一种高双折射实芯保偏微结构光纤及其制备方法与流程

本发明属于微结构光纤，更具体地，涉及一种高双折射实芯保偏微结构光纤及其制备方法。

背景技术：

1、微结构光纤的概念最初由russell等人在1992年提出，并将这种理论引入光纤运用中，通过在包层中引入二维光子晶体结构，将光限制在纤芯中，并且在1996年，来自英国southampton大学的j.c.knight设计制作出了世界第一根全内反射型实芯微结构光纤。微结构光纤的面世，大大提高了在光纤结构设计上的灵活性，同时也给保偏微结构光纤的设计带来了灵活性，通过微结构光纤包层中气孔大小和排布，破坏光纤结构的对称性，从而提高光传输过程中的双折射。2000年，blanch等人成功拉制了世界第一根高双折射光子晶体光纤，利用不对称的内部结构形成双折射效应，这为微结构光纤拓宽了运用场景，在实际运用中，基于结构灵活的可调性，随着研究的不断深入，高双折射微结构保偏光纤被广泛运用于传感器、保偏器件和激光器。

2、近年来，人们利用设计自由度大的优势，设计了各类在双折射效应和抵抗环境变化都优于传统保偏光纤的保偏光子晶体光纤。如何提高光纤双折射效应，如何提高抵抗环境变化的能力，如何降低制造难度，这些均为设计保偏光子晶体光纤的重要课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高双折射实芯保偏微结构光纤，使实芯保偏微结构光纤具有较高的双折射性能、较好的抵抗环境变化的能力。

2、本发明提供一种高双折射实芯保偏微结构光纤，光纤的剖面为圆形，所述光纤由外到内依次包括石英包层、第一气孔包层、第二气孔包层和纤芯；所述第一气孔包层的层数至少为一层；每层所述第一气孔包层中的多个第一气孔以光纤的剖面圆心为中心，呈六边形排布；所述第二气孔包层由四个第二气孔和两个第三气孔组成，并以第三气孔中心连线为轴对称分布；所述第三气孔的直径大于所述第一气孔的直径，所述第一气孔的直径大于所述第二气孔的直径。

3、优选的，所述第一气孔包层的层数为一层，该层由12个所述第一气孔组成。

4、优选的，所述第一气孔包层的层数为两层，分别由12个所述第一气孔、18个所述第一气孔组成。

5、优选的，所述第一气孔包层的层数为三层，分别由12个所述第一气孔、18个所述第一气孔、24个所述第一气孔组成。

6、优选的，所述第一气孔的直径d1为2.00～8.00μm，所述第二气孔的直径d2为0.50～7.50μm，所述第三气孔的直径d为3.00～12.00μm。

7、优选的，相邻两气孔之间的距离λ为3.00～12.00μm，所述第一气孔的占空比为d1/λ为0.17～0.90，所述第二气孔的占空比为d2/λ为0.05～0.83，所述第三气孔的占空比d/λ为0.25～1.30。

8、优选的，所述光纤还包括包覆在所述石英包层外的涂覆层，所述石英包层的直径dcl为40～100μm，所述涂敷层的直径dco为100～165μm。

9、优选的，所述光纤在波长1550nm处的传输衰耗小于等于4.00db/km，在波长1310nm处的传输衰耗小于等于5.50db/km；所述光纤在波长1550nm处的拍长小于等于5.00mm，在波长1310nm处的拍长小于等于4.23mm；所述光纤在波长1550nm处的模场直径小于等于9.00μm，在波长1310nm处的模场直径小于等于10.00μm；所述光纤在波长1550nm处的偏振消光比大于等于20db/100m，在波长1550nm处的偏振消光比大于等于15db/1000m。

