CN113248139B - 高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用 - Google Patents

高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用，所述光学玻璃按重量百分比计，含有以下组分：二氧化硅55％‑60％；三氧化二铝15％‑20％；氧化镁5％‑10％；三氧化二硼0‑10％；氧化铅5‑10％；二氧化锗0‑5％；二氧化铈0‑5％。本发明所述的方法制备的光学玻璃，其折射率(nd)为：1.53～1.58；在深紫外波段(即紫外激光波段)具有极高的光吸收率，在180‑300nm波段的光谱透过率小于等于30％；在400‑2000nm范围内的光谱透过率大于等于95％；光通信波段(通常为1310nm或1550nm)具有极低的吸收率，即在1100‑1600nm波段的光谱透过率大于等于99％；经紫外激光辐照后，其折射率变化达(4‑8)×10‑3。

Description

高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及光学玻璃技术领域，具体涉及一种高光致折射率变化的光学玻璃、由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用。
背景技术
光纤光栅是通过紫外激光辐照或飞秒激光直写等技术在光纤纤芯上形成周期性折射率变化的光栅，当一束宽带光入射到光纤光栅中时，折射率的周期性结构使得某个特定波长的窄带光被反射，反射光波长满足布拉格散射条件。由于温度、应变、加速度等变量会导致光栅周期或等效折射率的变化，进而会引起光栅反射光中心波长的改变，因此，通过精确测量光纤光栅反射光中心波长的变化便可得到环境中温度、应变、加速度等参数的变化(见图1)。
光纤光栅具有高灵敏度、高精度、低损耗、易于分布式测量、低功耗、质轻径细等显著优势，成为光纤通信、光纤激光和光纤传感的核心器件，广泛应用于航空航天、船舶重工、石油电力、国防安全、高铁与轨道交通、桥梁与土木工程等领域，在各类高端装备传感控制和重大基础设施健康监测等方面发挥着重要作用，是实现光电探测感知、提升装备性能、保障关键结构安全的关键性技术。
根据光纤光栅的工作原理，光纤纤芯在紫外激光辐照下的折射率变化对于光纤光栅的测试精度和灵敏度起着决定性影响。目前，现有光纤光栅传感技术主要使用以石英玻璃为纤芯的光纤材料。由于石英玻璃是由单一的二氧化硅材料通过化学气相沉积等方式制备而成，其本征光致折射率变化很小，约在10-5数量级。
此外，由于多组分玻璃的软化温度与石英玻璃差值约1200℃，因此在实际使用过程中，多组分玻璃光纤与石英光纤的熔接难度极大，制约了多组分玻璃光纤的应用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种高光致折射率变化的光学玻璃，以及由该玻璃制备的光纤及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高光致折射率变化的光学玻璃，按重量百分比计，含有以下组分：二氧化硅55％-60％；三氧化二铝15％-20％；氧化镁5％-10％；三氧化二硼0-10％；氧化铅5-10％；二氧化锗0-5％；二氧化铈0-5％。
优选地，所述高光致折射率变化的光学玻璃，按重量百分比计，含有以下组分：二氧化硅55％-57％；三氧化二铝15％-18％；氧化镁7％-10％；三氧化二硼6-10％；氧化铅8-10％；二氧化锗3-5％；二氧化铈3-5％。优选地，通过设计具有较高三氧化二铝、氧化镁及二氧化硅的含量，保证玻璃具有较高的软化温度，同时合理增加了三氧化二鹏、氧化铅、二氧化锗和二氧化铈的含量，可以提高玻璃的光致折射率变化性能。
进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述光学玻璃中还可以包含按重量百分比计总量低于5wt‰的三氧化二锑和/或三氧化二砷。
进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述光学玻璃具有以下性能，折射率(nd)为：1.53～1.58；线膨胀系数为：(60-70)×10-7/℃；玻璃转变温度为：750-800℃；玻璃软化温度为：900-950℃。
进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述光学玻璃的光谱透过率(厚度5mm玻璃片使用分光光度计测试)在不同波段具有以下特征：
