CN110187436A - 一种“一”字型单偏振光纤及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种“一”字型单偏振光纤及其制造方法，所述光纤包含有纤芯(1)、包裹于纤芯(1)外的内包层(2)，其特征在于：所述内包层(2)的两侧沿其轴向对称设置有应力作用区(3)，且应力作用区(3)的横截面为“一”字形结构，所述内包层(2)和应力作用区(3)外包裹有外包层(5)，所述外包层(5)内沿其轴向设置有空气气孔(4)。本发明一种“一”字型单偏振光纤及其制造方法，其具有的“一”字形应力作用区提高了温度适应性、且具有的几何对称性提高了其一致性并方便了制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种单偏振光纤及其制作方法，尤其是涉及“一”字型结构的单偏振光纤及其制作方法，属于光纤传感技术领域。
背景技术
近年来，随着高功率光纤激光器、光纤陀螺、电流传感器、超辐射光源以及电光器件的快速发展，对只有一个偏振导模的单偏振光纤的需求不断增加。
在单偏振光纤中，仅能传输两个正交线偏振模中的一个，另一个模截止或者发生严重泄露而衰减，故单偏振光纤的输出光始终只有一种单一的偏振模式。与保偏光纤支持两个正交偏振模不同，单偏振光纤具有很多优点：高消光比，无偏振模式色散，偏振相关损耗显著以及低的偏振失配敏感性，可以有效的降低系统的偏振耦合和偏振模式色散。
现有技术当中，在光纤之中实现单偏振功能采用了下述方法：
①通过掺杂椭圆芯/包层应力诱导双折射效应产生大的双折射，通过掺杂形成不同的芯包折射率差值造成其中一个基偏振模截止；
②在光纤中制造辅助空气气孔来替代掺杂，如中国专利文献CN1809771A公开了“一种单偏振光纤和系统以及制造方法”，其包括一种大致呈椭圆的纤芯以及设置与中心纤芯相对两侧的空气气孔，该发明在制备光纤时，空气气孔内径贴近纤芯，外径贴近纤芯/包层界面，而在实际操作中，气孔位置很难精确定位；再者如中国专利CN101809476A公开了“一种掺硼-氟应力构件的保偏和单偏振光纤”，其包括椭圆纤芯和包层以及毗邻该纤芯且位于包层内至少一个应力构件，应力构件包括硼和氟共同掺杂的二氧化硅；该发明的光纤采用掺硼-氟应力构件来产生应力双折射，且应力构件的面积为10～15μm。
综上所述，现有常规技术中的单偏振光纤及其制造方法多针对椭圆纤芯的光纤，影响了其应用范围，且制造难度大、一致性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种“一”字型单偏振光纤及其制造方法，其具有的“一”字形应力作用区提高了温度适应性、且具有的几何对称性提高了其一致性并方便了制造。
本发明的目的是这样实现的：
一种“一”字型单偏振光纤，所述光纤包含有纤芯、包裹于纤芯外的内包层，所述内包层的两侧沿其轴向对称设置有应力作用区，且应力作用区的横截面为“一”字形结构，所述内包层和应力作用区外包裹有外包层，所述外包层内沿其轴向设置有空气气孔。
本发明一种“一”字型单偏振光纤，所述空气气孔设置有多个，且空气气孔对称分布于应力作用区的两侧，多个空气气孔的中心轴线位于同一平面上、并与“一”字形结构的应力作用区所在平面相垂直。
本发明一种“一”字型单偏振光纤，所述空气气孔设置有2～6个。
本发明一种“一”字型单偏振光纤，所述纤芯内掺杂有锗、氟和磷；锗、氟、磷共掺后使得纤芯具有最大折射率Δ百分比Δ1，Δ1为0.01～0.015；
内包层由掺氟的二氧化硅制造，内包层最大折射率Δ百分比Δ2为-0.007～-0.003之间；
应力作用区由掺硼的二氧化硅制造，应力作用区最大折射率Δ百分比Δ3为-0.008～-0.016；
外包层由纯二氧化硅制造，外包层最大折射率Δ百分比Δ4为0。
本发明一种“一”字型单偏振光纤，纤芯的最大折射率Δ百分比为Δ1；内包层的最大折射率Δ百分比为Δ2；应力作用区的最大折射率Δ百分比为Δ3；外包层的最大折射率Δ百分比为Δ4，且Δ1>Δ4>Δ2>Δ3。
一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，所述方法包含有以下步骤：
步骤一、基管预处理，预热基管、并消除基管内壁的杂质和气泡；
