CN101943767A - 一种纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤及制备方法。首先将制备好的若干种折射率有微小差异的光纤芯料分段截取相同长度；选择直径尺寸适当的高纯石英玻璃棒和高纯石英玻璃内套管与高纯石英玻璃外套管；将高纯石英玻璃内套管沿径向切割开，构成若干块高纯石英构件；将备好的折射率有微小差异的光纤芯料、高纯石英玻璃棒、高纯石英构件组合插入高纯石英外套管之中，封住一侧端头，构成多芯光纤预制棒。由于该光纤的几个纤芯的折射率各有一定微小的差异，在制作多芯光纤光栅时可以用同一块相位掩模板同时写出多个具有不同反射光谱的光纤光栅，进而制作各种新型光纤器件和光纤传感器。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光纤及光纤的制备方法，具体涉及一种纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤制备方法。
背景技术
普通的光纤一般为单芯结构，而多芯光纤是指在光纤包层之中含有一组轴向平行的多个光纤芯。一般情况下单个光纤芯的直径在几个微米到几十个微米之间，整根光纤的外径为125um。多个纤芯是由沉积了某些稀土元素例如Nd、Er、Yb、Ho、Tm、Pr、Eu、Ce、Dy、Sm、Tb、Gd、Pm等成份构成。多芯光纤的光学特性是将光导入多个光纤芯中实现的，其光纤性能主要依赖于光纤芯的稀土元素成份。为了得到所需的多芯光纤，其光纤预制棒的制作通常采用在普通的玻璃硅基材料上沉积稀土元素，实现其光纤芯的折射率高于光纤包层的折射率。多芯光纤预制棒的制备技术与工艺已经成为微结构多芯光纤制备技术的热点，各种新型微结构多芯光纤为制造各种新型光纤传感器和光纤通信器件提供了难得的良机。
美国专利(Optical Fiber Lasers and Amplifiers，United States Patent，PatentNumber4,815,079，1989)给出了一种偏芯结构双芯光纤，美国专利(Optical FiberStructure for Efficient Use of Pump Power，United States Patent，PatentNumber5,533,163，1996)给出了一种六边形包层结构的光纤，其它结构的光纤还有D形纤芯结构光纤如美国专利(Double-core light-conducting fiber，process forproducing the same，double-core fiber laser，and double-core fiber amplifier，UnitedStates Patent，Patent Number5,864,645，1999)等等。上述光纤的纤芯一般都是经过化学沉积掺杂稀土元素制成，而多样性的多芯几何结构造成了其光纤预制棒制备过程中存在一定困难。
美国专利(Cladding Member for Optical Fibers and Optical fibers Formed withThe Cladding Member，United States Patent，Patent Number6,483,973，2002)给出了一种多芯结构光纤，在该光纤中心为通常的掺杂光纤芯，在光纤芯周围还存在一组纤芯，这组光纤芯掺杂了不同于光纤芯的稀有元素成份从而构成了一种新型的双包层光纤，在空间结构上可以是三芯结构、四芯结构、七芯结构等，通过多个纤芯与中央纤芯之间的折射率不同实现泵浦光的传输。该光纤的多芯结构可以是空心空气孔或者是掺杂不同成份的实芯光纤芯，掺杂的成份根据需要各不相同。然而这种经过化学沉积方法制备多个纤芯折射率不同的光纤方法存在着一定的困难，其多个纤芯之间的位置关系不易精确定位，且其纤芯折射率差异难于控制。对制备光纤的要求和条件很高，制备难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在制作多芯光纤光栅时可以用同一块相位掩模板同时写出多个具有不同反射光谱的光纤光栅，进而制作各种新型光纤通信器件和光纤传感器的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤。本发明的目的还在于提供一种可以降低光纤预制棒的制作难度，解决多芯光纤制作的经济性问题的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤，包括分布于光纤包层中的至少2个光纤芯，各个光纤芯具有微小的折射率差异，而且光纤芯为方型几何结构。
