光纖稀土摻雜預製件的製造方法
2023-06-03 17:12:36 2
專利名稱：光纖稀土摻雜預製件的製造方法
本申請要求美國的在先專利申請No 60/128，488的優先權，其發明名稱為「稀土摻雜預製件的製造方法」，申請日為1999年4月9日。
本發明涉及用作光纖雷射器，光纖放大器和超螢光光源的稀土摻雜的光纖。尤其涉及一種其芯摻雜了稀土元素和某些優選的共摻雜劑的預製件的製造方法。
當用特定波長的輻射激勵一個其芯摻雜了稀土離子的光纖時，該稀土離子吸收激發能量，隨後發出與該激勵輻射波長不同的輻射。稀土離子的這個性質已被用來製造光纖雷射器和放大器。通過在基質玻璃組成中摻雜選自稀土摻雜劑的合適成分，可在一個寬波長範圍內實現雷射轉換。包括Nd，Er，Yb，Ho，Pr，Eu，Ce，Dy，Sm，Tb，Gd，Pm和Tm的各種稀土離子已經顯示可提供有效的雷射作用。
現有技術中已經研製了多種在石英玻璃中摻雜稀土離子的方法。這些方法包括溶液-摻雜法(見例如Townsend et al.，「Solution doping technique forfabrication of rare earth doped fibers，」Electron.Lett.，23(7)329，1987；Tanaka，「Solution doping of a silica，」美國專利5，474，588；Tanaka，「Erbium-doped silica optical fiber preform，」美國專利5，526，459；Cognolato，「Method of fabricating optical fibers by solution doping，」美國專利5，047，076)，溶液-凝膠法(見例如DiGiovanni et al.，「A new opticalfiber fabrication technique using sol-gel dip coating，」Proceedings ofOFC，vol.4，paper WA2，1991)，氣溶膠法(見例如Morse et al.，「Aerosoltechniques for fiber core doping，」Proceedings of OFC，vol.4，paperWA3，1991)和汽相法(見例如Poole et al.，「Fabrication of low loss opticalfibers containing rare earth ions，」Electron.Lett.，21(17)737，1985；MacChesney et al.，「Multiconstituent optical fiber，」美國專利4，666，247；Tuminelli et al.，「Fabrication of high concentration rareearth doped optical fibers using chelates」J.Lightwave Tech.，8(11)1680，1990)。
已經知道，在芯中稀土離子附近摻雜某些改性劑或共摻雜劑，可以減少發出具有所需波長輻射的某些有害影響，提高將激發輻射轉換成具有所需波長輻射的高效轉換率。這些共摻雜劑包括但並不限制在Al，P，Ge和B。
儘管已經知道這些優選的共摻雜劑和它們在稀土離子附近存在的益處，但也沒有試圖將共摻雜劑優先送至稀土離子的附近。在傳統的摻雜方法中，該稀土元素和該優選的共摻雜劑均勻摻雜在預製件中，它們之間的相互位置關係一般依賴於自然擴散過程，該過程發生在凝聚相中，因而進行得很慢。另外，儘管稀土元素和優選的共摻雜劑必須具有一定的最低濃度以顯示它們的有效作用，但是還沒有能夠分別控制預製件中每種元素的最終濃度以使它們的效果達到最大的方法。例如，在現有技術中，可以通過在用來形成菸灰層(sootlayer即微粒層)的SiCl4氣流中加入POCl3(或BCl3)進行P(或B)的摻雜。這種方法給孔隙率和由此產生的菸灰量帶來了嚴格的限制，並因此影響了稀土和共摻雜劑能夠摻雜的量。當P(或B)摻雜的菸灰被沉積時，該菸灰傾向於在低溫下燒結。這種燒結降低了菸灰的孔隙率，並且因此降低了菸灰吸收該稀土和共摻雜化合物溶液的能力。該菸灰沉積的溫度可以降低以提高孔隙率。但是發現，要使P達到所需量，沉積溫度必須降低至菸灰停止生成的溫度。因此，現有技術的方法不能使稀土元素和共摻雜劑分別摻雜至所需的高水平。
本發明提供一種製造光纖稀土摻雜預製件的製造方法。
