專利名稱：類矩形多芯保偏光纖及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域或傳感器及纖維光學(xué)器件領(lǐng)域應(yīng)用的保偏光纖，特別是
涉及類矩形多芯保偏光纖的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種類矩形多芯保偏光纖的制作方法。
背景技術(shù)：
保偏光纖(PMF， Polarization Maintaining Optical Fiber)由于對線偏振光具 有較強的偏振保持能力，并且與普通單模光纖有良好的相容性。它在高級相干光通信、光纖 陀螺、水聽器、光纖傳感器、光集成器件等方面有廣泛的應(yīng)用，它是軍事領(lǐng)域中導(dǎo)彈、航空器 中的關(guān)鍵元器件。相干檢測器對PMF的需求量越來越大。保偏光纖一般可分為幾何型和應(yīng) 力型兩大類。美國專利NO. 5， 482， 525和NO. 4， 740， 225中提供了多種制作橢圓芯和非圓形 芯偏振保持光纖的制作方法。由光纖幾何不對稱制成的保偏光纖與應(yīng)力型保偏光纖相比 較，偏振保持好，溫度穩(wěn)定性較好，具有廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)生產(chǎn)的各種保偏光纖和保偏 光纖耦合器在綜合指標(biāo)方面尚未真正過關(guān)，更無法批量生產(chǎn)，是制約我國光纖陀螺等發(fā)展 的主要原因。在對光纖偏振器件有較高的機械穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性要求的情況下，由分立 式偏振光學(xué)結(jié)構(gòu)組成的偏振光纖干涉儀更難滿足要求。 多芯光纖在近年來得到了廣泛的關(guān)注。所謂的多芯光纖是相對于單芯光纖而言， 它的結(jié)構(gòu)是在公共的包層內(nèi)含有多根(兩芯以上)獨立的纖芯的光波導(dǎo)。由于多芯結(jié)構(gòu)的 光纖中每個芯都是一條光(纖)波導(dǎo)，因此多芯光纖可以被看作是一種光纖高密度的封裝 集成方法。利用多芯光纖可制作方向耦合器、波分復(fù)用器、用于光纖激光器穩(wěn)定的窄帶濾波 器、可變衰減器和利用耦合器非線性效應(yīng)的全光開關(guān)。發(fā)明專利申請"帶狀偏振波纖維和制 造方法及其偏振波光導(dǎo)纖維列"(公開號CN 1361437A)中涉及的帶狀偏振波纖維是由多 根獨立的保偏光纖排列成直線形構(gòu)成，并非真正意義上的多芯光纖，器件的尺寸也較大，不 適于光學(xué)集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高雙折射和優(yōu)良保偏性能，可用于光學(xué)偏振器件 在光纖中的集成，提高纖維集成器件性能和器件溫度穩(wěn)定性的類矩形多芯保偏光纖。本發(fā) 明的目的還在于提供一種類矩形多芯保偏光纖的制作方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 本發(fā)明的類矩形多芯保偏光纖包括至少兩根纖芯，纖芯截面形狀為矩形或類矩形 結(jié)構(gòu)，纖芯包裹在包層中。 本發(fā)明的類矩形多芯保偏光纖的組成還可以包括
1、所述的纖芯為兩根，兩根纖芯對稱平行排布。 2、所述的纖芯為四根，四根纖芯中一對纖芯對稱平行排布，而另一對纖芯與之正 交排布。 3、所述的纖芯為三根，三根纖芯纖芯分布在一個同心圓周上，相鄰纖芯的偏振方
3向成120度角。 4、所述的多根纖芯可以平行排布呈帶狀，形成帶狀偏振陣列。 5、纖芯短軸附近的兩側(cè)對稱設(shè)置空氣孔，包層是均勻材料或周期性結(jié)構(gòu)，所述的
