[发明专利]一种保偏光纤、制造模具及方法

说明书

本发明提供一种聚合物保偏光纤，所述光纤包括光纤包层和光纤芯，所述光纤包层包裹所述光纤芯；所述光纤芯的材料为聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯和聚四氟乙烯的掺杂共聚物；所述光纤包层的材料为全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物与聚甲基丙烯酸甲脂、聚四氟乙烯的共聚掺杂物。本发明的光纤由共聚聚合物材料构建，可使用在可见光波段，在液氮温度冷冻杀菌和蒸汽温度高温消毒等场合下均能保持光纤性能，满足生物医疗领域对传输介质的环境要求；采用光纤芯与应力区浇注聚合的方式加工制备，避免了传统石英保偏光纤的机械打孔工艺带来的较大的加工应力，强化了双折射效应施加的效率，光纤设计灵活、成本低。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种聚合物保偏光纤、制造模具及方法。

背景技术

保偏光纤，又叫偏振保持光纤，用于传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、生物医疗技术等国民经济的各个领域。保偏光纤可以解决偏振态变化的问题，在通过光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈的双折射效应，来消除应力对入射光偏振态的影响。

现有技术中，应力双折射保偏光纤主要有领结型保偏光纤、熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤三种。例如，文献CN108897094A公开了一种细径熊猫型保偏光纤，该细径熊猫型保偏光纤采用月牙形的应力施加结构，选用掺杂石英作为光纤的介质材料；然而，上述应力施加的保偏结构温度稳定性较差，且石英介质在可见光波段衰减较大，因而无法满足医疗传感监测应用中对传感器液氮冷却和高温蒸煮消毒的使用要求。文献CN107572771A公开了一种二氧化钛掺杂的二氧化硅石英玻璃芯层熊猫型保偏光纤，该熊猫型保偏光纤采用芯棒制备、套管、打孔的方式进行母棒的制备，再插入掺硼应力棒形成应力型结构，由于整个材料基底是二氧化硅石英玻璃，因此在传感过程中会导致绕环胶与石英材料的热膨胀系数有较大的失配，造成随机不对称的热应力，从而降低传感精度和信噪比；同时打孔工艺在预制棒内易形成较大的驻留应力，对保偏光纤的温度环境性能造成较大的影响。文献CN108459371A公开了一种镱、铝、磷共掺的二氧化硅石英玻璃芯层稀土掺杂熊猫型保偏光纤，光纤的工作波段在1064nm，拍长的设计值最小为3.2mm，该熊猫型保偏光纤在高精度的传感中无法满足设计性能要求。文献CN108508529A公开了一种工作在1550nm波段的零色散位移熊猫型保偏光纤，核心参数为保证光纤的色散位移值，并同时具有保偏的效果；然而，该零色散位移熊猫型保偏光纤的波导结构复杂，重复一致性控制难度较大，对工艺和设备的要求较高。文献CN105866880A公开了一种保偏光纤的制备方法，使用预制模具注入二氧化硅液体，获得石英套管，通过打磨熔融，再注入二氧化硅与三氧化二硼的混合粉末组合成熊猫型保偏光纤预制棒；然而，该保偏光纤的制备方法并未对预制棒的具体设计结构和尺寸参数进行详细描述，也未提供直接可供拉丝的成型预制棒。文献CN106082628A公开了一种熊猫保偏光纤预制棒的制备方法，使用纳米孔二氧化硅粉体加入到稀土和共掺离子无机盐溶液中形成悬浮液，但该制备方法未提供具体成型预制棒参数和可供拉丝预制棒。可见，现有技术中对光纤的材料、温度特性、加工制备方法上都存在不同程度的问题，亟待提出一种解决上述问题的光纤、制备方法，以满足加工工艺、光纤材料应力等方面的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种可见光耐高低温柔性椭圆芯型聚合物保偏光纤，该聚合物保偏光纤采用椭圆芯型的几何双折射结构设计，无应力单元结构设计；通过聚合物光纤材料实现可见光波长使用窗口保偏光纤的使用，从而满足生物医疗监测传感系统的使用要求，为高精度短波长低成本传感系统提供稳定可靠易生产的保偏光纤产品支撑；采用共聚掺杂的材料改性，提升聚合物保偏光纤材料介质的温度稳定性，满足生物医疗监测传感器需要液氮冷冻和蒸汽消毒的低温高温环境要求；同时聚合物保偏光纤还无需设计外层涂覆层，相比于石英保偏光纤，消除了石英材料与树脂涂覆材料的热应力性能的差异，减少了温度环境变化情况下非对称热应力失配引起的传感精度下降和噪音增强，为不同应用需求的领域提供合适的保偏光纤产品设计，在小型生物医疗传感器领域扩展聚合物保偏光纤的应用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：