[发明专利]一种椭圆芯保偏光纤的制造方法

说明书

本发明涉及一种椭圆芯保偏光纤的制造方法，包括以下步骤：步骤一、选择合适芯棒的基管，进行预处理；步骤二、制造芯棒，芯棒包括内包层与芯层；步骤三、在芯棒的芯层沉积结束后，先进行芯层内壁一侧的定向刻蚀，刻出月牙型；然后对相对侧刻出相同弧度的月牙型，最终基管内空心圆由最初的圆形刻蚀为椭圆形；步骤四、芯棒沉积、刻蚀结束后，对基管进行正向和反向塌缩，制成一根实心椭圆芯光棒；步骤五、将芯棒放置在沉积后的石英套管中，组合构成椭圆芯保偏光棒；步骤六、光棒进行拉丝，拉制成细径裸光纤，并在裸光纤外表面涂覆光纤涂料，得到最终椭圆芯保偏光纤。本发明通过定向刻蚀，一次成型，减少工艺的程序，稳定性、可靠性提高。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种椭圆芯保偏光纤的制造方法。

背景技术

保偏光纤是一种特殊的单模光纤，通过在单模光纤中引入双折射，使得两正交传播常数差别较大，从而减小两模式的耦合几率，实现当线偏振光沿光纤其中的一个主轴注入时，能保持光的偏振态在传输一段距离后不发生改变。从双折射产生的原理上看常用的有应力致双折射、几何形状致双折射。

国内目前应力致双折射中使用最广泛的是熊猫型保偏光纤。它具有易耦合、制作简单的特点。通常通过增加应力区直径、掺硼浓度提高光纤的偏振性能。但因其大的应力区尺寸使其全温范围内的温度稳定性较差。

几何形状致双折射型，利用材料几何结构的不对称性，从而导致光纤折射率在不同的方向上存在差异性，引起双折射。其中，较为常见的是椭圆芯保偏光纤，椭圆芯保偏光纤纤芯椭圆度由椭圆芯长短轴计算而出，e＝α/b，α为椭圆芯长轴长度，b为椭圆芯短轴长度。椭圆芯保偏光纤基于几何结构不对称性产生双折射，比较应力型致偏，其具有良好的温度稳定性，可用于光纤式电流互感器、高精度陀螺领域。通过对椭圆芯保偏光纤纤芯椭圆度的设计，可实现较高的双折射，从而保持光纤的偏振性能。

目前，制备椭圆芯保偏光纤主要通过机械加工处理形成成形品。如中国专利文献CN106199827Α公开了“一种椭圆芯熊猫型保偏光纤及其制作方法”，其对含有圆形纤芯的预制棒进行处理，使其外表层扁平，形成预加工成形品，再通过加热拉伸预加工成椭圆芯保偏光纤。但此方法对精确控制椭圆芯椭圆度难度较大，另外，需要对预制棒进行多次机械处理，加工难度较大；再者中国专利CN105985015Α公开了“一种椭圆芯保偏光纤及其制造方法”，其包括使用菱形结构靶棒，采用外喷工艺对石英玻璃套管进行沉积，去掉靶棒后形成纯石英玻璃菱形内孔套管。再机械加工芯棒，使之与纯石英玻璃菱形内孔套管的内表面相切，构成保偏光纤预制棒。其对加工工艺要求极高，且工艺复杂。

综上所述，现有常规技术中的椭圆芯保偏光纤制作方法机械处理程序繁杂，导致加工难度大、稳定性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一次成型、温度性能稳定且自由可控制椭圆芯椭圆度的保偏光纤制造方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种椭圆芯保偏光纤的制造方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、选择合适芯棒的基管，并对基管进行预处理，一方面实现预热的目的，另一方面去除基管内壁杂质等附着物。

步骤二、用化学气相沉积法制造芯棒，芯棒包括内包层与芯层。芯棒沉积先沉积内包层，再沉积锗磷共掺的芯层，沉积厚度为L。芯层尺寸为1～3mm，掺杂元素为锗磷，其相对折射率差为0.8％～1.6％；内包层直径与芯层直径比为3:1～6:1，其中内包层掺杂元素为氟，折射率差为-0.5％～-0.1％。基管层由纯硅制造，其相对折射率差为0。

步骤三、在芯棒的锗磷共掺层沉积结束后，基管内空心圆的半径为r。此时先进行一侧锗磷共掺层的定向刻蚀，基管内通入含氟的腐蚀性气体，基管外使用火头沿基管轴向来回移动刻蚀。最终将芯层一侧刻出月牙型。然后将衬管旋转180度后，按之前同样步骤刻出相同的弧度，最终基管内空心圆由最初的圆形刻蚀为椭圆形。刻蚀厚度ΔL由火头移动往返次数控制。