一种掺钛保偏光纤的制备方法技术

本发明专利技术属于光纤通信领域，具体指的是一种掺钛保偏光纤制备方法。本发明专利技术在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛（ＴｉＯ２），形成含ＴｉＯ２成分的纤芯和外包层结构。在保偏光纤的芯部沉积的二氧化钛含量不大于１．５％；在保偏光纤的外包层沉积的二氧化钛含量不大于２％。在应力棒的制备过程中，采用ＭＣＶＤ工艺制备，在应力棒中沉积含量为１４－１５％的氧化硼（Ｂ２Ｏ３）。本发明专利技术的优点是，是一种有效的改善保偏光纤热稳定性的方法，在保证光纤参数不变的情况下，降低光纤的热膨胀系数，使温度性能大大提高，其对环境温度的适应性显著增强，适合于所有不同应力型保偏光纤生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤通信领域，具体指的是可提高保偏光纤热稳定性的一种掺钛保偏光纤制备方法。
技术介绍
近年来，随着我国光纤陀螺技术的发展，偏振保持光纤(尤其熊猫型保偏光纤)的 研发取得了重要进展。实现了标准化、产业化。达到了国际商品化水平。实现了我国中、低 精度(0. 1° 1.0° /h)光纤陀螺的小批量生产。 当前，高精度光纤陀螺研发受到了热稳定性的困扰(-50 75°C )。而保偏光纤则 成为主要攻关难题之一。应力型(熊猫、蝶结、椭圆包层)保偏光纤因其构成的组份不同， 而热膨胀系数差异很大，总的热膨胀率也相对很高。要提高其热稳定性只有改变其结构组 份。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种掺钛保偏光纤制备方法，针对常规的保偏光纤在制备高精度陀螺时存在的温度性能不稳定等问题的情况下，通过改变光纤内部结构中的各组分，采用化学气相沉积技术，掺入一定浓度的二氧化钛(Ti02)，降低光纤的热膨胀率，提高其热稳定性。 可降低光纤的热膨胀系数，使光纤温度性能大大提高。 本专利技术的实现由以下技术方案完成 —种掺钛保偏光纤的制备方法，在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相 沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛(Ti02)，形成含Ti02成分的纤芯和外 包层结构。 在保偏光纤的芯部沉积的二氧化钛含量不大于1. 5% ;在保偏光纤的外包层沉积 的二氧化钛含量不大于2%。 在应力棒的制备过程中，采用MCVD工艺制备，在应力棒中沉积含量为14_15%的 氧化硼(B203)。 在沉积二氧化钛(Ti02)过程中，所使用的沉积原料为四氯化钛(TiC14)，其纯度 不小于99. 999%。 化学气相沉积中反应生成的二氧化钛(Ti02)与二氧化硅(Si02)呈四面体网络结 构。 制备光纤预制棒的基管采用掺二氧化钛(Ti02)含量不大于2%的高纯掺钛石英管。 制备光纤预制棒的基管采用普通光纤基管，并在基管内壁沉积二氧化钛(Ti02) 含量不大于2%的的石英外包层。 为保证保偏光纤的光学参数，在保偏光纤预制棒的内包层采用纯石英层或在纯石英层中掺入小量的磷及氟。 本专利技术的优点是，本专利技术是一种有效的改善保偏光纤热稳定性的方法，在保证光 纤参数不变的情况下，降低光纤的热膨胀系数，使温度性能大大提高，其对环境温度的适应 性显著增强。本专利技术提出的掺二氧化钛(Ti02)保偏光纤工艺，适合所有不同应力型保偏光 纤生产，即熊猫型、蝶结型、椭圆包层型保偏光纤等均适合。 附图概述 附图说明图1 :熊猫型保偏光纤截面组份分布示意图； 图2 :蝶结型保偏光纤截面组份分布示意图； 图3 :椭圆包层型保偏光纤截面组份分布示意图； 图4 :石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与折射率的关系； 图5 :石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与折射率的关系； 图6 :石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与热膨胀系数的关系； 图7 :石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与热膨胀系数的关系； 图8 :未掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图； 图9 :掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图； 图10 :保偏光纤均热膨胀系数变化示意图。具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便 于同行业技术人员的理解 本专利技术是在保偏光纤预制棒制备过程中掺入低膨胀系数(-25X10-7厂C )的 Ti02，以提高保偏光纤的热稳定性，这对于高灵敏度光纤传感器的研制是很重要的。本专利技术 方法应用于各种类型保偏光纤，如熊猫型、蝶结型以及椭圆包层型保偏光纤等。其结构组成 如附图l至图3所示。 