CN105278032B - 一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤及其对轴方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤及其对轴方法，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聚焦透光圆，上述聚焦透光圆的折射率高于应力区的折射率。所述纤芯的直径D1∈（3μm，5μm）、包层的直径D2∈（58μm，81μm）、应力区的直径D3∈（10μm，30μm）、应力区中心的聚焦透光圆直径D4∈（2μm，8μm）。本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤及其对轴方法，在侧面打光聚焦对轴的时候聚焦透光圆会在视场里形成一根亮线，供精准对轴使用。

Description

一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤及其对轴方法

技术领域

本发明涉及一种熊猫型保偏光纤及其对轴方法，尤其是涉及一种应力区在熊猫保偏光纤熔接对接过程中能够精准快速地实现对轴的高双折射性能细径熊猫型保偏光纤及其对轴方法，属于光纤技术领域。

背景技术

保偏光纤，即偏振保持光纤，用于传输线偏振光，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；其中，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和80μm 两种，当使用熊猫型保偏光纤在系统中时，需要使用光纤熔接来完成不同器件的尾纤固定对接，在熔接的过程中，需要将光纤芯区两侧对称分布的圆形应力区一一对应，这样才能防止应力轴交叉导致偏振串扰，降低保偏光纤的双折射一致性；但是熊猫型保偏光纤的对称应力区的折射率比石英包层低，因此在有光从端面或侧面打入进行对轴的时候，应力区会挡住打入的对轴光，影响对轴的视场，降低对轴的效率和精度；同时在没有精确对轴的情况下熔接上了光纤，性能变差需要重新熔接的时候，又需要将两个光纤的端面进行精确切平，效率十分低。

因此能够在熊猫保偏光纤熔接对接的过程中进行应力区快速精准对轴，将会提高光纤的使用效率，大大增加系统接合的工作重复一致性和效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤及其对轴方法，该熊猫型保偏光纤能够实现在两根熊猫型保偏光纤熔接对接过程中精准快速地进行应力区对轴，又能保持高双折射性能；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，能够提高熊猫型保偏光纤在系统中加工应用的使用效率和精度，在小型光纤陀螺、光纤水听器和光纤放大器等领域扩展熊猫型保偏光纤的应用。

本发明的目的是这样实现的：

一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，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聚焦透光圆，上述聚焦透光圆的折射率高于应力区的折射率，这样在侧面打光聚焦对轴的时候聚焦透光圆会在视场里形成一根亮线，供精准对轴使用。

本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，所述纤芯的直径D1∈（3μm，5μm）、包层的直径D2∈（58μm，81μm）、应力区的直径D3∈（10μm，30μm）、应力区中心的聚焦透光圆直径D4∈（2μm，8μm）。

本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，所述包层外依次涂覆上内涂覆层和外涂覆层。

本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，所述内涂覆层的直径D5∈（85μm，115μm），外涂覆层的直径D6∈（110μm，138μm）。

本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，上述纤芯与纯石英材料的相对折射率差△1∈（0.6%，1.2%），应力区与纯石英材料的相对折射率差△3∈（-0.9%，-1.8%），应力区中心的聚焦透光圆与纯石英材料的相对折射率差△4∈（-0.1%，-0.9%）。

本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤的对轴方法，所述方法采用如权利要求1所述的一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，当两根光纤进行对轴时，光纤侧面对轴光和端面对轴光经进入包层后，在应力区内的聚焦透光圆的聚焦作用下汇聚于聚焦透光圆的中心轴，从而对两根对轴过程中的光纤起到引导对准作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在应力区的中心位置设置有极细聚焦透光圆，该透光圆在熔接对轴过程中能够对侧面对轴光和端面对轴光进行聚焦作用，将对轴光导入中心，增强聚焦透光圆的亮度，使得对轴的时候能够清晰分辨应力区的轴心，提高对轴的精度和效率；

2、聚焦透光圆在应力区的中心位置，不会对应力区的整体应力施加效果造成影响，因而能够保证保偏光纤的高双折射性能；

3、减小的光纤包层直径和光纤外涂覆直径，能够增强光纤的柔韧性，提高弯曲性能和使用寿命，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；

