本發明涉及光纖預制棒制備技術，特別是涉及一種制備有源光纖的離子溶液摻雜方法。

背景技術：

隨著激光技術的發展，激光器在軍事上和民事上的應用越來越廣泛，同時對于激光器的要求也越來越高，高質量，大功率，效率高是判別激光器優劣的重要標準。近年來，摻雜稀土離子的激光光纖激光器因為具有光束質量好、體積小、速度快、工作壽命長等優點，逐漸受到了大家的重視。并且已經廣泛應用在了激光焊接領域，醫療領域，激光通信等眾多領域。

激光光纖激光器中的核心部分是摻雜稀土離子光纖，摻雜稀土離子的光纖預制棒是拉制摻雜稀土離子光纖的必備部分，而摻雜稀土離子的摻雜工藝分為兩大類，液相摻雜法和氣相摻雜法。液相摻雜法是通過將離子溶液對疏松層進行浸泡，使離子溶液中的離子被疏松層吸收，達到摻雜稀土離子的目的。

液相摻雜法容易出現摻雜不均、隔離層脫落等現象，并且浸泡過程需要脫離車床操作，工藝流程比較復雜。氣相摻雜法，是利用氣態的反應物在反應管中直接生成稀土離子化合物，達到摻雜的目的。但由于螯合物本身含有碳元素，容易產生碳沉積導致光纖的損耗變高。并且氣相摻雜法由于需要飽和的氣態反應物，溫度的略微降低會使氣態反應物凝結成固態，不參與反應，并且容易堵塞管道。

目前液相攙雜法主要存在摻雜濃度不均，隔離層脫落兩個主要問題，傳統的溶液浸泡方式，不能合理控制離子位于各個位置的濃度，溶液注入預制棒后，離子自行擴散進入疏松層，由于疏松層的制備工藝問題，會導致反應管中疏松層的各個位置對于稀土離子的吸收速度有所不同，產生離子濃度不均，并且如果浸泡時間過長會導致疏松層結構被破壞，導致疏松層脫落。

技術實現要素：

針對傳統方法中，由于離子溶液浸泡注入方式引起的溶液濃度不均，進而影響光纖激光器的光束質量不好的缺點，本發明提供了一種制備有源光纖的離子溶液摻雜方法。本發明通過采用可移動式離子溶液噴灑方式，克制離子濃度不均和疏松層易脫落問題，以達到提高光纖吸收均勻性，降低光纖損耗，提高光纖激光器的光束質量和光纖壽命的目的。

本發明為實現上述目的所采取的技術方案是：一種制備有源光纖的離子溶液摻雜方法，其特征在于，采用移動式噴灑注入方式對有源光纖進行離子溶液摻雜，其步驟如下：

（1）、采用一根石英管作為沉積用的反應管，在反應管內壁沉積隔離層，用于防止反應管內的雜質離子進入芯層；

（2）、再對沉積有隔離層的反應管進行疏松層沉積，得到待摻雜的且與支撐管連接在一起的反應管，用于吸附溶液中的溶質離子；

（3）、將待摻雜的且與反應管連接的支撐管固定在機床卡盤上，將一根固定在電動升降臺上的空心塑料管一端連接噴灑器，然后沿支撐管軸向插入，噴灑器插入至反應管與支撐管的連接處，即為噴灑器的初始位置，空心塑料管的另一端連接一根導管，導管連接固定在離子溶液存儲器里的伸底管；

（4）、啟動電動升降臺上的電機驅動裝置，電機驅動裝置驅動電動升降臺上的傳動裝置，使之在導軌上向下移動，電動升降臺帶動空心塑料管頂端的噴灑器沿軸向運動進入反應管內，同時打開氮氣入口開關，打開離子溶液儲存器與導管之間的管路開關，令離子溶液通過伸底管進入導管，到達頂端的噴灑器噴出；