根據本發明的一方面，在沉積溫度下將一個多孔二氧化矽菸灰層沉積在二氧化矽基的襯底管的內表面。多孔二氧化矽菸灰層浸泡在至少含有一種稀土元素和一種共摻雜劑元素的浸泡溶液中，使該共摻雜劑元素優先送至多孔二氧化矽菸灰層上稀土元素附近。在較高溫度下用氯氣和惰性氣體流乾燥多孔二氧化矽菸灰層，以除去浸泡溶液。稀土元素和共摻雜劑元素在氧化溫度被氧化，形成稀土元素氧化物和共摻雜元素氧化物。最後，將多孔二氧化矽菸灰層燒結成為玻璃層。
該多孔二氧化矽菸灰層是通過改性化學汽相沉積工藝被沉積的，沉積溫度為約1300℃至約1800℃，優選約1600℃。該稀土元素的原子序數為57至71，例如Yb，Nd和Er。稀土元素以例如氯化物或硝酸鹽等能夠用水或醇溶解的形式被採用，以便製成浸泡溶液。在優選實施例中，使用的稀土氯化物是YbCl36H2O，NdCl36H2O或ErCl36H2O。共摻雜劑元素用來改善該稀土元素的溶解性或改變該多孔二氧化矽菸灰層的聲子能。該共摻雜元素包括Al，P，Ge和B，優選的是在鋁罐中的可溶化合物形式例如氯化物。浸泡步驟的持續時間應足夠長以使該多孔二氧化矽菸灰層中的浸泡溶液達到飽和量。一般的持續時間至少為0.5小時，優選為約1小時。在優選實施例中，該多孔二氧化矽菸灰層，首先用惰性氣流乾燥，隨後用氯和惰性氣流在高溫乾燥，除去浸泡溶液。第一乾燥步驟持續時間為約0.5小時至約1小時。第二乾燥步驟的溫度為600℃至1200℃，優選800℃-1000℃。氧化溫度為600℃至1000℃。
在優選實施例中，在所述燒結步驟，第二種共摻雜劑前體和氧的混合物流過該多孔二氧化矽菸灰層。該第二種共摻雜劑前體是選自POCl3，GeCl4和BCl3的氯化物。該燒結步驟在約1500℃至約2000℃進行，優選的溫度約為1800℃。
根據本發明的另一方面，一個多孔二氧化矽菸灰層在沉積溫度下沉積在二氧化矽基的襯底管的內表面。多孔二氧化矽菸灰層浸泡在至少含有一種稀土元素的浸泡溶液中。在較高溫度用氯氣和惰性氣體流乾燥該多孔二氧化矽菸灰層，以除去該浸泡溶液。稀土元素在氧化溫度被氧化，形成稀土元素氧化物。多孔二氧化矽菸灰層與共摻雜劑前體和氧的混合物一起燒結，其中共摻雜劑前體變為共摻雜劑氧化物，它被優先送至該多孔二氧化矽菸灰層上的稀土氧化物的附近。
多孔二氧化矽菸灰層是通過改性化學汽相沉積工藝被沉積的，沉積溫度為約1300℃至約1800℃，優選約1600℃。稀土元素的原子序數為57至71，例如Yb，Nd和Er。稀土元素以可溶的化合物形式使用，例如氯化物或硝酸鹽。在優選實施例中使用的稀土氯化物是YbCl36H2O，NdCl36H2O或ErCl36H2O。浸泡步驟的持續時間應足夠長以使多孔二氧化矽菸灰層中的該浸漬溶液達到飽和量。一般的持續時間至少為0.5小時，優選為約1小時。在優選實施例中，多孔二氧化矽菸灰層首先用惰性氣流乾燥，隨後用氯和惰性氣流在高溫乾燥，以除去浸泡溶液。第一乾燥步驟持續時間為約0.5小時至約1小時。第二乾燥步驟的溫度為600℃至1200℃，優選800℃-1000℃。氧化溫度為600℃至1000℃。共摻雜劑前體是選自POCl3，GeCl4和BCl3的氯化物。共摻雜劑元素用來改善稀土元素的溶解性或改善多孔二氧化矽菸灰層的聲子能。燒結步驟在約1500℃至約2000℃進行，優選的溫度約為1800℃。
在優選實施例中，浸漬溶液還包括一共摻雜劑元素，以進一步提高該稀土元素的溶解性。該共摻雜元素包括Al，P，Ge和B，優選是可溶在水或醇中的化合物形式例如氯化物。
附
圖1是根據本發明的多孔二氧化矽菸灰層的沉積示意圖。
附圖2是根據本發明的多孔二氧化矽菸灰層的溶液浸泡示意圖。
附圖3是根據本發明的二氧化矽菸灰層中的稀土元素和共摻雜劑的氧化示意圖。
附圖4是根據本發明的二氧化矽菸灰層的燒結過程示意圖。
本發明公開了一種將所需共摻雜劑優先送至稀土離子附近的方法，以實現高效能量轉換。本發明也可以實現稀土元素濃度和那些優選的共摻雜劑濃度的分別控制，使摻雜劑高水平的摻雜變得更容易，從而進一步提高能量轉換效率。通過將二氧化矽菸灰沉積步驟與摻雜劑摻雜步驟分開，可以實現上述優點，使得純二氧化矽的沉積產生優秀的孔隙率，由此進而可以摻雜大量的摻雜劑和共摻雜劑。
本發明公開了一種製造用於光纖的稀土摻雜預製件的方法。通過改進的化學汽相沉積(MCVD)工藝，在二氧化矽基的襯底管內表面上沉積具有高孔隙率的二氧化矽菸灰層，沉積溫度應足夠高以產生二氧化矽菸灰，但也應當足夠低以避免菸灰在二氧化矽基的襯底管內燒結。然後將該二氧化矽基的襯底管在包括稀土元素和共摻雜劑的溶液中浸泡。排去多餘的溶液，將該二氧化矽基的襯底管首先用惰性氣流乾燥，隨後用氯和惰性氣流在高溫乾燥。然後將稀土元素和共摻雜劑在氧分壓下氧化，其氧化溫度應該足夠高以克服氧化反應的動力學限制。最後，在燒結溫度第二種共摻雜劑的氯化物與氧的混合物流過該菸灰層使其密實化，在該燒結溫度下，該第二種共摻雜劑與氧反應生成共摻雜劑的氧化物，它被送至沉積在二氧化矽菸灰層中的稀土元素的周圍。在本發明的這個方法中，一種或多種稀土元素和包括但不限於Ge，Al，P和/或B的優選的共摻雜劑—起摻雜，以增強稀土離子的性能。其它的摻雜劑也可以與優選的摻雜劑一同使用，以改進芯的折射率。
