一种保偏光纤、制造模具及方法技术

本发明专利技术提供一种聚合物保偏光纤，所述光纤包括光纤包层和光纤芯，所述光纤包层包裹所述光纤芯；所述光纤芯的材料为聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯和聚四氟乙烯的掺杂共聚物；所述光纤包层的材料为全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物与聚甲基丙烯酸甲脂、聚四氟乙烯的共聚掺杂物。本发明专利技术的光纤由共聚聚合物材料构建，可使用在可见光波段，在液氮温度冷冻杀菌和蒸汽温度高温消毒等场合下均能保持光纤性能，满足生物医疗领域对传输介质的环境要求；采用光纤芯与应力区浇注聚合的方式加工制备，避免了传统石英保偏光纤的机械打孔工艺带来的较大的加工应力，强化了双折射效应施加的效率，光纤设计灵活、成本低。

A kind of polarization maintaining fiber, manufacturing mould and method

The invention provides a polymer polarization maintaining optical fiber, which comprises an optical fiber cladding and an optical fiber core, wherein the optical fiber cladding wraps the optical fiber core; the material of the optical fiber core is a doped copolymer of polymethylmethacrylate, polycarbonate and polytetrafluoroethylene; the material of the optical fiber cladding is a copolymer of perfluoropropylperfluoroethylene ether and polytetrafluoroethylene and polymethylmethacrylic acid The copolymerization dopants of methyl ester and polytetrafluoroethylene. The optical fiber of the invention is constructed of copolymerized polymer material, which can be used in visible light band, can maintain optical fiber performance in liquid nitrogen temperature freezing sterilization, steam temperature high temperature sterilization and other occasions, and can meet the environmental requirements of biomedical field for transmission medium; the optical fiber core and stress area casting polymerization method are adopted for processing and preparation, avoiding the traditional mechanical drilling process of quartz polarization maintaining optical fiber The greater processing stress brought by the fiber enhances the efficiency of the birefringence effect. The fiber design is flexible and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种保偏光纤、制造模具及方法
本专利技术涉及光纤
，具体涉及一种聚合物保偏光纤、制造模具及方法。
技术介绍
保偏光纤，又叫偏振保持光纤，用于传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、生物医疗技术等国民经济的各个领域。保偏光纤可以解决偏振态变化的问题，在通过光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈的双折射效应，来消除应力对入射光偏振态的影响。现有技术中，应力双折射保偏光纤主要有领结型保偏光纤、熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤三种。例如，文献CN108897094A公开了一种细径熊猫型保偏光纤，该细径熊猫型保偏光纤采用月牙形的应力施加结构，选用掺杂石英作为光纤的介质材料；然而，上述应力施加的保偏结构温度稳定性较差，且石英介质在可见光波段衰减较大，因而无法满足医疗传感监测应用中对传感器液氮冷却和高温蒸煮消毒的使用要求。文献CN107572771A公开了一种二氧化钛掺杂的二氧化硅石英玻璃芯层熊猫型保偏光纤，该熊猫型保偏光纤采用芯棒制备、套管、打孔的方式进行母棒的制备，再插入掺硼应力棒形成应力型结构，由于整个材料基底是二氧化硅石英玻璃，因此在传感过程中会导致绕环胶与石英材料的热膨胀系数有较大的失配，造成随机不对称的热应力，从而降低传感精度和信噪比；同时打孔工艺在预制棒内易形成较大的驻留应力，对保偏光纤的温度环境性能造成较大的影响。文献CN108459371A公开了一种镱、铝、磷共掺的二氧化硅石英玻璃芯层稀土掺杂熊猫型保偏光纤，光纤的工作波段在1064nm，拍长的设计值最小为3.2mm，该熊猫型保偏光纤在高精度的传感中无法满足设计性能要求。文献CN108508529A公开了一种工作在1550nm波段的零色散位移熊猫型保偏光纤，核心参数为保证光纤的色散位移值，并同时具有保偏的效果；然而，该零色散位移熊猫型保偏光纤的波导结构复杂，重复一致性控制难度较大，对工艺和设备的要求较高。