专利名称：类矩形多芯保偏光纤及其制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信领域或传感器及纤维光学器件领域应用的保偏光纤，特别是
涉及类矩形多芯保偏光纤的结构。本发明还涉及一种类矩形多芯保偏光纤的制作方法。
背景技术：
保偏光纤(PMF， Polarization Maintaining Optical Fiber)由于对线偏振光具 有较强的偏振保持能力，并且与普通单模光纤有良好的相容性。它在高级相干光通信、光纤 陀螺、水听器、光纤传感器、光集成器件等方面有广泛的应用，它是军事领域中导弹、航空器 中的关键元器件。相干检测器对PMF的需求量越来越大。保偏光纤一般可分为几何型和应 力型两大类。美国专利NO. 5， 482， 525和NO. 4， 740， 225中提供了多种制作椭圆芯和非圆形 芯偏振保持光纤的制作方法。由光纤几何不对称制成的保偏光纤与应力型保偏光纤相比 较，偏振保持好，温度稳定性较好，具有广泛的应用。目前国内生产的各种保偏光纤和保偏 光纤耦合器在综合指标方面尚未真正过关，更无法批量生产，是制约我国光纤陀螺等发展 的主要原因。在对光纤偏振器件有较高的机械稳定性和温度稳定性要求的情况下，由分立 式偏振光学结构组成的偏振光纤干涉仪更难满足要求。 多芯光纤在近年来得到了广泛的关注。所谓的多芯光纤是相对于单芯光纤而言， 它的结构是在公共的包层内含有多根(两芯以上)独立的纤芯的光波导。由于多芯结构的 光纤中每个芯都是一条光(纤)波导，因此多芯光纤可以被看作是一种光纤高密度的封装 集成方法。利用多芯光纤可制作方向耦合器、波分复用器、用于光纤激光器稳定的窄带滤波 器、可变衰减器和利用耦合器非线性效应的全光开关。发明专利申请"带状偏振波纤维和制 造方法及其偏振波光导纤维列"(公开号CN 1361437A)中涉及的带状偏振波纤维是由多 根独立的保偏光纤排列成直线形构成，并非真正意义上的多芯光纤，器件的尺寸也较大，不 适于光学集成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高双折射和优良保偏性能，可用于光学偏振器件 在光纤中的集成，提高纤维集成器件性能和器件温度稳定性的类矩形多芯保偏光纤。本发 明的目的还在于提供一种类矩形多芯保偏光纤的制作方法。
本发明的目的是这样实现的 本发明的类矩形多芯保偏光纤包括至少两根纤芯，纤芯截面形状为矩形或类矩形 结构，纤芯包裹在包层中。 本发明的类矩形多芯保偏光纤的组成还可以包括
1、所述的纤芯为两根，两根纤芯对称平行排布。 2、所述的纤芯为四根，四根纤芯中一对纤芯对称平行排布，而另一对纤芯与之正 交排布。 3、所述的纤芯为三根，三根纤芯纤芯分布在一个同心圆周上，相邻纤芯的偏振方
3向成120度角。 4、所述的多根纤芯可以平行排布呈带状，形成带状偏振阵列。 5、纤芯短轴附近的两侧对称设置空气孔，包层是均匀材料或周期性结构，所述的
包层周期结构为周期性空气孔或全固态周期结构。 —种类矩形多芯保偏光纤的制作方法用化学气相沉积法工艺制造出纤芯预制 棒、不同尺寸空心和实心包层预制棒；利用套管法将大尺寸空心预制棒套在实心包层预制 棒外边，两者同心，空心管内径和实心棒外径相差纤芯的短轴长，两者间形成环形空气层； 芯棒对称排列在环形空气层中，除纤芯之外的其它空隙用与芯棒相同尺寸的包层预制棒填 充；采用常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程需进行抽气和充气。 另一种类矩形多芯保偏光纤的制作方法用化学气相沉积法工艺制造出纤芯预制 棒、不同尺寸空心和实心包层预制棒；空心包层预制棒内径与实心包层预制棒外径相等，实 心包层预制棒用纵横切割机按纤芯尺寸对称纵向侧边开浅槽，槽的形状与所设计纤芯形状 相同，开槽后的预制棒经过离子水严格清洗，并用惰性气体吹干，将大尺寸空心包层预制棒 套在实心包层预制棒外边，将大尺寸纤芯预制棒研磨成设计的纤芯形状后嵌入实心包层预 制棒的槽中；或者实心包层预制棒用纵横切割机按纤芯尺寸对称纵向侧边开窄槽，槽要有 一定深度，然后在窄槽两侧对称纵向开大槽，形成大的扇形空气孔，将大尺寸空心包层预制 棒套在实心包层预制棒外边，大尺寸纤芯预制棒两侧进行研磨形成类矩形结构，研磨后的 纤芯对称的嵌入预制棒的纤芯窄槽中，窄槽的其它空隙用芯径细的包层预制棒填充；采用 常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程需进行抽气和充气。 