CN107572771A - 一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，包括以下步骤：S1：用气相轴向沉积法制备纤芯掺杂二氧化钛的预制棒；S2：用化学气相沉积法制备硼应力棒；S3：在步骤S1制得的预制棒上打孔，并将步骤S2制得的硼应力棒磨外圆、清洗后与打好孔的预制棒拼装焊接成一体，形成组合光纤预制棒；S4：将步骤S3制得的组合光纤预制棒拉丝成纤，制成掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。本发明的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，可一次性制备出大量光学及保偏性能优越同时又具有很好热稳定性和抗弯曲性能的熊猫型保偏光纤。

Description

一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法。

背景技术

保偏光纤是一类具有保持所传输光线的线偏振方向的光纤，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。

应用得最为广泛的是熊猫型保偏光纤，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。近年来，随着我国光纤陀螺技术的发展，熊猫型保偏光纤研发生产取得了重大进展，实现了标准化、产业化，实现了我国中、低精度光纤陀螺的批量生产。

熊猫型保偏光纤的制造工艺：首先沉积制造芯棒，应力棒；然后对芯棒外包得到包含芯棒的光纤预制棒；然后在预制棒上芯棒两侧对称部位打出两个孔并将应力棒插入孔中形成组合棒，对组合棒拉丝即得到熊猫型保偏光纤。但是上述工艺制备得到的熊猫型保偏光纤存在热膨胀系数高，热稳定性低，产量低和抗弯曲性能差等问题，严重影响了熊猫型保偏光纤的产品质量和使用范围。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，可一次性制备出大量光学及保偏性能优越同时又具有很好热稳定性和抗弯曲性能的熊猫型保偏光纤。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，包括以下步骤：

S1：用气相轴向沉积法制备纤芯掺杂二氧化钛的预制棒；

S2：用化学气相沉积法制备硼应力棒；

S3：在步骤S1制得的预制棒上打孔，并将步骤S2制得的硼应力棒磨外圆、清洗后与打好孔的预制棒拼装焊接成一体，形成组合光纤预制棒；

S4：将步骤S3制得的组合光纤预制棒拉丝成纤，制成掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。

进一步的，所述S1具体包括如下步骤：

步骤1)在沉积箱内的芯层掺杂四氯化硅、四氯化锗和四氯化钛，同时包层沉积掺杂四氯化硅和氟利昂，沉积流程运转制成松散体；

步骤2)将步骤1)制得的松散体通过脱水、烧结，得到包括掺杂钛均匀的纤芯和未掺杂钛、掺杂氟的內包层的芯棒；

步骤3)将步骤2)制得的芯棒与相匹配的套管组装成棒，并进行延伸后一次性制成折射率分布呈“W”型的纤芯掺杂二氧化钛的预制棒。

进一步的，所述步骤3)中所述套管为掺杂二氧化钛的套管。

进一步的，所述步骤3)中所述预制棒的外径为40mm-60mm，优选为50mm，长度为400mm-600mm，优选为500mm。

进一步的，所述步骤S3中，用打孔车床上在预制棒的纤芯的两侧分别进行打孔，然后再进行酸洗抛光。

进一步的，所述预制棒的纤芯的两侧的打孔的直径为10mm-20mm，优选为15mm。

进一步的，所述步骤S2中硼应力棒中B₂O3的浓度为总重量的10％wt-15％wt，优选为13％wt。

进一步的，所述步骤S2中硼应力棒的外径为10mm-20mm，优选为15mm；硼应力棒的长度为400mm-500mm。

进一步的，所述纤芯掺杂二氧化钛的浓度为总重量的

0.5％wt-2％wt，优选为1％wt。

根据上述制备方法制备得到的一种掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。

本发明的突出效果为：

本发明的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，具有以下优点：

1、本发明采用气相轴向沉积法(VAD)制备纤芯掺杂二氧化钛(TiO₂)的预制棒降低其热膨胀系数，可有效的提高保偏光纤的热稳定性，使芯棒的热膨胀系数下降15％左右，使用含钛套管又使内包层热膨胀系数下降，四氯化钛(TiCl₄)在沉积层分布均匀，热膨胀系数(αTiO₂×10^-7/℃)为负值，在制备硼棒时候降低了B2O3％掺杂量，具有很好的热稳定性(-50℃-75℃)；

