CN112764156B - 一种弯曲不敏感保偏光纤 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括芯层、内包层、下陷包层和外包层，且沿着径向，芯层、内包层、下陷包层和外包层由内而外依次设置，下陷包层内设有两个应力层，两个应力层分别位于内包层的两侧，并且两个应力层关于内包层呈中心对称，芯层掺杂有锗，下陷包层掺杂有氟和硼，应力层掺杂有硼，外包层采用纯石英。本申请的弯曲不敏感保偏光纤设有氟和硼共掺的下陷包层，其一方面，该下陷包层能够有效提升保偏光纤的抗弯曲能力，可以降低弯曲所带来的附加损耗影响；另一方面，通过氟和硼共掺工艺可以促使下陷包层与应力层的粘度匹配，同时也减少了保偏光纤受到的外界应力干扰，提升保偏光纤的串音稳定性。

Description

一种弯曲不敏感保偏光纤
技术领域
本申请涉及特种光纤技术领域，特别涉及一种弯曲不敏感保偏光纤。
背景技术
偏振保持光纤简称保偏光纤，由于将双折射引入到光纤中，使线偏振光能保持其偏振态在光纤中进行传输，现已广泛应用于偏振相关应用领域。
近年来，随着光器件不断朝着小型化发展，偏振相关器件对保偏光纤的弯曲半径提出了更高的要求。
在一些相关技术中，保偏光纤在弯曲条件下，衰减和串音会存在不同程度的劣化，导致光信号衰减及传输偏振特性无法保持，具体地，保偏光纤在弯曲半径小于15mm时，附加损耗在1dB以上，串音变化大于3dB，而当弯曲半径小于7.5mm时，附加损耗则迅速增大，达到2dB以上，串音变化大于5dB，且随着保偏光纤直径越大，其抗弯曲特性越差。因此上述保偏光纤难以制作出尺寸较小的偏振相关器件，无法满足器件小型化需求。
发明内容
本申请实施例提供一种弯曲不敏感保偏光纤，具有优良的衰减和串音弯曲不敏感特性。
本申请提供了一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括：
由内而外依次设置的芯层、内包层、下陷包层和外包层；
所述下陷包层内设有两个关于所述内包层呈中心对称的应力层；
所述芯层掺杂有锗，所述下陷包层掺杂有氟和硼，所述外包层采用纯石英。
一些实施例中，所述内包层掺杂有氟。
一些实施例中，所述内包层还掺杂有锗。
一些实施例中，所述芯层的相对折射率差Δn1为0.3％～1.0％；和/或，
所述内包层的相对折射率差为-0.01％～0.01％；和/或，
所述下陷包层的相对折射率差Δn2为-0.3％～-0.1％；和/或，
所述应力层的相对折射率差Δn3为-0.80％～-0.50％。
一些实施例中，所述芯层的直径D1为3～9μm；和/或，
所述内包层的直径D2为4.5～15μm；和/或，
所述下陷包层的直径D3为40～100μm；和/或，
所述应力层的直径D4为16～35μm；和/或，
所述外包层的直径D5为60、80或125μm。
一些实施例中，所述下陷包层的直径D3与所述芯层的直径D1的比值为10～15。
一些实施例中，所述芯层、内包层、下陷包层和应力层的折射率剖面均呈水平直线。
一些实施例中，所述弯曲不敏感保偏光纤的工作波长为1310nm和1550nm。
一些实施例中，在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，所述弯曲不敏感保偏光纤的附加损耗小于0.2dB。
一些实施例中，在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，所述弯曲不敏感保偏光纤的弯曲串音劣化小于2dB/km。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种弯曲不敏感保偏光纤，本申请的弯曲不敏感保偏光纤设有氟和硼共掺的下陷包层，其一方面，该下陷包层能够有效提升保偏光纤的抗弯曲能力，可以降低弯曲所带来的附加损耗影响；另一方面，通过氟和硼共掺工艺可以促使下陷包层与应力层的粘度匹配，同时也减少了保偏光纤受到的外界应力干扰，提升保偏光纤的串音稳定性。
在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，弯曲不敏感保偏光纤的附加损耗小于0.2dB，在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，弯曲不敏感保偏光纤的弯曲串音劣化小于2dB/km。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的弯曲不敏感保偏光纤横截面示意图；
图2为本申请实施例提供的弯曲不敏感保偏光纤的立体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的弯曲不敏感保偏光纤折射率分布图。
图中：1、芯层；2、内包层；3、下陷包层；4、应力层；5、外包层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种弯曲不敏感保偏光纤，具有优良的衰减和串音弯曲不敏感特性。
参见图1和图2所示，一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5，且沿着径向，芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5由内而外依次设置，在本实施例中，芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5呈同心圆布置；下陷包层3内设有两个应力层4，两个应力层4分别位于内包层2的两侧，并且两个应力层4关于内包层2呈中心对称，应力层4与内包层2之间存在间隔，两个应力层4和芯层1、内包层2的圆心在同一条直线上；芯层1掺杂有锗，下陷包层3掺杂有氟和硼，应力层4掺杂有硼，外包层5采用纯石英。
