專利名稱：石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用濕化學(xué)方法對(duì)石英光纖光柵表面鍍制鎳磷合金層及金屬層的工藝。
現(xiàn)有技術(shù)摻鍺并載氫的石英玻璃光纖經(jīng)過(guò)紫外激光輻照，在光纖纖芯內(nèi)形成光柵，這種光柵被稱為光纖光柵。光纖光柵已成為光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域的重要光學(xué)器件。光纖光柵在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)通常需要進(jìn)行膠粘固定，或在其表面金屬化后進(jìn)行焊接使其固定。
光纖光柵是采用紫外激光輻照摻鍺并載氫的石英玻璃光纖制成的，光纖光柵表面金屬化的本質(zhì)就是石英玻璃表面金屬化。由于石英玻璃表面光滑，形成金屬鍍層有一定難度；光纖直徑很小，在剝?nèi)ケ砻嬗袡C(jī)保護(hù)層后易斷；光纖光柵一般是做在長(zhǎng)長(zhǎng)的一段光纖的中部，因此不能采取在一般的工件上施鍍的方法進(jìn)行操作；在光纖光柵表面進(jìn)行鍍制過(guò)程中若處理不當(dāng)，光纖內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，光柵的光學(xué)參數(shù)將發(fā)生改變而失去應(yīng)用價(jià)值。
現(xiàn)有的技術(shù)將石英玻璃纖表面粗化，通常采用的方法是用含有F-或H2SiF6的水溶液(體積比一般為HF∶H2SiF6∶H2O＝1∶1∶2)對(duì)石英玻璃光纖表面進(jìn)行腐蝕，從而使石英玻璃光纖表面粗化，但該粗化方法對(duì)光纖光柵表面有很大的損傷，使其抗拉伸強(qiáng)度降低，而且容易折斷，同時(shí)也不易于焊接，另外常規(guī)化學(xué)鍍通常要經(jīng)過(guò)氯化亞錫敏化這個(gè)步驟，由于氯化亞錫敏化液在空氣中容易氧化而失效，所以只能在短時(shí)間內(nèi)使用，因而給連續(xù)操作帶來(lái)不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是采用在石英光纖光柵表面形成無(wú)機(jī)多孔涂層的方法使其粗化，既在光滑的石英玻璃光纖光柵的表面形成帶微孔和微裂紋的無(wú)機(jī)涂層，能形成“鎖扣效應(yīng)”而對(duì)光纖光柵表面也不會(huì)造成損傷，由于是采用濕化學(xué)方法在石英玻璃光纖表面形成涂層，涂層在干燥處理后，由于水份和其他有機(jī)溶劑蒸發(fā)，涂層上將形成開口微孔和微裂紋，從而達(dá)到粗化的目的。光纖光柵表面形成無(wú)機(jī)多孔涂層而粗化后，再用氯化鈀進(jìn)行活化。將表面有無(wú)機(jī)多孔涂層的光纖光柵浸入氯化鈀水溶液中，氯化鈀水溶液將滲入無(wú)機(jī)涂層的孔洞和微裂紋中，無(wú)機(jī)涂層表面有-O-懸空健，由于靜電引力的作用，Pd2+離子將吸附到無(wú)機(jī)涂層孔洞和微裂紋的內(nèi)壁上。用氯化鈀活化后，用氫氣或硼氫化鈉水溶液進(jìn)行還原，采用氫氣還原的方法是，快速將光纖光柵轉(zhuǎn)移到一個(gè)容器中，防止光纖光柵表面無(wú)機(jī)涂層上的氯化鈀水溶液在空氣中干燥，迅速通入氫氣，關(guān)斷氫氣后保持一定的時(shí)間可將Pd2+還原，還原后取出石英光纖光柵，用去離子水反復(fù)沖洗涂層，除去表面吸附不牢的Pd，干燥后即可用化學(xué)鍍的方法鍍制鎳磷合金層。采用硼氫化鈉水溶液還原Pd2+的方法是，從氯化鈀水溶液中取出石英光纖光柵后，用硼氫化鈉水溶液略加沖洗無(wú)機(jī)涂層，放入干燥箱中干燥，然后配制硼氫化鈉水溶液，將干燥過(guò)的光纖光柵放入硼氫化鈉水溶液中浸泡，浸泡后取出石英光纖光柵，用去離子水反復(fù)沖洗涂層，除去表面吸附不牢的Pd，干燥后在其表面化學(xué)鍍制鎳磷合金層。
本發(fā)明與現(xiàn)在常用的技術(shù)比較，具有以下特點(diǎn)1、用溶膠對(duì)光纖光柵表面進(jìn)行粗化，可避免強(qiáng)腐蝕性溶液對(duì)光纖光柵表面造成損傷而降低其抗拉伸強(qiáng)度，同時(shí)可增強(qiáng)鈀粒子的附著力，從而增強(qiáng)金屬鍍層的結(jié)合力；2、無(wú)機(jī)涂層表面-O-懸空健通過(guò)靜電引力吸引Pd2+，Pd2+滲入到無(wú)機(jī)涂層孔洞和微裂紋中，還原后能牢固附著在無(wú)機(jī)涂層上并起催化作用；無(wú)機(jī)涂層孔洞和微裂紋的“鎖扣效應(yīng)”明顯，鍍制的金屬層與光纖光柵表面的結(jié)合力明顯優(yōu)于常規(guī)方法的結(jié)合力。


