一种可承载高功率的掺Yb石英光纤及其制备方法技术

为了解决现有商用掺Yb石英光纤预制棒以及其制备方法存在的问题，本发明专利技术提供可承载高功率的掺Yb石英光纤及其制备方法，该光纤受激发射截面积大，荧光寿命强，石英基质中的分散性好。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80‑300；AlCl3：50‑150；Yb(thd)3：50‑200；Ce(thd)4：50‑200；Y(thd)3：50‑200；O2：300‑2500；He：300‑2500。或以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80‑300；AlCl3：50‑150；Yb(thd)3：50‑200；Ce(thd)4：50‑200；Y(thd)3：50‑200；SiF4：5‑50；O2：300‑2500；He：300‑2500。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光光纤材料制备领域，具体涉及一种可承载高功率的掺Yb石英光纤及其制备方法。
技术介绍
光纤激光器具有全固态、可靠性高、光束质量好、转换效率高、加热源分散、易于实现高功率输出等显著优点，被视为继灯泵固体激光器及半导体泵浦固体激光器之后的第三代激光器，在激光焊接、金属切割、激光医疗、汽车制造等民用领域以及激光雷达、激光测距、高能激光武器等国防领域有着重要应用前景。目前，光纤激光器发展的主要趋势之一是提高单纤的激光连续输出功率，即高功率光纤激光器。掺Yb石英光纤是高功率光纤激光器的战略制高点。而作为其核心器件，掺Yb石英光纤的整体性能主要取决于光纤预制棒的性能。所以要获得高性能光纤首要条件是制备出性能优良的光纤预制棒。商用掺Yb石英光纤预制棒的主要制备方法为改进型气相沉积(MCVD)结合溶液掺杂法。所谓溶液掺杂法是先在石英沉积管内壁沉积疏松层(沉积温度接近1300℃，主含量为SiO2，或根据光纤需要可共沉积GeO2或P2O5)，接着取下石英沉积管，竖直浸泡在含有稀土掺杂离子(引入源为稀土离子氯化物)和共掺杂离子的溶液中，长时间浸泡后掺杂离子进入疏松芯层。然后将沉积管装回沉积车床，经过干燥、烧结、缩棒等工序处理，最终得到实心的光纤预制棒。该种方法目前遇到了技术瓶颈：(1)疏松层颗粒分布一致性不易控制，直接影响到光纤预制棒中纤芯折射率的轴向分布；(2)预制棒纤芯直径较小，通常为1-2mm；(3)光纤芯包比<0.2；(4)稀土掺杂浓度较低；(5)不适合制备复杂结构的稀土掺杂光纤预制棒。同时由于溶液中含有大量羟基易提高光纤背景损耗，因此不利于光纤的高功率输出。MCVD结合稀土离子气相掺杂法中稀土离子引入源为稀土螯合物。相比于稀土离子氯化物(如：YbCl3等)而言，稀土螯合物(Re(thd)3)在200℃左右就具有比较高的蒸气压，且产生气相的设备较为简单，同时在传输过程中不易发生凝结，因此成就了Re(thd)3、AlCl3与SiCl4(GeCl4或POCl3)的共沉积。通过这一气相输送单元，稀土掺杂物直接在石英沉积管的内部靠近沉积区处加热，有利于增加沿预制棒长度方向掺杂物质的均匀性，因此制备的光纤预制棒折射率轴向分布均匀。而Y(thd)3作为共掺材料，目前主要用于提高Yb3+离子的分散性和其发射截面、荧光寿命，在全气相制备可承载高功率的掺Yb石英光纤中并未使用。
技术实现思路
为了解决现有商用掺Yb石英光纤预制棒以及其制备方法存在的问题，本专利技术提供可承载高功率的掺Yb石英光纤及其制备方法，该光纤受激发射截面积大，荧光寿命强，石英基质中的分散性好。本专利技术的具体技术解决方案如下：该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80-300；AlCl3：50-150；Yb(thd)3：50-200；Ce(thd)4：50-200；Y(thd)3：50-200；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：100-250；AlCl3：70-130；Yb(thd)3：70-180；Ce(thd)4：70-180；Y(thd)3：80-150；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：120-200；AlCl3：80-110；Yb(thd)3：80-150；Ce(thd)4：80-150；Y(thd)3：90-140；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：140-180；AlCl3：85-100；Yb(thd)3：100-130；Ce(thd)4：100-120；Y(thd)3：100-120；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80-300；AlCl3：50-150；Yb(thd)3：50-200；Ce(thd)4：50-200；Y(thd)3：50-200；SiF4：5-50；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：100-260；AlCl3：80-140；Yb(thd)3：80-180；Ce(thd)4：80-180；Y(thd)3：80-150；SiF4：10-35；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：120-220；AlCl3：90-130；Yb(thd)3：90-150；Ce(thd)4：100-150；Y(thd)3：100-140；SiF4：10-30；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：140-200；AlCl3：100-120；Yb(thd)3：100-130；Ce(thd)4：110-130；Y(thd)3：110-130；SiF4：10-20；O2：300-2500；He：300-2500。该可承载高功率的掺Yb石英光纤方法包括以下步骤：1】载气O2和He用于运输气相的SiCl4、AlCl3、Y(thd)3、Yb(thd)3、Ce(thd)4或SiCl4、AlCl3、Y(thd)3、Yb(thd)3、Ce(thd)4、SiF4进入以20-50r/min转速转
