專利名稱：“一”字型保偏光纖及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保偏光纖，尤其是涉及一種“一”字型保偏光纖及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
保偏光纖又稱偏振保持光纖，是特種光纖的一種。它在波分復(fù)用的通信系統(tǒng)和光纖傳感器領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其在光纖傳感器領(lǐng)域，它是光纖陀螺、光纖水聽器、光集成器件等軍用傳感器的核心傳感元部件。
根據(jù)橫截面結(jié)構(gòu)的不同，國際上商用的保偏光纖常見的有四種類型，即熊貓型、領(lǐng)結(jié)型、橢圓茄克型和橢圓芯型。前三種類型屬于應(yīng)力誘導(dǎo)型，后一種類型則屬于形狀決定型。
目前石英光纖一般都通過先制造預(yù)制棒(保偏光纖的預(yù)制棒又稱為保偏光棒)，再將預(yù)制棒拉絲的辦法來制得，保偏光纖也不例外。
應(yīng)力誘導(dǎo)型的保偏光棒一般是通過在纖芯的周圍摻雜或放置一些膨脹系數(shù)高的物質(zhì)(如硼、鋁、鍺等)，通過某種特別的處理手段，使這些摻雜或放置的區(qū)域變成非圓對稱的應(yīng)力作用區(qū)而制成的。
由于硼的膨脹系數(shù)大于硅，甚至大于鍺，所以摻硼后，在塌縮成棒后的冷卻過程中，以及拉絲后光纖的冷卻過程中，應(yīng)力作用區(qū)會對芯層和內(nèi)包層產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于應(yīng)力作用區(qū)呈各向異性，所以沿光纖不同的徑向，芯層受到的應(yīng)力大小不同，導(dǎo)致芯層在不同徑向上的折射率不同，這就是所謂的雙折射現(xiàn)象。光在這樣的光纖中傳播時，各個方向傳播的速度也不同，形成相應(yīng)的快軸和慢軸。
線偏振光注入到保偏光纖芯層的某一個軸上，經(jīng)過一段傳輸距離后，仍能基本保持其偏振態(tài)?？燧S和慢軸一般與應(yīng)力作用區(qū)的長短軸相重合。表征偏振保持性能好壞的參數(shù)是偏振串音或消光比。偏振串音越小(它一般是一個負(fù)數(shù))，其絕對值越大，則說明該光纖偏振保持的性能越好。
由于光能在光纖中的傳輸不僅僅局限在芯層，有相當(dāng)一部分光功率在緊鄰芯層的部分內(nèi)包層中傳輸，而硼在石英光纖工作波長(1200-1600nm)區(qū)間內(nèi)的衰減很大，所以在幾種應(yīng)力誘導(dǎo)型保偏光纖中一般都引入內(nèi)包層，這樣可以大大降低光纖的衰減，使光纖的衰減水平達(dá)到低于2.0dB/km的適用水平。
一般的熊貓型和領(lǐng)結(jié)型的保偏光纖，要達(dá)到光纖陀螺等傳感器的使用要求，其應(yīng)力作用區(qū)的面積占光纖橫截面積的比例一般要大于10％，有些產(chǎn)品的比例甚至超過15％。應(yīng)力作用區(qū)往往摻硼等價格很貴的物質(zhì)，應(yīng)力作用區(qū)過大，除了制造成本會明顯增加外，而且制造難度也會變大。另外，應(yīng)力作用區(qū)面積過大，還會導(dǎo)致保偏光纖在環(huán)境溫度適應(yīng)性、耐彎曲性能、機(jī)械強(qiáng)度等使用性能方面出現(xiàn)問題，導(dǎo)致保偏光纖的綜合性能不佳。
有些橢圓茄克型保偏光纖的應(yīng)力作用區(qū)的相對面積雖然比較小，但是這些橢圓茄克型保偏光纖在一些工作波長處(如1310nm或1550nm)的拍長等技術(shù)指標(biāo)，卻很難符合光纖陀螺等傳感器的使用要求。
