CN104714272A - 一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤 - Google Patents

Abstract

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述光纤包含有包裹于包层（102）中心的纤芯（101），所述包层（102）还设置有应力区（103），该应力区（103）对称设置于纤芯（101）的两侧，其特征在于：该应力区（103）中心设置有加深应力圆（104），上述加深应力圆（104）的折射率低于应力区（103）的折射率，且应力区（103）由外缘向中心折射率逐渐降低，所述纤芯（101）的直径D1∈（5um，7um）、包层（102）的直径D2∈（79um，81um）、应力区（103）的直径D3∈（15um，30um）。本发明涉及一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，既能保持高双折射，又降低应力区炸裂几率。

Description

一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤

技术领域

本发明涉及一种熊猫型保偏光纤，尤其是涉及一种应力区的应力渐变分布且应力区中心设置有加深应力圆的高双折射性能型的细径熊猫型保偏光纤，属于光纤技术领域。

背景技术

保偏光纤，即偏振保持光纤，用于输线偏振光，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；

在普通通信光纤中，由于其圆对称性结构，入射的线偏振光在经过一定距离的传输后，由于不同偏振模式的耦合，能量交换，会成为椭圆或圆偏振光而无法保持线偏振态；而当一线偏振光被耦合进入保偏光纤时，如果线偏振光的偏振方向和保偏光纤的偏振主轴重合，则线偏振光可以在传输过程中保持其线偏振方向直至离开保偏光纤，即保偏光纤的双折射现象。引起光纤双折射现象的原因很多，各种几何和应力的不均匀性均会引入双折射，应力双折射保偏光纤主要有蝶结型保偏光纤、熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤三种；

上述应力双折射保偏光纤中，熊猫型保偏光纤应用得最为广泛，其结构包括纤芯、应力区和包层部分，其中纤芯位于包层的中心部分，而两个圆柱状的应力区分布在纤芯的两侧。纤芯一般为锗氟共掺杂的石英玻璃、应力区一般为硼掺杂的石英玻璃、而包层一般为纯石英玻璃材料。由于硼石英具有比纯石英更大的热膨胀性能，所以应力区能够产生压应力作用于纤芯部分，从而产生所谓的应力双折射使得保偏光纤具有线偏振保持性能。

当前使用的保偏光纤的包层直径一般为125μm，这些保偏光纤由于几何结构与通信光纤的几何结构一致，因此在一般通信器件和系统中的应用具有优势；但是在弯曲苛刻的使用条件下，125μm包层直径的保偏光纤已经难以使用，必须采用具有更好弯曲性能的80μm 包层直径的保偏光纤产品。在80μm 包层直径的保偏光纤设计中，光纤的芯层所占的比例增大很多，这样导致芯层两侧对应的应力区的膨胀应力需要更大，需要应力区掺杂更深、掺杂面积更大，这样增加了掺杂的难度，使得应力区容易炸裂。因此细径保偏光纤在保持高双折射性能和大应力区炸裂这两方面需要考虑工艺平衡效应。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，该熊猫型保偏光纤既能保持高双折射，又降低应力区炸裂几率，同时增强保偏光纤的串音温度稳定性能，其具有优秀的环境稳定性能、弯曲性能、制造效率和长期使用稳定性，能够应用于小型光纤陀螺、光纤水听器和光纤放大器等领域。

本发明的目的是这样实现的：

一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述光纤包含有包裹于包层中心的纤芯，所述包层还设置有应力区，该应力区对称设置于纤芯的两侧，该应力区中心设置有加深应力圆，上述加深应力圆的折射率低于应力区的折射率，且应力区由外缘向中心折射率逐渐降低。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述纤芯的直径D1∈（5um，7um）、包层的直径D2∈（79um，81um）、应力区的直径D3∈（15um，30um）。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述包层外依次涂覆上内涂覆层和外涂覆层。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述内涂覆层的直径D5∈（95um，105um），外涂覆层的直径D6∈（132um，138um）。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，上述纤芯与包层之间的折射率差△1∈（0.9%，1.1%），包层与应力区之间的折射率差△3∈（-0.9%，-1.8%）。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，上述应力区内掺杂有氟和硼元素，且掺杂浓度由外缘向中心折射率逐渐降低，从而使得其折射率依次减少，所述应力区的中心设置有加深应力圆，该加深应力圆内掺杂有硼元素，且加深应力圆掺杂浓度低于应力区的最小掺杂浓度。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，加深应力圆的直径D4∈（5um，20um）。

本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述包层与加深应力圆之间的折射率差△4∈（-1.2%，-1.9%）。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用渐变型应力区掺杂设计，能够减小应力区与包层界面应力集中的影响，降低应力区在制备和使用过程中炸裂的可能性；；

2、在实现上述优点的同时，降低了应力区的应力作用大小，从而导致双折射性能降低；为此在渐变型应力区的中心位置，设计加深应力圆，弥补渐变型应力区设计所带来的应力降低，保证细径保偏光纤的高双折射性能；从而使得细径光纤在降低炸裂可能的情况下，保证了较高的双折射性能；

