本發(fā)明涉及表現(xiàn)出氫致?lián)p耗的減少的光導(dǎo)纖維(光纖，optical fiber)。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及在1000nm-1600nm范圍內(nèi)的工作(operating)和傳導(dǎo)(transmitting)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出氫致衰減的減少的光導(dǎo)纖維包裹體(package)和光導(dǎo)纖維包裹體制造方法。

定義

如本文所使用的，“光”包括所有形式的電磁輻射，無(wú)論其對(duì)于人眼是可見(jiàn)的或者不可見(jiàn)的。

“光傳導(dǎo)”包括所有形式的電磁輻射的傳導(dǎo)，無(wú)論該電磁輻射對(duì)于眼睛是可見(jiàn)的或不可見(jiàn)的。

提到的吸收和傳導(dǎo)包括所有波長(zhǎng)的電磁波譜的吸收和傳導(dǎo)。

背景技術(shù)：

光導(dǎo)纖維在油氣工業(yè)中經(jīng)常用于向下打眼(down-hole)監(jiān)控工作(操作，operation)以收集和分析鉆孔數(shù)據(jù)。所述纖維被包在各種設(shè)計(jì)的纜線中以保證機(jī)械堅(jiān)固性。

由于油氣工業(yè)中的高溫、壓力和在包含烴(多碳，polycarbon)的氣氛內(nèi)的工作，以及在向下打眼環(huán)境中存在氣體和其它潛在的腐蝕性條件，對(duì)于耐受這些極端條件且保持高性能水平的光導(dǎo)纖維存在需求。

在海底環(huán)境中，光導(dǎo)纖維用于感測(cè)和通訊兩者，且還存在氫。

光導(dǎo)纖維的衰減和性能損耗可歸因于很多不同因素，例如吸收、散射、彎曲損耗、以及在纖維連接處。各損耗機(jī)制與光導(dǎo)纖維的受纖維材料性質(zhì)和纖維結(jié)構(gòu)影響的衰減性質(zhì)有關(guān)。

吸收按說(shuō)是光導(dǎo)纖維的衰減和性能損耗的最主要原因。吸收可定義為由光能轉(zhuǎn)化為另一種能量形式(例如熱)所導(dǎo)致的衰減部分。光導(dǎo)纖維的原子結(jié)構(gòu)中的瑕疵由于存在空位缺陷或氧缺陷(點(diǎn)缺陷)而誘發(fā)吸收。二氧化硅纖維由于其在工作波長(zhǎng)下低的固有材料吸收而通常用在光導(dǎo)纖維中。

吸收還由于氫分子擴(kuò)散到玻璃纖維中而被誘發(fā)。氫進(jìn)入二氧化硅玻璃纖維中的吸收具有兩種機(jī)制。

第一種吸收機(jī)制是通過(guò)其中氫擴(kuò)散到玻璃纖維的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中的間隙位點(diǎn)中的暫時(shí)擴(kuò)散。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象影響所有基于二氧化硅的玻璃纖維(單模和多模兩者)。

暫時(shí)氫擴(kuò)散的最顯著的影響是在1.24μm處的強(qiáng)吸收。還在更長(zhǎng)的波長(zhǎng)下觀察到另外的峰(超過(guò)約1.5μm的上升損耗限(邊緣))。實(shí)踐中，氫擴(kuò)散到纖維芯中可通過(guò)1.24μm峰的增長(zhǎng)而測(cè)量。隨著氫濃度的增大，各吸收帶的寬度也增加?？偠灾?，這些吸收阻止光在所需波長(zhǎng)下沿著光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)。

氫在塊狀二氧化硅中的溶解度與壓力是線性的；然而，其隨著溫度提高而降低。應(yīng)注意，可被吸收到光導(dǎo)纖維中的氫的飽和水平大于使所述纖維光導(dǎo)變暗(darken)所需的水平，且因此溫度的影響不顯著。

由暫時(shí)擴(kuò)散機(jī)制所導(dǎo)致的氫吸收而引起的損耗是可逆的。當(dāng)移除外部壓力和/或氫源時(shí)，所吸收的氫從所述芯擴(kuò)散出去，且光傳導(dǎo)特性隨時(shí)間而恢復(fù)。

