CN113213768A - 一种纤芯用玻璃及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤芯用玻璃及应用，属于光纤技术领域。一种纤芯用玻璃，组分包括P₂O₅、K₂O、BaO、Al₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅、Sb₂O₃和稀土元素。本发明提供的纤芯用玻璃，通过将各组分有机结合，成分间的协同作用，能够保证机械纤芯用玻璃加工性能的同时，提升光纤的增益系数。

Description

一种纤芯用玻璃及应用

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种纤芯用玻璃及应用。

背景技术

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。按传输模式分，光纤包括单模光纤和多模光纤。现在最常用的光纤是单模纤维，理想的单模光纤在结构上具有对称性，在组成上保持纵向一致性，内部无残留本征应力，外部不承受应力干扰，模式LP01x和LP01y的传播常数相同，其合成光场为线偏振光。然而，在实际制造及应用中，本征残余应力和外部应力是不可避免的，所以普通单模光纤的LP01x和LP01y是非简并的，即存在所谓的双折射现象。为了保持稳定的线偏振状态，需要降低两个模式分量之间的耦合，因此可以人为地制作高双折射光纤。

保偏光纤是一种特殊类型的光纤，它利用光纤中各组分材料热膨胀性质的差异，在不同材料之间产生应力，因此可使得保偏光纤产生较强的双折射现象，进而使两个偏振态的传播常数相差很大，不易发生耦合，这样可以抵御外部干扰，保持光波在传输过程中偏振态的稳定。保偏光纤能够精确地控制光波的输出偏振态，这种特性使得保偏光纤被广泛应用于光纤传感和各种偏振相干检测器件等方面。

目前市面上存在的石英保偏光纤，大多存在着增益系数低的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纤芯用玻璃，通过调整组分，获得的纤芯用玻璃能够在保证机械加工性能的同时，提升增益系数。

本发明还提出一种具有上述纤芯用玻璃的光纤用玻璃组合。

本发明还提出一种具有上述光纤用玻璃组合的保偏光纤。

本发明还提出一种具有上述保偏光纤的制备方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种纤芯用玻璃，组分包括P₂O₅、K₂O、BaO、Al₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅、Sb₂O₃和稀土元素。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

本发明提供的纤芯用玻璃中：P₂O₅是玻璃的网络形成体，K₂O有利于玻璃的熔制，BaO和Al₂O₃有助于提升玻璃密度，La₂O₃有助于提升玻璃折射率，Nb₂O₅和Sb₂O₃会阻碍稀土离子的聚集并改善荧光淬灭浓度；稀土元素可提升玻璃的发光强度；上述成分有机组合，不仅能保证纤芯用玻璃具有优异的机械加工性能，将其应用于纤芯后，还可提升光纤的增益系数。

在本发明的一些实施方式中，按摩尔份数计，所述纤芯用玻璃，组分包括：

在本发明的一些实施方式中，所述稀土元素氧化物为Yb₂O₃和Er₂O₃中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述纤芯用玻璃中，所述稀土元素的重量百分数≥5％。

其中K₂O的含量越高，有利于玻璃的熔制，玻璃的热膨胀系数越大，但同时玻璃的机械加工性能变差；BaO和Al₂O₃的含量越高，玻璃密度越大，玻璃的网络结构增强，玻璃的稳定性提高；La₂O₃的含量越高折射率越大；Nb₂O₅和Sb₂O₃会阻碍稀土离子的聚集并有效地改善荧光淬灭浓度，改善玻璃稀土离子的吸收光谱和发射光谱的性能；稀土元素浓度越高发光越强，但是浓度太高会产生浓度猝灭，发光性能下降；本发明通过调整上述组分比例，进一步优化了纤芯用玻璃的机械加工性能、提升了其可容纳稀土元素的掺杂量。

根据本发明的再一个方面，提出了一种光纤用玻璃组合，包括所述纤芯用玻璃和应力区用玻璃；优选的，所述应力区用玻璃，组分包括SiO₂、B₂O₃、Na₂O、Al₂O₃、BaO和CaO。

