耐高溫光纖：惡劣環境下的光通信與傳感先鋒

在現代科技高速發展的背景下，光纖技術已從傳統的通信領域拓展至航空航天、能源勘探、工業制造、核能設施乃至深空探測等應用場景。然而，常規石英光纖在高溫（通常超過300℃）環境下易發生結構退化、氫損加劇、信號衰減劇增等問題，難以滿足嚴苛工況的需求。為此，耐高溫光纖應運而生，成為在高溫、強輻射、高腐蝕等惡劣條件下實現穩定光傳輸與精準傳感的關鍵載體。

一、什么是耐高溫光纖？

耐高溫光纖是指能夠在300℃以上長期穩定工作，甚至短時承受800℃乃至1000℃以上高溫的特種光纖。與普通通信光纖（如G.652.D）主要采用摻鍺石英纖芯不同，通過材料改性、結構優化和涂層創新，顯著提升了其熱穩定性、機械強度和抗輻射能力。

根據使用溫度等級，可分為：

中溫型（300–500℃）：適用于工業爐窯、發動機監測；

高溫型（500–800℃）：用于航空發動機、燃氣輪機內部；

超高溫型（>800℃）：面向航天器再入大氣層、核反應堆堆芯等極限場景。

二、核心材料與結構設計

1.純石英纖芯（Fused Silica Core）

為避免摻雜元素（如鍺）在高溫下擴散導致折射率失穩，多采用無摻雜純石英作為纖芯材料。純石英具有極低的熱膨脹系數和優異的熱穩定性，可在1000℃以下保持結構完整性。

2.氟化物或空心包層結構

傳統光纖依賴摻氟或摻硼降低包層折射率。但在高溫下，這些摻雜劑易揮發。因此，部分采用純石英包層+空氣孔微結構（如光子晶體光纖，PCF）或全石英實心結構，通過幾何設計實現光波導約束，規避摻雜問題。

3.耐高溫涂層：

聚酰亞胺（PI）涂層：可長期耐受300–350℃，短期達400℃，柔韌性好；

金屬涂層（如銅、鋁、金）：耐溫可達600–800℃，兼具電磁屏蔽與機械保護功能；

陶瓷涂層（如氧化鋁、氮化硅）：用于超高溫環境，但脆性較大，需特殊封裝。

三、典型應用場景：

1.航空航天

用于航空發動機內部溫度、壓力、振動的分布式光纖傳感（如基于FBG或OFDR技術），實時監測渦輪葉片健康狀態，提升飛行安全與維護效率。

2.能源電力

在火力發電廠鍋爐、核電站堆芯、地熱井等高溫區域部署光纖測溫系統，實現非電、本質安全的連續監測。

3.石油化工

煉油催化裂化裝置、高溫管道泄漏檢測中，可替代傳統熱電偶，提供更高空間分辨率與抗電磁干擾能力。

4.先進制造

激光加工頭內部集成耐高溫傳能光纖，實現千瓦級高功率激光在高溫環境下的穩定傳輸；亦可用于金屬3D打印過程中的原位監控。

5.科學研究

在高溫高壓實驗裝置（如金剛石壓砧）、聚變裝置（如ITER）中，作為診斷與控制信號的傳輸通道。