[发明专利]新型紫外传输光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业应用、光纤传感和医疗领域中的一种传输光纤及其制备方法，具体说是一种新型紫外光传输光纤及其制备方法。该光纤可使用在600nm以下窗口，在紫外波长窗口具有较低的衰减，在使用的过程中能够保持其稳定的传输特性。该光纤在工业应用、光纤传感、光纤医疗领域都有着广泛的应用。

背景技术

紫外激光具有波长短、能量高、无热效应、与物质相互作用直接断键等特点。用光纤传输紫外激光，可以将紫外激光引入到远距离的复杂工作目标上，大大扩展紫外激光的应用范围。例如，借助于紫外光纤，可以进行紫外线淬火树脂固化、机械微加工和制造、医学治疗、光栅制造、紫外光探测、环境保护等领域的工作。当一个光纤被用来传输紫外光时，在许多场合要求其具有传输短波长、高能量的特性，但是波长短、高能量的紫外光在石英玻璃中产生了色心缺陷使其发生了结构变化，这将阻止紫外光的传输，并增加了损耗，大大地降低了光纤在紫外光的传输性能。当一个标准的高0H紫外石英光纤，用一个未滤波的氘灯连续照射24小时后，它的传输性能将下降约50％。紫外光的波长越短，功率越高，那么这种降低紫外光传输性能的问题就越突出，这可称为光纤紫外抑制效应。所以，当一个准分子激光器被用来作为光源时，石英光纤的传输性能就要发生异变，特别是KrF准分子激光器(波长：248nm)，F₂准分子激光器(波长：157nm)和ArF准分子激光器(波长：193nm)等作为光源时更为明显。

对紫外传输光纤的制造，国际上有过很多相关专利的报道：

美国专利US6588236里面介绍了一种增强光纤紫外传输性能的方法，使用紫外光照射光纤端面，同时使用加热装置对光纤进行加热。这种方法是在光纤拉制之后对光纤进行处理，使用紫外光在光纤的端面照射，由于紫外光在光纤中的传输效率并不高，所以这种方法只能处理较短的光纤，并且由于加热，会引起光纤的微裂纹的扩大，降低光纤的强度，减少使用寿命。

在日本专利：Hei4-342427和Hei4-342436中，采用在石英玻璃光纤芯中增加氢氧根含量(大于500ppm)的方法。但是这种方法，当氢氧根的含量增高时，紫外线吸收边缘的波长会加长，结果短波长(特别是真空紫外区域)的紫外光不能在光纤中传输。另外，并不是氢氧根越高效果越好，它的改进能力是有限的，当氢氧根含量浓度高出一定值(如2000ppm)时，光纤的损耗也会加大。

美国专利US6622527中使用高羟基的原料来生产紫外传输光纤预制棒，是用原材料的组分上对光纤的性能进行优化。但没有从光纤的折射率剖面设计上对光纤的性能进行优化。

也有方法在紫外光纤中进行载氢处理，这样也会改进短波长、高能量紫外光在光纤中的传输性能，然而，载氢需要10¹⁹cm^-3浓度的氢气，并且要在高压容器中几个星期才能完成，它不仅投资大、时间长，而且由于温度等环境的变化会使一部份载氢逸出光纤，仍会降低它的传输性能。

中国专利CN1455274A中也有报道，对光纤预制棒进行处理，从而优化拉制出的光纤的紫外传输性能。但此专利中没有对处理后的效果进行描述，也就无法得知专利的可行性了。

在以上专利中对光纤的折射率剖面进行优化的没有提及，一般都是对拉制出来的光纤进行后续的处理，使得被处理的那部分光纤的紫外传输性能得到改善。然而光纤在紫外波段传输的稳定性在光纤的应用中同样重要，光纤在紫外波段的传输稳定性与光纤中的缺陷含量有着直接的关系，而上述专利中都未提及如何通过光纤参量的控制来达到减少光纤中缺陷含量的要求。

紫外光纤的制造一般都是对光纤的成分进行优化，增强光纤在紫外波段的传输效率和传输稳定性。一般采用的光纤设计是采用的包层纯硅设计，芯层掺杂增加其折射率来达到芯层导光的效果。如图1所示，在包层103和芯层101的界面102采用的是阶跃结构设计。采用这样的设计，芯层掺杂将会增加芯层的缺陷含量，增加光纤紫外波段的吸收。另一方面由于光纤设计和制造工艺过程中产生的缺陷，将导致光纤紫外波段的传输性能的下降。普通阶跃型光纤设计，在包层和芯层的界面上采用跳跃过渡，形成垂直的界面。这样的界面在拉丝的过程中由于界面两侧的材料性能差别很大，拉丝过程中容易断键而形成缺陷，会降低光纤的紫外传输性能。因此发明一种性能优良的紫外传输光纤及制造方法一直是亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明目的就是针对现有紫外传输光纤的不足，提供一种新型紫外传输光纤，该光纤可使用在600nm以下窗口，在紫外波长窗口具有较低的衰减，且在使用的过程中能保持稳定的传输特性。