根据本发明的一种优选的实施方式的光纤用玻璃组合，至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的光纤用玻璃组合中，应力区用玻璃，通过调整产品组分，提升了膨胀系数，因此应用于光纤的应力材料后，可改善现有光纤双折射值低的问题，进而使光纤保持稳定的线偏振状态。

(2)将上述纤芯用玻璃和应力区用玻璃结合、应用于光纤后，可提升光纤的增益系数，同时保持稳定的线偏振状态；也就是说，所需光纤的长度变短了，同时受外部的干扰也降低了；因此可提升光纤的输出功率规模。

在本发明的一些实施方式中，按摩尔份数计，所述应力区用玻璃，组分包括：

在本发明的一些实施方式中，所述应力区玻璃的膨胀系数为1.0×10^-5K^-1～2.3×10^-5K^-1。

根据本发明的再一个方面，提出了一种保偏光纤，所述保偏光纤的制备原料包括所述光纤用玻璃组合，具体包括：

纤芯，所述纤芯，截面为圆A，材质为所述纤芯用玻璃；

应力区，所述应力区，包括2个子应力区，所述子应力区截面以所述圆A的圆心为对称中心，中心对称分布于所述纤芯周围；所述子应力区的截面，具有几何中心；所述应力区，材质所述应力区用玻璃；

包层，所述包层，包裹所述纤芯和应力区；所述包层，截面为轴对称图形；其中一条对称轴为，所述几何中心连线的中垂线。

根据本发明的一种优选的实施方式的保偏光纤，至少具有以下有益效果：

(1)传统的超短脉冲光纤激光器一般使用非保偏单模光纤，但非保偏光纤对环境敏感，外界温度漂动、空气扰动都会使光纤产生折射率变化影响偏振态，抗环境干扰能力较差；本发明提供的保偏光纤，引入了较大的双折射系数，可有效抵御外部干扰，在光纤激光器或放大器领域具有良好的应用前景。

(2)本发明采用的纤芯用玻璃中，稀土掺杂量较市售石英保偏光纤高2个数量级；稀土掺杂量越高，光纤的增益系数越高，本发明提供的保偏光纤增益系数大于5dB/cm；因此本发明的保偏光纤用作增益光纤时，可缩短使用长度，不容易受到受激布里渊散射效应(SBS)的影响(降低SBS阈值)，进而可提升光纤激光输出功率规模。

(3)本发明的保偏光纤包层为硅酸盐玻璃，软化温度为1000～1100℃，与石英玻璃的软化温度(1730℃)相差不大，能够实现直接与石英光纤熔接，熔接损耗不超过0.2dB，兼容性良好。

