[发明专利]一种多层石英光纤及其制备方法和应用

说明书

本发明是关于一种多层石英光纤及其制备方法和应用，所述多层石英光纤从内向外依次为纤芯、第一包层、至少两层的第二包层以及有机包层；所述第一包层为石英包层；每层的所述第二包层为石英包层或含掺杂物的石英包层；所述第一包层、至少两层的第二包层及有机包层三者的厚度之比为(50‑98)：(2‑50)：50。本发明通过多层结构增强设计，使得石英光纤的抗拉强度得到显著提高。

技术领域

本发明涉及光纤增强技术领域，特别涉及一种多层石英光纤及其制备方法和应用。

背景技术

抗拉强度是评价光纤性能的一个重要指标。石英光纤的主要成分是石英玻璃，石英玻璃的理论强度是由(SiO₂)分子之间的键结合力决定的，当SiO₂键发生断裂时，其断裂强度高达20GPa。当外界作用力超过此值时，光纤就会断裂。

为了提高石英光纤的抗拉强度，通常采用有机涂层的方法来增强，有机涂层虽可以提高石英光纤的抗拉强度，但由于有机涂层自身的机械强度仅是MPa级，故有机涂层的主要作用是保护光纤不受机械损伤。此外，石英光纤的表面在涂覆有机涂层之前的拉丝过程中，由于成型后冷却过程中表面会产生微裂纹，这些微裂纹会降低光纤的拉伸强度。而且在使用过程中，空气、水蒸气等会导致不断地微裂纹扩散，可能使得石英光纤强度快速降低至只有理论抗拉强度的十分之一甚至更低。同时石英光纤出现微裂纹后，通常在光纤内部会形成断点，虽然表面上感觉没有断，但实际上影响了光的传输，光遇到断点时，会有反射产生，对传输造成影响。

因此，在石英光纤涂覆有机涂层之前，通过在裸光纤表层开发一种比石英玻璃柔性好的外包层实现阻断裂纹的产生与扩展，进而增加石英光纤的抗拉强度是很有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种多层石英光纤及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是在丝径厚度均匀的前提下，如何通过多层结构的界面及层间不同组份的搭配来增强石英光纤的抗拉强度。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种多层石英光纤，所述多层石英光纤从内向外依次为纤芯、第一包层、至少两层的第二包层以及有机包层；

所述第一包层为石英包层；

每层的所述第二包层为石英包层或含掺杂物的石英包层；

所述第一包层、至少两层的第二包层及有机包层三者的厚度之比为(50～98)：(2～50)：50。

本发明的目的及解决其技术问题进一步可采用以下技术方案来实现。

进一步地，前述的多层石英光纤中，其中所述第一包层、至少两层的第二包层与纤芯呈几何同心。

进一步地，前述的多层石英光纤中，其中所述含掺杂物的石英包层选自掺杂TiO₂的低膨胀石英包层、掺杂Li-Al-Si系微晶玻璃的石英包层、掺杂高硼硅系玻璃的石英包层和金属Ag、Ti、Cu、Zr、Sn中的至少一种掺杂的石英包层中的至少一种。

进一步地，前述的多层石英光纤中，其中所述含掺杂物的石英包层为掺杂TiO₂的低膨胀石英包层，掺杂TiO₂的质量占所述掺杂TiO₂的低膨胀石英包层质量的0.5％～10％之间。

进一步地，前述的多层石英光纤中，其中所述含掺杂物的石英包层为掺杂Li-Al-Si系微晶玻璃的石英包层，掺杂Li-Al-Si系微晶玻璃的质量占所述掺杂Li-Al-Si系微晶玻璃的石英包层质量的0.5％～20％之间。

进一步地，前述的多层石英光纤中，其中所述含掺杂物的石英包层为掺杂高硼硅系玻璃的石英包层，掺杂高硼硅系玻璃的质量占所述掺杂高硼硅系玻璃的石英包层质量的0.5％～50％之间。