一种保偏光纤的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种保偏光纤的制备方法，包括以下步骤：采用常规方法制备芯棒；根据芯棒及所需预制棒的尺寸，使用耐温范围为2500～3000摄氏度的材料制备半圆柱体的模具；向模具中注入熔融的二氧化硅液体，待其冷凝后获得石英半割套管；在石英半割套管上打磨出所需形状的半应力区槽和与芯棒尺寸相适配的半芯棒槽；通过熔融加热将两个中心放入芯棒的石英半割套管熔融成一个整体；在形成的应力区孔填充二氧化硅和三氧化二硼的混合物即可。本发明通过集成组合熔融法将两个打磨成型的石英半割套管与芯棒融合为一体，实现了多形状的应力区孔且大尺寸的保偏光纤预制棒，保证保偏光纤预制棒良好的光学性能，有效降低制造成本且提升保偏光纤的制造效率。
【专利说明】
_种保偏光纤的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光纤制造的技术领域，具体涉及一种保偏光纤的制备方法。
【背景技术】
[0002] 偏振保持光纤(Polarization Maintaining Optical Fiber，PMF)简称保偏光纤。 由于光波导的偏振特性具有很多特殊的用途，加上与标准单模光纤有比较良好的相容性， 保偏光纤在光纤通信、光纤传感、光偏振敏感器件等领域应用广泛。
[0003] 自二十世纪七十年代以来，各国都在竞相研究和开发高性能的保偏光纤。保偏光 纤的种类很多，根据不同类型的保偏光纤有不同的制造方法。圆形保偏光纤主要使用钻孔 法和开槽法来实现，扇形保偏光纤则多使用改进的化学气相制造工艺进行制造。
[0004] 但是随着保偏光纤的大规模应用，其对大批量的规模制造工艺提出了更高的要 求。目前工艺的保偏光纤预制棒尺寸普遍偏小，尺寸一般局限在50mm直径以内且拉丝长度 在50km以内，与常规单模光纤的200mm直径光棒，最高可拉3000km的制造工艺相差很远。而 随着光纤陀螺、光纤传感等新的技术发展，新类型保偏光纤的制造需求也层出不穷，现有的 钻孔法、开槽法以及改进的化学气相制造工艺等都有各自的局限，难以实现多样化的大尺 寸保偏光纤预制棒的制造。
[0005] 有鉴于此，急需提供一种可制造多形状、大尺寸的保偏光纤预制棒的制造方法，能 有效带动保偏光纤的制造技术和批量生产的能力，带动光纤传感技术的发展。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种保偏光纤的制备方法，包括以下步 骤：
[0007] 采用化学汽相淀积、等离子化学气相沉积法、外部化学气相沉积法或轴向气相沉 积法制备芯棒；
[0008] 根据芯棒及所需预制棒的尺寸，使用耐温范围为2500~3000摄氏度的材料制备半 圆柱体的模具；
[0009] 向半圆柱体的模具中注入熔融的二氧化硅液体，待其冷凝后获得半圆柱体形的石 英半割套管，石英半割套管的外周由中心切面和半圆弧面组合而成；
[0010] 在石英半割套管的中心切面上打磨出所需形状的半应力区槽和与芯棒尺寸相适 配的半芯棒槽；
[0011] 将两个半圆柱体石英半割套管组合在一起，两半芯棒槽组合为芯棒孔，两半应力 区槽组合形成应力区孔，将芯棒放入芯棒孔内，通过熔融加热将两个石英半割套管与芯棒 熔融成一个整体；
[0012] 在应力区孔内填充二氧化硅和三氧化二硼的混合物，获得具有所需形状的应力区 孔的保偏光纤预制棒；
[0013] 将保偏光纤预制棒在拉丝塔上拉制，即可获得各种直径的保偏光纤。
[0014] 在上述方法中，所述耐温范围为2500~3000摄氏度的材料为石墨。
[0015] 在上述方法中，所述应力区孔的形状为圆形、扇形、六角形、椭圆形或方形。
[0016] 在上述方法中，所述应力区孔的数目为两个，且相对设置在所述芯棒孔的两侧。
[0017] 在上述方法中，所述应力区孔为圆形的光纤预制棒直径最大为150mm，拉制成的保 偏光纤长度为500km以上。
[0018] 在上述方法中，所述保偏光纤预制棒可拉制成石英包层直径为40~200um、涂层 直径为80~400um的保偏光纤。
[0019] 在上述方法中，通过打磨法或酸蚀法将石英半割套管的半圆弧面的中部修平，使 半圆弧面成为两侧为弧形、中间平面的调整型石英半割套管。
[0020] 在上述方法中，所述二氧化硅和三氧化二硼的重量比例范围为9:(0.2~2)。
[0021] 本发明通过在制备石英半割套管上打磨出所需形状的半应力区孔和与芯棒尺寸 相适配的半芯棒槽，并通过集成组合熔融法将两个配对的石英半割套管与芯棒融合为一 体，实现了多形状的应力区孔且大尺寸的保偏光纤预制棒的制造，又能保证保偏光纤预制 棒良好的光学性能，有效降低保偏光纤的制造成本且提升保偏光纤的制造效率。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明提供的保偏光纤预制棒芯棒的示意图；
[0023] 图2为本发明提供的实施例一的结构示意图；
[0024] 图3为本发明提供的实施例二的径向截面示意图；
