CN108508529A - 一种零色散位移保偏光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种零色散位移保偏光纤，属于特种光纤技术领域。芯层直径D1为2.0～5.0μm，相对折射率Δ1％为0.3％～1.0％，芯层外由内到外依次还包括：下陷内包层、边芯层、下陷外包层、应力层和包层，所述芯层、下陷内包层、边芯层、下陷外包层、应力层和包层成阶跃型剖面结构。本发明通过特殊的光纤剖面结构设计，制造出的零色散位移保偏光纤在1550nm工作波段能够实现零色散，同时具有优秀的偏振保持性能。

Description

一种零色散位移保偏光纤
技术领域
本发明涉及一种用于光纤传感等技术领域的零色散位移保偏光纤，属于特种光纤技术领域。
背景技术
保偏光纤是特种光纤的一类。保偏光纤，即偏振保持光纤，是具有保持所传输光线的线偏振方向的光纤。保偏光纤可应用于许多领域，如复用相干通信、光纤陀螺仪、光纤水听器、偏振传感等，是一种具有广泛应用价值的特种光纤。
保偏光纤包括几何双折射和应力双折射保偏光纤。几何双折射保偏光纤的实例是椭圆芯子保偏光纤，这种保偏光纤的纤芯是椭圆形的，利用这种几何的不对称性产生双折射效应。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。这类光纤的特点是在光纤的包层中引入具有高膨胀系数的应力层挤压纤芯产生双折射效应。
上述应力双折射保偏光纤中，熊猫型保偏光纤应用最为广泛，其结构包括纤芯、应力层和包层部分，其中纤芯位于包层的中心部分，而两个圆柱状的应力层分布在纤芯的两侧。纤芯一般为锗氟共掺杂的石英玻璃、应力层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，所以应力层能够产生压应力作用于纤芯部分，从而产生所述的应力双折射使得保偏光纤具有线偏振保持性能。
20世纪90年代以来，随着宽带光通信产业的蓬勃发展，掺饵光纤增益平坦滤波技术、量子阱半导体工艺和特种光纤技术等发展迅速，为高精度光纤陀螺发进一步研究创造了有力条件。高精度光纤陀螺主要采用的是1550nm宽带超荧光掺饵光纤光源和全数字闭环处理技术。其优点是全固态、精度高(0.01°～0.0001°)、标度因数稳定性好、动态范围大、成本低、寿命长、抗空间辐射等。主要应用方向为战略导弹、卫星及空间载体的定向，天体测量望远镜的稳定和调向，中远程导弹系统、军民用飞机和潜艇惯性导航等。经过多年探索，国外高精度光纤陀螺的技术方案已经成熟，特别是在宽带掺饵光纤光源技术、光源强度噪声抑制技术等关键技术上的突破，使高精度成为光纤陀螺的一个重要优势和发展趋势。随着高精度陀螺的发展，对光纤环中的光纤长度要求越来越高，现在高精度光纤环需要的光纤长度最长达到了10km，这样光在光纤中传输就不能忽略色散这个问题，光源光谱中不同波长分量在光纤中的群速不同所引起的光脉冲展宽现象，是高速光纤系统的主要传输损伤。
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而提供一种零色散位移保偏光纤，可以保证1550nm工作波段传输色散近似为零，防止光脉冲展宽现象。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种零色散位移保偏光纤，芯层直径D1为2.0～5.0μm，相对折射率Δ1％为0.3％～1.0％，芯层外由内到外依次还包括：下陷内包层、边芯层、下陷外包层、应力层和包层，所述芯层、下陷内包层、边芯层、下陷外包层、应力层和包层成阶跃型剖面结构。
其中，所述的下陷内包层为掺氟石英层，直径D2为10.0～15.0μm，相对折射率Δ2％为-0.03％～-0.1％。
其中，所述的边芯层直径D3为15.0～20.0μm，相对折射率Δ3％为0.1％～0.5％。
其中，所述的下陷外包层直径D4为15.0～25.0μm，相对折射率Δ4％为-0.05％～-0.1％。
其中，所述的应力层为掺硼石英玻璃层，应力层直径D5为10.0～25.0μm，相对折射率Δ5％为-0.3％～-0.9％。
其中，所述的应力层间距L与包层直径D6的比值为0.1～0.5。