圖1、石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝流程圖具體實(shí)施方式
首先采用濕化學(xué)方法在石英玻璃光纖表面形成無(wú)機(jī)多孔涂層，由于石英玻璃光纖表面能夠和二氧化鈦、二氧化硅化學(xué)健合，形成Si-O-Ti、Si-O-Si鍵，因此二氧化鈦、二氧化硅多孔涂層可以在石英玻璃光纖表面牢固附著。首先需要制備二氧化鈦和二氧化硅溶膠，二氧化鈦溶膠可以采用鈦酸四丁脂水解制備，采用鈦酸四丁脂制備二氧化鈦溶膠的步驟是將10-20mL鈦酸四丁脂加入3-5mL異丙醇中，將2mL 70％的硝酸加入150mL的去離子水中，再將鈦酸四丁脂與異丙醇的混合液緩慢滴加到硝酸的水溶液中，在75-80℃強(qiáng)烈攪拌，形成二氧化鈦溶膠。二氧化硅溶膠可通過(guò)水解正硅酸乙脂(TEOS)的方法制備。其基本步驟是，以乙醇(EtOH)為溶劑，HCl和NH3·H2O為催化劑，先將H2O和TEOS按2∶1(體積比)混合、攪拌，同時(shí)用HCl催化，調(diào)節(jié)pH＝2.0，2h后加入NH3·H2O和H2O/EtOH溶液(體積比EtOH∶H2O＝1∶1)，調(diào)節(jié)pH＞7.5，攪拌2h得到二氧化硅溶膠。
二氧化鈦、二氧化硅制備后將需要作表面粗化處理的石英光纖光柵用酒精棉球擦拭干凈，再用70％的硝酸浸泡5min，用水沖洗干凈，浸入二氧化鈦或二氧化硅的溶膠中5-10min，取出并放入120℃干燥箱中干燥10-30min，浸鍍和干燥過(guò)程重復(fù)2-6次。制備時(shí)第一層必須是二氧化鈦，接下來(lái)是二氧化硅層，然后二者交替，最外層為二氧化硅層。
光纖光柵表面形成無(wú)機(jī)多孔涂層而粗化后，再用氯化鈀進(jìn)行活化。將表面有無(wú)機(jī)多孔涂層的光纖光柵浸入到配制好的0.1-0.3g/L的氯化鈀水溶液，將表面有無(wú)機(jī)多孔涂層的光纖光柵浸入氯化鈀水溶液中5-10min，氯化鈀水溶液將滲入無(wú)機(jī)涂層的孔洞和微裂紋中。無(wú)機(jī)涂層表面有-O-懸空健，由于靜電引力的作用，Pd2+離子將吸附到無(wú)機(jī)涂層孔洞和微裂紋的內(nèi)壁上。Pd2+可用氫氣或硼氫化鈉水溶液還原，采用氫氣還原的方法是，快速將光纖光柵轉(zhuǎn)移到一個(gè)容器中，防止光纖光柵表面無(wú)機(jī)涂層上的氯化鈀水溶液在空氣中干燥，迅速通入氫氣，關(guān)斷氫氣后保持20-60min，將Pd2+還原。取出光纖光柵，用離子水反復(fù)沖洗涂層，除去表面吸附不牢的Pd，干燥后即可用化學(xué)鍍的方法鍍制鎳磷合金層。采用硼氫化鈉水溶液還原Pd2+的方法是，從氯化鈀水溶液中取出光纖光柵后，用去離子略加沖洗無(wú)機(jī)涂層，放入120℃的干燥箱中干燥10-20min。配制濃度為0.1-2.0g/L的硼氫化鈉水溶液，將干燥過(guò)的光纖光柵放入硼氫化鈉水溶液中2-5min，取出光纖光柵，用去離子水反復(fù)沖洗涂層，除去表面吸附不牢的Pd，干燥后在其表面化學(xué)鍍制鎳磷合金層。經(jīng)過(guò)粗化和用氫氣或硼氫化鈉水溶液還原處理后的光纖光柵可進(jìn)行化學(xué)鍍鎳和化學(xué)鍍金?；瘜W(xué)鍍的方法是將20～35g/L硫酸鎳；15～25g/L次亞磷酸鈉；分別用去離子水溶解并混合(記此混合液為A)；取3～5ml/L乳酸加水再加入2～6g/L碳酸鈉進(jìn)行攪拌，攪拌后加入3～5g/L氯化銨和1～2mg/L糖精。攪拌均勻得到混合液B。將B液加入A溶液中，邊攪拌邊加去離子水溫度84℃；最后調(diào)pH＝4.4-4.8。
實(shí)施例化學(xué)鍍實(shí)施例1將30g硫酸鎳和20g次亞磷酸鈉分別用100mL去離子水溶解并混合(記此混合液為A)；量取4mL乳酸加水至200mL，加入3g碳酸鈉，攪拌10min，加入4g氯化銨和1mg糖精，攪拌均勻得到混合液B。將B液加入A溶液中，邊攪拌邊加去離子水至1000mL，最后調(diào)pH＝4.4-4.8。