[0025] 图4为本发明提供的实施例三的径向截面示意图；
[0026] 图5为本发明提供的实施例四的径向截面示意图；
[0027] 图6为本发明提供的实施例五的径向截面示意图；
[0028] 图7为本发明提供的实施例六的径向截面示意图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明实现了一种应力区孔多形状且大尺寸的保偏光纤的制造，同时可实现直径 达80mm以上乃至150mm的保偏光纤预制棒的制造，又能保证保偏光纤预制棒良好的光学性 能，有效降低保偏光纤的制造成本且提升保偏光纤的制造效率。下面结合具体实施例和说 明书附图对本发明予以详细说明。
[0030] 本发明提供了一种保偏光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0031] S1、首先采用改进的化学汽相淀积(MCVD)、等离子化学气相沉积法(PCVD)、外部化 学气相沉积法(0VD)或轴向气相沉积法(VAD)的方法制备芯棒，如图1所示，芯棒11包含芯层 12和包裹在芯层12外周的第一包层13,第一包层13可在保偏光纤预制棒集成组合的过程 中，避免外界杂质进入芯层12,从而避免光纤的光学性能受到影响。
[0032] S2、采用集成组合熔融法，根据芯棒11及所需预制棒的尺寸，使用石墨等耐高温达 2500~3000摄氏度的材料制备半圆柱体的模具。
[0033] S3、向半圆柱体的模具中注入在温度达到2300摄氏度后熔融的二氧化硅液体，待 其冷凝后，即可获得所需形状的半圆柱体形的石英半割套管，石英半割套管的外周由中心 切面和半圆弧面组合而成。
[0034] S4、在石英半割套管的中心切面上打磨出所需形状的半应力区槽和与芯棒11尺寸 相适配的半芯棒槽。
[0035] S5、将两个半圆柱体石英半割套管组合在一起，半芯棒槽组合为芯棒孔，两个半应 力区槽组合形成应力区孔，将芯棒11放入芯棒孔内，然后通过熔融加热的方式，将两个半圆 柱体石英半割套管与芯棒11熔融成一个整体，形成石英套管。
[0036] S6、在形成的应力区孔内填充二氧化硅和三氧化二硼的混合物，获得得具有不同 形状的应力区孔的保偏光纤预制棒。二氧化硅和三氧化二硼混合物的重量比例范围为9: (0.2~2)，从而制备成极高串音或常规串音端面研磨良好无裂痕的保偏光纤预制棒；
[0037] S7、将获得的保偏光纤预制棒在拉丝塔上拉制，即可获得各种直径的保偏光纤。
[0038]采用上述方法获得的保偏光纤预制棒，在拉丝塔上拉制，可拉制成石英包层直径 在40~200um，涂层直径在80~400um的保偏光纤。
[0039] 在工作波长为850nm的情况下，衰减可低于2.0dB/km，消光比高于40dB/100m，拍 长小于2.5mm;在工作波长为1550nm的情况下，衰减可低于0.5dB/km,消光比高于40dB/ 100m，拍长小于3mm。
[0040] 其中，应力区孔的形状可为圆形、扇形、六角形、椭圆形或方形。其中，圆形、扇形、 六角形或方形的应力区孔的数目为两个，且相对设置在芯棒孔的两侧，椭圆形应力区孔的 数目为1个，设置在芯棒孔的外围。
[0041] 以下分别圆形、扇形、方形、六角形的应力区孔的形状的保偏光纤预制棒的典型实 施例。
[0042] 实施例一
[0043] 如图2所示，为本发明提供的圆形应力区孔31的石英半割套管示意图，芯棒孔21为 圆形，此时光纤预制棒直径最大可为150mm，拉制成的保偏光纤长度为500km以上。
[0044] 依照实施例一的方法制造出的6种不同尺寸的圆形保偏光纤，这6种圆形保偏光纤 的各参数的测试对比结果如表1所示。
[0045]表1 6种具有圆形应力区孔的保偏光纤的测试参数
[0046]
[0048] 实施例二
[0049] 如图3所示，保偏光纤具有扇形应力区孔32。
[0050] 实施例三
[0051]如图4所示，保偏光纤具有方形应力区孔33。
[0052]实施例四
[0053]如图5所示，保偏光纤具有六角形应力区孔34。
[0054]依照实施例二、实施例三和实施例四的方法各制造出2种光纤，共计6种光纤，各参 数的测试对比结果如表2所示。
[0055]表2不同应力区孔形状的保偏光纤的测试参数
[0056]
[0058] 在本发明中，采用二氧化硅和三氧化二硼的混合物填充应力区孔时，由于混合物 在高温熔融下，其内部的空气会被排出，将造成应力区孔在高温熔融下会缩小，从而造成保 偏光纤预制棒20在应力区孔两侧的外径减小，从而导致最终拉制的保偏光纤不是一个规整 的圆形。下面为针对此问题改进的方案的实施例。
[0059] 如图6和图7所示，通过打磨法或酸蚀法将石英半割套管20的半圆弧面的中部修 平，使半圆弧面成为两侧为弧形、中间平面的调整型石英半割套管40。
[0060] 实施例五
