一种紫外光纤及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111995262 A(43)申请公布日 2020.11.27

(21)申请号 202010925996.2(22)申请日 2020.09.07

(71)申请人 长飞光纤光缆股份有限公司

地址 430073 湖北省武汉市东湖新技术开

发区光谷大道9号(72)发明人 彭慎　郑伟　汪松　张广博　

张心贲　张维　廖招龙　王亮　刘非　曹蓓蓓　(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限

公司 42102

代理人 胡建平(51)Int.Cl.

C03C 25/607(2018.01)C03C 25/6226(2018.01)C03B 37/018(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

C03B 37/025(2006.01)C03B 37/12(2006.01)C03B 37/16(2006.01)G02B 6/02(2006.01)

CN 111995262 A(54)发明名称

一种紫外光纤及其制备方法(57)摘要

先本发明涉及一种紫外光纤及其制备方法，

制作玻璃光纤预制棒，将玻璃光纤预制棒装夹到拉丝炉，在高温下将玻璃光纤预制棒拉制成光纤，其特征在于将拉制的光纤进行载氢预处理，最后将载氢预处理的光纤进行紫外辐照固化。本发明通过光纤载氢处理，使氢气分子渐渐渗入光纤，紫外辐照固化将紫外射线耦合进载氢光纤的纤芯，引起纤芯折射率的改变，对光纤的色心缺陷起到很好的弥补作用，大大的提升了光纤在紫外波段的透过率，光纤在紫外波段的吸收系数大大降低，有效提高光纤在紫外波段的传输效率，使其在紫外激光的传输及加工领域有重要应用价值。本发明提供的制备方法简单实用，易于实现。

CN 111995262 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种紫外光纤的制备方法，先制作玻璃光纤预制棒，将玻璃光纤预制棒装夹到拉丝炉，在高温下将玻璃光纤预制棒拉制成光纤，其特征在于将拉制的光纤进行载氢预处理，最后将载氢预处理的光纤进行紫外辐照固化。

2.按权利要求1所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的载氢预处理是将拉制的光纤放入浓度为95%以上、压力为5~15MPa的氢气罐中，经过一段时间，使氢气分子渐渐渗入光纤，进入光纤包层及纤芯。

3.按权利要求2所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的载氢预处理的时间为至少为2天。

4.按权利要求1或2所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的紫外辐照固化为通过耦合方式将紫外光源耦合入载氢光纤的纤芯，或通过紫外光源对经过载氢预处理的光纤直接进行射线辐照，紫外光源波长为100~390nm。

5.按权利要求4所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的耦合方式包括：载氢光纤盘绕：将载氢后的光纤盘绕于盘绕装置上，光纤两端从盘绕装置引出；载氢光纤端面处理：将载氢光纤两端端面切割、研磨，确保光纤端面平整光滑；紫外光源耦合：将载氢光纤一端放入夹持装置，另一端对准监控测试装置探头，打开紫外光源，调节耦合装置及夹持装置，使紫外光源与载氢光纤端面相耦合，紫外射线耦合进载氢光纤的纤芯，在监控测试装置指示器上显示最大输出，观察监控测试装置指示器上输出功率或能量波动，待示数稳定后持续辐射数分钟或以上。

6.按权利要求5所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的紫外光源为脉冲或连续激光器，或发光二极管。

7.按权利要求5或6所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的耦合装置为透镜耦合器，所述的夹持装置为光纤夹具。

8.按权利要求1~7所述任一制备方法所制的紫外光纤，其特征在于所述的光纤为传能光纤，包括有芯层和包层，所述的芯层直径为3~400μm，芯层与包层的NA值为0.1~0.22，所述的包层直径为80~600μm。