（5）、當噴灑器達到指定位置或極限位置時，關閉離子溶液儲存器與導管之間的管路開關，關閉氮氣入口開關，噴灑器停止噴灑離子溶液，電機驅動裝置驅動導軌上的電動升降臺帶動空心塑料管和噴灑器做反向軸向運動，離開反應管內；直到噴灑器返回到初始位置，電機驅動裝置停止驅動；

（6）、關閉電機驅動裝置，松開機床卡盤，取下支撐管和反應管，將其安裝在制棒車床上靜置，烘干；至此，離子溶液摻雜完畢。

本發明的優點是：本方法采用移動式噴灑注入方式對有源光纖進行離子溶液摻雜，由于噴灑器進入反應管中噴灑，反應管各點接觸的溶液濃度一樣，解決了傳統方法出現浸泡預制棒時離子溶液濃度不均的問題，進一步提高了光纖的合格率，由此降低了光纖損耗，提高了光纖激光器的光束質量。并且由于可以控制溶液流速或噴灑器步進速度，以至控制光纖預制棒摻雜離子濃度，從而滿足了各方面使用要求。

附圖說明

圖1為本發明實施例中采用溶液注入裝置示意圖；

圖2為圖1中電動升降臺立體圖；

圖3為采用本發明制備的光纖預制棒摻雜截面圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

參照圖1、圖2，本實施例以較為常見的摻鐿光纖預制棒的制作過程為例進行說明，其步驟如下：

（1）、采用一根石英管作為沉積用的反應管6，在反應管6內壁沉積隔離層，用于防止反應管6內的雜質離子進入芯層。

（2）、再對沉積有隔離層的反應管6進行疏松層沉積，得到待摻雜的且與支撐管連接在一起的反應管6，疏松層是未燒結、不透明、多孔狀的沉積層，用于吸附溶液中的溶質離子。疏松層處于反應管6中，由于已知工藝，在沉積過程后，得到的是支撐管5與反應管6連在一起的整體石英反應管。

（3）、將待摻雜的且與反應管6連接的支撐管5固定在機床卡盤9上，將一根固定在電動升降臺7上的空心塑料管4一端連接噴灑器3，然后沿支撐管5軸向插入，噴灑器插入至反應管6與支撐管5的連接處，即為噴灑器3的初始位置，空心塑料管4的另一端連接一根導管2，導管2連接固定在離子溶液存儲器1里的伸底管。

（4）、啟動電動升降臺7上的電機驅動裝置，電機驅動裝置驅動電動升降臺7上的傳動裝置，使之在導軌8上向下移動，電動升降臺7帶動空心塑料管4頂端的噴灑器3沿軸向運動進入反應管6內，同時打開氮氣入口開關，打開離子溶液儲存器與導管之間的管路開關，令離子溶液通過伸底管進入導管2，到達頂端的噴灑器3噴出。

（5）、當噴灑器達到指定位置或極限位置時，關閉離子溶液儲存器與導管之間的管路開關，關閉氮氣入口開關，噴灑器停止噴灑離子溶液，電機驅動裝置驅動導軌上的電動升降臺帶動空心塑料管和噴灑器做反向軸向運動，離開反應管6內；直到噴灑器3返回到初始位置，電機驅動裝置停止驅動。

（6）、關閉電機驅動裝置，松開機床卡盤9，取下支撐管5和反應管6，將其安裝在制棒車床上靜置，烘干；至此，離子溶液摻雜完畢。

本方法步驟（1）中，反應管6長度為600±10mm，支撐管5長度為500±10mm；本實施例所選反應管6長度為600mm左右，所選支撐管5長度為500mm 左右。

本方法步驟（2）中，反應管6內疏松層沉積之后，反應管6的內壁厚度在18 mm -19mm之間，本實施例的反應管6的內壁厚度在18.5mm左右，支撐管5內徑為20mm；反應管6沉積疏松層后的彎曲度要小，以便空心塑料管4和噴灑器3進入反應管內。