本专利技术的步骤方法、注意事项及计算结果如下 (1).在保偏光纤预制棒制备过程中，在其芯层和外包层掺入二氧化钛(Ti02)，用 MCVD、 PCVD、 0VD、 VAD工艺方法均可完成。 为保证光纤参数不变，参考附图4-7，图4为石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与折 射率的关系；图5为石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与折射率的关系；图6为石英玻璃中 二氧化钛(Ti02)浓度与热膨胀系数的关系；图7为石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与热 膨胀系数的关系。 (2).预制棒外包层，可用特制的掺Ti02石英管，或套管。 (3).采用常规的化学气相沉积技术。四氯化钛(TiC14)在沉积层分布均匀，无变 价和析晶，呈四面体结构，热膨胀系数(ciTi02X10-7/°C)为负值。 (4).在芯层掺入Ti02的量《1. 5%。以保持光纤的低损耗{《1. 5dB/km(工作 波长1.3iim))。 (5).外包层部分掺入Ti02的量《2X，外包层的折射率n3《1. 4650。 (6).内包层组成为Si02+P205(微量)+Si01.5F(微量)，折射率n2 1.4580。 (7).光纤折射率分布呈W型。附图8为未掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图；图9为掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图。如附图9所示，光纤折射率分布呈 W型，抗弯性能良好。(8).热膨胀系数(a X 10_7/°C )计算方法如下 以80 ii m光纤，1000m为例。下表1、表2分别为常见保偏光纤(80 ii m)以及本发 明的掺钛保偏光纤(80 ym)的总平均热膨胀系数理论计算图。 表1 :、保偏光纤(80 m)总平均热膨胀系数理论计算 <table>table see original document page 5</column></row><table> 表2 :掺钛保偏光纤(80 m)总平均热膨胀系数理论计算 <table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table> 其中，a芯、a包、a B :代表纤芯、包层、应力区的热膨胀系数X 10_7/°C ， XSi02 % 、 XGe02 % 、 XTi02 % 、 XB203 %所含百分比例。 ① V芯、V包、VB，体积(cm3)的计算 a芯=(aSi02XXSi02%+aGe02XXGe02%+aTi02XXTi02%)X10-7/°C= [5X0.945+76 X0. 04+(-25) X0. 015] X 10-7%= 7. 39X10-7% a包、aB计算方法同上； 最后得出a ￥ts :光纤平均热膨胀系数。如附图10所示为保偏光纤均热膨胀系数 变化示意图。对比掺1102前后，光纤的热膨胀系数明显降低。 ②.经计算在125iim、80iim保偏光纤(熊猫型)掺入Ti02，其结果热膨胀系数下 降13. 5 14. 0%。热稳定性明显改善。③ 125 ii m保偏光纤热稳定性较80 ii m同类(熊猫型)高出20 % 。 本专利技术应用MCVD工艺，以气相掺杂技术，让高纯四氯化钛(TiC14)在高温下反应， 形成高度均匀的Ti02沉积层，呈四面体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征在于：在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛，形成含二氧化钛成分的纤芯和外包层结构。

【技术特征摘要】
一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征在于在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛，形成含二氧化钛成分的纤芯和外包层结构。2. 根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在保偏光纤的芯部沉积的二氧化钛含量不大于1. 5%。3. 根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在保偏光纤的外包层沉积的二氧化钛含量不大于2%。4. 根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在应力棒的制备过程中，采用MCVD工艺制备，在应力棒中沉积含量为14-15%的氧化硼。5. 根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在沉积二氧化钛过...

【专利技术属性】
技术研发人员：申云华，文雁平，
申请(专利权)人：上海亨通光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]