一种多波段使用的保偏光纤制造技术

本发明专利技术公开了一种多波段使用的保偏光纤，其包括由内到外依次设置的椭圆掺锗芯层、圆环形掺锗芯层、圆环形掺氟包层和石英包层，所述圆环形掺锗芯层和所述圆环形掺氟包层的圆心与所述椭圆掺锗芯层的中心重合；所述椭圆掺锗芯层的折射率大于所述圆环形掺锗芯层的折射率；沿所述椭圆掺锗芯层的短轴方向，所述圆环形掺锗芯层的折射率剖面的形状包括由内而外布置且相连的抛物线形和水平直线形，沿所述椭圆掺锗芯层的长轴方向，所述圆环形掺锗芯层的折射率剖面呈水平直线形；所述保偏光纤的截止波长小于830nm。本发明专利技术能够适用于850nm、1310nm和1550nm波长，实现多类型的光纤陀螺绕制，不仅具有良好的抗弯性能，而且具有良好的熔接性能、良好的衰减和串音稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种多波段使用的保偏光纤
本专利技术涉及保偏光纤
，具体涉及一种多波段使用的保偏光纤。
技术介绍
惯性技术是定向导航的关键技术，是航天航空及国防领域必不可少的关键技术。由于光纤陀螺和其他类型陀螺相比具有启动时间短、没有活动元件、环境适应能力强等优点，近年来发展非常迅速，已成为惯性领域的主要方向之一。近年来航天、航空、船舶、国防、高铁、油井等诸多领域，均对光纤陀螺向高精度和小型化等方面的技术进步提出了迫切需求。基于Sagnac效应的光纤陀螺使用保偏光纤来绕制敏感环。敏感环的体积和绕制的长度是制约光纤陀螺向小型化和高精度发展的主要问题，这要求保偏光纤向更细、更好、更可靠发展。保偏光纤的细径化技术需要解决细径化、高性能的串音稳定性、抗环境干扰能力和长期应用的可靠性有机结合难题。传统方法一般为直接降低光纤的直径。但是，光纤的直径越小、涂层越薄，进而导致光纤抗外界干扰能力下降的困扰，难以应用于精度需求较高的光纤陀螺。随着光纤陀螺向小型化方向发展，相较以前的1310nm和1550nm，需要采用850nm等波长，在保持精度、良好的衰减以及优良的消光比的同时，降低环圈体积。但现有保偏光纤尚无该类型的细径型保偏光纤产品支撑，需要进行相关技术开发。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种能够满足850nm、1310nm和1550nm波长的多波段使用的保偏光纤，不仅具有良好的抗弯性能，而且具有良好的熔接性能、良好的衰减和串音稳定性。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种多波段使用的保偏光纤，其包括由内到外依次设置的椭圆掺锗芯层、圆环形掺锗芯层、圆环形掺氟包层和石英包层，所述圆环形掺锗芯层和所述圆环形掺氟包层的圆心与所述椭圆掺锗芯层的中心重合；所述椭圆掺锗芯层的折射率大于所述圆环形掺锗芯层的折射率；沿所述椭圆掺锗芯层的短轴方向，所述圆环形掺锗芯层的折射率剖面的形状包括由内而外布置且相连的抛物线形和水平直线形；沿所述椭圆掺锗芯层的长轴方向，所述圆环形掺锗芯层的折射率剖面呈水平直线形；所述保偏光纤的截止波长小于830nm。本专利技术设计了一种保偏光纤的波导结构，由于掺锗，相对折射率差较高，从而容许更小的截止波长，使得保偏光纤的截止波长小于830nm，同时为保障良好的弯曲性能，在圆环形掺锗芯层周围设计有下陷的圆环形掺氟包层，实现光纤的抗弯性能。利用椭圆掺锗芯层，可以将光纤的传输模场由传统圆形纤芯的圆形模场变成椭圆模场，从而在几何形状上，实现光纤模场由圆波导向椭圆波导变化，这样在椭圆模场的长轴和短轴上，光纤传输路径不一样，从而实现光纤的偏振特性。本专利技术在椭圆掺锗芯层之外，再设置一道圆环形掺锗芯层，且沿椭圆掺锗芯层的短轴方向，圆环形掺锗芯层的折射率剖面具有一段抛物线形，从而在熔接接续时由圆环形掺锗芯层对接常规圆形纤芯光纤，而在传输时则由椭圆掺锗芯层来实现偏振传输。