一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法及设备技术

本发明专利技术属于光纤器件技术领域，并具体公开了一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法及设备。所述方法包括：配制光固化纳米复合材料；水平放置石英管，沿所述石英管内部、纵向均匀挤出光固化纳米复合材料，使其沿石英管内壁纵向形成一条浆料线；匀速转动石英管，同时采用紫外线照射所述石英管，使得光固化纳米复合材料固化；对石英管依次进行加热、元素掺杂、烧结与玻璃化处理，该过程中，石英管始终保持匀速旋转，从而获取单层空心环形结构光纤预制棒；调整制备材料，重复上述步骤，以获取用于高功率窄线宽激光的多层空心环形结构光纤预制棒。本发明专利技术实现了更薄的层厚、更良好的层厚精度控制、更丰富的内部组分的环状结构光纤的制备。的制备。的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法及设备


[0001]本专利技术属于光纤器件
，更具体地，涉及一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法及设备。

技术介绍

[0002]近些年，层状结构光纤作为特种光纤的主要类型之一，因其具有独特的折射率材料分布、声光场重叠分布等特性，受到人们的广泛关注，被大量应用于高功率窄线宽激光领域，但层状光纤面临着制备困难、层厚不易调节、精度不足等问题。
[0003]中国专利CN112939445A公开了一种掺杂石英光纤预制棒及制备方法，其将二氧化硅粉末放入光敏树脂中，通过紫外灯固化；低温处理；清除有机物，将多孔的玻璃前驱体浸入待掺杂物质溶液中浸泡；低温预烧结；烧结和玻璃化；缩棒。即其利用光固化纳米复合材料与模具成型技术相结合制备掺杂芯棒，为一体化制造、组分单一，无法实现不同组分环状结构光纤的制备。同时，该专利中，需要多次移动掺杂芯棒，无法实现原位制备，这将极易引入杂质、裂纹等缺陷；制造加工设备也完全不同。中国专利CN211946811U公开了一种制备稀土掺杂光纤预制棒的气相掺杂装置，其所制备的多孔结构均需通过高温沉积工艺制备，层厚无法有效降低、层厚无法精确调节、沉积层数有限，无法制备内部环状结构十分复杂的光纤预制棒。此外，在工艺方面，其所制备的层状多孔结构需经过多次高温沉积成型（≥1200℃），工艺难度高。
[0004]基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法及设备，以实现高精度、极薄层厚、极多层数多组分环状结构光纤预制棒的制备，且制备工艺简单，稳定性好。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法及设备，可实现更薄的层状结构、更多的掺杂层数，从而实现内部结构更精细、掺杂成分更丰富的层状光纤的制备。具体的，其利用光固化纳米复合材料流动性强、室温成型、附着力强的特点，令其逐层固化、逐层脱脂、逐层掺杂、逐层吹扫、逐层烧结、逐层玻璃化，各薄层可引入不同组分的掺杂元素，从而实现不同组分环状结构光纤的制备。与传统的MCVD工艺相比，本专利技术层厚灵活可调，可实现多孔结构单层层厚0.5
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3500 μm可调，调节精度≤0.25 μm；管内多孔结构制造层数大幅增加，可实现管内百余层连续固化。极薄的层厚、良好的层厚控制精度、极多的层数，均为传统制备工艺所不能实现的，最终所制备的环状光纤具有极其丰富的内部成分、极薄且精确的层厚，克服了传统环状光纤所面临的层数少、组分有限的问题，为环状结构光纤的制备提供了一种新途径并进一步拓宽了其应用范围。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法，包括以下步骤：
S1配制光固化纳米复合材料；S2水平放置石英管，沿所述石英管内部、纵向均匀挤出所述光固化纳米复合材料，使得光固化纳米复合材料沿石英管内壁纵向形成一条浆料线；S3匀速转动石英管，使得光固化纳米复合材料在管内均匀铺开，均匀附着在石英管内壁，同时采用紫外线照射所述石英管，使得光固化纳米复合材料固化；S4对经步骤S3处理后的石英管依次进行加热、元素掺杂、烧结与玻璃化处理，该过程中，石英管始终保持匀速旋转，从而获取单层空心环形结构光纤预制棒；作为进一步优选的，步骤S1中，所述配制光固化纳米复合材料包括：在30
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46wt%甲基丙烯酸甲酯、40
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55wt%苯氧乙醇、0.5
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5wt%氧化膦的混合高分子树脂中混入纳米SiO2粉末，形成光固化纳米复合材料，其中纳米SiO2粉末固体填充量为40
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75wt%。
[0007]作为进一步优选的，步骤S3中，根据所述光固化纳米复合材料的粘稠度沿所述石英管纵向轴线中心线均匀匀速转动石英管，使得光固化纳米复合材料在管内均匀铺开，均匀附着在石英管内壁，同时采用沿所述石英管纵向轴线中心线布置的线性紫外线照射所述石英管，使得光固化纳米复合材料呈线性均匀固化，紫外线照射过程中，紫外线逐步增强。
