多叶应力区圆单偏振光纤及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种偏振光纤及其制作方法，尤其是一种多叶应力区圆单偏振光纤及 其制作方法，属于光纤传感技术领域。
【背景技术】：
[0002] 单偏振光纤可用于偏振要求较高的光纤传感和通信系统。由于光纤中仅能传输两 个正交偏振态中的一个，单偏振光纤在降低系统的偏振禪合和偏振模色散方面具有比保偏 光纤更加优异的性能。
[0003] 现有的单偏振光纤多为线单偏振光纤，通过线双折射来分离两线偏振光的截止波 长，从而实现在某些波段内的单一偏振态传输。尽管线偏振光在光纤系统中应用广泛，但在 某一些光纤系统，如电流传感器中，圆偏振光不可替代。由于光纤电流互感器的应用前景， 从上世纪屯十年代到九十年代，光纤专家们一直试图寻找能够稳定传输圆偏振光的光纤结 构。公开号为CN1036488C的中国专利"保持圆偏振态的光纤和它的制备方法"，公开号 为CN1041129C的中国专利"保持圆偏振态光纤和它的制备方法"，公开号为CN1242280C 的中国专利"实用保持圆偏振态光纤及其制备方法"公开了 =种圆偏振光纤结构。由于上 述光纤均为圆双折射光纤，因此需要和起偏器件配合使用，且无法克服光纤系统中偏振禪 合和偏振模色散问题。2004年，美国手性光子公司的V.I.Kopp先生等在期刊Science, Vol. 305,PP. 74-75, 2004,上发表了题为"ChiralFiberGratings"的文章，提出了一种通 过高速旋转矩形光纤纤忍的方法来获得单一圆偏振态的方法，称之为双螺旋手征光纤光栅 (QiiralIntermediate-PeriodGrating,CIPG)。Kopp提出的圆偏振器螺距为几十微米，不 仅工艺困难，而且由于机械强度和损耗的问题，运种结构仅适合于制作偏振器（长度为cm 级）。公开号为CN101625441.B的中国专利"全光纤圆偏振器"提出一种螺距为亚毫米级 的圆偏振器，但其偏振滤波性能与光纤长度有关，且亦无法实现较长距离的传输。
【发明内容】
：
[0004] 针对已有技术存在的不足，本发明提出了一种多叶应力区圆单偏振光纤。 阳〇化]本发明所采用的技术方案是：
[0006] 一种多叶应力区圆单偏振光纤，所述多叶应力区圆单偏振光纤的预制棒由圆对称 纤忍，圆对称包层和涂覆层组成，所述涂覆层的折射率大于所述包层的折射率，圆对称包层 中设有N，N> 3根呈旋转对称分布的螺旋形应力作用体，应力作用体的纵向螺距为亚毫米 量级，涂覆层的折射率大于光纤包层的折射率。
[0007] 一种多叶应力区圆单偏振光纤的制作方法，包括W下步骤： 阳00引步骤1 :制作内含N，N> 3根应力体的光纤预制棒；
[0009] 步骤2 :在常规拉丝塔上装一马达，在拉丝过程中旋转所述光纤预制棒，使应力作 用体的纵向螺距为亚毫米量级；
[0010] 步骤3 :在拉好丝的光纤上涂覆折射率高于包层的涂覆层。
[0011] 所述步骤1中含应力体的预制棒，是在改良化学气相沉积法中采用部分腐蚀法腐 蚀预制棒制作的，或者采用超声打孔法将应力棒埋入预制棒制作的。
[0012] 采用上述技术方案产生的有益效果是：
[0013] 本发明基于手征光纤光栅的原理，提出一种插入损耗低，机械强度高，且利用常规 的光纤工艺设备和工艺方法就能制作的圆单偏振光纤结构，解决单一圆偏振光一定距离内 的稳定传输问题。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的光纤预制棒结构示意图；
[0015]图2是本发明实施例的光纤结构示意图；
[0016] 图3是本发明实施例的左旋圆偏振光输出光谱计算结果图；
[0017] 图4是本发明实施例的圆偏振光消光比随波长变化的测量结果图； 阳01引其中1-圆对称对称纤忍，2-圆对称包层，3-应力作用体，4-涂覆层。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1 :
[0020] 如图1所示，一种多叶应力区圆单偏振光纤，所述多叶应力区圆单偏振光纤的预 制棒由圆对称纤忍1，圆对称包层2和涂覆层4组成，所述涂覆层4的折射率大于所述包层 2的折射率，圆对称包层2中设有N，N> 3根相对于纤忍成旋转对称分布的应力作用体3， 应力作用体的纵向螺距为亚毫米量级。
[0021] 本发明光纤中的螺旋应力体用于提供一种在光纤周向和轴向呈周期性的折射率 扰动。在运种折射率分布的光纤中，左旋和右旋的忍层圆偏振模式与包层福射模有不同的 禪合匹配条件，从而使得在一定波段内，只有一种旋向的圆偏振光能和包层福射模禪合而 被损耗，另一种旋向的偏振光能在光纤中传输，因此光纤中传输的为单一圆偏振光。同时光 纤的高折射率涂覆层不仅能提高光纤的机械强度，还能有效增加实现禪合所需的螺旋应力 体的螺距，达到亚毫米级，降低了光纤的传输损耗，使得单一圆偏振光能在在一定长度，长 度为m级的光纤中稳定传输。 阳0巧如图2所示，由于高速旋转拉丝，在光纤中形成N，N> 3条环绕纤忍轴旋转的螺 旋形应力作用体3,应力作用体的纵向螺距为亚毫米量级。不同于螺距为毫米量级W上的 圆双折射光纤中只有忍层模式的互相禪合，更小的螺距会导致忍层模式和包层福射模的禪 合，从而产生光纤光栅的特性。
