本发明专利技术涉及玻璃光纤，尤其涉及一种可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤及其制法。本发明专利技术为解决现有低熔点玻璃光纤与高熔点石英玻璃光纤熔接工艺较复杂的问题而发明专利技术。本发明专利技术应用玻璃分相技术将含有稀土元素的低温熔点玻璃形成一相，分散于高熔点的硅酸盐玻璃相中，由于低熔点的玻璃为分散相，且因为结构兼容性等因素，在分相过程中大部分稀土元素会聚集于低熔点玻璃相，因此可以将稀土元素浓缩于低熔点玻璃相内，同时使得连续相成为富含氧化硅的硅酸盐玻璃，并使得此连续玻璃相的熔点与石英玻璃熔点相近。本发明专利技术所制成的玻璃光纤不仅可直接与石英玻璃光纤熔接，而且，可避免高低温差异、折射率差异等问题，具有实用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及玻璃光纤，尤其涉及一种可与石英玻璃光纤熔接的掺稀土元素的玻璃光纤及其制法。
技术介绍
玻璃光纤已成为光通讯所不可或缺的组件，目前商业化的光通讯系统是以石英(氧化硅)玻璃光纤为主，光信号在石英玻璃光纤内传递一段距离后，信号强度会逐渐损耗，因此每隔一段距离就需要安装光放大器(optical amplifier)以重新增强光信号强度。目前商业化的光放大器是在石英玻璃光纤料内掺杂以氧化铒为主的稀土元素，将此光放大用光纤熔接于石英玻璃光纤，一般而言，这种以掺铒石英玻璃为主的光放大器，约需20m的长度才能达到商业规格的放大效果，但由于两种光纤都是以石英玻璃为主要材质，在熔接光放大器光纤与一般光通讯用的石英玻璃光纤时，由于两者熔点温度与光学折射率几乎一致，所以使用现有商业化的光纤熔接机进行熔接时，技术上没有困难，可以达到低光损耗与低反射的目标。由于石英玻璃是以氧化硅四面体的结构为主体构成，这种结构造成掺杂的稀土元素(例如铒离子)的数量大约在3mol％以下，否则容易造成玻璃结晶而失去透光性。有鉴于此，于是经研究开发，磷酸盐玻璃成为有潜力取代掺铒的石英玻璃光纤放大器的材料；因为磷酸盐玻璃的组成结构较石英玻璃结构松散，也就是说，磷酸盐玻璃的材料本性是可以容纳较多的稀土离子进入其玻璃构造中，目前已有多篇文献与专利述及高稀土掺杂量的磷酸盐玻璃的化学组成与制造方法，请参阅相关文献数据，不在此赘述。由于磷酸盐具有高稀土离子掺杂能力(10mol％以上)，且熔炼温度(约600℃至1400℃的间)比石英玻璃(1700℃至2000℃的间)低许多，所以，无论在光放大强度或是生产成本上都比以石英玻璃为主的光放大器具有发展优势。有关磷酸盐玻璃光放大器的优点请参阅相关文献，不在此赘述。尽管磷酸盐玻璃光放大器具有上述优异的性能与潜力，但由其所制作的光放大器光纤仍然必须与现有的光通讯系统整合才能得到应用，也就是说，磷酸盐玻璃光纤与一般通讯用的石英玻璃光纤必须能熔接，才能成为具有实用能力的光放大器。但是，因为磷酸盐玻璃光纤的熔点远低于石英玻璃光纤的熔点，在进行熔接时，光纤熔接机若以石英玻璃光纤的熔点温度为熔接温度，其瞬间所产生的热量虽可熔接石英玻璃光纤，但对于磷酸盐玻璃而言，这一温度过高，会将磷酸盐玻璃光纤融化变形、甚至流失；若熔接机的温度调整到低熔点的磷酸盐玻璃光纤的熔接温度，则该温度不足以熔接石英玻璃光纤，因此仍然无法将两者熔接在一起。因此，无论何种操作温度都无法将高熔点的石英玻璃与低熔点的磷酸盐玻璃两种光纤熔接。另外一种低熔点玻璃，就是硼酸盐玻璃，也发生了相同的情况。目前也有人开发以低熔点掺稀土离子的硼酸盐玻璃为主体的光放大器，虽然尚未取得像掺稀土离子的磷酸盐玻璃那样的成果，但将来当低熔点硼酸盐玻璃光纤要与石英玻璃光纤熔接时，也一样会面临两种玻璃间的高低熔点温度的差异性，所以如何解决低熔点玻璃与高熔点石英玻璃光纤间的熔接问题，就成为低熔点玻璃商业化的一个瓶颈。有鉴于此，近来提出了几种可以解决高熔点石英玻璃光纤与低熔点玻璃光纤熔接问题的方法，例如美国康宁公司(Corning Lasertron)于2001年首先提出一种熔接分别具有800℃熔点与1800℃熔点的两种玻璃光纤的方法，其方法主要是使用CO2雷射，加热时先将低熔点玻璃以屏幕遮蔽，使得大部分的雷射能量集中到高熔点玻璃光纤的熔接端面，当高熔点玻璃光纤端面受高热而融化时，会有一部份的热量传导到低熔点玻璃光纤端面，利用这种不对称加热方式所获得的热量将低熔点玻璃光纤融化，此时再将两熔融端面接合。这一方法的缺点在于(1)必须使用CO2雷射，而石英玻璃光纤对于CO2雷射的辐射波长的能量吸收有限，能源使用效益不佳，(2)这种CO2熔接方式非规格品，造价昂贵，(3)先加热高熔点端，再经由热扩散至低熔点端的方式不易控制输入的热量与热流，可靠度较差。日商朝日玻璃公司(Asahi Glass Co.)