摘 要

本发明公开了一种新型的耐辐照光纤及其制备方法，通过用VAD法制作纤芯，用POVD工艺完成掺氟内包层及纯SiO2外包层，最后经过拉丝工艺制得新型的耐辐照光纤。新型的耐辐照光纤包括由内到外依次设置的掺氯纤芯、掺氟内包层和纯SiO2外包层，掺氯纤芯和掺氟内包层在界面粘度匹配以消除或减小界面的不规整性从而减小辐致损耗。通过上述方式，本发明新型的耐辐照光纤及其制备方法，通过掺氯纤芯、掺氟包层的界面粘度匹配，来消除或减小界面的不规整性，从而减少“色心”的形成，使光纤的辐致损耗能显著减小，其耐辐射性能显著提高。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，光纤可能遇到核辐射的应用场合不仅包括战术的或战略的军事系统，而且还包括核废料和地下核试验的监测，热反应堆设备的直观观测、航天飞船通信、剂量计量学和医疗辐射学等。突破核电光缆产品技术壁垒的关键在于提高光纤光缆的耐辐照性、阻燃性、使用温度以及使用寿命。

耐辐照光纤可用于飞船、航天飞行器、深空探测以及地面核设施监测等技术领域，同时产品经改进后可在核电站、核潜艇、核航母、机载光纤布线、卫星天线远程化微波光纤线路、卫星通信脉冲转发、通信卫星相控阵天线以及运载火箭中推广应用，具有非常广阔的应用前景。

辐射分为电离辐射和非电离辐射两类。α射线、β射线、γ 射线、X射线、质子和中子等属于电离辐射， 而红外线、紫外线、微波和激光则属于非电离辐射。 通常将电离辐射简称为辐射或辐射照射。放射性同位素在衰变时释放出三种类型的辐射：α 射线、β射线和γ射线。另外还有中子辐射，它不是由衰变产生的，而主要是由核反应产生的。

耐辐射光纤在高能射线（如电子束、中子束、γ射线、X射线以及紫外激光等）辐照下，石英光纤中会出现原子壳中的电子电离而产生电子－空穴对以及原子核的移位、结构改变等。电子或空穴被石英玻璃网络中的固有缺陷结构捕获，就可能转变为其他类型的点缺陷结构，在玻璃材料中形成新的吸收中心，即通常所说的色心。色心分为电子俘获中心和空穴俘获中心。色心的形式有：本征E‘，非桥氧空穴中心 (NBOHC) 和过氧基团 (POR）。原子核的移位是指它偏离于原来的平衡位置，从而在格点上留下空位（肖特基缺陷）或形成空位一间隙原子（弗伦克尔缺陷）等。

光纤在预制棒制备过程中由于构成光纤材料的随机性，会形成某些不完善结构，如氧空穴，非桥键氧离子，断键的产生或原子移位等。光纤在正常环境下工作时，通常这种因素导致的吸收作用可以忽略不计。但是，如果光纤暴露或工作在辐射环境下，当辐射达到一定剂量后，在缺陷处由于俘获辐照过程中产生的电子或空穴会形成色心，它使缺陷导致的吸收作用增强，同时意味着信号衰减将变严重。随着光纤通信技术和光纤传感技术的快速发展，光纤已开始应用于各种辐照环境，很多特殊的工业和军事领域的应用都要求光纤具有良好的抗辐射性能。因此了解光纤中的辐致色心的起源以及各种色心的特性对于开发抗辐射光纤有着重要的意义。

通常, 在常规光纤中，纤芯掺锗以提高折射率，以纯二氧化硅为包层形成光纤的波导结构。石英光纤中掺 GeO

2

，由于Ge取代 [SiO

4

] 四面体中的Si从而造成四面体的扭曲，在光纤中产生应力，最终形成缺陷。而且这些杂质原子具有较强的电子亲和力，容易俘获辐照后产生的电荷形成“色心“，色心吸收特定波长的光而导致损耗增加，从而导致光纤无法进行光信号的正常传输。

目前业内采取的提高光纤耐辐射光纤的普遍方法是：采用高纯度二氧化硅为纤芯以避免研制的耐辐射光纤在长期低剂量率和短期大剂量率的辐射下产生光吸收色心；采用在二氧化硅中掺入一定量氟元素制作低折射率包层，形成光纤的导光界面。在保证光纤传输性能的同时避免辐射感应缺陷色心的形成。

但是 ,在纯石英纤芯和掺氟内包层的光纤中，由于纤芯和包层的高温粘度不匹配，在拉丝过程中拉丝张力的作用下，在纤芯和包层界面会产生较大的应力，从而引起应变，引起芯/包界面的几何波动，造成界面的不均匀性。我们知道光波在光纤中的传播是通过界面反射向前传输的，界面不均匀会造成散射损耗，界面不均匀本身也是光纤本身的缺陷，在辐照环境下，产生色心，导致较大的辐致损耗。