化學(xué)鍍鎳實(shí)施例2鍍液配制方法可參考實(shí)例1，將乳酸換為檸檬酸鈉、乙酸鈉具體的參數(shù)如下硫酸鎳 30g/L；次亞磷酸鈉 20g/L；檸檬酸鈉20g/L；乙酸鈉 10g/L；糖精1mg/L；溫度84℃；pH值4.4-4.8在光纖光柵表面鍍鎳磷合金后，為了改善其可焊性，需要在鎳磷合金鍍層表面上化學(xué)鍍金，其參數(shù)如下氰化金鉀 5g/L；氯化銨24g/L；檸檬酸鈉 16g/L；次亞磷酸鈉3g/L；碳酸鈉6g/L；溫度 84℃；pH值 7.0-7.5本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便，光纖光柵表面上的金屬鍍層具有很強(qiáng)的附著力和優(yōu)良的可焊性，可為光纖光柵的金屬化封裝及實(shí)用化打下良好的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝，其特征在于進(jìn)行化學(xué)鍍制前將石英光纖光柵表面形成無(wú)機(jī)二氧化鈦、二氧化硅無(wú)機(jī)非金屬涂層使其粗化，粗化后將表面有無(wú)機(jī)多孔涂層的光纖光柵浸入氯化鈀水溶液中進(jìn)行活化，氯化鈀水溶液將滲入無(wú)機(jī)涂層的孔洞和微裂紋中，由于靜電引力的作用，Pd2+離子將吸附到無(wú)機(jī)涂層孔洞和微裂紋的內(nèi)壁上，用氯化鈀活化后，用氫氣或硼氫化鈉水溶液進(jìn)行還原，還原后取出石英光纖光柵，用去離子水反復(fù)沖洗涂層，除去表面吸附不牢的Pd，干燥后即可用化學(xué)鍍的方法鍍制鎳磷合金層及金層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝，其特征在于制備二氧化鈦溶膠方法是將10～20mL鈦酸四丁脂加入3～5mL異丙醇中，將2mL 70％的硝酸加入150mL的去離子水中，再將鈦酸四丁脂與異丙醇的混合液緩慢滴加到硝酸的水溶液中，在75～80℃強(qiáng)烈攪拌，形成二氧化鈦溶膠；二氧化硅溶膠是以正硅酸乙酯(TEOS)為原料，乙醇(EtOH)為溶劑，HCl和NH3·H2O為催化劑，先將H2O和TEOS按2∶1(體積比)混合、攪拌，同時(shí)用HCl催化，調(diào)節(jié)pH＝2.0，2h后加入NH3·H2O、H2O/EtOH溶液(體積比EtOH∶H2O＝1∶1)，調(diào)節(jié)pH＞7.5，攪拌2h得到二氧化硅溶膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝，其特征在于二氧化鈦或二氧化硅的溶膠浸鍍和干燥過(guò)程重復(fù)2～6次，粗化第一層必須是二氧化鈦接下來(lái)是二氧化硅層，然后二者交替最外層為二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝，其特征在于化學(xué)鍍鎳液的組成為硫酸鎳20～35g/L；次亞磷酸鈉15～25g/L；乳酸3～5ml/L；碳酸鈉2～6g/L；氯化銨3～5g/L；糖精1～2mg/L?；蛘?，硫酸鎳20～35g/L；次亞磷酸鈉15～25g/L；檸檬酸鈉15～25g/L；乙酸鈉8～12g/L；糖精1～2mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝，其特征在于化學(xué)鍍金液的組成為氰化金鉀4～8g/L；氯化銨20～30g/L；檸檬酸鈉10～20g/L；次亞磷酸鈉2～6g/L；碳酸鈉5～10g/L。
全文摘要
一種石英光纖光柵表面濕化學(xué)金屬化工藝，即在光滑的石英玻璃光纖光柵的表面形成帶微孔和微裂紋的無(wú)機(jī)涂層，形成“鎖扣效應(yīng)”的涂層在干燥處理后，由于水份和其他有機(jī)溶劑蒸發(fā)，涂層上將形成開口微孔和微裂紋，從而達(dá)到粗化的目的，光纖光柵表面形成無(wú)機(jī)多孔涂層而粗化后，再用氯化鈀進(jìn)行活化將表面有無(wú)機(jī)多孔涂層的光纖光柵浸入氯化鈀水溶液中，氯化鈀水溶液將滲入無(wú)機(jī)涂層的孔洞和微裂紋中，無(wú)機(jī)涂層表面有O
文檔編號(hào)G02B6/122GK1790059SQ20051002008
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者姜德生, 余海湖, 李小甫 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)