ES2922634T3 - Fibra óptica que mantiene la polarización - Google Patents

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Abstract

En la presente invención se describe una fibra óptica que mantiene la polarización, que se relaciona con el campo de las fibras ópticas. La fibra óptica que mantiene la polarización comprende, en orden desde el interior hacia el exterior, un núcleo de fibra, una capa de revestimiento de cuarzo, una capa de revestimiento interior y una capa de revestimiento exterior. La capa de revestimiento de cuarzo está ubicada en la periferia del núcleo de la fibra, se proporcionan dos zonas de tensión entre la capa de revestimiento de cuarzo y el núcleo de la fibra, y las dos zonas de tensión están distribuidas simétricamente a lo largo del centro del núcleo de la fibra. El núcleo de fibra comprende, en orden desde el interior hacia el exterior, una región de núcleo central circular y al menos una región anular dispuesta concéntricamente con la región de núcleo central, y los índices de refracción de la región de núcleo central y la región anular son diferentes. La capa de revestimiento interior y la capa de revestimiento exterior tienen una estructura de doble capa, y el módulo de cada una de las capas de revestimiento interior y exterior es diferente, y el módulo desde el interior hacia el exterior aumenta secuencialmente. La fibra óptica que mantiene la polarización proporcionada por la presente invención proporciona rendimientos de salida de diafonía y de atenuación de fibra óptica más estables y superiores. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Fibra óptica que mantiene la polarización
Campo de la invención
La invención se refiere al campo de las fibras ópticas, en particular a una fibra óptica que mantiene la polarización. Antecedentes de la invención
En comparación con otros tipos de giroscopios, los giroscopios de fibra óptica tienen muchas ventajas, tales como un tiempo de inicio corto, estructura simple, peso ligero, sin componentes móviles y fuerte adaptabilidad ambiental, etc. En los últimos años, los giroscopios de fibra óptica se han desarrollado muy rápidamente y se utilizan ampliamente en muchos campos, tales como el sistema de navegación y la detección de movimiento de aeronaves, automóviles y barcos. Con el desarrollo de la mejora de la precisión y la miniaturización de la estructura, los giroscopios de fibra óptica se han convertido gradualmente en un componente inercial clave de diversos sistemas de navegación y posicionamiento de alta tecnología.
El giroscopio de fibra óptica común se compone de dos partes: cabezal óptico y circuito. El cabezal óptico consiste en una fuente de luz, una guiaondas óptica, un acoplador, un sensor de fibra óptica y un detector. El cabezal óptico es la clave para la velocidad angular sensible y es la parte central del giroscopio de fibra óptica. En el cabezal óptico, el anillo de fibra óptica hecho al enrollar una fibra óptica que mantiene la polarización es la unidad más sensible en el giroscopio de fibra óptica. El rendimiento del anillo de fibra óptica determina el rendimiento del giroscopio de fibra óptica.
La PMF (fibra óptica que mantiene la polarización) es un tipo de fibra óptica especial que realiza la característica de transmisión monomodo de la luz mientras mantiene su estado de polarización lineal. Debido a que la fibra óptica que mantiene la polarización tiene un efecto de birrefringencia de tensión, la fibra óptica que mantiene la polarización puede mantener un buen estado de polarización cuando transmite una luz polarizada linealmente. La capacidad de mantenimiento de la polarización lineal de la fibra óptica que mantiene la polarización es útil en muchas aplicaciones relacionadas con la polarización, tales como la comunicación coherente multiplexada multidimensional, la tecnología de giroscopio de fibra óptica, la tecnología de inductancia mutua de corriente, hidrófonos de fibra óptica y sensores de polarización.
Con el desarrollo de los giroscopios de fibra óptica hacia la alta precisión y la miniaturización, como un componente clave indispensable en el sistema de giroscopio de fibra óptica, se necesita con urgencia que la fibra óptica que mantiene la polarización se desarrolle hacia un diámetro de núcleo fino, alta precisión, gran longitud, alta estabilidad y adaptabilidad ambiental, por lo que es inevitable que las fibras ópticas que mantienen la polarización tengan un diámetro menor.