本發明現在參考附圖進行更詳細的描述。在第一個步驟，通過附圖1所示的MCVD工藝在二氧化矽基的襯底管內表面沉積二氧化矽菸灰層，沉積條件應避免使二氧化矽菸灰層燒結成玻璃層。並且二氧化矽菸灰層的沉積方式應使其具有較高孔隙率(即低密度)，以使隨後的摻雜溶液可以滲透進該二氧化矽菸灰層。存在著一個合適的菸灰密度範圍。如果菸灰密度過低，二氧化矽菸灰層就不具有足夠的強度以承受隨後的溶液浸泡步驟，並傾向於剝落。另一方面，如果菸灰密度過高，二氧化矽菸灰層就不能使浸泡溶液滲透進整個層中，這將導致淺表的均勻摻雜。因此，菸灰密度是控制最終產品摻雜劑濃度的一個重要參數一個用來改變菸灰密度的工藝參數是沉積溫度。菸灰沉積溫度越高，燒結程度越高，菸灰密度也越高。本發明的沉積溫度一般為約1300℃至約1800℃，優選約1600℃。
然後有多孔二氧化矽菸灰層的二氧化矽基的襯底管如附圖2所示浸入含有稀土化合物的預先混合溶液中。為製備含有稀土的溶液，將一種或多種包括但不限於氯化物和硝酸鹽的稀土化合物溶解在水或醇溶液中。在原子序數57至71的稀土元素中，Yb，Nd和Er是本發明中最常用的稀土元素。例如單獨或將這些元素的氯化物(或這些元素的其它可密化合物)，YbCl36H2O，NdCl36H2O和ErCl36H2O一起按濃度約為0.1-30g/L溶解在乙醇(或其它醇或水)中。
包括但不限於Ge，Al，P和/或B的優選的共摻雜劑被送至稀土元素的附近。添加這些共摻雜劑是很關鍵的，它們可以改善一般在石英玻璃中混溶受到限制的稀土離子的溶解性，和/或改善該玻璃局部的聲子能。在一個實施例中，通過在含有稀土化合物的水溶液或醇溶液中，按約0.5-200g/L的濃度溶解例如AlCl36H2O或Al(NO3)39H2O的可水溶或醇溶的化合物，可以進行鋁的共摻雜。
襯底管的浸泡持續時間應足夠長以使該多孔二氧化矽菸灰層中的浸泡溶液達到飽和量。一般的持續時間至少為0.5小時，優選為1小時。浸泡的時間可以改變，由此使二氧化矽菸灰層中摻雜劑的濃度不同。
二氧化矽菸灰層中的浸漬溶液飽和後，排去多餘的溶液，將二氧化矽菸灰層首先用例如氮氣的惰性氣流乾燥，隨後用氯和惰性氣流在高溫乾燥。該高溫為600℃至1200℃，優選800℃-1000℃。當以醇為溶液時，如果不進行該步驟，在隨後的氧化步驟中醇可能會燃燒，並在預製件中留下碳殘餘物。第一乾燥步驟的持續時間一般為約0.5-1小時。但這取決於二氧化矽菸灰層的厚度，密度以及溶液所使用的醇的類型。現在菸灰與稀土元素和共摻雜劑—起浸泡，後者已經優先位於前者的附近。其它的稀土元素可以採用類似的方法與優選的共摻雜劑一同摻雜。
隨著醇的揮發，稀土和稀土氯化物保留在多孔二氧化矽菸灰層的孔中。在菸灰層燒結之前這些氯化物需要進行氧化。可以通過附圖3所示的氧化步驟進行。將襯底管安裝在MCVD車床上，並在一大氣壓的氧分壓下進行氧化。稀土和共摻雜劑的氯化物的氧化可以在相當低的溫度下進行。但是需要保持一定的最低氧化溫度以克服任何的動力學限制。一般的氧化溫度範圍在約600℃至1000℃。應當注意氧化溫度不應過高。這些氯化物的蒸汽壓明顯高於其氧化物，在氧化步驟中可以揮發損失。採用儘可能低的氧化溫度可以使這種揮發降低至最低程度。
其它共摻雜劑可以在燒結步驟中摻雜在該二氧化矽菸灰層中，在該燒結步驟中，其菸灰粒子塗布了稀土和共摻雜劑氧化物的多孔菸灰層燒結成玻璃層，以形成光纖預製件。在如附圖4所示的流動的氣態的共摻雜劑前體和氧的混合物中進行該燒結步驟(也稱菸灰密實化)。該氣態的共摻雜劑前體可以是氯化物。例如，在最佳實施例中使用POCl3，和/或GeCl4和/或BCl3。載氣流過POCl3鼓泡器，並保持在約5-300sccm之間。在另一個實施例中，可以通過在燒結中使用AlCl3和氧的混合氣流，而不是含有鋁化合物的浸泡溶液，來進行鋁的摻雜。其燒結溫度約為1500℃至約2000℃，優選約為1800℃。在燒結溫度下，POCl3(和/或GeCl4和/或BCl3)與氧反應生成P2O5(和/或GeO2和/或B2O3)。在該多孔層密實化成為緻密的玻璃層之前，這些氧化物再一次被送至稀土元素附近。用這種方法製成的預製件具有傳送至稀土元素的附近的優選的共摻雜劑。
這種共摻雜劑的傳送方法也可以消除對共摻雜劑在玻璃中摻雜量的限制。該共摻雜劑的所需量取決於光纖中所需的稀土元素的濃度。如果稀土元素周圍的局部環境適宜，那麼該濃廢越大，能提供所需能量轉換的光纖的長度越短。為了確保稀土元素有好的局部環境，當稀土元素的濃度提高時，優選的共摻雜劑的濃度應當更高。
