專利名稱：高性能抗輻射石英光纖及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石英光纖及其制作方法，特別是一種高性能抗輻射石英光纖及其制作方法，屬光纖技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、軍事等輻射相關(guān)領(lǐng)域，特別是光纖在輻射環(huán)境下能否正常通信，對(duì)軍事尤為重要。而常規(guī)纖芯摻鍺石英光纖，由于在輻射狀態(tài)下傳輸損耗明顯增加，如在3×103Gy、3.5小時(shí)的γ射線照射下，單模光纖約有30dB/km的輻射感應(yīng)損耗，所以，不適合這些領(lǐng)域的應(yīng)用。為此，研制抗輻射光纖成為國(guó)際研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。
抗輻射光纖是指能夠抵御由于原子輻射、γ射線、X射線、紫外線照射所產(chǎn)生傳輸性能下降的光纖。輻射使光纖傳輸能力下降是由于輻射在石英光纖中產(chǎn)生的色心，即原子缺陷所致。這些色心主要與光纖中所含的雜質(zhì)及光纖本身的初始原子缺陷有關(guān)。前者會(huì)使輻射產(chǎn)生的部分自由電子被光纖內(nèi)的一些著色正離子(如Fe、Ni、Pb等)俘獲，還原并形成新的色心，這些色心降低光纖傳輸能力；而后者是高能量的輻射粒子切斷具有初始原子缺陷的≡Si-O-Si≡鍵，從而形成了E′色心(≡Si·)和非橋鍵氧空心色心(NBOHC，≡Si-O·)等(這里，≡Si代表在石英玻璃材料的網(wǎng)狀組織中一個(gè)硅原子與三個(gè)氧原子的結(jié)合，·代表不成對(duì)的自旋電子)。其中，前一種因素產(chǎn)生的色心可以通過采用高純度的石英加以解決；后一種因素在于如何減少初始的原子缺陷，使光纖在輻射條件下產(chǎn)生少的斷鍵色心。
針對(duì)以上這些科學(xué)和制備技術(shù)問題，國(guó)外從八十年代到現(xiàn)在一直在從事抗輻射光纖的研究工作，主要的工作表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)在純石英光纖芯中加入一定量的OH-，如600-800ppm，可以提高光纖的γ射線、深紫外光、X光的抗輻射能力，但由于OH-的加入，在近紅外通信波段它的傳輸損耗會(huì)加大，影響正常通信。另外，OH-的注入濃度也是有限的，當(dāng)達(dá)到一定程度就會(huì)飽和。(2)在石英纖芯材料中加入5-10ppm的低OH-，且摻雜200ppm的氟，會(huì)提高光纖的抗輻射能力，這種光纖是適用于真空和深紫外光的傳輸?shù)?，但在近紅外通信波段也會(huì)比常規(guī)的摻鍺芯光纖損耗高。(3)俄羅斯Doanov研究了一種纖芯摻氮的抗輻射光纖，在1300nm-1600nm波段，10Gyγ射線2小時(shí)照射后的測(cè)量感應(yīng)損耗比純石英光纖略高0.5-1.0dB/km。(4)純石英纖芯摻氟包層的光纖，這種單模光纖在3×103Gy、3.5小時(shí)的γ射線照射下，輻射感應(yīng)損耗約為10dB/km，對(duì)于長(zhǎng)距離的光纖通信而言，這個(gè)值是可以使用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的抗輻射光纖及其制備方法。本光纖結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，既能作為常規(guī)的光通信光纖，又具有高性能的抗輻射特性。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是提出了一種抗輻射石英光纖及其制作方法——光纖和阻止外包層相結(jié)合抗輻射光纖制作技術(shù)。這種制作技術(shù)是基于純石英芯摻氟內(nèi)包層光纖，擬解決減少輻射環(huán)境下的初始原子缺陷、有效還原和消除斷鍵色心的難點(diǎn)，同時(shí)，在阻止外包層中摻鈰用來(lái)阻止輻射的侵入而提出的，目的在于在低損耗的情況下，能夠進(jìn)一步提高抗輻射能力。用這種技術(shù)制作的抗輻射光纖，由于純石英芯摻氟內(nèi)包層光纖具有抗輻射功能，而外包層具有屏蔽輻射功能，從而有效地提高了光纖的抗輻射能力，形成高性能的抗輻射石英光纖。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種高性能抗輻射石英光纖，由纖芯和包層組成，其特征在于纖芯的材料是純石英，包層由內(nèi)包層和外包層組成，內(nèi)包括的材料是純石英摻雜氟材料，而外包層的材料是純石英摻雜鈰材料。
上述的高性能抗輻射石英光纖，所述的纖芯的純石英材料是高純度的石英材料；所述的內(nèi)包層的純石英摻雜氟材料是以純石英為基質(zhì)摻雜180-400ppm的氟；所述的外包層的純石英摻雜鈰材料是以純石英為基質(zhì)摻雜1000-9000ppm的鈰。
一種上述的高性能抗輻射石英光纖的制作方法，其特征在于用氣相沉積法(MCVD)在MCVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成外包層、內(nèi)包層和纖芯，最后縮棒形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。本方法適用于研制和小批量生產(chǎn)高性能抗輻射石英光纖。
