以Yb³⁺摻雜SiO₂預制棒為原材料,采用不同拉絲速率的高溫拉絲工藝成功制備了石英光纖。利用傅里葉變換紅外光譜儀、光纖應力分析儀和Model2500等研究了不同拉絲速率制備的石英光纖的結構、抗拉強度以及衰減特性。結果表明,石英光纖抗拉強度隨著拉絲速率的升高先增大后降低,當拉絲速率為1 700 m/min時,其制備的石英光纖抗拉強度達到最大,為5.2 GPa;且拉絲速率越大,輻照后就越容易造成內部損壞,造成光纖失效。這主要因為拉絲速率越大,其在高溫區(qū)中的時間越短,光纖中Si-O鏈斷裂的頻率越低,光纖抗拉強度就越高。但隨著拉絲速率的繼續(xù)升高,爐溫逐漸升高,同時增加了光纖內部Si-O鏈斷裂的頻率,二者共同耦合作用的結果使得光纖強度隨拉絲速率呈現(xiàn)先增后減的趨勢。當輻照劑量逐漸增加時,石英光纖的輻致?lián)p耗呈直線趨勢快速增加,但隨著輻照量的繼續(xù)增大,輻致?lián)p耗卻增加趨緩,逐漸平穩(wěn)。 

【文章來源】：功能材料. 2020,51(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

Yb3+摻雜SiO2預制棒的吸收光譜和傅里葉紅外光譜圖

圖2為不同拉絲速率下制備的石英光纖的內應力圖。由圖2可以看出,拉絲速率為500 m/min時,外層拉引力為14.8 MPa,內層壓應力為120 MPa;隨著拉絲速率的升高,光纖內部應力逐漸增大,當拉絲速率為2 000 m/min時,外層拉引力為79.6 MPa,內層壓應力為221.2 MPa。這主要是因為光纖拉絲制備的過程中,是一個由高溫到低溫的加工過程。在光纖冷卻的過程中,由于外部溫度較低和熱能傳質的原因,光纖外層部分冷卻速率要高于內層部分冷卻速率。光纖內外冷卻速率不一致,就會造成光纖外層和內層存在應力差。其主要表現(xiàn)為外層受到拉應力,內層受到外側的壓應力。如果提升拉絲速率,勢必要提高加熱爐爐溫,爐溫越高,光纖冷卻到室溫的溫度變化就越大,由此使得光纖內外層的壓力差就越大。2.3 石英光纖的衰減譜分析

光纖的通訊傳輸實際應用過程中,最重要的是光纖傳輸總損耗。圖3為不同拉絲速率下制備的石英光纖輻射后的衰減譜測試結果。由圖3可知,3種拉絲速率下制備的石英光纖,衰減譜的特征基本相同。3種拉絲速率下制備的石英光纖,在630 nm處均出現(xiàn)了強的吸收峰,這主要是由于在拉絲過程中產生了非橋氧心(NBOHCs)造成的。對比3種工藝在630 nm處附近出現(xiàn)的吸收峰可以發(fā)現(xiàn),峰值隨著拉絲速率的增加而增加,當拉絲速率分別為800,1 400和2 000 m/min時,其峰值分別為75,103和121 dB/km。這主要是因為拉絲速率的增加會增加光纖芯部與芯包層的應力,從而增加了拉絲引起的NBOHC含量。此外,從圖3可以看出,3種拉絲速率在1 200 nm處均出現(xiàn)了較弱的吸收峰,可能是由于羥基的諧波所致。石英光纖拉絲制備過程中,石英光纖內部的應力來不及釋放,會一直殘留在石英光纖內部。從而在石英光纖的應用過程中,一旦受到高能輻射,光纖內部應力很容易對光纖造成破壞,引起化學鍵的斷裂。由2.2節(jié)可知,在光纖拉絲制備過程中,拉絲速率越大,其制備的光纖內部內應力越大,輻照后就越容易造成內部損壞,造成光纖失效。圖4為在拉絲速率1 700 m/mim下制備的石英光纖在輻照之前和在0.1 kGy/h劑量率條件下輻照10 h后的ESR譜。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]面向光纖通信多維復用的光場調控與傳輸技術[J]. 李建平,劉潔,高社成,余思遠,李朝暉.  光學學報. 2019(01)
[2]石英光纖應用——光纖傳感的研究進展綜述[J]. 陳冀景.  科技創(chuàng)新與應用. 2018(29)
[3]光纖通信在軍事領域的應用探究[J]. 夏新瑞.  電子世界. 2018(14)
[4]超高速光纖拉絲工藝技術研究[J]. 郝昌平,嚴勇虎,袁健,陳偉,張良,趙云鵬.  光通信研究. 2018(01)
[5]光纖傳感技術在核電站安全監(jiān)測中的應用研究[J]. 宋祖榮,李曉洋,李懿軒,畢金生.  量子光學學報. 2017(03)
[6]石英光纖與空芯光纖損傷特性(對比)研究[J]. 成波,郭寧,吳立志,沈瑞琪,姚藝龍.  紅外與激光工程. 2016(12)
[7]塑料光纖的研究進展與應用前景[J]. 宋斌,尤慶亮,王亞珍.  江漢大學學報(自然科學版). 2015(02)
[8]航空航天光纖傳感技術研究進展[J]. 劉鐵根,王雙,江俊峰,劉琨,尹金德.  儀器儀表學報. 2014(08)
[9]塑料光纖技術發(fā)展與應用分析研究[J]. 陳鵬.  電信科學. 2011(08)
[10]石英光纖預制棒表面處理生產線[J]. 張濤.  光纖與電纜及其應用技術. 2010(04)

碩士論文
[1]通信用低損耗單模光纖的研究[D]. 賀作為.蘇州大學 2016



本文編號：3269142