包層周期結(jié)構(gòu)為周期性空氣孔或全固態(tài)周期結(jié)構(gòu)。 —種類矩形多芯保偏光纖的制作方法用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出纖芯預(yù)制 棒、不同尺寸空心和實心包層預(yù)制棒；利用套管法將大尺寸空心預(yù)制棒套在實心包層預(yù)制 棒外邊，兩者同心，空心管內(nèi)徑和實心棒外徑相差纖芯的短軸長，兩者間形成環(huán)形空氣層； 芯棒對稱排列在環(huán)形空氣層中，除纖芯之外的其它空隙用與芯棒相同尺寸的包層預(yù)制棒填 充；采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程需進(jìn)行抽氣和充氣。 另一種類矩形多芯保偏光纖的制作方法用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出纖芯預(yù)制 棒、不同尺寸空心和實心包層預(yù)制棒；空心包層預(yù)制棒內(nèi)徑與實心包層預(yù)制棒外徑相等，實 心包層預(yù)制棒用縱橫切割機按纖芯尺寸對稱縱向側(cè)邊開淺槽，槽的形狀與所設(shè)計纖芯形狀 相同，開槽后的預(yù)制棒經(jīng)過離子水嚴(yán)格清洗，并用惰性氣體吹干，將大尺寸空心包層預(yù)制棒 套在實心包層預(yù)制棒外邊，將大尺寸纖芯預(yù)制棒研磨成設(shè)計的纖芯形狀后嵌入實心包層預(yù) 制棒的槽中；或者實心包層預(yù)制棒用縱橫切割機按纖芯尺寸對稱縱向側(cè)邊開窄槽，槽要有 一定深度，然后在窄槽兩側(cè)對稱縱向開大槽，形成大的扇形空氣孔，將大尺寸空心包層預(yù)制 棒套在實心包層預(yù)制棒外邊，大尺寸纖芯預(yù)制棒兩側(cè)進(jìn)行研磨形成類矩形結(jié)構(gòu)，研磨后的 纖芯對稱的嵌入預(yù)制棒的纖芯窄槽中，窄槽的其它空隙用芯徑細(xì)的包層預(yù)制棒填充；采用 常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程需進(jìn)行抽氣和充氣。 本發(fā)明的優(yōu)勢在于1.采用改變幾何形狀的方法，控制光的偏振態(tài)，溫度穩(wěn)定性 好；2.將多根保偏光纖微縮集成于一根光纖中，可極大的縮小光纖偏振器件的體積，更易 于光學(xué)集成；3.集成于一根光纖的偏振光學(xué)器件具有極大的穩(wěn)定性，避免了各個可動部件 之間由于裝配、固定和調(diào)整帶來的變化和不一致；4.類矩形多芯保偏光纖可構(gòu)成偏振保持 干涉儀，提高集成光學(xué)偏振器件的性能；5.類矩形多芯保偏光纖利用熔融拉錐法制作偏振 耦合器，方法簡單易于操作，重復(fù)性好；6.本發(fā)明提供的制作方法可以優(yōu)化纖芯的幾何形 狀、結(jié)構(gòu)和均勻特性，可批量生產(chǎn)。


圖1(a)、圖l(b)為本發(fā)明類矩形雙芯保偏光纖的剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖2(a)、圖2(b)為本發(fā)明類矩形三芯保偏光纖的剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖3(a)、圖3(b)為本發(fā)明類矩形四芯保偏光纖的剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明類矩形多芯保偏光纖陣列的剖面結(jié)構(gòu)圖； 圖5(a)為本發(fā)明類矩形多芯保偏光纖套管堆積法制作示意圖，圖5(b)為實際拉 制出來的三芯類矩形芯保偏光纖照片； 圖6(a)、圖6(b)為本發(fā)明類矩形多芯保偏光纖側(cè)向開槽套管法制作示意圖；
圖7(a)、圖7(b)為本發(fā)明光纖纖芯兩側(cè)有圓形空氣孔情況的剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖8為本發(fā)明保偏光纖包層為周期性結(jié)構(gòu)時的剖面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 類矩形多芯保偏光纖結(jié)構(gòu)如圖1、圖2和圖3所示，雙芯保偏光纖由兩個矩形光纖 芯1構(gòu)成，光纖芯形狀為矩形，兩個矩形芯平行排布。三芯保偏光纖的三根纖芯分布在一個 同心圓周上，相鄰芯的偏振方向成120度角。四芯保偏光纖由四個矩形光纖芯1構(gòu)成，其中 一對纖芯對稱平行排布，另一對纖芯與之正交排布。