(1)在180-300nm波段的光谱透过率小于等于30％，其优点是在深紫外波段(即紫外激光波段)具有极高的光吸收率，通过提高对深紫外光的吸收，可实现玻璃折射率的大幅变化，即高的本征光致折射率变化。
(2)在400-2000nm的范围内的光谱透过率大于等于95％，其中在1100-1600nm波段光谱透过率大于等于99％，其目的在于对光通信波段(通常为1310nm或1550nm)具有极低的吸收率，以降低光的损耗。
进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述光学玻璃经紫外激光辐照后，其折射率变化在(4-8)×10-3之间。
进一步地，前述的高光致折射率变化的光学玻璃中，其中所述紫外激光辐照条件：激光波长为248nm，脉冲宽度为10ns，脉冲频率为50Hz，脉冲能量为20mJ，光斑直径为5mm，辐照时间为10min。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种高光致折射率变化的光学玻璃的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方量称取上述原料，混合均匀得到配合料；
2)在1200-1300℃下将配合料按多次加入坩埚中进行熔制，每次加料间隔时间为10分钟-30分钟；
3)加料完成后升温至1500-1550℃进行澄清3-5小时；
4)澄清结束后降温至1300-1350℃保温1-3小时进行均化；
5)均化结束后将玻璃液在模具中浇注成型为光学玻璃坯料；
6)成型的光学玻璃坯料在600-700℃下保温2-3小时，然后断电退火至室温后出炉，得到所述光学玻璃。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种光纤，所述光纤有纤芯和包层组成，所述纤芯由上述光学玻璃制成，所述包层的材料为石英玻璃。
进一步地，前述的光纤中，其中所述光纤为单模光纤或多模光纤。
进一步地，前述的光纤中，其中所述单模光纤纤芯直径为8-10μm，包层直径为125±5μm。
进一步地，前述的光纤中，其中所述多模光纤纤芯直径为50-65μm，包层直径为125±5μm。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种光纤的制备方法，包括以下步骤：
S1根据所述光纤的规格(纤芯直径d1和包层直径d2)设计纤芯玻璃棒及包层玻璃管的物理尺寸，其中纤芯玻璃棒直径为D1，包层玻璃管外径为D2，内径为D1+ΔD；
S2按照配方称重混合均匀后熔制成光学玻璃，并加工成直径为D1的纤芯玻璃棒；
S3将石英玻璃加工成外径为D2，内径为D1+ΔD的包层玻璃管；
S4利用火焰加工方法，将包层玻璃管的一端封口；
S5将纤芯玻璃棒套在包层玻璃管中，组合成光纤预制棒；
S6将光纤预制棒挂在光纤拉丝塔上，在一拉丝温度下均匀拉制成光纤。
进一步地，前述的光纤的制备方法中，其中步骤S1中，所述D2与D1的比值等于d2与d1的比值。
进一步地，前述的光纤的制备方法中，其中步骤S1中，所述ΔD为0.1-0.5mm。
进一步地，前述的光纤的制备方法中，其中步骤S6中，所述拉丝温度为1800-2100℃。
进一步地，前述的光纤的制备方法中，其中所述光纤的数值孔径为0.49-0.63，光纤损耗为0.5-1.0dB/m，拉伸强度为120-150kpsi。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种光纤传感元件，所述光纤传感元件包括光纤，所述光纤包括纤芯和包层，所述纤芯由上述光学玻璃制成，所述包层的材料为石英玻璃，所述纤芯上具有呈周期性折射率变化的光栅。
进一步地，前述的光纤传感元件中，其中所述光纤传感元件为光纤传感器、光纤激光器或光纤通信器。
将上述光学玻璃和/或由该玻璃制备的光纤，经掩膜板和紫外激光或飞秒激光辐照后，在光纤纤芯上刻写出具有周期性折射率变化的光栅，进而应用于光纤传感、光纤激光、光纤通信中。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的光学玻璃，其折射率(nd)为：1.53～1.58；在深紫外波段(即紫外激光波段)具有极高的光吸收率，在180-300nm波段的光谱透过率小于等于30％；在400-2000nm范围内的光谱透过率大于等于95％；光通信波段(通常为1310nm或1550nm)具有极低的吸收率，即在1100-1600nm波段的光谱透过率大于等于99％；经紫外激光辐照后，其折射率变化达(4-8)×10-3。
