拉丝速率对石英光纤的制备及耐辐照性能影响研究
发布时间：2021-07-07 06:37
以Yb3+掺杂SiO2预制棒为原材料,采用不同拉丝速率的高温拉丝工艺成功制备了石英光纤。利用傅里叶变换红外光谱仪、光纤应力分析仪和Model2500等研究了不同拉丝速率制备的石英光纤的结构、抗拉强度以及衰减特性。结果表明,石英光纤抗拉强度随着拉丝速率的升高先增大后降低,当拉丝速率为1 700 m/min时,其制备的石英光纤抗拉强度达到最大,为5.2 GPa;且拉丝速率越大,辐照后就越容易造成内部损坏,造成光纤失效。这主要因为拉丝速率越大,其在高温区中的时间越短,光纤中Si-O链断裂的频率越低,光纤抗拉强度就越高。但随着拉丝速率的继续升高,炉温逐渐升高,同时增加了光纤内部Si-O链断裂的频率,二者共同耦合作用的结果使得光纤强度随拉丝速率呈现先增后减的趋势。当辐照剂量逐渐增加时,石英光纤的辐致损耗呈直线趋势快速增加,但随着辐照量的继续增大,辐致损耗却增加趋缓,逐渐平稳。
【文章来源】：功能材料. 2020,51(02)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Yb3+掺杂SiO2预制棒的吸收光谱和傅里叶红外光谱图
图2为不同拉丝速率下制备的石英光纤的内应力图。由图2可以看出,拉丝速率为500 m/min时,外层拉引力为14.8 MPa,内层压应力为120 MPa;随着拉丝速率的升高,光纤内部应力逐渐增大,当拉丝速率为2 000 m/min时,外层拉引力为79.6 MPa,内层压应力为221.2 MPa。这主要是因为光纤拉丝制备的过程中,是一个由高温到低温的加工过程。在光纤冷却的过程中,由于外部温度较低和热能传质的原因,光纤外层部分冷却速率要高于内层部分冷却速率。光纤内外冷却速率不一致,就会造成光纤外层和内层存在应力差。其主要表现为外层受到拉应力,内层受到外侧的压应力。如果提升拉丝速率,势必要提高加热炉炉温,炉温越高,光纤冷却到室温的温度变化就越大,由此使得光纤内外层的压力差就越大。2.3 石英光纤的衰减谱分析
光纤的通讯传输实际应用过程中,最重要的是光纤传输总损耗。图3为不同拉丝速率下制备的石英光纤辐射后的衰减谱测试结果。由图3可知,3种拉丝速率下制备的石英光纤,衰减谱的特征基本相同。3种拉丝速率下制备的石英光纤,在630 nm处均出现了强的吸收峰,这主要是由于在拉丝过程中产生了非桥氧心(NBOHCs)造成的。对比3种工艺在630 nm处附近出现的吸收峰可以发现,峰值随着拉丝速率的增加而增加,当拉丝速率分别为800,1 400和2 000 m/min时,其峰值分别为75,103和121 dB/km。这主要是因为拉丝速率的增加会增加光纤芯部与芯包层的应力,从而增加了拉丝引起的NBOHC含量。此外,从图3可以看出,3种拉丝速率在1 200 nm处均出现了较弱的吸收峰,可能是由于羟基的谐波所致。石英光纤拉丝制备过程中,石英光纤内部的应力来不及释放,会一直残留在石英光纤内部。从而在石英光纤的应用过程中,一旦受到高能辐射,光纤内部应力很容易对光纤造成破坏,引起化学键的断裂。由2.2节可知,在光纤拉丝制备过程中,拉丝速率越大,其制备的光纤内部内应力越大,辐照后就越容易造成内部损坏,造成光纤失效。图4为在拉丝速率1 700 m/mim下制备的石英光纤在辐照之前和在0.1 kGy/h剂量率条件下辐照10 h后的ESR谱。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向光纤通信多维复用的光场调控与传输技术[J]. 李建平,刘洁,高社成,余思远,李朝晖. 光学学报. 2019(01)
[2]石英光纤应用——光纤传感的研究进展综述[J]. 陈冀景. 科技创新与应用. 2018(29)
[3]光纤通信在军事领域的应用探究[J]. 夏新瑞. 电子世界. 2018(14)
[4]超高速光纤拉丝工艺技术研究[J]. 郝昌平,严勇虎,袁健,陈伟,张良,赵云鹏. 光通信研究. 2018(01)
[5]光纤传感技术在核电站安全监测中的应用研究[J]. 宋祖荣,李晓洋,李懿轩,毕金生. 量子光学学报. 2017(03)
[6]石英光纤与空芯光纤损伤特性(对比)研究[J]. 成波,郭宁,吴立志,沈瑞琪,姚艺龙. 红外与激光工程. 2016(12)
[7]塑料光纤的研究进展与应用前景[J]. 宋斌,尤庆亮,王亚珍. 江汉大学学报(自然科学版). 2015(02)