氫吸收到二氧化硅玻璃纖維中的第二種機(jī)制是由擴(kuò)散的氫和二氧化硅玻璃成分的化學(xué)反應(yīng)而形成例如羥基(OH)基團(tuán)所導(dǎo)致的化學(xué)誘發(fā)吸收機(jī)制。這些羥基基團(tuán)具有導(dǎo)致所傳導(dǎo)的光的高衰減(稱為“氫致變暗(hydrogen darkening)”的現(xiàn)象)的獨(dú)特吸收帶。

全部化學(xué)誘發(fā)吸收的強(qiáng)度由于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行隨時(shí)間增加。在較高的溫度(例如在向下打眼環(huán)境中)和在增大的氫濃度下反應(yīng)速率還被加快。所述化學(xué)反應(yīng)是不可逆的，且因此化學(xué)誘發(fā)衰減一旦已經(jīng)造成就無(wú)法消除?，F(xiàn)在將描述在二氧化硅纖維中導(dǎo)致氫致變暗的氫的化學(xué)誘發(fā)吸收的一些實(shí)例。

與二氧化硅的反應(yīng)

甚至對(duì)于純二氧化硅纖維，在纖維芯中的二氧化硅也不包含純的硅-氧三維矩陣(–Si–O–Si–O–)。殘留有其中氧對(duì)硅形成共價(jià)雙鍵(Si＝O)的一些末端位點(diǎn)，特別是在纖維芯的邊緣處。在某些條件下，這些可與氫反應(yīng)而產(chǎn)生末端“懸擺的(dangling)”羥基基團(tuán)(Si–OH)。替代地，氫可與非橋接的(自由基)氧空穴中心(Si-O·)或過(guò)氧自由基(-Si-O-O·)反應(yīng)而產(chǎn)生OH基團(tuán)。羥基基團(tuán)在感興趣的1.38、0.95和0.72μm的傳導(dǎo)區(qū)域中強(qiáng)烈地吸收，最強(qiáng)的吸收為1.38μm。在1.24μm處也存在吸收，但是其經(jīng)常被由分子氫所導(dǎo)致的更大峰(如上所述)所遮蔽。

與摻雜劑的反應(yīng)

二氧化硅纖維通常摻雜有鍺(Ge)、磷(P)或者其它第III族或第V族元素。氫不僅與纖維的二氧化硅芯反應(yīng)，而且還可與這些摻雜劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。這可導(dǎo)致例如在約1.4μm處強(qiáng)烈吸收的Ge–OH位點(diǎn)的形成。Ge摻雜的纖維對(duì)于氫致變暗比純二氧化硅芯纖維更敏感，且當(dāng)GeO₂和P₂O₅兩者均存在于纖維的芯中時(shí)化學(xué)誘發(fā)衰減更嚴(yán)重，因?yàn)镻₂O₅催化與氫的反應(yīng)而產(chǎn)生末端的鍺羥基(Ge–OH)物種。另外，氫與GeO₂摻雜的纖維的反應(yīng)還可在較短的波長(zhǎng)區(qū)域(<1μm)中誘發(fā)衰減。

本質(zhì)上，經(jīng)摻雜的纖維即使當(dāng)它們具有來(lái)自纜線包覆或外殼的進(jìn)一步保護(hù)時(shí)也不適宜在極端環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間使用。

其它反應(yīng)

氫還可與包含堿性雜質(zhì)(例如Na、Li、K等)的纖維芯中的缺陷反應(yīng)。這表現(xiàn)為長(zhǎng)波長(zhǎng)吸收限的增長(zhǎng)。另外，氫在未摻雜的纖維(純二氧化硅芯)(包括具有氟摻雜的包層的那些)中可誘發(fā)衰減。在該情況下，可檢測(cè)到由于HF(1.44μm)和SiH(1.53μm)而引起的吸收。

