一种单模光纤在辐照环境下的衰减抑制处理方法及系统与流程

本发明涉及单模光纤，特别涉及一种单模光纤在辐照环境下的衰减抑制处理方法及系统。

背景技术：

1、单模光纤广泛应用于核设施监测、航天器通信、粒子物理实验及辐射医学设备等存在电离辐射的环境中。光纤受到伽马射线、x射线或高能粒子照射后，纤芯及包层玻璃网络中的缺陷前体可能转化为具有光吸收作用的色心，使光纤在工作波段内产生辐射诱发附加衰减。现有技术通常采用材料组分优化、光纤载氢、预辐照、热处理或表面防护等方式降低辐射引起的传输损耗，并通过设定相应的压力、温度、处理时间及辐照剂量，对光纤内部缺陷状态和氢相关吸收进行调控，以提高光纤在辐射环境中的传输稳定性。

2、然而，不同批次单模光纤的掺杂组成、缺陷前体含量、玻璃网络结构及氢扩散能力存在差异，现有处理工艺多采用固定或经验化参数，难以使处理强度与待处理光纤的实际材料特性相匹配。当处理程度不足时，部分辐射敏感缺陷不能得到有效抑制；当处理程度过高时，又可能引入氢相关本底吸收、结构松弛不充分或后续氢逸散等问题，导致处理后的光纤衰减性能一致性和长期稳定性不足。因此，如何依据待处理单模光纤的材料特性合理确定相适配的处理条件，并兼顾辐射缺陷抑制与本底传输损耗控制，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种单模光纤在辐照环境下的衰减抑制处理方法，包括：

3、获取待处理单模光纤的纤芯掺杂参数；根据所述纤芯掺杂参数，计算得到用于抑制辐射诱发衰减的所述单模光纤的目标载氢浓度；

4、根据所述目标载氢浓度，计算得到用于向光纤内部渗氢的双阶载氢工艺参数，以及用于脱除光纤内部游离氢以消除氢损本底衰减的阶梯退火工艺参数，得到定制化处理策略；

5、根据所述定制化处理策略，依次对所述单模光纤执行双阶载氢操作、用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作和阶梯退火操作；

6、在所述阶梯退火操作完成后，在所述单模光纤表面涂覆固化密封层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤。

7、进一步的，所述根据所述纤芯掺杂参数，计算得到用于抑制辐射诱发衰减的所述单模光纤的目标载氢浓度，包括：

8、获取所述待处理单模光纤的氟元素摩尔占比和氯元素残留占比作为所述纤芯掺杂参数；

9、分别将所述氟元素摩尔占比和所述氯元素残留占比乘以对应的第一缺陷转化系数和第二缺陷转化系数，计算得到氟致缺陷密度基数和氯致缺陷密度基数；

10、计算所述氟元素摩尔占比与所述氯元素残留占比的乘积，并结合预设的晶格畸变常数，计算得到双卤素协同附加缺陷密度；

11、将所述氟致缺陷密度基数、所述氯致缺陷密度基数以及所述双卤素协同附加缺陷密度进行求和，得到非桥氧空穴中心前驱体密度；

12、根据氢分子与所述非桥氧空穴中心前驱体发生键合钝化反应的理论摩尔比，以及预设的氢分子热扩散逃逸补偿系数，计算得到化学计量乘数；

13、将所述非桥氧空穴中心前驱体密度乘以所述化学计量乘数，计算得到用于抑制辐射诱发衰减的所述单模光纤的目标载氢浓度。

14、进一步的，所述根据所述目标载氢浓度，计算得到用于向光纤内部渗氢的双阶载氢工艺参数，以及用于脱除光纤内部游离氢以消除氢损本底衰减的阶梯退火工艺参数，得到定制化处理策略，包括：

15、根据所述目标载氢浓度和所述单模光纤的包层直径，计算得到用于建立渗透通道的第一阶低压渗透压力与时间，以及用于实现浓度饱和的第二阶高压固溶压力与时间，组合生成所述双阶载氢工艺参数；

16、根据所述目标载氢浓度，计算得到用于脱除间隙游离氢的第一阶低温脱附温度与时间，以及用于释放晶格应力的第二阶高温弛豫温度与时间，组合生成用于脱除光纤内部游离氢以消除氢损本底衰减的阶梯退火工艺参数；

17、将所述双阶载氢工艺参数与所述阶梯退火工艺参数进行时序拼接，得到定制化处理策略。

18、进一步的，所述根据所述定制化处理策略，依次对所述单模光纤执行双阶载氢操作、用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作和阶梯退火操作，包括：

19、根据所述定制化处理策略，在温控高压釜中依次以所述第一阶低压渗透压力和所述第二阶高压固溶压力对所述单模光纤执行所述双阶载氢操作；

20、在所述双阶载氢操作完成后，采用脉冲伽马射线源对所述单模光纤执行所述用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作，其中控制所述脉冲伽马射线源的脉冲间隔时间大于预设的光纤局部热耗散阈值，以防止内部结合氢受热逸出；

