熔嵌式中空多芯保偏光纤及其制备方法.pdf

本发明提供的是熔嵌式中空多芯保偏光纤及其制备方法。采用公知的MCVD工艺制备具有一定芯包比的光纤，光纤的芯层折射率大于包层，并且包层与外石英管的折射率相同，然后利用氢氧焰将光纤沿石英管轴向烧结于管内壁以形成预制棒；然后利用光纤拉丝塔，在正常拉丝温度的条件下进行拉丝，促使光纤变成椭圆或类椭圆形状贴附在毛细管内壁上。形成横截面结构由外到里分别是包层、椭圆芯和毛细孔；椭圆芯熔嵌在石英毛细管的内壁上，靠近毛细管内壁一侧构成厚石英包层，另一侧暴露于毛细孔的空气中，构成薄石英包层，其中椭圆芯的折射率大于石英包层的折射率的熔嵌式中空多芯保偏光纤。本发明所得光纤的强度高，制备工艺简单、成本低。

权利要求书
1.  一种熔嵌式中空多芯保偏光纤，其特征是：横截面结构由外到里分别是包层(1)、椭圆芯(2)和毛细孔(3)；椭圆芯熔嵌在石英毛细管的内壁上，靠近毛细管内壁一侧构成厚石英包层(1-1)，另一侧暴露于毛细孔的空气中，构成薄石英包层(1-2)，其中椭圆芯的折射率大于石英包层的折射率。

2.  根据权利要求1所述的熔嵌式中空多芯保偏光纤，其特征是：薄石英包层厚度为3微米。

3.  一种熔嵌式中空多芯保偏光纤的制备方法，其特征是：采用公知的MCVD工艺制备具有一定芯包比的光纤(5)，光纤的芯层折射率大于包层，并且包层与外石英管4的折射率相同，然后利用氢氧焰将光纤沿石英管轴向烧结于管内壁以形成预制棒；然后利用光纤拉丝塔，在正常拉丝温度的条件下进行拉丝，预制棒在高温情况下受到表面张力的作用，促使光纤变成椭圆或类椭圆形状贴附在毛细管内壁上，达到熔嵌的效果。

4.  根据权利要求3所述的熔嵌式中空多芯保偏光纤的制备方法，其特征是所述利用氢氧焰将光纤沿石英管轴向烧结于管内壁以形成预制棒的方法为：保持石英管水平，从制备好的一批光纤中选出一根，放置于石英管的内壁上，其中光纤一端略向外延伸出一部分，此时光纤的中心轴向与石英管的中心轴向保持自然平行；再利用氢氧焰对向外延伸的光纤部分进行加热，熔融的光纤受到表面张力的作用凝结成石英球，并粘附于石英管4管口处，此时可实现光纤悬挂于石英管的内壁上；利用此方法在石英管内壁上逐一悬挂其它光纤。