本发明的优势在于1.采用改变几何形状的方法，控制光的偏振态，温度稳定性 好；2.将多根保偏光纤微縮集成于一根光纤中，可极大的縮小光纤偏振器件的体积，更易 于光学集成；3.集成于一根光纤的偏振光学器件具有极大的稳定性，避免了各个可动部件 之间由于装配、固定和调整带来的变化和不一致；4.类矩形多芯保偏光纤可构成偏振保持 干涉仪，提高集成光学偏振器件的性能；5.类矩形多芯保偏光纤利用熔融拉锥法制作偏振 耦合器，方法简单易于操作，重复性好；6.本发明提供的制作方法可以优化纤芯的几何形 状、结构和均匀特性，可批量生产。
图1(a)、图l(b)为本发明类矩形双芯保偏光纤的剖面结构图；
图2(a)、图2(b)为本发明类矩形三芯保偏光纤的剖面结构图；
图3(a)、图3(b)为本发明类矩形四芯保偏光纤的剖面结构图；
图4为本发明类矩形多芯保偏光纤阵列的剖面结构图； 图5(a)为本发明类矩形多芯保偏光纤套管堆积法制作示意图，图5(b)为实际拉 制出来的三芯类矩形芯保偏光纤照片； 图6(a)、图6(b)为本发明类矩形多芯保偏光纤侧向开槽套管法制作示意图；
图7(a)、图7(b)为本发明光纤纤芯两侧有圆形空气孔情况的剖面结构图；
图8为本发明保偏光纤包层为周期性结构时的剖面图。
具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述 类矩形多芯保偏光纤结构如图1、图2和图3所示，双芯保偏光纤由两个矩形光纤 芯1构成，光纤芯形状为矩形，两个矩形芯平行排布。三芯保偏光纤的三根纤芯分布在一个 同心圆周上，相邻芯的偏振方向成120度角。四芯保偏光纤由四个矩形光纤芯1构成，其中 一对纤芯对称平行排布，另一对纤芯与之正交排布。
实施例1 : 采用化学气相沉积法工艺制造出圆形纤芯和不同尺寸的空心和实心包层预制棒， 利用套管法将大尺寸空心包层预制棒7套在实心包层预制棒6外边，两者同心，空心管内 径和实心棒外径相差类矩形纤芯的短轴长，两者间形成环形空气层；纤芯对称排列在环形 空气层中，每个纤芯由两个纤芯预制棒4构成，其它空隙用与芯棒相同尺寸的包层预制棒5 填充；采用常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程需进行抽气和充气。就会拉制出图1(a)、图 2(a)和图3(a)所示的类矩形多芯保偏光纤。图5 (a)为此种制作方法的示意图，图5 (b)为
此种制作方法实际拉制出的三芯类矩形多芯保偏光纤。
实施例2 : 采用化学气相沉积法工艺制造出圆形纤芯和不同尺寸的空心和实心包层预制棒， 空心包层预制棒7内径与实心包层预制棒6外径相等，实心包层预制棒6用纵横切割机按 纤芯尺寸对称纵向侧边开出浅槽8，开槽后的预制棒要经过离子水严格清洗，并用惰性气体 吹干，将大尺寸空心预制棒7套在开过槽的实心包层预制棒6外边，纤芯预制棒研磨成浅槽 8的类矩形结构11，然后嵌入包层预制棒的槽8中；采用常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程 需进行抽气和充气。也会拉制出图1(a)、图2(a)和图3(a)所示的类矩形多芯保偏光纤。
为提高保偏能力，实心包层预制棒用纵横切割机按纤芯尺寸对称纵向侧边开窄槽 9，槽要有一定深度，然后在窄槽两侧对称纵向开大槽IO，形成大的扇形空气孔以提高保偏 性能；将大尺寸空心预制棒7套在实心包层预制棒6外边，大尺寸纤芯预制棒两侧进行研磨 形成类矩形结构，研磨后的纤芯11对称的嵌入预制棒的纤芯窄槽中，窄槽的其它空隙用芯 径细的包层预制棒5填充。采用常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程需进行抽气和充气。就 会拉制出图1(b)、图2(b)和图3(b)所示的高保偏类矩形多芯光纤。