4、精确控制保偏光纤的内涂覆层直径，提高保偏光纤的串音温度稳定性。

附图说明

图1为本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤的结构简图。

图2为本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤的光纤折射率分布图。

图3为本发明一种应力聚焦对轴型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、聚焦透光圆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聚焦对轴型熊猫保偏光纤，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中心设置有聚焦透光圆104，上述聚焦透光圆104的折射率高于应力区103的折射率；上述纤芯101的直径D1∈（3μm，5μm）、包层102的直径D2∈（58μm，81μm）、应力区103的直径D3∈（10μm，30μm）；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∈（85μm，115μm），外涂覆层106的直径D6∈（110μm，138μm）；

同时，上述纤芯101与纯石英材料的相对折射率差△1∈（0.9%，1.2%）；

纯石英材料折射率n2=1.457

△1=2×（n1-1.457）/（n1+1.457）×100%；

n1为纤芯101的折射率；

具体的讲，上述应力区103内掺杂有锗和硼元素，所述应力区103的中心设置有聚焦透光圆104，该聚焦透光圆104内掺杂有锗和氟元素，且聚焦透光圆104掺杂浓度低于应力区103的掺杂浓度（上述应力区103聚焦透光圆104的掺杂均采用均质掺杂），此时，聚焦透光圆104的直径D4∈（2μm，8μm）；此时聚焦透光圆104与纯石英材料之间的折射率差△4∈（-0.1%，-0.9%）；

同时，本发明一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤的对轴方法，当两根光纤进行对轴时，光纤侧面对轴光和端面对轴光经进入包层102后，在应力区103内的聚焦透光圆104的聚焦作用下汇聚于聚焦透光圆104的中心轴，从而对两根对轴过程中的光纤起到引导对准作用。

下面结合具体实验数据对本专利的应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤进行说明：

表1：

表1为五根不同包层直径的本发明应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，光纤的几何结构和应力区、聚焦透光圆、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3.6×10-4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；最后将5根光纤进行了熔接对接操作测试，采用切割刀切割、熔接机熔接的操作方法，将5根光纤自熔接试验，所耗用的操作时间在20～25s之间，均能够实现快速熔接对接操作，满足系统使用要求。

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 (5)

1.一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，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）中心设置有聚焦透光圆（104），上述聚焦透光圆（104）的折射率高于应力区的折射率（103），上述纤芯（101）与纯石英材料的相对折射率差△1∈（0.6%，1.2%），应力区（103）与纯石英材料的相对折射率差△3∈（-0.9%，-1.8%），应力区中心的聚焦透光圆（104）与纯石英材料的相对折射率差△4∈（-0.1%，-0.9%）；这样在侧面打光聚焦对轴的时候聚焦透光圆会在视场里形成一根亮线，供精准对轴使用。

2.如权利要求1所述一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，其特征在于：上述纤芯（101）的直径D1∈（3μm，5μm）、包层（102）的直径D2∈（58μm，81μm）、应力区（103）的直径D3∈（10μm，30μm）、应力区中心的聚焦透光圆（104）直径D4∈（2μm，8μm）。

3.如权利要求2所述一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，其特征在于：上述包层外依次涂覆上内涂覆层（105）和外涂覆层（106），上述内涂覆层（105）的直径D5∈（85μm，115μm），外涂覆层（106）的直径D6∈（110μm，138μm）。

4.如权利要求1所述一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，其特征在于：上述应力区（103）内掺杂有锗和硼元素，该聚焦透光圆（104）内掺杂有锗和氟元素。

5.一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤的对轴方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求1所述的一种应力聚焦对轴型熊猫保偏光纤，当两根光纤进行对轴时，光纤侧面对轴光和端面对轴光经进入包层（102）后，在应力区（103）内的聚焦透光圆（104）的聚焦作用下汇聚于聚焦透光圆（104）的中心轴，从而对两根对轴过程中的光纤起到引导对准作用。