En la actualidad, existen en el mercado fibras ópticas que mantiene la polarización de diámetro fino, tal como una fibra óptica que mantiene la polarización de diámetro fino proporcionada por la Publicación de Patente N.° CN104536085B, sin embargo, todavía tiene el problema de que las fibras ópticas se ven muy afectadas por el rendimiento ambiental. Es difícil cumplir con los requisitos de desarrollo de giroscopios de fibra óptica de miniaturización y alta precisión al mismo tiempo, y no puede satisfacer las crecientes necesidades de los giroscopios de fibra óptica.
El documento US2005/0226580A1 divulga una fibra óptica, que comprende un núcleo que tiene una región exterior dispuesta alrededor de una región interior y un perfil de intensidad que tiene una intensidad más alta que es menor que la intensidad más alta de un perfil de intensidad gaussiana que se normaliza para que tenga la misma potencia que el perfil de intensidad. La región exterior puede comprender un índice de refracción que es mayor que un índice de refracción comprendido por la región interior. La región exterior puede comprender una primera concentración seleccionada de un metal de tierras raras y cualquier concentración seleccionada del metal de tierras raras comprendida por la región interior puede ser menor que la concentración seleccionada. La región interior puede incluir un primer y segundo metales de tierras raras y la región exterior puede ser fotosensible. Se puede incluir una segunda envoltura. Una fibra de acuerdo con la invención puede ser birrefringente y puede incluir, por ejemplo, al menos una región que incluye tensión que se extiende longitudinalmente para crear birrefringencia.
Sumario de la invención
En vista de los defectos existentes en la técnica anterior, el problema técnico a resolver por la presente invención es proporcionar una fibra óptica que mantenga la polarización, que proporcione un rendimiento de salida de diafonía más estable y más alto y un rendimiento de atenuación de fibra óptica.
Para lograr los objetos anteriores, la presente invención adopta la solución técnica proporcionada por la reivindicación independiente. En las reivindicaciones dependientes se exponen diferentes realizaciones.
Descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de una sección transversal de la fibra óptica que mantiene la polarización en la realización de la presente invención;
la figura 2 es un diagrama esquemático de un índice de refracción transversal de la fibra óptica que mantiene la polarización en la realización de la presente invención.
En las figuras: 1-núcleo de fibra, 10-región central del núcleo, 11-región anular, 2-capa de envoltura de cuarzo, 3-capa de revestimiento interior, 30-la primera capa de revestimiento interior, 31-la segunda capa de revestimiento interior, 4-capa de revestimiento exterior, 40-la primera capa de revestimiento exterior, 41-la segunda capa de revestimiento exterior, 5-zona de tensión.
Descripción detallada de las realizaciones
La presente invención se describirá más detalladamente a continuación con referencia a los dibujos en combinación con las realizaciones.
Cabe observar que, en el caso de que no haya conflicto, las realizaciones y las características de las realizaciones de la presente invención se pueden combinar entre sí. En lo sucesivo, las soluciones técnicas en las realizaciones de la presente invención se describirán clara y completamente con referencia a los dibujos en las realizaciones de la presente invención. Obviamente, las realizaciones descritas son solo una parte de las realizaciones de la presente invención, no todas las realizaciones. La siguiente descripción de al menos una realización a modo de ejemplo es en realidad meramente ilustrativa y de ninguna manera sirve como limitación alguna de la presente invención y su aplicación o uso. Basándose en las realizaciones de la presente invención, todas las demás realizaciones obtenidas por personal técnico común en el campo técnico sin esfuerzos creativos estarán dentro del alcance de protección de la presente invención.
Realización 1
Como se muestra en la figura 1, la realización de la presente invención proporciona una fibra óptica que mantiene la polarización, que comprende, en orden de dentro hacia fuera, un núcleo de fibra 1, una capa de envoltura de cuarzo 2, una capa de revestimiento interior 3 y una capa de revestimiento exterior 4. La capa de envoltura de cuarzo 2 está ubicada en la periferia del núcleo de fibra 1, se proporcionan dos zonas de tensión 5 entre la capa de envoltura de cuarzo 2 y el núcleo de fibra 1, y las dos zonas de tensión 5 se distribuyen simétricamente a lo largo del centro del núcleo de fibra 1.
