[发明专利]一种空间用耐辐照掺铒光纤及其制备方法

说明书

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种空间用耐辐照掺铒光纤及其制备方法。解决高能辐照条件下光纤性能下降的问题，自内而外依次包括掺铒纤芯、过渡层和包层；包层内，开设至少一组环绕单元；各组环绕单元沿包层径向排布；每组环绕单元包括沿包层轴向贯通、周向排布的偶数个通孔，各通孔中心连线形成的图形与掺铒纤芯同心；每个通孔的孔壁上覆盖有羟基化碳纳米管层。制备方法包括：制作芯棒、加工环绕芯棒的凹槽、在凹槽内生长碳纳米管层、碳纳米管层的羟基化及套管处理后拉丝。在纤芯中引入Ce、F，降低掺铒光纤在高能辐照条件下色心的产生，并在耐辐照掺铒光纤包层中引入羟基化碳纳米管层，起到辐射屏蔽的作用，大大提高掺铒光纤的耐辐照性能。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种空间用耐辐照掺铒光纤及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，掺铒光纤作为光纤放大器、超荧光光源的核心器件，被广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。特别是随着太空探索和光纤通信的发展，掺铒光纤因其发射波长正对应于大气在1.55μm处的通信窗口，使其不仅可以应用在航天器内部通信系统或卫星中光纤陀螺仪的超荧光光源，更可以利用掺铒光纤放大器实现卫星或空间站与地面基站之间的激光通信。

然而，当掺铒光纤器件在空间通信、太空探测等恶劣的辐照环境中使用时，会受到空间辐照环境中的带电粒子(正负电子、质子、α粒子等)和高能电磁辐射(X射线、伽马射线)的综合作用，引起光纤的辐照损伤，从而导致光纤器件综合性能下降甚至完全失效。一般认为导致光纤性能下降的主要原因是高能辐照使得光纤材料中产生了自由电子和空穴对，被材料的初始原子缺陷或杂质俘获而形成了色心，导致在紫外和可见光波段具有很强的宽吸收带，其尾端可延伸至近红外区产生附加损耗，同时影响自发辐射放大增加噪声系数。因此，为实现掺铒光纤空间辐照环境的稳定应用，必须解决其耐辐照问题。

发明内容

为解决高能辐照条件下光纤性能下降甚至失效的问题，满足空间环境下光纤放大器及传感器对掺铒光纤的应用需求，本发明提出一种新型结构、易于实现的空间用耐辐照掺铒光纤及其制备方法。

本发明的技术解决方案是提供一种空间用耐辐照掺铒光纤，其特殊之处在于：自内而外依次包括掺铒纤芯、过渡层和包层；

所述包层内，开设至少一组环绕单元；各组环绕单元沿包层径向排布；

每组环绕单元包括沿包层轴向贯通、周向排布的偶数个通孔，各通孔中心连线形成的图形与掺铒纤芯同心；

每个通孔的孔壁上覆盖有羟基化碳纳米管层。

进一步地，所述偶数个通孔中心连线形成的图形为圆形、多边形或花瓣状。

进一步地，所述掺铒纤芯的组分及含量分别为：

SiO₂：79～85Wt.％，Er₂O₃：0.1～0.5Wt.％，Al₂O₃：7.5～9.5Wt.％，GeO₂：6.8～8.5Wt.％，Ce₂O₃：0.3～2.0Wt.％，F：0.3～0.8Wt.％；

所述过渡层组分及含量为：

SiO₂：95.5～97.5Wt.％，P₂O₅：1.3～2.0Wt.％，GeO₂：0.8～1.6Wt.％，F：0.4～1.2Wt.％。

本发明还提供一种上述的空间用耐辐照掺铒光纤的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制作芯棒；

对石英沉积管进行预热、除杂处理后，按照纤芯及过渡层组分流量设计通入反应物料依次沉积过渡层及芯层；

步骤二、加工环绕芯棒的凹槽；