其中，所述的包层为纯二氧化硅玻璃层，包层直径D6为50.0～130.0μm。
其中，所述的包层外涂覆有涂料层，所述的涂料层由内向外依次为内涂料层和外涂料层，内涂料层的直径D7与外涂料层的直径D8的差值D8-D7为10.0～50.0μm；所述的内涂料层可耐受温度为大于等于80℃小于等于110℃；所述的外涂料层可耐受温度为大于等于80℃小于等于110℃。
其中，所述零色散位移保偏光纤的模式双折射率不小于3.0×10-4。
其中，所述零色散位移保偏光纤在1550nm波段的色散系数为0～5.0ps/nm.km。
本发明的有益效果在于：
本发明的零色散位移保偏光纤既具有偏振保持性能，同时在1550nm工作波段具有零色散特性，很好的解决了高精度陀螺环光纤长度持续增加后的色散问题。
附图说明
图1是普通保偏光纤以及零色散保偏光纤色散系数与工作波长的关系。
图2是本发明的一个实施例的零色散位移保偏光纤径向结构示意图。
图3是本发明的第一个实施例的零色散位移保偏光纤折射率剖面分布图。
图4是本发明的第二个实施例的零色散位移保偏光纤折射率剖面分布图，在第一个实施例的基础上调整了应力层掺杂量。
图5是本发明的第三个实施例的零色散位移保偏光纤折射率剖面分布图，在第一个实施例的基础上调整了应力层间距。
图6是本发明的第四个实施例的零色散位移保偏光纤折射率剖面分布图，在第一个实施例的基础上调整了应力层掺杂量和间距。
图中：
1-芯层；2-下陷内包层；3-边芯层；4-下陷外包层；5-应力层；6-包层；7-内涂料层；8-外涂料层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
具体实施方案前，进行一定的理论拟合计算，初步判断方案的合理性。通过理论计算，分别得到普通保偏光纤以及零色散保偏光纤色散系数与工作波长的关系如图1所示。可以看出，零色散位移剖面结构与保偏应力层相结合后的零色散位移保偏光纤在工作波段1550nm的色散系数为4.706ps/nm.km，完全满足使用要求。
如图2所示，本发明所述的一种零色散位移保偏光纤，包括芯层，芯层1外由内到外依次为：下陷内包层2、边芯层3、下陷外包层4、应力层5和包层6，所述芯层1、下陷内包层2、边芯层3、下陷外包层4、应力层5和包层6成阶跃型剖面结构。
所述的芯层1为掺锗或锗氟共掺石英玻璃层，芯层1直径D1为2.0～5.0μm，相对折射率Δ1％为0.3％～1.0％。
所述的下陷内包层2为掺氟石英层，直径D2为10.0～15.0μm，相对折射率Δ2％为-0.03％～-0.1％。
所述的边芯层3直径D3为15.0～20.0μm，相对折射率Δ3％为0.1％～0.5％。
所述的下陷外包层4直径D4为15.0～25.0μm，相对折射率Δ4％为-0.05％～-0.1％。
所述的应力层5为掺硼石英玻璃层，应力层5直径D5为10.0～25.0μm，相对折射率Δ5％为-0.3％～-0.9％。
所述的应力层5间距L与包层6直径D6的比值为0.1～0.5。
所述的包层6为纯二氧化硅玻璃层，包层6直径D6为80μm。
所述的包层6外涂覆有涂料层，所述的涂料层由内向外依次为内涂料层7和外涂料层8，内涂料层7的直径D7与外涂料层8的直径D8的差值D8-D7为20μm；所述的内涂料层7可耐受温度为大于等于80℃小于等于110℃；所述的外涂料层8可耐受温度为大于等于80℃小于等于110℃。
所述的零色散位移保偏光纤模式双折射率不小于3.0×10-4。
所述的零色散位移保偏光纤在1550nm波段的色散系数为大于等于0小于等于0.005ps/nm.km。
所述零色散位移保偏光纤筛选强度为100kpsi。
所述零色散位移保偏光纤最小弯曲半径为7.5mm。
实施例一
零色散位移保偏光纤的波导结构如图3，其光纤参数如表1。
表1
实施例二
零色散位移保偏光纤的波导结构如图4，实施例二与实施例一的主要差异在于应力层5掺杂量的提高，其光纤参数如表2。
光纤参数 实施例二结果
包层直径D6/μm 79.7
芯层直径D1/μm 3.6
芯层折射率Δ1/％ 0.599
下陷内包层直径D2/μm 12.6
下陷内包层折射率Δ2/％ -0.07
边芯层直径D3/μm 18.3
边芯层折射率Δ3/％ 0.25
下陷外包层直径D4/μm 21
