[发明专利]具有氢阻障层的石英光纤及其生产方法

说明书

本发明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，本发明涉及通过根据本发明的方法生产或可生产的石英玻璃光纤。

技术领域

本发明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，本发明涉及一种制造石英玻璃光纤的方法。

技术领域

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)。

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-PDF/Whitepapers/Herm etic-Fiber-for-Oil-and-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。

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-51/issue-04/features/fiber-optic-components-harsh-environment-optical-fiber-coatings-beauty-is-only-skin-deep.html)。

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。

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。

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。