實施例1 : 采用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出圓形纖芯和不同尺寸的空心和實心包層預(yù)制棒， 利用套管法將大尺寸空心包層預(yù)制棒7套在實心包層預(yù)制棒6外邊，兩者同心，空心管內(nèi) 徑和實心棒外徑相差類矩形纖芯的短軸長，兩者間形成環(huán)形空氣層；纖芯對稱排列在環(huán)形 空氣層中，每個纖芯由兩個纖芯預(yù)制棒4構(gòu)成，其它空隙用與芯棒相同尺寸的包層預(yù)制棒5 填充；采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程需進(jìn)行抽氣和充氣。就會拉制出圖1(a)、圖 2(a)和圖3(a)所示的類矩形多芯保偏光纖。圖5 (a)為此種制作方法的示意圖，圖5 (b)為
此種制作方法實際拉制出的三芯類矩形多芯保偏光纖。
實施例2 : 采用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出圓形纖芯和不同尺寸的空心和實心包層預(yù)制棒， 空心包層預(yù)制棒7內(nèi)徑與實心包層預(yù)制棒6外徑相等，實心包層預(yù)制棒6用縱橫切割機按 纖芯尺寸對稱縱向側(cè)邊開出淺槽8，開槽后的預(yù)制棒要經(jīng)過離子水嚴(yán)格清洗，并用惰性氣體 吹干，將大尺寸空心預(yù)制棒7套在開過槽的實心包層預(yù)制棒6外邊，纖芯預(yù)制棒研磨成淺槽 8的類矩形結(jié)構(gòu)11，然后嵌入包層預(yù)制棒的槽8中；采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程 需進(jìn)行抽氣和充氣。也會拉制出圖1(a)、圖2(a)和圖3(a)所示的類矩形多芯保偏光纖。
為提高保偏能力，實心包層預(yù)制棒用縱橫切割機按纖芯尺寸對稱縱向側(cè)邊開窄槽 9，槽要有一定深度，然后在窄槽兩側(cè)對稱縱向開大槽IO，形成大的扇形空氣孔以提高保偏 性能；將大尺寸空心預(yù)制棒7套在實心包層預(yù)制棒6外邊，大尺寸纖芯預(yù)制棒兩側(cè)進(jìn)行研磨 形成類矩形結(jié)構(gòu)，研磨后的纖芯11對稱的嵌入預(yù)制棒的纖芯窄槽中，窄槽的其它空隙用芯 徑細(xì)的包層預(yù)制棒5填充。采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程需進(jìn)行抽氣和充氣。就 會拉制出圖1(b)、圖2(b)和圖3(b)所示的高保偏類矩形多芯光纖。
實施例3: 類矩形雙芯保偏光纖結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，圖7 (a)雙芯保偏光纖由兩個矩形光 纖芯1構(gòu)成，光纖芯形狀為矩形，兩個矩形芯平行排布。每個矩形芯附近對稱放置兩個空氣 孔12用來提高保偏能力，圖7(b)中光纖的偏振方向與圖7(a)正交；圖8雙芯保偏光纖在 包層2中具有周期性結(jié)構(gòu)13。 與實施例1類似，采用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出纖芯和不同尺寸的包層填充預(yù) 制棒，包層填充預(yù)制棒的折射率不完全相同，將纖芯預(yù)制棒研磨成類矩形結(jié)構(gòu)11 ，按預(yù)定形 狀的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將矩形結(jié)構(gòu)纖芯11按設(shè)定間距平行放置排布；在每個矩形芯附近對稱放置 兩個空芯玻璃管12，包層其它部分用包層填充棒5排好，或者包層中填充預(yù)制棒排成周期 性結(jié)構(gòu)13，周期性結(jié)構(gòu)可以為全固態(tài)，也可以為周期性空氣孔；然后利用管棒堆積法將排 好的結(jié)構(gòu)用一大的石英套管束縛住，采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲獲得圖7和圖8所示的類矩形 多芯保偏光纖，利用此種管棒堆積法也可拉制出圖4所示的多芯平行偏振陣列。
權(quán)利要求