下陷外包层折射率Δ4/％ -0.08
应力层直径D5/包层直径D6 0.322
应力层间距L/包层直径D6 0.427
应力层相对折射率Δ5/％ -0.7
模式双折射(×10-4) 3.9
光纤串音/(dB，弯曲直径15mm，100m光纤) -25
色散系数/(ps/nm.km) 4.6
表2
实施例三
零色散位移保偏光纤的波导结构如图5，实施例三与实施例一的主要差异在于应力层5间距的增加，其光纤参数如表3。
表3
实施例四
零色散位移保偏光纤的波导结构如图6，实施例四与实施例一的主要差异在于应力层5掺杂量的提高和应力层5间距的增加，其光纤参数如表4。
光纤参数 实施例四结果
包层直径D6/μm 80.0
芯层直径D1/μm 3.6
芯层折射率Δ1/％ 0.6
下陷内包层直径D2/μm 12.6
下陷内包层折射率Δ2/％ -0.07
边芯层直径D3/μm 18.0
边芯层折射率Δ3/％ 0.25
下陷外包层直径D4/μm 20.0
下陷外包层折射率Δ4/％ -0.07
应力层直径D5/包层直径D6 0.323
应力层间距L/包层直径D6 0.467
应力层相对折射率Δ5/％ -0.8
模式双折射(×10-4) 3.8
光纤串音/(dB，弯曲直径15mm，100m光纤) -23
色散系数/(ps/nm.km) 2.5
表4
虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围上，可以作出各种改变。这些改变都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，芯层直径D1为2.0～5.0μm，相对折射率Δ1％为0.3％～1.0％，芯层外由内到外依次还包括：下陷内包层、边芯层、下陷外包层、应力层和包层，所述芯层、下陷内包层、边芯层、下陷外包层、应力层和包层成阶跃型剖面结构。
2.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的下陷内包层为掺氟石英层，直径D2为10.0～15.0μm，相对折射率Δ2％为-0.03％～-0.1％。
3.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的边芯层直径D3为15.0～20.0μm，相对折射率Δ3％为0.1％～0.5％。
4.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的下陷外包层直径D4为15.0～25.0μm，相对折射率Δ4％为-0.05％～-0.1％。
5.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的应力层为掺硼石英玻璃层，应力层直径D5为10.0～25.0μm，相对折射率Δ5％为-0.3％～-0.9％。
6.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的应力层间距L与包层直径D6的比值为0.1～0.5。
7.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的包层为纯二氧化硅玻璃层，包层直径D6为50.0～130.0μm。
8.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述的包层外涂覆有涂料层，所述的涂料层由内向外依次为内涂料层和外涂料层，内涂料层的直径D7与外涂料层的直径D8的差值D8-D7为10.0～50.0μm；所述的内涂料层可耐受温度为大于等于80℃小于等于110℃；所述的外涂料层可耐受温度为大于等于80℃小于等于110℃。
9.按权利要求1所述的一种零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述零色散位移保偏光纤的模式双折射率不小于3.0×10-4。
10.按权利要求1或2所述的零色散位移保偏光纤，其特征在于，所述零色散位移保偏光纤在1550nm波段的色散系数为0～5.0ps/nm.km。
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