當以鋁為共摻雜劑時，可以採用例如在浸泡溶液中溶解額外量的鋁化合物的方法來提高在菸灰層中鋁的濃度。但是，超過一定濃度以後，鋁開始以微晶態從菸灰層中分離(反玻璃化)，並產生散射。如果在預製件中同時摻雜P可以避免這一點。因此，共摻雜較高量的P是必須的，它不僅能改善在玻璃中稀土離子的性能，也能確保可以高水平的摻雜Al而不會導致反玻璃化。
在密實化步驟之後，該預製件將縮陷威為標準的MCVD預製件。應該調整縮陷溫度以使芯的不圓性最小，並可提高至約2300℃。預製件縮陷採用高溫會在摻雜劑通過滷化作用而揮發方面帶來明顯的問題。這會在摻雜劑分布方面導致明顯的徑向不均勻。可以採用現有技術中已知的方法對這種摻雜劑的揮發進行抑制。
本發明將從下面的實施例當中得到更好的理解。
實施例1鐿(Yb)摻雜的預製件在1300℃-1800℃的溫度範圍之間沉積一二氧化矽菸灰層，優選的沉積溫度為1600℃。將YbCl36H2O和AlCl36H2O(或其它Yb和Al的可溶化合物)溶解在乙醇(或其它醇或水)中製備浸泡溶液，濃度分別為0.5-30g/L之間，優選為10g/L，以及0.5-150g/L之間，優選為40g/L。將菸灰層浸泡在該溶液中，隨後優選在氯氣氛中乾燥。YbCl3·6H2O和AlCl3·6H2O在菸灰層上氧化。然後，該菸灰層在POCl3環境中在1500℃-2000℃的溫度範圍之間燒結，優選燒結溫度為1800℃。載氣流過POCl3鼓泡器，並保持流量在5-200sccm之間，優選在60sccm輸送POCl3。由該預製件製成的光纖其數值孔徑在0.07-0.25之間，一般為0.1，其芯的直徑為3-11μm之間，一般為8.0μm。拉伸該預製件，由此該光纖可以用可被Yb離子吸收的適合的激發輻射進行芯激勵或包層激勵。在一個實施例中該激發波長是915nm。如此製成的光纖具有接近理論值的量子效率。
實施例2釹(Nd)摻雜的預製件在1300℃-1800℃的溫度範圍之間沉積一二氧化矽菸灰層，優選的沉積溫度為1600℃。將NdCl36H2O和AlCl36H2O(或其它Nd和Al的可溶化合物)溶解在乙醇(或其它醇或水)中製備浸泡溶液，濃度分別為0.5-30g/L之間，優選為7g/L，以及0.5-150g/L之間，優選為27g/L。該菸灰層曼泡在該溶液中，隨後優選在氯氣氛圍中乾燥。NdCl3·6H2O和AlCl3·6H2O被氧化。然後，該菸灰層在POCl3環境中在1600℃-2000℃的溫度範圍之間燒結，優選燒結溫度為1800℃。載氣流過POCl3鼓泡器，並保持流量在5-300sccm之間，優選在45sccm輸送POCl3。由該預製件製成的光纖其數值孔徑在0.07-0.25之間，一般為0.1，其芯的直徑為3-10μm之間，一般為6.5μm。拉伸該預製件，由此光纖可以用可被Nd離子吸收的適合的激發輻射進行芯激勵或包層激勵。在一個實施例中該激發波長是834nm。如此製成的光纖具有接近理論值的量子效率。
實施例3鉺(Er)摻雜的預製件在1300℃-1800℃的溫度範圍之間沉積一二氧化矽菸灰層，優選的沉積溫度為1600℃。將ErCl36H2O和AlCl36H2O(或其它Er和Al的可溶化合物)溶解在乙醇(或其它醇或水)中製備浸泡溶液，濃度分別為0.1-3g/L之間，優選為0.5g/L，以及5-200g/L之間，優選為100g/L。該菸灰層浸泡在該溶液中，隨後優選在氯氣氛圍中乾燥。ErCl36H2O和AlCl36H2O被氧化。然後，該菸灰層在POCl3和/或GeCl4環境中在1500℃-2000℃的溫度範圍之間燒結。載氣流過POCl3和/或GeCl4鼓泡器，並分別保持流量在5-150sccm之間，優選在40sccm，以及保持流量在0-300sccm之間，優選在60sccm，輸送POCl3和GeCl4。由該預製件製成的光纖其數值孔徑在0.13-0.35之間，一般為0.2，其芯的直徑為2-9μm之間，一般為3.4μm。拉伸該預製件，由此該光纖可以用可被Er離子吸收的適合的激發輻射進行芯激勵。在一個實施例當中該激發波長是980nm或1480nm。如此製成的光纖具有接近理論值的量子效率。
實施例4鉺/鐿(Er/Yb)共摻雜的預製件本發明的方法也可用來製造其芯摻雜有多於一種稀土摻雜劑的預製件。這種稀土元素的共摻雜可以用於新的激發方法，並可減少直接激發某些稀土離子的困難。在這種方法中第一種稀土離子與容易吸收激發輻射的第二種稀土離子共摻雜。該共摻雜的光纖用容易被第二種稀土離子吸收的輻射激發。第二種稀土離子將該能量轉換為容易被第一種稀土離子吸收的輻射，由此第一種稀土離子發出用於雷射作用或信號放大所需的輻射。如果兩種稀土離子的比例適合，以及具有合適的基底玻璃組成，可以製成有效的光纖雷射器/放大器。這樣的一種例子是Er/Yb共摻雜的光纖。