这样既提高熔接时的可靠性，降低了熔接损耗，又提高熔接后的串音稳定性，实现了良好的偏振传输。进一步地，所述圆环形掺锗芯层折射率为n2，所述石英包层的折射率为n4，n2与n4的相对折射率差为Δn2；所述圆环形掺锗芯层的直径为d2；所述椭圆掺锗芯层的长轴为d1；Δn2按照如下公式计算：其中，a为所述圆环形掺锗芯层的过渡系数，且1.0％≤a≤2.0％，x为所述圆环形掺锗芯层上任意一点到所述椭圆掺锗芯层的中心的距离，且当时，x取其实际值，当时，进一步地，所述圆环形掺锗芯层的直径为d2，所述椭圆掺锗芯层的长轴为d1，1≤d2/d1≤2。进一步地，所述石英包层折射率为n4，所述椭圆掺锗芯层折射率为n1，n1与n4的相对折射率差Δn1的取值范围为0.6％～1.2％。进一步地，所述椭圆掺锗芯层的椭圆度为30％～60％。进一步地，所述石英包层折射率为n4，所述圆环形掺氟包层折射率为n3，n3与n4的相对折射率差Δn3的取值范围为-0.2％～-0.6％。进一步地，所述圆环形掺氟包层的直径为d3，所述圆环形掺锗芯层的直径为d2，2≤d3/d2≤6。进一步地，所述石英包层外侧由内到外依次设有内涂层和外涂层，所述内涂层的杨氏模量小于所述外涂层的杨氏模量。进一步地，所述石英包层直径为d4，所述内涂层和所述外涂层直径分别为d5和d6；当39.0μm≤d4≤41.0μm时，52.0μm≤d5≤65.0μm，78.0μm≤d6≤83.0μm；当59.0μm≤d4≤61.0μm时，72.0μm≤d5≤85.0μm，98.0μm≤d6≤105.0μm；当79.0μm≤d4≤81.0μm时，100.0μm≤d5≤115.0μm，134.0μm≤d6≤140.0μm，或者115.0μm≤d5≤135.0μm，164.0μm≤d6≤170.0μm；当124.0μm≤d4≤126.0μm时，170.0μm≤d5≤205.0μm，235.0μm≤d6≤250.0μm。进一步地，工作波长为850nm时，所述保偏光纤衰减小于2.0dB/km，消光比高于20dB/km；工作波长为1310nm时，所述保偏光纤衰减小于0.36dB/km，消光比高于24dB/km；工作波长为1550nm时，所述保偏光纤衰减小于0.28dB/km，消光比高于23dB/km；所述保偏光纤在-55℃～95℃的每公里全温衰减变化量小于0.1dB，全温消光比变化量小于1dB。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术设计了一种保偏光纤的波导结构，由于掺锗，相对折射率差较高，从而容许更小的截止波长，使得保偏光纤的截止波长小于830nm，同时为保障良好的弯曲性能，在圆环形掺锗芯层周围设计有下陷的圆环形掺氟包层，实现光纤的抗弯性能。利用椭圆掺锗芯层，可以将光纤的传输模场由传统圆形纤芯的圆形模场变成椭圆模场，从而在几何形状上，实现光纤模场由圆波导向椭圆波导变化，这样在椭圆模场的长轴和短轴上，光纤传输路径不一样，从而实现光纤的偏振特性。本专利技术在椭圆掺锗芯层之外，再设置一道圆环形掺锗芯层，且沿椭圆掺锗芯层的短轴方向，圆环形掺锗芯层的折射率剖面具有一段抛物线形，从而在熔接接续时由圆环形掺锗芯层对接常规圆形纤芯光纤，而在传输时则由椭圆掺锗芯层来实现偏振传输。这样既提高熔接时的可靠性，降低了熔接损耗，又提高熔接后的串音稳定性，实现了良好的偏振传输。当工作波长为850nm时，保偏光纤衰减小于2.0dB/km，消光比高于20dB/km；工作波长为1310nm时，保偏光纤衰减小于0.36dB/km，消光比高于24dB/km；工作波长为1550nm时，保偏光纤衰减小于0.28dB/km，消光比高于23dB/km；不仅具有良好的衰减和优良的消光比，保偏光纤在-55℃～95℃的每公里全温衰减变化量小于0.1dB，全温消光比变化量小于1dB。