耐高温光纤：恶劣环境下的光通信与传感先锋

在现代科技高速发展的背景下，光纤技术已从传统的通信领域拓展至航空航天、能源勘探、工业制造、核能设施乃至深空探测等应用场景。然而，常规石英光纤在高温（通常超过300℃）环境下易发生结构退化、氢损加剧、信号衰减剧增等问题，难以满足严苛工况的需求。为此，耐高温光纤应运而生，成为在高温、强辐射、高腐蚀等恶劣条件下实现稳定光传输与精准传感的关键载体。

一、什么是耐高温光纤？

耐高温光纤是指能够在300℃以上长期稳定工作，甚至短时承受800℃乃至1000℃以上高温的特种光纤。与普通通信光纤（如G.652.D）主要采用掺锗石英纤芯不同，通过材料改性、结构优化和涂层创新，显著提升了其热稳定性、机械强度和抗辐射能力。

根据使用温度等级，可分为：

中温型（300–500℃）：适用于工业炉窑、发动机监测；

高温型（500–800℃）：用于航空发动机、燃气轮机内部；

超高温型（>800℃）：面向航天器再入大气层、核反应堆堆芯等极限场景。

二、核心材料与结构设计

1.纯石英纤芯（Fused Silica Core）

为避免掺杂元素（如锗）在高温下扩散导致折射率失稳，多采用无掺杂纯石英作为纤芯材料。纯石英具有极低的热膨胀系数和优异的热稳定性，可在1000℃以下保持结构完整性。

2.氟化物或空心包层结构

传统光纤依赖掺氟或掺硼降低包层折射率。但在高温下，这些掺杂剂易挥发。因此，部分采用纯石英包层+空气孔微结构（如光子晶体光纤，PCF）或全石英实心结构，通过几何设计实现光波导约束，规避掺杂问题。

3.耐高温涂层：

聚酰亚胺（PI）涂层：可长期耐受300–350℃，短期达400℃，柔韧性好；

金属涂层（如铜、铝、金）：耐温可达600–800℃，兼具电磁屏蔽与机械保护功能；

陶瓷涂层（如氧化铝、氮化硅）：用于超高温环境，但脆性较大，需特殊封装。

三、典型应用场景：

1.航空航天

用于航空发动机内部温度、压力、振动的分布式光纤传感（如基于FBG或OFDR技术），实时监测涡轮叶片健康状态，提升飞行安全与维护效率。

2.能源电力

在火力发电厂锅炉、核电站堆芯、地热井等高温区域部署光纤测温系统，实现非电、本质安全的连续监测。

3.石油化工

炼油催化裂化装置、高温管道泄漏检测中，可替代传统热电偶，提供更高空间分辨率与抗电磁干扰能力。

4.先进制造

激光加工头内部集成耐高温传能光纤，实现千瓦级高功率激光在高温环境下的稳定传输；亦可用于金属3D打印过程中的原位监控。

5.科学研究

在高温高压实验装置（如金刚石压砧）、聚变装置（如ITER）中，作为诊断与控制信号的传输通道。