CN115951446A - 一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤及其制造方法，解决降低高应力型光纤应力区研磨时容易破裂的问题，提高光纤的长期可靠性，并改善相关光纤传感器的温度特性，包括矩形纤芯与纯石英棒，所述纯石英棒中心开设有安置孔，矩形棒芯位于所述安置孔中，所述矩形纤芯被加工成的横截面呈矩形结构、并嵌设于所述安置孔中，安置孔的横截面形状与矩形结构预制棒横截面形状和尺寸相同。

Description

一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤及其制造方法

技术领域

本申请涉及保偏光纤的领域，尤其是涉及一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤及其制造方法。

背景技术

保偏光纤作为一种特种光纤，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。

具体，保偏光纤还分为熊猫光纤、领结型光纤、椭圆包层光纤和椭圆芯光纤。前三种为典型的应力型保偏光纤，最后一种属于基于几何双折射的保偏光纤，但由于其拍长一般大于8毫米，很难做到像应力型光纤那样，其拍长做到小于3.5毫米，甚至可以小于2毫米。这是受椭圆芯的结构限制。

对于应力型保偏光纤，虽然拍长越短，其保偏性能越好，但带来的最大问题是光纤越容易发脆，特别是在曲率半径相对较小时，更容易发生断裂，而且这类光纤不适合端头研磨，应力区很容易破裂。另外其相应的传感器温度特性也会变差。在研究、生产光纤陀螺和光纤电流传感器时，现象特别明显。如采用普通的熊猫结构光纤做成电流传感光纤，其全温度的温度依赖性超过3%，采用改善的应力型光纤，其温度依赖仍在2%左右。

发明内容

为了在保证保偏性能的前提下，解决降低高应力区光纤容易破裂的问题，并改善相关光纤传感器的温度特性，本申请提供一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤及其制造方法。这种光纤是通过其形状双折射实现保偏特性。

本申请提供一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤，采用如下的技术方案：

一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤，包括矩形纤芯与纯石英棒，所述纯石英棒中心开设有安置孔，矩形棒芯位于所述安置孔中；所述矩形纤芯的横截面呈矩形结构、并嵌设于所述安置孔中，安置孔的横截面形状与矩形纤芯的横截面形状和尺寸相同。

优选的，矩形纤芯具有长边与短边，长边与短边的比值为2至5。

一种矩形截面保偏光纤的制造方法，步骤如下：

步骤一:取一根直径为40mm、长度为400mm的第一纯石英棒，并在其横截面中心，沿其纵向钻一个直径8至10mm的穿孔；

步骤二：再取一根直径为40mm、长度为400mm的第二纯石英棒，并在其横截面中心，沿其纵向钻一个矩形的穿孔，矩形孔的长边与短边的比值为2至5；

步骤三：取一根105/125um多模光纤的预制棒，通过侧向研磨的方式，将其研磨成横截面呈矩形，制成矩形纤芯，预制棒宽和长与宽矩形孔的宽一致；

步骤四：将磨好的预制棒插入矩形孔，同时使用光纤预制棒延伸设备减小第二纯石英棒的直径，使其直径与穿孔直径一致；

步骤五：将第二纯石英棒插入穿孔，拉丝成光纤成品。

综上，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

其一：本发明的双折射要比传统椭圆芯光纤的双折射大3至4倍，提高了无应力区光纤保持偏振的能力。

其二：改变了传统椭圆芯光纤的形状，取消了两端尖角，充分利用矩形纤芯两端结构特点，取消了应力区，改善相关传感器的温度特性。

其三：避免应力型光纤应力区因长期弯曲而破裂，避免应力区因研磨而破裂。

附图说明

图1是本申请实施例公开的一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的矩形纤芯的结构示意图；

图3是本申请实施例公开的一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤的折射率分布图。

附图标记说明：12、矩形纤芯；2、纯石英棒；3、安置孔；5、弧形面。

实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤。

参照图1-3，一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤，其预制棒主要包括矩形纤芯12与纯石英棒2两部分，在纯石英棒2中心开设有安置孔3，将矩形纤芯12位于安置孔3中。

具体的，本实施例在加工过程中，包括一棒芯（也为纯石英材质，在进行拉丝后，与纯石英棒2融合为一体，因此，附图不再单独示出）与矩形纤芯12，用于预制、安装矩形纤芯12。将矩形纤芯12的横截面设计成矩形结构、并最终嵌设于纯石英棒2中，因此，安置孔3的横截面形状需与矩形纤芯12的横截面形状和尺寸相同。

为进一步提高本实施例的性能，对矩形纤芯12还进行了进一步的改良。因矩形纤芯12具有长边与短边，本实施例限定长边与宽的比值，介于2至5之间。再结合本实施例中矩形纤芯12的形状，在长宽比与传统椭圆芯光纤的长轴、短轴比相同的情况下，双折射要比椭圆芯光纤的双折射大3至4倍。

然后本实施例还在矩形纤芯12的两侧略有凹陷的弧形面5，且长边与短边的拐角处为圆角结构，类似哑铃形状以获得更高的双折射效果。

本实施例的制造方法，步骤如下：

步骤一:取一根直径为40mm、长度为400mm的第一纯石英棒，并在其横截面中心，沿其纵向钻一个直径8至10mm的穿孔；

步骤二：再取一根直径为40mm、长度为400mm的第二纯石英棒，并在其横截面中心，沿其纵向钻一个矩形的穿孔，矩形孔的长边与短边的比值为2至5；

步骤三：取一根105/125um多模光纤的预制棒（一般横截面都是圆形的），通过侧向研磨的方式，将其研磨成横截面呈矩形，制成矩形纤芯12，预制棒宽和长与宽矩形孔的宽一致；

步骤四：将磨好的预制棒插入矩形孔，同时使用光纤预制棒延伸设备减小第二纯石英棒的直径，使其直径与穿孔直径一致；

步骤五：将第二纯石英棒插入穿孔，按照拉丝工艺流程，拉丝成光纤成品。

初步研究结果已经表明：采用本发明的矩形芯保偏光纤，其温度依赖性有望被抑制到1%以内。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤，其特征在于：包括矩形纤芯（12）与纯石英棒（2），所述纯石英棒（2）中心开设有安置孔（3），矩形棒芯位于所述安置孔（3）中；所述矩形纤芯（12）的横截面呈矩形结构、并嵌设于所述安置孔（3）中，安置孔（3）的横截面形状与矩形纤芯（12）的横截面形状和尺寸相同。

2.根据权利要求1所述的一种纤芯横截面呈矩形的保偏光纤，其特征在于：所述矩形纤芯（12）具有长边与短边，长边与短边的比值为2至5。

3.一种根据权利要求1至2任意一项所述的矩形截面保偏光纤的制造方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一:取一根直径为40mm、长度为400mm的第一纯石英棒，并在其横截面中心，沿其纵向钻一个直径8至10mm的穿孔；

步骤二：再取一根直径为40mm、长度为400mm的第二纯石英棒，并在其横截面中心，沿其纵向钻一个矩形的穿孔，矩形孔的长边与短边的比值为2至5；

步骤三：取一根105/125um多模光纤的预制棒，通过侧向研磨的方式，将其研磨成横截面呈矩形，制成矩形纤芯（12），预制棒的宽和长与矩形孔的宽和长一致；

步骤四：将磨好的预制棒插入矩形孔，同时使用光纤预制棒延伸设备减小第二纯石英棒的直径，使其直径与穿孔直径一致；

步骤五：将第二纯石英棒插入穿孔，拉丝成光纤成品。

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