3、精确控制细径保偏光纤的内涂覆层直径，提高细径保偏光纤的串音温度稳定性；

4、减少细径保偏光纤的外涂覆层直径，能够提高细径保偏光纤的弯曲性能，有利于器件小型化的要求；

5、较细的光纤包层直径和光纤直径，大大降低了光纤的材料使用成本，提高了光纤生产的效率和性价比。

附图说明

图1为本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤的结构简图。

图2为本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤的光纤折射率分布图。

图3为本发明一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤的光纤应力区的折射率分布图。

其中：

 纤芯101、包层102、应力区103、加深应力圆104、内涂覆层105、外涂覆层106。

具体实施方式

参见图1~3，本发明涉及的一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述光纤包含有包裹于包层102中心的纤芯101，所述包层102还设置有应力区103，该应力区103对称设置于纤芯101的两侧，该应力区103中心设置有加深应力圆104，上述加深应力圆104的折射率低于应力区103的折射率，且应力区103由外缘向中心折射率逐渐降低；上述纤芯101的直径D1∈（5um，7um）、包层102的直径D2∈（79um，81um）、应力区103的直径D3∈（15um，30um）；应用时还在可包层102外依次涂覆上内涂覆层105和外涂覆层106，此时内涂覆层105的直径D5∈（95um，105um），外涂覆层106的直径D6∈（132um，138um）；

同时，上述纤芯101与包层102之间的折射率差△1∈（0.9%，1.1%）；

包层102与应力区103之间的折射率差△3∈（-0.9%，-1.8%）；

其中                                               ；

式中：n3 为掺氟硼的渐变应力区103 最低处的折射率，n2 为包层102 折射率；

具体的讲，上述应力区103内掺杂有氟和硼元素，且掺杂浓度由外缘向中心折射率逐渐降低，从而使得其折射率依次减少，所述应力区103的中心设置有加深应力圆104，该加深应力圆104内掺杂有硼元素，且加深应力圆104掺杂浓度低于应力区103的最小掺杂浓度（也即加深应力圆104掺杂浓度低于应力区103在其与加深应力圆104接触处的最小浓度），此时，加深应力圆104的直径D4∈（5um，20um）；此时包层102与加深应力圆104之间的折射率差△4∈（-1.2%，-1.9%）；

下面结合具体实验数据对本专利的应力渐变型细径熊猫保偏光纤进行说明书：

表1：

表1为五根包层直径为80μm 的本发明应力渐变型细径熊猫保偏光纤，光纤的几何结构和应力区、加深应力圆、内涂覆层、外涂覆层大小不同，结果表明5根光纤的模式双折射均达到3.8×10-4以上；同时，将5根各100m 长的光纤松绕成30mm 直径的光纤环，测试光纤环的常温串音和温度变化时串音变化性能均能够满足中低精度光纤陀螺的应用；

由上述实验可知，本发明采用渐变型应力区设计，减少了应力区和应力区边界的炸裂几率，但这样做会降低应力区的应力作用大小，会导致双折射性能降低；为此本发明在应力区中心增加加深应力圆，这样能够弥补渐变应力区设计导致的双折射性能降低，提高渐变应力区的综合应力效果；同时在应力区中心增加加深应力圆，不会增加应力区边界的炸裂几率；

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，所述光纤包含有包裹于包层（102）中心的纤芯（101），所述包层（102）还设置有应力区（103），该应力区（103）对称设置于纤芯（101）的两侧，其特征在于：该应力区（103）中心设置有加深应力圆（104），上述加深应力圆（104）的折射率低于应力区（103）的折射率，且应力区（103）由外缘向中心折射率逐渐降低。

2. 如权利要求1所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：上述应力区（103）内掺杂有氟和硼元素，且掺杂浓度由外缘向中心折射率逐渐降低，从而使得其折射率依次减少，所述应力区（103）的中心设置有加深应力圆（104），该加深应力圆（104）内掺杂有硼元素，且加深应力圆（104）掺杂浓度低于应力区（103）的最小掺杂浓度。

3. 如权利要求2所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：加深应力圆（104）的直径D4∈（5um，20um）。

4.如权利要求1或2所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：所述纤芯（101）的直径D1∈（5um，7um）、包层（102）的直径D2∈（79um，81um）、应力区（103）的直径D3∈（15um，30um）。

5.如权利要求1、2或3所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：所述包层（102）外依次涂覆上内涂覆层（105）和外涂覆层（106）。

6.如权利要求5所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：所述内涂覆层（105）的直径D5∈（95um，105um），外涂覆层（106）的直径D6∈（132um，138um）。

7.如权利要求1所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：上述纤芯（101）与包层（102）之间的折射率差△1∈（0.9%，1.1%），包层（102）与应力区（103）之间的折射率差△3∈（-0.9%，-1.8%）。

8.如权利要求7所述一种应力渐变型细径熊猫保偏光纤，其特征在于：所述包层（102）与加深应力圆（104）之间的折射率差△4∈（-1.2%，-1.9%）。