CN105700070B - 一种高双折射保偏光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高双折射保偏光纤，包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，其特征在于在纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔。本发明的有益效果在于通过在保偏光纤中设置对应的气孔，构成气孔与应力区相结合的保偏光纤结构，使得光纤既具备单模传输和一般高双折射光纤特性，又具备较高的双折射特性和较强的外界压力敏感特性，可适于光纤通信器件及传感领域的应用，并使应用领域得到进一步拓宽。

Description

一种高双折射保偏光纤
技术领域
本发明涉及一种具有双空气孔双应力区的高双折射保偏光纤，属于光电传感技术领域。
技术背景
高双折射光纤是一种单模保偏光纤，其主要性能是产生较高的双折射效应来消除外界干扰对入射光偏振态的影响。这种光纤广泛应用于光纤器件、光纤传感等领域。
一般实际应用的高双折射光纤都具有非轴对称结构特点，典型结构比如，领结型、熊猫型和椭圆包层型。其产生双折射的主要因素是应力致双折射。
根据高双折射光纤的双折射特性，在光纤中写入布喇格光栅后，光栅反射峰能反应外界多个参量如(如温度、应力/应变、扭转等)的变化，说明高双折射光纤适合于多参量的测量。但是普通高双折射光纤对外界均匀压力(环境静压)敏感度很低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种具备应力及外界压力敏感特性的高双折射保偏光纤。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，其特征在于在纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔。
按上述方案，所述的纤芯直径2r为3.5μm～9μm，纤芯相对折射率差(相对于包层的折射率)Δr为0.3％～0.7％；所述的包层直径D为80μm～400μm，包层为纯二氧化硅玻璃层。
按上述方案，所述光纤的数值孔径NA为0.12～0.18，模场直径为4.6μm～10μm。
按上述方案，所述的气孔径向截面为圆形或椭圆形，圆形气孔的直径为0.15D～0.4D，椭圆气孔短轴与长轴之比a1/b1为0.4～1.0，所述气孔内边距光纤中心距d1为3μm～0.25D。
按上述方案，所述的纤芯径向截面为圆形或椭圆形，椭圆形纤芯的短轴与长轴之比a/b为0.5～1.0。
按上述方案，所述的应力区直径0.05D～0.32D，应力区内边距光纤中心距d2等于3μm～0.2D，应力区相对折射率差Δs为-0.1％～-0.7％。
按上述方案，所述光纤工作波长为1310nm时其截止波长为1100nm～1350nm；所述光纤工作波长为1550nm时其截止波长为1250nm～1650nm。
按上述方案，所述光纤双折射系数B值等于或大于1×10-4，较佳的等于或大于7.0×10-4。
按上述方案，所述的光纤上刻入有光栅。
按上述方案，所述光纤的工作波长为850nm或1310nm或1550nm。
本发明的特点在于：所述光纤具有较高双折射，在写入光栅之后，将在双偏振轴发生光栅内的模式耦合，产生双峰反射(如图2所示)。
该反射谱线是由偏振态相互正交的两个子偏振态各自耦合，得到的反射谱线λxx和λyy组成。由于双折射的存在，使得两个光栅的峰值反射波长不再相同，其差值可表示为：
λxx-λyy＝2Λ(nx-ny)＝2BΛ
由此可见，两峰值反射波长的间距直接取决于光纤双折射的大小，因而通过检测双折射光纤光栅的双峰间距就可直接测量光纤的双折射。
由于本发明光纤结构中有双气孔的存在，使其具有一定的环境均匀压力敏感特性，光栅受到外界环境均匀压力后，会发生双偏振模式的布拉格反射峰峰距增大的现象。以下是某个此类结构光纤压力敏感测试，P为外界均匀压力，Δλ为双峰间距，B为双折射系数：
上表数据线性拟合，如图3所示：线性度为0.9984，压力灵敏度系数7.86pm/MPa。显示出光纤的压力敏感特性。
本发明的有益效果在于通过在保偏光纤中设置对应的气孔构成气孔与应力区相结合的保偏光纤结构，使得光纤既具备单模传输和一般高双折射光纤特性，又具备较高的双折射特性和较强的外界压力敏感特性，可适于光纤通信器件及传感领域的应用，并使应用领域得到进一步拓宽。
附图说明
图1为本发明一个实施例的剖面结构示意图。光纤直径即包层直径为D，气孔内边距光纤中心距为d1，应力区内边距光纤中心距为d2。
图2为本发明光纤写入光栅之后，在双偏振轴都发生光栅内的模式耦合产生的双峰反射。
图3为本发明光纤在写入光栅后，光栅双偏振轴反射峰间距随环境静压变化的曲线。
图4为本发明第二个实施例的剖面结构示意图。
图5为本发明第三个实施例的剖面结构示意图。
图6为本发明第四个实施例的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例一，光纤剖面结构如图1所示：包括纤芯1和包层2，纤芯位于光纤的中心，纤芯由轻微正掺杂的石英玻璃组成，即在石英玻璃中掺入锗、磷、铝等组分使得折射率高于纯二氧化硅玻璃的折射率，纤芯直径2r为9μm，纤芯相对折射率差(相对于包层的折射率)Δr为0.3％～0.7％；所述的包层直径D为125μm，包层为纯二氧化硅玻璃层。在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区3，应力区为圆形，直径为40μm，应力区内边距光纤中心距d2为6μm，应力区掺杂B2O3玻璃区，使得应力区相对折射率差Δs为-0.2％～-0.7％。；在纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔4，气孔为圆形气孔，直径为40μm；气孔内边距光纤中心距d1为6μm。光纤数值孔径NA为0.13；模场直径范围是10μm±0.5μm。该光纤双折射系数B值为1×10-4～5×10-4；压力灵敏度系数0.5～6pm/MPa。
实施例二，光纤剖面结构如图4所示：包层直径即光纤直径D为80μm；纤芯直径2r等于6μm；气孔直径为30μm；应力区直径为10μm；气孔内边距光纤中心距d1为5μm；应力区内边距光纤中心距d2为5μm，其它结构与上一个实施例相同。光纤数值孔径NA为0.13；模场直径范围是6.5μm±0.5μm。该光纤双折射系数B值为1×10-4～5×10-3；压力灵敏度系数1～30pm/MPa。
实施例三，光纤剖面结构如图5所示：光纤直径D等于125μm；纤芯直径2r等于9μm；气孔为椭圆形，a1为26μm，b1为50μm，椭圆形气孔的长轴沿光纤径向分布，气孔内边距光纤中心距d1为7μm；应力区直径为26μm，应力区内边距光纤中心距d2等于7μm。
光纤数值孔径NA为0.13，模场直径范围是10μm±0.5μm。该光纤双折射系数B值为1×10-3～2×10-2，压力灵敏度系数1pm/MPa～80pm/MPa。
实施例四，光纤剖面结构如图6所示：光纤直径D为125μm；纤芯为椭圆形，短轴a为10μm，长轴b为5μm；纤芯的短轴两侧设置对称的椭圆形气孔，短轴a1为30μm，长轴b1为52μm，椭圆形气孔的长轴沿光纤径向分布；应力区为圆形，直径为32μm；气孔内边距光纤中心距d1为6μm，应力区内边距光纤中心距d2等于9μm。
光纤数值孔径NA为0.13，模场直径范围是10μm±0.5μm。该光纤双折射系数B值为1×10-3～8×10-2，压力灵敏度系数1pm/MPa～100pm/MPa。