一種上述的高性能抗輻射石英光纖的制作方法，其特征在于用管外沉積法(OVD)在OVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成纖芯、內(nèi)包層和外包層，最后形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。本方法適用于大小批量生產(chǎn)高性能抗輻射石英光纖。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明中不僅采用純石英芯摻氟內(nèi)包層制成光纖使其在光纖傳輸中具有抗輻射能力，而且其外包層具有屏蔽輻射功能，從而有效地從內(nèi)到外提高了光纖的抗輻射能力，形成高性能的抗輻射石英光纖。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、成本低，適合于小批量或大批量的抗輻射光纖生產(chǎn)。本發(fā)明的高性能抗輻射石英光纖既可用于常規(guī)的光纖通信系統(tǒng)的信息傳輸，又可在輻射環(huán)境下，作為抗輻射保持正常的信息通信。它具有抗輻射能力強(qiáng)、傳輸損耗低的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、軍事等輻射相關(guān)領(lǐng)域的光纖通信和光纖傳感之用。


圖1高性能抗輻射石英光纖結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下參見圖1，本高性能抗輻射石英光纖，它由纖芯1、內(nèi)包層2和外包層3組成，纖芯1的材料是高純度的石英材料；內(nèi)包層2的材料是以純石英為基質(zhì)摻雜250ppm的氟；外包層3的材料是以純石英為基質(zhì)摻雜6000ppm的鈰。
上述的高性能抗輻射石英光纖，用氣相沉積法(MCVD)在MCVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成外包層3、內(nèi)包層2和纖芯1，最后縮棒形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。上述的高性能抗輻射石英光纖也可采用管外沉積法(OVD)在OVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成纖芯1、內(nèi)包層2和外包層3，最后形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。
權(quán)利要求
1.一種高性能抗輻射石英光纖，由纖芯(1)和包層組成，其特征在于纖芯(1)的材料是純石英，包層由內(nèi)包層(2)和外包層(3)組成，內(nèi)包層(2)的材料是純石英摻雜氟材料，而外包層(3)的材料是純石英摻雜鈰材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能抗輻射石英光纖，其特征在于所述的纖芯(1)的純石英材料是高純度的石英材料；所述的內(nèi)包層(2)的純石英摻雜氟材料是以純石英為基質(zhì)摻雜180～400ppm的氟；所述的外包層(3)的純石英摻雜鈰材料是以純石英為基質(zhì)摻雜1000～9000ppm的鈰。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能抗輻射石英光纖的制作方法，其特征在于用氣相沉積法(MCVD)在MCVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成外包層(3)、內(nèi)包層(2)和纖芯(1)，最后縮棒形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能抗輻射石英光纖的制作方法，其特征在于用管外沉積法(OVD)在OVD制棒機(jī)上依次直接以氣相沉積方式制成纖芯(1)、內(nèi)包層(2)和外包層(3)，最后形成光纖預(yù)制棒，然后再進(jìn)行拉絲制成光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能抗輻射石英光纖及其制作方法。本發(fā)明的高性能抗輻射石英光纖，它由純石英纖芯、純石英摻氟內(nèi)包層和純石英摻鈰外包層組成。本光纖的制作方法是采用MCVD、OVD制棒技術(shù)制作的光纖預(yù)制棒，然后將其進(jìn)行拉絲制作成本光纖。本發(fā)明的高性能抗輻射石英光纖既可用于常規(guī)的光通信系統(tǒng)的信息傳輸，又可在輻射環(huán)境下，作為抗輻射光纖保持正常的信息通信。它具有抗輻射能力強(qiáng)、傳輸損耗低的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、軍事等輻射相關(guān)領(lǐng)域的光纖通信和光纖傳感之用。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1800891SQ20061002328
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者王廷云, 陳振宜 申請(qǐng)人:上海大學(xué)