El núcleo de fibra 1 comprende, en orden de dentro hacia fuera, una región de núcleo central circular 10 y al menos una región anular 11 dispuesta concéntricamente con la región de núcleo central 10, y los índices de refracción de la región de núcleo central 10 y la región anular 11 son diferentes.
La capa de revestimiento interior 3 y la capa de revestimiento exterior 4 tienen una estructura de doble capa, el módulo de cada capa de la capa de revestimiento interior 3 y la capa de revestimiento exterior 4 es diferente, y el módulo desde el interior hacia el exterior aumenta secuencialmente.
En la fibra óptica que mantiene la polarización de la presente invención, el núcleo de fibra 1 comprende, en orden de dentro hacia fuera, una región de núcleo central circular 10 y al menos una región anular 11 dispuesta concéntricamente con la región de núcleo central 10, de manera que las características de modo de la señal óptica transmitida por la fibra óptica que mantiene la polarización tienden a ser intermedias, por lo que los lóbulos laterales del modo gaussiano se reducen, reduciendo así el efecto de los cambios de modo causados por la interferencia externa después de hacer más fino el revestimiento. Mientras tanto, la capa de revestimiento interior 3 y la capa de revestimiento exterior 4 tienen una estructura de doble capa, el módulo de cada capa de la capa de revestimiento interior 3 y la capa de revestimiento exterior 4 es diferente, y el módulo aumenta sucesivamente desde el interior hacia el exterior. Por un lado, puede usar completamente la capa de revestimiento interior extremadamente suave para amortiguar la interferencia externa y la capa exterior extremadamente dura para resistir la interferencia externa. Por otro lado, puede evitar el problema de reducción de la confiabilidad causado por la falta de coincidencia del módulo cuando se usa directamente la capa interna extremadamente suave y la capa externa extremadamente dura, sentando así una buena base para el uso fiable a largo plazo de la fibra óptica que mantiene la polarización con una capa de revestimiento fina; lo que hace que la fibra óptica que mantiene la polarización tenga un rendimiento de salida de diafonía y un rendimiento de atenuación de fibra más estables y más altos.
Realización 2
Como se muestra en la figura 2, la diferencia entre esta realización y la Realización 1 es que el índice de refracción de la región del núcleo central 10 es n1, el índice de refracción de la región anular 11 es n2, el índice de refracción de la capa de envoltura de cuarzo 2 es n3, el índice de refracción de la región de tensión 5 es n4 y n4<n3<n1<n2.
El índice de refracción de la región del núcleo central 10 en relación con la capa de envoltura de cuarzo 2 es An1, el índice de refracción de la región anular 11 en relación con la capa de envoltura de cuarzo 2 es An2, y An1<An2, en donde el valor de An1 varía del 0,4 % al 1,3 %, y el valor de An2 varía del 0,6 % al 1,5 %.
En la realización de la presente invención, el índice de refracción n1 de la región del núcleo central 10 es menor que el índice de refracción n2 de la región anular 11, es decir, el núcleo de fibra forma un diseño de estructura en forma de U, de manera que las características de modo de la señal óptica transmitida por la fibra óptica que mantiene la polarización tienden a ser intermedias, que reducen los lóbulos laterales del modo gaussiano, reduciendo así el efecto de los cambios de modo causados por la interferencia externa después de que se hace más fina la capa de revestimiento.
Realización 3
La diferencia entre esta realización y la Realización 1 es que el diámetro de la región del núcleo central 10 es d1, el diámetro exterior de la región anular 11 es d2, el diámetro de la zona de tensión 5 es d3, y el diámetro exterior de la capa de envoltura de cuarzo 2 es d4, y d1 <d2 <d3 <d4. El valor de d1 varía de 4,0 pm a 5,0 pm, el valor de d2 varía de 5,0 pm a 6,0 pm, el valor de d3 varía de 22,0 pm a 26,0 pm, y el valor de d4 varía de 79,0 pm a 81,0 pm. Preferentemente, el diámetro exterior de la capa de envoltura de cuarzo 2 es de 80 pm.