Claims (6)

1.一种高双折射保偏光纤，包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，其特征在于在纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔；所述的纤芯直径2r为3.5μm～9μm，纤芯相对折射率差Δr为0.3％～0.7％；所述的包层直径D为80μm～400μm，包层为纯二氧化硅玻璃层；所述光纤的数值孔径NA为0.12～0.18，模场直径为4.6μm～10μm；所述的气孔径向截面为圆形或椭圆形，圆形气孔的直径为0.15D～0.4D，椭圆气孔短轴与长轴之比a1/b1为0.4～1.0，所述气孔内边距光纤中心距d1为3μm～0.25D；所述光纤双折射系数B值等于或大于7.0×10-4。
2.如权利要求1所述的高双折射保偏光纤，其特征在于所述的纤芯径向截面为圆形或椭圆形，椭圆形纤芯的短轴与长轴之比a/b为0.5～1.0。
3.如权利要求1所述的高双折射保偏光纤，其特征在于所述的应力区直径0.05D～0.32D，应力区内边距光纤中心距d2等于3μm～0.2D，应力区相对折射率差Δs为-0.1％～-0.7％。
4.如权利要求1或2所述的高双折射保偏光纤，其特征在于所述光纤工作波长为1310nm时其截止波长为1100nm～1350nm；所述光纤工作波长为1550nm时其截止波长为1250nm～1650nm。
5.如权利要求1或2所述的高双折射保偏光纤，其特征在于所述的光纤上刻入有光栅。
6.如权利要求1或2所述的高双折射保偏光纤，其特征在于所述光纤的工作波长为850nm或1310nm或1550nm。
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