9.按权利要求8所述的紫外光纤，其特征在于所述的光纤芯层直径为6~10μm、或50μm、或62.5μm、或80~200μm。

10.按权利要求8所述的紫外光纤的制备方法，其特征在于所述的包层直径80~125μm、或150~300μm。

2

CN 111995262 A

说　明　书

一种紫外光纤及其制备方法

1/3页

技术领域

[0001]本发明涉及一种紫外光纤及其制备方法，属于特种光纤制备领域。

背景技术

[0002]紫外激光具有波长短，单光子能量高，热效应低等特点，在激光精细加工领域具有传统波长激光光源无法比拟的优势，特别适合用于食品、医药包装材料打标、打微孔、玻璃材料的高速划分及对硅片晶圆进行复杂的图形切割等应用领域。紫外激光精细加工已成为现在精密加工领域的重要加工方式。

[0003]通过光纤传导激光可以实现激光的柔性传输与加工，目前在近红外波段已有各种商用化的传导光纤用于激光的柔性传导与制造，在紫光激光领域，借助紫外光纤，可以进行紫外线淬火树脂固化，机械微加工和制造，医学治疗，光栅制造，紫外光探测，环境保护等领域，但是由于普通的掺锗石英光纤对紫外波长激光具有极高的损耗，无法实现紫外激光通过光纤的柔性传输与加工。这主要是由于紫外激光在石英光纤传输过程产生了色心缺陷，这种缺陷阻止了紫外激光的传输。比如E’心缺陷(Si·或者Ge·，吸收峰分别在215nm/630nm，以及245nm/325nm)，BOH缺陷(非桥氧空心，Si-O·O-Si，吸收峰位于265nm/630nm)。在紫外波段传输性光纤能会快速老化(暗化)，造成紫外波段损耗的急剧增加，这就是所谓的光纤紫外抑制效应。中国专利文献CN1187629C报道了一种对光纤预制棒进行紫外照射，再通过拉丝炉高温对预制棒进行热处理的方法来提高光纤在紫外波段的传输效率。中国专利文献CN10141402B通过对光纤折射率剖面的特殊设计来提高紫外波段传输效率，增加了波导设计的复杂性，且传输效率主要提升的波段在600nm以下，距紫外窗口还有一定距离。发明内容

[0004]本发明所要解决的问题在于针对上述现有技术存在的不足提供了一种紫外光纤及其制备方法，该方法工艺简便，能有效提高光纤在紫外波段的传输效率。[0005]本发明为解决上述提出的问题所采取的技术方案为：[0006]先制作玻璃光纤预制棒，将玻璃光纤预制棒装夹到拉丝炉，在高温下将玻璃光纤预制棒拉制成光纤，其特征在于将拉制的光纤进行载氢预处理，最后将载氢预处理的光纤进行紫外辐照固化。[0007]按上述方案，所述的载氢预处理是将拉制的光纤绕制在光纤盘上，放入浓度为95％以上、压力为5～15MPa的氢气罐中，经过一段时间，使氢气分子渐渐渗入光纤，进入光纤包层及纤芯。

[0008]按上述方案，所述的载氢预处理的时间为至少为2天。[0009]按上述方案，所述的紫外辐照固化为通过耦合方式将紫外光源耦合入载氢光纤的纤芯，或通过紫外光源对经过载氢预处理的光纤直接进行射线辐照，紫外光源波长为100～390nm。

