EA015661B1 - Внутриволоконная брэгговская решетка с повышенной устойчивостью к воздействию водорода - Google Patents
Внутриволоконная брэгговская решетка с повышенной устойчивостью к воздействию водорода Download PDFInfo
- Publication number
- EA015661B1 EA015661B1 EA200901066A EA200901066A EA015661B1 EA 015661 B1 EA015661 B1 EA 015661B1 EA 200901066 A EA200901066 A EA 200901066A EA 200901066 A EA200901066 A EA 200901066A EA 015661 B1 EA015661 B1 EA 015661B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fiber
- oxygen
- core
- bragg grating
- dopant
- Prior art date
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title abstract description 28
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title abstract description 28
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 24
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 56
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- IEXRMSFAVATTJX-UHFFFAOYSA-N tetrachlorogermane Chemical compound Cl[Ge](Cl)(Cl)Cl IEXRMSFAVATTJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- KCFIHQSTJSCCBR-UHFFFAOYSA-N [C].[Ge] Chemical compound [C].[Ge] KCFIHQSTJSCCBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02171—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes
- G02B6/02176—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes due to temperature fluctuations
- G02B6/0219—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for compensating environmentally induced changes due to temperature fluctuations based on composition of fibre materials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02123—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
Abstract
В изобретении описано решение для значительного снижения вызванных водородом потерь в оптических волокнах с легирующей добавкой германия за счет увеличения концентрации кислорода в области сердцевины волокна. Увеличение концентрации кислорода "излечивает" дефекты типа вакансий в германии, тем самым существенно уменьшая число мест структуры, в которые может внедриться водород. Преимущество изобретения заключается в том, что присутствие избыточного кислорода не снижает возможности образования решеток в области сердцевины волокон ультрафиолетовым излучением. Действительно было установлено, что устойчивость стекла даже возрастает при воздействии ультрафиолетового излучения. Таким образом, может быть сформирована внутриволоконная брэгговская решетка, пригодная для использования в суровых высокотемпературных окружающих условиях.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к внутриволоконной брэгговской решетке и, в частности, к внутриволоконной брэгговской решетке, особенно пригодной для работы в неблагоприятных окружающих условиях.
Предшествующий уровень техники
Внутриволоконная брэгговская решетка представляет собой изменение с постоянным периодом показателя преломления сердцевины одномодового оптического волокна из кварцевого стекла на длине, составляющей обычно 1-100 мм. Она может быть образована в фоточувствительном волокне (то есть в волокне, содержащем фоточувствительную легирующую добавку, такую как германий) облучением его в поперечном направлении периодической интерференционной картиной, создаваемой излучением ультрафиолетового лазера. Можно полагать, что изменение показателя преломления в стандартной внутриволоконной брэгговской решетке, формируемой ультрафиолетовым облучением, создается за счет разрыва электронных связей в дефектной структуре на основе германия, при котором высвобождающиеся электроны затем снова захватываются другими связями в структуре стекла. Это перераспределение связей приводит к изменению в спектре поглощения волокна и плотности, что меняет показатель преломления стекла. Общеизвестно, что внутриволоконная брэгговская решетка отражает свет в узком диапазоне длин волн (обычно 0,1-0,3 нм) с центром у брэгговской длины волны λΒ=ηβ£ίΛ, где пе[£ - эффективный показатель преломления для распространяющегося в волокне света, и Λ - физический период изменения показателя преломления.
Известно, что отраженная от внутриволоконной брэгговской решетки брэгговская длина волны λВ изменяется при любом внешнем возмущающем воздействии, таком как температура или деформация, приводящем к изменению эффективного показателя преломления для распространяющегося света и (или) физического периода (Λ). При измерении отраженной брэгговской длины волны λВ (с использованием, например, широкополосного источника света и спектрометра) внутриволоконная брэгговская решетка может быть использована в качестве сенсора для измерения таких внешних воздействий. Стандартная внутриволоконная брэгговская решетка, полученная с использованием ультрафиолетового излучения, может быть сделана термостабильной при температурах вплоть до 150-200°С. К сожалению, при более высоких температурах изменение показателя преломления, полученное при ультрафиолетовом облучении, исчезает, и решетка стирается.