(4)本发明的保偏光纤应力区采用的应力区用玻璃，通过调整成分，提升了膨胀系数，对纤芯区域施加的应力有很大提升，同时应力区的折射率调整也更加灵活。

(5)本发明的保偏光纤覆盖1.0μm和1.5μm波段，具有高增益及高非线性等优点，有望在光纤传感、相干激光雷达、引力波探测等领域得到应用。

在本发明的一些实施方式中，所述圆A，直径为4～80μm。

在本发明的一些实施方式中，所述应力区，线膨胀系数为α_100/300℃为1.0×10^-5K^-1～2.3×10^-5K^-1。

在本发明的一些实施方式中，所述子应力区，截面为领结形、椭圆形或圆形。

在本发明的一些实施方式中，所述子应力区与所述纤芯的最近距离为5～5.5mm。

在本发明的一些实施方式中，所述包层，为单层包层或双层包层。

在本发明的一些实施方式中，所述单层包层的截面轮廓为圆形或D形。

在本发明的一些实施方式中，所述单层包层的截面轮廓为圆形时，圆形的直径为80～400μm。

在本发明的一些实施方式中，所述双层包层包括内包层和外包层。

在本发明的一些实施方式中，所述内包层，截面轮廓为圆形、椭圆形、矩形、六边形、八边形、十二边形或D形。

在本发明的一些实施方式中，所述内包层，截面轮廓为圆形时，圆形直径为80～400μm。

在本发明的一些实施方式中，所述包层，组分包括SiO₂、Na₂O、BaO和Al₂O₃。

在本发明的一些优选的实施方式中，按摩尔份数计，所述包层，组分包括：

在本发明的一些实施方式中，所述包层，线膨胀系数α_100/300℃为8×10^-6K^-1～9×10^-6K^-1。

所述保偏光纤中，所述应力区在慢轴方向对所述纤芯施加拉应力，在快轴方向对纤所述芯施加压应力。

在本发明的一些实施方式中，所述保偏光纤中，慢轴方向的拉应力绝对值大于2.9×10⁸N/m²。在本发明的一些实施方式中，所述保偏光纤中，快轴方向的压应力绝对值大于3×10⁷N/m²。

所述慢轴方向和快轴方向的拉应力，绝对值越大，表明所述保偏光纤的保偏性能越好。

所述圆A的圆心，和所述子应力区的几何中心的连线，即为所述快轴。

所述慢轴，与连线的中垂线(所述包层的一条对称轴)重合。

在本发明的一些实施方式中，所述保偏光纤中，应力双折射值大于1×10^-3。

在本发明的一些实施方式中，所述保偏光纤，数值孔径为0.04～0.4。

所述数值孔径参照式(1)进行计算：

NA＝(n₁ ²-n₂ ²)^1/2 (1)；

其中NA表示数值孔径；

n1表示纤芯的折射率；

n2表示包层的折射率。

在本发明的一些实施方式中，所述保偏光纤，增益系数大于5dB/cm。

根据本发明的再一个方面，提出了一种保偏光纤的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备所述纤芯用玻璃、所述应力区用玻璃和包层玻璃；

S2.将步骤S1所得胚料加工成合适形状并抛光，得纤芯部件、子应力区部件和包层部件；

S3.将所述纤芯部件、子应力区部件和包层部件组装成预制棒；

S4.将所述预制棒拉丝，即得所述保偏光纤。

根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的制备方法简单，适用性强；且可单独调整纤芯、应力区和包层之间的尺寸、位置关系，因此更方便调整保偏光纤的性能。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述纤芯用玻璃的制备方法包括以下步骤：

A1.将所有原料混合均匀后、加热熔制、搅拌、澄清得到玻璃熔体A；

A2.将所述玻璃熔体A成型、退火、冷却后即得所述纤芯用玻璃。

在本发明的一些实施方式中，步骤A1中，所述加热熔制，温度为1100～1300℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤A1中，所述加热熔制，时间为1～2h。

在本发明的一些实施方式中，步骤A1中，所述加热熔制，过程中还需通入CCl₄和O₂的混合气体，以达到除水目的。

在本发明的一些实施方式中，步骤A1中，所述澄清，主要是升温静置。

在本发明的一些实施方式中，步骤A2中，所述成型，操作为将所述玻璃熔体A转移至模具中。

在本发明的一些实施方式中，步骤A2中，所述退火，在马弗炉中进行；在所述退火前，马弗炉需先升至退火温度。

在本发明的一些实施方式中，步骤A2中，所述退火，温度为520-550℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤A2中，所述退火，保温时间为2～4h。

在本发明的一些实施方式中，步骤A2中，所述冷却，速率为8～12℃/h。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述应力区用玻璃的制备方法包括以下步骤：

B1.将所有原料混合均匀后、加热熔制、搅拌、澄清得到玻璃熔体B；

B2.将所述玻璃熔体B成型、退火、冷却后即得所述应力区用玻璃。

在本发明的一些实施方式中，步骤B1中，所述加热熔制，温度为1400～1600℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤B1中，所述加热熔制，时间为1～2h。

