一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤照明装置，尤其涉及一种可远距离传输泵浦光激发掺杂稀土离子的多组分碲酸盐玻璃上转换发光光纤，属于光纤照明技术领域。
【背景技术】
[0002]侧面发光光纤可以应用于易燃、易爆等需要光电分离的场所的照明，且这种照明不受电磁的干扰，还可以应用于核磁共振、雷达控制室等有电磁屏蔽要求的特殊场所，另外还可以进行极具个性化的照明，如装饰、示廓等，因此光纤照明装置具有一定的实用价值。
[0003]侧面发光光纤是光纤本身作为发光体，可形成一个柔性的光条。由于每种光纤材料对传输光均存在不同程度的色散，如果直接传输可见光，即输入的是宽谱带的白光，随着光纤的传输，必然会出现颜色的变化。因此，这类光纤一般较难实现远距离地传输宽谱带多模白光，也不适用于需要高显色指数的特殊场所白光照明。目前，光纤照明领域所用的大多是塑料光纤。在不同材质的光纤里，塑料光纤的制作成本最便宜，往往只有石英光纤制作成本的十分之一。然而任何形式的紫外线，包括日光都会引起塑料光纤材料的降解和老化。因此，有必要研制一种可发白光且不易老化的新型照明光纤。多组分玻璃光纤就是这一类型，其可克服塑料光纤的缺陷，且拥有比石英光纤高数倍的增益带宽和较高的稀土离子掺杂浓度。
[0004]典型的侧面发光光纤主要有两种:一种具有带状光散射反射膜，其中光散射反射膜附着在沿纤芯长度方向的纤芯外周的一部分上，但是光漫反射膜通常具有由漫反射导致的低透光率；另一种在纤芯外周的包覆层中具有光散射颗粒，从纤芯发射到包覆层中的光线被包覆层散射，然后泄露出来。但是由于环境震动等原因易使芯/包层在交界处发生层分离，分离的区域光散射降低，从而会引起所谓的“暗缺陷”的出现，导致光纤不均匀发光。
[0005]本发明所涉及的以碲酸盐为基质(TZN = TeO2-ZnO-Na2O)掺杂一种或多种稀土离子的多组分玻璃光纤，其折射率变化范围较石英大得多，在可见光和近红外波段有较高的透过率。且由于多组分玻璃光纤具有较低的声子能量，使得一些稀土离子在碲酸盐基质中发光效率很高。因此，基于碲酸盐基质掺杂稀土离子的多组分玻璃光纤构建的白光照明装置有望为特殊场所提供照明光源。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明的目的是提供一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置，由980nm激光器发出的泵浦光经光纤远距离传输后至侧面发光多组分玻璃光纤处进行上能级转换发光，实现高显色指数的白光照明。
[0007]技术方案:本发明的多组分玻璃上转换白光光纤照明装置包括:980nm泵浦激光器、980nm激光传输光纤、光纤分光器、3dB功分器、以及多组分玻璃上转换发光光纤；其中，980nm激光器输出的泵浦激光经传输光纤远距离传输后到达照明场所所在光纤分光器，分光器的每一路输出端均由传输光纤级联一个3dB功分器，每一个3dB功分器的两个输出端分别親合一段螺旋形状的多组分玻璃上转换发光光纤的两端，整体成阵列分布于分光器的输出端面。
[0008]所述的光纤分光器的均分路数是3Χη，η为自然数，整体成阵列状分布。
[0009]所述的多组分玻璃上转换发光光纤每根长为I?1.5m，卷曲成6-8匝半径r = 2?4cm的螺旋状圆环，环与环之间间隔0.5?1cm，两端各留6?1cm与3dB功分器两个输出端直接连接。
[0010]所述的多组分玻璃上转换发光光纤包括:
[0011]包层材料，该包层材料是以碲酸盐为基质均匀掺杂一种或多种稀土离子为发光中心的多组分玻璃，所制备的以碲酸盐为基质的多组分玻璃按摩尔百分比，包含下述组分:Na2O含量12?16%，ZnO含量3?7%，TeO2含量45?55%，PbO含量5?10%，GeO 2含量16?22%，ZnF2含量3?7%，上述组分的总和为100% ;掺杂可上能级转换发光的为Yb3+、Ho3+、Tm3+、Er3+、Pr3+的一种或多种稀土离子，掺杂比例根据所需白光的亮度、色温或色度进行调整，实现可调谐白光的输出，达到高显色指数的照明；
