根据本发明专利技术的一个例子，光纤包含：（i）含掺Al二氧化硅但基本上不含Er或Yb、具有第一折射率n1的纤芯；（ii）至少一个包围所述纤芯、具有第二折射率n2的掺F二氧化硅基包层，使得n1>n2，其中所述包层主要包含SiO2和0.2-5重量%的F；（iii）包围所述包层的气密性碳基涂层，所述气密性涂层的厚度为200-以及（iv）包围所述气密性涂层的第二涂层，所述第二涂层的厚度为5-80μm。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及适用于严苛环境中的传感应用的光纤。
技术介绍
光纤因传输容量高和不受电噪声干扰而成为受欢迎的远程通信媒介。过去十 年，光纤也已用于点式和/或分布式传感应用。在油气行业，光纤已用来为石油的勘探、钻井和生产提供重要信息。在这些油/气井中，光纤用作分布式传感器，沿着地球物理井(geophysical well)的深度监视/测量温度、压力和流动信息。然而，严苛的井下环境对可靠性带来严重挑战。在典型的井下环境中，光纤经历高温(高达300°C)、高压(高达1000大气压)，接触湿气、氢气及其他有害物质如CO2和H2S。为了保护在这种严苛环境中使用的光纤，人们开发了特殊的光纤涂层设计。例如，采用无定形碳基薄涂层(所谓的“气密性涂层”)和金属涂层。然而，除了使用具有掺氟包层的纯二氧化硅芯光纤，或者更典型的是使用纤芯由掺Ge 二氧化硅组成的光纤外，在光纤的二氧化硅玻璃组成方面尚未做多少工作。气密性涂层提供保护层，防止水分子或氢气分子侵入光纤的二氧化硅玻璃。气密性涂层还使人们能在卷绕直径更小的情况下高度可靠地布置光纤。气密性涂层的存在提供了具有改进的机械完整性的光纤。掺Ge光纤在可见光和近红外波长范围内具有吸收峰。此夕卜，我们最近的研究表明，在掺GeO2的光纤上施加气密性涂层可在高达150°C的温度下完全阻止H2侵入纤芯，但高于170°C就不行。例如，观察到1240nm和1381nm处的峰衰减加剧，并且背景损耗整体上升。这表明气密性层在高于170°C的温度下不再当然具有气密性。
技术实现思路
本专利技术的范围根据所附权利要求书确定。根据本专利技术的一个例子，光纤包含(i)含掺Al 二氧化硅且具有第一折射率Ii1的纤芯；(ii)至少一个包围所述纤芯、具有第二折射率n2的二氧化硅基包层，使得ni>n2 ;以及(iii)包围所述包层的涂层，所述涂层的厚度为5-80i!m。较佳的是，一个气密性涂层位于所述包层与所述涂层之间，包围所述包层。在一些实施方式中，光纤具有单模纤芯。在一些实施方式中，光纤具有多模纤芯。较佳的是，在具有多模纤芯的光纤中，纤芯的至少一部分具有渐变折射率。在至少一些实施方式中，纤芯与包层的相对折射率差值在0. 5%-2. 05%之间(例如0. 8%-1. 2%)，纤芯与二氧化硅的相对折射率差值彡0. 8。在一些实施方式中，包层包含0. 2-5重量％的F，例如I. 4重量％-5重量％的F。在一些实施方式中，包层中F的含量是0. 7重量％-3重量％。在一些实施方式中，纤芯包含5. 5重量％-10重量％的A1203。本文所揭示的光纤的一些优点是在高于170°C的温度下可靠性高。这些光纤也可用于其他严苛的环境，用在使用掺Ge光纤或者纯二氧化硅纤芯光纤的传感应用中。根据本专利技术的一些实施方式的光纤的优点之一是1064nm波长附近的H2老化小得多。需要指出，1064nm的波长范围是气/油传感应用中的分布式温度传感(DTS)应用的主要工作窗口。在以下的详细描述中给出了本专利技术的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本专利技术而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本专利技术的实施方式，用来提供理解要求保护的本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附示说明了本专利技术的各种实施方式，并与描述一起用来说明本专利技术的原 理和操作。