本申请的弯曲不敏感保偏光纤设有氟和硼共掺的下陷包层3，其一方面，该下陷包层3能够有效提升保偏光纤的抗弯曲能力，可以降低弯曲所带来的附加损耗影响，在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，弯曲不敏感保偏光纤的附加损耗小于0.2dB；另一方面，通过氟和硼共掺工艺可以促使下陷包层3与应力层4的粘度匹配，同时也减少了保偏光纤受到的外界应力干扰，提升保偏光纤的串音稳定性，在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，弯曲不敏感保偏光纤的弯曲串音劣化小于2dB/km。
在一些优选的实施例中，内包层2掺杂有氟。
在一些优选的实施例中，内包层2掺杂有氟和锗，本实施例的弯曲不敏感保偏光纤设有锗和氟共掺的内包层2，可以有效降低其粘度，降低由于界面应力过大所造成的衰减增大。
在一些优选的实施例中，参见图3所示，芯层1的相对折射率差Δn1为0.3％～1.0％，内包层2的相对折射率差为-0.01％～0.01％，下陷包层3的相对折射率差Δn2为-0.3％～-0.1％，应力层4的相对折射率差Δn3为-0.80％～-0.50％。
本申请提供的实施例采用如下公式计算相对折射率差Δ：
Δ＝(n折-n)/(n折+n)*100％
其中，n为纯石英(也即外包层5)的折射率，当计算芯层1与纯石英的相对折射率差Δn1时，上述公式中的n折为芯层1的折射率；
当计算内包层2与纯石英的相对折射率差时，上述公式中的n折为内包层2的折射率；
当计算下陷包层3与纯石英的相对折射率差Δn2时，上述公式中的n折为下陷包层3的折射率；
当计算应力层4与纯石英的相对折射率差Δn3时，上述公式中的n折为应力层4的折射率。
在一些优选的实施例中，参见图3所示，芯层1的直径D1为3～9μm，内包层2的直径D2为4.5～15μm，下陷包层3的直径D3为40～100μm，应力层4的直径D4为16～35μm，外包层5的直径D5为60、80或125μm。
在一些优选的实施例中，下陷包层3的直径D3与芯层1的直径D1的比值为10～15，通过控制保偏光纤下陷包层3直径与芯层1直径比例，实现光信号的稳定传输。
在一些优选的实施例中，参见图3所示，芯层1、内包层2、下陷包层3和应力层4的折射率剖面均呈水平直线。
在一些优选的实施例中，由于锗可以提高折射率，通过在芯层1中掺杂锗，使得掺杂锗的芯层1具有一个向上凸起来的阶跃型波导结构，其具有较高的相对折射率差，能够拥有更小的截止波长，使得该弯曲不敏感保偏光纤的工作波长为1310nm和1550nm。
下面结合具体实施例对本申请做进一步详细的说明。
实施例一：
一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5，且沿着径向，芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5由内而外依次设置，下陷包层3内设有两个应力层4，两个应力层4分别位于内包层2的两侧，并且两个应力层4关于内包层2呈中心对称。
在预制棒沉积制造过程中控制芯层1沉积气体流量SiCl4蒸气100sccm、GeO2蒸气100sccm，内包层2沉积气体流量SiCl4蒸气300sccm、GeO2蒸气50sccm、C2F6气体25sccm，下陷包层3沉积气体流量SiCl4蒸气300sccm、C2F6气体20sccm、B2O3气体50sccm，应力层4沉积气体流量SiCl4蒸气300sccm、B2O3气体150sccm。
几何尺寸方面，控制芯层1直径D1为3μm，内包层2直径D2为4.5μm，下陷包层3直径D3为45μm，应力层4直径D4为16μm，外包层5直径D5为60μm。
折射率方面，控制芯层1相对折射率差Δn1为1.0％，下陷包层2相对折射率差Δn2为-0.1％，应力层4相对折射率差Δn3为-0.75％。
所拉制的弯曲不敏感保偏光纤主要参数及弯曲变化见表1。
表1
Figure BDA0002894367520000061
实施例二：
一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5，且沿着径向，芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5由内而外依次设置，下陷包层3内设有两个应力层4，两个应力层4分别位于内包层2的两侧，并且两个应力层4关于内包层2呈中心对称。
在预制棒沉积制造过程中控制芯层1沉积气体流量SiCl4蒸气150sccm、GeO2蒸气120sccm，内包层2沉积气体流量SiCl4蒸气600sccm、GeO2蒸气100sccm、C2F6气体30sccm，下陷包层3沉积气体流量SiCl4蒸气600sccm、C2F6气体30sccm、B2O3气体80sccm，应力层4沉积气体流量SiCl4蒸气600sccm、B2O3气体200sccm。
几何尺寸方面，控制芯层1直径D1为3.5μm，内包层2直径D2为5.2μm，下陷包层3直径D3为52μm，应力层4直径D4为18μm，外包层5直径D5为60μm。
折射率方面，控制芯层1相对折射率差Δn1为0.8％，下陷包层2相对折射率差Δn2为-0.2％，应力层4相对折射率差Δn3为-0.65％。
