用于醫(yī)療和光譜應(yīng)用的改進(jìn)型深紫外光光纖

　　1 深UV應(yīng)用光纖的曝曬風(fēng)險

　　用于梯度折射率光纖的純硅芯材料易于受到UV引發(fā)衰減的影響。UV輻射引起玻璃結(jié)構(gòu)中局部缺陷中心的增加，使得衰減增加，這個情況稱為曝曬 (solarization)。大多數(shù)衰減發(fā)生在小于275 nm的波長范圍，以及214nm和265 nm的吸收頻帶。損壞程度隨光纖類型而有很大的變化，例如，在常見的梯度折射率光纖中，用作內(nèi)核材料的合成石英玻璃是極純的材料，卻存在著數(shù)種濃度不同的內(nèi)在雜質(zhì)缺陷，而且入射的UV輻射會引起某些硅氧結(jié)構(gòu)的缺陷。每種缺陷的濃度取決于數(shù)個因素，包括預(yù)制備過程中的污染物、預(yù)制備技術(shù)和光纖拉伸工藝，請參照表I的缺陷類型總結(jié)。

　　對于190nm至300 nm光譜范圍，業(yè)界最關(guān)注的主要缺陷是E1’和非橋接氧空孔中心(NBOHC)，而這兩種缺陷分別是引發(fā)214nm和 265 nm頻帶衰減的原因，要提升最佳光纖的性能，主要就是減少這兩種缺陷的分布。

　　2 跟蹤UV光纖的發(fā)展

　　深UV傳輸?shù)姆€(wěn)定性是光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個重要參數(shù)，尤其是在高性能光譜應(yīng)用中。以往具有高氫氧基成分的光纖一直用于低于400 nm的波長。然而，暴露在高UV照射水平下有可能發(fā)生傳輸性能降低，這種降低稱作曝曬，是紫外光輻射引發(fā)的光纖純硅氧芯中的缺陷濃度，會導(dǎo)致紫外光光纖中的光吸收。

　　多年來，業(yè)界開發(fā)了許多最大限度地減小了曝曬影響的光纖，通過優(yōu)化光纖的各方面性能來提升耐曬能力，包括預(yù)成形設(shè)計(jì)和拉伸光纖的后處理。市場上有數(shù)款針對UV應(yīng)用而開發(fā)的光纖，以下是由 Polymicro公司生產(chǎn)具有代表性的光纖產(chǎn)品：

　　● FVP – 標(biāo)準(zhǔn)UV/可見光纖。 這款光纖使用高氫氧基純硅芯預(yù)成形材料制成，沒有針對耐曬性能而優(yōu)化，因此對于曝曬非常敏感。

　　● UVM – 這款光纖使用經(jīng)優(yōu)化而減少缺陷內(nèi)容的高氫氧基硅芯材料制成

　　● UVMI – 這款光纖使用與以上UVM光纖相同的預(yù)成形材料拉伸制成，在拉伸工藝之后，在高溫和高壓下加載溶解氫，生成幾乎對曝曬不敏感的光纖產(chǎn)品。問題在于氫將會隨時間從光纖中擴(kuò)散出來，即使在室溫下亦然。一旦氫向外擴(kuò)散，光纖就回到了UVM光纖的耐曬性能。根據(jù)光纖體積的不同，光纖在氫向外擴(kuò)散之前的有效使用壽命范圍是小直徑 (100 μm內(nèi)芯)光纖的數(shù)周、以至較大直徑 (600 μm內(nèi)芯)光纖的一年左右。高于環(huán)境的溫度將會加快擴(kuò)散的速率，縮短這款光纖的有效使用壽命。

　　● FDP – FDP光纖已有大約十年歷史，這是UVM光纖的改進(jìn)型款，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，FDP光纖部分替代了UVM光纖。Polymicro開發(fā)這款光纖是為了將耐曬敏感性減少至低于UVM光纖，并通過材料和設(shè)計(jì)工藝的改變提升了FDP光纖性能。由于光纖不包含溶解氫，所以不存在UVMI光纖之向外擴(kuò)散效應(yīng)帶來的性能隨時間下降的問題。在FDP光纖中，紫外光缺陷濃度顯著減小了，因此耐曝曬降解性能得以優(yōu)化。

　　3 提升FDP光纖耐曬性能的技術(shù)突破

　　在過去一年中，技術(shù)突破帶來了Polymicro深紫外光優(yōu)化光纖的耐曬性能的顯著改進(jìn)，稱作FDP光纖。改進(jìn)的FDP光纖提升了性能標(biāo)準(zhǔn)，代表著成功減小了紫外光引發(fā)缺陷中心，并比現(xiàn)有的FDP和UVM光纖改進(jìn)了耐曬性。

　　雖然評測深UV光纖沒有正式的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，然而改進(jìn)FDP光纖的廣泛測試可以提供光纖性能方面的最佳數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示這款光纖在214 和 265 nm吸引頻帶出現(xiàn)很大的減小，而這通常與熔融石英的曝曬效應(yīng)相關(guān)。性能改進(jìn)適用于68至600 μm的光纖內(nèi)芯直徑，通過附加的UV曝光衰減來展示耐曬性能，在所有內(nèi)芯尺寸范圍中，每兩米測試低于1dB。

　　4 曝曬測量

　　耐曬性能是根據(jù) “四小時UV曝光測試”來評測的，如圖1所示。這項(xiàng)測試使用一個2m長光纖，通過聚焦透鏡將來自高密度氘燈的光線發(fā)射進(jìn)入光纖中，最大限度地提高密度，可以對準(zhǔn)焦點(diǎn)以使得214nm (通常這是對UV曝曬最敏感的波長)的密度最大化。使用Ocean Optics 的UV分光儀來監(jiān)測測試樣品的輸出，收集四個小時的數(shù)據(jù)。