弯曲不敏感的耐辐照单模光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单模光纤领域，具体是涉及一种弯曲不敏感的耐辐照单模光纤。
【背景技术】
[0002] 近年来，航空航天领域以及核电领域越来越多的采用光纤进行数据传输以及光纤 传感，但是上述环境中大量存在着电离辐射，电离辐射会大幅增加光纤的附加损耗，降低光 纤的使用寿命。因此，航空航天领域以及核电领域需要采用耐辐照光纤。
[0003] 现有的耐辐照光纤主要分为三类，分别是50微米芯径的多模光纤、62.5微米芯径 的多模光纤以及单模光纤。现有的耐辐照单模光纤的波导结构并不具备抗弯能力，无法在 极小弯曲半径的条件下应用，例如，应用于小型光学器件。因此，现有的耐辐照单模光纤在 实际应用中受到极大的制约，提高耐辐照光纤的抗弯曲性能是耐辐照单模光纤的发展趋 势。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种弯曲不敏感的耐辐照单 模光纤，与现有的耐辐照单模光纤相比，该单模光纤在弯曲状态下的附加损耗大幅降低，抗 弯曲性能较强，即对弯曲不敏感;同时，该单模光纤的耐辐射能力也较强。
[0005] 本发明提供一种弯曲不敏感的耐辐照单模光纤，包括由内至外依次排列的芯层、 内包层、外包层，所述芯层、内包层、外包层的材质均为石英，所述内包层包括由内至外排列 的第一掺氟内包层、第二掺氟内包层，所述芯层和第一掺氟内包层均不掺杂锗元素，其他金 属杂质以及磷元素浓度均低于O.lppm;以质量百分比计，芯层中掺杂的氟元素含量为0~ 0.45%，氯元素含量为0.01 %~0.10% ;第一掺氟内包层中的氟元素浓度为1.00 %~ 1.55 %，第二掺氟内包层中的氟元素浓度为3.03 %~5.00 %。
[0006] 在上述技术方案的基础上，所述芯层与第一掺氟内包层的相对折射率差的最大值 Λ1ΜΧ为0.13%~0.30% ;所述第一掺氟内包层与第二掺氟内包层的相对折射率差的最大 值A2max为0.40 %~0.96 %，第二掺氟内包层的折射率小于第一掺氟内包层的折射率;所述 第二掺氟内包层与外包层的相对折射率差的最大值A3max为-0.28%~-1.09%。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所述芯层与第一掺氟内包层的相对折射率差的最大值 Λ1應为0.30%;所述第一掺氟内包层与第二掺氟内包层相对折射率差的最大值厶2應为_ 0.61 %，第二掺氟内包层与外包层相对折射率差最大值的最大值A3max为-0.91 %。
[0008] 在上述技术方案的基础上，该单模光纤在1310nm波长处的衰减系数为0.322dB/ km，在1550nm波长处的衰减系数为0· 185dB/km，在1625nm波长处的衰减系数为0· 186dB/km。
[0009] 在上述技术方案的基础上，该单模光纤在10mm弯曲直径下卷绕一圈时，在1550nm 波长处的弯曲损耗为0.11 dB，在1625nm波长处的弯曲损耗为0.21 dB。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述芯层的半径R1为3.9~4.3μπι，所述第一掺氟内包 层的半径R2为5~34μπι，所述第二掺氟内包层的半径R3为22~48μπι。
[0011 ]在上述技术方案的基础上，所述芯层的半径R1为4μηι;第一掺氟内包层的半径R2为 30μηι，第二掺氟内包层的半径R3为46μηι。
[0012] 在上述技术方案的基础上，伽马辐照剂量为2000kGy时，该单模光纤在1310nm波长 处的福照附加损耗小于14.8dB/km。
[0013] 在上述技术方案的基础上，该单模光纤外包覆有光纤涂覆层，光纤涂覆层采用耐 高温的丙烯酸树脂、硅橡胶、聚酰亚胺、碳或金属中的1~2种制成。