三、技術(shù)內(nèi)容針對其他結(jié)構(gòu)的保偏光纖的上述缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有新的應(yīng)力作用區(qū)形狀和應(yīng)力作用區(qū)的面積占光纖橫截面積的比例較小的保偏光纖。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為一種新型的保偏光纖，其橫截面結(jié)構(gòu)由外到里分別是基管層、外包層、應(yīng)力作用區(qū)、內(nèi)包層和芯層，其特征為應(yīng)力作用區(qū)的形狀為“一”字長條形。
“一”字型保偏光纖各層的主要組分如下基管層二氧化硅；外包層二氧化硅，摻雜元素磷和氟；應(yīng)力作用區(qū)二氧化硅，摻雜元素硼、鍺等；內(nèi)包層二氧化硅，也可適當(dāng)摻雜鍺和氟；芯層二氧化硅，摻雜元素鍺。
中國專利橢圓茄克型光纖預(yù)制棒和保偏光纖的結(jié)構(gòu)和制造方法，公開號為CN1410375A，公開了橢圓茄克型光纖預(yù)制棒和保偏光纖的結(jié)構(gòu)和制造方法。本發(fā)明的“一”字型保偏光纖與橢圓茄克型保偏光纖結(jié)構(gòu)有相似之處即應(yīng)力作用區(qū)既有長軸又有短軸；不同的是本發(fā)明的“一”字型保偏光纖的應(yīng)力作用區(qū)的短軸與橢圓茄克型保偏光纖的應(yīng)力作用區(qū)的短軸相比非常薄，這可以明顯改善保偏光纖的拍長和偏振串音等重要的使用指標(biāo)。
“一”字型保偏光纖的應(yīng)力作用區(qū)的面積占光纖橫截面面積的比例小于10％，有些型號的比例甚至可小于5％。
本發(fā)明的另一目的在于提供“一”字型保偏光纖的生產(chǎn)方法。
目前石英光纖一般都通過先制造預(yù)制棒，再將預(yù)制棒拉絲的辦法來制得，保偏光纖也不例外。
“一”字型保偏光纖由“一”字型保偏光棒采用公知的拉絲技術(shù)，即將保偏光棒拉細(xì)成石英光纖，并在其外圍馬上涂上兩層丙烯酸酯類的涂料進(jìn)行保護(hù)，涂料再經(jīng)紫外固化處理，制得“一”字型保偏光纖。
由于“一”字型保偏光纖由“一”字型保偏光棒拉細(xì)制得，所以“一”字型保偏光棒其橫截面結(jié)構(gòu)由外到里也應(yīng)該是基管層、外包層、應(yīng)力作用區(qū)、內(nèi)包層和芯層，應(yīng)力作用區(qū)的形狀為“一”字長條形，應(yīng)力作用區(qū)的面積占光棒橫截面面積的比例小于10％。
MCVD法為公知的生產(chǎn)預(yù)制棒的方法，利用此法，生產(chǎn)“一”字型保偏光棒與生產(chǎn)領(lǐng)結(jié)型保偏光棒在工藝上基本相同，不同之處是在進(jìn)行定向刻蝕時領(lǐng)結(jié)型光棒的刻蝕工藝將基管內(nèi)壁對向兩側(cè)的應(yīng)力作用區(qū)刻得很透，從而使塌縮后的保偏光棒的應(yīng)力作用區(qū)呈領(lǐng)結(jié)型；而“一”字型保偏光棒的刻蝕工藝將基管內(nèi)壁對向兩側(cè)的應(yīng)力作用區(qū)不完全刻透，讓該處的應(yīng)力作用區(qū)留有一點厚度，即使基管內(nèi)沉積的應(yīng)力層不完全分開，從而使塌縮后的保偏光棒的應(yīng)力作用區(qū)呈“一”字長條形。
公知的制造領(lǐng)結(jié)型保偏光纖的主要步驟為1、先對基管進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理可以達(dá)到使基管預(yù)熱和有效消除基管內(nèi)壁雜質(zhì)和氣泡的效果；2、隨后進(jìn)行沉積工序，沉積工序依次為外包層沉積、應(yīng)力層沉積、內(nèi)包層沉積和芯層沉積；其中在應(yīng)力層沉積工序結(jié)束后進(jìn)行刻蝕工藝，使被加熱處的基管內(nèi)側(cè)的應(yīng)力層被逐漸刻蝕透；3、沉積結(jié)束后對基管進(jìn)行正向塌縮和反向塌縮，制成一根實心的領(lǐng)結(jié)型保偏光棒；4、塌縮結(jié)束后，對保偏光棒進(jìn)行拋光，制得呈石英的透明狀的領(lǐng)結(jié)型保偏光棒。
5、將保偏光棒拉細(xì)，制得領(lǐng)結(jié)型保偏光纖。