[0023] 当任意偏振态的光通过N= 3,螺距为A的光纤时，光纤中的禪合模方程为：
[0024]
[00巧]其中a。。(Z)、aci(z)分别为相互禪合的忍层模和包层模的缓变振幅，丫C。、丫C汾别 为忍层模和包层模的复传播常数，始和培为横向和纵向禪合系数。
[00%] 由于高速旋转，光纤横截面上的折射率微扰Ae(r，0)可通过傅里叶级数展开 为：
[0027]
[0028] 其中，ek(r)为极径r处的k阶傅里叶系数，+分别代表左手螺旋和右手螺旋结构 光纤。一般而言，光纤的忍层模式传播常数大于包层模式，因此左手螺旋光纤的禪合匹配条 件为：
[0029]
[0030] 其中P。。、6。1为忍层模和包层模的实传播常数，m。。和mcl为模式的周向周期数，k。 =2 31 /A。根据光纤原理，在一定频率范围内，只有左旋忍层模能和特定阶数的右旋忍层福 射模发生能量交换。由于福射模是有损耗的，从而将在一定长度的光纤内左旋忍层模会被 损耗掉，右旋忍层模能通过光纤。当光纤结构变为右手螺旋时，同理只有左旋忍层模能通过 光纤，右旋忍层模损耗。当螺旋体数N声3时，折射率微扰和禪合匹配条件相应改变，圆偏 振选择特性不变。
[0031] 数值模拟结果如图3所示，光纤长度Im，可W看出左旋圆偏振光在1540nm~ 1560nm范围内，与包层福射模发生禪合，能量基本被福射损失掉。实验如图4所示，可W看 出在1530nm~1560nm范围内，右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的消光比均为30地左右。 阳03引实施例2 :
[0033]一种多叶应力区圆单偏振光纤的制作方法，包括W下步骤：
[0034] 步骤1 :制作内含N，N> 3根应力体的光纤预制棒；
[0035] 步骤2 :在常规拉丝塔上装一马达，在拉丝过程中旋转所述光纤预制棒，使应力作 用体的纵向螺距为亚毫米量级；
[0036] 步骤3 :在拉好丝的光纤上涂覆高折射率涂覆层，涂覆层的折射率大于光纤包层 折射率。
[0037] 所述步骤1中含应力体的预制棒可利用现有的光纤制作常规设备和常规工艺制 作，例如可在改良化学气相沉积法中采用部分腐蚀法腐蚀预制棒的方法来制作，也可采用 超声打孔法将应力棒埋入预制棒的方法来制作。工艺技术成熟，工艺要求不高。应力体3 的形状视工艺条件而定，其形状、位置及折射率对光纤的圆偏振滤波特性有一定的影响。
【主权项】
1. 一种多叶应力区圆单偏振光纤，所述多叶应力区圆单偏振光纤的预制棒由圆对称 对称纤芯（1)，圆对称包层（2)和涂覆层（4)组成，其特征在于：所述圆对称包层中设有N， N多3根偏离纤芯的螺旋形应力作用体（3);所述应力作用体的纵向螺距为亚毫米量级，在 光纤横截面上相对于纤芯成旋转对称分布；所述高折射率涂覆层（4)折射率大于光纤包层 (2)折射率。2. 根据权利要求1所述的多叶应力区圆单偏振光纤的制作方法，其特征在于：包括以 下步骤： 步骤1 :制作内含N，N多3根应力体的光纤预制棒； 步骤2 :在常规拉丝塔上装一马达，在拉丝过程中旋转所述光纤预制棒，使所述应力作 用体（3)的纵向螺距为亚毫米量级； 步骤3 :在拉好丝的光纤上涂覆高折射率涂覆层（4)，涂覆层的折射率大于包层折射 率。3. 根据权利要求2所述的多叶应力区圆单偏振光纤的制作方法，其特征在于：所述步 骤1中含应力体的预制棒，是在改良化学气相沉积法中采用部分腐蚀法腐蚀预制棒制作 的，或者采用超声打孔法将应力棒埋入预制棒制作的。
【专利摘要】本发明公开了一种多叶应力区圆单偏振光纤及其制作方法，多叶应力区圆单偏振光纤的预制棒的圆对称包层中设有N，N≥3根偏离纤芯的螺旋形应力作用体，应力作用体的纵向螺距为亚毫米量级。制作方法包括以下步骤：制作内含N，N≥3根应力体的光纤预制棒；在常规拉丝塔上装一马达，在拉丝过程中旋转所述光纤预制棒，使应力作用体的纵向螺距为亚毫米量级；在拉好丝的光纤上涂覆折射率高于光纤包层的涂覆层。本发明基于手征光纤光栅的原理，提出一种插入损耗低，机械强度高，且利用常规的光纤工艺设备和工艺方法就能制作的圆单偏振光纤结构，解决单一圆偏振光一定距离内的稳定传输问题。
【IPC分类】G02B6/024
【公开号】CN105182468
【申请号】CN201510611940
【发明人】肖悦娱
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月23日