本发明所述的光学玻璃，其转变温度为750-800℃、软化温度900-950℃，因此该玻璃具有较高的软化点，能够与石英包层玻璃管配合，在高温(1800-2100℃)下拉制成光纤，该光纤具有高光致折射率变化的硅酸盐玻璃纤芯，以及石英玻璃包层。因此，该光纤非常方便地可与常规石英光纤进行熔接。
本发明所述的光纤，其数值孔径为0.49-0.63，远高于石英光纤的0.18-0.22，具有更高的入射光信号收集能力，其损耗在0.5-1.0dB/m之间，具有较低损耗，和更高的拉伸强度120-150kpsi，适用于短距离光纤传感、通信领域，或者对强度有较高要求的应用场景。
本发明所述的光纤，其纤芯具有较高的本征光致折射率变化，经紫外激光或飞秒激光辐照，能够实现快速刻写光栅，易于制备成高灵敏度、高精度的光纤传感器或者高功率光纤激光器。例如，由上述高光致折射率变化的光学玻璃及光纤为基础材料，制备的光纤测温传感器测温精度可达到0.2-0.3℃。
本发明所述的光学玻璃或光纤纤芯在紫外激光或飞秒激光辐照后的光致折射率变化稳定性好，在使用过程中不会发生衰退，在300℃温度下退火2小时，光致折射率变化情况不发生改变。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1为现有技术中光纤光栅的工作原理图；
图2为本发明实施例3的5mm厚光学玻璃样品的光谱透过率曲线；
图3为本发明的单模光纤结构示意图；
图4为本发明的多模光纤结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下材料或试剂，若未特别说明，均为市购。
本发明实施例1-8的高光致折射率变化的光学玻璃及对比例1-2的光学玻璃的配方组成(按重量百分比计)见表1。
表1高光致折射率变化的光学玻璃的组分(按重量百分比计)
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 对比例1 对比例2
二氧化硅 55 57 58 60 58.5 54.5 56 57.5 64.5 44.5
三氧化二铝 20 19 18 16 17 16 18 15 16 16
氧化镁 10 9 7 7 5 10 8 8 10 10
三氧化二硼 10 6 7 4 1 0 5 7 0 0
氧化铅 5 6 7 8 9 10 8 7 0 20
二氧化锗 0 1 2 3 4 5 2 3 5 5
二氧化铈 0 2 1 2 5 4 3 2 4 4
三氧化二锑 0 0.2 0.3 0.1 0.4 0.5 0 0.3 0.5 0.5
三氧化二砷 0 0.1 0.1 0.3 0.1 0 0.4 0.2 0 0
加料温度 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350
加料间隔 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
熔化温度 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
澄清时间 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
均化温度 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350
均化时间 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
退火温度 650 650 650 650 650 650 650 650 650 650
退火时间 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
进一步的，按表1中所列各组分配方比例称取上述原料，混合均匀得到配合料；在1350℃下将配合料按多次加入坩埚中进行熔制，每次加料间隔时间为30分钟；加料完成后升温至1500℃进行澄清4小时；澄清结束后降温至1350℃保温3小时进行均化；均化结束后将玻璃液在模具中浇注成型为光学玻璃坯料；成型的光学玻璃坯料在650℃下保温2小时，然后断电退火至室温后出炉，得到所述光学玻璃；然后对所述光学玻璃进行主要性能测试，测试结果见表2。