2、本发明工艺简单，采用VAD方法在沉积的同时完成掺杂，不会对正常沉积过程产生过多影响，一次性得到大量纤芯掺杂二氧化钛的预制棒，效率非常高，可用于规模化生产；

3、本发明制备预制棒可有效地控制纤芯水峰，得到的保偏光纤损耗低(在1310μm处的衰减<0.6dB/km，1550μm处的衰减＜0.5dB/km)，相较于其他方法制备的保偏光纤，抗衰减性能优越；

4、本发明的纤芯掺杂二氧化钛的预制棒的折射率分布呈“W”型，因此制备的熊猫型保偏光纤具有良好的抗弯性能。

附图说明

图1为本发明实施例1的折射率示意图；

图2为本发明实施例1的热膨胀系数α变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本实施例的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，包括以下步骤：

S1：用气相轴向沉积法制备纤芯掺杂二氧化钛的预制棒；

S2：用化学气相沉积法制备硼应力棒；

S3：在步骤S1制得的预制棒上打孔，并将步骤S2制得的硼应力棒磨外圆、清洗后与打好孔的预制棒拼装焊接成一体，形成组合光纤预制棒；

S4：将步骤S3制得的组合光纤预制棒拉丝成纤，制成掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。

其中，S1具体包括如下步骤：

步骤1)在沉积箱内的芯层掺杂四氯化硅、四氯化锗和四氯化钛，同时包层沉积掺杂四氯化硅和氟利昂，沉积流程运转制成松散体；

步骤2)将步骤1)制得的松散体通过脱水、烧结，得到包括掺杂钛均匀的纤芯和未掺杂钛、掺杂氟的內包层的芯棒；

步骤3)将步骤2)制得的芯棒与相匹配的掺杂二氧化钛的套管组装成棒，并进行延伸后一次性制成折射率分布呈“W”型的纤芯掺杂二氧化钛的预制棒，预制棒的外径为40mm，长度为400mm。

此外，步骤S3中，用打孔车床上在预制棒的纤芯的两侧分别进行打孔，然后再进行酸洗抛光；预制棒的纤芯的两侧的打孔的直径为10mm。

步骤S2中硼应力棒中B₂O₃的浓度为总重量的10％wt。

步骤S2中硼应力棒的外径为10mm；硼应力棒的长度为400mm。

纤芯掺杂二氧化钛的浓度为总重量的0.5％wt。

如图1所示，为本实施例1的制备方法制备得到的掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤的折射率示意图。其中，n1为纤芯，n2为内包区，n3为外包区，n4为应力区。

将本实施例1的制备方法制备得到的掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤与未掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤的热膨胀系数d进行比较，结果如图2所示，由此可见，本实施例1可有效的提高保偏光纤的热稳定性，使芯棒的热膨胀系数下降15％左右，使用含钛套管又使内包层热膨胀系数下降，四氯化钛(TiCl₄)在沉积层分布均匀，热膨胀系数(αTiO₂×10^-7/℃)为负值。

实施例2

本实施例的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，包括以下步骤：

S1：用气相轴向沉积法制备纤芯掺杂二氧化钛的预制棒；

S2：用化学气相沉积法制备硼应力棒；

S3：在步骤S1制得的预制棒上打孔，并将步骤S2制得的硼应力棒磨外圆、清洗后与打好孔的预制棒拼装焊接成一体，形成组合光纤预制棒；

S4：将步骤S3制得的组合光纤预制棒拉丝成纤，制成掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。

其中，S1具体包括如下步骤：

步骤1)在沉积箱内的芯层掺杂四氯化硅、四氯化锗和四氯化钛，同时包层沉积掺杂四氯化硅和氟利昂，沉积流程运转制成松散体；

步骤2)将步骤1)制得的松散体通过脱水、烧结，得到包括掺杂钛均匀的纤芯和未掺杂钛、掺杂氟的內包层的芯棒；

步骤3)将步骤2)制得的芯棒与相匹配的掺杂二氧化钛的套管组装成棒，并进行延伸后一次性制成折射率分布呈“W”型的纤芯掺杂二氧化钛的预制棒，预制棒的外径为60mm，长度为600mm。