实施例3: 类矩形双芯保偏光纤结构如图7和图8所示，图7 (a)双芯保偏光纤由两个矩形光 纤芯1构成，光纤芯形状为矩形，两个矩形芯平行排布。每个矩形芯附近对称放置两个空气 孔12用来提高保偏能力，图7(b)中光纤的偏振方向与图7(a)正交；图8双芯保偏光纤在 包层2中具有周期性结构13。 与实施例1类似，采用化学气相沉积法工艺制造出纤芯和不同尺寸的包层填充预 制棒，包层填充预制棒的折射率不完全相同，将纤芯预制棒研磨成类矩形结构11 ，按预定形 状的波导结构，将矩形结构纤芯11按设定间距平行放置排布；在每个矩形芯附近对称放置 两个空芯玻璃管12，包层其它部分用包层填充棒5排好，或者包层中填充预制棒排成周期 性结构13，周期性结构可以为全固态，也可以为周期性空气孔；然后利用管棒堆积法将排 好的结构用一大的石英套管束缚住，采用常规方法进行拉丝获得图7和图8所示的类矩形 多芯保偏光纤，利用此种管棒堆积法也可拉制出图4所示的多芯平行偏振阵列。
权利要求
一种类矩形多芯保偏光纤，包括至少两根纤芯和包层，其特征是所述纤芯截面形状为矩形或类矩形结构，纤芯包裹在包层中。
2. 根据权利要求l所述的类矩形多芯保偏光纤，其特征是所述的纤芯为两根，两根纤芯对称平行排布。
3. 根据权利要求1所述的类矩形多芯保偏光纤，其特征是所述的纤芯为四根，四根纤芯中一对纤芯对称平行排布，而另一对纤芯与之正交排布。
4. 根据权利要求l所述的类矩形多芯保偏光纤，其特征是所述的纤芯为三根，三根纤芯纤芯分布在一个同心圆周上，相邻纤芯的偏振方向成120度角。
5. 根据权利要求1所述的类矩形多芯保偏光纤，其特征是所述的多根纤芯平行排布呈带状，形成带状偏振阵列。
6. 根据权利要求l-5任何一项所述的类矩形多芯保偏光纤，其特征是纤芯短轴附近的两侧对称设置空气孔，包层是均匀材料或周期性结构，所述的包层周期结构为周期性空气孔或全固态周期结构。
7. —种类矩形多芯保偏光纤的制作方法，其特征是用化学气相沉积法工艺制造出纤芯预制棒、不同尺寸空心和实心包层预制棒；利用套管法将大尺寸空心预制棒套在实心包层预制棒外边，两者同心，空心管内径和实心棒外径相差纤芯的短轴长，两者间形成环形空气层；芯棒对称排列在环形空气层中，除纤芯之外的其它空隙用与芯棒相同尺寸的包层预制棒填充；采用常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程需进行抽气和充气。
8. —种类矩形多芯保偏光纤的制作方法，其特征是用化学气相沉积法工艺制造出纤芯预制棒、不同尺寸空心和实心包层预制棒；空心包层预制棒内径与实心包层预制棒外径相等，实心包层预制棒用纵横切割机按纤芯尺寸对称纵向侧边开浅槽，槽的形状与所设计纤芯形状相同，开槽后的预制棒经过离子水严格清洗，并用惰性气体吹干，将大尺寸空心包层预制棒套在实心包层预制棒外边，将大尺寸纤芯预制棒研磨成设计的纤芯形状后嵌入实心包层预制棒的槽中；或者实心包层预制棒用纵横切割机按纤芯尺寸对称纵向侧边开窄槽，槽要有一定深度，然后在窄槽两侧对称纵向开大槽，形成大的扇形空气孔，将大尺寸空心包层预制棒套在实心包层预制棒外边，大尺寸纤芯预制棒两侧进行研磨形成类矩形结构，研磨后的纤芯对称的嵌入预制棒的纤芯窄槽中，窄槽的其它空隙用芯径细的包层预制棒填充；采用常规方法进行拉丝，涂覆，拉丝过程需进行抽气和充气。
全文摘要
本发明提供的是一种类矩形多芯保偏光纤及其制作方法。该光纤包括多个纤芯，纤芯为类矩形结构，包层可以是均匀材料，也可以为周期性结构，在纤芯附近可以设置空气孔来增加偏振保持能力。本发明的特点是1.采用改变几何形状的方法，控制光的偏振态，属于几何结构保偏光纤；2.温度稳定性好；3.将多个纤芯集成于一根光纤中，可用于光学器件在光纤中的集成，提高集成器件的性能；4.利用管棒堆积套管法和侧向开槽技术控制纤芯的几何形状，然后再拉丝成纤。
文档编号C03C25/22GK101788698SQ20101010180
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者关春颖, 戴强, 田凤军, 苑立波 申请人:哈尔滨工程大学