減少氫衰減損耗

已知幾種阻止氫到達(dá)二氧化硅纖維的芯的方法。碳包覆是既定的技術(shù)，例如專利No.US 5,000,541公開(kāi)了一種在玻璃和保護(hù)性“塑料”俘獲物(capture)之間施加外部碳質(zhì)包覆的方法。然而，在油氣工業(yè)環(huán)境中(例如向下打眼工作中)的周圍溫度經(jīng)常遠(yuǎn)高于碳的外涂層阻止氫進(jìn)入的溫度。在高于170℃的溫度下碳包覆的有效性降低，因?yàn)闅浞肿雍驮臃浅Ｐ。鼈兊倪\(yùn)動(dòng)性和擴(kuò)散隨溫度而顯著提高且碳變成愈加多孔的。在300℃的典型工作溫度下存在一定的剩余有效性，但是由于所概述的化學(xué)反應(yīng)，足夠的氫擴(kuò)散通過(guò)使纖維變暗必然發(fā)生。

在本領(lǐng)域中還已知使用添加劑對(duì)芯進(jìn)行內(nèi)部保護(hù)。已知通過(guò)在溫度下用氘處理拉制的纖維而實(shí)現(xiàn)纖維鈍化。所述技術(shù)描述于Alexis Mendez和T.T.Morse的‘Speciality Optical fibers Handbook’，Academic Press(2007)中。氘與氫在反應(yīng)中競(jìng)爭(zhēng)而形成Si–OD或Si-D物種，其吸收損耗發(fā)生在正常工作范圍以外的長(zhǎng)得多的波長(zhǎng)(>1625nm)處且因此是無(wú)害的。然而，已知氘處理是昂貴的、在制作期間可能是有害的、且是困難的，因?yàn)橛秒M(jìn)行鈍化的后加工將使用保證氘?dāng)U散到纖維中的溫度。因此，暴露于氘的時(shí)間必須長(zhǎng)，以保證在纖維可忍受的最高溫度下的充分?jǐn)U散和飽和。

在工作環(huán)境中例如在油氣工業(yè)中的氫(H₂)濃度

因所使用的材料以及固有環(huán)境氫存在于油氣工業(yè)中。

氫按體積計(jì)以小于1ppm存在于氣氛中。在油/氣環(huán)境(例如向下打眼環(huán)境)中，氫的天然濃度可顯著更大，但是仍將是相對(duì)少的組分。

因此，在最小1大氣壓(1巴)的氫壓力和最大15大氣壓的氫之間的范圍內(nèi)測(cè)試氫致變暗是一般的實(shí)踐。盡管可能有過(guò)多的測(cè)試，但是油井中的壓力高且在氫使纖維變暗之前不總是知曉氫的濃度。

通過(guò)纜線中金屬元素之間的電解反應(yīng)、通過(guò)水與金屬組分的腐蝕和通過(guò)由纖維包覆材料的分解或化學(xué)反應(yīng)放出氣體也可形成氫。這些中最顯著的可為通過(guò)置于向下打眼環(huán)境中的不同金屬之間的電解反應(yīng)。這是當(dāng)對(duì)材料進(jìn)行選擇時(shí)不總是被認(rèn)識(shí)到的因素。差的選擇和基于水的制造或環(huán)境流體的存在組合可導(dǎo)致產(chǎn)生原電池和結(jié)果生成顯著水平的氫。

在油/氣環(huán)境中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)硫化氫(H₂S)且其可導(dǎo)致顯著的問(wèn)題。例如，在水中的H₂S只是略微酸性的，但是它將還原鐵，導(dǎo)致劣化。H₂S還可與用在光導(dǎo)纖維包層上的聚合物反應(yīng)而使它們?nèi)趸?變軟，weaken)/退化，盡管其一般情況下并不迅速。在導(dǎo)電溶液例如海水中該反應(yīng)被增強(qiáng)。

H₂S也是氫的最常見(jiàn)的且潛在的棘手來(lái)源。在大氣壓力下，H₂S與‘鋼’反應(yīng)而產(chǎn)生分子氫。H₂S還妨礙原子氫向分子H₂的結(jié)合反應(yīng)，且因此分子氫能夠開(kāi)始迅速地?cái)U(kuò)散到所述鋼中。

