作者：John Wallace 译者：王凯

    2005年3月，在“井下”能源工业中（包括石油、天然气和地热等），光纤正在被大量使用，或者用于传输数据或者用作探测器，例如，利用光纤布喇格光栅与法布里珀罗干涉仪监测多相流体的温度、压力以及流动特性，并通过光纤将信号传送到地面。在其他应用中，光纤可以用作温度与应力的分布式探测器，因为利用光纤可以探测到整个井的温度与压力的分布，分辨率可以达到几米的量级。此时，光纤中反射回来的光（因为存在拉曼效应或者布里渊效应而受压力与温度的影响）可以利用时域反射计分析，反射计可以分析出反射光的空间位置。

    但是，当被用作探测器的时候，这些光纤容易被高温与高压损坏，例如，在很多地下环境中工作的光纤，在它的中心部分发现了很高的氢分压（high hydrogen partial pressure），这是由于氢分子扩散到了光纤的中心，这样的光纤工作几天就会变得非常暗，特别是对800-1700nm波长的光，会变得特别暗。为了解决这个问题，Verrillon的工程师采用了镀碳的方法阻止氢分子进入；按照生产部经理Majid的说法，这会使光纤的寿命从几天变为几十年。根据 Majid的说法，在极端条件下使用的光纤，既可以是单模也可以是多模，数值孔径为0.07到0.3，纤芯的直径从几微米到几百微米，光纤包层的厚度从几十到数百微米，碳膜可以用化学气相沉积法镀到光纤上，并且可以和其他保护膜结合在一起。地下环境的温度可能接近300℃，普通通信光纤使用的丙烯酸脂膜是不能胜任的，必须使用抗膜，例如聚酰亚胺。

    正如Majid所说：“任何在玻璃表面镀膜的新技术都是非常重要的进步，碳可以以多种形式沉积在玻璃表面：无定型碳、石墨或者金刚石，同时，镀膜室的设计工作必须非常仔细，为了保证碳膜的均匀，为了保证沉积温度的恒定，为了能精确控制沉积时的混合气流，镀膜室的设计非常重要。”碳沉积中存在的一个主要问题是轻微降低了光纤的平均强度，正如Majid所说：“这种影响在所有的镀碳光纤中都存在，但是高度洁净的镀膜环境以及保持最佳沉积温度可以减少负面影响。”
Verrillon的工程师改进了沉积碳的结构以确保最大程度防止氢分子渗入，以避免对光纤的其他性质（例如机械强度）产生大的影响。 Majid认为碳膜可以非常有效地防止受潮和酸的腐蚀。由于受潮能降低光纤的机械强度，碳膜正好能够保护光纤。在一个试验中，镀碳与没镀碳的光纤被放置在氢氟酸、氟化胺与水蒸气的混合物中，镀碳膜的光纤的平均机械强度没有变化，而没镀碳膜的光纤拿起来就坏掉了。

    译自《Laser Focus World》2004年12月15页《Carbon coating reduces darkening》

在油井中用的光纤探测器经常用于探测井下环境的温度、压力和其它的参数。碳膜保护光纤不受分子氢的影响而变暗。

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