[0014] 与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0015] (1)本发明在光纤芯层周围引入折射率下凹的掺氟双包层结构，能够调节光波电 磁场的功率分布与限制能力，高阶模式的功率能够通过掺氟双包层结构的折射率沟道迅速 泄露，从而能够大幅降低光纤在弯曲状态下的附加损耗，光纤的抗弯曲性能较强，即光纤对 弯曲不敏感，从而能够扩展光纤的应用环境。
[0016] (2)当辐照射线通过本发明的掺氟双包层结构到达芯层之前，该掺氟双包层结构 还能够吸收部分辐射，减少芯层因辐射造成的结构缺陷，提高光纤的耐辐射能力。
[0017] (3)现有的光纤芯层均掺杂有锗元素，锗元素会导致芯层材料的瑞利散射损耗，光 纤的衰减系数较高;本发明不对芯层进行锗元素掺杂，大幅降低了瑞利散射损耗，能够保证 光纤在1310nm窗口具备较低的衰减系数，降低光纤的衰减，传输损耗较低。同时，芯层中不 掺杂锗元素也能够降低光纤对辐照的敏感性。本发明还控制了芯层以及包层中其他金属杂 质以及磷元素的含量，并按照比例掺杂了一定量的氟元素，进一步降低光纤的辐射损伤。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例中弯曲不敏感的耐辐照单模光纤的截面示意图；
[0019] 图2是本发明实施例中弯曲不敏感的耐辐照单模光纤的折射率剖面示意图。
[0020] 附图标记:1 一芯层，2-第一掺氟内包层，3-第二掺氟内包层，4 一外包层。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0022] 参见图1所示，本发明实施例提供一种弯曲不敏感的耐辐照单模光纤，包括由内至 外依次排列的芯层1、内包层、外包层4,芯层1、内包层、外包层4的材质均为石英，其中，内包 层包括由内至外排列的第一掺氟内包层2、第二掺氟内包层3,芯层1和第一掺氟内包层2均 不掺杂锗元素（仪器分析锗元素浓度，低于lppm)，其他金属杂质以及磷元素浓度均低于 O.lppm;以质量百分比计，芯层1中掺杂的氟元素含量为0~0.45%，氯元素含量为0.01%~ 0.10% ;第一掺氟内包层2中的氟元素浓度为1.00%~1.55%，第二掺氟内包层3中的氟元 素浓度为3.03 %~5.00 %。
[0023] 参见图1所示，芯层1位于光纤横截面的中心，是光纤的主要导光区域;第一掺氟内 包层2和第二掺氟内包层3依次包覆于芯层1的外侧，是光纤横截面中掺杂有氟元素的环形 区域;外包层4包覆于第二掺氟内包层3外侧。芯层1的半径R1为3.9~4.3μπι，第一掺氟内包 层2的半径1?2为5~34以111，第二掺氟内包层3的半径1?为22~48以111，外包层4的半径1?4为60.5 ~64.5μπι 〇
[0024] 芯层1与第一掺氟内包层2的相对折射率差的最大值Almax为0.13%~0.30%;第 一掺氟内包层2与第二掺氟内包层3的相对折射率差的最大值A2max为0.40 %~0.96 %，参 见图2所示，第二掺氟内包层3的折射率小于第一掺氟内包层2的折射率;第二掺氟内包层3 与外包层4的相对折射率差的最大值A3 max为-0.28 %~-1.09 %。
[0025] 该单模光纤外还包覆有光纤涂覆层，光纤涂覆层采用耐高温的丙烯酸树脂、硅橡 胶、聚酰亚胺、碳或金属中的1~2种制成。不同的涂层材料能够使得光纤适应不同的环境温 度。当光纤涂覆层采用紫外固化硅橡胶或耐高温的丙烯酸树脂制成时，单边厚度为60±5μ m，该单模光纤的工作温度为_40°C~150°C。光纤涂覆层采用热固化硅橡胶制成时，单边厚 度为20 ±4μπι，该单模光纤的工作温度为-50 °C~150 °C。光纤涂覆层采用热固化聚酰亚胺制 成时，单边厚度为15±3μπι，该单模光纤的工作温度为-50°C~400°C。光纤涂覆层采用碳制 成时，单边厚度为15±3μπι，该单模光纤的工作温度为-50°C~350°C。光纤涂覆层采用金属 制成时，单边厚度为15 ± 3μπι，该单模光纤的工作温度为-200