10、优选的，所述石英包层、所述第一气孔包层、所述第二气孔包层和所述纤芯均采用纯石英玻璃材料制备而成。

11、另一方面，本发明提供上述的高双折射实芯保偏微结构光纤的制备方法，包括以下步骤：

12、将毛细管进行堆积形成预制棒；

13、对所述预制棒进行光纤拉制，通过分区独立地控制各个所述毛细管内的压力，得到所述高双折射实芯保偏微结构光纤。

14、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

15、本发明提供的光纤由外到内依次包括石英包层、第一气孔包层、第二气孔包层和纤芯，其中，第一气孔包层的层数至少为一层，每层第一气孔包层中的多个第一气孔以光纤的剖面圆心为中心，呈六边形排布；第二气孔包层由四个第二气孔和两个第三气孔组成，并以第三气孔中心连线为轴对称分布；第三气孔的直径大于第一气孔的直径，第一气孔的直径大于第二气孔的直径。本发明通过在第二气孔包层中引入两个大气孔(即第三气孔)和四个小气孔(即第二气孔)，能够破坏光纤结构的对称性，使得在光纤的两基模方向上的传播常数不同，使得光在x轴与y轴方向上的折射率不同，从而增强光纤的双折射性能。此外，相对于第二气孔包层为四个大孔两个小孔的设计，本发明中的第二气孔包层采用的两大孔四小孔的设计可以增加纤芯周围玻璃部分的面积，使其在保证较大的双折射性能的同时，增强抵御环境变化(例如温度、应力的变化)的能力。本发明中的气孔包层由三种不同直径的气孔(即第一气孔、第二气孔、第三气孔)按一定规则排布，第一气孔的直径比第二气孔的直径大，不仅有利于增强光纤双折射效应和抵抗环境变化的能力，还兼顾到了光纤衰耗与双折射的平衡。本发明通过上述设计使实芯保偏微结构光纤具有较高的双折射性能、较好的抵抗环境变化的能力。此外，该光纤结构简单，易于工艺执行和实际生产。

技术特征：

1.一种高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，光纤的剖面为圆形，所述光纤由外到内依次包括石英包层、第一气孔包层、第二气孔包层和纤芯；所述第一气孔包层的层数至少为一层；每层所述第一气孔包层中的多个第一气孔以光纤的剖面圆心为中心，呈六边形排布；所述第二气孔包层由四个第二气孔和两个第三气孔组成，并以第三气孔中心连线为轴对称分布；所述第三气孔的直径大于所述第一气孔的直径，所述第一气孔的直径大于所述第二气孔的直径。

2.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述第一气孔包层的层数为一层，该层由12个所述第一气孔组成。

3.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述第一气孔包层的层数为两层，分别由12个所述第一气孔、18个所述第一气孔组成。

4.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述第一气孔包层的层数为三层，分别由12个所述第一气孔、18个所述第一气孔、24个所述第一气孔组成。

5.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述第一气孔的直径d1为2.00～8.00μm，所述第二气孔的直径d2为0.50～7.50μm，所述第三气孔的直径d为3.00～12.00μm。

6.根据权利要求5所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，相邻两气孔之间的距离λ为3.00～12.00μm，所述第一气孔的占空比为d1/λ为0.17～0.90，所述第二气孔的占空比为d2/λ为0.05～0.83，所述第三气孔的占空比d/λ为0.25～1.30。

7.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述光纤还包括包覆在所述石英包层外的涂覆层，所述石英包层的直径dcl为40～100μm，所述涂敷层的直径dco为100～165μm。

8.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述光纤在波长1550nm处的传输衰耗小于等于4.00db/km，在波长1310nm处的传输衰耗小于等于5.50db/km；所述光纤在波长1550nm处的拍长小于等于5.00mm，在波长1310nm处的拍长小于等于4.23mm；所述光纤在波长1550nm处的模场直径小于等于9.00μm，在波长1310nm处的模场直径小于等于10.00μm；所述光纤在波长1550nm处的偏振消光比大于等于20db/100m，在波长1550nm处的偏振消光比大于等于15db/1000m。

9.根据权利要求1所述的高双折射实芯保偏微结构光纤，其特征在于，所述石英包层、所述第一气孔包层、所述第二气孔包层和所述纤芯均采用纯石英玻璃材料制备而成。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的高双折射实芯保偏微结构光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于微结构光纤技术领域，公开了一种高双折射实芯保偏微结构光纤及其制备方法。本发明提供的光纤的剖面为圆形，光纤由外到内依次包括石英包层、第一气孔包层、第二气孔包层和纤芯；第一气孔包层的层数至少为一层；每层第一气孔包层中的多个第一气孔以光纤的剖面圆心为中心，呈六边形排布；第二气孔包层由四个第二气孔和两个第三气孔组成，并以第三气孔中心连线为轴对称分布；第三气孔的直径大于第一气孔的直径，第一气孔的直径大于第二气孔的直径。本发明提供的实芯保偏微结构光纤具有较高的双折射性能、较好的抵抗环境变化的能力，结构简单，易于工艺实现和批量化生产。

技术研发人员：谭鑫,李鹏,吴威,毛明锋,王瑞春,张磊
受保护的技术使用者：长飞光纤光缆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12