[0008]作为进一步优选的，步骤S4具体包括以下步骤：S41加热经步骤S3处理后的石英管，以除去有机物，同时吹入氧气，得到附着在石英管内壁上的无机多孔SiO2薄层；S42将掺杂溶液输送至石英管内部，同时转动石英管，使得无机多孔SiO2薄层被所述掺杂溶液完全浸透，以进行指定元素掺杂，浸泡指定时长后，将石英管内部的掺杂溶液排出；S43向所述石英管内部通入指定混合气体，同时转动并加热所述石英管，以干燥无机多孔SiO2薄层并完成掺杂元素的氧化，继续转动并加热所述石英管，以实现无机多孔SiO2薄层的空气孔塌陷；S44继续转动并加热石英管，以对空气孔塌陷后的SiO2薄层进行烧结与玻璃化从而获取单层空心环形结构光纤预制棒。
[0009]作为进一步优选的，还包括：将多层空心环形结构光纤预制棒置于高温拉丝塔上拉制成石英光纤。
[0010]S5按照设计要求调整光固化纳米复合材料的配比以及元素掺杂过程中的掺杂溶液，重复步骤S1至步骤S4，以获取用于高功率窄线宽激光的多层空心环形结构光纤预制棒。
[0011]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备设备，包括：旋转车床，用于水平密封固定石英管并驱动该石英管沿所述石英管中心轴线转动；移动液体滴定器，设于所述石英管内，并沿所述石英管纵向轴线运动，同时均匀挤出光固化纳米复合材料，使得光固化纳米复合材料沿石英管内壁纵向形成一条浆料线；高精度加热箱体，套设于所述石英管的外周，用于对所述石英管进行加热；高功率条式紫外灯，沿所述石英管纵向设置，用于对所述石英管进行纵向条纹紫外线照射；
气源，用于向所述石英管内输送指定流量的气体；掺杂溶液输送模块，用于向所述石英管内输送指定掺杂溶液；在光纤预制棒制备过程中，所述旋转车床通过驱动石英管转动的方式，使得制备材料或者掺杂溶液能沿所述石英管内壁均匀铺开，同时，使得石英管的加热、光照处理更加均匀。
[0012]作为进一步优选的，还包括浆料贮存器，该浆料贮存器与所述移动液体滴定器连接，用于向所述移动液体滴定器输送光固化纳米复合材料。
[0013]作为进一步优选的，还包括直线驱动机构，该直线驱动机构设于所述浆料贮存器与所述移动液体滴定器之间，用于提供所述移动液体滴定器直线往复运动的动力。
[0014]作为进一步优选的，所述掺杂溶液输送模块包括掺杂溶液贮存器，该掺杂溶液贮存器与所述石英管连接；所述掺杂溶液输送模块还包括蠕动泵，该蠕动泵用于提供掺杂溶液输送动力。
[0015]作为进一步优选的，还包括尾气回收塔，该尾气回收塔通过尾气传输管路与石英管连通；还包括掺杂溶液回收装置，该掺杂溶液回收装置与所述石英管连接，用于将所述石英管中的掺杂溶液吸出回收。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1．本专利技术可实现更薄的层状结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1配制光固化纳米复合材料；S2水平放置石英管，沿所述石英管内部、纵向均匀挤出所述光固化纳米复合材料，使得光固化纳米复合材料沿石英管内壁纵向形成一条浆料线；S3匀速转动石英管，使得光固化纳米复合材料在管内均匀铺开，均匀附着在石英管内壁，同时采用紫外线照射所述石英管，使得光固化纳米复合材料固化；S4对经步骤S3处理后的石英管依次进行加热、元素掺杂、烧结与玻璃化处理，该过程中，石英管始终保持匀速旋转，从而获取单层空心环形结构光纤预制棒；S5按照设计要求调整光固化纳米复合材料的配比以及元素掺杂过程中的掺杂溶液，重复步骤S1至步骤S4，以获取用于高功率窄线宽激光的多层空心环形结构光纤预制棒。2.根据权利要求1所述的一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述配制光固化纳米复合材料包括：在30
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46wt%甲基丙烯酸甲酯、40
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55wt%苯氧乙醇、0.5
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5wt%氧化膦的混合高分子树脂中混入纳米SiO2粉末，形成光固化纳米复合材料，其中纳米SiO2粉末固体填充量为40
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75wt%。3.根据权利要求1所述的一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法，其特征在于，步骤S3中，根据所述光固化纳米复合材料的粘稠度沿所述石英管纵向轴线中心线均匀匀速转动石英管，使得光固化纳米复合材料在管内均匀铺开，均匀附着在石英管内壁，同时采用沿所述石英管纵向轴线中心线布置的线性紫外线照射所述石英管，使得光固化纳米复合材料呈线性均匀固化，紫外线照射过程中，紫外线逐步增强。4.根据权利要求1所述的一种用于高功率窄线宽激光的光纤预制棒制备方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：S41加热经步骤S3处理后的石英管，以除去有机物，同时吹入氧气，得到附着在石英管内壁上的无机多孔SiO2薄层；S42将掺杂溶液输送至石英管内部，同时转动石英管，使得无机多孔SiO2薄层被所述掺杂溶液完全浸透，以进行指定元素掺杂，浸泡指定时长后，将石英管内部的掺杂溶液排出；S43向所述石英管内部通入指定混合气体，同时转动并加热所述石英管，以干燥无机多孔SiO2薄层并完成掺杂元素的氧化，继续转动并加热所述石英管，以实现无机多孔SiO2薄层的空气孔塌陷；S44继续转...

【专利技术属性】
技术研发人员：武春风，郑保罗，王锦航，胡金萌，雷敏，刘厚康，李强，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：