在海底環(huán)境中，除了天然濃度的溶解氫之外，通過(guò)類似機(jī)制的電解加上在海水存在下與任何聚合物的細(xì)菌和藻類反應(yīng)也形成氫。纜線中的壓力將是水深的函數(shù)。

存在提供這樣的光導(dǎo)纖維的需要：其在工作和傳導(dǎo)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出氫致衰減損耗(氫致變暗)的減少，其可在極端條件下使用長(zhǎng)的時(shí)間段。

在較溫和的條件下，近來(lái)開(kāi)發(fā)的低水峰(low water peak，LWP)和零水峰(zero water peak，ZWP)纖維趨于與痕量水平的氫反應(yīng)，其產(chǎn)生LWP和ZWP涉及意圖避免的水峰。本發(fā)明也是為了針對(duì)該效應(yīng)進(jìn)行鈍化而開(kāi)發(fā)的。

我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)明了緩和以上提到的問(wèn)題的一些的改善的光導(dǎo)纖維包裹體和設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

按照本發(fā)明，如從第一方面看出的，提供了光導(dǎo)纖維包裹體，其包括具有芯直徑的光傳導(dǎo)芯、圍繞該芯的包覆層，其中光傳導(dǎo)芯區(qū)域中的氯的量是均勻的且為至少3000ppm，和由此光導(dǎo)纖維芯在1000nm-1600nm范圍內(nèi)的工作和傳導(dǎo)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出氫致衰減損耗的減少。

優(yōu)選地，光導(dǎo)纖維芯在基本1400nm的傳導(dǎo)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出氫致衰減損耗的減少。

優(yōu)選地，所述芯中氯的量在3000ppm-8000ppm的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，所述芯中氯的量在4000ppm-4500ppm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，所述芯中氯的量的不確定度為±120ppm?？傻玫交蛉菰S其它水平的不確定度。

優(yōu)選地，所述芯中的氯以橫跨所述芯小于50％的差異均勻地分布。更優(yōu)選地，所述芯中的氯以橫跨所述芯小于20％的差異均勻地分布。

氯水平必須為高的和橫跨所述芯為均勻的，否則所述纖維對(duì)于氫致變暗將仍是敏感的。所述芯中的氯阻止氫分子將自身附著到二氧化硅缺陷和導(dǎo)致衰減。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氯在芯中的該濃度范圍通過(guò)鈍化提供高水平的對(duì)氫進(jìn)入的耐受性和提供對(duì)導(dǎo)致光導(dǎo)纖維包裹體衰減的氫致變暗的耐受性。氯在纖維芯中的均勻性對(duì)于賦予高水平的對(duì)氫致衰減的耐受性是關(guān)鍵的。

優(yōu)選地，纖維包裹體由具有包含二氧化硅(SiO₂)的組成的預(yù)制件拉制。優(yōu)選地，預(yù)制件包括以在0-10000ppm范圍內(nèi)的濃度存在的選自Al、Ge、F、P范圍的一種或多種摻雜劑。

纖維直徑優(yōu)選地在50μm-500μm的范圍內(nèi)，和更優(yōu)選地在75μm-130μm的范圍內(nèi)。

芯直徑優(yōu)選地在3μm-100μm的范圍內(nèi)，和更優(yōu)選地在5μm-50μm的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，光導(dǎo)纖維包裹體的芯包括二氧化硅(SiO₂)。優(yōu)選地，光導(dǎo)纖維包裹體僅包括純二氧化硅芯、向下?lián)诫s的(down-doped)氟包層和氯。

替代地，可考慮其它摻雜劑例如鍺(例如最大百分之幾重量)以給光導(dǎo)纖維帶來(lái)另外的屬性例如感光性，同時(shí)保持低的氫致?lián)p耗。其它摻雜劑可以受限制的量非故意地存在于(或者故意加入到)所述芯中，例如氧化鋁和氟典型地以0-10,000ppm的范圍存在。

