一种低掺硼应力棒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒及其制备方法和应用，通过设计合理的波导结构和控制掺杂工艺制备出应力均匀的低掺硼应力棒，以解决最后拉丝的研磨型光纤研磨易裂的问题，先采用PCVD工艺在石英衬管的内壁上沉积硼掺杂浓度均匀的硼掺杂区，形成沉积预制件；将所得沉积预制件熔缩成实心的低掺硼应力棒。该低掺硼应力棒匹配常规保偏芯棒后，在高温熔融状态下拉丝得到的研磨光纤不易裂，同时，该方法具有工艺路线简单，制备周期短、批次一致性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种低掺硼应力棒及其制备方法和应用
本专利技术涉及光纤制备
，特别涉及一种用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒及其制备方法、以及研磨型保偏光纤。
技术介绍
研磨型保偏光纤作为一种特种光纤，主要应用于导弹制导、光纤陀螺、光纤水听器等传感器、密集型光波复用技术(DWDM)和掺铒光纤放大器(EDFA)等光纤通信系统。低掺硼应力棒是用于制备研磨型保偏光纤的重要材料之一。目前使用最多的是熊猫型保偏研磨光纤，其方法是使用PCVD方法分别制备光纤预制棒及掺硼应力棒；然后使用石英深孔技术在光纤预制棒上打出两个预先设计的对称圆孔，再将该掺硼应力棒插入打孔的光纤预制棒，组合成熊猫型保偏研磨光纤预制棒；最后，熊猫型保偏研磨光纤预制棒通过拉丝塔拉丝，得到熊猫型保偏研磨光纤。然而，拉丝好的研磨型光纤在研磨过程中容易爆裂。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒及其制备方法，及利用该低掺硼应力棒制备的光纤，以解决相关技术中应力区应力分布不均，导致最后拉丝的研磨型光纤研磨易裂的问题。本专利技术提供技术方案具体如下：本专利技术提供的用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，由低掺硼石英芯棒和纯石英包层组成，低掺硼石英芯棒的折射率n(r)根据公式(I)呈弧形分布：n(r)＝na×(1-4×Δa×(r/d)2α)0.5(I)其中，na为低掺硼石英芯棒中心的折射率，Δa为低掺硼石英芯棒中心的相对折射率，r为低掺硼石英芯棒的折射率剖面图中拟合点距低掺硼石英芯棒中心的距离，d为低掺硼石英芯棒的半径，α为折射率分布系数，α≥1.5，0＜r/d≤1。作为上述技术方案的优选，低掺硼石英芯棒中硼的掺杂浓度是均匀的。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒中硼掺杂浓度为4mol％至8mol％。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒中硼与石英的质量比为2％至20％。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒中心的相对折射率Δa满足-0.6％≤Δa≤-0.2％，低掺硼石英芯棒外缘的相对折射率Δb满足-0.6％≤Δb≤-0.2％，且折射率分布系数α满足1.5≤α≤4.0，几何不圆度≤1.5％。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒外缘的相对折射率Δb为-0.2％，低掺硼石英芯棒中心的相对折射率Δa为-0.6％。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒外缘的相对折射率Δb为-0.38％，所述低掺硼石英芯棒中心的相对折射率Δa为-0.42％。作为上述技术方案的进一步优选，石英包层的外径D与所述低掺硼石英芯棒的半径d的关系为1.2≤D/2d≤1.8。作为上述技术方案的进一步优选，石英包层的外径D为15mm～27mm。本专利技术还提供上述用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒的制备方法，包括以下步骤：采用PCVD工艺在石英衬管的内壁上沉积硼掺杂浓度均匀的硼掺杂区，形成管状的沉积预制件；在8-20Mbar的成棒压力下，控制炉体整体温度分布符合高斯分布，其中，炉体中间温度为X，炉体两边温度为X-75±25，850℃≤X≤1300℃，将所得沉积预制件熔缩成实心的硼掺杂应力棒。本专利技术还提供一种研磨型保偏光纤，将上述用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒填充到打完孔的保偏研磨芯棒中，拉丝即成。本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术通过设计合理的波导结构和掺杂工艺制备的低掺硼应力棒，该低掺硼应力棒应力分布均匀，匹配常规保偏芯棒后，保证双折射性能不变，在高温熔融状态下拉丝得到的研磨光纤不易裂，有效提高了光纤研磨不裂的性能，使研磨型保偏光纤的熔接效率和研磨性能从50％提高到80％。(2)本专利技术采用PCVD等离子化学沉积法，以BCl3和SiCl4为原料，采用逐步降低Si流量掺杂的方式，对硼掺杂区中心区各掺杂元素的挥发进行了补偿，避免了硼掺杂区中心区掺杂剂过少的问题，同时实现硼掺杂区的高效沉积，该方法工艺简单，操作难度较低，具有制备周期短、批次一致性好的优点。(3)本专利技术采用压力和高斯分布的温度控制熔缩的工艺，提高了低掺硼石英芯棒的几何对称性，降低了熊猫眼和包层开裂的几率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的匹配保偏研磨芯棒的低掺硼应力棒的结构示意图；图2为本专利技术提供的匹配保偏研磨芯棒的低掺硼应力硼棒折射率剖面图；图3为本专利技术设计的匹配保偏研磨芯棒的低掺硼应力硼棒的沉积预制件剖面图；其中，1为低掺硼石英芯棒，2为纯石英包层(石英衬管)，3-硼掺杂区。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本文中，相对折射率(Δ％)的定义为：Δ％＝(ni2-n02)/(2ni2)*100％，其中，ni为第i层光纤材料的折射率，n0为纯石英玻璃的折射率。本专利技术提供了一种用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其能解决保偏光纤由于应力区应力分布不均，导致最后拉丝的研磨型光纤研磨易裂的问题。该低掺硼应力棒由低掺硼石英芯棒和纯石英包层组成，低掺硼石英芯棒的折射率n(r)根据公式(I)呈弧形分布：n(r)＝na×(1-4×Δa×(r/d)2α)0.5(I)其中，na为低掺硼石英芯棒中心的折射率，Δa为低掺硼石英芯棒中心的相对折射率，r为低掺硼石英芯棒的折射率剖面图中拟合点距低掺硼石英芯棒中心的距离，d为低掺硼石英芯棒的半径，α为折射率分布系数，α≥1.5，0＜r/d≤1。作为上述技术方案的优选，低掺硼石英芯棒中硼的掺杂浓度是均匀的。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒中硼掺杂浓度为4mol％至8mol％。作为上述技术方案的进一步优选，低掺硼石英芯棒中心的相对折射率Δa满足-0.6％≤Δa≤-0.2％，低掺硼石英芯棒外缘的相对折射率Δb满足-0.6％≤Δb≤-0.2％，且折射率分布系数α满足1.5≤α≤4.0，几何不圆度≤1.5％。本专利技术还提供上述用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒的制备方法，包括以下步骤：采用PCVD工艺在石英衬管的内壁上沉积低掺杂的硼掺杂区形成沉积预制件；在8-20Mbar的成棒压力下，控制炉体整体温度分布符合高斯分布，炉体中间温度为1300℃，炉体两边温度为850℃，将所得沉积预制件熔缩成实心的硼掺杂应力棒。本专利技术还提供一种研磨型保偏光纤，将上述用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其特征在于，由低掺硼石英芯棒和纯石英包层组成，所述低掺硼石英芯棒的折射率n(r)根据公式(I)呈弧形分布：/nn(r)＝n