在1300℃-1800℃的溫度範圍之間沉積一二氧化矽菸灰層，優選的沉積溫度為1600℃。將YbCl36H2O，ErCl36H2O和AlCl36H2O(或其它Yb，Er和Al的可溶化合物)溶解在乙醇(或其它醇或水)中製備浸泡溶液，濃度分別為0.5-30g/L之間，優選為10g/L，以及0.05-3g/L之間，優選為0.5g/L，和0.5-15g/L之間，優選為30g/L。YbCl36H2O，ErCl36H2O和AlCl36H2O被氧化。菸灰層浸泡在該溶液中，隨後優選在氯氣氛圍中乾燥。然後，菸灰層在POCl3環境中在1500℃-2000℃的溫度範圍之間燒結，優選燒結溫度為1800℃。載氣流過POCl3鼓泡器，並保持流量在5-300sccm之間，優選在60sccm輸送POCl3。由該預製件製成的光纖其數值孔徑在0.07-0.25之間，一般為0.12，其芯的直徑為3-11μm之間，—般為6.0μm。拉制該預製件，由此該光纖可以用可被Yb離子吸收的適合的激發輻射進行芯激勵或包層激勵。在一個實施例中該激發波長是1064nm。如此製成的光纖具有良好的量子效率。
為了闡明和描述本發明，提供了本發明的最佳實施例的如上描述。但並不意味著前述公開的形式窮盡了或限制了本發明。顯而易見，對於本領域的普通技術人員來講，可以有許多的改進和變動。這些實施例是經過選擇的，並加以描述以便最好地解釋本發明的原理和它的實際應用，以使本領域的技術人員理解；為了適合具體的用途，本發明可以有各種的實施例和各種的改動。本發明的範圍將由以下的權利要求和它們的等同物限定。
權利要求
1.一種製造光纖稀土摻雜預製件的方法，包括以下步驟在沉積溫度下在二氧化矽基的襯底管的內表面沉積一個多孔二氧化矽菸灰層；將該多孔二氧化矽菸灰層浸泡在至少含有一種稀土元素和一種共摻雜劑元素的浸泡溶液中，使該共摻雜劑元素優先送至該多孔二氧化矽菸灰層中所述稀土元素附近；在乾燥溫度用氯氣和惰性氣體流乾燥該多孔二氧化矽菸灰層，除去該浸泡溶液；在氧化溫度氧化所述稀土元素和所述共摻雜劑元素，形成稀土元素氧化物和共摻雜劑元素氧化物；和燒結所述多孔二氧化矽菸灰層成為玻璃層。
2.根據利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中採用改進的化學汽相沉積工藝沉積所述多孔二氧化矽菸灰層。
3.根據利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述沉積溫度範圍在約1300℃-約1800℃。
4.如權利要求3的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述沉積溫度約為1600℃。
5.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土元素原子序數為57-71。
6.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土元素選自Yb，Nd和Er中的一種。
7.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土元素是可水溶或可醇溶的化合物的形式。
8.如權利要求7的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土化合物是氯化物。
9.如權利要求8的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土氯化物是選自YbCl36H2O，NdCl36H2O和ErCl36H2O中的一種。
10.如權利要求7的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土化合物是硝酸鹽。
11.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑元素是用來改善所述稀土元素的溶解性的。
12.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑元素是用來改善所述二氧化矽菸灰層的聲子能的。
13.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑元素選自Al，P，Ge和B中的一種。
14.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑元素是可水溶或可醇溶的化合物的形式。
