CN106094102B - 一种环境不敏感保偏光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环境不敏感保偏光纤，包括石英层及包裹于石英层中心的芯区，所述石英层内部环绕所述芯区的外侧设有多个微孔或纳米孔。本发明通过在常规保偏光纤的石英包层外侧设计了微孔或纳米孔，即在保偏光纤的外侧石英包层区构筑起一道缓冲层，在与现有系统兼容的同时可较好抵御外界环境带来的影响，从而更好的发挥保偏光纤本身的性能。

Description

一种环境不敏感保偏光纤
技术领域
本发明涉及光纤的技术领域，具体涉及一种环境不敏感保偏光纤。
背景技术
偏振保持光纤(Polarization Maintaining Optical Fiber，PMF)简称保偏光纤，是特种光纤的一类，主要应用于光纤陀螺，光纤水听器等传感器、DWDM(Dense WavelengthDivision Multiplexing，密集型光波复用)与EDFA(Erbium-doped Optical FiberAmplifier，掺铒光纤放大器)等光纤通信系统，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。
基于保偏光纤的光纤陀螺技术现已发展到很高的水平，但是保偏光纤在使用中，受外界环境影响很大，包括外界环境温度变化和地磁场以及光纤环绕制过程中的应力变化等；具体如下：
1)由于温度Shupe效应，当光纤环中一段光纤存在时变温度扰动时，除非这段光纤位于线圈中部，否则由于两束反向传播光波在不同时间经过这段光纤，就会因温度扰动而经历不同的相移，它与旋转引起的萨格奈克相移无法区分，在光纤陀螺中将产生较大的偏置误差，温度漂移成为光纤陀螺中最为棘手的问题。
2)外界的地磁干扰也会对基于保偏光纤的光纤陀螺的精度造成影响，目前所有的光纤陀螺均需要加装屏蔽层，将地磁干扰进行屏蔽。
3)光纤环的绕制过程中，不可避免会有些微细小的应力变化，这些变化也会对光纤陀螺的最终精度造成影响。
为解决保偏光纤对外界环境的敏感性问题，现有技术使用的方法及存在问题如下：
1)以往技术多集中在光纤环的缠绕方法和关于光纤环固化胶与光纤及骨架的匹配等问题上，而对保偏光纤技术本身能否有更好的突破，从而获得更好的抗外界干扰能力，这方面研究较少。
2)现有研究较多的是将保偏技术往光子晶体光纤技术方向进行研究。但由于光子晶体光纤技术本身面临工艺还不成熟，大规模工业化生产还存在诸多问题，同时与现有系统的对接以及熔接处理均还需要进一步研究。
有鉴于此，急需提供一种能与现有系统兼容、性能优越且还能较好的适合工艺生产的需要的保偏光纤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是保偏光纤在外界环境温度变化和地磁场以及光纤环绕制过程中的应力变化的等情况下，其性能变差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种环境不敏感保偏光纤，包括石英层及包裹于所述石英层中心的芯区，所述石英层内部环绕所述芯区的外侧设有多个微孔或纳米孔。
在上述方案中，所述芯区的两侧分别设有圆形应力区，形成熊猫型保偏光纤，所述微孔或纳米孔环绕所述圆形应力区的外侧设置。
在上述方案中，所述芯区的两侧分别设有扇形应力区，形成领结型保偏光纤，所述微孔或纳米孔环绕所述扇形应力区的外侧设置。
在上述方案中，所述芯区为椭圆形，形成椭圆纤芯保偏光纤，所述微孔或纳米孔环绕所述芯区的外侧设置。
在上述方案中，所述圆形应力区的外侧从内向外分别设有一圈纳米孔内圈和纳米孔外圈。
在上述方案中，所述纳米孔内圈与应力所述圆形区之间的距离大于所述纳米孔外圈与所述石英层外周界的距离。