Внутриволоконные брэгговские решетки могут быть также использованы как сенсоры давления путем измерения сдвига брэгговской длины волны, обусловленного сжатием волокна из кварцевого стекла гидростатическим давлением. Сенсор давления на внутриволоконной брэгговской решетке может быть сделан относительного малого размера, с хорошей воспроизводимостью результатов и долговременной стабильностью, обеспечиваемыми целиком состоящей из кварца конструкцией сенсора. Сенсор с внутриволоконной брэгговской решеткой, обладающий повышенной чувствительностью к давлению и внутренней температурной компенсацией, может быть построен с использованием пассивной или активной лазерной внутриволоконной брэгговской решетки, записанной в двупреломляющем волокне, имеющем два открытых канала (отверстия), симметрично расположенных на каждой из сторон сердцевины волокна. См., например, патенты υδ 5828059 и 5841131. Можно также построить сенсоры давления с внутриволоконной брэгговской решеткой, обладающие повышенной чувствительностью к давлению, с использованием стеклянного преобразовательного элемента, окружающего оптическое волокно, преобразовывая давление в деформацию либо сжатие волокна, или преобразовывая давление в изменение показателя преломления.
При этом диффузия газов (например водорода) в сердцевину оптического волокна приведет к искажению показателя преломления, пропорционального концентрации водорода, и, следовательно, изменит значение брэгговской длины волны внутриволоконной брэгговской решетки, записанной в сердцевине оптического волокна. Водород вызовет также увеличение потерь сигнала в оптическом волокне, что было определенно установлено для волоконно-оптических лазеров, построенных на внутриволоконной брэгговской решетке с редкоземельной добавкой. Наконец, диффузия газов в отверстия волокон с боковыми каналами изменяет давление в каналах, и, следовательно, разность давлений, что влияет на результаты измерения наружного гидростатического давления.
В патенте υδ 5925879 раскрыто использование углеродного покрытия сенсора на внутриволоконной брэгговской решетке, защищающего оптическое волокно и сенсоры от воздействия суровых окружающих условий. Показано, что углерод образует хорошее химическое покрытие оптического волокна, делая его в основном недоступным как для воды, так и для водорода, что сохраняет механическую прочность и снижает потери в волокне. Углеродное покрытие может быть нанесено на оптическое волокно в процессе изготовления до этапа охлаждения стекла волокна в пиролитическом процессе (смотри, например, патент ϋδ 5000541). Углеродное покрытие по аналогичной технологии может быть также нанесено на места склейки герметичных нитей с целью сохранения герметичности после соединения оптических волокон, снабженных углеродным покрытием, как описано в патенте ϋδ 4727237. В более позднем патенте пиролитическая технология используется с нагревом областей соединения оптических волокон с
- 1 015661 помощью СО2 лазера в камере, заполненной газообразным реагентом, что приводит к образованию углеродного покрытия на стеклянной поверхности за счет пиролиза участвующего в реакции газа. Однако при этом температуру волокна необходимо поднимать выше 1000°С, чтобы создать надежно герметичные покрытия. Стандартная внутриволоконная брэгговская решетка, записанная в кварцевом волокне с добавкой германия, не может быть покрыта с использованием такого процесса, так как решетка сотрется, как было рассмотрено выше, при высокой температуре, используемой в процессе.
Таким образом, в настоящее время сохраняется необходимость в технологии получения защищенных внутриволоконных брэгговских решеток, которые можно использовать при высокой температуре и суровых окружающих условиях при отсутствии вызванных водородом потерь, присущих предшествующему уровню техники.
Краткое изложение сущности изобретения
Сохраняющиеся в предшествующем уровне техники проблемы призвано решить настоящее изобретение, относящееся к внутриволоконной брэгговской решетке и, в частности, к внутриволоконной брэгговской решетке, особенно пригодной для использования в суровых окружающих условиях.
