抗辐射石英基光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种抗辐射(R)的石英光纤(10)，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抗辐射石英基光纤


[0001]本专利技术涉及石英(silica)基光纤领域，并且更具体地说，涉及意图用于诸如空间介质或核环境中的辐射环境中的石英基光纤。
[0002]本专利技术涉及用于传输光信号的未掺杂、抗辐射光纤。本专利技术还可涉及掺杂、抗辐射光纤，尤其是用于放大器、放大自发发射源或光纤激光器应用。

技术介绍

[0003]本专利技术涉及一种石英基光纤。遍及本说明书，表述“石英基光纤”(简单地称为“光纤”)被理解为意指还可以包括除硅之外的元素(锗、磷、铝、硼、氟等)和/或氮且可以掺杂或未掺杂的光纤。
[0004]光纤有两大类，即所谓的“无源”未掺杂光纤和所谓的“有源”掺杂光纤。
[0005]无源光纤是指传输光信号而不修改光信号的光纤。
[0006]相反，有源光纤被定义为通过修改光信号(例如通过放大光信号)来传输光信号的光纤。有源光纤的可能应用是掺铒光纤放大器(EDFA)、放大自发发射(“ASE”)源或光纤激光器。
[0007]当光纤暴露于电离辐射(诸如电子、中子、X射线和/或γ辐射)时，观察到其光学性能水平的退化，特别是光纤每单位长度的衰减(指定为“辐射引起的衰减”或甚至“RIA”)的增大，其可达到每延米(line meter)若干dB。这种衰减可以是每延米1到10dB的量级，例如对应于50％的损耗的3dB。
[0008]发生了功率损失，因为构成光纤的芯的化学链受到辐射的能量的干扰，其导致出现新的电子跃迁态，从而在与所述电子跃迁相关联的波长区域中产生额外的吸收。
>[0009]这种现象极大地限制了某些光纤在辐射介质中的应用中的使用，特别是在核或空间介质中的应用中，这对于EDFA(例如用作卫星间通信激光器)、ASE源(例如用于卫星中的光纤陀螺仪)或光纤激光器尤其关键。
[0010]为了限制这种现象，光纤通常被设计为组成和光谱操作范围最适合其意图的介质。
[0011]对于无源光纤，可以选择芯(光束传输矢量)由杂质率非常低的超纯石英制成的光纤。此外，低氟掺杂可有助于限制辐射引起的衰减，如以下公开中所述：“Radiation resistance of fluorine
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doped silica
‑
core fibers”，K.Sanada、N.Shamoto和K.Inada，Proc.First PAC RIM Meet.Glass Opt.Mater.，第179卷，第339
–
344页，1994年11月，doi：10.1016/0022
‑
3093(94)90714
‑
5。
[0012]然而，尽管采取了这些预防措施，性能损失，特别是在核或空间领域，在某些光谱范围内甚至更大。
[0013]对于有源光纤，可以选择磷和/或铝(共)掺杂的光纤，以使光纤具有高的光学效率并使其为有源的。然而，这种掺杂使得光纤比上述无源光纤对辐射敏感得多(在红外(IR)和可见光中的若干数量级的额外损失)。现在，我们已经提出这样一个事实，即这种有源光纤
在核和空间领域具有大的重要性，它们特别是构成光纤激光器和空间导航和通信系统中使用的光放大器的基础。因此，在辐射的影响下，它们必须能够保持其特性。
[0014]因此，即使硬化解决方案已经存在，它们仍然不足以满足高辐射率的要求，并且有时也难以应用。
[0015]减少辐射的影响的另一种已知解决方案是在光纤中掺入氢。例如，在如下公开中描述了在具有纯石英芯以及可由氟化石英制成的护套的所谓无源光纤的情况下，氢的这种正面影响：“Improvement of Radiation Resistance of Pure Silica Core Fibers by Hydrogen Treatment”，Kaya Nagasawa、Yutaka Hoshi、Yoshimichi Ohki和Kichinosuke Yahagi，日本，Journal of Applied Physics，第24卷，第1部分，第9期(1985)。氢在光纤中的存在允许将在可见和近红外光中具有吸收带的缺陷转化为具有约1380nm的吸收带的OH缺陷。这大大减少了光纤在可见和近红外光中的辐射引起的衰减，如图1(来自上述公开)所示。