[8]航空航天光纤传感技术研究进展[J]. 刘铁根,王双,江俊峰,刘琨,尹金德. 仪器仪表学报. 2014(08)
[9]塑料光纤技术发展与应用分析研究[J]. 陈鹏. 电信科学. 2011(08)
[10]石英光纤预制棒表面处理生产线[J]. 张涛. 光纤与电缆及其应用技术. 2010(04)
硕士论文
[1]通信用低损耗单模光纤的研究[D]. 贺作为.苏州大学 2016
本文编号：3269142
【文章来源】：功能材料. 2020,51(02)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Yb3+掺杂SiO2预制棒的吸收光谱和傅里叶红外光谱图
图2为不同拉丝速率下制备的石英光纤的内应力图。由图2可以看出,拉丝速率为500 m/min时,外层拉引力为14.8 MPa,内层压应力为120 MPa;随着拉丝速率的升高,光纤内部应力逐渐增大,当拉丝速率为2 000 m/min时,外层拉引力为79.6 MPa,内层压应力为221.2 MPa。这主要是因为光纤拉丝制备的过程中,是一个由高温到低温的加工过程。在光纤冷却的过程中,由于外部温度较低和热能传质的原因,光纤外层部分冷却速率要高于内层部分冷却速率。光纤内外冷却速率不一致,就会造成光纤外层和内层存在应力差。其主要表现为外层受到拉应力,内层受到外侧的压应力。如果提升拉丝速率,势必要提高加热炉炉温,炉温越高,光纤冷却到室温的温度变化就越大,由此使得光纤内外层的压力差就越大。2.3 石英光纤的衰减谱分析
光纤的通讯传输实际应用过程中,最重要的是光纤传输总损耗。图3为不同拉丝速率下制备的石英光纤辐射后的衰减谱测试结果。由图3可知,3种拉丝速率下制备的石英光纤,衰减谱的特征基本相同。3种拉丝速率下制备的石英光纤,在630 nm处均出现了强的吸收峰,这主要是由于在拉丝过程中产生了非桥氧心(NBOHCs)造成的。对比3种工艺在630 nm处附近出现的吸收峰可以发现,峰值随着拉丝速率的增加而增加,当拉丝速率分别为800,1 400和2 000 m/min时,其峰值分别为75,103和121 dB/km。这主要是因为拉丝速率的增加会增加光纤芯部与芯包层的应力,从而增加了拉丝引起的NBOHC含量。此外,从图3可以看出,3种拉丝速率在1 200 nm处均出现了较弱的吸收峰,可能是由于羟基的谐波所致。石英光纤拉丝制备过程中,石英光纤内部的应力来不及释放,会一直残留在石英光纤内部。从而在石英光纤的应用过程中,一旦受到高能辐射,光纤内部应力很容易对光纤造成破坏,引起化学键的断裂。由2.2节可知,在光纤拉丝制备过程中,拉丝速率越大,其制备的光纤内部内应力越大,辐照后就越容易造成内部损坏,造成光纤失效。图4为在拉丝速率1 700 m/mim下制备的石英光纤在辐照之前和在0.1 kGy/h剂量率条件下辐照10 h后的ESR谱。
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向光纤通信多维复用的光场调控与传输技术[J]. 李建平,刘洁,高社成,余思远,李朝晖. 光学学报. 2019(01)
[2]石英光纤应用——光纤传感的研究进展综述[J]. 陈冀景. 科技创新与应用. 2018(29)
[3]光纤通信在军事领域的应用探究[J]. 夏新瑞. 电子世界. 2018(14)
[4]超高速光纤拉丝工艺技术研究[J]. 郝昌平,严勇虎,袁健,陈伟,张良,赵云鹏. 光通信研究. 2018(01)
[5]光纤传感技术在核电站安全监测中的应用研究[J]. 宋祖荣,李晓洋,李懿轩,毕金生. 量子光学学报. 2017(03)
[6]石英光纤与空芯光纤损伤特性(对比)研究[J]. 成波,郭宁,吴立志,沈瑞琪,姚艺龙. 红外与激光工程. 2016(12)
[7]塑料光纤的研究进展与应用前景[J]. 宋斌,尤庆亮,王亚珍. 江汉大学学报(自然科学版). 2015(02)
[8]航空航天光纤传感技术研究进展[J]. 刘铁根,王双,江俊峰,刘琨,尹金德. 仪器仪表学报. 2014(08)
[9]塑料光纤技术发展与应用分析研究[J]. 陈鹏. 电信科学. 2011(08)
[10]石英光纤预制棒表面处理生产线[J]. 张涛. 光纤与电缆及其应用技术. 2010(04)
硕士论文
[1]通信用低损耗单模光纤的研究[D]. 贺作为.苏州大学 2016
本文编号：3269142
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