[发明专利]低损耗耐高温光纤

说明书

本发明涉及用于光纤通信、光纤传感及光纤传能等领域的低损耗耐高温光纤，该光纤由玻璃芯层，围绕着芯层外表面的玻璃包层，置于包层上的聚合物涂层以及置于聚合物涂层上的金属涂层组成。可选择地，在聚合物涂层和金属涂层之间设置一层粘结层，使得金属涂层更牢固地与聚合物涂层结合在一起。本发明中提出的具有金属涂层的低损耗耐高温光纤与未涂覆金属涂层时的传统聚合物涂层光纤相比，在不明显改变光纤各种光学性能和机械强度的情况下能够将光纤的最高工作温度提高50℃～300℃。

技术领域

本发明涉及光纤通信、光纤传感及光纤传能等技术领域，尤其涉及在传统光纤聚合物涂层上具有金属外涂层的低损耗耐高温光纤。

背景技术

为了满足高温环境下的使用需要，光纤必须保持与常温及通常使用环境下的一致或近似的光学性能、机械强度及可靠性。

常规光纤的涂层为聚合物材料，包括丙烯酸酯、高温丙烯酸酯、液晶、特氟龙、ETFE和聚酰亚胺材料。此类光纤在光波长1310nm和1550nm的光损耗小，一般小于0.5dB/km。丙烯酸酯涂层的光纤广泛用于光纤通讯，其能够正常工作的最高温度是85℃。在温度超过85℃时，丙烯酸酯涂层会严重老化甚至失效，表现为涂层颜色发黄、变黑，机械强度减弱直至失去对光纤的保护作用，容易引起光纤断裂，无法满足高温环境下光纤传输的可靠性要求。具有高温丙烯酸酯、液晶或聚酰亚胺涂层的光纤最高工作温度分别是150℃、180℃和300℃，当环境温度超过这些光纤的最高工作温度时，光纤的机械强度也会减弱，严重时引起光纤断裂。与聚合物涂层耐高温光纤相关的详细信息在专利号为CN201310151641、CN201410017136等的专利中已经有所描述，这些专利对聚合物涂层光纤在耐高温方面都做了不同程度的改进。

在高温环境下所使用的光纤通常是在玻璃包层上直接涂覆金属涂层。目前，金属涂层的材料有铝、铜、铜合金、银以及金等。使用铝、铜及铜合金作为金属涂层材料时，光纤的最高工作温度可达400℃。使用银、金作为金属涂层材料时，光纤的最高工作温度可达700℃。与金属涂层耐高温光纤相关的信息在专利号为CN201110046035等的专利中有所描述。但是金属涂层由于其硬度远大于聚合物涂层的硬度，而且金属涂层的热膨胀系数与玻璃包层的相比相差更大，在光纤上产生了严重的微弯曲效应，导致金属涂层光纤的光损耗增大。在1310nm和1550nm波长，金属涂层光纤的光损耗可高达5dB/km以上。此损耗限制了这些金属涂层光纤的使用长度，一般仅在200米以内。但在很多光传感应用中，如稠油井，其井深常常是2000米以上，井内温度在300℃以上，用于井内温度和压力传感的光纤就不能使用金属涂层光纤(光损耗太大)，也不能使用聚酰亚胺涂层光纤(工作环境温度大于其能承受的温度)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统聚合物涂层光纤和金属涂层光纤存在的不足，提出具有与传统聚合物涂层光纤同样优异的光学性能和与传统金属涂层光纤同样优异的一种耐高温特性的光纤。

为解决上述技术问题，本发明提出的低损耗耐高温光纤具有以下结构：

芯层，由折射率较高的玻璃材料组成，光将在芯层内进行传输；

包层，由折射率较低的玻璃材料组成，用于将光限制在芯层内进行全反射传输；

聚合物涂层，沿着芯层纵向轴线方向包覆在玻璃包层外表面，用于保护芯层和包层；

金属涂层，沿着芯层纵向轴线方向包覆在聚合物涂层外表面，以隔离聚合物涂层与空气之间的接触。

所述芯层和包层的玻璃材料包括但不限于石英玻璃、硫系玻璃、氟系玻璃。所述芯层直径为1μm以上，围绕芯层的包层单边厚度为5μm及以上。

可优选的，所述聚合物涂层为一层、两层或两层以上。