一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，主要涉及共拉伸激光加热基座技术领域。将单晶裸纤材料固定在未掺杂稀土离子的陶瓷保护套管中，将其作为预制棒固定在蓝宝石管中，利用蓝宝石辅助的激光加热基座系统对预制棒进行提拉生长，通过CO2激光束聚焦在蓝宝石管外壁从而熔化陶瓷套管，从而使内部折射率低于外部陶瓷套管区域的折射率，实现光在光纤中的全反射。用于解决现有包层制备技术中存在的包层厚度不均匀，致密性较低，热膨胀差异加大等问题。加大等问题。加大等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法


[0001]本专利技术涉及共拉伸激光加热基座
，具体是一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法。

技术介绍

[0002]随着激光技术的不断发展，激光已成为国防安全、工业精密加工和民用需求保障的核心技术。对于传统的光纤激光器来说，激光基质为石英玻璃光纤。近年来，其输出功率已经上升到KW量级。但受光纤材料的物理性质的限制，该量级已达到石英玻璃光纤的传输极限。作为激光工作介质的重要组成部分，单晶光纤已经被认为具有体块单晶材料和玻璃光纤的综合优点，是新一代高功率光纤激光器的重要候选材料。为满足激光功率的进一步需求，发展高功率激光单晶光纤具有重要意义。
[0003]单晶光纤是一种具有光纤波导结构的新型高性能光学材料，它兼顾了晶体和光纤的优势，其具有热导率高、熔点高、布里渊散射系数小、损伤阈值高和非线性效应阈值高等优点，使得单晶光纤有望可以获得更高功率和更高脉冲能量的激光输出，从而解决大功率激光器中功率限制及散热难等问题。包层结构是单晶光纤中必不可少的一部分，通过包层材料与单晶光纤材料的折射率差可以实现全反射，从而提高激光的输出效率。关于单晶光纤包层的制备，主要采用特种玻璃，但存在热导率低和热膨胀系数与晶体材料差异大的问题。目前所采用包层方式主要包括涂覆法、磁控溅射法及液相外延（LPE）法，所制备的包层与纤芯材料的光、热性能匹配度差，难以实现高效的光波导。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，它解决现有技术不能实现的包层厚度不均匀，致密性较低，热膨胀差异加大等问题，从而提高激光模式质量，降低热膨胀差异，实现高性能单晶光纤激光输出。
[0005]本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制作单晶源棒，所述单晶源棒采用杂有稀土离子的陶瓷晶体材料Re2O3制作，所述Re包括Y、Sc、 Lu中的一项或任意几项；2）清洁单晶源棒，去除单晶源棒中的油污和杂质；3）制作套管，所述套管采用不含有稀土离子的陶瓷晶体材料制作；4）清洁套管，去除陶瓷套管中的油污和杂质；5）合成预制棒，将单晶源棒放入陶瓷套管中，得到预制棒；6）提拉生长，将预制棒固定在蓝宝石管中，在20000
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32000 Pa的负压环境下，并在蓝宝石管的管壁上照射激光光束，使预制棒进行提拉生长，获得具有10 μm纤芯直径的单晶光纤。
[0006]进一步的，所述步骤2）和/或 步骤3）中的清洁包括：
用蒸馏水对单晶源棒进行仔细、彻底地清洗；烘干；用氢氟酸进行再次清洗。
[0007]进一步的，所述步骤6）中，提拉生长的送棒速度0.2
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2.5 mm
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min
‑1，提拉速度控制在0.5
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3 mm
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‑1。
[0008]进一步的，所述的圆柱状的单晶源棒的尺寸为直径80 μm，长度1500 μm；所述的陶瓷套管的尺寸为内径80 μm，外径320 μm，长度2000 μm；所述的蓝宝石长度为1500 μm，内径和外径分别为480 μm和1200 μm。
[0009]进一步的，所述步骤1）中，用于制作单晶源棒的材料为Lu2O3晶体。
[0010]进一步的，所述步骤1）中，采用微下拉法生长出所需要材料的大块晶体，沿着晶向按尺寸100 μm一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法100 μm一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法 1500 μm将其切割成条状的晶棒，通过研磨得到直径为80 μm，长度为1500 μm的圆柱状的单晶源棒。
[0011]进一步的，所述步骤6）中，通过激光加热基座系统对预制棒进行提拉生长，所述激光加热基座系统包括蓝宝石管、二氧化碳激光器、微传动系统、负压系统、内部反射镜、外部反射镜、平面镜、抛物面反射镜；所述蓝宝石管用于放入预制棒；所述负压装置安装在蓝宝石管的顶端，用于提供26000 Pa的负压；所述微传动系统安装在蓝宝石管上，用于控制送棒速度和提拉速度；将送棒速度控制在0.2