21、在所述预辐照操作完成后，在动态真空炉中依次以所述第一阶低温脱附温度和所述第二阶高温弛豫温度执行所述阶梯退火操作。

22、进一步的，所述根据所述定制化处理策略，在温控高压釜中依次以所述第一阶低压渗透压力和所述第二阶高压固溶压力对所述单模光纤执行所述双阶载氢操作，包括：

23、解析所述定制化处理策略，获取所述第一阶低压渗透压力和所述第二阶高压固溶压力；

24、在所述温控高压釜中通入氢气至所述第一阶低压渗透压力，对所述单模光纤进行第一阶段渗氢；

25、在第一阶段渗氢完成后，向所述温控高压釜中注入惰性缓冲气体以吸收气体压缩产生的绝热热量；

26、在注入所述惰性缓冲气体后，继续向所述温控高压釜中充入氢气至所述第二阶高压固溶压力，对所述单模光纤进行第二阶段渗氢，完成所述双阶载氢操作。

27、进一步的，所述在所述双阶载氢操作完成后，采用脉冲伽马射线源对所述单模光纤执行所述用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作，包括：

28、在所述双阶载氢操作完成后，将所述单模光纤固定于接地的导电夹具中；

29、采用所述脉冲伽马射线源对所述单模光纤进行脉冲照射，并同步通过所述接地的导电夹具，导出所述脉冲照射在光纤二氧化硅基质中激发的康普顿瞬态电荷；

30、在导出所述康普顿瞬态电荷的无静电排斥环境下，促使光纤内部的氢分子与被激发的缺陷结合，完成所述用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作。

31、进一步的，所述在所述阶梯退火操作完成后，在所述单模光纤表面涂覆固化密封层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤，包括：

32、在所述阶梯退火操作完成后，采用化学气相沉积法在所述单模光纤的裸纤表面沉积具有梯度碳硅比的碳化硅-碳过渡薄膜，作为所述固化密封层的第一防渗层；

33、在所述第一防渗层外侧涂覆含氟聚酰亚胺树脂并在预设固化温度下进行热固化，形成所述固化密封层的第二抗辐射层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤。

34、进一步的，所述在所述阶梯退火操作完成后，采用化学气相沉积法在所述单模光纤的裸纤表面沉积具有梯度碳硅比的碳化硅-碳过渡薄膜，作为所述固化密封层的第一防渗层，包括：

35、在所述阶梯退火操作完成后，将所述单模光纤置于化学气相沉积反应室中，并向所述反应室通入包含硅烷与甲烷的混合前驱体气体；

36、在所述化学气相沉积法执行过程中，按照预设的时间函数连续降低所述混合前驱体气体中硅烷的流量比例并同步增加甲烷的流量比例；

37、通过所述流量比例的连续调节，在所述单模光纤的裸纤表面沉积出内侧富硅、外侧富碳的所述具有梯度碳硅比的碳化硅-碳过渡薄膜，将其作为所述固化密封层的第一防渗层。

38、进一步的，所述在所述第一防渗层外侧涂覆含氟聚酰亚胺树脂并在预设固化温度下进行热固化，形成所述固化密封层的第二抗辐射层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤，包括：

39、在所述第一防渗层外侧均匀涂覆液态的所述含氟聚酰亚胺树脂；

40、采用紫外光源对涂覆后的树脂表面进行预交联处理，在树脂外表面形成微孔封闭膜；

41、在形成所述微孔封闭膜后，在所述预设固化温度下进行梯度升温的所述热固化，使树脂内部的溶剂通过分子间隙缓慢扩散排出，形成致密无针孔的所述固化密封层的第二抗辐射层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤。

42、本发明还提供了一种单模光纤在辐照环境下的衰减抑制处理系统，包括：

43、获取模块，用于获取待处理单模光纤的纤芯掺杂参数；根据所述纤芯掺杂参数，计算得到用于抑制辐射诱发衰减的所述单模光纤的目标载氢浓度；

44、计算模块，用于根据所述目标载氢浓度，计算得到用于向光纤内部渗氢的双阶载氢工艺参数，以及用于脱除光纤内部游离氢以消除氢损本底衰减的阶梯退火工艺参数，得到定制化处理策略；

45、操作模块，用于根据所述定制化处理策略，依次对所述单模光纤执行双阶载氢操作、用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作和阶梯退火操作；

46、封层模块，用于在所述阶梯退火操作完成后，在所述单模光纤表面涂覆固化密封层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤。

47、本发明提供的一种单模光纤在辐照环境下的衰减抑制处理方法，包括，获取待处理单模光纤的纤芯掺杂参数；根据所述纤芯掺杂参数，计算得到用于抑制辐射诱发衰减的所述单模光纤的目标载氢浓度；根据所述目标载氢浓度，计算得到用于向光纤内部渗氢的双阶载氢工艺参数，以及用于脱除光纤内部游离氢以消除氢损本底衰减的阶梯退火工艺参数，得到定制化处理策略；根据所述定制化处理策略，依次对所述单模光纤执行双阶载氢操作、用于激发并钝化色心缺陷的预辐照操作和阶梯退火操作；在所述阶梯退火操作完成后，在所述单模光纤表面涂覆固化密封层，得到衰减抑制型抗辐射单模光纤，解决了如何依据待处理单模光纤的材料特性合理确定相适配的处理条件，并兼顾辐射缺陷抑制与本底传输损耗控制的技术问题，实现了载氢处理条件与单模光纤纤芯材料特性之间的定量适配，降低辐射诱发色心缺陷造成的附加衰减，同时减少过量游离氢引起的氢损本底衰减，提高单模光纤在辐照环境下的传输稳定性和长期抗辐射可靠性的技术效果。