Realización 4
La diferencia entre esta realización y la Realización 1 es que el material de la zona de tensión 5 es un material de cuarzo dopado con trióxido de boro, y la concentración del trióxido de boro dopado en la zona de tensión 5 varía del 1 % en moles al 3 % en moles.
La región del núcleo central 10 y la región anular 11 están hechas de un material de cuarzo dopado con germanio, y la concentración de germanio dopado en la región del núcleo central 10 es diferente de la de la región anular 11. Realización 5
La capa de revestimiento interior 3 comprende, en orden de dentro hacia fuera, una primera capa de revestimiento interior 30 y una segunda capa de revestimiento interior 31; y la capa de revestimiento exterior 4 comprende, en orden de dentro hacia fuera, una primera capa de revestimiento exterior 40 y una segunda capa de revestimiento exterior 41. La capa de revestimiento interior 3 y la capa de revestimiento exterior 4 son ambas capas de revestimiento de resina poliacrílica.
El módulo de la primera capa de revestimiento interior 30 es de 0,6 MPa a 1,2 MPa, el módulo de la segunda capa de revestimiento interior 31 es de 1,5 MPa a 10 MPa, el módulo de la primera capa de revestimiento exterior 40 es de 450 MPa a 650 MPa, y el módulo de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es de 1200 MPa a 1980 MPa. El diámetro de la primera capa de revestimiento interior 30 es d5, el diámetro de la segunda capa de revestimiento interior 31 es d6, el diámetro de la primera capa de revestimiento exterior 40 es d7, y el diámetro de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es d8. El valor de d5 varía de 90,0 pm a 95,0 pm, el valor de d6 varía de 100,0 pm a 105.0 pm, el valor de d7 varía de 110,0 pm a 115,0 pm, y el valor de d8 varía de 127,0 pm a 133,0 pm. Preferentemente, el diámetro exterior de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es de 130 pm.
En la realización de la presente invención, la primera capa de revestimiento interior 30 con la capa más interior puede utilizar el revestimiento interior con un módulo tan bajo como 1 MPa, y la segunda capa de revestimiento exterior 41 puede utilizar un módulo extremadamente alto de casi 2 GPa. Por un lado, puede usar completamente la capa de revestimiento interior extremadamente suave para amortiguar la interferencia externa y la capa exterior extremadamente dura para resistir la interferencia externa. Por otro lado, puede evitar el problema de reducción de la confiabilidad causado por la falta de coincidencia del módulo cuando se usa directamente la capa interna extremadamente suave y la capa externa extremadamente dura, sentando así una buena base para el uso fiable a largo plazo de la fibra óptica que mantiene la polarización con una capa de revestimiento fina.
Realización 6 (Ejemplo de rendimiento que no forma parte de la invención)
Cuando la longitud de onda de trabajo de la fibra óptica que mantiene la polarización es de 1310 nm, la longitud de onda de corte es de 1050 nm a 1270 nm, la longitud de resonancia < 3 mm, la diafonía de polarización < -25.0 dB/km, el diámetro del campo modal es de 5,5 pm a 6,5 pm, la pérdida de fibra < 0,6 dB/km, la pérdida de flexión < 0,1 dB cuando el radio de flexión es de 15 mm y el número de vueltas de flexión es 20, la concentricidad núcleo-envoltura < 0,5 pm, la no circularidad de la envoltura < 2,0 %, la intensidad de detección es de 100 kpsi, la temperatura de trabajo varía de -55 °C a 85 °C, y la variación de diafonía de temperatura completa es < 3 dB. Cuando la longitud de onda de trabajo de la fibra óptica que mantiene la polarización es de 1550 nm, la longitud de onda de corte es de 1300 nm a 1500 nm, la longitud de resonancia < 4 mm, la diafonía de polarización < -25,0 dB/km, el diámetro del campo modal es de 6,5 pm a 7,0 pm, la pérdida de fibra < 0,6 dB/km, la pérdida de flexión < 0,1 dB cuando el radio de flexión es de 15 mm y el número de vueltas de flexión es 20, la concentricidad núcleo-envoltura < 0,5 pm, la no circularidad de la envoltura < 2,0 %, la fuerza de detección es de 100 kpsi, la temperatura de trabajo varía de -55 °C a 85 °C, y la variación de diafonía de temperatura completa es < 3 dB.