【技术特征摘要】
1.一种用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其特征在于，由低掺硼石英芯棒和纯石英包层组成，所述低掺硼石英芯棒的折射率n(r)根据公式(I)呈弧形分布：
n(r)＝na×(1-4×Δa×(r/d)2α)0.5(I)
其中，na为低掺硼石英芯棒中心的折射率，Δa为低掺硼石英芯棒中心的相对折射率，r为低掺硼石英芯棒的折射率剖面图中拟合点距低掺硼石英芯棒中心的距离，d为低掺硼石英芯棒的半径，α为折射率分布系数，α≥1.5，0＜r/d≤1。


2.根据权利要求1所述的用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其特征在于：所述低掺硼石英芯棒中硼的掺杂浓度是均匀的。


3.根据权利要求2所述的用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其特征在于：所述低掺硼石英芯棒中硼的掺杂浓度为4mol％～8mol％。


4.根据权利要求1所述的用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其特征在于：低掺硼石英芯棒中心的相对折射率Δa满足-0.6％≤Δa≤-0.2％，低掺硼石英芯棒外缘的相对折射率Δb满足-0.6％≤Δb≤-0.2％，且折射率分布系数α满足1.5≤α≤4.0，几何不圆度≤1.5％。


5.根据权利要求1所述的用于制备研磨型保偏光纤的低掺硼应力棒，其特征在于：所述低掺硼石英芯棒边缘的相对折射率Δb为...

【专利技术属性】
技术研发人员：田俊，柯一礼，罗文勇，杜城，张涛，余远，
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，
类型：发明
国别省市：湖北;42