[0016]氢的这种正面影响也针对所谓的有源放大光纤(例如芯与铈和铒共掺杂的铝石英光纤)在以下公开中进行了描述：“Optimized radiation
‑
hardened erbium doped fiber amplifiers for long space missions”A.Ladaci等，Journal of Applied Physics，2017。因此，氢的存在对光放大器中使用的诸如有源光纤的硬化高度有益，如图2(来自上述公开)所示。
[0017]然而，氢是一种高挥发性气体。在光纤或包括这种光纤的系统的整个操作过程中，将其保持在光纤的芯中是非常复杂的。
[0018]针对该问题，专利申请FR3008194描述了一种用于制造抗辐射光纤的方法，该方法包括以下步骤：
[0019]a)制造石英光纤预制件；
[0020]b)在预制件中形成纵向腔；
[0021]c)所述预制件的光纤生产以形成光纤(1)，所述光纤(1)包括芯(2)、光护套(6)和至少一个纵向腔(3)，所述纵向腔(3)在所述光纤(1)的端部具有至少一个孔(13)；
[0022]d)在光纤生产步骤c)中，施加气密涂层(4)；
[0023]e)将光纤(1)暴露于气体物质(优选包含气态氢和/或气态氘)，以便通过所述孔(13)将所述气态物质并入石英中；
[0024]f)封闭光纤(1)两端的每个孔(13)。
[0025]图3A和3B中所示的获得的石英光纤包括：
[0026]‑
芯(2)；
[0027]‑
光学护套(6)；
[0028]‑
至少一个纵向腔(3)，设置在光学护套(6)内，该纵向腔(3)在光纤(1)的两端封闭；
[0029]‑
气体扩散密封涂层(4)，其通常是薄碳层或金属薄层。
[0030]所述石英光纤在所述至少一个腔(3)中包含确定浓度的气体，优选来自气态氢和/或气态氘。
[0031]然而，这种制造方法和获得的光纤存在某些缺点。
[0032]一方面，不能保证纳米到若干十纳米量级的碳或金属薄层在辐射和温度的影响下
保持密封，特别是在长时间使用时。
[0033]另一方面，不能在所有类型的光纤(诸如具有聚合物护套的光纤或双护套光纤)上产生由薄碳层或金属薄层形成的涂层。实际上，在聚合物护套上产生金属涂层可能会产生熔化和损坏护套的风险，并且在聚合物护套上保持碳涂层是困难的，甚至是不可能的。
[0034]此外，在该方法中，控制光纤的芯中所含氢的量是复杂的。
[0035]该解决方案还存在另一个缺陷(并非最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种抗辐射(R)的石英光纤(10)，包括：
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芯(20)；
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围绕所述芯的护套(30)；
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包裹所述护套的聚合物涂层(40)，所述涂层能够在所述辐射的影响下通过辐解形成氢(H2)，从而将形成的所述氢扩散到所述光纤中，所述聚合物材料包含以下中的一种或多种元素：聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚甲醛。2.如权利要求1所述的光纤(10)，其特征在于，所述涂层(40)是聚合物材料的固体层(41)。3.如权利要求1所述的光纤(10)，其特征在于，所述涂层(40)包括聚合物材料的凝胶层(42)和外套(43)，所述外套(43)能够在所述护套(30)和所述外套之间包含所述凝胶。4.如权利要求3所述的光纤(10)，其特征在于，所述外套(43)由聚合物或金属制成。5.如权利要求1至4中一项所述的光纤(10)，其特征在于，所述聚合物涂层(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：原子能和辅助替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：