В соответствии с настоящим изобретением вызванные водородом потери в оптических волокнах с добавкой германия значительно снижаются за счет увеличения концентрации кислорода в области сердцевины волокна. Было установлено, что увеличение концентрации кислорода излечивает дефекты типа вакансий в германии, тем самым существенно уменьшая число мест структуры, в которые может внедриться водород (водородная связь). Преимущество изобретения заключается в том, что присутствие избыточного кислорода не снижает возможности образования решеток в области сердцевины волокон путем ультрафиолетового облучения. Действительно, было установлено, что устойчивость стекла даже возрастает при воздействии ультрафиолетового облучения. Таким образом, может быть сформирована структура внутриволоконной брэгговской решетки, пригодная для использования в суровых, высокотемпературных окружающих условиях. Легирующей добавкой в сердцевине может служить германий или альтернативно любой из материалов, выбираемый из группы, состоящей из А1, Са, Ζη, Ιη, Ζτ, Βί, δη, РЬ, 8Ь, Р, В или подобного фоточувствительного материала, используемого для формирования решетки в оптическом волокне.
В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения увеличение содержания кислорода достигается за счет изменения отношения кислорода к четыреххлористому германию в модифицированном процессе химического осаждения из газовой фазы, хорошо известном в производстве оптических волокон. Могут быть также использованы соединения иные, чем четыреххлористый германий.
Другие свойства и преимущества настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего описания, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - вид сбоку в разрезе приводимой в качестве примера внутриволоконной брэгговской решетки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 - график вызванных водородом потерь в оптическом волокне в функции от длины волны, отражающий снижение потерь в зависимости от возрастания концентрации кислорода в области сердцевины оптического волокна в соответствии с идеями настоящего изобретения;
на фиг. 3 - график вызванных водородом потерь для внутриволоконной брэгговской решетки, настроенной на длину волны 1000 нм, отражающий снижение количества связанных с кислородом дефектов в оптическом волокне по мере возрастания концентрации кислорода в области сердцевины;
на фиг. 4 - график, аналогичный графику с фиг. 3, который в данном случае построен для длины волны 1550 нм как стандартной рабочей длины волны;
на фиг. 5 - кривая, отражающая увеличение ослабления оптического волокна, облученного ультрафиолетовым излучением при формировании внутриволоконной брэгговской решетки; и на фиг. 6 - кривые, отражающие снижение вызванных водородом потерь в устройствах распределенного измерения температуры.
Подробное описание осуществления изобретения
Как упомянуто выше, волоконно-оптические сенсоры могут быть использованы в нефтегазовой промышленности для проведения скважинных измерений, например давления и(или) температуры в стволе скважины. Протяженные оптические волокна, входящие в волоконно-оптическую систему, могут быть использованы для передачи информации из скважин в процессе их бурения, а также для передачи информации из скважин после их заканчивания. Альтернативно в оптическое волокно может быть введен одноточечный волоконно-оптический сенсор температуры-давления. Дополнительно по длине оптического волокна может быть записана группа слабо отражающих внутриволоконных брэгговских решеток или по длине оптического волокна может быть введен одноточечный сенсор Фабри-Перо. При таком использовании брегговской внутриволоконцой решетки по волокну направляется оптический сигнал, который отражается и (или) рассеивается в обратном направлении, чтобы быть принятым и проанализированным с целью определения распределения его параметров (например, длины волны отраженного
- 2 015661 оптического сигнала) по длине оптического волокна. С использованием этой информации могут быть получены результаты скважинных измерений, включая, но не ограничиваясь этим, температуру, давление и химический состав среды.