也于2001年提出类似康宁公司的方法，但是以放电加热的方式提供热源，即将尖端放电的电极置于距离高熔点玻璃光纤端面至少1m以上的距离，这时由于高熔点与低熔点两种玻璃光纤的端面先以机械力量推紧靠在一起，所以当加热点是设定在位于高熔点玻璃光纤且距离两光纤的接触面至少1m以上的距离时，热量达到可将高熔点玻璃融化温度时，其热传导至低熔点玻璃光纤端面的热量也刚好将其融化，也就是通过不对称加热方式达到高低温熔点玻璃分别被熔化与接合。这一设计已有效改进前述使用CO2雷射的缺点，且可以使用目前商业化的光纤熔接机，但缺点为，其必须用尝试错误的方法来找出加热电极的位置，且由于加热点不在熔接端面上，所以由加热点至两光纤接触点的光纤表面容易变形或是形成弧面，破坏光纤原有的圆柱面。其次，也有专利技术者通过调整磷酸盐玻璃光纤化学成份使其成为高熔点玻璃的方式，使制得的磷酸盐玻璃光纤的熔点可达到与石英玻璃光纤顺利熔接的温度。但是，这种方式却牺牲了磷酸盐玻璃的一项重要优点低熔点熔炼所衍生的优势。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤及其制法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案本专利技术提供一种可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤的制法，其步骤至少包含有a)备置含稀土元素的硅酸盐玻璃材料；b)将硅酸盐玻璃材料予以熔融、制备组成光纤所需的芯材与包层管；c)将芯材加热使其产生分相作用，用以形成含稀土元素的低熔点玻璃分散相与高熔点玻璃连续相，该高熔点玻璃连续相的熔点系与石英玻璃熔点相近；d)将分相处理后的芯材与包层管予以抽丝，就获得可与石英玻璃光纤熔接的掺稀土元素的玻璃光纤。此外，本专利技术还提供另一种可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤的制法，其步骤至少包含有a)备置含稀土元素的硅酸盐玻璃材料；b)将硅酸盐玻璃材料予以熔融、制备组成光纤所需的芯材与包层管；c)将芯材与包层管予以抽丝成光纤；d)将光纤加热使其产生分相作用，用以形成含稀土元素的低熔点玻璃分散相与高熔点玻璃连续相，该高熔点玻璃连续相的熔点与石英玻璃熔点相近，就获得可与石英玻璃光纤熔接的掺稀土元素的玻璃光纤。另外，本专利技术进一步提供一种可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤，其是由含稀土元素的玻璃材料制成的分相玻璃光纤，包含有高熔点玻璃及分散于该高熔点玻璃中的若干低熔点玻璃，该高熔点玻璃的熔点与石英玻璃熔点相近。由于采用了上述技术方案，本专利技术所提供的可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤及其制法，其所制成的玻璃光纤不仅可直接与石英玻璃光纤熔接，而且，可避免高低温差异、折射率差异等问题，具有实用价值。附图说明图1是本专利技术的制作流程图；图2是本专利技术所制成的玻璃光纤与石英玻璃光纤的熔接示意图；图3是本专利技术的熔炼温度图；图4是本专利技术中掺稀土元素Eu2O3的磷硅酸盐分相玻璃经热处理后再抽丝所得的线状分相使用电子显微镜观察所得的显微结构；图5是本专利技术中掺稀土元素Er2O3的磷硅酸盐分相玻璃经热处理后所得的球状分相使用电子显微镜观察所得的显微结构；图6是本专利技术中掺稀土元素Er2O3的磷硅酸盐分相玻璃经热处理后所得的线状分相使用电子显微镜观察所得的显微结构；图7是本专利技术中掺稀土元素Er2O3的硼硅酸盐分相玻璃经热处理后所得的球状分相使用电子显微镜观察所得的显微结本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤的制法，其特征在于，其步骤至少包含有： ａ）备置含稀土元素的硅酸盐玻璃材料； ｂ）将硅酸盐玻璃材料予以熔融、制备组成光纤所需的芯材与包层管； ｃ）将芯材加热使其产生分相作用，用以形成含稀土元素的低熔点玻璃分散相与高熔点玻璃连续相，该高熔点玻璃连续相的熔点与石英玻璃熔点相近； ｄ）将分相处理后的芯材与包层管予以抽丝，就获得可与石英玻璃光纤熔接的玻璃光纤。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁原杰，
申请(专利权)人：联合大学，丁原杰，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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