[发明专利]一种掺钛保偏光纤的制备方法

说明书

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(-50～75℃)。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(TiO2)，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：

一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(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)。

在沉积二氧化钛(TiO2)过程中，所使用的沉积原料为四氯化钛(TiCl4)，其纯度不小于99.999％。

化学气相沉积中反应生成的二氧化钛(TiO2)与二氧化硅(SiO2)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(TiO2)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(TiO2)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(TiO2)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(TiO2)浓度与折射率的关系；

图5：石英玻璃中二氧化锗(GeO2)浓度与折射率的关系；

图6：石英玻璃中二氧化钛(TiO2)浓度与热膨胀系数的关系；

图7：石英玻璃中二氧化锗(GeO2)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(-25×10-7/℃)的TiO2，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1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(TiO2)，用MCVD、PCVD、OVD、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(TiO2)浓度与折射率的关系；图5为石英玻璃中二氧化锗(GeO2)浓度与折射率的关系；图6为石英玻璃中二氧化钛(TiO2)浓度与热膨胀系数的关系；图7为石英玻璃中二氧化锗(GeO2)浓度与热膨胀系数的关系。

(2).预制棒外包层，可用特制的掺TiO2石英管，或套管。