[发明专利]一种新型抗辐射光纤及制备方法

说明书

本发明提供了一种新型抗辐射光纤，从内到外依次包括芯层、包层、内涂层和外涂层。所述外涂层的杨氏模量高于内涂层；所述芯层为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO₂、P₂O₅和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层；所述包层为氟掺杂的二氧化硅玻璃层；所述内涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体；所述外涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体。本发明的防辐射功能涂层给光纤增加了一道新的抗辐射保护层，通过吸收屏蔽部分高能射线进一步缓解辐照对光纤性能的影响，从而使得光纤的抗辐射性能得到提升。

技术领域

本发明涉及一种光纤，尤其是涉及一种新型抗辐射光纤。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，光纤可能遇到核辐射的应用场合不仅包括战术的或战略的军事系统，而且还包括核废料和地下核试验的监测，热反应堆设备的直观观测、航天飞船通信、剂量计量学和医疗辐射学等。石英光纤受电离辐射(如γ射线或X射线)或粒子辐射(如电子、中子、质子或离子)的照射，形成电子或空穴，这些电子或空穴在缺陷或杂质的位置上被俘获从而形成“色心”。此外，高能粒子实际上可以置换光纤中的离子而产生另外的缺陷，还会使二氧化硅网格中疲劳键断裂或网格中氧移位形成“色心”，产生的辐射感应缺陷中心可能具有使光纤衰减增加的光吸收谱带。在辐照条件中，主要威胁通信设备和通信光纤的辐照射线是γ射线。

目前业内采取的提高光纤耐辐射光纤的普遍方法是：采用高纯度二氧化硅为纤芯以避免研制的耐辐射光纤在长期低剂量率和短期大剂量率的辐射下产生光吸收色心；采用在二氧化硅中掺入一定量氟元素制作低折射率包层，在保证光纤传输性能的同时避免辐射感应缺陷色心的形成。业内也有报道一种利用热处理和预辐照技术提高光纤耐辐射性能的方法，但具有较大的局限性。热处理技术是在玻璃假象温度附近温区进行长时间保温，利用热效应消除石英基质中的材料缺陷，从而减少“色心”的形成。预辐照技术利用γ射线与光纤中不稳定的格点作用，虽然会小幅提高光纤的固有损耗，但同样可以达到消除材料缺陷的目的。业内还有对光纤预制棒依次进行退火、载氢以及预辐照预处理；再对经预处理后的光纤预制棒进行拉丝，制得耐辐射光纤。鉴于现有的耐辐射光纤主要为“纯石英芯区+掺氟石英包层”的结构，且制备工艺主要涉及对光纤的处理，忽视了通过对涂层的防辐射功能化以进一步提高光纤的抗辐射性能。因此，目前存在的问题是急需研究开发出一种新型耐辐射光纤的制备方法，通过具有防辐射功能的涂层结构将高能射线吸收或阻挡在外，进一步缓解辐射对光纤性能的影响，从而提升光纤的耐辐射性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新型抗辐射光纤。其技术方案如下：

一种新型抗辐射光纤，从内到外依次包括芯层、包层、内涂层和外涂层。

优选地，所述外涂层的杨氏模量高于内涂层；所述芯层为纯二氧化硅玻璃层或掺杂有GeO₂、P₂O₅和氟中的一种或多种的二氧化硅玻璃层，其直径为47.5～52.5μm，不圆度不超过5％；所述包层为氟掺杂的二氧化硅玻璃层，其直径为124～126μm，不圆度不超过1％；所述内涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体，直径为190±10μm，不圆度不超过6％；所述外涂层为一种或多种防辐射功能单体与丙烯酸酯的共聚体，直径为245±10μm，不圆度不超过6％。

优选地，所述纯二氧化硅玻璃层的二氧化硅纯度不低于99.9999％；所述防辐射功能单体在内涂层中的质量分数为1wt.％～10wt.％；所述防辐射功能单体在外涂层中的质量分数为1wt.％～10wt.％。

优选地，所述防辐射功能单体为甲基丙烯酸钐、甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钆的一种或多种的组合。

优选地，所述芯层和包层为单模光纤或多模光纤。