说明书熔嵌式中空多芯保偏光纤及其制备方法
技术领域
本发明属于光纤技术领域，涉及一种多芯保偏光纤，尤其涉及一种熔嵌式中空多芯保偏光纤及其制备方法。
背景技术
保偏光纤又称偏振保持光纤，是特种光纤的一种。它在波分复用的通讯系统和光纤传感器领域有着广泛的应用。尤其在光纤传感器领域，它是光纤陀螺、光纤水听器、光集成器件等军用传感器的核心传感元部件。由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和声纳，属于高新科技产品，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤一直被西方发达国家列入对我禁运的清单。
在普通通信光纤中，由于其圆对称性结构，入射的线偏振光线在经过一定距离的传输后，由于不同偏振模式的耦合、能量交换，会成为椭圆或圆偏振光而无法保持线偏振态。而当一线偏振光被耦合进入保偏光纤时，如果线偏振光的偏振方向和保偏光纤的偏振主轴重合，则线偏振光可以在传输过程中保持线偏振方向直至离开保偏光纤。保偏光纤产品包括几何双折射和应力双折射保偏光纤。几何双折射的实例是椭圆芯保偏光纤，这种光纤的纤芯是椭圆型的，利用这种几何的不对称性产生双折射效应。应力双折射的保偏光纤主要有熊猫型、领结型、椭圆茄克型。这类光纤的特点是在光纤的包层中引入具有高膨胀系数的应力区挤压纤芯产生双折射效应。
目前普通石英光纤一般都通过先制备预制棒，再将预制棒进行拉丝来制得。保偏光纤也不例外。加工椭圆芯保偏光纤的方法，通常包括这些步骤：沿着预制棒轴向，将预制棒两侧研磨平整，或者在预制棒两侧开孔、开槽，然后采用套管法将修整后的预制棒包裹，再进行光纤拉丝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高、应用领域广泛的熔嵌式中空多芯保偏光纤。本发明的目的还在于提供一种工艺简单、成本低的熔嵌式中空多芯保偏光纤的制备方法
本发明的目的是这样实现的：
本发明的熔嵌式中空多芯保偏光纤的横截面结构由外到里分别是包层1、椭圆芯2和毛细孔3；椭圆芯熔嵌在石英毛细管的内壁上，靠近毛细管内壁一侧构成厚石英包层1-1，另一侧暴露于毛细孔的空气中，构成薄石英包层1-2，其中椭圆芯的折射率大于石英包层的折射率；光纤中心具有毛细孔结构。
纤芯为椭圆或类椭圆形状。
椭圆芯一部分熔嵌在石英毛细管内壁上，靠近毛细管内壁一侧构成厚石英包层1-1，同时起固定和支撑椭圆芯的作用。
椭圆芯的另一侧暴露于石英毛细孔的空气中，构成薄石英包层1-2。
薄石英包层厚度为3微米，利用薄石英包层的筱逝场效应，在毛细孔中承载各种物质，可用于制作各种新型光纤器件和新型全光纤传感器。
具有多芯结构，可以用来制作各种高灵敏度全光纤干涉仪。
椭圆芯折射率大于石英包层。
本发明的熔嵌式中空多芯保偏光纤的制备方法是：采用公知的MCVD工艺制备具有一定芯包比的光纤5，光纤的芯层折射率大于包层，并且包层与外石英管4的折射率相同，然后利用氢氧焰将光纤沿石英管轴向烧结于管内壁以形成预制棒；然后利用光纤拉丝塔，在正常拉丝温度的条件下进行拉丝，预制棒在高温情况下受到表面张力的作用，促使光纤变成椭圆或类椭圆形状贴附在毛细管内壁上，达到熔嵌的效果。
利用氢氧焰将光纤沿石英管轴向烧结于管内壁以形成预制棒的方法为：保持石英管水平，从制备好的一批光纤中选出一根，放置于石英管的内壁上，其中光纤一端略向外延伸出一部分，此时光纤的中心轴向与石英管的中心轴向保持自然平行；再利用氢氧焰对向外延伸的光纤部分进行加热，熔融的光纤受到表面张力的作用凝结成石英球，并粘附于石英管4管口处，此时可实现光纤悬挂于石英管的内壁上；利用此方法在石英管内壁上逐一悬挂其它光纤。
本发明的熔嵌式中空多芯保偏光纤横截面结构由外到里分别是石英包层1、椭圆芯2和毛细孔3。椭圆芯熔嵌在石英毛细管的内壁上，靠近毛细管内壁一侧构成厚石英包层，另一侧暴露于毛细孔中的空气中，构成薄石英包层，其中椭圆芯的折射率大于石英包层的折射率；光纤中心具有毛细孔结构。这种特殊结构的熔嵌式中空多芯保偏光纤的主要优点在于其不仅具有普通椭圆芯保偏光纤的特点，而且具有多芯结构，可用来制作各种高灵敏度全光纤干涉仪；此外，熔嵌式中空多芯保偏光纤还具有薄石英包层和中心毛细孔结构，当中心毛细孔承载各种物质时，利用薄石英包层的筱逝场效应，可用来制作各种新型光纤器件和新型全光纤传感器。
