專利名稱：一種用于光纖放大領(lǐng)域的硫碲酸鹽玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信材料，特別是光纖放大器和傳能光纖材料中的硫碲酸鹽玻璃材料。
背景技術(shù)：
摻鉺光纖放大器(EDFA)是光纖通信領(lǐng)域的重大發(fā)明，EDFA一般是工作在1550nm窗口上，該窗口光纖損耗系數(shù)比1310nm窗口還要低(僅0.2dB/km)。隨著網(wǎng)絡(luò)所需容量的不斷增加，工作在1550通信窗口上已經(jīng)不能滿足容量需求。光纖拉曼放大器(FRA)由于其自身固有的全波段可放大、噪聲指數(shù)小等特性，成為了新一代放大器的首選。但這種放大系統(tǒng)也有對所需泵浦功率較大、對光偏振敏感的缺點(diǎn)。另外由于拉曼放大器的增益較低，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，它不適合單獨(dú)做功率放大器。EDFA和FRA混合使用雖然能帶來極大的好處，但由于EDFA的放大帶寬較窄，使得混合放大時(shí)只能局限于C波段，這種局限性就導(dǎo)致不能充分利用FRA全波段放大的優(yōu)勢。為克服這一局限和獲得更大的放大帶寬，可并行采用一些新型的摻雜光纖放大器并同F(xiàn)RA一起進(jìn)行混合放大，這就可使混合放大系統(tǒng)的放大帶寬擴(kuò)展到S+C+L波段。
摻雜稀土的碲酸鹽玻璃光纖放大系統(tǒng)具有放大帶寬大，玻璃穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。作為一種氧化物玻璃，碲酸鹽玻璃的穩(wěn)定性超過了氟化物玻璃或硫系玻璃。摻雜稀土的碲酸鹽玻璃光纖放大系統(tǒng)能夠放大S+C+L三個(gè)波段的光，是在所研究的寬帶放大體系中最具應(yīng)用前景的一個(gè)。
美國專利US 6 194 334 B1介紹了一種碲酸鹽玻璃，10-90％TeO2，至少5％的WO3，至少5％的R2O，該光纖的的穩(wěn)定性采用Tx-Tg來描述為大于100℃，放大半峰寬(FWHM)最優(yōu)值是58nm。
美國專利US 6 356 387 B1介紹了一種碲酸鹽玻璃，55-90％TeO2，0～20％的Bi2O3，0～35％的Na2O，0～35％的ZnO，該光纖的的穩(wěn)定性采用Tx-Tg來描述，Tgmax＝307.4℃，Tx＝421.6℃。
美國專利US 5 251 062介紹了一種碲酸鹽玻璃，58-84％TeO2，最多24％的Na2O，10～30％的ZnO，摻雜Er，Pr，Nd。該光纖的的穩(wěn)定性采用Tx-Tg來描述，Tg＝300～305℃，Tx＝408～449℃。
中國發(fā)明專利CN 1473782A公開了一種用于碲酸鹽玻璃包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃。該發(fā)明描述了一種低成本，克服了碲酸鹽玻璃易析晶缺點(diǎn)的玻璃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于光纖放大等領(lǐng)域的硫碲酸鹽玻璃，該種玻璃的穩(wěn)定性高，并且放大帶寬達(dá)到或超過上述文獻(xiàn)中提到的值。同時(shí)，作為一種低聲子材料，可以應(yīng)用于激光能量傳輸方面。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種硫碲酸鹽玻璃體系，它的組成范圍如下原材料名稱摩爾％Na2S 10-15％TeO245-50％WO335-45％外摻雜RE3+摻雜量為玻璃組成的3000ppm≤RE3+＜10000ppm其中，RE指鑭系元素Er，Yb，Tm，Pr，Nd，Dy，La，Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Ho或Lu，或幾種的混合。