[0010]按上述方案，所述的耦合方式包括：载氢光纤盘绕：将载氢后的光纤盘绕于盘绕装

3

CN 111995262 A

说　明　书

2/3页

置上，光纤两端从盘绕装置引出；载氢光纤端面处理：将载氢光纤两端端面切割、研磨，确保光纤端面平整光滑；紫外光源耦合：将载氢光纤一端放入夹持装置，另一端对准监控测试装置探头，打开紫外光源，调节耦合装置及夹持装置，使紫外光源与载氢光纤端面相耦合，紫外射线耦合进载氢光纤的纤芯，在监控测试装置指示器上显示最大输出，观察监控测试装置指示器上输出功率或能量波动，待示数稳定后持续辐射数分钟或以上。[0011]按上述方案，所述的紫外光源为脉冲或连续激光器，或发光二极管，所述的耦合装置为透镜耦合器，所述的夹持装置为光纤夹具。[0012]按上述方案，所述的光纤为传能光纤，包括有芯层和包层，所述的芯层直径为3～400μm，芯层与包层的NA值为0.1～0.22，所述的包层直径为80～600μm，优选80～125μm。[0013]按上述方案，所述的光纤芯层直径为6～10μm、或50μm、或62.5μm、或80～200μm。[0014]按上述方案，所述的包层直径为80～600μm，优选80～125μm、或150～300μm。[0015]本发明的有益效果在于：1、通过光纤载氢处理，使氢气分子渐渐渗入光纤，紫外辐照固化将紫外射线耦合进载氢光纤的纤芯，在紫光光源辐照下，载入光纤的游离的氢分子与纤芯中掺杂元发生反应生成稳定-OH键或-H键，并引起纤芯折射率的改变，对光纤的色心缺陷起到很好的弥补作用，大大的提升了光纤在紫外波段的透过率，光纤在紫外波段的吸收系数大大降低，有效提高光纤在紫外波段的传输效率，使其在紫外激光的传输及加工领域有重要应用价值。2、本发明提供的制备方法简单实用，易于实现。附图说明

[0016]图1为本发明一个实施例的加工方法框图。

[0017]图2为本发明一个实施例中紫外光源耦合入载氢光纤的示意图。

具体实施方式

[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。[0019]实施例1：用PCVD制备石英光纤预制棒，在石英管内通入SiCl4，GeCl4，C2F6，和O2等反应气体，精准控制气体流量及反应功率，在管壁沉积石英光纤组分，并在2000℃左右高温将沉积石英管熔缩成实心棒，再与石英套管装配成预制棒。用夹头夹持石英预制棒，并缓慢升入拉丝炉，拉丝温度1600～2100℃，由牵引轮牵引拉丝，拉丝过程中在石英包层涂敷丙烯酸树脂并用紫外光源固化涂料，拉制完成后将光纤绕制于光纤盘上，放入氢气浓度100％，压力5MPa氢气罐中5天，载氢完成后采用波长351nm，单脉冲能量0.1mj脉冲激光器对光纤进行辐照，辐照完成后的光纤在紫外波段透过率在每10米90％左右。[0020]实施例2：用MCVD制备石英光纤预制棒，在石英管内通入SiCl4，POCl3，BBr3和H2，O2等反应气体，在高温下进行反应，在管壁沉积石英光纤组分，并在2000度左右高温将沉积石英管熔缩成实心棒，再与石英套管装配成预制棒。用夹头夹持石英预制棒，并缓慢升入拉丝炉，拉丝温度1600～2100度，由牵引轮牵引拉丝，拉丝过程中在石英包层涂敷聚酰亚胺并热固化涂料，拉制完成后将光纤绕制于光纤盘上，放入氢气浓度100％，压力15MPa氢气罐中3天，载氢完成后采用波长248nm，功率毫瓦级连续激光器对光纤进行辐照，辐照完成后的光纤在紫外波段透过率在每10米90％左右。[0021]实施例3：石英光纤纤芯芯径105μm，包层125μm，载氢压力10Mpa，氢气浓度99％，载

4

CN 111995262 A

说　明　书

3/3页

氢时长15天，紫外光源1波长337nm，功率1.5W，耦合透镜2通光孔径5mm，取刚载氢完石英光纤46米，低张力绕制于光纤盘4上，将石英光纤两端切割研磨，使端面平整光滑，将石英光纤放入光纤夹具3，一端位于耦合透镜焦点附近，另一端接功率探测器5，调节光纤夹具位置，使功率探测器读数最大，固定光纤夹具，保持紫外光源辐射，至探测器功率稳定。一个月后，测试经过紫外固化的载氢光纤在337nm波长的损耗为0.082dB/m，未经固化的载氢光纤在337nm波长的损耗为0.6dB/m。

5

CN 111995262 A

说　明　书　附　图

1/1页

图1

图2

6