文献CN105866880A公开了一种保偏光纤的制备方法，使用预制模具注入二氧化硅液体，获得石英套管，通过打磨熔融，再注入二氧化硅与三氧化二硼的混合粉末组合成熊猫型保偏光纤预制棒；然而，该保偏光纤的制备方法并未对预制棒的具体设计结构和尺寸参数进行详细描述，也未提供直接可供拉丝的成型预制棒。文献CN106082628A公开了一种熊猫保偏光纤预制棒的制备方法，使用纳米孔二氧化硅粉体加入到稀土和共掺离子无机盐溶液中形成悬浮液，但该制备方法未提供具体成型预制棒参数和可供拉丝预制棒。可见，现有技术中对光纤的材料、温度特性、加工制备方法上都存在不同程度的问题，亟待提出一种解决上述问题的光纤、制备方法，以满足加工工艺、光纤材料应力等方面的需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种可见光耐高低温柔性椭圆芯型聚合物保偏光纤，该聚合物保偏光纤采用椭圆芯型的几何双折射结构设计，无应力单元结构设计；通过聚合物光纤材料实现可见光波长使用窗口保偏光纤的使用，从而满足生物医疗监测传感系统的使用要求，为高精度短波长低成本传感系统提供稳定可靠易生产的保偏光纤产品支撑；采用共聚掺杂的材料改性，提升聚合物保偏光纤材料介质的温度稳定性，满足生物医疗监测传感器需要液氮冷冻和蒸汽消毒的低温高温环境要求；同时聚合物保偏光纤还无需设计外层涂覆层，相比于石英保偏光纤，消除了石英材料与树脂涂覆材料的热应力性能的差异，减少了温度环境变化情况下非对称热应力失配引起的传感精度下降和噪音增强，为不同应用需求的领域提供合适的保偏光纤产品设计，在小型生物医疗传感器领域扩展聚合物保偏光纤的应用。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种聚合物保偏光纤，所述光纤包括光纤包层和光纤芯，所述光纤包层包裹所述光纤芯；所述光纤芯的材料为聚甲基丙烯酸甲脂与聚碳酸酯和聚四氟乙烯的掺杂共聚物；所述光纤包层的材料为聚甲基丙烯酸甲脂与聚四氟乙烯和全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物的共聚掺杂物。具体的，所述光纤芯横截面的几何形状为椭圆型。具体的，相对于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纤芯的掺杂材料的掺杂组分质量含量范围分别为：聚碳酸酯的质量含量DPC101为1％-10％；聚四氟乙烯的质量含量DPTFE101为0.1％-3％。具体的，相对于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纤包层的掺杂材料的掺杂组分质量含量范围分别为：聚四氟乙烯的质量含量DPTFE102为0.5％-3％；全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物的质量含量DPFA102为1％-8％。具体的，所述光纤芯的折射率值n1为1.47-1.523；所述光纤包层的折射率值n2为1.46-1.50；光纤芯相对于光纤包层的折射率差百分比△12为0.11％-2.1％。具体的，所述光纤芯的长轴直径与短轴直径的比值h为1.05-9；光纤芯的长轴直径D1b为3μm-40μm；光纤芯的短轴直径D1a为3μm-8μm；所述光纤包层的直径D2为33μm-110μm。本专利技术还提供一种制造上述的聚合物保偏光纤的模具，具体的，所述模具包括外壳和型芯，所述外壳包括圆柱段和漏斗段，所述型芯为椭圆柱，所述型芯设置在圆柱段中心，所述漏斗段顶端具有加料口，所述漏斗段的下端与圆柱段的上端无缝连接。具体的，所述型芯的材料为石英玻璃，所述型芯可拆卸设置在圆柱段中心，所述型芯的高度与所述圆柱段的高度相同，所述型芯的轴心线与所述圆柱段外壳的轴心线重合。具体的，所述外壳材质为石英玻璃，所述外壳的圆柱段底端中心具有安装孔，所述型芯固定在所述安装孔内。本专利技术还提供一种采用上述的模具制造聚合物保偏光纤的方法，所述方法包括如下步骤：制作光纤包层预制管，包括：将所述光纤包层的共聚掺杂材料从模具上端的加料口加入模具中；对所述模具中的共聚掺杂材料进行加热，同时旋转所述模具，使得掺杂料均匀分布，形成光纤包层预制管；抽出型芯，形成管口，倒置所述模具，将光纤芯掺杂材料从管口加入光纤包层预制管中；对光纤包层预制管内光纤芯共聚掺杂材料进行加热，同时旋转所述光纤包层预制管，形成光纤预制棒。具体的，还包括对所述光纤预制棒进行拉丝形成聚合物保偏光纤，所述光纤预制棒进行拉丝的拉丝温度T3为120℃-160℃。具体的，对光纤包层的共聚掺杂材料加热采用红外加热，所述红外加热的温度T2为105℃-140℃，所述红外加热的时间t2为8h-20h；旋转所述模具的角速度s2为5rad/s-30rad/s。对光纤包层预制管内光纤芯共聚掺杂材料进行加热采用超声波加热，所述超声波加热的温度T1为85℃-110℃，所述超声波加热的时间t1为3h-9h；旋转所述光纤包层预制管的角速度s1为1rad/s-10rad/s。通过上述实施方式，本专利技术提供了一种聚合物保偏光纤，该聚合物保偏光纤采用椭圆芯型的几何双折射结构设计，无应力单元结构设计。通过聚合物光纤材料实现可见光波长使用窗口保偏光纤的使用，从而满足生物医疗监测传感系统的使用要求，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物保偏光纤，其特征在于，所述光纤包括光纤包层和光纤芯，所述光纤包层包裹所述光纤芯；/n所述光纤芯的材料为聚甲基丙烯酸甲脂中掺杂有聚碳酸酯、聚四氟乙烯；/n所述光纤包层的材料为聚甲基丙烯酸甲脂中掺杂有聚四氟乙烯、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物保偏光纤，其特征在于，所述光纤包括光纤包层和光纤芯，所述光纤包层包裹所述光纤芯；
所述光纤芯的材料为聚甲基丙烯酸甲脂中掺杂有聚碳酸酯、聚四氟乙烯；
所述光纤包层的材料为聚甲基丙烯酸甲脂中掺杂有聚四氟乙烯、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物。