熔嵌式中空多芯保偏光纤的制备方法，其技术特征是：采用公知的MCVD工艺制备具有一定芯包比的大芯径光纤，其中芯层折射率大于包层，并且包层与外石英管的折射率相同，再利用氢氧焰将大芯径光纤沿石英管轴向烧结于管内壁以形成预制棒，然后利用光纤拉丝塔，在正常光纤拉丝温度的条件下进行光纤拉丝。由于预制棒在高温情况下受到表面张力的作用，促使大芯径光纤变成椭圆或类椭圆形状贴附在毛细管内壁上，达到熔嵌的效果。
本发明的熔嵌式中空多芯保偏光纤制备方法与公知的椭圆芯保偏光纤制备方法(参见JP 6-285838A，CN 1376935A，WO 9748648A，WO 9740408A)比较，不需要进行预制棒侧面研磨、开槽、开孔等石英冷加工技术，仅需将制备好的大芯径光纤烧结于石英管内壁上即可，因此所得光纤的强度显著提高，且制备工艺简单、成本低等优点。
本发明的实质性效果是：
1.熔嵌式中空多芯保偏光纤不仅具有普通椭圆芯保偏光纤的特点，而且具有多芯结构，可以用来制作各种高灵敏度全光纤干涉仪；
2.熔嵌式中空多芯保偏光纤具有薄石英包层和中心毛细孔结构，当中心毛细孔承载各种物质时，利用薄石英包层的筱逝场效应，可用来制作各种新型光纤器件和新型全光纤传感器；
3.熔嵌式中空多芯保偏光纤制备方法无需进行预制棒侧面研磨、开槽、开孔等石英冷加工技术，仅需将制备好的大芯径光纤烧结于石英管内壁上即可，因此所得光纤的强度显著提高，且制备工艺简单、成本低等优点。
附图说明
图1-a是一种熔嵌式中空双芯保偏光纤端面示意图；
图1-b是一种熔嵌式中空双芯保偏光纤预制棒端面示意图；
图2-a是一种熔嵌式中空三芯保偏光纤端面示意图；
图2-b是一种熔嵌式中空三芯保偏光纤预制棒端面示意图；
图3-a是一种熔嵌式中空四芯保偏光纤端面示意图；
图3-b是一种熔嵌式中空四芯保偏光纤预制棒端面示意图；
图4是一种熔嵌式中空多芯保偏光纤预制棒烧结示意图；
图5-a和图5b是熔嵌式中空双芯、三芯保偏光纤实物端面图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
实施例1
如图1-a所示，一种熔嵌式中空双芯保偏光纤。其由外到里分别是石英包层1、椭圆芯2和毛细孔3。其结构特征是：两个椭圆芯对称熔嵌在石英毛细管的内壁上，其中两个椭圆的长轴和短轴方向分别各自相同；靠近毛细管内壁一侧构成厚石英包层1-1，另一侧暴露于毛细孔的空气中，构成薄石英包层1-2；椭圆芯2的折射率大于石英包层1的折射率；光纤中心具有毛细孔结构。
一种熔嵌式中空双芯保偏光纤的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)采用公知的MCVD工艺制备具有1∶2芯包比的大芯径光纤预制棒，其中芯层折射率大于包层，然后采用公知光纤拉丝工艺将大芯径光纤预制棒拉制成外径为600um大芯径光纤5；
(2)准备一根外径10mm/内径8mm石英管4，其其折射率与大芯径光纤4包层折射率相同，然后利用氢氧焰6依次将大芯径光纤5沿石英管4轴向对称烧结于管内壁以形成预制棒，如图1-b，其具体烧结方法如图4所示：保持石英管4水平，将大芯径光纤5放置于石英管的内壁上，其中光纤一端略向外延伸出一部分，此时光纤的中心轴向与石英管的中心轴向保持自然平行；再利用氢氧焰6对向外延伸的光纤部分进行加热，熔融的大芯径光纤5受到表面张力的作用会凝结成石英球，并粘附于石英管管口处，此时可实现光纤悬挂于石英管4的内壁上；
(3)利用光纤拉丝塔，在正常光纤拉丝温度的条件下进行光纤拉丝。由于预制棒在高温情况下受到表面张力的作用，促使大芯径光纤变成椭圆或类椭圆形状贴附在毛细管内壁上，达到熔嵌的效果。
通过以上制备方法，我们在实验室中制得熔嵌式中空双芯、三芯保偏光纤，其实物端面如图5所示。
实施例2
如图2-a所示，一种熔嵌式中空三芯保偏光纤。实例2与实例1的主要差异是：在熔嵌式中空三芯保偏光纤内部，三个光纤芯成正三角形排布，且每个椭芯的长轴(短轴)方向与相邻的一个椭芯的长轴(短轴)方向呈60度角。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
实施例3
如图3-a所示，一种熔嵌式中空四芯保偏光纤。实例2与实例1的主要差异是：在熔嵌式中空四芯保偏光纤内部，四个光纤芯成正四边形排布，且一对椭芯的长轴(短轴)方向与另一对双椭芯的长轴(短轴)方向相互垂直。
本实施例的制备方法与实施例1相同。