塑料光纤及其制备方法技术

一种具有芯－包层结构的光纤，其包括： 芯材料，其基本上由含有稀土成分的氟化塑料组成；和 包层材料，其不含有稀土成分，但基本上由折射率低于芯材料的氟化塑料组成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及塑料光纤，并且更具体而言，涉及含有稀土成分的氟化塑料光纤及用于制备塑料光纤的方法。
技术介绍
通常，稀土元素如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb在3+离子态，通过4f-4f电子跃迁而可以发射荧光。含有这些稀土元素的光纤由于受激发射效应可以放大输入的光信号。还有，如果对光纤两端的反射率进行适当地调整，这种光纤可以行使持续地产生受激发射的光纤激光的职责。在波长范围为1.3至1.4μm下，这个波长范围是具有代表性的用于光通讯的带宽，因为Pr3+、Nd3+、Dy3+和Tm3+发射荧光，Tm3+在波长范围为1.4至1.5μm发射荧光，而Er3+在波长范围为1.5至1.6μm发射荧光。但是，这种光纤放大器一般没有投入实际应用，因为在波长范围为1.3至1.4μm或1.4至1.5μm下，Pr3+，Nd3+，Dy3+在石英玻璃中发射荧光的效率差。由于这点，用将稀土元素加入到氟化基玻璃光纤的方法来制备常规的光纤放大器，由此改善荧光的发射效率。例如，在U.S.P.5,071,460和5,567,219中公开了关于此生产过程的详细资料。但是，氟化基玻璃光纤的化学稳定性和机械强度较差，因为它们的化学键容易因潮湿而断裂。此外，它们还有一个缺点，即氟化基玻璃光纤的透光率和光放大效率随着时间而迅速降低。具体而言，这种光纤在光纤间的连接处被迅速腐蚀，因为当从连接处除去外部的保护涂层时，这些连接处直接暴露在空气和潮湿之中。还注意到，将常规光纤开发用于吉比特以太网中，在局部地区通讯网络中吉比特以太网代替了铜线通讯。一般而言，塑料光纤在正常的温度范围下是化学稳定的并展示出出众的使用性能。但是，常规塑料光纤有一个缺点，即在红外区的应用受到限制，因为碳氢化合物(C-H)高聚物链结构吸收具有红外波长的光。因此，在本领域中有改进塑料光纤的需要。
技术实现思路
因而，本专利技术是要解决在现有技术中玻璃光纤发生的上述问题。本专利技术的目的在于提供，该光纤具有改进的化学稳定性，机械强度和耐热性。为了达成此目的，提供芯-包层结构的光纤，其中芯材料基本上由氟化塑料组成，该氟化塑料含有稀土成分，和包层材料不含有稀土成分，但基本上由折射率低于芯材料的氟化塑料组成。与上述的常规塑料光纤相反，当用作光纤时，具有碳-氟(C-F)键的氟化塑料很好地传送红外光并因此可以用于红外通讯。此外，当与现有的碳氢化合物基塑料相比时，氟化塑料应用范围更宽，因为它有相当出众的化学稳定性和可以在更宽温度范围内使用。具体而言，无定形的氟化塑料作为用于通讯的光纤来说是一种很有希望的材料，这归于其低的瑞利散射损失。TeflonTM和CytopTM是氟化塑料的实例。光纤还可以包括保护层，该保护层是在芯-包层结构的外表面上由聚合物形成的。根据本专利技术的另一方面，提供了制备塑料光纤的方法；该方法包括以下步骤将有氟化塑料粉末分散于其中的氟化溶剂和稀土成分加入到反应器中；通过对反应器内部抽真空来蒸发溶剂，同时加热和旋转反应器，然后固化氟化塑料的方法，形成芯预成型坯；将芯预成型坯装配在包层预成型坯的中心，该包层预成型坯不含有稀土成分，但基本上由折射率低于芯材料的氟化塑料组成；加热并软化前面步骤制备的氟化塑料预成型坯；和从软化的预成型坯中拉出光纤。根据本专利技术的另一方面，提供了用于制备塑料光纤的方法。该方法包括以下步骤混合氟化塑料粉末和稀土成分的粉末，并将混合后的粉末加入到压力容器中；通过加热和挤出混合粉末形成芯预成型坯；将芯预成型坯装配在包层预成型坯的中心，该包层预成型坯不含有稀土成分，但基本上由折射率低于芯材料的氟化塑料组成；加热并软化前面步骤制备的氟化塑料预成型坯；和从预成型坯中拉出光纤。