在本發(fā)明的多種實(shí)施方式中，所述芯的折射率分布曲線(profile)為選自如下范圍的一個(gè)：階躍式分布曲線、漸變分布曲線、m形漸變分布曲線或w形漸變分布曲線、或設(shè)計(jì)成控制色散(分散)或工作帶寬、彎曲增強(qiáng)或用于其它意圖的任何分布曲線。

本發(fā)明的光導(dǎo)纖維包裹體在寬的溫度范圍下具有固有的對(duì)氫進(jìn)入的耐受性。這通過(guò)經(jīng)由將最小且均勻量的氯摻入到玻璃中來(lái)使玻璃纖維鈍化而實(shí)現(xiàn)。阻止氫分子和原子附著到SiO₂分子和形成或增強(qiáng)吸收光的缺陷。

將氯摻入到純二氧化硅芯中還提供這樣的光導(dǎo)纖維包裹體：其當(dāng)氫已經(jīng)擴(kuò)散到玻璃中時(shí)具有提高的對(duì)氫致變暗的耐受性。使二氧化硅芯中氫反應(yīng)導(dǎo)致的–OH峰最小化。摻入到其它摻雜的芯中將是類似的，且也是想得到的，例如摻入到氧化鍺摻雜的芯中。

按照本發(fā)明，如從第二方面看出的，提供通過(guò)在基體管中實(shí)施一個(gè)或多個(gè)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的光導(dǎo)纖維包裹體制造方法，其中光導(dǎo)纖維芯在1000nm-1600nm范圍內(nèi)的工作和傳導(dǎo)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出低的對(duì)氫致衰減損耗的敏感性，所述方法包括如下步驟：

i)提供具有玻璃形成前體的光導(dǎo)纖維基體預(yù)制管；

ii)向所述管供應(yīng)按化學(xué)計(jì)量過(guò)量的氧；

iii)在基體管中產(chǎn)生反應(yīng)以在管的內(nèi)面(interior)上形成無(wú)定形玻璃層；

iv)在所述管內(nèi)沉積包含SiO₂的未燒結(jié)煙灰的層；

v)供應(yīng)Cl₂氣氛；

vi)燒結(jié)所述管中的玻璃層；

vii)使步驟(vi)的光導(dǎo)預(yù)制管在Cl₂氣氛中坍縮(collapse)以形成預(yù)制件；和

viii)在施加熱和30-70g范圍內(nèi)的重量張力的情況下由步驟vii)中形成的預(yù)制件拉制光導(dǎo)纖維且提供光導(dǎo)纖維包覆。

優(yōu)選地，光導(dǎo)纖維包覆包括選自聚合物、丙烯酸酯、聚酰亞胺范圍的包覆材料。

優(yōu)選地，在步驟ii)中供應(yīng)到基體管的氧的量在按化學(xué)計(jì)量的量的5-10倍的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，燒結(jié)步驟vi)在1950℃-2200℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。

優(yōu)選地，預(yù)制管具有<30ppm水的組成。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述預(yù)制管為具有<30ppm水和低氯的組成的天然石英材料。在一種替代的實(shí)施方式中，所述預(yù)制管為具有<30ppm水和低氯的組成的合成二氧化硅材料。

其中制作纖維的預(yù)制管在氯方面應(yīng)為低的以推遲氫致變暗時(shí)間的開(kāi)始。在二氧化硅管中不存在氯分子使得氫分子能夠附著到二氧化硅管中的二氧化硅缺陷，且因此不繼續(xù)到芯上。預(yù)制管在水方面也應(yīng)為低的以保證二氧化硅缺陷不具有已經(jīng)附著到其的水分子。有利地，這延長(zhǎng)了所述纖維在氫氣氛中的壽命。

優(yōu)選地，光導(dǎo)纖維包裹體的芯中氯的量為至少500ppm。更優(yōu)選地，芯中氯的量為至少1500ppm。

根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)纖維包裹體制造方法提供了以期望的摻雜濃度和均勻性加入氯的技術(shù)。具體地，為了保證存在氯橫跨所述芯的均勻分布而沒(méi)有中心下降(dip)，當(dāng)使光導(dǎo)預(yù)制管坍縮時(shí)在步驟vii)中保持來(lái)自步驟v)的氯氣氛是必要的。

