[发明专利]一种抗辐射保偏光纤

说明书

本发明涉及一种抗辐射保偏光纤，包括有芯层和包层，在包层内芯层的两侧对称设置应力层，其特征在于所述的芯层直径D1为4.0～7.0μm，相对折射率差Δ1％为‑0.1％～‑0.3％，所述的应力层直径D2为15.0～25.0μm，相对折射率差Δ3％为‑0.6％～‑1.0％，所述的包层相对折射率差Δ2％为‑0.2％～‑0.5％。本发明通过芯层、包层深掺氟改变保偏光纤的波导结构和材料成分使得本发明不仅具有优异的偏振保持性能，而且可以保证在1550nm等工作波段在一定的辐照剂量下，附加衰减显著降低，小于或等于0.5dB/100m，很好的满足了光纤陀螺外太空等场合抗辐射性能要求。

技术领域

本发明涉及一种抗辐射保偏光纤，属于光纤传感特种光纤技术领域。

背景技术

保偏光纤是特种光纤的一类。保偏光纤，即偏振保持光纤，是具有保持所传输光线的线偏振方向的光纤。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、偏振传感等，是一种具有广泛应用价值的特种光纤。

保偏光纤包括几何双折射和应力双折射保偏光纤。几何双折射保偏光纤的实例是椭圆芯子保偏光纤，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层挤压纤芯产生双折射效应。

上述应力双折射保偏光纤中，熊猫型保偏光纤应用最为广泛，其结构包括纤芯、应力层和包层部分，其中纤芯位于包层的中心部分，而两个圆柱状的应力层分布在纤芯的两侧。纤芯一般为锗氟共掺杂的石英玻璃、应力层一般为硼掺杂的石英玻璃、而包层一般为纯石英玻璃材料。由于硼石英具有比纯石英更大的热膨胀性能，所以应力层能够产生压应力作用于纤芯部分，从而产生所述的应力双折射使得保偏光纤具有线偏振保持性能。

光纤陀螺是一种基于光学SAGNAC效应的角速度光纤传感器，它以其全固态、没有转动部件和摩擦部件、寿命长、动态范围大、瞬时启动、结构简单、尺寸小、重量轻等优点，经过20多年的发展，逐步开始取代传统的机械陀螺。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺没有闭锁问题，装配简单，功耗低，可靠性高而且成本低。随着光纤陀螺技术的成熟，其精度可达到惯性级要求，满足卫星姿态控制需要。辐射是影响许多空间应用的最主要的因素。光纤陀螺及其光学器件在辐射环境中是十分可靠的，最大的影响是保偏光纤环的附加损耗。

卫星在空间轨道运行，接受来自空间的各种辐射。包括太阳的电磁辐射及粒子辐射。太阳的电磁辐射包括射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波及无线电波等。粒子辐射主要是来自地球辐射带、太阳宇宙线及银河宇宙线的电子、质子、α粒子、重离子等高能带电粒子辐射。在外层空间，寿命长、功耗低和抗干扰，是对惯性器件的基本要求。

光纤陀螺及其光学器件在辐射环境中相对比较可靠，但是其中保偏光纤环还是最大的影响点。在光纤陀螺表面涂覆抗辐射材料，可以提高其抗辐射性能，但是必然意味着质量的增加。人造卫星对结构重量的要求相当苛刻，因为人造卫星每增加一千克重量，需要发射系统增加几百千克。光纤陀螺辐射影响最主要的部件即为光纤环，解决光纤的抗辐射性能问题，对于光纤陀螺的抗辐射性能提高是非常重要的。

现有保偏光纤由于芯层掺杂较高浓度的Ge，由于Ge取代[SiO4]四面体中的Si从而造成四面体的扭曲，在光纤中产生应力，最终形成缺陷。而且这些杂质原子具有较强的电子亲和力，容易俘获辐照后产生的电荷形成“色心”，色心吸收特定波长的光而导致损耗增加。

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供一种抗辐射保偏光纤，其在1550nm工作波段在一定的辐照剂量下具有较低的附加衰减。