2.根据权利要求1所述的聚合物保偏光纤，其特征在于，所述光纤芯横截面的几何形状为椭圆型。


3.根据权利要求1或2所述的聚合物保偏光纤，其特征在于，相对于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纤芯的掺杂材料的掺杂组分质量含量范围分别为：
聚碳酸酯的质量含量DPC101为1％-10％；
聚四氟乙烯的质量含量DPTFE101为0.1％-3％。


4.根据权利要求1或2所述的聚合物保偏光纤，其特征在于，相对于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纤包层的掺杂材料的掺杂组分质量含量范围分别为：
聚四氟乙烯的质量含量DPTFE102为0.5％-3％；
全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物的质量含量DPFA102为1％-8％。


5.根据权利要求1或2所述的聚合物保偏光纤，其特征在于，
所述光纤芯的折射率值n1为1.47-1.523；
所述光纤包层的折射率值n2为1.46-1.50；
光纤芯相对于光纤包层的折射率差百分比△12为0.11％-2.1％。


6.根据权利要求1或2所述的聚合物保偏光纤，其特征在于，
所述光纤芯的长轴直径与短轴直径的比值h为1.05-9；
光纤芯的长轴直径D1b为3μm-40μm；光纤芯的短轴直径D1a为3μm-8μm；
所述光纤包层的直径D2为33μm-110μm。


7.一种制造权利要求1-6任一项所述的聚合物保偏光纤的模具，其特征在于，
所述模具包括外壳和型芯，所述外壳包括圆柱段和漏斗段，所述型芯为椭圆柱，所述型芯设置在圆柱段中心，所述漏斗...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂峰，但晓红，蒋文慧，李垠松，李萌，周玉阳，黄卫军，
申请(专利权)人：武汉鑫光年光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42