一種類矩形多芯保偏光纖，包括至少兩根纖芯和包層，其特征是所述纖芯截面形狀為矩形或類矩形結(jié)構(gòu)，纖芯包裹在包層中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的類矩形多芯保偏光纖，其特征是所述的纖芯為兩根，兩根纖芯對稱平行排布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的類矩形多芯保偏光纖，其特征是所述的纖芯為四根，四根纖芯中一對纖芯對稱平行排布，而另一對纖芯與之正交排布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的類矩形多芯保偏光纖，其特征是所述的纖芯為三根，三根纖芯纖芯分布在一個同心圓周上，相鄰纖芯的偏振方向成120度角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的類矩形多芯保偏光纖，其特征是所述的多根纖芯平行排布呈帶狀，形成帶狀偏振陣列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任何一項所述的類矩形多芯保偏光纖，其特征是纖芯短軸附近的兩側(cè)對稱設(shè)置空氣孔，包層是均勻材料或周期性結(jié)構(gòu)，所述的包層周期結(jié)構(gòu)為周期性空氣孔或全固態(tài)周期結(jié)構(gòu)。
7. —種類矩形多芯保偏光纖的制作方法，其特征是用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出纖芯預(yù)制棒、不同尺寸空心和實心包層預(yù)制棒；利用套管法將大尺寸空心預(yù)制棒套在實心包層預(yù)制棒外邊，兩者同心，空心管內(nèi)徑和實心棒外徑相差纖芯的短軸長，兩者間形成環(huán)形空氣層；芯棒對稱排列在環(huán)形空氣層中，除纖芯之外的其它空隙用與芯棒相同尺寸的包層預(yù)制棒填充；采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程需進(jìn)行抽氣和充氣。
8. —種類矩形多芯保偏光纖的制作方法，其特征是用化學(xué)氣相沉積法工藝制造出纖芯預(yù)制棒、不同尺寸空心和實心包層預(yù)制棒；空心包層預(yù)制棒內(nèi)徑與實心包層預(yù)制棒外徑相等，實心包層預(yù)制棒用縱橫切割機按纖芯尺寸對稱縱向側(cè)邊開淺槽，槽的形狀與所設(shè)計纖芯形狀相同，開槽后的預(yù)制棒經(jīng)過離子水嚴(yán)格清洗，并用惰性氣體吹干，將大尺寸空心包層預(yù)制棒套在實心包層預(yù)制棒外邊，將大尺寸纖芯預(yù)制棒研磨成設(shè)計的纖芯形狀后嵌入實心包層預(yù)制棒的槽中；或者實心包層預(yù)制棒用縱橫切割機按纖芯尺寸對稱縱向側(cè)邊開窄槽，槽要有一定深度，然后在窄槽兩側(cè)對稱縱向開大槽，形成大的扇形空氣孔，將大尺寸空心包層預(yù)制棒套在實心包層預(yù)制棒外邊，大尺寸纖芯預(yù)制棒兩側(cè)進(jìn)行研磨形成類矩形結(jié)構(gòu)，研磨后的纖芯對稱的嵌入預(yù)制棒的纖芯窄槽中，窄槽的其它空隙用芯徑細(xì)的包層預(yù)制棒填充；采用常規(guī)方法進(jìn)行拉絲，涂覆，拉絲過程需進(jìn)行抽氣和充氣。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種類矩形多芯保偏光纖及其制作方法。該光纖包括多個纖芯，纖芯為類矩形結(jié)構(gòu)，包層可以是均勻材料，也可以為周期性結(jié)構(gòu)，在纖芯附近可以設(shè)置空氣孔來增加偏振保持能力。本發(fā)明的特點是1.采用改變幾何形狀的方法，控制光的偏振態(tài)，屬于幾何結(jié)構(gòu)保偏光纖；2.溫度穩(wěn)定性好；3.將多個纖芯集成于一根光纖中，可用于光學(xué)器件在光纖中的集成，提高集成器件的性能；4.利用管棒堆積套管法和側(cè)向開槽技術(shù)控制纖芯的幾何形狀，然后再拉絲成纖。
文檔編號C03C25/22GK101788698SQ20101010180
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者關(guān)春穎, 戴強, 田鳳軍, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)