15.如權利要求14的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑化合物是AlCl36H2O。
16.如權利要求14的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑化合物是Al(NO3)39H2O。
17.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡步驟的持續時間應當足夠長，以使所述多孔二氧化矽菸灰層中的所述浸泡溶液達到飽和量。
18.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡步驟的持續時間至少為0．5小時。
19.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡步驟的持續時間約為1小時。
20.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述乾燥溫度範圍為600℃-1200℃。
21.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述乾燥溫度範圍為800℃-1000℃。
22.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述乾燥步驟還包括用惰性氣流初步乾燥所述多孔二氧化矽菸灰層的步驟。
23.如權利要求22的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述初步乾燥步驟的持續時間為約0.5-約1小時。
24.如權利要求22的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述惰性氣體是氮氣。
25.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述氧化溫度在600℃-1000℃之間。
26.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中在所述燒結步驟第二種共摻雜劑前體與氧的混合物流過所述多孔二氧化矽菸灰層。
27.如權利要求26的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述第二種共摻雜劑前體是選自POCl3，GeCl4和BCl3的氯化物。
28.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述燒結步驟在約1500℃-約2000℃之間進行。
29.如權利要求1的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述燒結步驟在約1800℃進行。
30.一種製造光纖稀土摻雜預製件的方法，包括以下步驟在沉積溫度下在二氧化矽基的襯底管的內表面沉積一個多孔二氧化矽菸灰層；將該多孔的二氧化矽菸灰層浸泡在至少含有一種稀土元素的浸泡溶液中；在乾燥溫度用氯氣和惰性氣流乾燥該多孔二氧化矽菸灰層，除去該浸泡溶液；在氧化溫度氧化所述稀土元素；和採用共摻雜劑前體和氧的混合物，燒結所述多孔二氧化矽菸灰層成為玻璃層，其中形成共摻雜元素的氧化物，並被優先送至所述多孔二氧化矽菸灰層上的所述稀土氧化物附近。
31.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中採用改進的化學汽相沉積工藝沉積所述多孔二氧化矽菸灰層。
32.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述沉積溫度範圍在約1300℃-約1800℃。
33.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述沉積溫度約為1600℃。
34.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土元素原子序數為57-71。
35.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土元素選自Yb，Nd和Er中的一種。
36.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土元素是可水溶或可醇溶的化合物的形式。
37.如權利要求36的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土化合物是氯化物。
