[发明专利]一种用于照明传能的大芯径石英光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，为800~1600nm波长范围内的光能传输光纤，适用于激光泵浦、激光传导、感应器、探测器以及照明等领域。

背景技术

近年来随着科技的迅猛发展，光纤新材料不断涌现，人们对于光纤特性及其各种效应的认识也不断深入，以石英为主要材料的石英系光纤在国民经济各领域中的应用也在迅速地拓展。目前用于通信的光纤绝大多数是石英光纤，其中占主导地位的是单模石英系光纤，而在非通信领域，特别是用于照明传能领域的石英光纤则主要是多模、大芯径、大数值孔径的石英光纤。

传统的照明传能光纤通常有塑料光纤、多组分玻璃光纤以及石英光纤。塑料光纤和多组分玻璃光纤由于成本低、制作工艺简单而被大量采用。但是由于塑料光纤和掺杂玻璃光纤的高传输损耗（比石英光纤大两个数量级）和低损伤阈值，使它们无法应用于高端照明传能和远程照明传能的领域。

适用于照明以及传能用的光纤应有以下几个特征：（1）高能量阈值，即在更细的光纤中传输更高的光能或是在更短的时间内承受更高的峰值功率；（2）低传输损耗，即单位长度光能的损耗低；（3）大芯径、大数值孔径，便于与输入光源耦合以及熔接。在制作光纤的所有材料中，纯石英材料在能量阈值和传输损耗两项中，相对于聚合物或是掺杂玻璃等有着绝对的优势。这就是说，在大功率、高能量密度或是长距离照明传能的情况下，石英光纤几乎是唯一的选择。因此，照明传能用的石英光纤的纤芯采用纯石英材料（SiO₂）为最佳。石英光纤传输波长范围宽（从近紫外到近红外，波长从0.38-2.1um ），所以石英光纤适用于紫外到红外各波长能量的传输。照明传能用的石英光纤的包层可采用低折射率的有机或无机材料来满足光导结构。

目前，照明传能用光纤的技术在国内仅有一例专利文献记载，即中国电子科技集团公司第二十三研究所的“高抗损伤传能光纤”（申请号为200910048566.0，公开号为CN101852886A），其中所述纤芯的材料为纯石英，包层的材料为低折射率有机聚合物。这种采用纯石英为纤芯、有机聚合物为包层的传能光纤（通常称为软皮层石英光纤）的弯曲性能很好。但是应用于高功率在最高耐温（仅为200°C左右）、精密度以及可靠性上还远远不够。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是解决现有照明传能光纤的能量阈值低、精密度低、可靠性差等问题，提供一种用于照明传能的大芯径裸石英光纤，使所制造的光纤具有高能量阈值，较现有传能光纤能传输更高功率的光能。

本发明通过以下技术方案实现：一种用于照明传能的大芯径裸石英光纤，由横截面为圆形的纤芯、包围在该纤芯外围的横截面为圆环形的包层以及包围在所述包层外围的横截面为圆环形的保护层构成，所述的纤芯为纯SiO₂，所述的包层为低折射率的掺氟SiO₂层，所述的保护层为聚合物层，所述纤芯和包层的折射率剖面成阶梯型分布。纯石英具有理论最大损伤阈值和低损耗，掺氟石英包层的折射率低于纤芯使所述的纤芯具有极高的数值孔径。

作为优选技术手段，所述纤芯相对于包层的折射率差D在0.01～0.06之间；所述纤芯的半径为200±10μm；所述包层的厚度为20±2μm。

作为优选技术手段，所述的纤芯和包层的数值孔径为0.2±0.02。

作为优选技术手段，所述的纤芯和包层的芯包同心度小于3μm。

作为优选技术手段，所述的纤芯与包层构成裸石英光纤，所述裸石英光纤的直径为220±20μm；所述保护层的厚度为20±5μm，所述保护层的杨氏模量为1.2±0.1MPa；成品光纤的直径为240±20μm。

作为优选技术手段，成品光纤在800nm波长下的传输损耗不大于3dB/km；成品光纤在1200nm波长下的传输损耗不大于2.5dB/km。

该照明传能光纤可通过下述方法制造，首先根据设计的纤芯的半径，以外部气相沉积法（OVD法）或纵向气相沉积法（VAD法）制造符合设计要求的纯石英棒作为光纤预制棒的芯棒，以套管法（RIC法）制造包围在芯棒外围的包层从而得到光纤预制棒，再在拉丝塔上将该光纤预制棒拉制成裸石英光纤，该裸石英光纤经两次紫外光固化聚合物（如树脂）涂覆形成设计尺寸的保护层；最后经一系列机械、光学和化学筛选后卷盘成为光纤成品。

本发明的有益效果是：通过对裸石英光纤的纤芯和包层进行合理的设计，实现了在工艺上可行、制造流程较为简单、制造成本较为低廉，并能完全满足高功率光能传输的照明传能光纤。