En esta realización, la tasa de detección es del 100 %, y la variación de la diafonía de temperatura completa es la diferencia entre el valor máximo de la diafonía de polarización y el valor mínimo de la diafonía de polarización dentro del intervalo de variación de temperatura completa de -55 °C a 85 °C cuando la longitud es de 500 m.
Realización 7
El diámetro de la región del núcleo central 10 es d1. El diámetro exterior de la región anular 11 es d2. El diámetro de la zona de tensión 5 es d3. El diámetro exterior de la capa de envoltura de cuarzo 2 es d4. El diámetro de la primera capa de revestimiento interior 30 es d5. El diámetro de la segunda capa de revestimiento interior 31 es d6. El diámetro de la primera capa de revestimiento exterior 40 es d7. El diámetro de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es d8. La concentración de trióxido de boro dopado en la zona de tensión 5 es N. El índice de refracción de la región del núcleo central 10 relativo a la capa de envoltura de cuarzo 2 es An1. El índice de refracción de la región anular 11 con respecto a la capa de envoltura de cuarzo 2 es An2. El módulo de la primera capa de revestimiento interior 30 es M1. El módulo de la segunda capa de revestimiento interior 31 es M2. El módulo de la primera capa de revestimiento exterior 40 es M3. El módulo de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es M4. La realización de la presente invención proporciona la estructura y los parámetros de rendimiento de la fibra óptica con una longitud de onda de trabajo de 1310 nm, como se muestra a continuación en la Tabla 1. Las Fibras Ópticas 2, 6 y 9 no forman parte de la invención.
T l 1 E r r r m r r n imi n fi r i n n l n i ^ n r 1 1 nm
Figure imgf000005_0001
continuación
Figure imgf000006_0001
La polarización optimizada que mantiene la fibra óptica en esta realización tiene un rendimiento de salida de diafonía y un rendimiento de atenuación de fibra óptica más estables y más altos.
Realización 8
El diámetro de la región del núcleo central 10 es d1. El diámetro exterior de la región anular 11 es d2. El diámetro de la zona de tensión 5 es d3. El diámetro exterior de la capa de envoltura de cuarzo 2 es d4. El diámetro de la primera capa de revestimiento interior 30 es d5. El diámetro de la segunda capa de revestimiento interior 31 es d6. El diámetro de la primera capa de revestimiento exterior 40 es d7. El diámetro de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es d8. La concentración de trióxido de boro dopado en la zona de tensión 5 es N. El índice de refracción de la región del núcleo central 10 relativo a la capa de envoltura de cuarzo 2 es An1. El índice de refracción de la región anular 11 con respecto a la capa de envoltura de cuarzo 2 es An2. El módulo de la primera capa de revestimiento interior 30 es M1. El módulo de la segunda capa de revestimiento interior 31 es M2. El módulo de la primera capa de revestimiento exterior 40 es M3. El módulo de la segunda capa de revestimiento exterior 41 es M4. La realización de la presente invención proporciona la estructura y los parámetros de rendimiento de la fibra óptica con una longitud de onda de trabajo de 1550 nm, como se muestra a continuación en la Tabla 2.