Однако, если обычные оптические волокна, такие как волокна из кварцевого стекла с легирующей добавкой германия, подвергать интенсивному нагреву, воздействию давления и химически активной окружающей среды, которые присутствуют в скважине, существенно возрастают потери на поглощение. Это возрастание потерь интенсивности оптического сигнала происходит, в частности, из-за диффузии водорода в структуру стекла. Существует два основных вида устойчивых (то есть возникающих за счет химической реакции) водородных потерь в таких волокнах. Первый вид потерь, называемый далее наведенными потерями у коротковолнового края, связан с образованием по длине волокна дефектов типа вакансий в добавке (например в германии). Другой вид потерь, связанный с образованием ОН формаций, не представляет проблемы на длинах волн, соответствующих используемым в настоящем изобретении. Что касается наведенных потерь у коротковолнового края, то атомы водорода будут внедряться в любую открытую или ослабленную связь в структуре стекла, такую как связь с определенными атомами добавки (например, Се, δη, РЬ, 8Ь, В, Р), или образовывать соединения типа δίΟΗ и (или) добавка ОН. Для волокон с добавкой германия ослабление быстро возрастает с ростом температуры. Так как температуры в обычной газовой или нефтяной скважине, как правило, меняется от слегка меньшей, чем температура вблизи поверхности, до температуры, лежащей в диапазоне приблизительно от 90 до 250°С, обычные оптические волокна с добавкой германия не обладают достаточно стабильными характеристиками при длительном использовании на глубине в условиях скважины. Хотя покрытие оптических волокон из кварцевого стекла с добавкой германия углеродом или другими материалами с близким молекулярным весом представляет собой эффективный путь снижения диффузии водорода в стекло при низких температурах, эффективность углеродного покрытия быстро падает с возрастанием окружающей температуры.
Как представлено на сопровождающих чертежах и подробно рассмотрено ниже, задачей изобретения является создание оптического волокна с намеренно увеличенным содержанием кислорода, введенного в сердцевину для минимизации потерь, вызванных водородом, при повышенных температурах. На фиг. 1 в качестве примера изображено выполненное по данному изобретению оптическое волокно 10, включающее обогащенную кислородом область 12 сердцевины, в которую введена легирующая добавка германия, и оболочку 14 из кварцевого стекла, образующую окружение обогащенной кислородом области 12 сердцевины. В области 12 сердцевины путем облучения обычным ультрафиолетовым излучением, как рассмотрено выше, образована внутриволоконная брэгговская решетка 16, которая, как было установлено, изменяет показатель преломления в областях 18, так что волокно 10 отражает свет, распространяющийся на брэгговской длине волны ХВ, давая возможность другим длинам волн распространяться дальше по волокну 10. Расстояние Λ между областями 18 называют периодом внутриволоконной брэгговской решетки 16.
В соответствии с настоящим изобретением вызванные водородом потери в волокне 10 снижаются при увеличении концентрации кислорода в области 12 сердцевины. Например, можно регулировать известным способом отношение потока кислорода к потоку четыреххлористого германия в процессе химического осаждения из газовой фазы, чтобы обеспечить необходимое увеличение концентрации кислорода. На фиг. 2 представлен график вызванных водородом потерь в функции от длины волны оптического сигнала, распространяющегося по оптическому волокну вида, описанного в связи с фиг. 1. В частности, на фиг. 2 представлена группа из трех кривых (I, II аиб III), причем кривая I соответствует отношению О2:СеС14, равному 1:1, кривая II соответствует отношению О2:СеС14, равному 10:1, и кривая III соответствует отношению О2:СеС14, равному 20:1, то есть концентрация кислорода возрастает от кривой I к кривой II и далее к кривой III. В общем, с возрастанием концентрации кислорода уменьшается количество дефектов типа кислородных вакансий, что приводит к уменьшению потерь у коротковолнового края (о чем свидетельствует резкое снижение вызванных водородом потерь в коротковолновой области). Из кривых с фиг. 2 очевидно также, что пик поглощения приходится на длину волны 1410 нм. Можно видеть, что пик поглощения становится более размытым по мере увеличения содержания соединений типа СеОН (то есть с возрастанием концентрации кислорода). Как можно видеть далее на фиг. 3, вызванные водородом потери резко снижаются по мере возрастания концентрации кислорода. В частности, на фиг. 3 представлено вызванное водородом ослабление в функции от длины волны для внутриволоконной брэгговской решетки, настроенной на длину волны 1500 нм. Верхняя кривая на графике с фиг. 3 соответствует отношению О2/СеС14, равному 10:1, а нижняя кривая соответствует увеличенному отношению, равному 20:1. В диапазоне длин волн, соответствующем используемому в скважинном мониторинге, потери, как можно видеть, составляют порядка 10-20 дБ/км. На фиг. 4 представлены аналогичные кривые, соответствующие внутриволоконной брэгговской решетке, настроенной на длину волны 1000 нм, на которых снова можно наблюдать влияние на потери у коротковолнового края возрастания концентрации кислорода.
