CN109655963B - 一种具有定点涂层的光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种具有定点涂层的光纤，包括芯区，包围所述芯区的包层；包层外为定点涂层。光纤定点涂层的长度、厚度、位置、间隔、成分可控可调。定点涂层对光纤性能的影响主要是通过杨氏模量与光纤其余部位涂层不同，从而导致定点涂层对光纤拉伸或者压缩的作用与其余部位不同，使光纤性质局部不均匀。对光纤局部不均匀的性质进行调制，使定点涂层光纤具有不同的传感应用场景。

Description

一种具有定点涂层的光纤
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种具有定点涂层的光纤。
背景技术
在光纤的拉丝生产过程中，光纤需要进行表面涂覆，涂覆是光纤生产一个重要环节。光纤涂覆层一般具有的功能为保护裸光纤、提高光纤机械强度和抗微弯强度并降低衰减而涂覆的高分子材料层。一般情况下，光纤涂覆层有二层，内层为低模量高分子材料，外层为高模量高分子材料。
目前光纤行业的涂覆方式一般是在线连续涂覆，沿光纤轴向涂覆材料只有一种。在光纤通信领域，这种方式能够很好地保证光纤的性能。但是，在传感领域中，如果沿光纤轴向在特定位置有多种涂覆材料，除了保证光纤的强度、导光性能外，还具有特殊功能，能够测量外界环境的变化。单根光纤具有多个任意位置定点特殊涂层的光纤能够根据环境变化产生的光信号变化，进而对环境参量测量。或者具有多个任意位置的定点特殊涂层使光纤特性发生改变，能够保持偏振态或者对色散进行补偿。这种具有定点功能涂层的光纤具有应用在光纤通信及传感领域的潜力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有定点涂层的光纤，可以制备出不同区域具有不同功能涂覆层的光纤，可以对环境参量进行测量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有定点涂层的光纤，其特征在于，包括芯区，包围所述芯区的包层；包层外为定点涂层。
按上述技术方案，定点涂层外为外涂覆层。光纤中定点涂层为紧贴光纤玻璃的圆柱体，与光纤涂覆层类似，这种形状的定点涂层结构简便，能够很容易涂覆在光纤表面。定点涂层的厚度小于或者等于外涂覆层的厚度。当定点涂层较厚超出外涂覆层的厚度，由于光纤整体在定点涂层处具有不均匀性，从而导致光纤强度下降。并且，较厚的定点涂层在受到外界环境量作用时，只有表层的涂层能够产生作用，而紧贴光纤玻璃表面的涂层没有发生作用。光纤的性质不能根据外界环境量的变化而变化。当定点涂层的厚度太薄时，由于定点涂层伸缩程度不足以带动光纤伸缩，因此将无法调制光纤性质。所以，定点涂层的厚度宜大于或者等于光纤其余部分整体涂覆层厚度的四分之一。综合上述，定点涂层的厚度应该在光纤其余部位整体涂覆层厚度的0.25～1之间为宜。
按上述技术方案，定点涂层与外涂覆层之间还包括内涂覆层。定点涂层-内涂覆层-外涂覆层，定点涂层的厚度，小于/等于/大于内涂层的厚度，都是可以实现的。
按上述技术方案，定点涂层的杨氏模量大于定点涂层间隔区域的内涂覆层的杨氏模量。
按上述技术方案，定点涂层的厚度在外涂覆层厚度的0.5～1倍之间。
按上述技术方案，每个定点涂层长度为1μm～10cm，相邻定点涂层的间隔L均相同，L在1μm～10cm之间。优选每个定点涂层长度为1μm～100μm，相邻定点涂层的间隔L均相同，L在1μm～1000μm之间。
按上述技术方案，定点涂层的材质为有机材料或金属材料或有机/无机复合材料或有机/金属复合材料。
按上述技术方案，定点涂层的材质为聚酰亚胺或金属Pd膜。
本发明还提供一种具有定点涂层的光纤光栅，在光纤上刻写光栅，对该光纤光栅进行定点涂覆，光栅由若干个子光栅组成。
按上述技术方案，子光栅长度从0.1mm至1cm之间变化，子光栅间隔为0.1mm至1cm。光栅的性质由这些子光栅通过干涉形成。对部分子光栅部分涂覆，使具有定点功能涂层的子光栅对外界环境变化与没有定点功能涂层的子光栅不同。在这些子光栅形成的干涉反射谱中，特定反射峰发生偏移。通过不同反射峰波长漂移量的不同，从而能够多参量测量外界变化量。
本发明产生的有益效果是：光纤定点涂层的长度、厚度、位置、间隔、成分可控可调。定点涂层对光纤性能的影响主要是通过杨氏模量与光纤其余部位涂层不同，从而导致定点涂层对光纤拉伸或者压缩的作用与其余部位不同，使光纤性质局部不均匀。对光纤局部不均匀的性质进行调制，使定点涂层光纤具有不同的传感应用场景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例中定点涂覆光纤的结构示意图；
图2为光纤透射谱形成长周期光纤光栅的透射谱形状；
图3为本发明实施例中光纤光栅的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
本发明实施例中具有定点涂层的光纤光纤，定点涂层对光纤性能的影响主要是通过杨氏模量与光纤其余部位涂层不同，从而导致定点涂层对光纤拉伸或者压缩的作用与其余部位不同，使光纤性质局部不均匀。对光纤局部不均匀的性质进行调制，使定点涂层光纤具有不同的传感应用场景。定点涂层对光纤具有最大的作用时，定点涂层需要紧贴光纤玻璃表面。
