一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤及制备方法，该硫系微晶玻璃光纤由前驱体玻璃光纤热处理得到，具有强3

【技术实现步骤摘要】
+
、Cr
2+
、Co
2+
、Ni
2+
的顺序呈依次增大的趋势，因此，四配位晶体场中的Ni
2+
可在硫系微晶玻璃中实现3
‑
4μm中红外强发光。
[0008]为解决
技术介绍
中的问题，本专利技术具体采用如下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤，由前驱体玻璃光纤热处理得到，具有3
‑
4μm波段的强中红外发光；所述前驱体玻璃包括纤芯和包层，所述纤芯材料为硫化物玻璃，其化学组成为60GeS2‑
(40
‑
x)As2S3‑
(x
‑
y)ZnSe
‑
yNiCl2，x＝5
‑
15,y＝0.05
‑
0.2，所述包层材料为硫化物玻璃，其化学组成为60GeS2‑
40As2S3。
[0010]优选地，所述纤芯直径为6～12μm，包层外径为250～410μm。
[0011]本专利技术的第二个目的是提供一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将纤芯玻璃棒拉制成纤芯玻璃细棒，纤芯玻璃棒化学组成为60GeS2‑
(40
‑
x)As2S3‑
(x
‑
y)ZnSe
‑
yNiCl2，x＝5
‑
15,y＝0.05
‑
0.2；
[0013](2)将两根包层玻璃棒分别沿中心轴钻孔并抛光其内壁，获得包层玻璃套管，包层玻璃棒化学组成为60GeS2‑
40As2S3；
[0014](3)将纤芯玻璃细棒插入一包层玻璃套管并拉制成二次细棒；
[0015](4)将二次细棒插入另一包层玻璃套管，拉制成直径为250～410μm的前驱玻璃光纤，其中纤芯直径为6～12μm；
[0016](5)将前驱玻璃光纤放入360～385℃的真空炉内热处理5～20小时，即得到具有3
‑
4μm处强中红外发光的硫系微晶玻璃光纤。
[0017]优选地，所述的纤芯玻璃棒和包层玻璃棒均采用常规真空熔融
‑
淬冷法制备。
[0018]优选地，纤芯玻璃细棒、二次细棒和前驱体玻璃光纤的拉制均使用氦气、氩气或氮气保护。
[0019]优选地，前驱玻璃光纤热处理时，真空炉内的压强低于10
‑1Pa。
[0020]本专利技术的第三个目的是提供一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤的应用，所述硫系微晶玻璃光纤作为中红外激光器和放大器的增益介质。
[0021]本专利技术为Ni
2+
掺杂ZnS纳米晶的硫系微晶玻璃光纤，其有益效果在于：
[0022](1)本专利技术中的ZnS纳米晶可为Ni
2+
提供四配位晶体场，使Ni
2+
在硫系微晶玻璃光纤中表现出较强的3
‑
4μm波段发光，可作为中红外激光器和放大器的增益介质；
[0023](2)本专利技术实现Ni
2+
掺杂ZnS纳米晶与硫系玻璃光纤的结合，同时克服了晶体材料的热管理问题严重制约了激光的输出功率和光束质量以及玻璃光纤无法实现高效中红外发射的问题，不但发挥了晶体优秀的发光性能，还具有散热性好、体积小和重量轻的优点；
[0024](3)本专利技术采用硫系玻璃光纤，与硫系复合光纤相比，实现了ZnS纳米晶在硫系玻璃光纤基质中的可控析出，从而将传输损耗控制在较低的水平。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为实施例1提供的硫系微晶玻璃光纤的透射电镜图；图1(a)说明硫系微晶玻璃光纤中析出的晶体为纳米晶，直径为200
‑
300nm，长度为100
‑
200nm，图1(b)的间距对应ZnS晶体的<100>晶面间距，说明析出的纳米晶为ZnS；
[0027]图2为实施例1提供的硫系微晶玻璃光纤在1.57μm光激发下的中红外发射光谱。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]实施例1：60GeS2‑
35As2S3‑
4.95ZnSe
‑
0.05NiCl2/60GeS2‑
40As2S3微晶玻璃光纤制备
[0030]采用制备硫系玻璃常用的真空熔融
‑
淬冷法制备直径10mm的60GeS2‑
35As2S3‑
4.95ZnSe
‑
0.05NiCl2纤芯玻璃棒和直径15mm的60GeS2‑
40As2S3包层玻璃棒；将纤芯玻璃棒在390℃拉制成直径2.3mm的纤芯玻璃细棒；将两根包层玻璃棒分别沿中心轴钻孔并用Al2O3微粉对内壁抛光，获得内径2.3mm的包层玻璃套管；将纤芯玻璃细棒插入其中一包层玻璃套管中，在390℃拉制成直径2.3mm的二次细棒；将二次细棒插入另一包层玻璃套管中，在390℃拉制成直径250μm的前驱体玻璃光纤，对应的纤芯直径约6μm。上述纤芯玻璃细棒、二次细棒和前驱体玻璃光纤的拉制均在氦气气氛保护下进行。得到前驱体玻璃光纤之后，将前驱玻璃光纤放入真空炉内，抽真空至炉内压强<10
‑1Pa，然后将真空炉升温至360℃并保温5小时，最后将真空炉降至室温，即可。
[0031]采用FEI Talos F200x透射电镜观察微晶玻璃光纤中纳米晶体的微观形貌、尺寸和分布；采用Zolix Omin
‑
λ300i荧光光谱仪测试微晶玻璃光纤的发射光谱，激发光源为1570nm光纤激光器；采用截断法测试微晶玻璃光纤的传输损耗，选用的激光波长为2.096μm、3.39μm和3.8μm。
[0032]本实施例测试结果：所得微晶玻璃光纤的透射电镜图如图1所示，图1(a)说明微晶玻璃光纤中析出的晶体为纳米晶，直径为200
‑
300nm，长度为100
‑
200nm，图1(b)的间距对应ZnS晶体的<100>晶面间距，说明析出的纳米晶为ZnS；该微晶玻璃光纤具有较强的3
‑
4μm中红外发光，如图2所示；该微晶玻璃光纤在2.096μm、3.39μm和3.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤，其特征在于，由前驱体玻璃光纤热处理得到，具有强3
‑
4μm波段的中红外发光；所述前驱体玻璃包括纤芯和包层，所述纤芯材料为硫化物玻璃，其化学组成为60GeS2‑
(40
‑
x)As2S3‑
(x
‑
y)ZnSe
‑
yNiCl2，x＝5
‑
15,y＝0.05
‑
0.2，所述包层材料为硫化物玻璃，其化学组成为60GeS2‑
40As2S3。2.如权利要求1所述的一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯直径为6～12μm，包层外径为250～410μm。3.权利要求1所述的一种用于中红外增益介质的硫系微晶玻璃光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纤芯玻璃棒拉制成纤芯玻璃细棒，纤芯玻璃棒化学组成为60GeS2‑
(40
‑
x)As2S3‑
(x
‑
y)ZnSe
‑
yNiCl2，x＝5
‑
15,y＝0.05...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小送，刘含，杨志勇，杨安平，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：