Как также упомянуто выше, увеличение концентрации кислорода в сердцевине волокна предлагаемой в изобретении конструкции приведет к увеличению устойчивости стекла при воздействии радиации в процессе изготовления (радиацией может быть, например, ультрафиолетовое излучение, гамма
- 3 015661 излучение или излучение в любом другом спектральном диапазоне, достаточное для того, чтобы вызвать изменения в показателе преломления стекла с добавкой). На фиг. 5 представлен график, отображающий увеличенное поглощение в оптическом волокне, подвергнутом воздействию радиации одновременно с вытяжкой волокна для формирования приводимой в качестве примера внутриволоконной брэгговской решетки протяженностью Ь около 4,5 мм и с периодом Λ около 1 мм. Связанное с ультрафиолетовым облучением ослабление в коротковолновой области минимизируется как снижением концентрации германия, так и увеличением отношения О2/ОеС14 в процессе осаждения. Результаты опять показаны для волокон с концентрацией германия приблизительно 4,0 мол.% и 10,0 мол.% и также для отношений О2/ОеС14, равных 10 и 20. Более того при увеличении содержания кислорода фоточувствительность материала сердцевины буде уменьшаться, приводя к уменьшению отражающей способности (или амплитуды сигнала) решетки. Следовательно, за счет увеличения присутствия кислорода в области сердцевины может быть сформирована решетка со сниженной отражательной способностью без необходимости в изменении или числовой апертуры, или профиля показателя преломления волокна.
Введение избыточного кислорода в сердцевину многомодового волокна с добавкой германия также может улучшить параметры волокна при его использовании в устройствах распределенных сенсоров температуры особенно на более коротких длинах волн, таких как 1064 нм. На фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий уменьшение вызванного водородом ослабления в функции от длины волны для устройства распределенного сенсора температуры, на котором, в частности, показано снижение вызванных водородом потерь на длине волны 1064 нм по мере возрастания концентрации кислорода. Более того можно видеть, что вызванное водородом увеличение дифференциального ослабления между антистоксовой длиной волны, равной 1016 нм, и стоксовой длиной волны, равной 1116 нм, для внутриволоконной решетки с большой числовой апертурой, равной 0,20, резко падет при возрастании содержания кислорода, как показано в таблице ниже. Кроме того отношение между этими длинами волн также будет уменьшаться с ростом концентрации кислорода. Таким образом, применение предлагаемого в изобретении волокна дает возможность более стабильных измерений с использованием распределенного сенсора температуры в условиях окружающей среды, обогащенной водородом. Хотя данный пример относится к одномодовому волокну, должно быть понятно, что аналогичные результаты могут быть получены для многомодовых волокон, которые наиболее подходят для построения приборов с распределенными сенсорами температуры.
Улучшенная устойчивость к влиянию водорода на коротких длинах волн.
| [О2]/[ОеС14] | 1 | 10 | 20 |
| дифференциальное ослабление (дБ/км) | 11,24 | 5,67 | 1,35 |
| антистоксова длина волны/стоксова длина волны (дБ/км) | 1,26 | 1,18 | 1,10 |
Хотя очевидно, что приведенные здесь иллюстративные варианты выполнения изобретения позволяют решить задачи настоящего изобретения, нужно понимать, что специалистами в данной области техники могут быть предложены многочисленные модификации рассмотренных вариантов, а также другие варианты выполнения. Дополнительно свойство (свойства) и (или) элемент (элементы) из любого варианта выполнения могут быть использованы отдельно или в сочетании со свойством (свойствами) и (или) элементом (элементами) из другого варианта (других вариантов). Поэтому должно быть понятно, что приложенная формула изобретения нацелена на охват всех таких модификаций и вариантов выполнения, соответствующих сущности и объему настоящего изобретения.