為了賦予高水平的對(duì)氫致變暗的耐受性，氯在纖維芯中的濃度和均勻性均是關(guān)鍵的。所述纖維需要均勻的摻雜，因?yàn)樗隼w維在氯已經(jīng)被容許從所述芯中擴(kuò)散出去時(shí)更敏感。在改善的工藝中，其通過(guò)在坍縮階段期間不容許氧的存在而被阻止。

所述方法在芯尺寸或外纖維直徑(纖維外徑)方面沒(méi)有限制且可用來(lái)制造單模和多模纖維(包括具有經(jīng)設(shè)計(jì)的模態(tài)(形態(tài)，modal)分布曲線的纖維)。優(yōu)選地，在適當(dāng)?shù)慕M合中，芯尺寸在1μm-200μm的范圍內(nèi)，且纖維外玻璃直徑在50μm-1mm的范圍內(nèi)。模態(tài)分布曲線管理可為能用于應(yīng)用的任何。分布曲線包括但不限于簡(jiǎn)單的階躍式折射率多模分布曲線、對(duì)于1.0-3.0的具有α的漸變折射率分布曲線、色散管理(補(bǔ)償?shù)暮妥兤降?分布曲線(另外稱為w形分布曲線)和彎曲增強(qiáng)的溝槽分布曲線(trench profile)。

所述方法相比于其它鈍化方法是相對(duì)便宜的且不需要額外的加工步驟或設(shè)備。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將通過(guò)僅示例的方式和參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，在所述附圖中：

圖1顯示光導(dǎo)纖維包裹體的氯摻雜的芯的氯摻雜分布曲線，其中光傳導(dǎo)芯區(qū)域中的氯的量不是均勻的，這里的纖維樣品是在沒(méi)有過(guò)量的氯的情況下制備的；

圖2顯示本發(fā)明的光導(dǎo)纖維包裹體的氯摻雜的芯的氯摻雜分布曲線，其中光傳導(dǎo)芯區(qū)域中的氯的量是均勻的；

圖3說(shuō)明光導(dǎo)纖維包裹體制造方法，其中所得的光導(dǎo)纖維芯在1000nm-1600nm范圍內(nèi)的工作和傳導(dǎo)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出低的對(duì)氫致衰減損耗的敏感性。

圖1和2顯示包括用氯摻雜的純二氧化硅芯的兩種纖維芯的摻雜分布曲線。所述芯中的氯水平使用具有波長(zhǎng)色散分析系統(tǒng)的電子顯微鏡測(cè)量。在具有5-12μm直徑的光導(dǎo)芯中，所述系統(tǒng)的由石英樣品確定的分辨率極限為<50ppm，且測(cè)量的精確度為～3％，空間分辨率根據(jù)掃描速度為～1μm或更小(例如圖1具有～200nm的空間分辨率，和圖2為～1μm)。將氯的濃度相對(duì)于距離(μm)進(jìn)行繪圖，以得到氯橫跨芯區(qū)域的分布的指示。

圖1中所示的分布曲線對(duì)應(yīng)于這樣的纖維(SM1500SC(9/125)P 53008纖維)：其使用圖3的方法以可通過(guò)過(guò)量供應(yīng)摻入的最大的目標(biāo)氯摻雜濃度進(jìn)行摻雜。在坍縮階段中不保持氯過(guò)量，且因此，氯摻雜實(shí)際上(有效地)從芯的中心被損失掉，且從最大可獲得的值降下來(lái)。該圖顯示其中氯濃度為～3530ppm的在所述芯中的兩個(gè)峰區(qū)域，以及在中心處的其中氯濃度降低至背景水平(～200ppm)的明顯下降。為了對(duì)比，圖1的插圖顯示將通過(guò)所述芯傳導(dǎo)的單模光的光強(qiáng)度分布曲線相對(duì)于距離(μm)進(jìn)行繪圖。可看出，所述光的大部分處于所述芯的其中存在非常少的氯的中心處，這就是為何所述纖維在該中心區(qū)域中對(duì)氫致變暗是敏感的。