定点涂层的厚度小于或者等于光纤其余部位外涂覆层的厚度。当定点涂层较厚超出外涂覆层的厚度，由于光纤整体在定点涂层处具有不均匀性，从而导致光纤下降。并且，较厚的定点涂层在受到外界环境量作用时，只有表层的涂层能够产生作用，而紧贴光纤玻璃表面的涂层没有发生作用。光纤的性质不能根据外界环境量的变化而变化。当定点涂层的厚度太薄时，由于定点涂层伸缩程度不足以带动光纤伸缩，因此将无法调制光纤性质。所以，定点涂层的厚度宜大于或者等于光纤其余部分整体涂覆层厚度的四分之一。综合上述，定点涂层的厚度应该在光纤其余部位整体涂覆层厚度的0.25～1之间为宜。如图1所示。
当定点涂层长度为1～100μm之间同时定点涂层间隔L均相同并且为1～1000μm时，具有定点涂层的光纤形成了一个周期为L的长周期光纤光栅。当定点涂层受到外界环境量作用时，产生拉伸或者收缩，从而带动光纤拉伸或者收缩。由于弹光效应，光纤纤芯的折射率发生改变。光纤这种周期性的折射率改变，使光纤透射谱形成一个长周期光纤光栅的透射谱形状。如图2所示。由于定点涂层在光纤表面，因此，改变定点涂层材料，可以使定点涂层对外界不同参量产生变化，具有不同的传感应用领域。定点涂层材料可以是聚酰亚胺。当外界湿度增大时，聚酰亚胺发生膨胀，从而使光纤拉伸，从而使光纤透射谱中的波谷发生移动。定点涂层材料可以是金属Pd膜。当外界氢气浓度增大时，金属Pd膜发生膨胀，从而使光纤透射谱中的波谷发生移动。可以根据需要探测的外界环境量改变定点涂层的材料成分。
光纤中定点涂层为紧贴光纤玻璃的圆柱体，与光纤涂覆层类似。这种形状的定点涂层结构简便，能够很容易涂覆在光纤表面。
实施例二：
本发明实施例中，提供一种具有定点功能涂层的光纤。该光纤由石英光纤、光纤内涂覆层、光纤外涂覆层构成。这种光纤在各个部分均一相同，沿着光纤轴向方向性能一样。当在光纤石英部分和有机涂覆层之间的部分区域设置定点功能涂层，光纤沿着轴向方向的性能将会发生改变。
如图1所示，具有定点功能涂层的光纤中定点功能涂层具有不同的厚度。定点功能涂层的厚度可以任意设置。不同定点功能涂层的厚度可以相同也可以不相同。定点功能涂层的厚度可以按照函数设置，或者按照数列设置，或者任意设置。光纤具有不同厚度的定点功能涂层具有不同的性质。
实施例三：
本发明实施例中，提供一种具有定点功能涂层的光纤，由石英光纤、光纤内涂覆层、光纤外涂覆层构成。这种光纤在各个部分均一相同，沿着光纤轴向方向性能一样。当在光纤石英部分和有机涂覆层之间的部分区域设置定点功能涂层，光纤沿着轴向方向的性能将会发生改变。
光在光纤上刻写光栅后，可以对光栅进行部分涂覆，如图3所示。光栅由2个到多个子光栅组成。子光栅长度从0.1mm至1cm之间变化，子光栅间隔为0.1mm至1cm。光栅的性质由这些子光栅通过干涉形成。对部分子光栅部分涂覆，使具有定点功能涂层的子光栅对外界环境变化与没有定点功能涂层的子光栅不同。在这些子光栅形成的干涉反射谱中，特定反射峰发生偏移。通过不同反射峰波长漂移量的不同，从而能够多参量测量外界变化量。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有定点涂层的光纤，其特征在于，包括芯区，包围所述芯区的包层；包层外为定点涂层，具有定点涂层子光栅形成的干涉反射峰发生漂移。
2.根据权利要求1所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，定点涂层外为外涂覆层。
3.根据权利要求2所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，定点涂层与外涂覆层之间还包括内涂覆层。
4.根据权利要求3所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，定点涂层的杨氏模量大于定点涂层间隔区域的内涂覆层的杨氏模量。
5.根据权利要求2或3或4所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，定点涂层的厚度在外涂覆层厚度的0.5～1倍之间。
6.根据权利要求2或3或4所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，每个定点涂层长度为1μm～10cm，相邻定点涂层的间隔L均相同，L在1μm～10cm之间。
7.根据权利要求2或3或4所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，定点涂层的材质为有机材料或金属材料或有机/无机复合材料或有机/金属复合材料。
8.根据权利要求2或3或4所述的具有定点涂层的光纤，其特征在于，定点涂层的材质为聚酰亚胺或金属Pd膜。
9.基于权利要求1-8任一项具有定点涂层的光纤的光纤光栅，其特征在于，在光纤上刻写光栅，对该光纤光栅进行定点涂覆，光栅由若干个子光栅组成。
10.根据权利要求9所述的光纤光栅，其特征在于，子光栅长度从0.1mm至1cm之间变化，子光栅间隔为0.1mm至1cm。
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