拉制溫度630℃。
選取鉛矽玻璃為外包層,製備出與所述的的圓細棒相匹配的小孔,形成鉛矽玻璃套管。
將所述的圓細棒插入所述的鉛矽玻璃套管中,組成複合玻璃光纖預製棒。
將所述的複合玻璃光纖預製棒拉製成光纖,光纖拉絲溫度範圍為630℃,光纖纖芯直徑為5μm,光纖外徑為125μm的鍺酸鹽玻璃複合光纖。
測試表明,該光纖在1310nm處的傳輸損耗為0.5dB/m。
實施例六
鍺酸鹽玻璃的製備,按照摩爾百分比組分:
芯纖玻璃組分:57%GeO2,8%SiO2,10%PbO,15%CaO,10%ZnO。
內包層玻璃:55%GeO2,10%SiO2,10%PbO,15%CaO,10%ZnO。
按照摩爾百分比配料,並分別混合均勻;
然後放入鉑金中熔化,熔化溫度為1300℃,之後倒入已經預熱的鋼模中,放入退火爐,在Tg點附近保溫7小時,然後以1℃/小時降至100℃,再關閉退火爐電源,令其自然冷卻至室溫。
芯層玻璃與包層玻璃製備方法完全相同。
將所選取的纖芯玻璃經切割、打磨、拋光加工成所需尺寸的圓形的纖芯預製棒,簡稱芯棒,該芯棒表面的光潔度為2級;將所選取的內包層玻璃經切割、打磨、拋光成圓棒,然後在該圓棒的軸向中心鑽通孔,該通孔的直徑與所述的芯棒的直徑相同,得到具有軸向中心通孔的內包層套棒,並對該內包層套棒的通孔進行拋光,再用超聲波和酒精對加工好的芯棒和內包層套棒的通孔進行充分清洗,將所述的芯棒插入所述的內包層套棒的通孔中,並保證兩者緊密接觸,形成預製棒。
將所述的預製棒拉製成6mm的圓細棒,包層數量為1,拉制溫度630℃。
選取鉛矽玻璃為外包層,製備出與所述的的圓細棒相匹配的小孔,形成鉛矽玻璃套管。
將所述的圓細棒插入所述的鉛矽玻璃套管中,組成複合玻璃光纖預製棒。
將所述的複合玻璃光纖預製棒拉製成光纖,光纖拉絲溫度範圍為630℃,光纖纖芯直徑為80μm,光纖外徑為2000μm的鍺酸鹽玻璃複合光纖。
測試表明,該光纖在1310nm處的傳輸損耗為10dB/m。
本申請實施例中提供的一個或多個技術方案,至少具有如下技術效果或優點:
本申請實施例中提供的鍺酸鹽玻璃複合光纖及其製備方法,針對鍺酸鹽玻璃脆性大、不易操作等特點,採用鉛矽酸鹽外包層,提高其機械性能,有利於鍺酸鹽光纖在中紅外波段的實際應用;複合光纖機械強度高,克服了一般鍺酸鹽玻璃光纖強度不高、易斷裂、環境穩定性低、不易操作與保存的問題,同時保留了鍺酸鹽玻璃良好的中紅外波段透過能力。降低材料成本,包層採用鉛矽玻璃,減少使用昂貴的GeO2原料;適用於中紅外傳輸光纖或增益光纖。同時,採用厚度遠大於內包層的鉛矽玻璃作為外包層材料,增強了光纖的機械強度,提高其易用性和可操作性。
最後所應說明的是,以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制,儘管參照實例對本發明進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發明技術方案的精神和範圍,其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。