此外，步骤S3中，用打孔车床上在预制棒的纤芯的两侧分别进行打孔，然后再进行酸洗抛光；预制棒的纤芯的两侧的打孔的直径为20mm。

步骤S2中硼应力棒中B₂O₃的浓度为总重量的15％wt。

步骤S2中硼应力棒的外径为20mm；硼应力棒的长度为500mm。

纤芯掺杂二氧化钛的浓度为总重量的2％wt。

实施例3

本实施例的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，包括以下步骤：

S1：用气相轴向沉积法制备纤芯掺杂二氧化钛的预制棒；

S2：用化学气相沉积法制备硼应力棒；

S3：在步骤S1制得的预制棒上打孔，并将步骤S2制得的硼应力棒磨外圆、清洗后与打好孔的预制棒拼装焊接成一体，形成组合光纤预制棒；

S4：将步骤S3制得的组合光纤预制棒拉丝成纤，制成掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。

其中，S1具体包括如下步骤：

步骤1)在沉积箱内的芯层掺杂四氯化硅、四氯化锗和四氯化钛，同时包层沉积掺杂四氯化硅和氟利昂，沉积流程运转制成松散体；

步骤2)将步骤1)制得的松散体通过脱水、烧结，得到包括掺杂钛均匀的纤芯和未掺杂钛、掺杂氟的內包层的芯棒；

步骤3)将步骤2)制得的芯棒与相匹配的掺杂二氧化钛的套管组装成棒，并进行延伸后一次性制成折射率分布呈“W”型的纤芯掺杂二氧化钛的预制棒，预制棒的外径为50mm，长度为500mm。

此外，步骤S3中，用打孔车床上在预制棒的纤芯的两侧分别进行打孔，然后再进行酸洗抛光；预制棒的纤芯的两侧的打孔的直径为为15mm。

步骤S2中硼应力棒中B₂O₃的浓度为总重量的13％wt。

步骤S2中硼应力棒的外径为15mm；硼应力棒的长度为500mm。

纤芯掺杂二氧化钛的浓度为总重量的1％wt。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：用气相轴向沉积法制备纤芯掺杂二氧化钛的预制棒；

S2：用化学气相沉积法制备硼应力棒；

S3：在步骤S1制得的预制棒上打孔，并将步骤S2制得的硼应力棒磨外圆、清洗后与打好孔的预制棒拼装焊接成一体，形成组合光纤预制棒；

S4：将步骤S3制得的组合光纤预制棒拉丝成纤，制成掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述S1具体包括如下步骤：

步骤1)在沉积箱内的芯层掺杂四氯化硅、四氯化锗和四氯化钛，同时包层沉积掺杂四氯化硅和氟利昂，沉积流程运转制成松散体；

步骤2)将步骤1)制得的松散体通过脱水、烧结，得到包括掺杂钛均匀的纤芯和未掺杂钛、掺杂氟的內包层的芯棒；

步骤3)将步骤2)制得的芯棒与相匹配的套管组装成棒，并进行延伸后一次性制成折射率分布呈“W”型的纤芯掺杂二氧化钛的预制棒。

3.根据权利要求2所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述步骤3)中所述套管为掺杂二氧化钛的套管。

4.根据权利要求2所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述步骤3)中所述预制棒的外径为40mm-60mm，优选为50mm，长度为400mm-600mm，优选为500mm。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述步骤S3中，用打孔车床上在预制棒的纤芯的两侧分别进行打孔，然后再进行酸洗抛光。

6.根据权利要求5所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述预制棒的纤芯的两侧的打孔的直径为10mm-20mm，优选为15mm。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述步骤S2中硼应力棒中B₂O₃的浓度为总重量的10％wt-15％wt，优选为13％wt。

8.根据权利要求1所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述步骤S2中硼应力棒的外径为10mm-20mm，优选为15mm；硼应力棒的长度为400mm-500mm。

9.根据权利要求2所述的一种二氧化钛掺杂高效制备高稳定性熊猫型保偏光纤的方法，其特征在于：所述纤芯掺杂二氧化钛的浓度为总重量的0.5％wt-2％wt，优选为1％wt。

10.根据权利要求1-9任意一种所述的制备方法制备得到的一种掺杂二氧化钛熊猫型保偏光纤。