具有氢阻障层的石英光纤及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种制造石英玻璃光纤的方法，该方法包括以下步骤：a)通过改进的化学气相沉积(MCVD)在石英玻璃基管中产生石英玻璃初级预制件；b)将所述石英玻璃初级预制件插入玻璃套管中，c)将产生缺陷的紫外线辐照照射到所述玻璃套管的横截面区域，同时在包套过程中将所述石英玻璃初级预制件与所述玻璃套管组合以形成对次级预制件的包覆层；及d)从所述次级预制件拉出石英玻璃光纤。此外，本发明专利技术涉及通过根据本发明专利技术的方法生产或可生产的石英玻璃光纤。纤。纤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有氢阻障层的石英光纤及其生产方法


[0001]本专利技术涉及一种具有氢阻障层的石英玻璃光纤(fibre)。由于制成为光学石英玻璃光纤，所述具有氢阻障层的石英玻璃光纤可被用作光波导。此外，本专利技术涉及一种制造石英玻璃光纤的方法。


[0002][0003]氢扩散到石英玻璃光纤中(在多模光纤的情况下，这主要是纤芯)会导致波导区域中氢诱发的额外衰减，这会显著限制玻璃光纤的可用性，或甚至使光纤无法使用(参见https://www.corning.com/media/worldwide/global/documents/sfiber％20WP9007_Hydrogen％20Aging.pdf)。
[0004]因此，生产对氢不敏感的光纤是有利的。对氢不敏感的光纤通常由涂覆有气密涂层的普通的石英光纤构成。气密保护层基本上是碳或诸如铝这样的金属涂层。然而，众所周知，气密碳层仅在至高约150℃的温度下充当氢屏障。(参见https://www.lightbrigade.com/productionFiles/Resource
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Fiber
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for
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Oil
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Gas.aspx)。在高于该温度的温度时，碳层基本上对于氢可渗透。由于碳层通常仅具有约50nm的厚度，因此必须额外施加其他聚合物涂层以对光纤进行机械保护。
[0005]众所周知，与标准光纤相比，作为气密屏障层的碳层使光纤强度降低约40％至50％(参见https://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume
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[0006]由于降低的光纤强度，这使得具有碳层的光纤不适用于许多应用。具有气密碳层的光纤的生产还需要在光纤拉拔过程期间施加碳层的特殊的碳反应器。由于小的层厚(层厚约为50nm)，气密碳层的制造也需要相对复杂的控制。制造气密碳涂层的另一个问题是在没有干扰的情况下实现几个原子层的层厚。即使是最小的层扰动也会阻止层被气密地密封。此外，与标准光纤相比，碳涂层涂覆的光纤具有显著降低的光纤强度，这也显著限制了它们的适用性。与标准光纤相比，这样的光纤的制造和过程控制的成本增加也导致显著更高的光纤价格。
[0007]还已知特殊金属涂层具有防止氢或湿气渗透的气密特性。金属涂层，诸如由例如铝、铜或金制造的金属涂层，可被生产为例如约为15至25μm的层厚(参见https://www.researchgate.net/publication/253791167)。然而，金属涂层涂敷技术复杂，且通常只能在不干扰短光纤长度的情况下实现。因此，更长的光纤长度的金属涂覆光纤是无法商购得到的。
[0008]由于金属的高E模量和与石英玻璃相比，金属涂层材料的高热膨胀系数，金属涂覆的光纤具有高的微曲率损失(参见https://www.researchgate.net/publication/
253791167)。为了减少微曲率损失，相较于125μm的标准光纤直径，建议使用200μm或更大的光纤直径。然而，当光纤直径增加时，关于宏观光纤曲率，宏观曲率损失会增加。
[0009]此外，金属涂层在不利的环境条件下会出现腐蚀，这显著限制了光纤的适用性(参见https://www.lightbrigade.com/productionFiles/Resource
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Fiber
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Gas.aspx)。因此，具有金属涂层的光纤仅被用于短距离连接和非腐蚀性环境条件下。
[0010]例如，EP 0095729 A2描述了在光纤拉拔过程期间通过在热玻璃光纤表面上异相成核的热化学沉积制造具有气密涂层的光纤的过程。具有气密涂层的玻璃光纤然后可优选地被提供有其他聚合物层以保护气密层免受环境影响。
[0011]所有上述气密涂层类型并不同时满足对光纤强度、对氢的气密性和低光衰减(微曲率或宏观曲率损耗)的要求。
[0012]在WO2007/069275A2中，提出了具有限定的氘浓度、限定的压力和限定的温度的限定持续时间的氘处理，以降低氢敏感性并因此降低拉拔光纤中的氢诱发的损失。光纤中的E'和NBOHC玻璃缺陷与氘反应并形成Si
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OD和SI
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D化合物，其吸收范围超出了作为通常的光学应用波长范围的850至1550nm。为了专业地进行这种氘处理，需要一个特殊的高压釜来在合理的时间内进行这种处理。
[0013]从Pandey等人(“Refractive index profile design to improve hydrogen diffusion resistance property of optical fiber”，ICOP 2009，国际光学和光子学会议，印度，2009年11月)得知，通过在外包覆层区域中引入特殊掺杂的氢阻障层来减少纤芯中的氢扩散。然而，这种解决方案的成本非常高，这是因为阻障层由外包覆层区域中的GeO2‑
F和P2O5‑
F掺杂层构成，并且必须通过例如MCVD涂层方法以高成本制造核心区域和内部未掺杂包覆层区域。出于成本原因，掺杂阻障层和波导核心区域之间的距离比我们提出的解决方案小得多和窄得多。
[0014]具有氢不敏感性、低光纤衰减和高光纤强度的石英玻璃光纤在世界范围内广泛使用，优选用于光通信系统和光纤传感器。
[0015]如上所述，氢敏感性可通过碳或特殊金属层来降低。然而，这种对氢不敏感的特性只能通过劣化的光纤强度或显著增加的光纤衰减值来实现。
[0016]因此，需要具有良好机械和光学性能的对氢不敏感的石英玻璃光纤，其中石英玻璃光纤的生产成本应相对较低。
[0017]专利技术概述
[0018]本专利技术涉及一种石英玻璃光纤(或简称“石英光纤”或“玻璃光纤”)及其制造方法。所述石英光纤具有氢阻障层、较高的光纤强度和较低的光纤衰减。
[0019]由于玻璃光纤在光纤拉拔工艺期间的特殊制造条件，在波导纤芯外的低OH石英玻璃的外部未掺杂包覆层中产生了E'和NBOHC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造石英玻璃光纤的方法，其中，所述方法包括以下步骤：a)通过改进的化学气相沉积(MCVD)在石英玻璃基管中产生石英玻璃初级预制件；b)将所述石英玻璃初级预制件插入玻璃套管中，c)将产生缺陷的紫外线辐照照射到所述玻璃套管的所述横截面区域，同时在所述包套过程中将所述石英玻璃初级预制件与所述玻璃套管组合，以在所述纤芯上形成对次级预制件的包覆层；及d)从所述次级预制件拉出石英玻璃光纤。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述产生缺陷的紫外线辐照在所述石英光纤的所述包覆层中产生E'和NBOHC缺陷。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述产生缺陷的紫外线辐照被照射到所述玻璃套管中。4.如权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中，所述玻璃套管由OH浓度≤0.2ppm、氯含量为800
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2000ppm和/或折射率在+0.35至+0.5
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‑3的石英玻璃构成。5.如权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中，所述石英玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：莱尼电缆有限公司，
类型：发明
国别省市：