[0061] 如图6所示，保偏光纤具有圆形应力区孔31。将保偏光纤预制棒放在拉丝塔下高温 熔融拉丝时，调整型石英半割套管40的平面区在高温熔融与表面张力的作用下会趋圆，应 力区孔21熔缩减小的情况下，其两侧的保偏光纤的外径也会有相应减小，形成的保偏光纤 的外径会呈现一个较为规整的圆形，且其包层不圆度仍能保持良好的值，可控制在1 %以 内。
[0062] 实施例六
[0063]如图7所示，保偏光纤具有椭圆形应力区孔35。芯棒11在高温熔融下，会向椭圆形 应力区孔35的长轴方向扩展，而椭圆形应力区孔35的长轴则也同步会向芯棒11熔缩，最终 烧制成一体的含椭圆纤芯的保偏光纤预制棒。由于椭圆形应力区孔35的长轴方向在抽真空 熔融的状态下，会带动两个调整型石英半割套管40向中心长轴方向的直径减小熔缩，此时 调整型石英半割套管40的平面区在高温熔融下在表面张力作用下会趋圆，从而使最终形成 的椭圆纤芯保偏光纤预制棒的外边界仍呈现一个规则的圆形，在拉丝塔上拉制成保偏光纤 时，其包层不圆度仍能保持良好的值，可控制在1 %以内。
[0064]按照实施例五与实施例六各制备一种保偏光纤，具体参数如表3所;
[0065]表3具有椭圆应力区孔的纤芯保偏光纤的测试参数
[0067]本发明具有下列有益效果：
[0068] 1、本发明实现了一种大尺寸保偏光纤预制棒的制造，可以一次性拉制数百km的保 偏光纤，从而可有效降低保偏光纤的制造成本，有效提升保偏光纤的制造效率。
[0069] 2、本发明可获得多种应力区孔形状的保偏光纤，适合各类型新型保偏光纤的研 制。
[0070] 3、本发明可适合制备极高串音或常规串音端面研磨良好无裂痕的保偏光纤。
[0071] 本发明通过在制备石英半割套管上打磨出所需形状的半应力区孔和与芯棒尺寸 相适配的半芯棒槽，并通过集成组合熔融法将两个配对的石英半割套管与芯棒融合为一 体，实现了多形状的应力区孔且大尺寸的保偏光纤预制棒的制造，又能保证保偏光纤预制 棒良好的光学性能，有效降低保偏光纤的制造成本且提升保偏光纤的制造效率。
[0072] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结 构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 采用化学汽相淀积、等离子化学气相沉积法、外部化学气相沉积法或轴向气相沉积法 制备芯棒； 根据芯棒及所需预制棒的尺寸，使用耐温范围为2500~3000度的材料制备半圆柱体的 模具； 向半圆柱体的模具中注入熔融的二氧化硅液体，待其冷凝后获得半圆柱体形的石英半 割套管，石英半割套管的外周由中心切面和半圆弧面组合而成； 在石英半割套管的中心切面上打磨出所需形状的半应力区槽和与芯棒尺寸相适配的 半芯棒槽； 将两个半圆柱体石英半割套管组合在一起，两半芯棒槽组合为芯棒孔，两半应力区槽 组合形成应力区孔，将芯棒放入芯棒孔内，再通过熔融加热的方式，将两个石英半割套管与 芯棒熔融成一个整体； 在应力区孔填充二氧化硅和三氧化二硼的混合物，获得具有所需形状的应力区孔的保 偏光纤预制棒； 将保偏光纤预制棒在拉丝塔上拉制，即可获得各种直径的保偏光纤。2. 如权利要求1所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，所述耐温范围为2500~ 3000摄氏度的材料为石墨。3. 如权利要求1所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，所述应力区孔的形状为 圆形、扇形、六角形、椭圆形或方形。4. 如权利要求1所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，所述应力区孔的数目为 两个，且相对设置在所述芯棒孔的两侧。5. 如权利要求3所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，所述应力区孔为圆形的 光纤预制棒直径最大为150mm，拉制成的保偏光纤长度为500km以上。6. 如权利要求1所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，所述保偏光纤预制棒可 拉制成石英包层直径为40~200um、涂层直径为80~400um的保偏光纤。7. 如权利要求1所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，通过打磨法或酸蚀法将 石英半割套管的半圆弧面的中部修平，使半圆弧面成为两侧为弧形、中间平面的调整型石 英半割套管。8. 如权利要求1所述的一种保偏光纤的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅和三氧化 二硼的重量比例的范围为9 :(0.2~2)。
【文档编号】C03B37/012GK105866880SQ201610412177
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】罗文勇, 柯礼, 柯一礼, 张涛, 胡福明, 杜城, 雷琼, 李伟, 赵磊, 张洁
【申请人】烽火通信科技股份有限公司