測量大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種測量大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖，屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域。【背景技術(shù)】:
[0002]在電力系統(tǒng)中，測量電流的常規(guī)技術(shù)是采用電磁互感原理為基礎(chǔ)的電流互感器，然而隨著電力工業(yè)的迅速進(jìn)步與發(fā)展，傳統(tǒng)電磁互感器確定越來越突出，包括體積大，種類中，運(yùn)輸困難，易受電磁干擾，絕緣性差，長距離傳輸信號畸變嚴(yán)重，測量誤差大等。為克服這些缺點(diǎn)，以及光纖技術(shù)及傳感技術(shù)的迅猛崛起，人們正在尋求光學(xué)傳感的方法來測量電流。光纖有諸多優(yōu)點(diǎn)，包括抗電磁干擾強(qiáng)，絕緣性好，韌性大，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，跟重要的測量電流范圍大，易于與傳輸光纖耦合等，所以基于磁光效應(yīng)的光纖電流傳感器，收到人們的親睞。
[0003]對于光纖電流傳感器，其核心是磁光材料的研究，即研究具有大的法拉第旋轉(zhuǎn)，溫度穩(wěn)定的磁光性能材料。為了獲得較大的靈敏度，人們片面追求高Verdrt常數(shù)的摻雜離子，包括Tb3+、Dy3+、Ce3+和Er3+，然而，高Verdrt常數(shù)的順磁離子在摻雜濃度較高時，其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都會降低，對光纖性能產(chǎn)生不利影響，因此這種方法不可取。此外，Pb2+離子極化率較高，是逆磁材料，具有高verdet常數(shù)。且氧化鉛半導(dǎo)體材料具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，選擇氧化鉛磁光材料作為光纖摻雜介質(zhì)。
[0004]目前，制備氧化鉛預(yù)制棒的技術(shù)有MCVD法、OVD法等，即直接將氧化鉛材料通過載氣管道輸送并沉積在光纖預(yù)制棒包層或纖芯層。這種方法操作工藝成熟，但MCVD法往往是在包層或纖芯層疏松的玻璃態(tài)下沉積，氧化鉛材料沉積不能均勻分布并直接在纖芯層沉積后增加光纖損耗。
[0005]直接納米粒子(DND)沉積是一種管外氣相沉積法，利用一個特制的燃燒器噴頭，將納米粒子材料直接噴涂到坯棒上。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:直接、快速、單步摻雜，納米粒子摻雜，均一性好，分散性高，摻雜濃度高，精確控制摻雜徑向刨面、摻雜過程不會損壞纖芯以及適合不同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)沉積等。但納米沉積效率低，不適合沉積光纖預(yù)制棒厚度較大的包層及纖芯層等。
[0006]因此，從摻雜技術(shù)入手，將其應(yīng)用于PbO光纖制備中，就可以制備出均一性好、分散性高、摻雜濃度高的氧化鉛摻雜石英光纖。深入探索新型摻雜光纖的制備技術(shù)，制備均一性好、分散性高的應(yīng)用于測量大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖，具有廣泛的研究意義和普遍的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種PbO摻雜石英光纖,其主要應(yīng)用于大電流傳感器。本發(fā)明另一目的是根據(jù)DND沉積的優(yōu)勢，將PbO納米半導(dǎo)體材料與傳統(tǒng)光纖制備技術(shù)MCVD相結(jié)合，提供一種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖的制備方法。該光纖具有摻雜濃度高，均一性好，磁光特性優(yōu)良，熱穩(wěn)定好，結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于光纖大電流傳感器，光隔離器，及抗輻射光纖傳感器、非線性光學(xué)以及磁光開關(guān)，磁光調(diào)制器等其他磁光器件的應(yīng)用。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0009]一種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖，包括纖芯和包層，其特征在于所述纖芯是由摻雜少量高折射率的GeO2的石英疏松層一定濃度均勻分布的PbO半導(dǎo)體材料構(gòu)成；所述包層是由比纖芯折射率低的純石英構(gòu)成。
