高光敏性低弹性模量的光学玻璃及其制备方法和应用技术

本发明专利技术是关于一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃及其制备方法和应用。以质量百分含量计，所述光学玻璃包括：50～60％SiO2，9～10％B2O3，0～7％Ge2O3，4～7％Al2O3，5～12％PbO，5～10％BaO，5～6％K2O，4～6％Na2O；其中，B2O3和Al2O3的含量之和≤16％；B2O3和PbO的含量之和≤22％；SiO2和Ge2O3的含量之和≤62％；以摩尔含量计，Na2O和K2O的含量之和与B2O3含量之比为0.9～1.4；Na2O与K2O含量之和，减去Al2O3含量，其差值与B2O3含量之比为0.4～0.8。本发明专利技术所要解决的技术问题是如何提高光学玻璃的光敏性、降低光学玻璃的弹性模量，使其光敏性为5

【技术实现步骤摘要】
高光敏性低弹性模量的光学玻璃及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光学玻璃制造
，特别是涉及一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光纤光栅具有高灵敏度、高精度、低损耗、易于分布式测量、低功耗、轻量化等显著优势，成为光纤传感、光纤激光和光纤通信等领域的关键器件，在航空航天、船舶重工、石油电力、国防安全、高铁与轨道交通、桥梁与土木工程等领域广泛应用，在各类高端装备传感控制和重大基础设施健康监测等方面发挥着重要作用，是实现光电探测感知、提升装备性能、保障关键结构安全的关键性技术。
[0003]根据光纤光栅的工作原理，光敏性和光纤形变是决定光纤光栅的测试精度和灵敏度的重要因素，由高光敏性低弹性模量玻璃制备的光纤材料刻写光栅后能够实现高精度、高灵敏度加速度、压力、形变、温度等测量。
[0004]现有光纤光栅传感技术中，主要使用以石英玻璃为纤芯的光纤材料。由于石英玻璃的本征光敏性很小，约在10
‑5数量级，且其弹性模量高，约为73Gpa，形变量较小。
[0005]也有研究报道，通过对石英玻璃采取掺入少量Ge/B元素、载氢增敏、高温热处理等方法，虽然可以在一定程度上提高石英基光纤的紫外光敏性，但是其光敏性也仅能达到5
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‑5的水平；通过Ge/B共掺虽然可以降低石英玻璃材料的弹性模量，但是其弹性模量的调整范围较小，最低时既能达到72.5Gpa的水平，依然难以满足光纤光栅的应用需求。
[0006]同时，石英基光纤还存在光敏性不足、高温下光敏性退化、光纤预制棒制备困难、成本高等问题，无法满足高灵敏度、高精度、高稳定性光纤传感的应用需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于，提供一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提高光学玻璃的光敏性、降低光学玻璃的弹性模量，使其光敏性为5
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‑3～10
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‑3，弹性模量为60～70GPa，且光学玻璃的综合性能良好，从而更加适于实用。
[0008]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃，以质量百分含量计，其包括：50～60％ SiO2，9～10％ B2O3，0～7％ Ge2O3，4～7％ Al2O3，5～12％ PbO，5～10％ BaO，5～6％ K2O，4～6％ Na2O；其中，B2O3和Al2O3的含量之和≤16％；B2O3和PbO的含量之和≤22％；SiO2和Ge2O3的含量之和≤62％；以摩尔含量计，Na2O和K2O的含量之和与B2O3含量之比为0.9～1.4；Na2O与K2O含量之和，减去Al2O3含量，其差值与B2O3含量之比为0.4～0.8。
[0009]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0010]优选的，前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其中以质量百分含量计，其还包括Sb2O3和/或As2O3；Sb2O3和As2O的含量之和≤0.8％。
[0011]优选的，前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其折射率为1.50～1.55；光敏性为5
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‑3～10
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‑3；弹性模量为60～70GPa；平均色散系数为60～65；线膨胀系数为70
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‑7/℃～85
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‑7/℃；玻璃转变温度为600～700℃；玻璃驰垂温度为750～800℃；玻璃软化点为800～850℃。
[0012]优选的，前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其在200～300nm波段光谱内透射比≤20％；在400～1800nm波段光谱内透射比≥95％；在1100～1600nm波段光谱内透射比≥99％；所述光谱内透射比按照GB/T7962.12～2010测试，测试样品为5mm和15mm厚的玻璃片。
[0013]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃的制备方法，其包括以下步骤：