在本发明的一些实施方式中，步骤B1中，所述加热熔制，过程中还需通入CCl₄和O₂的混合气体，以达到除水目的。

在本发明的一些实施方式中，步骤B1中，所述澄清，主要是升温静置。

在本发明的一些实施方式中，步骤B2中，所述成型，为将所述玻璃熔体B转移至模具中。

在本发明的一些实施方式中，步骤B2中，所述退火，在马弗炉中进行；在所述退火前，马弗炉需先升至退火温度。

在本发明的一些实施方式中，步骤B2中，所述退火，温度为520-550℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤B2中，所述退火，保温时间为2～4h。

在本发明的一些实施方式中，步骤B2中，所述冷却，速率为8～12℃/h。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述包层玻璃的制备方法包括以下步骤：

C1.将所有原料混合均匀后、加热熔制、搅拌、澄清得到包层玻璃熔体；

C2.将所述包层玻璃熔体成型、退火、冷却后即得所述包层。

在本发明的一些实施方式中，步骤C1中，所述加热熔制，温度为1400～1600℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤C1中，所述加热熔制，时间为1～2h。

在本发明的一些实施方式中，步骤C1中，所述加热熔制，过程中还需通入CCl₄和O₂的混合气体，以达到除水目的。

在本发明的一些实施方式中，步骤C1中，所述澄清，主要是升温静置。

在本发明的一些实施方式中，步骤C2中，所述成型，为将所述包层玻璃熔体转移至模具中。

在本发明的一些实施方式中，步骤C2中，所述退火，在马弗炉中进行；在所述退火前，马弗炉需先升至退火温度。

在本发明的一些实施方式中，步骤C2中，所述退火，温度为520-550℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤C2中，所述退火，保温时间为2～4h。

在本发明的一些实施方式中，步骤C2中，所述冷却，速率为8～12℃/h。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述纤芯部件，是直径为1.5～3mm的圆柱。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述纤芯部件，制备方法为采用机械车床，将所述纤芯用玻璃拉制成型。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述子应力区部件，是直径为10～12mm的圆柱。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述子应力区部件，制备方法为采用机械车床，将所述应力区用玻璃拉制成型。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述包层部件，是直径为38～40mm的圆柱，所述包层部件中，有与所述纤芯部件和所述子应力区部件相匹配的孔。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述子包层部件，制备方法为采用机械车床，将所述包层玻璃拉制成型，并在所述包层部件上加工与所述纤芯部件和所述子应力区部件相匹配的孔。

和所述子应力区部件相匹配的孔，加工方法为机械冷加工。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述抛光，为化学抛光和物理抛光中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述抛光，至无肉眼可见的划痕为止；目的是使各部件间能够紧密结合。

在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述拉丝，在负压条件下进行；目的是排出所述纤芯、应力区和包层之间的空气。

在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述拉丝，温度为900～1000℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述拉丝，过程中所述预制棒的推进速度为1～3mm/min；所述保偏光纤的卷绕速度为1～100rad/min。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例3～4和对比例3～4所得保偏光纤的结构示意图；

图2为本发明实施例5所得保偏光纤的结构示意图；

图3为本发明实施例6所得保偏光纤的结构示意图；

图4为本发明实施例7所得保偏光纤的结构示意图；

图5为本发明实施例3各部件的热力学性能结果。

附图标记：100、纤芯；200、应力区；300、包层；310、内包层；320外包层。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

本实施例制备了一种光纤用玻璃组合，具体过程为：

S1.按表1所示产品组分，计算、称取500g纤芯用玻璃的原料，研磨混合的混合物A；按表2所示产品组分，计算、称取600g应力区用玻璃的原料，研磨混合得混合物B；

S2.将混合物A和混合物B分别加热熔制、澄清，得到玻璃液A和玻璃液B；其中混合物A的熔制温度为1300℃；混合物B的熔制温度为1450℃；

S3.将玻璃液A和玻璃液B分别转移至模具内，并放至已升温至退火温度附近的马弗炉中，保温2h，再以10℃/h的速率降至室温，即得由纤芯用玻璃和应力区用玻璃组合而成的光纤用玻璃组合。