本发明通过在常规保偏光纤的石英包层外侧设计了一圈或多圈的微孔或纳米孔，即在保偏光纤的外侧石英包层区构筑起一道缓冲层，在与现有系统兼容的同时可较好抵御外界环境带来的影响，从而更好的发挥保偏光纤本身的性能。
附图说明
图1为本发明的微孔环绕熊猫型保偏光纤的端面结构示意图；
图2为本发明的微孔环绕领结型保偏光纤的端面结构示意图；
图3为本发明的微孔环绕椭圆纤芯保偏光纤的端面结构示意图；
图4为本发明的多圈纳米孔环绕熊猫型保偏光纤的端面结构示意图。
具体实施方式
本发明通过在常规保偏光纤的石英包层的圆周方向设计了一圈或多圈的微孔或纳米通孔；即在保偏光纤的外侧石英包层区构筑起一道缓冲层，可较好抵御外界环境带来的影响，从而更好的发挥保偏光纤本身的性能。下面结合具体实施例和说明书附图对本发明予以详细说明。
本发明提供了一种环境不敏感保偏光纤，包括石英层及包裹于石英层中心的芯区，石英层圆周上纵向设有1～2圈贯通的微孔或多圈纳米孔。本发明的保偏光纤通过微孔或纳米孔的设计，在保偏光纤的石英包层区外侧构筑了一道缓冲层，可较好抵御外界环境带来的影响，从而更好的发挥保偏光纤本身的性能；另外，芯区和应力区等结构设计则与常规保偏光纤一致，从而可兼容现有技术体系。下面通过具体实施例做进一步说明。
实施例1。
如图1所示，微孔环绕熊猫型保偏光纤的端面结构示意图，包括石英层11、包裹于石英层11中心的芯区12及分布在芯区12两侧的圆形应力区13，还包括纵向设于圆形应力区13外侧的石英层圆周上的一圈贯通的微孔14；由于圆形应力区13占取面积较大，因此，微孔14的设置在约在圆形应力区13与石英层外周界15中间甚至偏外侧的位置，这样的目的是尽可能减少空气孔对圆形应力区13的干扰，增加保偏光纤的机械寿命。如表1所示，为本实施例的保偏光纤直径分别为60um、80um和125um的各三组实施例，具体参数如下表：
表1、微孔环绕熊猫型保偏光纤的三种直径的各三组实施例。
当保偏光纤的直径为60um时，微孔14的直径约为0.4～0.55um，且其与石英层外周界15的距离约为2.4～3.2um；当保偏光纤的直径为80um时，微孔14的直径约为0.6～0.8um，且其与石英层外周界15的距离约为4.0～4.8um；当保偏光纤的直径为125um时，微孔14的直径约为1.2～1.5um，且其与石英层外周界15之间的距离约为7.2～10.0um。另外，本实施例的保偏光纤在1550nm的消光比可达到30dB/km以上,在-55℃～85℃的全温变化范围内，1550nm的消光比的最高值与最低值之间的差值可控制在0.8dB以内，与对应保偏光纤的熔接损耗可控制在0.07dB以内，且最小弯曲直径可达5mm。
实施例2。
如图2所示，当微孔环绕领结型保偏光纤的端面结构示意图，包括石英层21、包裹于石英层21中心的芯区22及分布在芯区22两侧的扇形应力区23，还包括纵向设于扇形应力区23外侧的石英层圆周上的一圈微孔24；由于其两个扇形应力区23占取面积较小，因此，微孔24的位置约在扇形应力区23与石英层外周界25中间位置；如表2所示，为本实施例的保偏光纤直径分别为60um、80um和125um的各三组实施例，具体参数如下表：
表2、微孔环绕领结型保偏光纤的三种直径的各三组实施例。
当保偏光纤的直径为60um时，微孔24的直径约为0.5～0.7um，其与石英层外周界25距离约为3.0～4.5um；当保偏光纤的直径为80um时，微孔24的直径约为0.8～1.0um，其与石英层外周界25的距离约为5.0～6.5um；当保偏光纤的直径为125um时，微孔24的直径约为1.5～2.0um，其与石英层外周界25的距离约为10.0～13.0um。保偏光纤在1550nm的的消光比可达到30dB/km以上,在-55℃～85℃的全温变化范围内，1550nm的消光比最高值与最低值之间的差值可控制在0.5dB以内，与对应保偏光纤的熔接损耗可控制在0.08dB以内，且最小弯曲直径可达3mm。
