一种保偏光纤及其制备方法技术

一种保偏光纤及其制备方法，包括位于中心的纤芯，所述纤芯的截面为椭圆形；所述纤芯的外侧为包围所述纤芯的环状内包层，所述内包层的外侧为截面为矩形的应力区；所述应力区的外侧为与应力区的形状相匹配的截面为环形的外包层；所述外包层的外侧为包层；所述纤芯、内包层、应力区、外包层以及包层均同心设置；并且应力区所包围的部分的截面面积与光纤截面的面积之比小于10％。该保偏光纤及其制备方法，将纤芯设计成椭圆型，使光纤同时具备几何型双折射以及应力型双折射，两者现象叠加，可以在保证同等的双折射情况下，继续减少应力区面积，优化其温度稳定性。且椭圆度也不需要太大既能保持同等的双折射，不影响光纤光学参数。

A polarization maintaining fiber and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种保偏光纤及其制备方法
本专利技术涉及一种保偏光纤及其制备方法。
技术介绍
保偏光纤，即偏振保持光纤，用于传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量；保偏光纤作为一种特种光纤，主要应用于光纤电流互感器，光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统，是一种具有广泛应用价值的特种光纤类型。保偏光纤产生双折射的机理主要是指来自材料内部的热应力和材料外部的机械应力，材料在受到应力引起材料折射率的变化即光弹效应而产生双折射。其设计原理是对光纤芯区施加应力，保偏光纤产品包括应力双折射保偏光纤和几何双折射保偏光纤。几何双折射保偏光纤实例是椭圆芯保偏光纤，将芯做成椭圆形，破坏光纤的圆对称性，提高光纤的双折射，增加两个正交偏振模的相速度差，达到保偏效果。由于没有应力区结构，光纤的温度稳定性较好，然而，几何型保偏光纤的双折射一般都不高，不适合使用在干涉时光纤陀螺中。应力双折射保偏光纤按应力施加区的结构不同，可分熊猫型、领结型、“一”字型等多种结构。这类光纤的特点是在光纤的包层中引入具有高膨胀系数的应力区挤压纤芯产生双折射效应。通过引入高膨胀系数的硼材料最为应力区，可以大大增加光纤的双折射。然而，硼对纤芯的应力也会随着温度的变化而变化，进而影响光纤陀螺的温度稳定性。熊猫型保偏光纤在制备过程中，需要在纤芯两边进行机械打孔，再插入应力棒。为避免打孔过程中破坏纤芯，打孔的位置无法靠纤芯太近；若想提供足够的双折射性能，必须适当增大应力区面积。应力区面积所占光纤截面积比例过大(约20％)，将会影响保偏光纤温度稳定性，因此，熊猫型保偏光纤目前大多只能应用于中低精度光纤陀螺。“一”字型保偏光纤，由于应力区离纤芯较近，只需较小的应力区就可以实现较高的双折射，可应用于高精度光纤陀螺中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种在保证光纤的双折射性能并且提高了光纤的温度稳定性的椭圆芯“一”字型保偏光纤。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种保偏光纤，包括位于中心的纤芯，所述纤芯的截面为椭圆形；所述纤芯的外侧为包围所述纤芯的环状内包层，所述内包层的外形为与所述纤芯的截面形状相匹配的椭圆形；所述内包层的外侧为截面为矩形的应力区；所述应力区的外侧为与应力区的形状相匹配的截面为环形的外包层；所述外包层的外侧为包层；所述包层的截面即整个光纤的截面形状为圆形；所述纤芯、内包层、应力区、外包层以及包层均同心设置；并且应力区所包围的部分的截面面积与光纤截面的面积之比小于10％。优选的，所述内包层的截面为厚度均一的环形；所述外包层的截面为厚度均一的环形。优选的，所述纤芯的长轴为5um-8um，短轴为3um-6um；所述内包层的厚度为0.5um-1.2um；所述应力区的长为20μm-25μm，宽为7μm-10μm；所述外包层的厚度为0.5um-1.2um；整个光纤的直径为50um-70um。优选的，所述纤芯的成分为SiO2、GeO2和F，采用均质掺杂设计，其中SiO2所占摩尔百分比为80～95，GeO2所占摩尔百分比为5～20，F所占摩尔百分比为0.5～2；所述内包层的成分为SiO2、GeO2和F，采用均质掺杂设计，其中SiO2所占摩尔百分比为95～98，GeO2所占摩尔百分比为0.1～2，F所占摩尔百分比为0.1～5；所述应力区的成分为SiO2、GeO2和B2O3，采用均质掺杂设计，其中SiO2所占摩尔百分比其中SiO2所占摩尔百分比为64～80,GeO2所占摩尔百分比为0.1～2，B2O3所占摩尔百分比为20～35；外包层的成分为SiO2、P和F，采用均质掺杂设计，其中SiO2所占摩尔百分比为96～98，P所占摩尔百分比为0.1～3，F所占摩尔百分比为0.1～2。上述保偏光纤的制备方法，其特征在于：1)基管预处理；2)在基管内侧沉积外包层；3)在外包层内侧沉积应力区；4)定向刻蚀应力区，使得应力区形成分离的两半；5)在应力区内侧沉积内包层；6)在内包层内侧沉积纤芯；7)对基管进行正向塌缩；8)对基管进行反向塌缩，制成实心的保偏光棒；9)对保偏光棒进行抛光，制成芯棒；10)将芯棒拉丝成光纤。优选的，上述步骤1)中，对基管进行酸洗和预热，去除基管内壁的杂质和气泡。优选的，上述步骤4)中的定向刻蚀，具体为在基管两端设置氢氧金属灯头产生热源，并且将灯头沿基管的长度方向来回移动，管内通入SF6使管内壁进行腐蚀反应，将应力区逐渐刻蚀。优选的，上述步骤7)中正向塌缩的遍数为4-6遍，步骤8)中反向塌缩的遍数为1-2遍。与现有技术相比，本专利技术的优点在于该保偏光纤及其制备方法，将纤芯设计成椭圆型，使光纤同时具备几何型双折射以及应力型双折射，两者现象叠加，可以在保证同等的双折射情况下，继续减少应力区面积，优化其温度稳定性。通过调控塌缩工艺中的管内压力，塌缩速度，进而可以灵活调节椭圆芯的椭圆度。在减少应力区所占截面占比情况下，并且由于椭圆芯效应叠加，双折射效应并不会减弱，大大提高光纤的温度稳定性。且椭圆度也不需要太大既能保持同等的双折射，不影响光纤光学参数。附图说明图1为本专利技术实施例的保偏光纤的截面示意图；图2为本专利技术实施例的保偏光纤的制备流程图。图3为本专利技术实施例的保偏光纤的沉积流程示意图，图3a为沉积外包层后的示意图，图3b为沉积应力区后的示意图，图3c为刻蚀应力区后的示意图，图3d为沉积内包层后的示意图，图3e为沉积纤芯后的示意图。图4为本专利技术实施例的保偏光纤截面上折射率分布图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保偏光纤，其特征在于：包括/n位于中心的纤芯(1)，所述纤芯(1)的截面为椭圆形；/n所述纤芯(1)的外侧为包围所述纤芯的环状内包层(2)，所述内包层的外形为与所述纤芯(1)的截面形状相匹配的椭圆形；/n所述内包层(2)的外侧为截面为矩形的应力区(3)；/n所述应力区(3)的外侧为与应力区的形状相匹配的截面为环形的外包层(4)；/n所述外包层(4)的外侧为包层(5)；/n所述包层(5)的截面即整个光纤的截面形状为圆形；/n所述纤芯(1)、内包层(2)、应力区(3)、外包层(4)以及包层(5)均同心设置；/n并且应力区(3)所包围的部分的截面面积与光纤截面的面积之比小于10％。/n