“一”字型保偏光纖的生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)步驟如下1、基管的預(yù)處理，使基管預(yù)熱和有效消除基管內(nèi)壁的雜質(zhì)和氣泡；2、進(jìn)行沉積工序，沉積工序依次為外包層沉積、應(yīng)力層沉積、內(nèi)包層沉積和芯層沉積；其中在應(yīng)力層沉積工序結(jié)束后進(jìn)行定向刻蝕，使被加熱處的基管內(nèi)側(cè)的應(yīng)力層被逐漸刻蝕，且使該處的應(yīng)力作用區(qū)不被完全刻透，讓該處的應(yīng)力作用區(qū)留有一點厚度，基管內(nèi)沉積的應(yīng)力層不完全分開；定向刻蝕即為使基管不再轉(zhuǎn)動，在基管內(nèi)通有含氟的腐蝕性氣體；在基管外用一束火頭或兩邊對燒的兩束火頭沿基管的軸向來回移動；3、對基管進(jìn)行正向塌縮和反向塌縮，制成一根實心的“一”字型保偏光棒；4、對保偏光棒進(jìn)行拋光，制得呈石英的透明狀的“一”字型保偏光棒；5、將保偏光棒拉細(xì)成石英光纖，并在其外圍馬上涂上兩層丙烯酸酯類的涂料進(jìn)行保護(hù)，涂料再經(jīng)紫外固化處理，制得“一”字型保偏光纖。
以上生產(chǎn)方法中，當(dāng)定向刻蝕時在基管外用一束火頭時，該束火頭沿基管一側(cè)的軸向來回移動，一側(cè)刻蝕完成后，將基管翻轉(zhuǎn)180度，然后對基管的另一側(cè)進(jìn)行刻蝕。
以上生產(chǎn)方法中，當(dāng)定向刻蝕時在基管外用兩邊對燒的兩束火頭時，兩束火頭在通過基管中心的平面內(nèi)沿基管的軸向?qū)ΨQ地在基管的兩側(cè)進(jìn)行來回移動以加熱管壁。
隨著MCVD設(shè)備的不斷改進(jìn)，可使用的基管越來越粗，基管的壁厚也允許較大，由此制得的單根預(yù)制棒的體積也越來越大，可拉光纖的長度也越來越長，生產(chǎn)成本可以明顯降低，而單批光纖各項參數(shù)的均勻性則可明顯改善。
本發(fā)明可以采用多種外徑(最大外徑可達(dá)到30mm以上)、多種壁厚和多種截面積的基管做保偏光棒，基管外徑的范圍為12-35mm，壁厚的范圍為1.5-3.5mm，截面積的范圍為70-300mm2。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點是1、“一”字型保偏光纖具有應(yīng)力作用區(qū)小的特點。
2、“一”字型保偏光纖具有良好的保偏性能、環(huán)境溫度適應(yīng)性、耐彎曲性能和機(jī)械強(qiáng)度。
四

圖1為本發(fā)明“一”字型保偏光纖的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明“一”字型保偏光棒的制造流程示意圖。
五、具體實施例如圖1所示的“一”字型保偏光纖，其橫截面結(jié)構(gòu)由外到里分別是基管層11、外包層12、應(yīng)力作用區(qū)13、內(nèi)包層14和芯層15，其應(yīng)力作用區(qū)13的形狀為“一”字長條形。
實施例1、如圖2所示在MCVD車床上進(jìn)行基管的預(yù)處理、沉積外包層、沉積應(yīng)力層、定向刻蝕、沉積內(nèi)包層、沉積芯層、正向塌縮、反向塌縮和拋光工序，制得“一”字型保偏光棒，應(yīng)力作用區(qū)的面積占光棒橫截面面積的比例為4％；其中基管外徑為30mm，壁厚為2.5mm，截面積為216mm2；在定向刻蝕工序時在基管內(nèi)通入六氟化硫腐蝕性氣體；在基管外用兩邊對燒的兩束火頭在通過基管中心的平面內(nèi)沿基管的軸向?qū)ΨQ地在基管的兩側(cè)進(jìn)行來回移動，以加熱管壁使被加熱處的基管內(nèi)側(cè)的應(yīng)力層被逐漸刻蝕，且使該處的應(yīng)力作用區(qū)留有一點厚度。
實施例2、將實施例1制得的“一”字型保偏光棒拉細(xì)成直徑為125μm的石英光纖，并在其外圍馬上涂上兩層丙烯酸酯類的涂料進(jìn)行保護(hù)，涂料再經(jīng)紫外固化處理，制得直徑為125μm的“一”字型保偏光纖，保偏光纖的應(yīng)力作用區(qū)的面積占保偏光纖橫截面面積的比例為4％；該“一”字型保偏光纖的主要技術(shù)指標(biāo)如表1。