实施例2

本实施例制备了一种光纤用玻璃组合，具体过程与实施例1的区别为：

(1)光纤用玻璃组合的组分不同，具体的，纤芯用玻璃的组分参见表1，应力区用玻璃的组分参见表2。

表1按摩尔份数计，实施例1～2和对比例1～2中纤芯用玻璃的产品组分

	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2
					P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	60	61	60	60
K<sub>2</sub>O	16	14	16	16
					BaO	14	14	14	14
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	3	2	3	3
					La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	4	4	4	4
Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	1	0.5	1	1
					Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	0.5	0.5	0.5	0.5
Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	1.5	2	1.5	1.5
					Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	/	2	/

表2按摩尔份数计，实施例1～2和对比例1～2中应力区用玻璃的产品组分

实施例3

本实施例制备了一种保偏光纤，具体过程为：

S1.按摩尔份计，将70份的SiO₂、10份的Na₂O、5份的BaO和5份的Al₂O₃搅拌均匀后，于1450℃熔制2h；将得到的玻璃熔体搅拌、均化、澄清后，将其转移至模具内，迅速移入到已升温至退火温度附近的马弗炉中，保温2h，再以10℃/h的速率降至室温，得包层玻璃；

S2.采用车床，将实施例1所得纤芯用玻璃加工成直径为1.6mm的圆柱，打磨后，得纤芯部件；实施例1所得将应力区用玻璃加工成直径为11.5mm的圆柱，打磨后，得子应力区部件；将步骤S1所得包层玻璃加工成直径为40mm的圆柱；

S3.在步骤S2所得直径为40mm的圆柱上，分别加工出一个直径为1.6mm的圆孔A，和两个直径为11.5mm的圆孔B和圆孔B`，三个圆孔的深度均为60mm；圆孔A的截面和直径为40mm的圆柱截面，共有圆心；圆孔B和圆孔B`的截面，以圆孔A截面的圆心为对称中心，呈中心对称分布；圆孔A截面和圆孔B截面间的最短距离为5mm；打磨该部件的孔壁和外表面，得包层部件；

S4.将步骤S2所得纤芯部件、子应力区部件插入至步骤S3所得包层部件的孔内，得预制棒；

S5.将步骤S4所得预制棒吊放在光纤拉丝塔的拉丝炉中进行拉丝，拉丝温度为900℃；预制棒下放速度为1mm/min，卷丝轴转动速度为100rad/min；得直径约为125μm的保偏光纤。

本实施例所得保偏光纤的结构示意图如图1所示，其中100表示纤芯，200表示应力区，300表示包层，400表示内包层，500表示外包层。

实施例4

本实施例制备了一种保偏光纤，具体过程与实施例3的区别为：

(1)步骤S2中，采用实施例2所得纤芯用玻璃和应力区用玻璃；

(2)纤芯部件的直径为1.8mm；

(3)步骤S3中，圆孔A截面和圆孔B截面间的最短距离为5.5mm。

本实施例所得保偏光纤的结构示意图如图1所示。

实施例5

本实施例制备了一种保偏光纤，具体过程与实施例3的区别为：

(1)步骤S3中，还包括将步骤S2所得直径为40mm的圆柱，切割成截面为D型的柱体，D型截面的弦长为10mm，D型截面以圆B和B`圆心连线的中垂线为对称轴。

本实施例所得保偏光纤的结构示意图如图2所示。

实施例6

本实施例制备了一种保偏光纤，具体过程为：

S1.按摩尔份计，将70份的SiO₂、10份的Na₂O、3份的BaO和5份的Al₂O₃搅拌均匀后，于1450℃熔制2h；将得到的玻璃熔体搅拌、均化、澄清后，将其转移至模具内，迅速移入到已升温至退火温度附近的马弗炉中，保温2h，再以10℃/h的速率降至室温，得内包层玻璃；

S2.按摩尔份计，将70份的SiO₂、10份B₂O₃、3份的BaO、10份的Na₂O和7份的K₂O搅拌均匀后，于1450℃熔制2h；将得到的玻璃熔体搅拌、均化、澄清后，将其转移至模具内，迅速移入到已升温至退火温度附近的马弗炉中，保温2h，再以10℃/h的速率降至室温，得外包层玻璃；