Claims (10)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Внутриволоконная брэгговская решетка, содержащая сердцевину из кварцевого стекла с легирующей добавкой, со сформированной в ней брэгговской решеткой и имеющей отношение кислорода к легирующей добавке по меньшей мере 10:1, и оболочку, охватывающую сердцевину и ограничивающую распространение оптического сигнала указанной сердцевиной.
- 2. Решетка по п.1, в которой брэгговская решетка получена ультрафиолетовым излучением.
- 3. Решетка по п.1, в которой упомянутая легирующая добавка в области сердцевины включает добавку, выбираемую из группы, состоящей из А1, Оа, Ζη, Ιη, Ζγ, Βί, Ое, δη, 8Ь, РЬ, Р и В.
- 4. Решетка по п.3, в которой упомянутая легирующая добавка включает Ое.
- 5. Решетка по п.1, в которой отношение кислорода к легирующей добавке составляет по меньшей мере 20:1.
- 6. Решетка по п.1, в которой отношение кислорода к легирующей добавке выбрано составляющим по меньшей мере 10:1 и увеличивающимся до по меньшей мере 20:1, с возможностью достижения тре- 4 015661 буемого уровня отражательной способности вдоль решетки, причем более низкому содержанию кислорода, близкому к 10:1, соответствует большая отражательная способность, а более высокому содержанию кислорода, близкому к 20:1, соответствует меньшая отражательная способность.
- 7. Решетка по п.1, в которой сердцевина сформирована посредством процесса химического осаждения из газовой фазы с увеличенным потоком кислорода.
- 8. Многомодовое оптическое волокно для распределенных измерений температуры, содержащее сердцевину из кварцевого стекла с легирующей добавкой, в которой отношение кислорода к добавке составляет по меньшей мере 10:1, и оболочку, охватывающую указанную сердцевину и ограничивающую распространение оптического сигнала сердцевиной.
- 9. Многомодовое оптическое волокно по п.8, предназначенное для передачи оптического сигнала с длиной волны приблизительно 1064 нм.
- 10. Многомодовое оптическое волокно по п.8, предназначенное для передачи оптического сигнала с длиной волны приблизительно 1550 нм.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/004,233 US7526160B1 (en) | 2007-12-20 | 2007-12-20 | Optical fiber Bragg grating with improved hydrogen resistance |
| PCT/US2008/087006 WO2009085763A1 (en) | 2007-12-20 | 2008-12-16 | Optical fiber bragg grating with improved hydrogen resistance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200901066A1 EA200901066A1 (ru) | 2010-02-26 |
| EA015661B1 true EA015661B1 (ru) | 2011-10-31 |
Family
ID=40568986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200901066A EA015661B1 (ru) | 2007-12-20 | 2008-12-16 | Внутриволоконная брэгговская решетка с повышенной устойчивостью к воздействию водорода |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7526160B1 (ru) |
| EP (1) | EP2220525B1 (ru) |
| AU (1) | AU2008343345B2 (ru) |
| BR (1) | BRPI0807720B1 (ru) |
| CA (1) | CA2678654C (ru) |
| DK (1) | DK2220525T3 (ru) |
| EA (1) | EA015661B1 (ru) |
| MY (1) | MY155477A (ru) |
| WO (1) | WO2009085763A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2610904C1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-02-17 | ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Способ изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8265441B2 (en) * | 2007-05-25 | 2012-09-11 | Baker Hughes Incorporated | Hydrogen-resistant optical fiber/grating structure suitable for use in downhole sensor applications |
| US8965147B2 (en) * | 2009-12-09 | 2015-02-24 | Baker Hughes Incorporated | Bend insensitive optical fiber with improved hydrogen resistance |
| US8638444B2 (en) | 2011-01-11 | 2014-01-28 | Baker Hughes Incorporated | Sensor array configuration for swept-wavelength interferometric-based sensing systems |
| US8592747B2 (en) | 2011-01-19 | 2013-11-26 | Baker Hughes Incorporated | Programmable filters for improving data fidelity in swept-wavelength interferometry-based systems |
