专利名称：：一种掺钛保偏光纤的制备方法
技术领域：
：本发明属于光纤通信领域，具体指的是可提高保偏光纤热稳定性的一种掺钛保偏光纤制备方法。
背景技术：
：近年来，随着我国光纤陀螺技术的发展，偏振保持光纤(尤其熊猫型保偏光纤)的研发取得了重要进展。实现了标准化、产业化。达到了国际商品化水平。实现了我国中、低精度(0.1°1.0°/h)光纤陀螺的小批量生产。当前，高精度光纤陀螺研发受到了热稳定性的困扰(-5075°C)。而保偏光纤则成为主要攻关难题之一。应力型(熊猫、蝶结、椭圆包层)保偏光纤因其构成的组份不同，而热膨胀系数差异很大，总的热膨胀率也相对很高。要提高其热稳定性只有改变其结构组份。
发明内容本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种掺钛保偏光纤制备方法，针对常规的保偏光纤在制备高精度陀螺时存在的温度性能不稳定等问题的情况下，通过改变光纤内部结构中的各组分，采用化学气相沉积技术，掺入一定浓度的二氧化钛(Ti02)，降低光纤的热膨胀率，提高其热稳定性。可降低光纤的热膨胀系数，使光纤温度性能大大提高。本发明的实现由以下技术方案完成—种掺钛保偏光纤的制备方法，在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛(Ti02)，形成含Ti02成分的纤芯和外包层结构。在保偏光纤的芯部沉积的二氧化钛含量不大于1.5%;在保偏光纤的外包层沉积的二氧化钛含量不大于2%。在应力棒的制备过程中，采用MCVD工艺制备，在应力棒中沉积含量为14_15%的氧化硼(B203)。在沉积二氧化钛(Ti02)过程中，所使用的沉积原料为四氯化钛(TiC14)，其纯度不小于99.999%。化学气相沉积中反应生成的二氧化钛(Ti02)与二氧化硅(Si02)呈四面体网络结构。制备光纤预制棒的基管采用掺二氧化钛(Ti02)含量不大于2%的高纯掺钛石英管。制备光纤预制棒的基管采用普通光纤基管，并在基管内壁沉积二氧化钛(Ti02)含量不大于2%的的石英外包层。为保证保偏光纤的光学参数，在保偏光纤预制棒的内包层采用纯石英层或在纯石英层中掺入小量的磷及氟。本发明的优点是，本发明是一种有效的改善保偏光纤热稳定性的方法，在保证光纤参数不变的情况下，降低光纤的热膨胀系数，使温度性能大大提高，其对环境温度的适应性显著增强。本发明提出的掺二氧化钛(Ti02)保偏光纤工艺，适合所有不同应力型保偏光纤生产，即熊猫型、蝶结型、椭圆包层型保偏光纤等均适合。附图概述图1:熊猫型保偏光纤截面组份分布示意图；图2:蝶结型保偏光纤截面组份分布示意图；图3:椭圆包层型保偏光纤截面组份分布示意图；图4:石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与折射率的关系；图5:石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与折射率的关系；图6:石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与热膨胀系数的关系；图7:石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与热膨胀系数的关系；图8:未掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图；图9:掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图；图10:保偏光纤均热膨胀系数变化示意图。具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解本发明是在保偏光纤预制棒制备过程中掺入低膨胀系数(-25X10-7厂C)的Ti02，以提高保偏光纤的热稳定性，这对于高灵敏度光纤传感器的研制是很重要的。本发明方法应用于各种类型保偏光纤，如熊猫型、蝶结型以及椭圆包层型保偏光纤等。其结构组成如附图l至图3所示。本发明的步骤方法、注意事项及计算结果如下(1).在保偏光纤预制棒制备过程中，在其芯层和外包层掺入二氧化钛(Ti02)，用MCVD、PCVD、0VD、VAD工艺方法均可完成。