本方法步驟（3）中，空心塑料管4的長度為1100-1200mm，外徑為9-10mm，內徑為3-4mm，噴灑器3外徑為14-15mm，內徑為3-4mm，導管2內徑9mm，本實施例中所選空心塑料管4的長度為1150mm左右，外徑為9.5 mm左右，內徑為3.5mm左右，噴灑器3外徑為14.5mm左右，內徑為3.5mm左右。對于導管2外徑無要求，長度要求與實際儀器擺放位置有關，須保證整個工作工程中導管無被拉扯現象。

本方法步驟（3）中的空心塑料管4和噴灑器3采用去離子水進行潔凈處理。

本方法步驟（4）中，噴灑器3向反應管6噴灑離子溶液的流量范圍控制在1ml/s-10ml/s，本實施例離子溶液的流量控制為5ml/s，盡量控制小流量，避免溶液與疏松層產生過大的相互力作用，導致疏松層結構被破壞，疏松層脫落。

本方法步驟（4）中，噴灑器3步進速度范圍控制在1mm/s-60mm/s，本實施例設置步進速度為30mm/s。

本實施例步驟（5）中，當離子溶液注入完畢，會有少許液體殘留在管路內，需要通過吹掃，將管路內清理干凈，避免污染或阻塞管路。

本實施例步驟（6）中，離子溶液被疏松層吸收的同時，應避免疏松層脫落，所以浸泡時間不宜過長。

參照圖1、圖2，在本方法實施例中采用的溶液注入裝置包括溶液存儲器1、導管2、噴灑器3、空心塑料管4、支撐管5、反應管6、安裝有傳動裝置的電動升降臺7和導軌8；其中溶液存儲器1固定于機架14上端，將導管2的一端連接于溶液存儲器1溶液出口伸底管上端處，導管2的另一端連接空心塑料管4的一端，空心塑料管4的另一端穿過電動升降臺7上的預留孔固定在電動升降臺7上，電動升降臺7落座在導軌8安裝的傳動裝置上，導軌8固定在機架14上；空心塑料管4的另一端安裝噴灑器3，溶液噴灑器3進入與反應管6連接的支撐管5中；支撐管5通過固定在機架上14上的機床卡盤9卡住或松開。

溶液注入裝置工作原理：電動升降臺7與空心塑料管4的連接方式為孔與軸的過盈配合，即電動升降臺7帶有方向為垂直的孔，將空心塑料管4插入其中并固定，將電動升降臺7與空心塑料管4連接為一個整體。電動升降臺7自身帶有電機驅動裝置，電機驅動裝置驅動電動升降臺7在導軌8上沿豎直方向上下移動，進入或離開反應管6。在水平方向上制作擋片，使電動升降臺7不會在水平方向上有任何移動。同時實時接收電動升降臺上的速度傳感器通過計算得到噴灑器3的位置信息。

導管2可由橡膠之類具有彈性的材料制作。與導管2一端連接的伸底管為不銹鋼材料，其與溶液儲存器1焊接在一起。離子溶液的送料速度通過控制輸送氮氣進行控制，氮氣進入溶液儲存器1，由于壓力作用將離子溶液液面壓低，溶液通過底部伸底管流出，進入管道。

溶液注入裝置初始時，應為豎直狀態完成，調整電動升降臺7，使得噴灑器3頂端處于機床卡盤9的上方，便于支撐管5的安裝；將上述步驟得到的支撐管5用機床卡盤9將其固定，使反應管6與地面垂直，減少其由于重力的形變量。

采用本發明制備的預制棒結構如圖3所示：該結構包括石英反應管管壁10、隔離層11、芯層12和中空部分13。

摻其它稀土離子的光纖預制棒和其它種類共摻離子光纖預制棒的制作過程可以參照上述實施例，需要添加相應的離子溶液輸送管路、氣體閥門、流量計等裝置，其它操作與上述實施例相同。