| EP2518546B1 (en) | 2011-04-27 | 2018-06-20 | Draka Comteq B.V. | High-bandwidth, radiation-resistant multimode optical fiber |
| US20130094808A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Baker Hughes Incorporated | Method and system for producing a coated fiber bragg grating optical fiber |
| US9207397B2 (en) | 2013-11-14 | 2015-12-08 | Corning Incorporated | Light diffusing fiber with low melting temperature glass |
| US9546886B2 (en) * | 2015-01-26 | 2017-01-17 | Ofs Fitel, Llc | Distributed environmental fiber optic sensor and system |
| EP3767349B1 (en) | 2018-03-16 | 2024-09-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical fiber and optical fiber grating |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534248B2 (en) * | 1998-02-09 | 2003-03-18 | Science And Technology Corporation @ Unm | Tunable bragg grating and devices employing the same |
| US6832025B2 (en) * | 2001-07-02 | 2004-12-14 | Jds Uniphase Corporation | Fiber bragg grating fabrication method |
| US7292753B2 (en) * | 2005-12-21 | 2007-11-06 | Intel Corporation | Dual core corrugated Bragg grating |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS565339A (en) * | 1979-06-26 | 1981-01-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture of high purity quartz glass |
| US5203897A (en) * | 1989-11-13 | 1993-04-20 | Corning Incorporated | Method for making a preform doped with a metal oxide |
| US5478371A (en) | 1992-05-05 | 1995-12-26 | At&T Corp. | Method for producing photoinduced bragg gratings by irradiating a hydrogenated glass body in a heated state |
| US5838700A (en) * | 1995-07-28 | 1998-11-17 | Nauchny Tsentr Volokonnoi Optiki Pri Institute Obschei Fiziki Rossiiskoi Akademii Nauk | Raman fibre laser, bragg fibre-optical grating and method for changing the refraction index in germanium silicate glass |
| US6104852A (en) | 1996-01-18 | 2000-08-15 | British Telecommunications Public Limited Company | Optical waveguide with photosensitive refractive index cladding |
| CA2207226C (en) * | 1996-06-10 | 2005-06-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical fiber grating and method of manufacturing the same |
| TW434432B (en) * | 1998-01-19 | 2001-05-16 | Sumitomo Electric Industries | Optical waveguide path grating and method of manufacturing it |
| US6221566B1 (en) | 1999-02-18 | 2001-04-24 | Corning Incorporated | Optical waveguide photosensitization |
| KR100408230B1 (ko) * | 2001-05-02 | 2003-12-03 | 엘지전선 주식회사 | 광섬유 모재 제조방법 |
| NO316775B1 (no) | 2001-06-11 | 2004-05-03 | Optoplan As | Fremgangsmate for belegging av en fiber med fiberoptisk Bragg-Gitter (FBG) |
| US6807324B2 (en) | 2002-05-21 | 2004-10-19 | Weatherford/Lamb, Inc. | Method and apparatus for calibrating a distributed temperature sensing system |
| US6970630B2 (en) | 2002-05-23 | 2005-11-29 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Fiber optic cable and process for manufacturing |
| US6928839B2 (en) * | 2002-08-15 | 2005-08-16 | Ceramoptec Industries, Inc. | Method for production of silica optical fiber preforms |
| EP1408354A1 (en) | 2002-10-10 | 2004-04-14 | Corning O.T.I. SRL | Optical fiber with Bragg grating |
| FR2849698B1 (fr) | 2003-01-03 | 2005-04-01 | Cit Alcatel | Fibre optique a au moins un reseau de bragg obtenue par inscription directe a travers le revetement recouvrant la gaine |
| US20070047867A1 (en) | 2003-10-03 | 2007-03-01 | Goldner Eric L | Downhole fiber optic acoustic sand detector |
| US7217584B2 (en) | 2004-03-18 | 2007-05-15 | Honeywell International Inc. | Bonded thin-film structures for optical modulators and methods of manufacture |
| US6947650B1 (en) | 2004-05-06 | 2005-09-20 | Luna Energy Llc | Long wavelength, pure silica core single mode fiber and method of forming the same |
| US7257301B2 (en) | 2005-03-31 | 2007-08-14 | Baker Hughes Incorporated | Optical fiber |
| US7103250B1 (en) | 2005-12-02 | 2006-09-05 | Corning Incorporated | Optical fiber with high small-angle scatter and sensor using same |