为保证光纤参数不变，参考附图4-7，图4为石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与折射率的关系；图5为石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与折射率的关系；图6为石英玻璃中二氧化钛(Ti02)浓度与热膨胀系数的关系；图7为石英玻璃中二氧化锗(Ge02)浓度与热膨胀系数的关系。(2).预制棒外包层，可用特制的掺Ti02石英管，或套管。(3).采用常规的化学气相沉积技术。四氯化钛(TiC14)在沉积层分布均匀，无变价和析晶，呈四面体结构，热膨胀系数(ciTi02X10-7/°C)为负值。(4).在芯层掺入Ti02的量《1.5%。以保持光纤的低损耗{《1.5dB/km(工作波长1.3iim))。(5).外包层部分掺入Ti02的量《2X，外包层的折射率n3《1.4650。(6).内包层组成为Si02+P205(微量)+Si01.5F(微量)，折射率n2"1.4580。(7).光纤折射率分布呈"W"型。附图8为未掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图；图9为掺钛保偏光纤慢轴上的折射率分布示意图。如附图9所示，光纤折射率分布呈"W"型，抗弯性能良好。(8).热膨胀系数(aX10_7/°C)计算方法如下以80iim光纤，1000m为例。下表1、表2分别为常见保偏光纤(80iim)以及本发明的掺钛保偏光纤(80ym)的总平均热膨胀系数理论计算图。表1:、保偏光纤(80m)总平均热膨胀系数理论计算<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2:掺钛保偏光纤(80m)总平均热膨胀系数理论计算<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中，a芯、a包、aB:代表纤芯、包层、应力区的热膨胀系数X10_7/°C，XSi02%、XGe02%、XTi02%、XB203%所含百分比例。①V芯、V包、VB，体积(cm3)的计算a芯=(aSi02XXSi02%+aGe02XXGe02%+aTi02XXTi02%)X10-7/°C=[5X0.945+76X0.04+(-25)X0.015]X10-7%=7.39X10-7%a包、aB计算方法同上；最后得出a￥ts:光纤平均热膨胀系数。如附图10所示为保偏光纤均热膨胀系数变化示意图。对比掺1102前后，光纤的热膨胀系数明显降低。②.经计算在125iim、80iim保偏光纤(熊猫型)掺入Ti02，其结果热膨胀系数下降13.514.0%。热稳定性明显改善。③125iim保偏光纤热稳定性较80iim同类(熊猫型)高出20%。本发明应用MCVD工艺，以气相掺杂技术，让高纯四氯化钛(TiC14)在高温下反应，形成高度均匀的Ti02沉积层，呈四面体网络结构。芯部的热膨胀系数可下降2030%，光纤的数值孔径(NA)为0.160.18，可满足应用要求。预制棒外包层(基管)，可专门采用掺二氧化钛(Ti02)《2%的标准石英管。也可在一般光纤管内加Ti02沉积层。可让预制棒外包层的热膨胀系数下降约10%。在芯层和外包层热膨胀系数均下降的同时，应力区中B203的含量(％)可减少至1415%。具体实施例1:掺Ti02熊猫型保偏预制棒制备方法。(1).单模母棒制备a.用<2(2530)X(2.02.5)X(5001000)mm含Ti02石英管作为MCVD工艺的基管；b.用高纯SiC14、GeC14、P0C13、TiC14沉积原料。用高纯(>99.999%)的02、He、SF6、N2、Cl2气体作为反应载气、消除气泡、刻蚀、吹扫、脱OH-气体；c.外包层为二组份(Si02+Ti02)结构(或用掺Ti02石英管)；d.内包层纯二氧化硅(Si02)或在二氧化硅中掺入小量的磷和氟(Si02+P205+Si01.5F);e.芯层为三组份(Si02+Ge02+Ti02)结构f.成品预制棒检测合格加套管(掺Ti02《2X石英管)制成C(3050)X(250300)mm单模母棒。g.将母棒按设计超声打孔，然后对内孔壁进行研磨、抛光达到设计要求。(2).应力棒制备a.用普通基管在MCVD工艺上完成；按设计沉积一定浓度的氧化硼(B203%"15%wt);b.将检测合格的应力棒，进行研磨、抛光；c.