S3.采用车床，将实施例1所得纤芯用玻璃加工成直径为1.6mm的圆柱，打磨后，得纤芯部件；实施例1所得将应力区用玻璃加工成直径为11.5mm的圆柱，打磨后，得子应力区部件；将步骤S1所得内包层玻璃加工成直径为40mm的圆柱；将步骤S2所得外包层玻璃加工成直径为50mm的圆柱；

S4.将步骤S3所得直径为40mm的圆柱上，分别钻出一个直径为1.6mm的圆孔A，和两个直径为11.5mm的圆孔B和圆孔B`，三个圆孔的深度均为60mm；圆孔A的截面和直径为40mm的圆柱截面，共有圆心；圆孔B和圆孔B`的截面，以圆孔A截面的圆心为对称中心，呈中心对称分布；圆孔A截面和圆孔B截面间的最短距离为5mm；打磨该部件的孔壁和外表面，得内包层部件；

S5.在步骤S3所得直径为50mm的圆柱，钻出直径为40mm的圆孔C；圆孔C和直径为50mm的圆柱的截面共圆心，打磨该部件的孔壁和外表面，得外包层部件；

S6.将步骤S3所得纤芯部件、子应力区部件插入至步骤S4所得内包层部件的孔内，将内包层部件插入至步骤S5所得外包层部件的孔内，得预制棒；

S7.将步骤S6所得预制棒吊放在光纤拉丝塔的拉丝炉中进行拉丝，拉丝温度为920℃；预制棒下放速度为2mm/min，卷丝轴转动速度为80rad/min；得直径约为250μm的保偏光纤。

本实施例所得保偏光纤的结构示意图如图3所示。

实施例7

本实施例制备了一种保偏光纤，具体过程与实施例6的区别为：

(1)步骤S4中，在钻孔之前，还包括将直径为40mm的圆柱，打磨成六棱柱，该六棱柱截面为正六边形，正六边形的外接圆直径为40mm。

本实施例所得保偏光纤的结构示意图如图4所示。

对比例1

本对比例制备了一种光纤用玻璃组合，具体过程与实施例1的区别为：

(1)光纤用玻璃组合的组分不同，具体的，纤芯用玻璃的组分参见表1，应力区用玻璃的组分参见表2。

对比例2

本对比例制备了一种光纤用玻璃组合，具体过程与实施例1的区别为：

(1)光纤用玻璃组合的组分不同，具体的，纤芯用玻璃的组分参见表1，应力区用玻璃的组分参见表2。

对比例3

本对比例制备了一种保偏光纤，具体过程与实施例3的区别为：

(1)步骤S2中，采用对比例1所得纤芯用玻璃和应力区用玻璃。

本对比例所得保偏光纤的结构示意图如图1所示。

对比例4

本对比例制备了一种保偏光纤，具体过程与实施例3的区别为：

(1)步骤S2中，采用对比例2所得纤芯用玻璃和应力区用玻璃。

本对比例所得保偏光纤的结构示意图如图1所示。

试验例

本试验例第一部分测试了实施例和对比例制备的纤芯部件、包层部件和应力区部件，以及商用石英保偏光纤(包层为125μm，纤芯为5μm，应力棒为36μm，应力区与纤芯的最短距离为5μm，与实施例3所得保偏光纤结构相同；具体型号为nufern的PM-YSF-LO-HP光纤)各部分的热膨胀性能。其中，测试方法为：采用德国Netzsch公司的DIL409C型热膨胀仪，测定玻璃样品的每个温度区间的线膨胀系数和其软化温度(Tf)，测试过程中，升温速率是10℃/min；热膨胀系数的测试结果如表3所示。