-
2007
- 2007-12-20 US US12/004,233 patent/US7526160B1/en active Active
-
2008
- 2008-12-16 MY MYPI2010002618A patent/MY155477A/en unknown
- 2008-12-16 CA CA2678654A patent/CA2678654C/en active Active
- 2008-12-16 EP EP08866724.1A patent/EP2220525B1/en active Active
- 2008-12-16 WO PCT/US2008/087006 patent/WO2009085763A1/en active Application Filing
- 2008-12-16 AU AU2008343345A patent/AU2008343345B2/en active Active
- 2008-12-16 EA EA200901066A patent/EA015661B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2008-12-16 BR BRPI0807720-7A patent/BRPI0807720B1/pt active IP Right Grant
- 2008-12-16 DK DK08866724.1T patent/DK2220525T3/da active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534248B2 (en) * | 1998-02-09 | 2003-03-18 | Science And Technology Corporation @ Unm | Tunable bragg grating and devices employing the same |
| US6832025B2 (en) * | 2001-07-02 | 2004-12-14 | Jds Uniphase Corporation | Fiber bragg grating fabrication method |
| US7292753B2 (en) * | 2005-12-21 | 2007-11-06 | Intel Corporation | Dual core corrugated Bragg grating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2610904C1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-02-17 | ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Способ изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах |
| WO2017123114A1 (ru) * | 2016-01-11 | 2017-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Способ изготовления волоконных брэгговских решеток в нефоточувствительных волоконных световодах |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2008343345B2 (en) | 2014-07-24 |
| MY155477A (en) | 2015-10-30 |
| BRPI0807720A2 (pt) | 2014-06-03 |
| WO2009085763A1 (en) | 2009-07-09 |
| EA200901066A1 (ru) | 2010-02-26 |
| CA2678654A1 (en) | 2009-07-09 |
| EP2220525A4 (en) | 2011-01-19 |
| US7526160B1 (en) | 2009-04-28 |
| BRPI0807720B1 (pt) | 2019-03-19 |
| EP2220525A1 (en) | 2010-08-25 |
| EP2220525B1 (en) | 2013-11-20 |
| AU2008343345A1 (en) | 2009-07-09 |
| CA2678654C (en) | 2012-11-27 |
| DK2220525T3 (da) | 2014-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA015661B1 (ru) | Внутриволоконная брэгговская решетка с повышенной устойчивостью к воздействию водорода | |
| Patrick et al. | Analysis of the response of long period fiber gratings to external index of refraction | |
| US7336862B1 (en) | Fiber optic sensor for detecting multiple parameters in a harsh environment | |
| US8180185B2 (en) | Fiber optic sensor for detecting multiple parameters in a harsh environment | |
| RU2463266C2 (ru) | Оптическое волокно с легированной оловом переходной частью между сердцевиной и оболочкой | |
| JP5574614B2 (ja) | マルチコアファイバグレーティングセンサ | |
| CA2602552C (en) | Optical fiber | |
| US7171093B2 (en) | Method for preparing an optical fibre, optical fibre and use of such | |
| Chen et al. | Optical chemsensor based on etched tilted Bragg grating structures in multimode fiber | |
| US20140158877A1 (en) | Hydrogen resistant downhole optical fiber sensing | |
| US8401355B2 (en) | Hydrogen-resistant optical fiber/grating structure suitable for use in downhole sensor applications | |
| Yamasaki | Characteristics of long period fiber grating utilizing periodic stress relaxation under high temperature environment | |
| Dianov et al. | Photoinduced long-period fiber grating as a promising sensor element | |
| Martelli et al. | Impact of hydrogen-induced effects on optical fiber Bragg gratings | |
| Zhou et al. | Sensitivity of PANDA high-birefringence fiber loop mirror with temperature sensing | |
| Majid et al. | Novel optical fiber design for hydrogen-rich harsh environments | |
| Homa et al. | High temperature exposure to Deuterium of optical fibers with Bragg gratings | |
| NO343066B1 (no) | Fremgangsmåte for fremstilling av en optisk fiber, en optisk fiber og anvendelse av denne |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |