CN106746586B - 一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，该预制棒包含有中心为棒芯区对称孔结构的对称打孔母棒，还包含单独预制的填充应力棒；对称孔结构预制棒芯的直径D1∈[1mm，8mm]、母棒的直径D2∈[30mm，60mm]、对称孔的数量n3∈[2，12]、对称孔的直径D3∈[6mm，20mm]、对称孔与对称孔结构预制棒芯的圆心距D31∈[4mm，25mm]。填充应力棒按设计要求，非完全对称插入对称打孔母棒的对称孔中，形成灵活多变的应力型保偏光纤预制棒结构设计。

Description

一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒

技术领域

本发明涉及一种光纤预制棒，尤其是涉及一种非对称应力结构分布的对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，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，主要应用于光纤电流互感器，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。应力双折射保偏光纤主要有领结型保偏光纤、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，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。在设计上，主要靠改变两个对称的圆柱应力区的结构和应力掺杂来对保偏光纤的双折射性能进行调节。

在中国专利201410597698.X中描述了一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，使用组装预制件外喷的方法制备熊猫保偏光纤预制棒，但未涉及其他结构应力型保偏光纤预制棒的产品结构设计。在中国专利201310658276.4中描述了一种保偏光纤预制棒的制造装置和制造方法，使用设计装置对预制件进行组装固定，同样采用外喷的方法制备熊猫保偏光纤预制棒，但未涉及其他结构应力型保偏光纤预制棒的产品结构设计。在中国专利201510017430.9中描述了一种保偏光纤的制造方法，但仅对领结型保偏光纤的结构设计进行了描述，同时采用了非圆组装结构进行拼装，有比较大的间隙，未对涂料的温度性能进行描述。在中国专利200410012671.6中描述了一种保偏光纤的制造方法，主要描述的是一种熊猫型保偏光纤预制棒的拼装方法，采用了方形的芯设计，在圆形和方形接合面较难保持应力结构设计；同时也没有描述更多结构设计的应力型保偏光纤。在中国专利200810197408.7中描述了一种保偏光纤大规格组合光纤预制棒及其制造方法，针对的是熊猫应力型保偏光纤的预制棒设计，仅在棒芯的两侧打两个对称孔，并且所使用的应力区的结构均为圆形，未描述更多灵活多变的应力结构设计的应力型保偏光纤预制棒，无法延伸至更广的产品设计。在中国专利200810197409.1中描述了一种保偏光纤的制造方法，仅针对双对称孔结构设计的熊猫型保偏光纤预制棒的外周面的修除部分包层的制造方法，以优化光纤的性能，未对更多应力结构的预制棒本身的结构进行更深入的设计。

发明内容

本发明的目的在于扩展上述应力型保偏光纤预制棒的结构设计，设计一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，实现复杂应力设计的保偏光纤性能要求。能够提高应力型保偏光纤的设计效率和实现手段，为高双折射、高温度稳定性等特殊性能要求的应力型保偏光纤的制备提供设计支撑。

本发明的目的是这样实现的：

一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，所述预制棒包含有中心为棒芯区的对称打孔母棒；在棒芯区外围，使用激光、超声、机械等加工方式，形成了预制孔结构；所述预制孔以棒芯为圆心对称设置；所述预制棒还包含独立预制的填充应力棒，填充应力棒按设计要求插入上述打孔母棒的预制孔中，形成非完全对称结构的应力设计分布，实现应力型保偏光纤预制棒结构。

本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，所述棒芯的直径D1∈[1mm，8mm]、母棒的直径D2∈[30mm，60mm]、预制孔的数量n3∈[2，12]、预制孔的直径D3∈[6mm，20mm]、预制孔与棒芯的圆心距D31∈[4mm，25mm]。

本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，所述填充应力棒是独立预制成型，填充应力棒的直径D4∈[5.5mm，19.5mm]，填充应力棒的应力区结构为无应力、圆形、扇形、梯形、方形等几种。

本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，所述填充应力棒的应力区结构截面积占填充应力棒整体截面积的比例r54∈[30%，90%]。

本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，所述对称孔结构预制棒芯相对折射率△1∈[0.6%，1.2%]；填充应力棒的非应力区相对折射率△6∈[0.1%，0.5%]；填充应力棒的应力区相对折射率△5∈[-1.2%，0.1%]。

本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，所述填充应力棒按设计要求，非完全对称插入对称打孔母棒的预制孔中，形成应力型保偏光纤预制棒结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、对称打孔母棒与填充应力棒独立分开制备，提高了应力型保偏光纤预制棒设计的灵活性，也有利于批量生产的分工序生产控制，提高生产效率和过程质量管控；

2、对称打孔母棒采用对称的预制孔结构设计，预制孔的数量可多达12个，方便应力双折射的结构设计实现，能够实现超低双折射与超高双折射的兼容要求；

3、填充应力棒采用无应力、圆形、扇形、梯形、方形等多种应力区形状结构设计，使得在理论设计应力双折射时，有最大的设计参考空间范围，并在量产过程中能够实现分工序量产，根据不同应用领域，可以进行任意设计的组合，实现应力双折射结构多样灵活的要求；

4、对称打孔母棒和填充应力棒的各自独立的精准几何、材料的结构设计与制造控制，使得光纤的一致性、批次稳定性能够得到最佳的保障。

本发明对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，在对称孔结构中，非完全对称地插入不同应力结构设计的填充应力棒，组合成应力型保偏光纤预制棒的结构设计，更加灵活地实现应力双折射结构设计。