[0010]—種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖是米用DND法結(jié)合MCVD技術(shù)制備而成。首先采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)制棒機(jī)上沉積摻雜少量高折射率的GeO2芯棒，然后在芯棒上利用DND沉積法，將氧化鉛納米粒子均勻沉積在含GeO2的芯棒表面，然后采用MCVD技術(shù)制備包層材料，最后高溫縮棒得到光纖預(yù)制棒并進(jìn)行光纖拉制。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、氧化鉛摻雜石英光纖具有高的Verdet常數(shù)，溫度敏感性小等特性，且可根據(jù)大電流傳感器系統(tǒng)需求，通過實(shí)驗參數(shù)控制光纖濃度，折射率及尺寸分布等特性；2、采用DND沉積法，均一性好，摻雜濃度高，方便可行，從而得到更高品質(zhì)的氧化鉛摻雜石英光纖；3、結(jié)構(gòu)簡單、價位低廉，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，可用于構(gòu)建激光器、光放大器及傳感器等。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一個的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合【附圖說明】如下:
[0016]實(shí)施例一:
[0017]參見圖1，一種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖，包括纖芯(I)和包層
(I)，其特征在于所述纖芯(I)是由摻雜少量高折射率的GeO2的石英疏松層和一定濃度均勻分布的PbO半導(dǎo)體材料構(gòu)成；所述包層(2)是由比纖芯(I)折射率低的純石英構(gòu)成。
[0018]實(shí)施例二:
[0019]參見圖2，纖芯的PbO納米半導(dǎo)體(11)摻雜GeO2E英材料(12)是由MCVD及DND沉積技術(shù)制備而成。首先采用MCVD技術(shù)沉積S12和GeO2芯層材料，形成未燒結(jié)的疏松多孔狀芯層；其次，采用DND沉積技術(shù)在S12和GeO2芯棒表面沉積PbO納米粒子。將PbO的氣相和液相前驅(qū)體材料通過DND的特殊噴嘴，經(jīng)氫氧焰水解作用后，生產(chǎn)PbO納米粒子，經(jīng)噴嘴直接沉積在基底材料商，通過精確控制蒸汽壓力、火焰溫度、以及氣體流速等工藝條件，可精確控制沉積材料尺寸，即摻雜濃度。然后，PbO摻雜石英芯棒，表面采用MCVD技術(shù)沉積純石英包層(21)。最后，采用MCVD技術(shù)收棒，并根據(jù)大電流傳感器的需要，拉制成一定尺寸的PbO摻雜石英光纖。
【主權(quán)項】
1.一種氧化鉛摻雜石英光纖，包括纖芯(I)和包層(2)，其特征在于所述纖芯(I)是由摻雜少量高折射率的Ge02的石英疏松層和一定濃度均勻分布的PbO半導(dǎo)體材料構(gòu)成；所述包層(2)是由比纖芯(I)折射率低的純石英構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖，其特征在于所述的纖芯PbO半導(dǎo)體材料是利用直接納米粒子沉積法，將PbO納米粒子均勻沉積在含Ge02的芯棒表面，通過精確控制蒸汽壓力、火焰溫度、以及氣體流速等工藝參數(shù)來控制PbO摻雜濃度。 制備方法: (1)利用DND法將氧化鉛粒子均勻沉積到摻鍺的芯棒； (2)利用MCVD法分別沉積制備外包層、內(nèi)包層的母棒套管； (3)將芯棒插入母棒套管； (4)控制溫度收實(shí)成為實(shí)心光纖預(yù)制棒，并進(jìn)行拉絲成為光纖。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖的制備方法，屬光纖技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)制棒機(jī)上沉積摻雜少量高折射率的GeO2芯棒，在芯棒上利用直接納米粒子沉積法，將氧化鉛納米粒子均勻沉積在含GeO2的芯棒表面，然后采用MCVD技術(shù)制備包層材料，最后高溫縮棒得到光纖預(yù)制棒并進(jìn)行光纖拉制。本發(fā)明中的一種應(yīng)用于大電流傳感器的氧化鉛摻雜石英光纖結(jié)構(gòu)簡單、合理，具有均一性好、分散性高、摻雜濃度高、納米量級摻雜及Verdet常數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于光纖大電流傳感器，光隔離器，及抗輻射光纖傳感器、非線性光學(xué)以及磁光開關(guān)，磁光調(diào)制器等其他磁光器件的應(yīng)用。
【IPC分類】G01R15/24, C03C13/04, G02B6/02
【公開號】CN104880763
【申請?zhí)枴緾N201410073053
【發(fā)明人】王廷云, 郭強(qiáng), 董艷華, 張貴新, 羅承沐, 李東紅, 張東波
【申請人】蘇州福瑞互感器有限公司, 張家港智電電工高技術(shù)研究所有限公司, 上海大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2014年2月28日