弯曲半径在5mm时，1550nm附加衰减小于0.2dB，1310nm附加衰减小于0.1dB，850nm附加衰减小于0.05dB。附图说明图1为本专利技术实施例提供的多波段使用的保偏光纤断面结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的多波段使用的保偏光纤波导结构示意图(沿椭圆掺锗芯层的短轴方向)；图3为本专利技术实施例提供的多波段使用的保偏光纤波导结构示意图(沿椭圆掺锗芯层的长轴方向)；图4为本专利技术实施例提供的椭圆掺锗芯层和圆环形掺锗芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波段使用的保偏光纤，其特征在于：其包括由内到外依次设置的椭圆掺锗芯层(1)、圆环形掺锗芯层(2)、圆环形掺氟包层(3)和石英包层(4)，所述圆环形掺锗芯层(2)和所述圆环形掺氟包层(3)的圆心与所述椭圆掺锗芯层(1)的中心重合；所述椭圆掺锗芯层(1)的折射率大于所述圆环形掺锗芯层(2)的折射率；沿所述椭圆掺锗芯层(1)的短轴方向，所述圆环形掺锗芯层(2)的折射率剖面的形状包括由内而外布置且相连的抛物线形和水平直线形；沿所述椭圆掺锗芯层(1)的长轴方向，所述圆环形掺锗芯层(2)的折射率剖面呈水平直线形；所述保偏光纤的截止波长小于830nm。

【技术特征摘要】
1.一种多波段使用的保偏光纤，其特征在于：其包括由内到外依次设置的椭圆掺锗芯层(1)、圆环形掺锗芯层(2)、圆环形掺氟包层(3)和石英包层(4)，所述圆环形掺锗芯层(2)和所述圆环形掺氟包层(3)的圆心与所述椭圆掺锗芯层(1)的中心重合；所述椭圆掺锗芯层(1)的折射率大于所述圆环形掺锗芯层(2)的折射率；沿所述椭圆掺锗芯层(1)的短轴方向，所述圆环形掺锗芯层(2)的折射率剖面的形状包括由内而外布置且相连的抛物线形和水平直线形；沿所述椭圆掺锗芯层(1)的长轴方向，所述圆环形掺锗芯层(2)的折射率剖面呈水平直线形；所述保偏光纤的截止波长小于830nm。2.如权利要求1所述的多波段使用的保偏光纤，其特征在于：所述圆环形掺锗芯层(2)折射率为n2，所述石英包层(4)的折射率为n4，n2与n4的相对折射率差为Δn2；所述椭圆掺锗芯层(1)的长轴为d1；Δn2按照如下公式计算：其中，a为所述圆环形掺锗芯层(2)的过渡系数，且1.0％≤a≤2.0％，x为所述圆环形掺锗芯层(2)上任意一点到所述椭圆掺锗芯层(1)的中心的距离，且当时，x取其实际值，当时，3.如权利要求1所述的多波段使用的保偏光纤，其特征在于：所述圆环形掺锗芯层(2)的直径为d2，所述椭圆掺锗芯层(1)的长轴为d1，1≤d2/d1≤2。4.如权利要求1所述的多波段使用的保偏光纤，其特征在于：所述石英包层(4)折射率为n4，所述椭圆掺锗芯层(1)折射率为n1，n1与n4的相对折射率差Δn1的取值范围为0.6％～1.2％。5.如权利要求1所述的多波段使用的保偏光纤，其特征在于：所述椭圆掺锗芯层(1)的椭圆度为30％～60％。6.如权利要求1所述的多波段使用的保偏光纤，其特征在于：所述石英包层(4)折射率为n4，所述圆环形掺氟包层(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文勇，何茂友，柯一礼，张涛，李伟，杜城，邵帅，朱侨，曾凡球，胡宗华，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，锐光信通科技有限公司，新疆烽火光通信有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42