38.如權利要求37的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土氯化物是選自YbCl36H2O，NdCl36H2O和ErCl36H2O中的一種。
39.如權利要求36的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述稀土化合物是硝酸鹽。
40.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡溶液還包括一共摻雜劑元素。
41.如權利要求40的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑元素選自Al，P，Ge和B中的一種。
42.如權利要求40的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑元素是可水溶或可醇溶的化合物的形式。
43.如權利要求42的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑化合物是AlCl36H2O。
44.如權利要求42的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑化合物是Al(NO3)39H2O。
45.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡步驟的持續時間應當足夠長，以使所述多孔二氧化矽菸灰層中的所述浸泡溶液達到飽和量。
46.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡步驟的持續時間至少為0.5小時。
47.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述浸泡步驟的持續時間約為1小時。
48.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述乾燥溫度範圍為600℃-1200℃。
49.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述乾燥溫度範圍為800℃-1000℃。
50.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述乾燥步驟還包括用惰性氣流初步乾燥所述多孔二氧化矽菸灰層的步驟。
51.如權利要求50的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述初步乾燥步驟的持續時間為約0.5-約1小時。
52.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述氧化溫度在600℃-1000℃之間。
53.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑前體是選自POCl3，GeCl4和BCl3的氯化物。
54.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑前體是用來改善所述稀土元素的溶解性的。
55.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述共摻雜劑前體是用來改善所述二氧化矽菸灰層的聲子能的。
56.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述燒結步驟在約1500℃-約2000℃之間進行。
57.如權利要求30的製造光纖稀土摻雜預製件的方法，其中所述燒結步驟在約1800℃進行。
全文摘要
公開了製造光纖稀土摻雜預製件的方法。通過改進化學汽相沉積工藝在可產生二氧化矽菸灰但也可避免其燒結的溫度下在二氧化矽基襯底管內表面沉積高孔隙率二氧化矽菸灰層。然後將該襯底管在包括稀土元素和共摻雜劑的溶液中浸泡。排去溶液,用氯和惰性氣流高溫乾燥。然後氧化稀土元素和共摻雜劑。最後,第二種共摻雜劑氯化物與氧在燒結溫度流過菸灰層使其密實化,該溫度下,該共摻雜劑氧化成氧化物並被送至菸灰層中稀土元素周圍。稀土元素和優選共摻雜劑一起摻雜可增強稀土離子性能。其它摻雜劑也可同時使用以改進芯的折射率。
文檔編號C03B37/018GK1287979SQ0012009
公開日2001年3月21日 申請日期2000年4月7日 優先權日1999年4月9日
發明者K·坦卡拉 申請人:斯佩克特恩公司