步骤二、沉积，在基管内依次进行外包层沉积、应力作用区沉积、内包层沉积和芯层沉积；
步骤三、预制棒成型：对基管进行正向塌缩和反向塌缩，制成一根实心的“一”字型预制棒；
步骤四、保温，对“一”字型预制棒进行保温处理；
步骤五、打孔，沿轴向对“一”字型预制棒进行打孔操作，打孔形成的空气气孔对称位于纤芯的两侧，制得一根带有空气气孔的“一”字型单偏振光纤预制棒；
步骤六、抛光，对步骤五获得的带有空气气孔的“一”字型单偏振光纤预制棒的外表面进行抛光；
步骤七、拉丝，将步骤六中抛光后的“一”字型单偏振光纤预制棒拉制细成石英光纤；且拉制的同时对空气气孔内施加正压；
步骤八、涂覆，拉制的石英光纤外面涂覆两层丙烯酸树脂光纤涂料。
本发明一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，所述步骤四中，保温温度为700～1000℃，保温时长2～6小时。
本发明一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，所述步骤七中，导入空气气孔内的气压大小为10～40KPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对光纤内微结构的设计，使得当信号光为工作波段时，能够保持单偏振态传输；同时，的单偏振光纤，其应力作用区为“一”字型，并且应力作用区的面积小，具有良好的温度适应性；另外，本发明提供的一种“一”字型单偏振光纤制造方法，其工艺流程简单，实现程度高，且通过该方法生产的光纤几何对称性好，具有良好的批次一致性。
附图说明
图1为本发明一种“一”字型单偏振光纤的结构示意图。
图2本发明一种“一”字型单偏振光纤的X-X方向的折射率示意图。
图3本发明一种“一”字型单偏振光纤的Y-Y方向的折射率示意图。
其中：
纤芯1、内包层2、应力作用区3、空气气孔4、外包层5。
具体实施方式
参见图1～3，本发明涉及的一种“一”字型单偏振光纤，所述光纤包含有纤芯1、包裹于纤芯1外的内包层2，其特征在于：所述内包层2的两侧沿其轴向对称设置有应力作用区3，且应力作用区3的横截面为“一”字形结构，所述内包层2和应力作用区3外包裹有外包层5，所述外包层5内沿其轴向设置有空气气孔4。
进一步的，所述空气气孔4设置有多个，且空气气孔4对称分布于应力作用区3的两侧，多个空气气孔4的中心轴线位于同一平面上、并与“一”字形结构的应力作用区3所在平面相垂直；
进一步的，所述空气气孔4设置有2～6个；
进一步的，所述纤芯1内掺杂有锗、氟和磷；
如图2和图3所示，其中，锗、氟、磷共掺后使得纤芯1具有最大折射率Δ百分比Δ1，Δ1约在0.01～0.015之间为佳；
内包层2优选的由掺氟的二氧化硅制造，其中，内包层2最大折射率Δ百分比Δ2约在-0.007～-0.003之间为佳；
应力作用区3优选的由掺硼的二氧化硅制造，其中，应力作用区3最大折射率Δ百分比Δ3约在-0.008～-0.016之间为佳；
外包层5优选的由纯二氧化硅制造，其中，外包层5最大折射率Δ百分比Δ4约为0。
进一步的，应力作用区3的长边长A∈[30μm，40μm]，短边长B∈[10μm，15μm]为佳，长宽比A/B∈[2.2，3.5]为佳，“一”字形结构的应力作用区3距离纤芯1中心的最短距离C∈[5μm，10μm]；空气气孔4的直径D∈[2μm，10μm]，空气气孔4距离纤芯1的距离E∈[4μm，12μm]。本实施例中，气孔直径大小优选为10μm，距离纤芯1距离10μm。
进一步的，纤芯1的最大折射率Δ百分比为Δ1；内包层2的最大折射率Δ百分比为Δ2；应力作用区3的最大折射率Δ百分比为Δ3；外包层5的最大折射率Δ百分比为Δ4，且Δ1>Δ4>Δ2>Δ3；其中，Δ4＝0，所述内包层2的最大折射率Δ百分比Δ3≥-0.05。
本发明一种“一”字型单偏振光纤的工作原理为：通过调整纤芯1以及内包层2的最大折射率Δ，单偏振带宽可以被转移至其他波长，同时，通过调整空气气孔4的孔径、以及其与纤芯1的距离，也可以使得单偏振带宽转移至其他波长。本实施例中，单偏振带宽大约延展于1540～1590nm之间，从而提供了大约50nm的单偏振带宽。
一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，所述方法包含有以下步骤：