该对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，能够实现灵活多变的应力双折射结构设计，将对称孔打孔棒与插入填充应力棒进行多种匹配，以实现复杂应力设计的保偏光纤性能要求。能够提高应力型保偏光纤的设计效率和实现手段，为高双折射、高温度稳定性等特殊性能要求的应力型保偏光纤的制备提供设计支撑。

附图说明

图1为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的4孔对称打孔母棒的结构简图。

图2为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的6孔对称打孔母棒的结构简图。

图3为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的8孔对称打孔母棒的结构简图。

图4为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的填充应力棒的各种应力区结构示意图。

图5为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的4孔非完全对称填充圆形应力区结构的填充应力棒和无应力区结构的填充应力棒组合而成的应力型保偏预制棒结构示意图。

图6为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的4孔非完全对称填充扇形应力区结构的填充应力棒和无应力区结构的填充应力棒组合而成的应力型保偏预制棒结构示意图。

图7为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的6孔非完全对称填充扇形应力区结构的填充应力棒和无应力区结构的填充应力棒组合而成的应力型保偏预制棒结构示意图。

图8为本发明一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒的6孔非完全对称填充扇形应力区结构的填充应力棒、梯形应力区结构的填充应力棒和无应力区结构的填充应力棒组合而成的应力型保偏预制棒结构示意图。

其中：

棒芯101、对称打孔母棒102、预制孔103、填充应力棒104、应力区105、非应力区106。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实验数据对本专利的对称孔结构应力型保偏光纤预制棒进行详细说明：

本发明实施例1：

4孔非完全对称填充圆形应力区结构的填充应力棒和无应力区结构的填充应力棒的应力型保偏预制棒（具体参见图1,4,5）。包括：

对称孔结构预制棒，通过超声、机械、激光等加工方式，制备而得4孔对称打孔母棒，母棒具体参数为：预制孔103的数量n为4；预制孔103的直径D3为13.2mm；预制孔103与棒芯101的圆心距D31为8mm；棒芯101直径D1为2.84mm；母棒102直径D2为40.5mm；填充应力棒104的直径D4为12.8mm；填充应力棒的应力区105结构为无应力和圆形两种；填充应力棒的应力区105结构截面积占填充应力棒整体截面积的比例r54为85%；

同时，上述棒芯101与纯石英材料的相对折射率差△1为0.85%；纯石英材料折射率n2=1.457

；

填充应力棒的非应力区106相对折射率△6为0.13%；填充应力棒的应力区圆形结构105相对折射率△5为-0.9%。无应力和圆形两种填充应力棒采用交叉对称插入对称打孔棒的设计，组装成4孔非完全对称应力结构设计应力型保偏光纤预制棒结构，再通过拉丝塔拉制成应力型保偏光纤。

采用以上设计结构参数和制备工艺制备出的应力型保偏光纤是一种熊猫型保偏光纤的结构，其实现的主要双折射性能如下：

偏振串音：在1550nm工作波长达到-29.8dB/km；

拍长：在1550nm工作波长达到2.457mm。

实施例2～6：

采用实施例1所描述的制备过程和工艺流程，通过改变对称打孔棒和填充应力棒的结构设计，制得如下5种实施例的应力型保偏光纤产品，其设计结构与实现的双折射性能参数如下表1所述：

表1：

表1为实施例2～6，五根不同对称打孔棒和填充应力棒的结构设计的本发明应力型保偏光预制棒结构，预制棒的几何结构和各区域的折射率大小不同，5根预制棒，采用同样的拉制工艺拉丝制成应力型保偏光纤。结果表明5根光纤的模式双折射的调节范围为0.8×10^-4～6.4×10^-4之间的较宽的范围，导致光纤的拍长的调节范围达到1.86mm～8.62mm。在如此大的应力型保偏光纤双折射的调节范围的结构设计下，光纤的偏振串音可以保持在-30dB/km的较高的水平，能够满足多种不同应用领域中对应力型保偏光纤的性能设计的要求。

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 (4)

1.一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，其特征在于：所述预制棒包含母棒（102）和其中心的棒芯（101），以棒芯（101）为中心的母棒上对称设置有预制孔（103），所述预制孔（103）内包含填充应力棒（104）；所述预制孔（103）的数量n3∈ [4，12]中的偶数；

所述填充应力棒（104）的应力区（105）结构为无应力、圆形、扇形、梯形、方形的一种或几种，所述填充应力棒（104）的应力区结构截面积占填充应力棒整体截面积的比例r54∈[30%，90%]；

填充应力棒（104）按设计要求，非完全对称插入对称打孔母棒的预制孔(103)中，形成应力型保偏光 纤预制棒结构。

2.如权利要求1所述的一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，其特征在于：所述棒芯（101）的直径D1∈[1mm，8mm]，所述母棒的直径D2∈[30mm，60mm]，所述预制孔（103）的直径D3∈[6mm，20mm]，预制孔（103）与棒芯（101）的圆心距D31∈[4mm，25mm]。

3. 如权利要求1所述的一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，其特征在于：所述填充 应力棒（104）是单独预制成型，填充应力棒（104）的直径D4∈[5.5mm，19.5mm]。

4. 如权利要求1所述的一种对称孔结构应力型保偏光纤预制棒，其特征在于：所述棒芯 （101）相对折射率△1∈[0.6%，1.2%]，所述填充应力棒（104）的非应力区(106)的相对折射 率△6∈[0.1%，0.5%]，填充应力棒（104）的应力区（105）的相对折射率△5∈[-1.2%，0.1%]。

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