附图说明图I是本专利技术的一个实施方式的示意性截面视图；图2是根据本专利技术的光纤的第一个例子的折射率分布图；图3A是根据本专利技术的光纤的第二个例子的折射率分布图；图3B-3D显示了根据本专利技术的几个示例性光纤的折射率分布图；图4是所制造的掺GeO2单模光纤在H2/高温老化试验之前(实线)和之后(虚线)测得的光谱衰减图；以及图5是根据本专利技术的一个实施方式制造的掺Al2O3单模光纤在H2/高温老化试验之前(实线)和之后(虚线)测得的光谱衰减图。图6是所制造的掺GeO2多模光纤在H2/高温老化试验之前(实线)和之后(虚线)测得的光谱衰减图；以及图7是根据本专利技术的一个实施方式制造的掺Al2O3多模光纤在H2/高温老化试验之前(实线)和之后(虚线)测得的光谱衰减图。具体实施例方式下面将详细叙述本专利技术的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。图I示意性地显示了根据本专利技术的光纤的一个实施方式，并在全文中整体上用附图标记10表示。图I所示的光纤10包含具有第一折射率叫的掺Al 二氧化硅基纤芯12 ;至少一个包围所述纤芯、具有第二折射率n2的二氧化硅基包层14，使得ηι>η2 ;包围所述包层14的气密性涂层16 (例如碳涂层);以及包围所述气密性涂层16的第二涂层或外涂层18。根据应用和工作温度，所述第二涂层或外涂层18可用例如金属(例如Cu或Au涂层)、丙烯酸酯、硅树脂或聚酰亚胺材料制备。其厚度可以是 5-80 μ m (例如 10 μ m、15 μ m、20 μ m、30 μ m、40 μ m、50 μ m、50 μ m或70μπι)。例如，丙烯酸酯涂层在高达约120°C的温度下效果良好，硅涂层在高达约175°C的温度下效果良好，聚酰亚胺涂层在高达约500°C的温度下效果良好，而Cu和Au在高达约1000°C的温度下效果良好。因此，上述双涂层结构针对H2老化和高温提供了额外的保护。需要指出，优选存在气密性涂层，但在一些应用中不必存在气密性涂层。在这些应用中，光纤可包含纤芯12、包层14和涂层18。在这些实施方式中，二氧化硅基纤芯12由掺Al 二氧化硅组成。纤芯基本上不含活性掺杂剂(即不含稀土掺杂剂)如Er或Yb，例如以重量计〈lppm。光纤的纤芯12可以是圆形的或椭圆形的(未示出)。较佳的是，纤芯内包层14的相对折射率差值(相对于包层的折射率)约为0.2%Λ-2.05%Λ。纤芯的数值孔径NA定义为( 2- 2)1/2。纤芯的数值孔径NA优选在O. 09-0. 30之间，更优选在O. 12-0. 2之间。纤芯12可以是单模纤芯或多模纤芯。较佳的是，纤芯包含约4重量％_24重量％的Al2O3 (余下为二氧化硅)，包层由纯二氧化硅或者掺F 二氧化硅组成，使得包层中F的含量在0-5重量％之间，例如在O. 7重量％-3重量％或O. 7重量％-2. 2重量％之间。较佳的是，周围的气密性碳基涂层16的厚度是200-1000A(20-100nm)，例如厚度为300_1000A或者30-50nm;包围气密性涂层的第二涂层18的厚度是5_80 μ m。若使用氟(F)，优选包含超过I重量％的F，更优选包含超过2重量％的F。 实施例下面通过以下实施例进一步阐述本专利技术。实施例I图2显示了本专利技术的第一个示例性光纤的折射率分布图(纤芯和包层)。此光纤具有图I所示的截面。更具体地，图2显示了此光纤的折射率百分数差值(相对于包层的折射率)与从纤芯中心开始测量的距离(半径)的关系。此折射率百分数差值在本文中定义为(ηι2-η22)/2η22。此模型化光纤具有掺Al纤芯12和二氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·W·贝内特，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。