[發明專利]一種導模法生長晶體光纖的模具及方法

在審

• 申請號: 201710134118.7
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN107059114A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 王東海;徐軍;羅平;王慶國;唐慧麗
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C30B15/34
• 分類號: C30B15/34
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明涉及晶體生長技術領域，尤其涉及一種晶體纖維的生長方法。

背景技術

晶體纖維由于其卓越的性能近年來獲得廣泛的研究，通常，纖維是指直徑在微米至毫米量級直徑的細長的圓棒，滿足這一條件的材料都可以稱為纖維，用來傳輸光信號的纖維被稱為光纖。不同的晶體材質的纖維已廣泛應用在各個不同的應用領域，例如藍寶石纖維，由于藍寶石晶體的硬度(莫氏度9)僅次于金剛石，它具有硬度和強度高、抗磨損、耐高溫能力強的特點以及化學性質穩定，耐酸堿腐蝕等一系列特性，所以藍寶石纖維在航空工業上用作金屬基增強材料；藍寶石晶體在可見光到5.6um光譜范圍內具有良好的透過性能，在軍事上用作電光瞄準；在醫學上用用來傳輸Er:YAG激光器的2.94μm的激光；由于藍寶石的高熔點和光學性能，工業上可以用作高溫測量；最近用作高功率纖維激光器的稀土摻雜氧化物晶體光纖成為一個新的研究熱點。高純石英光纖已經被使用了40年之久，由于石英玻璃導熱系數很小，僅為1.4-1.6W m-1K-1，小導熱系數對散熱帶來巨大的不利影響，因此光纖激光器高功率運轉時仍然對于制冷有較高的要求，限制了其功率的繼續提升。對于單晶激光增益介質而言，常用的激光晶體釔鋁石榴石(YAG)晶體導熱系數～14Wm-1K-1，鋁酸釔(YAP)晶體的導熱系數也超過～11Wm-1K-1，高于石英玻璃數倍；因此，可考慮采用單晶作為有源光纖的基質，利用其高導熱系數改善光纖本身的散熱性能，降低系統對于制冷的要求，簡化系統的復雜性，提升激光器的功率和光束質量等輸出性能指標?，F有的生長晶體纖維的方法有微下拉法和激光加熱基座法，生產效率很低，每次只能生長一根纖維。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可以一次性生長出上百根直徑1mm以下，長度幾米或十幾米長的晶體纖維，以長晶爐的行程為限的導模法生長晶體光纖的模具及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種導模法生長晶體光纖的模具，其特征在于，包括模具底座、模具盤、模具鉬絲，所述的模具盤設置在模具底座中心，所述的模具盤設有8-100個開孔，每個開孔內設有一模具鉬絲。

所述的模具鉬絲的直徑為2-4mm，下端為圓柱形，上端為圓錐形，模具鉬絲頂端直徑100-1000μm；鉬絲的整體高度為4-15mm。模具鉬絲中心設有0.1mm以內的圓孔或銑槽，其加工方法可以為將兩半的模具鉬絲中心開半圓孔或槽，再拼裝成整個圓柱形或柱形中心通孔。由于鉬的高熔點和高硬度，用普通的機械打孔或激光加工的方法，在國內找不到可以在鉬材料上打出0.1mm左右直徑，深度6mm的加工單位，通過將鉬絲切成兩半，中間銑槽再拼接的方式達到了同樣的目的。

所述的模具盤為方形或圓形，盤高度3-6mm，其開孔直徑與模具鉬絲的直徑一致。

所述的模具底座是由1-5kg直徑為2mm的鉬絲填充組成，底座上表面為拋光過的平面，底座高度為40-120mm，與所用坩堝的深度一致。

所述的模具鉬絲、模具盤、模具底座的材質為鉬、鎢、銥、或錸。

一種采用所述模具進行導模法生長晶體光纖的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01，組裝模具：模具底座居中放入坩堝底部，模具盤放在模具底座上的中心位置，模具鉬絲放入模具盤上的開孔內；

S02，裝爐：選用M向或C向籽晶，將籽晶固定在籽晶夾頭上，裝入鉬坩堝5kg～7kg焰熔法碎料，模具盤放料粒；

S03，抽真空及充氬氣：關閉爐門，開啟機械泵進行抽真空，真空度達到3Pa～10Pa時關閉真空設備，充氬氣至標準大氣壓；

S04，升溫：打開加熱電源升溫到2100℃～2300℃，使模具口料粒熔化；

S05，引晶：待模具口的料粒熔化后將籽晶搖下，對籽晶進行烤晶后進行引晶，使籽晶塊與熔體熔接，并向上以5mm/h～20mm/h提拉籽晶；

S06，晶體生長：放肩結束后，進行晶體生長，提高拉速到30mm/h～500mm/h；

S07，降溫：拉脫晶體脫離模具，開始降溫，10h以后降到室溫出爐。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：本發明設置了特殊的模具，能夠一次性生長上百根直徑1mm以下，長度數米長的晶體纖維，以長晶爐的行程為限。

附圖說明

圖1為本發明一種導模法生長晶體纖維的生長方法流程示意圖；

圖2為本發明組裝模具結構示意圖

圖3為本發明模具鉬絲的結構示意圖；

圖4為本發明模具盤的結構示意圖；

圖5為本發明模具底座的結構示意圖。