圖2中所示的分布曲線對(duì)應(yīng)于使用本發(fā)明的方法(參見(jiàn)圖3)、特別是在整個(gè)坍縮階段保持氯過(guò)量的纖維(SM1500SC(7/125)P 53037纖維)。同樣地，在插圖中顯示光的高斯(Gaussian)模態(tài)分布曲線。與圖1形成對(duì)比，橫跨所述芯區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了具有均勻分布的高濃度的氯(4040ppm±120ppm)(具有10μm直徑的峰)。氯摻雜劑的均勻性應(yīng)該在30％以內(nèi)、和優(yōu)選地10％以內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)最佳的對(duì)氫致變暗的耐受性。該均勻性是通過(guò)當(dāng)制造纖維時(shí)保證如下而實(shí)現(xiàn)的：在預(yù)制件的坍縮階段期間不存在氧流且在車床(lathe)中存在過(guò)量的氯(參見(jiàn)圖3)。

在300℃在1大氣壓(1atm)的氫的存在下對(duì)SM1500SC(7/125)P 53037纖維(圖2)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)1000小時(shí)僅～2dB/km的在1400nm附近的永久損耗和約4dB/km的在1240nm附近的暫時(shí)損耗。另一方面，具有不均勻的氯摻雜的SM1500SC(9/125)P 53008纖維(圖1)經(jīng)過(guò)僅幾小時(shí)便顯示>30dB/km的在1400nm周圍的永久損耗。

參考圖3，顯示了通過(guò)在基體管中實(shí)施一個(gè)或多個(gè)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的光導(dǎo)纖維包裹體制造方法100。

首先，提供容納玻璃形成前體例如SiCl₄的光導(dǎo)纖維基體預(yù)制管(101)。所述玻璃形成前體與供應(yīng)到管的過(guò)量氧反應(yīng)(102)，其中O₂對(duì)SiCl₄的比率在10:1-5:1的范圍內(nèi)(按化學(xué)計(jì)量的量為1:1)。該反應(yīng)在管的內(nèi)面上形成純二氧化硅煙灰的無(wú)定形玻璃層(103)。

使用標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)改良的化學(xué)氣相沉積(MCVD)技術(shù)以低溫(1400℃-1700℃)沉積所述純二氧化硅煙灰(104)以容許煙灰粒子粘附到壁但不燒結(jié)成玻璃。

然后用純氯氣氛填充所述管(105)，和在1950℃和2200℃之間的溫度下燒結(jié)玻璃層(106)。這將氯摻入到二氧化硅結(jié)構(gòu)中，得到摻雜有氯的純二氧化硅芯。在步驟106和107中仍存在氯氣氛。

然后使用標(biāo)準(zhǔn)MCVD技術(shù)使所述管坍縮成棒(rod)(107)，但是其中對(duì)于所述坍縮的全部階段內(nèi)部氣氛均僅由氯組成。保持氯氣氛對(duì)于保證氯橫跨所述芯均勻分布而不具有中心下降(如在圖1中看到的)是必要的。

在所述預(yù)制件的坍縮之后，然后在1950℃-2200℃高溫和以低的張力(在30-70g范圍內(nèi))由預(yù)制件拉制光導(dǎo)纖維，以得到80μm或125μm的光導(dǎo)纖維。然后，可使用已知方法例如用聚合物、丙烯酸酯或聚酰亞胺包覆所述光導(dǎo)纖維。

所得的光導(dǎo)纖維包裹體具有在1000nm-1600nm范圍內(nèi)的工作和傳導(dǎo)波長(zhǎng)下表現(xiàn)出低的對(duì)氫致衰減損耗的敏感性的芯。

所述方法100在芯尺寸和外纖維直徑方面沒(méi)有限制，且可應(yīng)用到單模和多模纖維以及具有經(jīng)設(shè)計(jì)的模態(tài)分布曲線的纖維。