步骤一、基管预处理，预热基管、并消除基管内壁的杂质和气泡；
步骤二、沉积，在基管内依次进行外包层沉积、应力作用区沉积、内包层沉积和芯层沉积；其中在应力区沉积结束后进行定向刻蚀，即保持基管不再转动，在基管内通有含氟的腐蚀性气体；在基管外用一束火头或两边对烧的两束火头沿基管的轴向来回移动；
步骤三、预制棒成型：对基管进行正向塌缩和反向塌缩，制成一根实心的“一”字型预制棒；
步骤四、保温，对“一”字型预制棒进行保温处理，保温温度为700～1000℃，保温时长2～6小时。
步骤五、打孔，沿轴向对“一”字型预制棒进行打孔操作，打孔形成的空气气孔对称位于纤芯的两侧，制得一根带有空气气孔的“一”字型单偏振光纤预制棒；
步骤六、抛光，对步骤五获得的带有空气气孔的“一”字型单偏振光纤预制棒的外表面进行抛光；
步骤七、拉丝，将步骤六中抛光后的“一”字型单偏振光纤预制棒拉制细成石英光纤；且拉制的同时对空气气孔内施加正压，压力大小为10～40KPa；
步骤八、涂覆，拉制的石英光纤外面涂覆两层丙烯酸树脂光纤涂料。
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 (8)
1.一种“一”字型单偏振光纤，所述光纤包含有纤芯(1)、包裹于纤芯(1)外的内包层(2)，其特征在于：所述内包层(2)的两侧沿其轴向对称设置有应力作用区(3)，且应力作用区(3)的横截面为“一”字形结构，所述内包层(2)和应力作用区(3)外包裹有外包层(5)，所述外包层(5)内沿其轴向设置有空气气孔(4)。
2.如权利要求1所述一种“一”字型单偏振光纤，其特征在于：所述空气气孔(4)设置有多个，且空气气孔(4)对称分布于应力作用区(3)的两侧，多个空气气孔(4)的中心轴线位于同一平面上、并与“一”字形结构的应力作用区(3)所在平面相垂直。
3.如权利要求1所述一种“一”字型单偏振光纤，其特征在于：所述空气气孔(4)设置有2～6个。
4.如权利要求1所述一种“一”字型单偏振光纤，其特征在于：所述纤芯(1)内掺杂有锗、氟和磷；锗、氟、磷共掺后使得纤芯(1)具有最大折射率Δ百分比Δ1，Δ1为0.01～0.015；
内包层(2)由掺氟的二氧化硅制造，内包层(2)最大折射率Δ百分比Δ2为-0.007～-0.003之间；
应力作用区(3)由掺硼的二氧化硅制造，应力作用区(3)最大折射率Δ百分比Δ3为-0.008～-0.016；
外包层(5)由纯二氧化硅制造，外包层(5)最大折射率Δ百分比Δ4为0。
5.如权利要求1所述一种“一”字型单偏振光纤，其特征在于：纤芯(1)的最大折射率Δ百分比为Δ1；内包层(2)的最大折射率Δ百分比为Δ2；应力作用区(3)的最大折射率Δ百分比为Δ3；外包层(5)的最大折射率Δ百分比为Δ4，且Δ1>Δ4>Δ2>Δ3。
6.一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，其特征在于：所述方法包含有以下步骤：
步骤一、基管预处理，预热基管、并消除基管内壁的杂质和气泡；
步骤二、沉积，在基管内依次进行外包层沉积、应力作用区沉积、内包层沉积和芯层沉积；
步骤三、预制棒成型：对基管进行正向塌缩和反向塌缩，制成一根实心的“一”字型预制棒；
步骤四、保温，对“一”字型预制棒进行保温处理；
步骤五、打孔，沿轴向对“一”字型预制棒进行打孔操作，打孔形成的空气气孔对称位于纤芯的两侧，制得一根带有空气气孔的“一”字型单偏振光纤预制棒；
步骤六、抛光，对步骤五获得的带有空气气孔的“一”字型单偏振光纤预制棒的外表面进行抛光；
步骤七、拉丝，将步骤六中抛光后的“一”字型单偏振光纤预制棒拉制细成石英光纤；且拉制的同时对空气气孔内施加正压；
步骤八、涂覆，拉制的石英光纤外面涂覆两层丙烯酸树脂光纤涂料。
7.如权利要求6所述一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，其特征在于：所述步骤四中，保温温度为700～1000℃，保温时长2～6小时。
8.如权利要求6所述一种“一”字型单偏振光纤的制造方法，其特征在于：所述步骤七中，导入空气气孔内的气压大小为10～40KPa。
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