這種硫碲酸鹽玻璃的制造方法步驟為a將該玻璃組成的原材料磨成＜100μm的粉末，按其玻璃組成的比例將原材料粉末混合后裝入容器中，充入氮?dú)猓忾]加熱；b步驟a的原材料粉末混合物加熱時(shí)，在0-450℃以每小時(shí)100℃的速度升溫，在450℃保溫0.5～3小時(shí)，再以每小時(shí)100℃的速度從450℃升溫850℃，在850℃保溫0.5～2小時(shí)，最后按每小時(shí)200℃的速度分階段降溫成玻璃。
其玻璃制造過程中采用震動(dòng)或搖晃達(dá)到均勻化的效果。
用這種玻璃制造的光纖，在特定980nm波長泵浦作用下，稀土離子產(chǎn)生躍遷，當(dāng)C+L波段信號(hào)光通過這種光纖時(shí)，它將產(chǎn)生受激輻射，產(chǎn)生放大信號(hào)光，這種放大的信號(hào)光與原來的信號(hào)光保持相同的相位和波長不變。在1064nm波長泵浦作用下，當(dāng)S波段信號(hào)光通過這種光纖時(shí)，它將產(chǎn)生受激輻射，產(chǎn)生放大信號(hào)光，這種放大的信號(hào)光也與原來的信號(hào)光保持相同的相位和波長不變。
在放大光纖測試中，由于摻雜的稀土離子在泵浦帶和激發(fā)態(tài)有兩個(gè)巨大的吸收峰，在衰減譜上表現(xiàn)為大的衰減，也可以稱為吸收譜。
光纖的衰減是限制無中繼通信距離的重要因素之一。光纖本身的衰減來自本征吸收，瑞利散射，OH-吸收峰及其諧振峰，波導(dǎo)損耗和附加損耗。附加損耗主要是宏彎損耗和微彎損耗。
降低光纖在1383nm的水峰，可以減少光纖在1240nm處的諧振峰，可以用1240nm的衰減來描述放大光纖本身的衰減。
本發(fā)明的玻璃在制造之前，先經(jīng)過一個(gè)原材料處理過程，目的是降低玻璃中OH-的含量。
這種玻璃的主要原材料都經(jīng)過一個(gè)干燥脫水過程在一個(gè)充入氮?dú)獾拿荛]容器內(nèi)，抽真空，緩慢加熱升溫，以除去水分，降低玻璃中OH-含量，進(jìn)而降低光纖在1383nm處的水峰，降低光纖的衰減。
本發(fā)明中采用Na2S作為主要原材料，S元素的引入，擴(kuò)大了成玻璃的范圍，增加了WO3的摩爾含量，玻璃呈淡黃色透明，且本發(fā)明中描述的玻璃在玻璃化轉(zhuǎn)化溫度(Tg)提高的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了拉絲操作的穩(wěn)定性。
根據(jù)EDFA的工作原理，泵浦激光器的功率較大，考慮到激光損傷，需要提高玻璃的Tg，增加穩(wěn)定性。同時(shí)盡量滿足Tx-Tg＞100℃，Tx-Tg越大，則拉絲操作性越好，表明這種光纖越穩(wěn)定。
S元素的引入，提高了摻雜稀土碲酸鹽玻璃光纖在工作波段的吸收譜，與二氧化硅基摻鉺光纖的吸收譜相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是最大吸收峰增大，吸收譜寬增大，這意味著新型玻璃的放大光纖具有更大的小信號(hào)增益和更大的放大帶寬。


圖1是EDFA的工作原理2碲酸鹽玻璃的DTA曲線(Tg＝371℃，Tx＝497.1℃)圖3摻鉺硫碲酸鹽玻璃光纖和摻鉺二氧化硅基光纖的吸收譜對比，其中1為碲酸鹽，2為二氧化硅。
