一种海洋监测细径抗弯传感光纤的制作方法

本发明属于光纤传感器，尤其是一种海洋监测细径抗弯传感光纤。

背景技术：

1、光纤水听器基于光纤的传光特性以及周围环境声压作用产生的调制效应，探测水中声音的仪器。光纤传感器是实现光纤传感技术的核心光器件，光纤光栅传感器不受光源强度变化的影响，结合波分或时分复用技术在同一根光纤中可串接多个光纤光栅进行准分布式的测量，适合于阵列式的水听声纳传感检测。在海洋油气资源勘探、水下导航、海底地震观测、海浪测量、海洋国防等领域，光纤光栅传感器不仅具有普通压电声纳的各项优点，而且其不受光源强度波动影响的特性，得到的测量结果更为稳定和准确。

2、在光纤水听器设计中，光纤是缠绕在增敏结构或材料外表面，外界声压信号引起增敏结构或材料发生形变，进而导致光纤中的激光光束产生随增敏结构或材料相对长度变化的相位差，实现水中声音探测。然而，对于海洋等关键和恶劣环境，光纤传感技术在海洋应用中仍有改进空间。例如，封装方式也在不断优化改进，当增敏结构或材料为直径约为15mm的空心管时，光纤大约需要绕400圈左右。在追求小型化、集成化以及更高灵敏度的新要求下，新的封装标准要求将光纤绕制在更小直径(约6mm)的增敏结构或材料时，绕纤圈数仍需保持在几百圈的高位水平。

3、因此，对比本领域技术人员而言，提供一种高抗弯曲损耗、高声压灵敏度的海洋监测细径抗弯传感光纤，是使用光纤电缆作为分布式传感器来监测海洋一个有前途和可行的解决方案，这也为光纤传感技术的海洋应用提供了新的机遇。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种海洋监测细径抗弯传感光纤，以解决背景技术所涉及的问题。

2、本发明提供一种海洋监测细径抗弯传感光纤，包括：纤芯和由内至外分别覆盖在纤芯周围的内包层、多孔纳米环、外包层，以及刻写在所述抗弯传感光纤内部的光纤光栅。

3、优选地或可选地，所述纤芯为硅酸盐组分，且掺杂有锗离子；

4、所述纤芯直径在5.0～23.0μm。

5、优选地或可选地，所述内包层为纯石英玻璃内包层；

6、所述内包层厚度在26.6～34.1μm。

7、优选地或可选地，所述多孔纳米环的厚度为5±1μm，且在所述多孔纳米环内均匀分布纳米尺寸的圆形空气孔。

8、优选地或可选地，所述多孔纳米环的杨氏模量小于1100mpa。

9、优选地或可选地，所述空气孔在多孔纳米环的占空比是1/7～1/3。

10、优选地或可选地，所述外包层为高纯石英掺硅包层；

11、所述外包层厚度为67.3～70.6μm。

12、优选地或可选地，所述抗弯传感光纤的外表面还涂覆有聚酰亚胺材料涂层。

13、优选地或可选地，所述光纤光栅为co2激光器对所述抗弯传感光纤加热，刻写形成光栅间隔为300μm的多个长周期光纤光栅。

14、优选地或可选地，所述纤芯的相对折射率差值δn1为0.585％～0.615％，所述内包层的相对折射率差δn2为-0.975％～-0.865％，所述外包层的相对折射率差δn3为-0.235％～-0.055％。

15、本发明涉及一种海洋监测细径抗弯传感光纤，相较于现有技术，具有如下有益效果：

16、1、通过设置多孔纳米环，该环形层位于光纤芯与包层间位置，凭借环内的纳米级微小气孔增强了光纤的抗弯曲能力，光纤在1550nm和1625nm波长处，在7.5mm弯曲半径一圈的条件下，弯曲损耗均≤0.8db/圈；

17、2、本发明的结构简单清晰，制作工艺操作方便，制备过程可控。因为采用多层套环技术，降低了加工过程对光纤性能的影响程度，减少了在制备光纤预制棒时的复杂工艺；通过对纳米孔的形状、大小、分布密度等参数的控制，选取更适合所选光纤的各项工艺参数。

18、3、传统的套管法光纤制棒工艺和微结构石英纳米环相互结合，实现了低损耗抗弯曲光纤预制棒的有效制备，同时使用光纤拉丝塔进行拉制抗弯曲光纤，得到了一种操作简便，制备要求低的微结构光纤工艺。

19、综上，本发明中的抗弯传感光纤能够在小直径的前提下维持良好的光纤性能，可以在低直径的基础上在多波段展现出高的抗弯曲性能，并且适用于缠绕在增敏结构或材料的小弯曲半径环境，且低宏弯损耗可以在实际使用时达到预期标准。而且，光纤还通过对纤芯、内包层、纳米孔以及外包层的尺寸和元素掺杂调控以保证在光纤预制棒在拉制中的产品稳定，通过刻写长周期光纤光栅，传感方案线性度好、结构简单、设计灵活、可开发潜力大，在海洋声波探测领域具良好发展前景。

技术特征：

1.一种海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，包括：纤芯和由内至外分别覆盖在纤芯周围的内包层、多孔纳米环、外包层，以及刻写在所述抗弯传感光纤内部的光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述纤芯为硅酸盐组分，且掺杂有锗离子；

3.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述内包层为纯石英玻璃内包层；

4.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述多孔纳米环的厚度为5±1μm，且在所述多孔纳米环内均匀分布纳米尺寸的圆形空气孔。

5.根据权利要求1或6所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述多孔纳米环的杨氏模量小于1100mpa。

6.根据权利要求6所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述空气孔在多孔纳米环的占空比是1/7～1/3。

7.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述外包层为高纯石英掺硅包层；

8.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述抗弯传感光纤的外表面还涂覆有聚酰亚胺材料涂层。

9.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述光纤光栅为co2激光器对所述抗弯传感光纤加热，刻写形成光栅间隔为300μm的多个长周期光纤光栅。

10.根据权利要求1所述的海洋监测细径抗弯传感光纤，其特征在于，所述纤芯的相对折射率差值δn1为0.585％～0.615％，所述内包层的相对折射率差δn2为-0.975％～-0.865％，所述外包层的相对折射率差δn3为-0.235％～-0.055％。

技术总结本发明公开了一种海洋监测细径抗弯传感光纤，属于光纤传感器技术领域。包括：纤芯和由内至外分别覆盖在纤芯周围的内包层、多孔纳米环、外包层，以及刻写在所述抗弯传感光纤内部的光纤光栅。本发明中的抗弯传感光纤能够在小直径的前提下维持良好的光纤性能，可以在低直径的基础上在多波段展现出高的抗弯曲性能，并且适用于缠绕在增敏结构或材料的小弯曲半径环境，且低宏弯损耗可以在实际使用时达到预期标准。而且，光纤还通过对纤芯、内包层、纳米孔以及外包层的尺寸和元素掺杂调控以保证在光纤预制棒在拉制中的产品稳定，通过刻写长周期光纤光栅，传感方案线性度好、结构简单、设计灵活、可开发潜力大，在海洋声波探测领域具良好发展前景。技术研发人员：涂峰,张彦敏,潘家乐,赵启超,朱筱冉,张广北,梁伟,李鑫鑫,向德成受保护的技术使用者：远东通讯有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2