所述光纤芯为2-4个。
本发明的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤的制备方法为：在外层石英玻璃管和内部实芯石英玻璃棒之间插入所需结构的高纯石英构件，在高纯石英构件间间隔处插入折射率不同的光纤芯，烧结一侧端头制成光纤预制棒；在光纤拉丝塔上进行拉丝，拉丝时在光纤预制棒的未烧结另一侧采用内部负压技术使拉出光纤芯为方型几何结构的多芯光纤。
所述所需结构的高纯石英构件是将要插入外层石英玻璃套管和内部实芯玻璃棒之间区域的内层石英管沿径向切割为至少2块，并研磨被切割的内层石英管径向表面，内层石英管的切割端面之间的间隔距离尺寸等于要插入的光纤芯直径。
对外层石英玻璃管、高纯石英构件、实芯玻璃棒和光纤芯分别作酸腐蚀与1100度高温抛光的综合洁净处理。
与现有技术相比本发明具有非常显著的效果：
(1)折射率具有微小差异的多个光纤芯可以通过MCVD方法制备得到，获取方便。通过玻璃冷加工方法制备高纯石英玻璃构件简便可行。通过组合插棒工艺很方便的实现二芯、三芯、四芯或者多芯光纤预制棒的结构。因此该工艺方法具有制备工艺简单、经济性好的优点。
(2)可以灵活的选择石英外套管、石英构件、光纤芯、石英玻璃棒的直径尺寸，通过组合插棒工艺实现多种多芯几何结构光纤预制棒，拉制出从几个微米到几十微米的多芯光纤。因此该方法设计灵活、使用方便，可以满足不同场合需要，应用范围广。
(3)基于上述方型芯多芯光纤每个纤芯的折射率差异，可以采用同一块相位掩模板写出多个具有不同反射光谱的光纤光栅，进而可以制作出新型光纤光栅或光纤通信器件。
附图说明
图1是正三角形三芯光纤预制棒截面示意图。
图2是正三角形三芯方型芯光纤截面示意图。
图3是等腰直角三角形三芯方型芯光纤截面示意图。
图4是二芯对称芯光纤截面示意图。
图5是二芯偏芯光纤截面示意图。
图6是四芯正方形多芯光纤截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述，但不应限制本发明的实现范围：
本发明提供一种纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤制备方法，这种方型芯多芯光纤是由包层、若干个具有微小折射率差异的方型光纤芯构成。
所述的光纤预制棒的制备过程是通过如下方法实现的：首先用MCVD方法制备出若干种的折射率不同的大芯径单模光纤芯，截取相同的长度各种光纤芯若干根除去涂覆层备用。
然后选择尺寸适当的外层石英玻璃管、内层石英玻璃管与实芯石英玻璃棒。将内层石英管按照所需多芯光纤端面的规格，沿径向切割为端面对称结构并研磨被切割的玻璃管径向表面，被切割去的高纯石英构件尺寸等于要插入的光纤芯的直径。在外层石英玻璃管和内部实芯石英玻璃棒之间插入所需结构的高纯石英构件，在高纯石英构件之间插入折射率不同的光纤芯，组合在一起后烧结一侧端头实现其光纤预制棒的制备。
在光纤拉丝塔上拉丝时，在光纤预制棒的另一侧端头上采用了内部负压技术拉出光纤芯为方型几何结构的多芯光纤。
本发明的技术特征还在于：
1.所述的石英外套管为高纯石英外套管，其外径和内径尺寸可以根据需要选定。
2.所述的若干根单芯光纤是一组规格与性能基本相同的单模光纤芯，它们之间唯一的区别在于，各个纤芯的折射率之间有微小的差异。所述的若干根单芯光纤可以是采用MCVD方法制备的若干种大芯径单模光纤芯，还可以是商业获得的折射率具有微小差异的大芯径单模光纤芯。
3.所述的高纯石英构件是将外径等于外套管内径的石英玻璃管沿径向切割开来，研磨其被切割表面，使每个相邻的两个被研磨掉表面尺寸正好等于要插入的单模光纤芯直径。
4.所述的一根实芯石英玻璃是一根高纯实芯石英玻璃，其外径尺寸等于高纯石英构件的内径。
