新型结构的光纤的制作方法

本实用新型与光纤技术有关，具体属于一种新型结构的光纤，以解决现有熊猫型保偏光纤线偏振拍长及被弯曲时应力效应因温度变化而不稳定的问题。

背景技术：

保偏光纤的种类很多，典型的有椭圆芯保偏光纤、椭圆包层保偏光纤、领结型保偏光纤、老虎型保偏光纤和熊猫型保偏光纤等。目前，在国内应用最广泛且技术最成熟的保偏光纤就是熊猫型保偏光纤，所述熊猫型保偏光纤包括包层3、应力区2、纤芯1，所述纤芯1位于包层3的中心，所述应力区2(也称为熊猫眼)对称设置在纤芯1的两侧且位于包层3中，这种光纤具有制作工艺成熟和产品性能一致的优点，因此正被广泛应用于光纤通信、光纤激光以及光纤传感等系统中。

据了解，现在国内外的大多数光纤陀螺生产商采用熊猫型保偏光纤绕成传感环，一般每个传感环中包含的光纤长度从几百米到几公里不等，特别是高精度的光纤陀螺，其传感环中的光纤长度一般为两公里以上。光纤传感环是光纤陀螺系统的最核心部分，其中传感环的性能或稳定性直接影响光纤陀螺的精度，光纤传感环的性能一方面取决于绕环的工艺技术水平，另一方面取决于光纤的本身结构。

从熊猫型保偏光纤的几何直径来看，目前正往细径的方向发展。光纤陀螺中传感环所用的不管是以前使用的直径为125μm的光纤，还是现在多数使用的直径为80μm的光纤，以及最近开发的直径为60μm的光纤，它们都具有相同的特征(如图1所示)。采用60μm细径光纤的目的是为了减小光纤陀螺的体积以及减少光纤的弯曲应力对温度的依赖性。但不管光纤陀螺采用什么直径的熊猫型保偏光纤，从其端面结构(即光纤的横截面)来看，应力区2(熊猫眼)在光纤端面中的分布位置和占比大小基本差不多，每个应力区2的横截面中心与光纤中纤芯1的横截面中心(即光纤的横截面中心)之间的距离为光纤半径的一半，即应力区的横截面中心位于光纤表面至光纤横截面中心的中间位置。对于这样结构的熊猫型保偏光纤，曾经有专家专门测试其一个重要参数——线偏振拍长，测试结果显示在常温情况下，线偏振拍长一般是3mm左右，但是温度从-40℃变化至85℃时线偏振拍长的变化率高达11％，如果在光纤弯曲的情况下，这种温度依赖性还无法预测。

作为最早生产出熊猫型保偏光纤且拥有核心专利(在2005年之前有效)的厂家，日本藤仓生产的熊猫型保偏光纤结构与国内的熊猫型保偏光纤结构几乎一样，国内的生产厂家目前基本只是一味地模仿日本藤仓的熊猫型保偏光纤结构，没有考虑到不同的应用条件或不同的需求熊猫型保偏光纤的结构应该有所优化。可以设想：目前这类光纤以一定的弯曲直径进行弯曲，如图4所示，并假定光纤中的一个应力区在被弯光纤的外缘，而另一个应力区在被弯光纤的内缘。在这种情况下，对位于被弯光纤外缘的应力区来说，应力区的材料处于张紧状态；而对位于被弯光纤内缘的应力区来说，应力区的材料处于压迫状态。由于光纤环中的光纤长度为2公里-3公里，光纤的圈数可达5000圈-10000圈，所以因弯曲形成的累积效应非常大，即使环境温度变化0.01℃，累积的应力效应变化也会很大。

因此，如何从光纤的结构上进行优化，减小光纤特性或应力效应随温度的变化是当务之急，而不是一味地去模仿国外的产品。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型结构的光纤，可以解决现有熊猫型保偏光纤结构的线偏振拍长和被弯曲时应力效应因温度变化而变化明显的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的新型结构的光纤，所述光纤包括纤芯、应力区和包层，所述纤芯位于所述包层的中心，所述应力区对称分布在所述纤芯的两侧且位于所述包层中，在所述光纤的横截面中，应力区中心与纤芯中心之间的距离小于或者等于光纤半径的1/3。

