[实用新型]一种低膨胀率涂层光纤

说明书

本实用新型提出了一种低膨胀率涂层光纤，通过在光纤包层外侧包覆负热胀冷缩系数的光纤涂覆层和光纤金属涂层，能有效防止和补偿光纤芯层受热膨胀，使得光纤具有更好的耐高温性能，膨胀率更低；金属涂层的热膨胀系数低，基本与光纤处于同一数量级，抗腐蚀、耐应力性能最佳，耐低温性能佳，可在‑269℃条件下连续工作；金属涂层与光纤包层结合紧密，机械强度高；耐疲劳，抗水、抗氢性能好；金属涂层可用金属焊接，提高了光纤与其他材料的接续性和通用性；在高温性能上，表现良好，特别适用于特殊环境下使用，例如地下油井、输油管道、加油站、核电厂等。

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，尤其涉及一种低膨胀率涂层光纤。

背景技术

随着光纤应用环境的扩展，普通光纤已经无法适应特殊环境的使用条件，尤其是在高温腐蚀工作环境下，普通紫外固化涂层极易发生热老化和热氧老化，降低涂层对光纤的保护作用，并最终可能导致光纤失效。为了应对这一情况，国内外光纤厂商展开了耐高温光纤的研发。

现有普通耐高温光纤存在以下缺陷和不足：首先，国际主流的耐高温光纤主要有耐高温丙烯酸树脂涂层光纤、有机硅胶涂层光纤、聚酰亚胺涂层光纤以及金属涂覆光纤四种。凭借在制造工艺和性能上的不同特点，这几款耐高温光纤已经在油气井探测、航天军工、光纤传能等领域获得应用。但在实际的使用上，四种材料在稳定性和长期性上得不到保障，光信号的传输受到很大影响。

其次，在现有的四种涂覆光纤，在200℃的温度下，由于制造水平的差异与局限，容易发生热老化、热氧老化以及氢损化，随着时间推移，光损耗逐渐增大，最终可能导致光纤失效。由于环境温度波动比较大，在400℃的温度下，这四种材料的涂覆光纤无法满足设计的要求，上述四种光纤涂覆层在400℃的温度下，保护不了光纤，更别谈光纤传输的效率与降低损耗。

中国专利CN201120231010.8揭示了一种可自补偿的耐高温光纤，该专利采用钨酸锆负热膨胀涂层这种设计，当温度升高时纤芯膨胀、负热膨胀涂层收缩，当温度降低时纤芯收缩、负热膨胀涂层膨胀，可以有效地补偿温度变化对光纤的影响，使光纤在温度变化时仍能正常传输信号。但该专利有以下弊端：第一，只设计了光纤芯层，没有设计光纤包层，这样导致在光信号的传输中无法实现光纤全反射，使绝大多数信号或者能量损失；第二，低热膨胀材料为钨酸锆，在高温环境中钨酸锆会分解，导致涂层性质不稳定，无法运用；第三，采用聚酰亚胺材料作为耐高温涂层，但耐高温材料基酰亚胺的高温极限在350℃，无法在更高温度环境上运用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种低膨胀率涂层光纤，光纤涂层在温度升高时，基本不膨胀，使得光纤表面受压力形变很小；另一方面，光纤涂层本身耐高温，是优化的耐高温光纤。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种低膨胀率涂层光纤，其包括光纤芯层和光纤包层，还包括光纤涂覆层和光纤金属涂层，光纤包层包覆在光纤芯层外侧，光纤涂覆层附着在光纤包层外侧，光纤金属涂层附着在光纤涂覆层外侧。

在以上技术方案的基础上，优选的，光纤芯层材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃。进一步优选的，光纤芯层折射率n1为1.42～1.50，直径D1为0.045mm～0.115mm。

在以上技术方案的基础上，优选的，光纤包层材料为掺杂石英玻璃或纯石英玻璃。进一步优选的，光纤包层为均质石英玻璃材料，折射率n2为1.41～1.45，直径D2为0.123mm～0.126mm。

在以上技术方案的基础上，优选的，光纤金属涂层材料为铝、铜，或者铜铝合金。

在以上技术方案的基础上，优选的，光纤涂覆层材料为聚酰亚胺与钨酸锆的复合材料。具体的，由粉末钨酸锆与聚酰亚胺，按照1:1比例混合研磨，在340℃退火30小时得到。

本实用新型的低膨胀率涂层光纤相对于现有技术具有以下有益效果：