应力棒的外径应与单模母棒孔径相匹配。(3).掺钛保偏光棒组合、拉丝将加工好的掺钛保偏母棒和应力棒清洗、组合，接首管、拨锥、吹干通入氦气，在负压状态下拉制成掺钛保偏光纤。实施例2:掺Ti02蝶结型保偏预制棒制备方法(1).掺钛基管火焰抛光，内通C12及SF6，在高温下刻蚀掉基管内壁的杂质。(2).沉积外包层(Si02+Ti02)防杂质向内扩散。(3).沉积应力层(Si02+B203)，掺15%(wt)的B203，沉积层厚度由设计确定。(4).定向刻蚀车床停转，向管内通入SF6刻蚀气体，用于刻蚀的喷灯(从一侧或以芯为对称两侧)定向往返移动，在高温下将管内层(Si02+B203)刻蚀掉。(5).沉积内包层Si02+P205+Si01.5F层。(6).沉积芯层在沉积好内包层后，沉积一定厚度的Si02+Ge02+Ti02作为芯层(7).縮棒将沉积好包层和芯层的管在高温下收縮成预制棒。(8).将制备好的掺钛光纤预制棒，在低速(200m/min左右)拉制成掺钛保偏光纤。综上所述，本发明提供了一种有效的改善保偏光纤热稳定性的制备方法。虽然以上述说明已经参照附图对按照本发明目的的构思和实施例做了详细说明，本发明只描述了两种实施方式，但这只是举例而不是限定。本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种细节上的修改、变换和改进。权利要求一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征在于在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛，形成含二氧化钛成分的纤芯和外包层结构。2.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在保偏光纤的芯部沉积的二氧化钛含量不大于1.5%。3.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在保偏光纤的外包层沉积的二氧化钛含量不大于2%。4.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在应力棒的制备过程中，采用MCVD工艺制备，在应力棒中沉积含量为14-15%的氧化硼。5.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为在沉积二氧化钛过程中，所使用的沉积原料为四氯化钛，其纯度不小于99.999%。6.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为化学气相沉积中反应生成的二氧化钛与二氧化硅呈四面体网络结构。7.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为制备光纤预制棒的基管采用掺二氧化钛含量不大于2%的高纯掺钛石英管。8.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为制备光纤预制棒的基管采用普通光纤基管，并在基管内壁沉积二氧化钛含量不大于2%的的石英外包层。9.根据权利要求1所述的一种掺钛保偏光纤的制备方法，其特征为为保证保偏光纤的光学参数，在保偏光纤预制棒的内包层采用纯石英层或在纯石英层中掺入磷及氟。全文摘要本发明属于光纤通信领域，具体指的是一种掺钛保偏光纤制备方法。本发明在保偏光纤预制棒的制备过程中，采用化学气相沉积技术，在保偏光纤的芯部和外包层沉积二氧化钛(TiO2)，形成含TiO2成分的纤芯和外包层结构。在保偏光纤的芯部沉积的二氧化钛含量不大于1.5％；在保偏光纤的外包层沉积的二氧化钛含量不大于2％。在应力棒的制备过程中，采用MCVD工艺制备，在应力棒中沉积含量为14-15％的氧化硼(B2O3)。本发明的优点是，是一种有效的改善保偏光纤热稳定性的方法，在保证光纤参数不变的情况下，降低光纤的热膨胀系数，使温度性能大大提高，其对环境温度的适应性显著增强，适合于所有不同应力型保偏光纤生产。文档编号C03B37/018GK101759358SQ20091024789公开日2010年6月30日申请日期2009年12月31日优先权日2009年12月31日发明者文雁平,申云华申请人:上海亨通光电科技有限公司