偏振保持光纤包装的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改善的光纤，特别是涉及具有提供改善的应力隔离的包覆保护覆盖结构的光纤。本发明涉及制造具有改善的应力隔离的纤维的方法。
【背景技术】
[0002]光纤，尤其是偏振保持(PM)光纤的性能由比如应力的外力影响。除了其他因素之夕卜，施加的应力影响所述光纤的导光和偏振特征。这在低温(低于约-20°C)时尤其明显。施加在(玻璃)纤维内的应力和力引起所述玻璃的折射率的变化并由此影响所述光纤的模态和偏振行为。
[0003]近年来，使用和部署传感器以监测例如油气装备和设备的情况越来越多。此外，现在越来越多的光纤陀螺仪(F0G)包替代应用中已有的环形激光陀螺仪(RLG)技术。这个行业和消费者需要更高的准度和精度的现状越来越多地强调F0G传感器线圈中使用的偏振保持(PM)光纤的基础性能。现在是通过增加传感器内的光学路径长度来增加精度，因为这增加了旋转产生的移相(已知为Sagnac效应)。然而，随之产生的光线长度的增加使得F0G承受更多的微弯和应力，因为F0G的线圈包内更大数量的过卷(overwind)。所述应力和绕圈不可避免地降低了光纤的偏振保持性能，因为外部施加的应力抵消了固有应力，所有“应力双折射”(stress birefringment)通过固有应力起作用。当考虑其他市场趋势(例如对更小、更紧凑的传感器同时需要在低于约_40°C的温度运行的需求)时，光纤性能受到更大的挑战。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一个方面，提供了一种偏振保持光纤包装，其包括:
[0005]芯部，其具有芯部直径；
[0006]第一保护覆盖层，其环绕所述芯部，所述第一保护覆盖层具有第一保护覆盖内直径、第一保护覆盖外直径和所述第一保护覆盖内直径与所述第一保护覆盖外直径之间的第一保护覆盖厚度；
[0007]第二保护覆盖层，其环绕所述第一保护覆盖层，所述第二保护覆盖层具有第二保护覆盖内直径和第二保护覆盖外直径；
[0008]所述第一保护覆盖层包括具有第一硬度的材料并且所述第二保护覆盖层包括具有第二硬度的材料；
[0009]其中所述第一保护覆盖层的厚度在所述芯部直径的6%至33%之间并且由此所述光芯部呈现在应变和应力敏感度上的减少。
[0010]降低光纤中的应力敏感度的传统的方法是对所述光纤使用覆盖层的组合。包括围绕光纤的主覆盖和次覆盖的双层覆盖包装是大体上基于来自电信行业的光纤生产和设计技术的设计，所述光纤包括玻璃芯部(光学引导芯部)以及在一些情况中的玻璃包覆层。在此情况中，软的聚合物材料制成的较厚的主覆盖层被更硬的次覆盖层环绕被认为是合理的并且到目前为止传统的方法是所述软的主覆盖层必须足够厚以吸收任何的外部穿透并且由此降低或防止应力传递至光纤和光纤的光学芯部。事实上，本发明的第一个方面提出了使用比到目前为止常用的更薄的主层并且其提供对施加的应力(比如，外力、光纤包装内或对光纤包装的冲击和弯折)显著增加的阻抗。
[0011]在本发明中，光纤包装包括光纤并且可包括一个或多个环绕所述光纤的覆盖。所述光纤具有细长的柱形，其包括中央光芯部，芯部直径为例如3-8微米。比如光学包覆层的额外的光学材料可形成所述光纤的部分并且环绕所述光芯部。环绕所述光纤的第一保护覆盖层具有细长的形状并且具有等于所述第一保护覆盖层的内直径和外直径的差的厚度。同样地，第二保护覆盖层包括中空的柱形管并且具有与所述第一保护覆盖层的外直径大致相同的内直径和更大的外直径。所述第二保护覆盖层的外直径标志所述光纤包装的外延。所述保护覆盖层的厚度是所要求保护的发展。
[0012]下文和随附权利要求中描述了本发明的特征。
[0013]在一实施例中，所述芯部包括如上所述的光芯部和一个或多个包覆层并且在一实施例中所述第一硬度小于所述第二硬度，使得所述第一保护覆盖层包括比第二保护覆盖层更软的材料。通过有限元建模能够更好地了解并且测试结果支持所述光纤包装的结构和更软的第一保护层的好处。所述建模考虑了与直接碰撞相邻的光纤包装(这可在使用或运输中发生)和弯折情况下引起的应力相关的力。
[0014]在一实施例中，所述光纤包装包括硅玻璃芯部。在优选实施例中，所述芯部的直径范围为50微米至130微米，在特定的实施例中，所述芯部的直径为约80微米。这个尺寸范围特别适合光纤传感器和感应应用。
[0015]在电信光纤行业，更薄的第一或主保护覆盖到目前为止还不是包装设计的热门选择。业界勉强使用更薄的覆盖很可能是因为更差的处理性质以及相应的更厚、更硬的第二保护覆盖层更容易破裂。已经考虑到的是保护覆盖层的更厚更软的主覆盖层对于吸收外部穿透和侵入以及防止或至少减少应力传递至光纤和光纤的光芯部是重要的。在以反直觉的发展中本发明使用了不同的覆盖厚度以处理在很大的温度范围内传感器和F0G的光纤包装的高精确度的需求。
[0016]在一实施例中，围绕所述芯部的第一保护覆盖层的厚度在12微米至60微米的范围内。该范围被认为是对于较薄的第一或主保护覆盖最有用的。另一优选实施例包括光纤包装，其包括在第二保护覆盖内直径和第二保护覆盖外直径之间的第二保护覆盖厚度，其中围绕所述第一保护覆盖层的所述第二保护覆盖层的厚度在10微米至60微米的范围内。该第二保护覆盖层被认为是足以保护光纤的芯部免受应力。
[0017]在光纤包装上进行的测试和计算表明，比常用的主或第一保护层更薄提供了对施加的应力的明显增加的阻抗，因此得到改善的光纤和包装性能。因为增加的外(次)覆盖层用作或作为硬“壳”以比薄的外层更有效地驱散应力，减小的覆盖直径向玻璃光纤提供与外部应力改善的隔离。因而，更小的应力到达接近光纤的主、第一保护层。通过减小所需的主保护覆盖材料的体积，热应力的传递也被最小化。这导致更少的制造成本。此外，所述更软的材料具有比当前处于次层的更硬材料还更高的膨胀系数。
[0018]在一实施例中，所述第一保护覆盖外直径在90微米至130微米的范围内，在一实施例中，所述第二保护覆盖外直径在135微米至175微米的范围内。总体上包装需要更少的材料，因为需要更少的覆盖材料和更少的涂覆时间，这导致减少的制造成本。
[0019]在计算和测试中，玻璃光纤直径为80 μ m以及覆盖厚度为约95 μ m，得到最大程度改善的结果。
[0020]一优选实施例的光纤包装具有第一保护覆盖层，其具有一种弹性模量在0.5至500MPa且能够高至2000MPa的材料。在一实施例中，在此所述的光纤包装相比标准的光纤包装应力减少标准的光纤包装应力的40%至60%。这改善了整体性能并且降低了在光纤自身上的微弯曲和外部施加的应力的效果。这种改善尤其适于经由应力机构(比如，上述PM光纤)工作的装置和光纤。其使得高偏振消光比能够在很低的温度和很大的范围内被保持。
[0021]所述实施例提供了一种光纤包装，其运行温度范围横跨从105至-60°