其中，紫外激光辐照前后的折射率按照GB/T 7962.1-2010测试；膨胀系数、转变温度、软化温度按照GB/T 7962.16-2010测试；光谱透过率按照GB/T 7962.12-2010测试，样品为5mm厚玻璃片；紫外激光辐照条件为激光波长为248nm，脉冲宽度为10ns，脉冲频率为50Hz，脉冲能量为20mJ，光斑直径为5mm，辐照时间为10min。
表2本发明实施例1-8的高光致折射率变化的光学玻璃及对比例1-2的光学玻璃的性能
Figure BDA0003095084480000071
从表2的数据可以看出，按照本发明制备的光学玻璃，其折射率(nd)为：1.53～1.58；线膨胀系数为：(60-70)×10-7/℃；玻璃转变温度为：750-800℃；玻璃软化温度为：900-950℃。在深紫外波段(即紫外激光波段)具有极高的光吸收率，在180-300nm波段，光谱透过率≤30％；在400-2000nm范围内光谱透过率≥95％；光通信波段(通常为1310nm或1550nm)具有极低的吸收率，即在1100-1600nm波段光谱透过率≥99％；经紫外激光辐照后，其折射率变化在(4-8)×10-3之间。
对比例1和实施例6相比，没有添加氧化铅，其它组分含量基本相同或差别不大。从测试结果可以看出，对比例1的光致折射率变化与实施例6相比要低很多，这说明，氧化铅在提高玻璃的光致折射率变化方面具有较好地效果。
对比例2和实施例6相比，进一步增加了氧化铅含量，其它组分含量基本相同或差别不大。从测试结果可以看出，对比例2的光致折射率变化与实施例6相比要高很多，但是由于氧化铅含量过高，使得折射率、色散高。
其中，实施例3的5mm厚光学玻璃样品的光谱透过率曲线如图2所示。
为进一步便于理解，现将本发明光学玻璃中各组分的作用及设计原则说明如下：
本发明中，二氧化硅是玻璃形成骨架的主体，是玻璃骨架中起主要作用的成分。以重量百分比计，二氧化硅的含量为55wt％-60wt％。与普通玻璃相比，本发明中二氧化硅含量较高，它可降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度和机械强度等。在本发明所述玻璃体系下，当二氧化硅的含量高于60wt％时，熔制难度加大。若低于55wt％，则玻璃的折射率会大幅提高，超出本发明所需要的折射率及数值孔径的需要。
三氧化二铝主要用于部分地替代二氧化硅，可以显著改善玻璃的化学稳定性，提高强度及软化温度。本发明中含有15wt％-20wt％的三氧化二铝，与普通玻璃相比较高，与高强玻璃相当，目的在于进一步提高玻璃的稳定性和软化温度，以与石英玻璃包层相匹配，满足高温拉丝的工艺需要。若三氧化二铝的含量超过20wt％，则玻璃熔制温度要求更高，难度大，且玻璃中结石等缺陷增多；若三氧化二铝的含量低于15wt％，玻璃的软化温度会降低，与石英玻璃的拉丝温度匹配性变差。
氧化镁为网络外体，起到改善玻璃熔制特性、膨胀系数等参数的作用。根据实验研究，本发明中氧化镁的含量为5wt％-10wt％。若氧化镁的含量超过10wt％，玻璃的软化温度会降低，与石英玻璃的拉丝温度匹配性变差。若氧化镁的含量低于5wt％，玻璃的熔制温度要求更高，难度大，且玻璃中结石等缺陷增多。
三氧化二硼既是玻璃形成氧化物，也是构成玻璃骨架的成分，同时又是一种降低玻璃熔制黏度的助溶剂。在本发明中，三氧化二硼还起到提高玻璃的光致折射率变化、降低色散的关键作用。硼氧三面体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元，在不同条件下硼可能以三面体[BO3]或硼氧四面体[BO4]存在，在高温熔制条件时，一般难于形成硼氧四面体，而只能以三面体的方式存在，但在低温时，在一定条件下B3+有夺取游离氧形成四面体的趋势，使结构紧密而提高玻璃的低温黏度，但由于它有高温降低玻璃黏度和低温提高玻璃黏度的特性。在紫外激光辐照或飞秒激光辐照作用下，玻璃中硼氧三面体[BO3]和硼氧四面体[BO4]在微观上的构型转变，是引起玻璃光致折射率变化的主要原因。根据实验研究发现，以重量百分比计，三氧化二硼的含量为0-10wt％。若含量超过10wt％，玻璃的软化温度会降低，与石英玻璃的拉丝温度匹配性变差。
氧化铅对于提高玻璃折射率、调整玻璃热学性能、降低玻璃熔制温度、改善玻璃的内部质量发挥着重要作用。除此之外，在本发明中，氧化铅也是提高玻璃光致折射率变化的关键。这是因为Pb原子的最外层电子层上只有4个电子，容易吸收光子发生能级跃迁。同时Pb2+和Pb4+在紫外激光辐照作用下发生价态的转变，造成微光区域内的电势分布变化，进而对O2-的吸引力发生改变，导致玻璃微观结构发生变化，形成光致折射率变化。根据实验研究发现，以重量百分比计，氧化铅的含量5-10wt％。若含量超过10wt％，玻璃的软化温度会降低，与石英玻璃的拉丝温度匹配性变差。若含量低于5wt％，对玻璃光致折射率变化的提升效果不佳。
