一种实芯保偏无截止单模微结构光纤及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种实芯保偏无截止单模微结构光纤及其制备工艺，该光纤包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，内包层包含有多圈空气孔，在径向截面上每圈空气孔的中心连线构成正六边形，最内圈的空气孔中的1个或对称分布的2个或连续的3个空气孔定义为第一空气孔，而其余的空气孔定义为第二空气孔，第一空气孔的孔径小于第二空气孔的孔径，第二空气孔的孔径与相邻两个空气孔的中心之间的间距的比值小于0.42；优点是该光纤支持无截止单模、大模场面积、色散可调、可传输线偏振光、双折射，且制备简单，无需掺杂硅酸盐玻璃应力棒，能维持光纤微结构，制备成本低、制备良品率高。

【技术实现步骤摘要】
一种实芯保偏无截止单模微结构光纤及其制备工艺
本专利技术涉及一种光纤及其制备技术，尤其是涉及一种实芯保偏无截止单模微结构光纤及其制备工艺。
技术介绍
保偏光纤作为特种光纤的一种，顾名思义，能传输线偏振光，并保持光的偏振态在传输过程中不变或很少变化。保偏光纤被广泛应用于航天航空、工业制造、无人驾驶、通信等多个领域。光纤保偏的实现方式有两种：一种实现方式是在纤芯两边对称地添加应力区(例如使用硼硅酸盐玻璃作为应力区材料)，基于内应力提高纤芯的双折射，实现保偏效果，此类常见的光纤有熊猫型光纤或领结型光纤；另一种实现方式是将纤芯做成椭圆形，基于模场几何形态非中心对称性提高纤芯的双折射，实现保偏，这种实现方式的光纤结构复杂，需要较高的制备技术。因此，熊猫型保偏光纤是目前广泛应用的一种保偏光纤，应用于军工、国防等重要领域。例如：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。保偏光纤作为传感单元，光纤陀螺及光纤水听器等可被用于军事，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤曾经被西方发达国家列入对我国禁运的清单。无截止单模光子晶体光纤(Endlesslysingle-modephotoniccrystalfiber)作为光子晶体光纤的一种特殊结构，1997年由英国巴斯大学的TimBirks、JonathanKnight和PhilipRussell教授专利技术。这种光纤因结构上的特殊设计，可以实现在光纤的整个导光窗口，仅仅支持单模传输，而这单模传输与纤芯的直径和传输波长无关，因此称为无截止单模。具体要求为：光纤采用纯石英玻璃，在光纤的包层中引入周期性排列的二维空气孔，以降低包层的有效折射率，从而满足中央的纤芯区域具有较高的折射率分布。基于全反射原理，光能够局限在中央的纤芯区域范围内。但是，以上条件并非无截止单模的必要条件。这里需要先定义：光纤的包层中的周期性排列的二维空气孔的孔直径为d，孔间距为∧。为了实现单模传输，孔直径与孔间距的比值必须满足d/∧<0.42。在这种情况下，光纤实现无截止单模传输。如前所述，这种单模传输与传输波长和纤芯的直径无关。也就意味着可以通过等比例放大整个光纤结构，实现大模场单模。实际应用中，模场面积可以比普通单模光纤高2个数量级。这一特性对于开发高功率激光器是非常有利的，既可以通过扩大模场面积提高光纤的损伤阈值，又能保证激光的单模输出。因以上特性，这种光纤自专利技术之日起就获得了广泛关注。德国耶拿大学在此技术上，开发了超大模场的rod-type光子晶体光纤结构并用于高功率大模场激光器研发上，获得了瞩目成绩。通过多级相干合成，他们实现了输出功率1200瓦，单个脉冲12毫焦，脉宽小于300飞秒的高功率超快激光器。在实际应用中，随着激光器的长足发展，大模场单模光纤对于保偏的需求，也获得了越来越多的关注。而到目前为止，并没有一个合适的解决方案。国外的NKT虽然提出了在光纤微结构的两端添加应力区实现大模场，无截止单模保偏，但是这种方法只是把普通的保偏光纤(例如熊猫型光纤)与光子晶体光纤简单组合，光纤制备难度大，并且由于需要在应力区使用硅酸盐玻璃，其玻璃转换温度及拉丝温度要远低于纯石英玻璃，导致拉丝过程中维持光纤微结构极为困难，因此这种方法并没有被广泛采用。
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实芯保偏无截止单模微结构光纤及其制备工艺，该制备工艺制备得到的光纤支持无截止单模、大模场面积、色散可调、可传输线偏振光、双折射，且制备简单，在制备过程中无需掺杂硅酸盐玻璃应力棒，能够维持光纤微结构，制备成本低、制备良品率高。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，所述的内包层包含有多圈空气孔，在径向截面上每圈所述的空气孔的中心连线构成一个正六边形，最内圈的所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的2个所述的空气孔或连续分布的3个所述的空气孔定义为第一空气孔，而其余所有所述的空气孔定义为第二空气孔，所述的第一空气孔的孔径小于所述的第二空气孔的孔径，使所述的实芯纤芯的模场形状呈椭圆形且具有高双折射，所述的第二空气孔的孔径与相邻两个所述的空气孔的中心之间的间距的比值小于0.42。所述的第一空气孔的孔径与所述的第二空气孔的孔径的比值为0.1～0.9。所述的内包层包含有至少三圈所述的空气孔。为了维持该光纤的整体结构的均匀性，一般使内包层包含有三圈以上的空气孔。所述的内包层包含的所述的空气孔的数量为36～396个。在此，内包层包含的空气孔的数量在理论上无限制，但为了平衡光纤损耗和光纤总体尺寸，可将空气孔的数量限制在36～396个。所述的第一空气孔的数量为2个，且对称分布于最内圈的所述的空气孔中。该实芯保偏无截止单模微结构光纤的直径为50微米～2毫米。可以通过等比例放大光纤整体尺寸来实现大模场单模传输，理论上没有上限，一般情况下将直径限制在50微米～2毫米范围内。一种实芯保偏无截止单模微结构光纤的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：步骤1：以一根石英毛细棒为中心，并自内向外紧贴堆栈多圈石英毛细管，形成一个径向截面为正六边形的堆栈体；其中，石英毛细棒的直径与所有石英毛细管的外径一致，石英毛细棒的外壁与最内圈的石英毛细管即与其相邻的石英毛细管的外壁紧贴，相邻的两根石英毛细管的外壁紧贴，将最内圈的石英毛细管中的1根石英毛细管或对称分布的2根石英毛细管或连续分布的3根石英毛细管定义为第一石英毛细管，将其余所有石英毛细管定义为第二石英毛细管，第一石英毛细管的毛细孔的孔径小于第二石英毛细管的毛细孔的孔径；步骤2：将一根石英外套管套于堆栈体外，堆栈体中位于角上的六根石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁靠近，并在堆栈体的最外圈的石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁之间的空隙中插入不同尺寸的石英结构支撑毛细棒以维持堆栈体的结构稳定，至此得到光纤预制棒；一般情况下，可选取内径略大于堆栈体的外接圆的直径100～200微米的石英外套管。步骤3：对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝的过程中控制光纤预制棒中第一石英毛细管的毛细孔内的压力、第二石英毛细管的毛细孔内的压力、石英毛细管之间的空隙内的压力、石英毛细管与石英毛细棒之间的空隙内的压力、石英毛细管与石英外套管之间的空隙内的压力，而对第一石英毛细管的毛细孔内的压力进行独立分压控制，得到实芯保偏无截止单模微结构光纤，该实芯保偏无截止单模微结构光纤包括由石英外套管熔融后形成的环形实心结构的外包层、由所有石英毛细管和所有石英结构支撑毛细棒熔融后形成的具有空气孔周期性分布的内包层、由石英毛细棒熔融后形成的位于光纤几何中心且模场形状为椭圆形的具有高双折射的实芯纤芯，内包层包含有多圈空气孔，在径向截面上每圈空气孔的中心连线构成一个正六边形，第一石英毛细管熔融后其毛细孔为第一空气孔，第二石英毛细管熔融后其毛细孔为第二空气孔，第一空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，所述的内包层包含有多圈空气孔，在径向截面上每圈所述的空气孔的中心连线构成一个正六边形，最内圈的所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的2个所述的空气孔或连续分布的3个所述的空气孔定义为第一空气孔，而其余所有所述的空气孔定义为第二空气孔，所述的第一空气孔的孔径小于所述的第二空气孔的孔径，使所述的实芯纤芯的模场形状呈椭圆形且具有高双折射，所述的第二空气孔的孔径与相邻两个所述的空气孔的中心之间的间距的比值小于0.42。/n