[0012]纤芯材料，该纤芯材料是折射率略低于包层的碲酸盐多组分玻璃；
[0013]涂覆缓冲层，在多组分玻璃上转换发光光纤包层外再包覆一层易弯曲、抗老化、抗紫外且在可见光波段无吸收的透明隔离材料或者透明保护材料；
[0014]包层材料包覆所述纤芯材料的外周，并且具有比纤芯略高的折射率，存在模式泄露损耗因子，利用折射率反导引原理，即光在折射率较小的纤芯与折射率较大的包层界面处不再发生全反射而逐渐泄漏到包层中，从而使纤芯中传输的泵浦光均匀泄漏到包层中激发包层中的多组分玻璃稀土离子发光中心，进行上能级转换发光。
[0015]所述的多组分玻璃上转换发光光纤对应波长λ = 589.3nm时，纤芯的折射率叫为1.860?1.876，包层的折射率112为1.862?1.882，芯/包层的折射率差Δη = η厂叫为
0.002?0.008，纤芯直径为3.8 μ m?6.6 μ m或80 μ m，包层直径为120?130 μ m。
[0016]有益效果:本发明基于一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置具有如下有益效果:
[0017]将远距离传输的980nm泵浦激光通过光纤分光器及耦合装置进入呈阵列状排列的侧面发光多组分玻璃光纤两端，通过调节泵浦光强度、稀土离子的组分及掺杂含量，改善纤芯中多组分玻璃的体系结构，使得980nm泵浦光激发包层中掺杂的稀土离子进行上能级转换发出可见光，实现白光照明。
【附图说明】
[0018]图1为本发明提出的一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置一个发光单元的结构示意图。
[0019]图2为本发明提出的一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置呈3X3阵列状排布的光源不意图。
[0020]图3为一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置的结构示意图中侧面发光多组分玻璃光纤的放大不意图。
[0021]图4为本发明提出的一种侧面发光多组分玻璃光纤与普通侧面发光光纤发光强度随距离变化的比较。
[0022]图5为侧面发光多组分玻璃光纤结构的横截面图。
[0023]图6为管棒法制备侧面发光光纤预制棒示意图。
[0024]图7为实施方案中侧面发光多组分玻璃光纤的荧光谱图。
[0025]以上附图中有:980nm泵浦激光器l、980nm激光传光光纤2、光纤分光器3、3dB功分器4、多组分玻璃上转换发光光纤5、发光面板6、普通侧面发光光纤发光强度随距离变化的曲线7、本发明长度变化的曲线8、涂覆保护层A、包层B、纤芯C。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和有益结果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图对本发明做进一步说明，但不限制本发明的保护范围。此外，虽然本发明提供包含某些参数的特定值的示范，但应了解这些参数无需确切等于相应的值，而是在一定的误差容限或设计约束内近似等于相应的值。
[0027]本发明提供了一种多组分玻璃上转换白光光纤照明装置，如图1所示，该装置包括一个用于提供泵浦光的980nm的激光器I及其传输光纤2，光纤分光器3、3dB功分器4以及呈螺旋状缠绕的多组分玻璃上转换发光光纤5。其中:光纤分光器3的分光路数可以是如图2所示的3 X 3九路、也可以是3 X 4十二路或者其它数目，每一路均级联一个3dB功分器4，其两输出端与呈螺旋状缠绕的多组分玻璃光纤5两端连结，整体成阵列分布。具体照明