附图说明从结合附图的下面的详细描述，本专利技术的上面和其它的目的、特征和优点将会更加清楚，其中图1所示为根据本专利技术一个实施方案的塑料光纤的横截面图；图2图示根据本专利技术一个实施方案制备塑料光纤的方法；图3图示根据本专利技术另一个实施方案制备塑料光纤的方法；和图4所示为根据本专利技术一个实施方案制备的光纤的荧光发射谱图。具体实施例方式本专利技术优选的实施方案将结合附图进行描述。在本专利技术下面的描述中，当并入其中的已知的功能和结构的详细描述可以使本专利技术的主题有点不清楚时，将省略对其进行详述。图1显示的是根据本专利技术一个实施方案的塑料光纤10的结构。塑料光纤10基本上形成为芯11和包层12的结构。也可以在它的外表面上提供保护层或防护层13，用于保护芯-包层结构的塑料光纤10不受空气和潮湿的影响。塑料光纤10使用含有稀土成分的氟化塑料作为芯的材料，和用基本上由不含稀土成分的连接-n-单体组成的、并且具有比芯材料低的折射率的聚合链作为包层材料。光纤10通过熔融和拉伸技术而制备。I、含有稀土成分的氟化塑料芯11 “稀土成分”包括下列组合A)至E)的任何一种A)(Y1-nLan)1-mLnmX3(m＝0.0001-1.0，n＝0-1.0)；B)(La1-mLnm)2S3(m＝0.0001-1.0)；C)(ZrF3-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)1-m(LnF3)m(m＝0.0001-0.1)；D)(InF3-GaF3-PbF2-CdF3)1-m(LnF3)m(m＝0.0001-0.1)；和E)(RX-GeS2-As2S3-Ga2S3)1-m(LnX3)m(m＝0.0001-0.1)。其中Ln是镧系金属成分，其包括Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Fr、Tm和Yb中的至少一种；R是碱金属成分，其包括Li、Na、K、Rb和Cs中的至少一种；X是卤素成分，其包括F、Cl、Br和I中的至少一种；和Sn是一种包括硫的成分。此外，稀土成分可以受限于氟化玻璃或硫化物玻璃的组成，其中加入的至少一种镧系元素的浓度为0.01-10％。在上述中，氟化塑料是由基本上由键合的-n-单体组成的聚合物链形成的。例如，此类氟化塑料可以是TeflonTM(AF、FEP、PFA、PFTF)、CytopTM等。II、围绕氟化塑料芯11的氟化塑料包层12包层12由一种聚合物链形成，该聚合物链基本上由不含稀土成分的键合的-n-单体组成，并具有比芯材料低0.01-10％的折射率。III、围绕氟化塑料光纤的聚合物涂层(即层13)当要求对氟化的光纤着色或保持光纤的直径时，聚合物涂层可以选择地使用。现在，将描述根据本专利技术的一个实施方案制备塑料光纤10的方法。图2图示根据本专利技术一个实施方案制备塑料光纤的方法。首先，颗粒直径分布为0.1至10μm的稀土成分的粉末按体积比0.01至0.1均匀地分散在氟化溶剂中(FluorinertTM)，其中在此溶剂中，将颗粒直径为0.1至10μm的氟化塑料粉末按体积比0.01至0.3分散(步骤201)。通过上述步骤制备的溶液加入到试管中，且试管以10至1000rpm的旋转速度旋转，并将其加热至100至300℃。其中旋转速度和温度对于溶液的粘度是可变的，然后将试管抽真空，以便将溶剂蒸发，并且将氟化塑料固化(步骤202)。当固化开始时，将试管的旋转速度降低和将试管的温度降低。近似地，旋转速度将(速率＜60rpm/min)降至0，且温度将(速率＜10℃/min)降至室温。此时，制备了棒状的氟化塑料预成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朴世镐，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：