[发明专利]一种偏心光纤堆栈制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种偏心光纤堆栈制备方法及装置，属于偏心光纤制备领域，包括：形成第一堆栈体并嵌套入一预设厚度的外套管中，第一堆栈体包含若干根第一毛细棒，于第一堆栈体和外套管之间填充若干不同直径的第二支撑毛细棒，形成第二堆栈体；采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换第二堆栈体中非中心位置处的第一毛细棒或第二支撑毛细棒，形成光纤预制棒；对光纤预制棒进行光纤拉丝，并于光纤拉丝过程中主动精密控制气体压力以形成偏心光纤。本发明的有益效果在于：利用高折射率的毛细棒替换非中心位置处的原本低折射率的毛细棒，无需进行打孔；通过堆栈法灵活调整纤芯的位置，同时调整外套管的壁厚以控制纤芯与光纤表面的距离。

技术领域

本发明涉及偏心光纤制备领域，尤其涉及一种偏心光纤堆栈制备方法及 装置。

背景技术

偏心光纤(Excentric Core Fiber，ECF)的纤芯偏离光纤的中心且接近外 包层，纤芯与外包层呈非对称结构。偏心光纤具有良好的偏振保持特性和非 零截止特性，同时由于纤芯靠近光纤的外表面，导致光纤中部分光在发生全 反射时，不能完全反射回光纤纤芯，而是会逸出包层在表面传播(称此为倏 逝波，Evanescent Wave)。由于偏心光纤的特殊结构，其倏逝波在包层外部 的强度非常高；当光纤的表面附着其他物质时，物质与倏逝波开始发生相互 作用，导致光纤的传输信号由于传输损耗以及后向散射光发生改变。利用这一现象可以用于检测物质的光纤传感器，称为偏心光纤传感器；同时偏心光 纤与光时域反射计(optical time-domain reflectometer，OTDR)的测试法组合在 一起时，可以作一种新型分布式传感器应用于较长距离的传感场景，如隧道、 管廊内的危险气体检测等。

目前，传统的偏心光纤制备中，通常是在石英棒中钻出偏心的孔，再插 入高折射率芯棒以实现预制棒的制备。这种光纤制备难度较大，石英玻璃通 常是通过高温熔融后再急速冷却形成的，这一过程会导致石英玻璃中残留应 力，通过低温退火的方式无法完美均匀释放应力，这意味着打孔过程中可能 引发石英玻璃的局部爆裂；石英玻璃棒打孔利用钻头实现，过长的钻头在高 速旋转下会引起钻头顶部以固定端为中心方位角的低频振荡，导致在打孔过 程中钻头逐渐发生偏移，从而无法保证所有的孔洞均与石英玻璃棒外表面平行；由于钻头的长度有限，使得制备得到的光纤预制棒的长度也有限，无法 满足光纤大量生产的需要，虽然从石英玻璃棒的两端同时打孔可使孔洞长度 翻倍(钻头长度的2倍)，但是同样无法保证孔洞与石英玻璃棒外表面是否 平行，以及两边孔洞是否能够同轴对齐，制备难度大，且光纤的长度仅在10～ 20厘米的量级，因此针对以上问题，迫切需要研究一种偏心光纤堆栈制备方 法及装置，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种偏心光纤堆栈制备方法及装 置，采用堆栈法使得灵活调整纤芯的位置，同时能够精确地控制纤芯与光纤 表面的距离，确保能够轻松实现米量级长度的光纤预制棒生产和偏心光纤公 里量级的工业化生产。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

本发明提供一种偏心光纤堆栈制备方法，包括：

步骤S1，形成一第一堆栈体，所述第一堆栈体包含若干根第一毛细棒；

步骤S2，将所述第一堆栈体嵌套入一预设厚度的外套管中，并于所述第 一堆栈体的外围和所述外套管之间的间隙中填充若干不同直径的第二支撑毛 细棒，形成一第二堆栈体；

步骤S3，采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换所述第二堆栈 体中非中心位置处的第一毛细棒或第二支撑毛细棒，形成光纤预制棒；

步骤S4，对所述光纤预制棒进行光纤拉丝，并于光纤拉丝过程中主动精 密控制所述第二堆栈体中各处的气体压力，以形成一偏心光纤，所述偏心光 纤包括由一根或多根位于非中心位置处的第三毛细棒经光纤拉丝过程得到的 纤芯，由若干根第一毛细棒和若干第二支撑毛细棒经光纤拉丝过程和负压控 制后消除间隙得到的实心包层。