5.将所述一根实芯石英玻璃棒、一组高纯石英构件和一组单芯光纤依次插入高纯石英外套管之中，实现光纤预制棒的制作。所述的光纤预制棒制备是在超净间的条件下施行，并对外层石英玻璃管、高纯石英构件、实芯玻璃棒和光纤芯分别作酸腐蚀与1100度高温抛光的综合洁净处理。
6.所述的一组光纤芯可以是二芯、三芯、四芯或者多芯，与之相对应一组高纯石英构件分别是二块、三块、四块或者多块。多芯光纤的位置关系可以为对称形式、偏心形式、等边三角形、等边直角三角形、方形、矩形、正多边形等多种排列几何结构。
7.将组合好的光纤预制棒一端在高温氢氧焰条件下经过端部预烧结后制备出光纤预制棒。在光纤拉丝塔上拉丝过程时，在光纤预制棒的另一端采用抽真空方法抽出多个光纤芯与高纯石英构件间隙空气，在高温熔融状态下拉出方型芯多芯光纤。
下面是本发明的一种具体实施方式：
用MCVD方法制备出若干种的折射率有微小差异的大芯径单模光纤芯，截取相同的长度各种光纤芯若干根除去涂覆层备用。
正三角形三芯光纤预制棒的制备(如图1所示)。首先用玻璃切割机将直径等于高纯石英玻璃外套管1内径的高纯石英玻璃内套管沿径向三等份切开，然后研磨每个高纯石英玻璃管的被切割表面，制成三块高纯玻璃管构件3、6、8，被研磨掉三个高纯玻璃管构件的尺寸应该等于要插入的三根光纤芯的直径尺寸2、4、7。将高纯实芯石英玻璃棒5、三块高纯石英构件、三根折射率有微小差异的光纤芯依次插入石英外套管中，组合在一起构成正三角形三芯光纤预制棒。在组棒之前要对所有构件经40％的氢氟酸酸蚀和1100度高温抛光综合洁净处理并在超净工作间内完成组棒。组棒工艺完成后要用高温氢氧焰对多芯光纤预制棒一端端头做烧结处理，完成光纤预制棒的制备。然后在光纤拉丝塔上将多芯光纤预制棒拉丝，在拉丝时要在光纤预制棒的另一侧端头采用多内部负压技术，抽出光纤芯周围多余空气，处于高温熔融状态的光纤芯由于表面张力的作用将填满所余间隙，形成方型芯正三角形三芯光纤(如图2所示)，其在包层24中的三个具有微小折射率差异的光纤芯为21、22、23。基于上述方型芯多芯光纤每个纤芯的折射率差异，可以采用同一块相位掩模板写出多个具有不同反射光谱的光纤光栅，进而可以制作出新型光纤光栅或光纤通信器件。
根据本发明所阐述的多芯光纤制备方法，还可以实现不同结构的多芯光纤。例如：根据三芯光纤在包层圆形截面上的位置不同可以构成正三角形三芯光纤(如图2所示)，等腰直角形三芯光纤(如图3所示)或者是其它任意角度的位置关系的三芯光纤。相同的工艺方法可以制备出其它种类的多芯光纤如二芯对称芯光纤(如图4所示)，二芯偏芯光纤(如图5所示)，四芯正方形多芯光纤(如图6所示)等。
Claims (5)
1.一种纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤，包括分布于光纤包层中的至少2个光纤芯，其特征在于：各个光纤芯具有微小的折射率差异，而且光纤芯为方型几何结构。
2.根据权利要求1所述的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤，其特征在于：所述光纤芯为2-4个。
3.一种纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤的制备方法，其特征在于：在外层石英玻璃管和内部实芯石英玻璃棒之间插入所需结构的高纯石英构件，在高纯石英构件间间隔处插入折射率不同的光纤芯，烧结一侧端头制成光纤预制棒；在光纤拉丝塔上进行拉丝，拉丝时在光纤预制棒的未烧结另一侧采用内部负压技术使拉出光纤芯为方型几何结构的多芯光纤。
4.根据权利要求3所述的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤的制备方法，其特征在于：所述所需结构的高纯石英构件是将要插入外层石英玻璃套管和内部实芯玻璃棒之间区域的内层石英管沿径向切割为至少2块，并研磨被切割的内层石英管径向表面，内层石英管的切割端面之间的间隔距离尺寸等于要插入的光纤芯直径。
5.根据权利要求3或4所述的纤芯折射率各不相同的方型芯多芯光纤的制备方法，其特征在于：对外层石英玻璃管、高纯石英构件、实芯玻璃棒和光纤芯分别作酸腐蚀与1100度高温抛光的综合洁净处理。
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