碳塗覆層光纖的主要特點，製備方式和使用環境，国产成人在线观看免费网站於(yu) 抗氫氣氛侵蝕。 區別於(yu) 常規密封用塗覆層，碳塗覆層具有優(you) 良的抗水汽和氫
侵蝕能力，那麽(me) 碳塗敷層的結構特點和製備方式是怎麽(me) 樣的，相對於(yu) 高聚物塗覆層，碳塗覆層的優(you) 缺點是什麽(me) ？在通訊和傳(chuan) 感行業(ye) ，碳
塗覆層的具體(ti) 国产成人在线观看免费网站又是怎樣？下麵讓我們(men) 來探討一下。
密封光纖是在玻璃光纖上製備有抗滲透（抗侵蝕）薄層。密封光纖可提高由光纖表麵損傷(shang) 造成的應力的穩定性，並抑製擴散氫進入到光
纖的纖芯。傳(chuan) 統聚合物包層可一定程度阻擋液態水（水汽）但是不能隔絕水分子或更小的氫分子的擴散。水分子加速光纖芯玻璃表麵在
疲勞退化過程中的裂紋擴展。氫原子能夠在非抗侵蝕光纖中的纖芯中快速擴散並引起明顯的光學損耗。水和氫滲透發生在典型的通信環
境中，當光纖在這種環境中使用時，會(hui) 導致明顯問題。另外，在油井中使用光纖記錄數據時，光纖將會(hui) 暴露在高的氫壓力級別和高溫
下，這種條件會(hui) 使標準光纖快速失效。盡管很多材料被用作密封光纖，但目前看來碳塗覆層可能是最有效的解決(jue) 方法。圖1展示了具有
碳塗覆和單層高聚物塗覆層的單模光纖。
圖1. 具有碳塗覆和聚合物光纖的單模光纖（碳塗覆層的厚度被誇張表示）
像碳這樣的非延展性材料做抗滲透塗覆層，通常還需要用聚合物塗覆層去保護薄的抗滲透層以避免劃痕或機械損傷(shang) 。
曆史上有許多材料被用作光纖的抗滲透層。有效的抗滲透層能夠阻隔小分子擴散到相鄰層。最近研究人員將光纖的抗滲透塗覆層材料聚
焦到金屬噴塗層上。通過把光纖放入熔融金屬池可以抵抗靜態疲勞和氫滲透，對低損光纖做長距離的薄層金屬塗覆很困難。厚金屬層可
以避免針孔效應，但增加的厚度通常會(hui) 導致微彎損傷(shang) 。短的金屬化的抗滲透密封塗層被成功的国产成人在线观看免费网站到光纖上，這種微彎損耗依舊存在，
但短距離国产成人在线观看免费网站，這種金屬化塗覆層可以被工程師接受。
碳塗覆層光纖是在拉絲(si) 過程中就在石英表麵塗敷上了碳層。厚度為(wei) 20-50納米的碳可以使抗滲透層抵禦水和氫，而不至於(yu) 引起微彎損
傷(shang) 。碳塗覆光纖被用來解決(jue) 水下光纖的氫致損傷(shang) 問題，保護敏感的摻鉺放大光纖，用於(yu) 防止石油鑽探光纖傳(chuan) 感係統的破裂和變暗，防止
航空電子設備中緊密布線光纖的疲勞。同時類金剛石光學塗層可以為(wei) 光纖設備提供硬的耐磨層，但這種“碳”塗覆層不能阻水，也不防
氫。人們(men) 也試圖用金屬陶瓷保護光纖表麵。
通過光纖拉絲(si) 過程中蒸發濺射金屬的方式得到金屬塗覆層，或者是在熔融金屬中對光纖拉絲(si) 。如果在光纖上製備15-20微米的鋁塗覆
層，光纖平均應力為(wei) 3.4GPa，斷裂應力與(yu) 應變速率無關(guan) ，還有些改進方法樣本的應力為(wei) 6.3GPa，這種金屬塗覆層能阻礙光纖表麵的水
分子運動。
對這些金屬塗覆層來說有些重要的問題是增加了微彎損失。金屬塗覆層和微彎相關(guan) 的損耗有以下幾個(ge) 原因：典型的金屬塗覆層比較厚。
彎曲傳(chuan) 遞到光纖上導致光纖和金屬塗覆層的半永久重塑，產(chan) 生局部微彎和相關(guan) 的損耗。另外，金屬塗覆層冷卻過程中的的熱收縮導致了
光纖的收縮應力，從(cong) 而有橫向位移產(chan) 生致使微彎。常規的操作，例如卷繞這些金屬塗敷層光纖也能導致損失。
銦塗覆層光纖，（銦-熔點156℃），有低的微彎損失，疲勞參數n=32，比非滲透光纖n=20的疲勞參數要高。典型損耗為(wei) 0.1-
0.2dB/Km，成絲(si) 纖維應力為(wei) 3.5GPa。在有些環境中可以被国产成人在线观看免费网站。
金屬塗覆層光纖可以使用，也能做出來，但是光損耗對很多国产成人在线观看免费网站來說還是太大。基於(yu) Si3N4，SiC，SiON，TiC和碳的非金屬化塗覆層
可用於(yu) 低損耗抗滲透塗覆層。在光纖拉絲(si) 過程中使用氣相沉積法製備這些高溫塗覆層。相比鋁對於(yu) 氫的擴散阻止作用，這些無機塗覆層
（Si3N4，SiC，SiOXNY）可以直接阻斷氫且不至於(yu) 引起微彎。
