[发明专利]9芯结构的细径保偏光子带隙光纤及制备方法

说明书

一种9芯结构的细径保偏光子带隙光纤及制备方法，采取抽掉纤芯9芯而不是传统的7芯、19芯或者37芯结构的预制棒制备方法，从而得到9芯空芯光子带隙光纤。同时，本发明通过增大光纤占空比、减少包层空气孔层数以及选择合适的包层周期大小，在减小裸光纤外径的前提下还能够实现保偏和低损耗的性能，该光纤具有极强的抗弯曲能力，为提高光纤陀螺仪等传感器件的精度以及实现器件小型化的发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及光纤，特别是一种9芯结构的细径保偏光子带隙光纤及制备方法。

背景技术

空芯光子带隙光纤是一种由于带隙效应，将光场限制在光纤的空芯区域轴向传播的特种光纤，它由空气缺陷孔和周期分布的空气孔形成。空芯光子带隙光纤一般是由纯石英管制成，通过改变空气孔的排列方式和周期大小可以控制光的传播带宽。空芯光子带隙光纤特殊的结构和传光方式使其具有许多独特的优点：

1)对温度、电磁场、空间辐射等环境因素的敏感度低；

2)散射低、损耗小、传输参数稳定、对弯曲不敏感；

3)光在空气中传播，所以非线性效应很低。

目前来看，空芯光子带隙光纤的这些优异特性，对光纤陀螺仪的研究意义重大。光纤陀螺仪需要在复杂的环境下应用，因此需要有极强的环境适应性，而空芯光子带隙光纤恰好具有这个优势，这也是目前传统“熊猫型”保偏光纤不具有的性能。

光纤陀螺仪是基于萨格纳克效应的旋转角速度传感器。光纤陀螺仪的灵敏度与光纤环的直径、长度和环境稳定性有关，而光纤是光纤环的核心部件。普通石英光纤受环境变化影响大，会使光纤陀螺仪的零位漂移以及信号衰弱，如果以保偏光子带隙光纤作为光纤环，则能够克服这一问题，从而减小零位漂移以及信号衰弱等现象。保偏光子带隙光纤的研制对于光纤陀螺仪精度的提高的有重大的意义。目前商用的光子带隙光纤的裸纤外径在120μm以上，比普通石英保偏光纤的80μm大50％，这会导致绕在光纤环上的圈数减少，对提高光纤陀螺仪的精度以及器件小型化发展不利。因此具有保偏作用的细径光子带隙光纤的研制具有巨大市场，但是其制作难度更为复杂困难，限制了其商用推广。

体积小是光纤陀螺仪的一个优势。但要同时满足光纤陀螺仪小体积以及高灵敏度的优势，则所需要的光纤应满足以下性能：1)光纤的直径要小，这样可以在较小的空间内绕更多圈数来获得长的光路，提高测量的精度；2)光纤对弯曲敏感度较低，降低因光纤弯曲造成光功率的损失，同时绕制到光纤环上时能够得到更小的体积。而本发明所提出的细径保偏光子带隙光纤刚好能同时满足以上两个性能。

拉制保偏光子带隙光纤的方法主要有以下几种：一是以改变纤芯壁厚，引入不对称来实现保偏效果，但是该方法制作的预制棒难度极大，且拉制光纤时，参数控制需要控制相当精确；另一种是通过人为使温度以及气压不均匀使纤芯变为椭圆形，但是这种方法制作的光纤具有不可控性，且光纤包层结构会不均匀，致使损耗变大；最后一种则是通过设计使光纤纤芯结构不对称，引入双折射来实现保偏作用，该方式是目前较为可行的方案。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种9芯结构的细径保偏光子带隙光纤及制备方法，该保偏光子带隙光纤通过增大光纤占空比、减少包层空气孔层数以及选择合适的包层周期大小，在减小裸光纤外径的前提下还能够实现保偏和低损耗的性能，该光纤具有极强的抗弯曲能力，为提高光纤陀螺仪等传感器件的精度以及实现器件小型化的发展具有重要意义。

本发明的技术解决方案如下：

一种9芯结构的细径保偏空芯光子带隙光纤，包括石英毛细管、石英毛细棒以及石英外套管；其特点在于：所述的石英毛细管采用六边形堆积的方法，形成空芯结构、自该空芯结构至外依次是仅有4层石英毛细管的包层、石英区域、第一石英外套管和第二石英外套管的带隙光纤，所述的空芯结构为抽取9芯类椭圆结构。

所述的石英区域、第一石英外套管和第二石英外套管的包层区域占总光纤区域面积的0.6。