【技术特征摘要】
1.一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，所述的内包层包含有多圈空气孔，在径向截面上每圈所述的空气孔的中心连线构成一个正六边形，最内圈的所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的2个所述的空气孔或连续分布的3个所述的空气孔定义为第一空气孔，而其余所有所述的空气孔定义为第二空气孔，所述的第一空气孔的孔径小于所述的第二空气孔的孔径，使所述的实芯纤芯的模场形状呈椭圆形且具有高双折射，所述的第二空气孔的孔径与相邻两个所述的空气孔的中心之间的间距的比值小于0.42。


2.根据权利要求1所述的一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于所述的第一空气孔的孔径与所述的第二空气孔的孔径的比值为0.1～0.9。


3.根据权利要求1所述的一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于所述的内包层包含有至少三圈所述的空气孔。


4.根据权利要求3所述的一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于所述的内包层包含的所述的空气孔的数量为36～396个。


5.根据权利要求1所述的一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于所述的第一空气孔的数量为2个，且对称分布于最内圈的所述的空气孔中。


6.根据权利要求1所述的一种实芯保偏无截止单模微结构光纤，其特征在于该实芯保偏无截止单模微结构光纤的直径为50微米～2毫米。


7.一种实芯保偏无截止单模微结构光纤的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：以一根石英毛细棒为中心，并自内向外紧贴堆栈多圈石英毛细管，形成一个径向截面为正六边形的堆栈体；其中，石英毛细棒的直径与所有石英毛细管的外径一致，石英毛细棒的外壁与最内圈的石英毛细管的外壁紧贴，相邻的两根石英毛细管的外壁紧贴，将最内圈的石英毛细管中的1根石英毛细管或对称分布的2根石英毛细管或连续分布的3根石英毛细管定义为第一石英毛细管，将其余所有石英毛细管定义为第二石英毛细管，第一石英毛细管的毛细孔的孔径小于第二石英毛细管的毛细孔的孔径；
步骤2：将一根石英外套管套于堆栈体外，堆栈体中位于角上的六根石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁靠近，并在堆栈体的最外圈的石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁之间的空隙中插入不同尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：江昕，郑羽，付晓松，邹琪琳，
申请(专利权)人：艾菲博宁波光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33