惠普（Hewlett Packard）實驗室使用幾種混合氣體(ti) 搞了一個(ge) 配方SixCyNzOw,用以油井數據采集，這個(ge) 光纖可以在200℃的高濕腐蝕
環境下探測2%的壓力變化。混合SiH4，CO2，NH3，碳氫化合物氣體(ti) ，N2和He氣用以沉積不同元素的薄塗覆層。惠普的這個(ge) zuanli
展示了Si-C鍵對非滲透抗疲勞功能的重要性。O和N原子在沉積過程中幫助匹配物理性質，疲勞性能n在8-256之間，塗層厚度在10-67
納米之間。非密封光纖5GPa，密封光纖3.2GPa，但一定時間後，非密封光纖的強度就會(hui) 降低。
表1 不同碳（鍵）結構塗覆層光纖強度的對比
關(guan) 於(yu) 塗覆層的電學特征和性能之間的關(guan) 係。碳（纖維）的電阻率和水及氫的擴散速率相關(guan) ，典型的是類金剛石和石墨的區別。同時塗層
越薄，強度越高。
圖2. 丙烯酸酯塗層水環境下強度變化
圖3. 碳塗覆層水環境下強度變化
關(guan) 於(yu) 光纖的碳塗層方法，碳塗層常在光纖拉絲(si) 過程後。在光纖達到最終尺寸後馬上用像稀釋乙炔這樣的碳氫化合物氣體(ti) 處理，光纖的殘
餘(yu) 熱量致使碳氫化合物熱分解。這種玻璃表麵的反應產(chan) 生了化學氣相沉積。拉絲(si) 速度、前驅碳氫氣體(ti) 、反應器設計會(hui) 影響沉積速率和光
纖密封性能。
碳塗覆層本身是薄脆的，並不能保護光纖免受機械損傷(shang) 。所以要在外麵再塗一層聚合物，當然標準丙烯酸酯塗覆層也可以被使用，也有
用聚酰亞(ya) 胺塗覆層用於(yu) 高溫的。對一般製作工藝而言，碳塗覆層需要高速，但聚合物塗覆層需要低速。
用碳沉積反應器將空氣與(yu) 光纖隔開，並使玻璃表麵和碳氫氣體(ti) 在700-900℃下反應。當光纖以大於(yu) 5m/sec拉絲(si) 時，光纖拉絲(si) 爐的高溫
和反應區域非常長。這種速度下的碳反應器位於(yu) 拉絲(si) 爐下的拉絲(si) 器，有機氣體(ti) 從(cong) 一端引入，未反應的氣體(ti) 從(cong) 另一端排出。隨拉絲(si) 速度增
加，反應區域縮小，碳反應器需要再調節。含碳氫原子的常見反應物包括甲烷、乙炔、乙烯、丙烷、丁二烯、三氯乙烯和苯。通常使用
半透明油墨作為(wei) 顏色編碼，顏色標識在丙烯酸酯上麵。黑色的半透明幽默可能使光纖看起來黯淡。
碳塗覆層抗滲透光纖的国产成人在线观看免费网站
水下線纜
水下光纖可能受氫氣影響導致光損耗，那麽(me) 氫氣從(cong) 哪兒(er) 來呢？金屬元件（鎧纜）產(chan) 生電化學腐蝕，從(cong) 而產(chan) 生氫氣，或者從(cong) 某些類型的矽
基聚合物中釋放出氫氣。大多數情況，通過改進設計，避免線纜同時用不同種類金屬，或避免致氫聚合物。典型的水下溫度為(wei) 3-
20℃，氫和單模光纖纖芯的反應忽略不計。
增益光纖
碳塗覆層通常用來保護摻鉺放大光纖。非抗滲透光纖的彎曲半徑限製與(yu) 通常的光纖相同，抗滲透包層光纖的疲勞問題就被消除了，可允
許有加強光纖纏繞盤和更緊湊的放大模塊。許多摻鉺光纖的關(guan) 鍵使用成分與(yu) 氫是高度反應的。
航空電子設備
空間受限時，彎曲半徑需要更小，溫度和濕度循環使得光纖承受更大環境壓力。碳塗覆層光纖在這種易使非密封光纖疲勞失效的環境
中，有很好的作用。同時，碳塗覆層光纖比金屬塗覆層的密度低，載荷就小。
地球物理傳(chuan) 感器
可能国产成人在线观看免费网站環境最大的挑戰是油井的井下數據采集。油井裏的光纖傳(chuan) 感係統會(hui) 承受高達300℃和高壓力、水汽、腐蝕氣體(ti) （如硫化氫），
以及高濃度級別的氫氣。使用高壓力的水或其他液體(ti) 將光纖傳(chuan) 感頭安裝在不鏽鋼導管中。當井下的氫氣處於(yu) 高溫狀態時，光纖老化加
快。在這個(ge) 溫度下，氫擴散加劇，光纖芯中的摻雜劑與(yu) 氫的反應強度也增強。氫氣在光纖芯中形成有損-OH和Ge缺陷的程度極大依賴
於(yu) 光纖芯玻璃的成分。
一般井下環境高於(yu) 150℃時選擇碳塗覆層比較合適，但需要與(yu) 強度折中，強度可能隻有0.7GPa。使用低反應纖芯或增加包層裏反應位
點濃度也可以提高光纖在高溫氫環境中暴露穩定性。
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