实施例3。
如图3所示，为微孔环绕椭圆纤芯保偏光纤的端面结构示意图，包括石英层31及包裹于石英层31中心的芯区32，还包括纵向设于芯区32外侧石英层圆周上的一圈微孔33；由于本实施例保偏光纤没有应力区，因此，微孔33的位置约在芯区32与石英层外周界34中间位置。如表3所示，为本实施例的保偏光纤直径分别为60um、80um和125um的各三组实施例，具体参数如下表：
表3、微孔环绕椭圆纤芯保偏光纤的三种直径的各三组实施例。
当保偏光纤的直径为60um时，微孔33的直径约为0.6～0.8um，其与石英层外周界34的距离约为3.5～5.0um；当保偏光纤的直径为80um时，微孔33的直径约为0.9～1.2um，其与石英层外周界34的距离约为5.3～7.5um；当保偏光纤的直径为125um时，微孔33的直径约为1.6～2.5um，其与石英层外周界34的距离约为10.5～15.0um。保偏光纤在1550nm的的消光比可达到25dB/km以上,在-55℃～85℃的全温变化范围内，1550nm的消光比最高值与最低值之间的差值可控制在0.5dB以内，与对应保偏光纤的熔接损耗可控制在0.09dB以内，其最小弯曲直径可达10mm。
实施例4。
如图4所示，为多圈纳米孔环绕熊猫型保偏光纤的端面结构示意图，本实施例与实施例1的区别在于，圆形应力区43的外侧石英层圆周上从内向外分别纵向贯设了一圈纳米孔内圈44和纳米孔外圈45，纳米孔内圈44与圆形应力区43之间的距离L1大于纳米孔外圈45与石英层外周界46之间的距离L2；这样的目的是尽可能减少空气孔对应力区的干扰，增加光纤的机械寿命。如表4所示，为本实施例的保偏光纤直径分别为60um、80um和125um的各三组实施例，具体参数如下表：
表4、多圈纳米孔环绕熊猫型保偏光纤的三种直径的各三组实施例。
当保偏光纤的直径为60um时，纳米孔内圈44与圆形应力区43之间的距离L1约为2.8～3.5um，纳米孔外圈45与石英层外周界46的距离L2约为2.3～3.0um；当保偏光纤的直径为80um时，纳米孔内圈44与圆形应力区43之间的距离L1约为4.5～5.5um，纳米孔外圈45与石英层外周界46距离L2约为4.0～5.0um；当保偏光纤的直径为125um时，纳米孔内圈44与圆形应力区43之间的距离L1约为8.0～11.0um，纳米孔外圈45与石英层外周界46之间距离L2约为7.5～10.0um；保偏光纤在1550nm的消光比可达到30dB/km以上,在-55℃～85℃的全温变化范围内，1550nm的消光比最高值与最低值之间的差值可控制在0.5dB以内，与对应保偏光纤的熔接损耗可控制在0.06dB以内，其最小弯曲直径可达3mm。
本发明具有下列有益效果：
1)本发明提出了一种保偏光纤的设计，其具有优良的全温性能，同时与常规保偏光纤的兼容性能非常好；
2)本发明提出的保偏光纤具有更小更优良的弯曲性能，可为高精度光纤陀螺的研制提供更好的光纤环圈。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种环境不敏感保偏光纤，包括石英层及包裹于所述石英层中心的芯区，其特征在于：所述石英层内部环绕所述芯区的外侧设有多个微孔或纳米孔，所述芯区的两侧分别设有圆形应力区，形成熊猫型保偏光纤，所述微孔或纳米孔环绕所述圆形应力区的外侧设置。
2.如权利要求1所述的保偏光纤，其特征在于，所述圆形应力区的外侧从内向外分别设有一圈纳米孔内圈和纳米孔外圈。
3.如权利要求2所述的保偏光纤，其特征在于，所述纳米孔内圈与所述圆形应力区之间的距离大于所述纳米孔外圈与所述石英层外周界的距离。
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