二氧化锗也是一种网络形成体，由于Ge与Si为同一族元素，外层电子结构相同，因此可以替代Si进入玻璃网络中，在紫外激光或飞秒激光辐照后，局部微观结构的改变形成折射率变化。在本发明中，其含量为0-5wt％。若二氧化锗的含量超过5％，则会造成玻璃熔制困难，且二氧化锗价格昂贵，故二氧化锗不适合在玻璃中大量引入。
二氧化铈的含量为0-5wt％，其在本发明中的作用为：一是通过其外层电子对紫外线的吸收，提高玻璃的光致折射率变化，二是改善玻璃的耐辐照性能。若含量高于5wt％，则会引起玻璃的光谱吸收率下降，增加玻璃光纤的损耗。
此外，为了改善玻璃的内部质量，在玻璃成分中还可以引入低于5wt‰的三氧化二锑和/或三氧化二砷，其作为澄清剂，有助于玻璃熔制过程中的气泡排出，以提升光学玻璃的内部质量。若超过5wt‰，三氧化二锑和/或三氧化二砷含量太高，则会造成玻璃光学性能变差。三氧化二锑和三氧化二砷具有相同的效果，单一添加还是组合添加效果一样。但如果从环保角度考虑，优选只加入三氧化二锑。
上述的“高光致折射率变化”指的是高的光敏性，即在深紫外辐照条件下，光学玻璃的折射率发生改变。是本领域公知的技术。
本发明还提供了一种上述由上述光学玻璃制备的光纤及其制备方法。
所述光纤如图3、图4所示，包括纤芯1和包层2，其中纤芯1的材料为上述光学玻璃(例如实施例1-8)，包层2的材料为石英玻璃。所述光纤传感元件包括的光纤数量可以为单根或多根，一般为单根。
若所述光纤为单模光纤，那么其纤芯直径为8-10μm，包层直径为125±5μm。
若所述光纤为多模光纤，那么其纤芯直径为50-65μm，包层直径为125±5μm。
此外，为了保护光纤表面不受潮湿气体和外力擦伤，降低光纤的微弯附加损耗功能等，所述光纤的外表面还可以设有有机保护层。
进一步地，所述光纤的制备方法包括以下步骤：
(1)根据所述光纤规格(纤芯直径d1和包层直径d2)设计纤芯玻璃棒及包层玻璃管的物理尺寸，其中纤芯玻璃棒的直径为D1，包层玻璃管外径为D2，内径为D1+ΔD；
(2)按照配方称重混合均匀后熔制成光学玻璃，并加工成直径为D1的纤芯玻璃棒；
(3)将石英玻璃加工成外径为D2，内径为D1+ΔD的包层玻璃管；
(4)利用火焰加工方法，将包层玻璃管的一端封口；
(5)将纤芯玻璃棒套在包层玻璃管中，组合成光纤预制棒；
(6)将光纤预制棒挂在光纤拉丝塔上，在一定拉丝温度下均匀拉制成光纤。
具体实施时，所述D2与D1的比值等于d2与d1的比值。
具体实施时，所述ΔD的范围为0.1-0.5mm。
具体实施时，所述拉丝的温度为1800-2100℃。
进一步地，所述光纤的数值孔径为0.49-0.63，光纤损耗在0.5-1.0dB/m之间。
根据实际需要，还可以包括在光纤的外表面涂覆上丙烯酸酯、碳酸酯或聚氨酯的有机保护层的步骤。
正是由于本发明提出的光学玻璃具有高软化温度的特性(实施例1-8)，其本身的拉丝温度要在1100-1300℃之间，与普通玻璃(700-800℃)相比较高，与石英玻璃的拉丝温度差值小，通过拉丝工艺调整能够实现与石英玻璃包层一同拉丝成型。
根据上述步骤，使用实施例1-8制备的光纤(实施例9-16)及对比例1-2制备的光纤(对比例3-4)性能如表3所示。
Figure BDA0003095084480000111
从表3的数据可以看出，利用本发明提出的高光致折射率变化的光学玻璃(实施例1-实施例8)制备成的光纤，成纤性能较好，能够制备成单模或多模光纤；当高光致折射率变化的光学玻璃与石英玻璃匹配拉制光纤时，拉丝温度通常较高为1800-2100℃，该光纤的数值孔径为0.49-0.63，光纤损耗为0.5-1.0dB/m，高的拉伸强度(120-150kpsi)能够满足光纤传感应用需求；
对比例3是使用对比例1所述的玻璃材料作为纤芯制备的光纤，虽然也可以用于光纤传感，但因对比例1的光致折射率变化数值较小，因此制备的光纤，在紫外光栅刻写过程中，折射率调制较小，光纤传感性能不佳，无法满足高精度光纤传感的应用需求。对比例4是使用对比例2所述的玻璃材料作为纤芯制备的光纤，测温精度达到0.08，但其损耗太高，不适合作为光纤传感材料使用。
由于本发明提供的光学玻璃以及由该玻璃制备的光纤，具有高的光致折射率变化等特性，因此，经掩膜板和紫外激光或飞秒激光辐照后，可以在光纤纤芯上刻写出具有周期性折射率变化的光栅，进而应用于光纤传感、光纤激光、光纤通信等领域。