表1

權(quán)利要求
1.“一”字型保偏光纖，其橫截面結(jié)構(gòu)由外到里分別是基管層(11)、外包層(12)、應(yīng)力作用區(qū)(13)、內(nèi)包層(14)和芯層(15)，其特征為應(yīng)力作用區(qū)(13)的形狀為“一”字長條形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保偏光纖，其特征為應(yīng)力作用區(qū)(13)的面積占光纖截面面積的比例小于10％。
3.“一”字型保偏光棒，其橫截面結(jié)構(gòu)由外到里分別是基管層、外包層、應(yīng)力作用區(qū)、內(nèi)包層和芯層，其特征為應(yīng)力作用區(qū)的形狀為“一”字長條形。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保偏光棒，其特征為應(yīng)力作用區(qū)的面積占光棒截面面積的比例小于10％。
5.“一”字型保偏光纖的生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)步驟如下(1)基管的預(yù)處理，使基管預(yù)熱和有效消除基管內(nèi)壁的雜質(zhì)和氣泡；(2)進(jìn)行沉積，沉積工序依次為外包層沉積、應(yīng)力層沉積、內(nèi)包層沉積和芯層沉積；其中在應(yīng)力層沉積工序結(jié)束后進(jìn)行定向刻蝕，使被加熱處的基管內(nèi)側(cè)的應(yīng)力層被逐漸刻蝕，且使該處的應(yīng)力作用區(qū)不被完全刻透，讓該處的應(yīng)力作用區(qū)留有一點厚度，基管內(nèi)沉積的應(yīng)力層不完全分開；定向刻蝕即為使基管不再轉(zhuǎn)動，在基管內(nèi)通有含氟的腐蝕性氣體；在基管外用一束火頭或兩邊對燒的兩束火頭沿基管的軸向來回移動；(3)對基管進(jìn)行正向塌縮和反向塌縮，制成一根實心的“一”字型保偏光棒；(4)對保偏光棒進(jìn)行拋光，制得呈石英的透明狀的“一”字型保偏光棒；(5)將保偏光棒拉細(xì)成石英光纖，并在其外圍馬上涂上兩層丙烯酸酯類的涂料進(jìn)行保護(hù)，涂料再經(jīng)紫外固化處理，制得“一”字型保偏光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的保偏光纖的生產(chǎn)方法，其特征為定向刻蝕時在基管外用一束火頭沿基管一側(cè)的軸向來回移動，一側(cè)刻蝕完成后，將基管翻轉(zhuǎn)180度，然后對基管的另一側(cè)進(jìn)行刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的保偏光纖的生產(chǎn)方法，其特征為定向刻蝕時在基管外用兩邊對燒的兩束火頭在通過基管中心的平面內(nèi)沿基管的軸向?qū)ΨQ地在基管的兩側(cè)進(jìn)行來回移動以加熱管壁。
全文摘要
本發(fā)明涉及“一”字型保偏光纖，其結(jié)構(gòu)由外到里分別是基管層、外包層、應(yīng)力作用區(qū)、內(nèi)包層和芯層，其特征為應(yīng)力作用區(qū)形狀為“一”字長條形。本發(fā)明還涉及“一”字型保偏光纖的生產(chǎn)方法。本發(fā)明具有保偏光纖的應(yīng)力作用區(qū)小及良好的保偏性能、環(huán)境溫度適應(yīng)性、耐彎曲性能和機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)點。
文檔編號G02B6/13GK1632629SQ20041006599
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者梁樂天, 薛建軍, 康曉健, 卞進(jìn)良, 肖天鵬 申請人:江蘇法爾勝光子有限公司