本试验例第二部分测试了实施例和对比例制备的保偏光纤，以及商用保偏光纤，纤芯处的应力双折射值。其中，测试方法为有限元模拟分析；测试结果如表4所示。

本试验例的第三部分测试了实施例和对比例制备的保偏光纤，以及商用保偏光纤，单位长度增益系数；其中测试方法为：用1064nm激光作为信号光，输出功率为-30dBm，976nm的单模LD作泵浦源，光纤长度为2cm，测试在不同功率下的单位增益系数；测试结果如表4所示。

表3热膨胀系数测试结果

实施例3各部件的热力学性能如图5所示，其中Tg为玻璃转变温度：Tf为：玻璃软化温度。

表4保偏光纤测试结果

	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
					双折射值	2.6×10<sup>-3</sup>	2.45×10<sup>-3</sup>	2.6×10<sup>-3</sup>	2.6×10<sup>-3</sup>
增益系数	5.6dB/cm	6.1dB/cm	5.6dB/cm	5.6dB/cm
						实施例7	对比例3	对比例4	商用产品
双折射值	2.6×10<sup>-3</sup>	2.1×10<sup>-3</sup>	1.9×10<sup>-4</sup>	4.5×10<sup>-4</sup>
					增益系数	5.6dB/cm	5.6dB/cm	5.6dB/cm	0.28dB/cm

表4中结果显示，商用产品的双折射值为4.5×10^-4，与该商品的真实双折射值(4.3×10^-4)接近，说明本发明采用的有限元模拟分析，方法可靠、有效。

上述结果表明：本发明提供的应力区用玻璃，具有更高的热膨胀系数，因此在保偏光纤结构相同的基础上，可以增加保偏光纤的双折射值；采用本发明提供的纤芯，可具有更高的增益系数。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种纤芯用玻璃，其特征在于，组分包括P₂O₅、K₂O、BaO、Al₂O₃、La₂O₃、Nb₂O₅、Sb₂O₃和稀土元素。

2.根据权利要求1所述纤芯用玻璃，其特征在于，按摩尔份数计，所述纤芯用玻璃，组分包括：

3.一种光纤用玻璃组合，其特征在于，包括应力区用玻璃和权利要求1或2所述纤芯用玻璃；优选的，所述应力区用玻璃，组分包括SiO₂、B₂O₃、Na₂O、Al₂O₃、BaO和CaO。

4.根据权利要求3所述光纤用玻璃组合，其特征在于，按摩尔份数计，所述应力区用玻璃，组分包括：

5.一种保偏光纤，其特征在于，所述保偏光纤的制备原料包括权利要求3或4所述光纤用玻璃组合，具体包括：

纤芯，所述纤芯，截面为圆A，材质为所述纤芯用玻璃；

应力区，所述应力区，包括2个子应力区，所述子应力区的截面，以所述圆A的圆心为对称中心，中心对称分布于所述纤芯周围；所述子应力区的截面，具有几何中心；所述应力区，材质为所述应力区用玻璃；

包层，所述包层，包裹所述纤芯和应力区；所述包层，截面为轴对称图形；其中一条对称轴为，所述几何中心连线的中垂线。

6.根据权利要求5所述保偏光纤，其特征在于，所述圆A，直径为4～80μm。

7.根据权利要求5所述保偏光纤，其特征在于，所述子应力区，截面为领结形或圆形；优选的，所述子应力区与所述纤芯的最近距离为4～8μm。

8.根据权利要求5所述保偏光纤，其特征在于，所述包层，为单层包层或双层包层；优选的，所述单层包层的截面轮廓为圆形或D形；进一步优选的，所述双层包层包括内包层和外包层，所述内包层，截面轮廓为椭圆形、矩形、六边形、八边形、十二边形或D形。

9.一种权利要求5～8任一项所述保偏光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.制备所述纤芯用玻璃、所述应力区用玻璃和包层玻璃；

S2.将步骤S1所得胚料加工成合适形状并抛光，得纤芯部件、子应力区部件和包层部件；

S3.将所述纤芯部件、子应力区部件和包层部件组装成预制棒；

S4.将所述预制棒拉丝，即得所述保偏光纤。

10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述拉丝，在负压条件下进行。

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