[發明專利]用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃

在審

• 申請號: 201410769609.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104496173A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 姚治東;史偉
• 申請（專利權）人: 山東海富光子科技股份有限公司
• 主分類號: C03C3/062
• 分類號: C03C3/062
• 代理公司: 威海科星專利事務所37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及一種用于高功率光纖激光器的玻璃基質，特別是一種具有很高的五氧化二磷含量的硅酸鹽玻璃作為光纖的外包層玻璃，屬于光纖及激光技術領域。

背景技術

光纖激光器是以摻雜稀土元素的光纖為增益介質的激光器，通過摻雜不同的稀土元素，如餌（Er），鐿（Yb），銩（Tm），鈥（Ho），釹（Nd）等，光纖激光器的工作波段覆蓋了從紫外到中紅外。與其他激光器相比，光纖激光器具有激光工作閾值低，能量轉化率高、輸出光束質量好、結構緊湊穩定、無需光路調整、散熱性能好、壽命長和無需維護等鮮明特點，因此得到快速發展以及廣泛地應用。

商用的石英光纖，目前已經能輸出很高的功率。它的內部主要由三層結構組成，中央是纖芯，它與內包層之間的數值孔徑相差不大，所以，纖芯組成的稍微變動，內包層的玻璃組成就能達到設計要求。但是內包層和外包層之間的數值孔徑，一般設計要求比較大，可達到0.5左右，內包層玻璃組成的稍微變動，不能達到對外包層理想的要求。所以目前商用的石英光纖就不得不使用其他的材料，譬如塑料來作為它的外包層材料。由于玻璃和塑料的特性迥異，給它的焊接和應用帶來了很多問題。隨著功率的進一步提高，塑料的不耐高溫的缺陷越來越突出。比較塑料，玻璃的耐高溫性能明顯高得多。因此，生產高功率全玻璃光纖的重要性越來越迫切。

我們已經在生產高功率全玻璃光纖上做了一些探索，并申請了相應的技術專利“用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖”。在這專利中，在不損害光纖的環境穩定性的前提下，硅酸鹽玻璃組成經過了最優化調整，能夠有效地代替塑料作為光纖的外包層。

在調節外包層的硅酸鹽玻璃組成中，我們發現，僅僅使用二氧化硅SiO₂作為玻璃結構的主要成分，并添加另外一些能夠改變玻璃物理化學性能的堿金屬氧化物，堿土金屬氧化物和中間體氧化物等成分，外包層玻璃的折射率雖然能得到降低，但降低得不夠充分，內外包層的數值孔徑不能達到充分大的值。

在常溫下玻璃的折射率取決于引入玻璃中的各種化合物的折射率和它相應的摩爾分數。在目前引入我們的硅酸鹽玻璃組成的各氧化物中，二氧化硅已經具有最低的折射率。如果我們要想進一步降低折射率，我們必須要加入大量的，且具有比二氧化硅更低折射率的氧化物。五氧化二磷P₂O₅正是這樣一種氧化物。取決于玻璃組成，五氧化二磷具有比二氧化硅更寬廣的折射率調控范圍，在常溫下，五氧化二磷的折射率（n_D）可在1.338至1.513的范圍內調整，而相應的二氧化硅的折射率（n_D）只能在1.458至1.475的較小范圍內調整。???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

發明內容

本發明的目的是在硅酸鹽全玻璃光纖中，通過在玻璃組成中引入高含量的五氧化二磷，制備出一種與內包層光纖相配的，具有高數值孔徑的用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃。

本發明通過以下技術方案加以實現的。

一種用于高功率光纖激光器的硅酸鹽全玻璃光纖的外包層玻璃，其特征在于由二氧化硅、五氧化二磷、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、中間體氧化物和稀土氧化物組成，上述各組成成份的摩爾百分比為：二氧化硅的含量在5%至20%，五氧化二磷的含量在50%至70%，堿金屬氧化物不大于25%，堿土金屬氧化物不大于10%，中間體氧化物的含量在10%至20%，稀土氧化物不大于10%。

本發明中的堿金屬氧化物包括氧化鋰（Li₂O），氧化鈉（Na₂O），氧化鉀（K₂O）和氧化銫（Cs₂O）；堿土金屬氧化物包括氧化鎂（MgO），氧化鈣（CaO），氧化鋇（BaO）；中間體氧化物一般指得是三氧化二鋁（Al₂O₃）；稀土氧化物一般指得是氧化鑭（La₂O₃）。