以制备光纤测温传感器为例，制备过程为：取2米长光纤(实施例9-16、对比例1的一种)一根置于现有的光栅刻写装置中，光栅刻写位置选择为光纤中心区域；将掩膜板置于距光纤25mm的地方，使用宽12mm的准分子激光束进行曝光10秒钟；光栅折射率变化的周期为0.1μm，光栅总长度为1mm；将刻好光栅的光纤与1054nm激光光源、解调仪、计算机等相连接，制备成光纤测温传感器***，从表3的数据可以看出实施例9-16对应的测温精度可以达到0.2-0.3℃，远远优于对比例3-4对应的测温精度。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种高光致折射率变化的光学玻璃，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：二氧化硅55%-60%；三氧化二铝15%-20%；氧化镁7%-10%；三氧化二硼1-5%；氧化铅5-10%；二氧化锗0-5%；二氧化铈0-5%；所述光学玻璃中还包含按重量百分比计总量低于5‰的三氧化二锑和/或三氧化二砷。
2.如权利要求1所述的高光致折射率变化的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃具有以下性能，折射率（nd）为：1.53~1.58；线膨胀系数为：（60-70）×10-7/℃；玻璃转变温度为：750-800℃；玻璃软化温度为：900-950℃；
所述光学玻璃的光谱透过率在不同波段具有以下特征：
（1）在180-300nm波段，光谱透过率≤30%；
（2）在400-2000nm范围内光谱透过率≥95%，其中在1100-1600nm波段光谱透过率≥99%；
所述光学玻璃经紫外激光辐照后，其折射率变化在（4-8）×10-3之间；所述紫外激光辐照条件为：激光波长为248nm，脉冲宽度为10ns，脉冲频率为50Hz，脉冲能量为20mJ，光斑直径为5mm，辐照时间为10min。
3.一种权利要求1或2所述的高光致折射率变化的光学玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照配方量称取上述原料，混合均匀得到配合料；
2）在1200-1300℃下将配合料按多次加入坩埚中进行熔制，每次加料间隔时间为10分钟-30分钟；
3）加料完成后升温至1500-1550℃进行澄清3-5小时；
4）澄清结束后降温至1300-1350℃保温1-3小时进行均化；
5）均化结束后将玻璃液在模具中浇注成型为光学玻璃坯料；
6）成型的光学玻璃坯料在600-700℃下保温2-3小时，然后断电退火至室温后出炉，得到所述光学玻璃。
4.一种光纤，所述光纤包括纤芯和包层，其特征在于，所述纤芯由权利要求1或2所述的光学玻璃制成，所述包层的材料为石英玻璃。
5.如权利要求4所述的光纤，其特征在于，所述光纤为单模光纤或多模光纤；所述单模光纤的纤芯直径为8-10μm，包层直径为125±5μm；所述多模光纤的纤芯直径为50-65μm，包层直径为125±5μm。
6.一种权利要求4或5所述的光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1根据所述光纤的纤芯直径d1和包层直径d2设计纤芯玻璃棒及包层玻璃管的物理尺寸，其中纤芯玻璃棒的直径为D1，包层玻璃管的外径为D2，内径为D1+ΔD；
S2按照配方称重混合均匀后熔制成光学玻璃，并加工成直径为D1的纤芯玻璃棒；
S3将透深紫外玻璃加工成外径为D2，内径为D1+ΔD的包层玻璃管；
S4将纤芯玻璃棒套在包层玻璃管中，组合成光纤预制棒；
S5将光纤预制棒挂在光纤拉丝塔上，在一拉丝温度下均匀拉制成光纤。
7.如权利要求6所述的光纤的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述D2与D1的比值等于d2与d1的比值；所述ΔD为0.1-0.5mm；步骤S5中，所述拉丝温度为1800-2100℃；所述光纤的数值孔径为0.49-0.63，光纤损耗为0.5-1.0dB/m，拉伸强度为120-150kpsi。
8.一种光纤传感元件，所述光纤传感元件包括光纤，其特征在于，所述光纤包括纤芯和包层，所述纤芯由权利要求1或2所述的光学玻璃制成，所述包层的材料为石英玻璃，所述纤芯上具有呈周期性折射率变化的光栅。
9.如权利要求8所述的光纤传感元件，其特征在于，所述光纤传感元件为光纤传感器、光纤激光器或光纤通信器。
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