圖4相同摻雜摩爾濃度的Yb3+離子在硫碲酸鹽玻璃光纖和二氧化硅基光纖的吸收截面對比。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種硫碲酸鹽玻璃，按前述的制備方法制備，具體的摩爾組成是Na2S 10％，TeO247％，WO343％，摻雜4300ppm的鉺離子；在450℃保溫0.5小時(shí)，在850℃保溫2小時(shí)。測試了塊玻璃的差熱分析曲線，得到Tg＝371℃，Tx＝497.1℃。同時(shí)，將該玻璃作為纖芯玻璃，采用碲酸鹽玻璃作為包層玻璃，采用丙烯酸類涂料作為保護(hù)層，得到了光纖，測試了這種摻鉺光纖的吸收譜，和摻鉺的二氧化硅光纖進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)本實(shí)例玻璃的放大光纖可能具有比摻鉺的二氧化硅光纖(EDFA)更大的小信號(hào)增益和更大的放大帶寬。
實(shí)施例2一種硫碲酸鹽玻璃，按前述的制備方法制備，具體的摩爾組成是Na2S 13％，TeO242％，WO345％，摻雜3000ppm的鐿離子；在450℃保溫3小時(shí)，在850℃保溫0.5小時(shí)。測試了塊玻璃的差熱分析曲線，得到Tg＝382℃，Tx＝503.4℃。同時(shí)，將該玻璃作為纖芯玻璃，采用碲酸鹽玻璃作為包層玻璃，采用丙烯酸類涂料作為保護(hù)層，得到了光纖，測試了這種摻鉺光纖的吸收譜，和摻鉺的二氧化硅光纖進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)本實(shí)例玻璃的放大光纖具有比摻鐿的二氧化硅光纖更大的吸收截面，這意味著這種新型摻鐿硫碲酸鹽玻璃做成的光纖可以產(chǎn)生更高的激光輸出。
實(shí)施例3一種硫碲酸鹽玻璃，按前述的制備方法制備，具體的摩爾組成是Na2S 10％，TeO247％，WO343％，摻雜6000ppm的鉺離子；在450℃保溫1小時(shí)，在850℃保溫1小時(shí)。測試了塊玻璃的差熱分析曲線，得到Tg＝370.2℃，Tx＝496.7℃。同時(shí)，將該玻璃作為纖芯玻璃，采用碲酸鹽玻璃作為包層玻璃，采用丙烯酸類涂料作為保護(hù)層，得到了光纖，測試了這種摻鉺光纖的吸收譜，和實(shí)施例1進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)本實(shí)例玻璃的放大光纖具有更大的小信號(hào)增益。
權(quán)利要求
1.一種硫碲酸鹽玻璃體系，其特征在于它的組成如下原材料名稱 摩爾％Na2S 10-15％TeO245-50％WO335-45％外摻雜RE3+摻雜量為玻璃組成的3000ppm≤RE3+＜10000ppm其中，RE指鑭系元素Er，Yb，Tm，Pr，Nd，Dy，La，Ce，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Ho或Lu。
2.權(quán)利要求1所述的硫碲酸鹽玻璃的制造方法，其特征是步驟為a將該玻璃組成的原材料磨成＜100μm的粉末，按其玻璃組成的比例將原材料粉末混合后裝入容器中，充入氮?dú)?，封閉加熱；b步驟a的原材料粉末混合物加熱時(shí)，在0-450℃以每小時(shí)100℃的速度升溫，在450℃保溫0.5～3小時(shí)，再以每小時(shí)100℃的速度從450℃升溫850℃，在850℃保溫0.5～2小時(shí)，最后按每小時(shí)200℃的速度分階段降溫成玻璃。
3.按照權(quán)利要求2所述的硫碲酸鹽玻璃的制造方法，其特征是制造過程中采用震動(dòng)或搖晃達(dá)到均勻化。
全文摘要
一種用于光纖放大領(lǐng)域和傳能領(lǐng)域的基礎(chǔ)玻璃，玻璃組成為Na
文檔編號(hào)C03C3/12GK1686885SQ20051001850
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者趙修建, 成煜, 龔勇宏 申請人:武漢理工大學(xué)