【技术特征摘要】
1.一种保偏光纤，其特征在于：包括
位于中心的纤芯(1)，所述纤芯(1)的截面为椭圆形；
所述纤芯(1)的外侧为包围所述纤芯的环状内包层(2)，所述内包层的外形为与所述纤芯(1)的截面形状相匹配的椭圆形；
所述内包层(2)的外侧为截面为矩形的应力区(3)；
所述应力区(3)的外侧为与应力区的形状相匹配的截面为环形的外包层(4)；
所述外包层(4)的外侧为包层(5)；
所述包层(5)的截面即整个光纤的截面形状为圆形；
所述纤芯(1)、内包层(2)、应力区(3)、外包层(4)以及包层(5)均同心设置；
并且应力区(3)所包围的部分的截面面积与光纤截面的面积之比小于10％。


2.如权利要求1所述的保偏光纤，其特征在于：所述内包层(2)的截面为厚度均一的环形；所述外包层(4)的截面为厚度均一的环形。


3.如权利要求1所述的保偏光纤，其特征在于：
所述纤芯(1)的长轴(D1)为5um-8um，短轴(D2)为3um-6um；
所述内包层(2)的厚度为0.5um-1.2um；
所述应力区(3)的长(L1)为20μm-25μm，宽(L2)为7μm-10μm；
所述外包层(4)的厚度为0.5um-1.2um；
整个光纤的直径为50um-70um。


4.如权利要求1所述的保偏光纤，其特征在于：所述纤芯的成分为SiO2、GeO2和F，采用均质掺杂设计，其中SiO2所占摩尔百分比为80％～95％，GeO2所占摩尔百分比为5％～20％，F所占摩尔百分比为0.5％～2％；
所述内包层的成分为SiO2、GeO2和F，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐律，缪振华，冯术娟，赵霞，侯树虎，卞新海，韩婷婷，
申请(专利权)人：无锡法尔胜光电科技有限公司，法尔胜泓昇集团有限公司，江苏法尔胜光电科技有限公司，江苏法尔胜光通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32