以Yb³⁺摻雜SiO₂預(yù)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(yīng)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(jié)構(gòu)、抗拉強(qiáng)度以及衰減特性。結(jié)果表明,石英光纖抗拉強(qiáng)度隨著拉絲速率的升高先增大后降低,當(dāng)拉絲速率為1 700 m/min時(shí),其制備的石英光纖抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大,為5.2 GPa;且拉絲速率越大,輻照后就越容易造成內(nèi)部損壞,造成光纖失效。這主要因?yàn)槔z速率越大,其在高溫區(qū)中的時(shí)間越短,光纖中Si-O鏈斷裂的頻率越低,光纖抗拉強(qiáng)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(shí)增加了光纖內(nèi)部Si-O鏈斷裂的頻率,二者共同耦合作用的結(jié)果使得光纖強(qiáng)度隨拉絲速率呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。當(dāng)輻照劑量逐漸增加時(shí),石英光纖的輻致?lián)p耗呈直線趨勢(shì)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(yù)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(nèi)應(yīng)力圖。由圖2可以看出,拉絲速率為500 m/min時(shí),外層拉引力為14.8 MPa,內(nèi)層壓應(yīng)力為120 MPa;隨著拉絲速率的升高,光纖內(nèi)部應(yīng)力逐漸增大,當(dāng)拉絲速率為2 000 m/min時(shí),外層拉引力為79.6 MPa,內(nèi)層壓應(yīng)力為221.2 MPa。這主要是因?yàn)楣饫w拉絲制備的過程中,是一個(gè)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(zhì)的原因,光纖外層部分冷卻速率要高于內(nèi)層部分冷卻速率。光纖內(nèi)外冷卻速率不一致,就會(huì)造成光纖外層和內(nèi)層存在應(yīng)力差。其主要表現(xiàn)為外層受到拉應(yīng)力,內(nèi)層受到外側(cè)的壓應(yīng)力。如果提升拉絲速率,勢(shì)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(nèi)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(shí)際應(yīng)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(cè)試結(jié)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(qiáng)的吸收峰,這主要是由于在拉絲過程中產(chǎn)生了非橋氧心(NBOHCs)造成的。對(duì)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(dāng)拉絲速率分別為800,1 400和2 000 m/min時(shí),其峰值分別為75,103和121 dB/km。這主要是因?yàn)槔z速率的增加會(huì)增加光纖芯部與芯包層的應(yīng)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(nèi)部的應(yīng)力來不及釋放,會(huì)一直殘留在石英光纖內(nèi)部。從而在石英光纖的應(yīng)用過程中,一旦受到高能輻射,光纖內(nèi)部應(yīng)力很容易對(duì)光纖造成破壞,引起化學(xué)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(nèi)部?jī)?nèi)應(yīng)力越大,輻照后就越容易造成內(nèi)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]面向光纖通信多維復(fù)用的光場(chǎng)調(diào)控與傳輸技術(shù)[J]. 李建平,劉潔,高社成,余思遠(yuǎn),李朝暉.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[2]石英光纖應(yīng)用——光纖傳感的研究進(jìn)展綜述[J]. 陳冀景.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(29)
[3]光纖通信在軍事領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)研究[J]. 郝昌平,嚴(yán)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(shù)在核電站安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 宋祖榮,李曉洋,李懿軒,畢金生.  量子光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(03)
[6]石英光纖與空芯光纖損傷特性(對(duì)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(jìn)展與應(yīng)用前景[J]. 宋斌,尤慶亮,王亞珍.  江漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2015(02)
[8]航空航天光纖傳感技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 劉鐵根,王雙,江俊峰,劉琨,尹金德.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2014(08)
[9]塑料光纖技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用分析研究[J]. 陳鵬.  電信科學(xué). 2011(08)
[10]石英光纖預(yù)制棒表面處理生產(chǎn)線[J]. 張濤.  光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù). 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(xué) 2016



本文編號(hào)：3269142