动的石英沉积管内,逐渐充满疏松体2】在1300℃-1500℃高温条件下进行沉积反应，石英沉积管内压差保持在40-90Pa，石英沉积管内的每层疏松体中稀土螯合物和Y(thd)3流量采用梯度变化，流量变化量不超过设定值的±1.5％，作为独立系统，稀土螯合物同时加热温度150-250℃；每沉积一层，加热体氢氧焰以100-200mm/min速度在沉积长度范围内正向移动，同时保持N2帘流量5-10sccm；沉积一层结束后，加热体氢氧焰以800～1500mm/min速度在沉积长度范围内反向移动；依次进行该过程，直到完成预定的沉积层数；3】沉积结束后，升高加热体氢氧焰到1800℃-1900℃，将沉积管内疏松体烧结为透明玻璃；然后在2050℃下将空心沉积管进行多次缩管，并缓慢调节管内压差使之从70Pa逐渐变化到30Pa，当空心管内直径达到预定尺寸时进行闭合工艺，此时加热体反向移动速度为5～20mm/min，空心沉积管内压差降低至20Pa；待空心预制棒变成实心玻璃棒后，对其进行火焰抛光处理。4】将制备的光纤预制棒冷加工成八边形，然后在高温石英拉丝塔上进行光纤拉制，拉丝温度：2050℃-2100℃，拉丝速度：3米/分钟～6米/分钟。经测试掺Yb石英光纤纤芯数值孔径0.056-0.081，单纤连续激光输出可达1000W-2000W。或采用如下可承载高功率的掺Yb石英光纤方法：1】载气O2和He用于运输气相的SiCl4、AlCl3、Y(thd)3、Yb(thd)3、Ce(thd)4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80‑300；AlCl3：50‑150；Yb(thd)3：50‑200；Ce(thd)4：50‑200；Y(thd)3：50‑200；O2：300‑2500；He：300‑2500。

【技术特征摘要】
1.一种可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80-300；AlCl3：50-150；Yb(thd)3：50-200；Ce(thd)4：50-200；Y(thd)3：50-200；O2：300-2500；He：300-2500。2.根据权利要求1所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：100-250；AlCl3：70-130；Yb(thd)3：70-180；Ce(thd)4：70-180；Y(thd)3：80-150；O2：300-2500；He：300-2500。3.根据权利要求2所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：120-200；AlCl3：80-110；Yb(thd)3：80-150；Ce(thd)4：80-150；Y(thd)3：90-140；O2：300-2500；He：300-2500。4.根据权利要求3所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：140-180；AlCl3：85-100；Yb(thd)3：100-130；Ce(thd)4：100-120；Y(thd)3：100-120；O2：300-2500；He：300-2500。5.根据权利要求1所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：80-300；AlCl3：50-150；Yb(thd)3：50-200；Ce(thd)4：50-200；Y(thd)3：50-200；SiF4：5-50；O2：300-2500；He：300-2500。6.根据权利要求5所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：100-260；AlCl3：80-140；Yb(thd)3：80-180；Ce(thd)4：80-180；Y(thd)3：80-150；SiF4：10-35；O2：300-2500；He：300-2500。7.根据权利要求6所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：120-220；AlCl3：90-130；Yb(thd)3：90-150；Ce(thd)4：100-150；Y(thd)3：100-140；SiF4：10-30；O2：300-2500；He：300-2500。8.根据权利要求7所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤，其特征在于，以流量(sccm)计其配方组分包括：SiCl4：140-200；AlCl3：100-120；Yb(thd)3：100-130；Ce(thd)4：110-130；Y(thd)3：110-130；SiF4：10-20；O2：300-2500；He：300-2500。9.一种制备如权利要求1至8任一所述的可承载高功率的掺Yb石英光纤方法，其特征在于，包括以下步骤：1】载气O2和H...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮楠，赵保银，侯超奇，郑锦坤，李超，高菘，常畅，李刚，高奇，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61