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2.5 mm
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‑1，提拉速度控制在0.5
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‑1；所述二氧化碳激光器的功率为60 W左右，波动保持在0.5％以内；所述内部反射镜为1个且对应的设置在二氧化碳激光器的输出光束路径上，所述内部反射镜对称的设有第一反射面和第二反射面；所述外部反射镜为2个且分别设置在第一反射面的光束路径上以及第二反射面的光束路径上；所述平面镜为2个且分别设置在两个反射镜的反射光束路径上；所述抛物面反射镜为2个且对称的固定在蓝宝石管的两侧，所述抛物面反射镜朝向蓝宝石管的里侧相对的设有抛物面反射面，所述抛物面反射面对应平面镜的反射光束路径设置，用于将光束集中聚焦照射在蓝宝石管的管壁上。
[0012]对比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1、可随意控制包层厚度，使光纤多样化。
[0013]2、可任意选择包层材料，避免了包层与单晶裸纤材料的光、热性能匹配度差的问题。
[0014]3、共拉伸激光加热基座法通过控制系统控制，避免了单晶光纤致密性差、表面均匀性差等问题。
[0015]4、激光加热温度控制在陶瓷晶体材料熔点附近，由于套管直径均匀且制备过程为环形加热，所制备的单晶光纤包层的厚度更加均匀，制备周期更短。
[0016]5、由于未掺杂Re
3+
折射率明显降低，单晶裸纤折射率相对较高，从而实现激光的单模传输。
附图说明
[0017]图1是本专利技术单晶光纤共拉伸激光加热基座法整体结构示意图。
[0018]图2是本专利技术填充好的陶瓷套管在蓝宝石套管中的切面示意图。
[0019]图3是本专利技术填充好的陶瓷套管在蓝宝石套管中的端面示意图。
[0020]图4是本专利技术单晶光纤端面放大示意图。
[0021]附图中所示标号：1、CO2激光器；2、内部反射镜；3、外部反射镜；4、平面镜；5、抛物面反射镜；6、预制棒；7、负压装置；8、蓝宝石管；9、微传动系统；10、提拉装置；11、单晶光纤；12、单晶光纤源棒；13、陶瓷保护套管；14、空气隙。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
[0023]下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
[0024]实施例：一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法材料的选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制作单晶源棒，所述单晶源棒采用杂有稀土离子的陶瓷晶体材料Re2O3制作，所述Re包括Y、Sc、 Lu中的一项或任意几项；2）清洁单晶源棒，去除单晶源棒中的油污和杂质；3）制作套管，所述套管采用不含有稀土离子的陶瓷晶体材料制作；4）清洁套管，去除陶瓷套管中的油污和杂质；5）合成预制棒，将单晶源棒放入陶瓷套管中，得到预制棒；6）提拉生长，将预制棒固定在蓝宝石管中，在20000
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32000 Pa的负压环境下，并在蓝宝石管的管壁上照射激光光束，使预制棒进行提拉生长，获得具有10 μm纤芯直径的单晶光纤。2.根据权利要求1所述一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，其特征在于，所述步骤6）中，提拉生长的送棒速度0.2
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2.5 mm
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‑1，提拉速度控制在0.5
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3 mm
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‑1。3.根据权利要求1所述一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，其特征在于，所述的圆柱状的单晶源棒的尺寸为直径80 μm，长度1500 μm；所述的陶瓷套管的尺寸为内径80 μm，外径320 μm，长度2000 μm；所述的蓝宝石长度为1500 μm，内径和外径分别为480 μm和1200 μm。4.根据权利要求1所述一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，其特征在于，所述步骤2）和/或 步骤3）中的清洁包括：用蒸馏水对单晶源棒进行仔细、彻底地清洗；烘干；用氢氟酸进行再次清洗。5.根据权利要求1所述一种制备倍半氧化物单晶光纤包层的方法，其特征在于，所述步骤1）中，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，杨克建，张百涛，梁洋洋，
申请(专利权)人：山东铂锐激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：