[0014]1)按配方比例称量原料，混合均匀；所述原料包括：50～60％ SiO2，9～10％ B2O3，0～7％ Ge2O3，4～7％ Al2O3，5～12％ PbO，5～10％ BaO，5～6％K2O，4～6％ Na2O；其中，B2O3和Al2O3的含量之和≤16％；B2O3和PbO的含量之和≤22％；SiO2和Ge2O3的含量之和≤62％；以摩尔含量计，Na2O和K2O的含量之和与B2O3含量之比为0.9～1.4；Na2O与K2O含量之和，减去Al2O3含量，其差值与B2O3含量之比为0.4～0.8；
[0015]2)将混合料加入坩埚中，于1250～1450℃下进行熔化，澄清，浇注，得到高光敏性低弹性模量的光学玻璃。
[0016]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种体光栅，其包括前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃。
[0017]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种体光栅的制备方法，其包括以下步骤：
[0018]1)使用掩膜板覆盖前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃；
[0019]2)使用紫外激光或飞秒激光辐照所述光学玻璃，使其折射率呈周期性变化，得到体光栅。
[0020]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种光纤，其包括：
[0021]纤芯，其材质为前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃；和，
[0022]包层，其材质为石英玻璃或透深紫外玻璃材料；所述包层在200～300nm波段光谱内透射比＞90％；所述光谱内透射比按照GB/T 7962.12～2010测试，测试样品为5mm和15mm厚的玻璃片。
[0023]本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0024]优选的，前述的光纤，其数值孔径为0.3～0.6，光纤损耗在0.4～1.0dB/m。
[0025]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种光纤的制备方法，其包括以下步骤：
[0026]1)以前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃制备纤芯玻璃棒；以石英玻璃或透深紫外玻璃材料制备包层玻璃管；
[0027]2)将所述纤芯玻璃棒和包层玻璃管垂直浸没在70℃温度质量浓度为99％的无水乙醇中，用20kHz超声波清洗3次；
[0028]3)将所述纤芯玻璃棒套在所述包层玻璃管中，组装成光纤预制棒，拉制，得到光
纤。
[0029]本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种光纤光栅，其纤芯材料为前述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃。
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，其包括：50～60％SiO2，9～10％B2O3，0～7％Ge2O3，4～7％Al2O3，5～12％PbO，5～10％BaO，5～6％K2O，4～6％Na2O；其中，B2O3和Al2O3的含量之和≤16％；B2O3和PbO的含量之和≤22％；SiO2和Ge2O3的含量之和≤62％；以摩尔含量计，Na2O和K2O的含量之和与B2O3含量之比为0.9～1.4；Na2O与K2O含量之和，减去Al2O3含量，其差值与B2O3含量之比为0.4～0.8。2.根据权利要求1所述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，其还包括Sb2O3和/或As2O3；Sb2O3和As2O的含量之和≤0.8％。3.根据权利要求1或2所述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其特征在于，其折射率为1.50～1.55；光敏性为5
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‑3；弹性模量为60～70GPa；平均色散系数为60～65；线膨胀系数为70
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‑7/℃；玻璃转变温度为600～700℃；玻璃驰垂温度为750～800℃；玻璃软化点为800～850℃。4.根据权利要求1或2所述的高光敏性低弹性模量的光学玻璃，其特征在于，在200～300nm波段光谱内透射比≤20％；在400～1800nm波段光谱内透射比≥95％；在1100～1600nm波段光谱内透射比≥99％；所述光谱内透射比按照GB/T 7962.12～2010测试，测试样品为5mm和15mm厚的玻璃片。5.一种高光敏性低弹性模量的光学玻璃的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：1)按配方比例称量原料，混合均匀；所述原料包括：50～60％SiO2，9～10％B2O3，0～7％Ge2O3，4～7％Al2O3，5～12％PbO，5～10％BaO，5～6％K2O，4～6％Na2O；其中，B2O3和Al2O3的含量之和≤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，张洋，贾金升，孙勇，赵冉，赵劲凯，王一苇，段燕，孔壮，杨亮亮，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：