[发明专利]一种温度稳相光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及稳相光纤。 

技术背景

稳相光纤中的“稳相”一词系参考“稳相电缆”而来。稳相电缆主要用于微波信号传输，微波信号的电压（或电流）可以用正弦波方程进行量化表征，其中为波的相位，它表征了正弦波在空间沿传播方向的位置，相位的改变量表示正弦波在传播方向上较相位不变时有了前移或后退。若 则表明正弦波信号的相位十分稳定，没有波动，是一种理想的情况。此外，除了用相位变化表征相位稳定性外，人们常常使用传输延时量Δτ来衡量单位长度光纤在单位温度变化下的延迟量的变化，单位为ps/km/℃，常见的光纤延迟线的温度性能在50～200ps/km/℃。利用公式可以将Δτ与进行换算，式中c=3×10⁸m/s，n为纤芯折射率，λ为光信号的波长，Δτ与在公式中的单位分别为秒与弧度。 

光纤中传输的光信号是以高频正弦电磁波形式存在的，正弦波的相位或延迟量对于光信号接收端的信号处理工作非常重要，它直接影响到信号正确性及可靠性。例如，在机载雷达系统中的光纤延迟线的工作温度为-55℃到125℃之间，如此大的温差范围使得会引起光纤特别是纤芯折射率的变化，折射率的变化又直接导致光纤中光速改变，从而使得信号在指定时刻到达接收端的相位改变，影响了系统对信号的处理和判断，严重时则导致系统失效。 

温度稳相光纤具有延时Δτ随温度T的变化（dτ/dT）较小的特点。如上所 述dτ/dT与折射率、长度和应力有关，而这些参数与光纤材料、结构等有关。通过改变光纤材料组分和结构可以减小dτ/dT数值以提高延迟信号稳定性，进而提高微波传输系统位稳定性。 

射电望远镜、卫星跟踪站以及相控雷达阵等系统中均对某些关键信号的接收有严格的相位要求，即要求接收到的多路信号的相位差或时间延迟量具有高度的稳定性，从而达到准确解析信号的目的。目前的问题在于，用常规光纤或电缆制作成的延迟线在试验中发现，随着环境温度的变化（-55℃～125℃），高频微波信号的延迟量出现了较为明显的变化，严重影响了后期信号的同步性，使得信号处理效果大为降低，甚至导致系统无法正常工作。如果采用温度稳相光纤制作成延迟线，其随温度的变化不明显，可有效提高信息接收系统及处理系统的效率及可靠性。 

L.G.Cohen等人在“L.G.Cohen,J.W.Fleming,Effect of Temperature on Transmission in Lightguides,The Bell System Technical Journal,Vol.58,No.4,1979”论文中报道了温度对光波导传输的影响，研究了包括多模光纤及单模光纤在内的等几种波导结构的光纤中脉冲延迟受温度的影响，研究结果表明通过在石英基体内掺杂硼元素或者锗元素后使得延迟从65ps/km/℃降低到33ps/km/℃,但该论文未给出具体的掺杂配比。甘福喜在“《光学玻璃》，科学出版社，北京，1964，pp.104”一书中给出了硅、锗、磷、硼等元素对玻璃折射率随温度变化的曲线图，同样可以看出磷元素与硼元素可以降低硅基石英玻璃折射率的温度敏感性。但温度稳相光纤一直未得以商品化，导致国内一些光纤延迟线的用户无商用的温度稳相光纤可用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种温度稳相光纤及其制备方法。本光纤结构简单，可作为射电望远镜、卫星跟踪站以及相控雷达阵等系统的通信光纤，具备温度相位稳定特性，提高信号接收、处理的准确性与可靠性。 

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是： 

一种温度稳相光纤，所述光纤包括掺杂石英纤芯、包层和涂覆层；其特征在于：所述掺杂石英纤芯的组成成分如下： 

所述包层的组成成分如下：