进一步地，所述应力区在光纤的横截面中位于以纤芯中心为圆心且直径与光纤半径相等的圆形区域内。

与现有的熊猫型保偏光纤结构相比，本实用新型缩小了应力区的尺寸，同时使两个应力区的位置更加靠近纤芯，由于应力区占据的面积较小，而且离纤芯比较近，一方面可以确保保偏光纤的保偏能力，同时可以大幅减小其被弯曲时性能对温度的依赖性，可大幅提高光纤陀螺的长期稳定性。

附图说明

图1为现有的各类熊猫型保偏光纤的典型横截面结构的示意图；

图2为现有的熊猫型保偏光纤弯曲后的示意图；

图3为现有的用于熔融拉锥器的熊猫型保偏光纤的横截面结构的示意图；

图4为本实用新型的新型结构的光纤的横截面结构的示意图；

图5为本实用新型的优化的新型结构的光纤的横截面结构的示意图；

图6为本实用新型的新型结构的光纤弯曲后的示意图；

图7a至图7c为本实用新型中用于制造光纤的光纤预制棒在制造过程各步骤的横截面的示意图。

其中附图标记说明如下：

1为纤芯；2为应力区；3为包层。

具体实施方式

下面结合附图通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本实用新型的精神下可以进行各种类似推广和替换。

目前，现有的熊猫型保偏光纤的重要参数，即线偏振拍长，在常温情况下一般是3mm左右，但是温度从-40℃变化至85℃时线偏振拍长的变化率高达11％，而且在光纤弯曲的情况下，这种温度依赖性还无法预测。同时，光纤陀螺中传感环的光纤长度为2公里-3公里，光纤的圈数可达5000圈-10000圈，在光纤弯曲的情况下，形成的累积效应非常大，即使环境温度变化0.01℃，累积的应力效应变化也会很大。

图3所示为一种熊猫眼(即应力区)比较小的熊猫型保偏光纤的横截面结构，这种光纤主要是为熔融拉锥器件用设计的，通过减小应力区的大小，可以降低光纤内应力，使得线偏振拍长从3mm左右增加到5mm左右，这样可以大幅降低熔融拉锥器件因拉锥引起的损耗。如图3所示，这种光纤中应力区的中心位置与现有熊猫型保偏光纤中应力区的中心位置相同，即在光纤横截面中应力区的中心位于光纤表面至光纤中心的中间位置。

为了减少温度对光纤因弯曲产生的应力效应，只要将两个应力区的位置往光纤的纤芯位置靠近，在确保光的传输损耗不变的情况下，应力区的位置越靠近纤芯位置越好，如图4所示。本实用新型的新型结构的光纤，所述光纤包括纤芯1、应力区2和包层3，所述纤芯1位于所述包层3的中心，所述应力区2对称分布在所述纤芯1的两侧且位于所述包层3中，在所述光纤的横截面中，应力区2中心与纤芯1中心之间的距离小于或者等于光纤半径的1/3，如图4所示，图中点划线构成的圆形区域半径为光纤半径的1/3，虚线构成的圆形区域半径为光纤半径的1/2。

优选的，所述应力区2在光纤的横截面中位于以纤芯1中心为圆心且直径与光纤半径相等的圆形区域内，见图5中的圆形虚线。

图6所示为本实用新型的新型结构的光纤弯曲时的情况，与图2所示的现有熊猫型保偏光纤弯曲时的情况相比，由于本实用新型的光纤中应力区占据的面积较小，而且其位置离纤芯的位置比较近，一方面确保了保偏光纤的保偏能力，另一方面可以大幅减小其被弯曲时性能对温度的依赖性，可大幅提高光纤陀螺的长期稳定性。

上述新型结构的光纤的制造工艺，具体步骤如下：

步骤1，准备单模光纤的预制棒，如图7a所示；

步骤2，在所述预制棒的纤芯两侧对称地打出两个纵向贯通且与纤芯相平行的通孔，如图7b所示，所述通孔中心与纤芯中心之间的距离小于或等于新型结构的光纤半径的1/3；

步骤3，将加工好的两根圆柱形应力棒插入步骤2形成的通孔内，形成新型结构的光纤预制棒，如图7c所示，所述应力棒的直径与通孔的直径相同；

步骤4，对所述新型结构的光纤预制棒进行拉丝，制成新型结构的光纤，如图4、图5所示。

进一步地，在步骤2中，所述通孔中心位于以纤芯中心为圆心且直径与光纤半径相等的圆形区域内。

在上述制造工艺中，只要步骤3中插入的应力棒的膨胀系数足够，就可以达到很好的保偏振能力，同时具有更好的温度特性。

以上通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，该实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，其并非对本实用新型进行限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本实用新型所保护的技术范畴内。