T l 2 E r r ^ r m r r n imi n fi r i n n l n i n r 1 nm
Figure imgf000006_0002
continuación
Figure imgf000007_0001
La fibra óptica que mantiene la polarización optimizada en esta realización tiene un rendimiento de salida de diafonía y un rendimiento de atenuación de fibra más estables y más altos.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Una fibra óptica que mantiene la polarización, en donde la fibra óptica que mantiene la polarización comprende, en orden de dentro hacia fuera, un núcleo de fibra (1), una capa de envoltura de cuarzo (2), una capa de revestimiento interior (3) y una capa de revestimiento exterior (4); la capa de envoltura de cuarzo (2) está ubicada en la periferia del núcleo de fibra (1), se proporcionan dos zonas de tensión (5) entre la capa de envoltura de cuarzo (2) y el núcleo de fibra (1), y las dos zonas de tensión ( 5) se distribuyen simétricamente a lo largo del centro del núcleo de fibra (1);
el núcleo de fibra (1) comprende, en orden de dentro hacia fuera, una región de núcleo central circular (10) y al menos una región anular (11) dispuesta concéntricamente con la región de núcleo central (10), y los índices de refracción de la región de núcleo central (10) y la región anular (11) son diferentes;
la capa de revestimiento interior (3) y la capa de revestimiento exterior (4) son ambas de una estructura de doble capa, el módulo de cada capa de la capa de revestimiento interior (3) y la capa de revestimiento exterior (4) es diferente, y el módulo desde el interior hacia el exterior aumenta secuencialmente;
en donde el índice de refracción de la región del núcleo central (10) es n1, el índice de refracción de la región anular (11) es n2, el índice de refracción de la capa de envoltura de cuarzo (2) es n3, el índice de refracción de la región del núcleo central (10) en relación con la capa de envoltura de cuarzo (2) es An1, y el índice de refracción de la región anular (11) en relación con la capa de envoltura de cuarzo (2) es An2, y An1<An2, en donde el valor de An1 varía del 0,4 % al 1,3 %, y el valor de An2 varía del 0,6 % al 1,5 %;
en donde el diámetro de la región del núcleo central (10) es d1, el diámetro exterior de la región anular (11) es d2, el diámetro de la zona de tensión (5) es d3, el diámetro exterior de la capa de envoltura de cuarzo (2) es d4, y d1 <d2 <d3 <d4, en donde el valor de d1 varía de 4,0 pm a 5,0 pm, el valor de d2 varía de 5,0 pm a 6,0 pm, el valor de d3 varía de 22,0 pm a 26,0 pm, y el valor de d4 varía de 79,0 pm a 81,0 pm.
2. La fibra óptica que mantiene la polarización de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material de la zona de tensión (5) es un material de cuarzo dopado con trióxido de boro, en donde la concentración del trióxido de boro dopado en la zona de tensión (5) varía del 1 % en moles al 3 % en moles.
3. La fibra óptica que mantiene la polarización de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la región del núcleo central (10) y la región anular (11) están hechas de un material de cuarzo dopado con germanio, y la concentración del germanio dopado en la región del núcleo central (10) es diferente de la de la región anular (11).
4. La fibra óptica que mantiene la polarización de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la capa de revestimiento interior (3) comprende, en orden de dentro hacia fuera, una primera capa de revestimiento interior (30) y una segunda capa de revestimiento interior (31); la capa de revestimiento exterior (4) comprende, en orden de dentro hacia fuera, una primera capa de revestimiento exterior (40) y una segunda capa de revestimiento exterior (41). 5. La fibra óptica que mantiene la polarización de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el módulo de la primera capa de revestimiento interior (30) es de 0,6 MPa a 1,2 MPa, el módulo de la segunda capa de revestimiento interior (31) es de 1,
5 MPa a 10 MPa, el módulo de la primera capa de revestimiento exterior (40) es de 450 MPa a 650 MPa, y el módulo de la segunda capa de revestimiento exterior (41) es de 1200 MPa a 1980 MPa.
6. La fibra óptica que mantiene la polarización de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el diámetro de la primera capa de revestimiento interior (30) es d5, el diámetro de la segunda capa de revestimiento interior (31) es d6, el diámetro de la primera capa de revestimiento exterior (40) es d7, y el diámetro de la segunda capa de revestimiento exterior (41) es d8, en donde el valor de d5 varía de 90,0 pm a 95,0 pm, el valor de d6 varía de 100,0 pm a 105,0 pm, el valor de d7 varía de 110,0 pm a 115,0 pm, y el valor de d8 varía de 127,0 pm a 133,0 pm.
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