所拉制的弯曲不敏感保偏光纤主要参数及弯曲变化见表2。
表2
Figure BDA0002894367520000071
实施例三：
一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5，且沿着径向，芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5由内而外依次设置，下陷包层3内设有两个应力层4，两个应力层4分别位于内包层2的两侧，并且两个应力层4关于内包层2呈中心对称。
在预制棒沉积制造过程中控制芯层1沉积气体流量SiCl4蒸气200sccm、GeO2蒸气180sccm，内包层2沉积气体流量SiCl4蒸气1000sccm、GeO2蒸气150sccm、C2F6气体40sccm，下陷包层3沉积气体流量SiCl4蒸气1000sccm、C2F6气体40sccm、B2O3气体100sccm，应力层4沉积气体流量SiCl4蒸气1000sccm、B2O3气体300sccm。
几何尺寸方面，控制芯层1直径D1为5μm，内包层2直径D2为7.5μm，下陷包层3直径D3为60μm，应力层4直径D4为22μm，外包层5直径D5为80μm。
折射率方面，控制芯层1相对折射率差Δn1为0.6％，下陷包层2相对折射率差Δn2为-0.25％，应力层4相对折射率差Δn3为-0.6％。
所拉制的弯曲不敏感保偏光纤主要参数及弯曲变化见表3。
表3
Figure BDA0002894367520000081
实施例四：
一种弯曲不敏感保偏光纤，其包括芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5，且沿着径向，芯层1、内包层2、下陷包层3和外包层5由内而外依次设置，下陷包层3内设有两个应力层4，两个应力层4分别位于内包层2的两侧，并且两个应力层4关于内包层2呈中心对称。
在预制棒沉积制造过程中控制芯层1沉积气体流量SiCl4蒸气250sccm、GeO2蒸气200sccm，内包层2沉积气体流量SiCl4蒸气1200sccm、GeO2蒸气300sccm、C2F6气体50sccm，下陷包层3沉积气体流量SiCl4蒸气1200sccm、C2F6气体50sccm、B2O3气体150sccm，应力层4沉积气体流量SiCl4蒸气1200sccm、B2O3气体400sccm。
几何尺寸方面，控制芯层1直径D1为9μm，内包层2直径D2为13.5μm，下陷包层3直径D3为90μm，应力层4直径D4为34μm，外包层5直径D5为125μm。
折射率方面，控制芯层1相对折射率差Δn1为0.3％，下陷包层2相对折射率差Δn2为-0.3％，应力层4相对折射率差Δn3为-0.5％。
所拉制的弯曲不敏感保偏光纤主要参数及弯曲变化见表4。
表4
Figure BDA0002894367520000091
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于，其包括：
由内而外依次设置的芯层(1)、内包层(2)、下陷包层(3)和外包层(5)；
所述下陷包层(3)内设有两个关于所述内包层(2)呈中心对称的应力层(4)；
所述芯层(1)掺杂有锗，所述下陷包层(3)掺杂有氟和硼，所述外包层(5)采用纯石英，应力层(4)掺杂有硼，
所述内包层(2)掺杂有氟和锗。
2.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：
所述芯层(1)的相对折射率差Δn1为0.3％～1.0％；和/或，
所述内包层(2)的相对折射率差为-0.01％～0.01％；和/或，
所述下陷包层(3)的相对折射率差Δn2为-0.3％～-0.1％；和/或，
所述应力层(4)的相对折射率差Δn3为-0.80％～-0.50％。
3.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：
所述芯层(1)的直径D1为3～9μm；和/或，
所述内包层(2)的直径D2为4.5～15μm；和/或，
所述下陷包层(3)的直径D3为40～100μm；和/或，
所述应力层(4)的直径D4为16～35μm；和/或，
所述外包层(5)的直径D5为60、80或125μm。
4.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：所述下陷包层(3)的直径D3与所述芯层(1)的直径D1的比值为10～15。
5.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：所述芯层(1)、内包层(2)、下陷包层(3)和应力层(4)的折射率剖面均呈水平直线。
6.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：所述弯曲不敏感保偏光纤的工作波长为1310nm和1550nm。
7.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，所述弯曲不敏感保偏光纤的附加损耗小于0.2dB。
8.如权利要求1所述的弯曲不敏感保偏光纤，其特征在于：在弯曲半径7.5mm*10圈以及弯曲半径15mm*10圈条件下，所述弯曲不敏感保偏光纤的弯曲串音劣化小于2dB/km。
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