[发明专利]一种双波导并列式保偏光纤及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双波导并列式保偏光纤及其制造方法，属于光纤陀螺和光纤传感技术领域。

背景技术

保偏光纤是特种光纤的一类。保偏光纤，即线偏振保持光纤，是具有保持所传输光线的线偏振方向的一类光纤。保偏光纤可应用于许多领域，如复用相干通信，光纤陀螺仪，光纤水听器，光纤传感等。保偏光纤是一种具有广泛应用价值的特种光纤类型。

在普通通信光纤中，由于其圆对称性结构，入射的线偏振光线在经过一定距离的传输后，由于不同偏振模式的耦合，能量交换，会成为圆或椭圆偏振光而无法保持线偏振态。而当一线偏振光被耦合进入保偏光纤时，如果线偏振光的偏振方向和保偏光纤的偏振主轴重合，则线偏振光可以在传输过程中保持其线偏振方向直至离开保偏光纤。引起光纤双折射现象的原因很多，各种几何和应力的不均匀性均会引入双折射。保偏光纤产品包括几何双折射和应力双折射保偏光纤。几何双折射的实例是椭圆纤芯保偏光纤，这种保偏光纤的纤芯是椭圆形的，利用这种几何的不对称性产生双折射效应。应力双折射的保偏光纤主要有蝶结型保偏光纤，熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤三种。这类光纤的特点是在光纤的包层中引入具有高膨胀系数的应力区挤压纤芯产生双折射效应。保偏光纤的一个特例是单模单偏振光纤。

由于保偏光纤的应用主要在光纤陀螺或者光纤电流互感器等技术领域，在这些相关应用领域，相当长度的保偏光纤需要被绕制成光纤环圈，作为敏感元件，通过不同的物理效应，如Sagnac效应或者Faraday效应，测量物体的角加速度或者通过导体的电流大小。为了保障这些保偏光纤的光纤环圈具有良好的温度和应力稳定性，需要采用特殊的绕环技术，一般使用四极绕法绕制光纤陀螺使用的光纤环圈。在光纤环圈的绕制过程中，要求精确控制被绕制光纤的长度、位置和绕纤张力，以最大确保光纤环圈在结构上保持良好的光学互易性。

使用现有的圆形截面保偏光纤产品，在光纤环圈的绕制过程中，存在下列问题：首先由于圆形结构，上层光纤必然会顺着下层光纤形成的V形槽缠绕，如图4所示，无法按照四极绕法的要求上层光纤位于下层光纤之上；第二由于上层光纤沿着下层光纤形成的V形槽内缠绕前进，当光纤从一圈V形槽向相邻的一圈V形槽跃进时，上下层光纤之间会出现一个交叉搭接点，这个交叉点的存在对光纤环圈的性能产生显著的影响，如何处理绕环过程中出现的交叉点是光纤环圈绕制的技术难点；第三，由于使用了圆形截面结构的光纤，在光纤环的缠绕过程中，难以保证圆形截面光纤不产生扭转，而这种光纤扭转会由于地磁Faraday效应对光纤环圈的精度产生负面影响；第四，由于光纤环圈绕制对于光纤长度、光纤位置和张力的控制非常严格，因此需要绕制的光纤越长，光纤环圈的绕制质量越难保证。上述问题的出现与现有保偏光纤的形态和结构直接相关，同时也是制约光纤环圈绕制质量的一些关键点。

为了解决上述问题，美国专利US6215933，Bifilar fog coil winding pattern with improvedshupe bias canceling properties，揭示了一种双光纤绕制的方法：即采用并行排列的双纤进行绕环，同时采用四极绕法，通过同时绕制两根光纤，可以有效地减少绕制光纤的长度，但使用该技术，仍然无法解决光纤位置的有效控制和绕制过程中光纤的扭转问题。另一个美国专利US5848213，Low shupe bias fiber optic rotation sensor coil，揭示了一种使用并带光纤绕制光纤环的方法：即使用并带光纤进行绕环，将并带的头子按照一定顺序熔接在一起形成环圈。这样可以保证绕环的时候光纤上下层层叠平行，而且更减少了需要绕制光纤的长度。但这种方法在环圈绕制的过程中，增加了许多的光纤熔接接头，会导致传感线圈的性能不稳定。同时使用这种方法绕制光纤环圈，引入了光纤并带胶等其他高分子材料，对光纤环圈的温度稳定性带来了负面的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提出了一种双波导并列式保偏光纤及其制造方法，该保偏光纤不但可以提高使用于光纤陀螺和光纤传感领域的光纤环圈的制作精度，改善光纤环圈的应力和温度敏感性，同时也有助于光纤环圈制作工艺的改进和提高。

为解决上述问题，本发明提出的技术方案为：包括两根波导结构相同的保偏光纤，所述的两根保偏光纤相对称的一侧并列相联或并列相联成一体，且两根保偏光纤的光纤波导的应力区方向(即慢轴方向)与并列方向一致，或与并列方向相垂直，在两根保偏光纤外包覆涂覆层，涂覆层的横截面呈圆滑扁平形。