一种几何型保偏聚合物多芯光纤的制作方法

1.本发明属于光通信传输设备，尤其是一种几何型保偏聚合物多芯光纤。


背景技术：

2.保偏光纤(pmf，polarization maintaining optical fiber)是一种特种光纤，通过增加光纤固有双折射性能来克服在传输过程中环境因素对光纤中偏振态的影响，保持光纤中传输的光波的偏振态不变，在光纤通信领域中可提高光传输系统的稳定性和通信容量，在光纤传感系统中可明显降低光路中由偏振耦合引起的误差。保偏光纤一般可分为几何型和应力型两大类。
3.几何型保偏光纤是光纤芯区结构的非圆对称单模光纤，较为常见的是椭圆芯保偏光纤，在光传输中，使两个相互垂直线偏振模的传播常数不相等引起几何双折射效应，几何双折射温度稳定性高。应力型保偏光纤主要利用热膨胀原理在光纤包层中加入掺硼应力区，使光纤芯区在相互垂直方向产生应力差，应力差通过弹光效应转化为折射率差，从而形成光的应力双折射效应，应力型保偏光纤的应力双折射值虽得到了保证，但由于其较高的掺杂浓度和较大的面积导致温度稳定性较低。
4.例如，发明专利申请(申请号为cn201910539234.6)中描述的一种阵列型保偏多芯光纤，采用应力型保偏结构设计，应力区的面积较大，对光纤尺寸的减小形成了限制，无法制备超细径保偏多芯光纤，同时应力型保偏光纤受外界热应力和机械应力的影响，保偏性能受外界影响波动较大；发明专利申请(申请号为cn201910539222.3)中描述的一种保偏多芯光纤，采用的保偏芯层设计包含应力型和几何型，但其几何型采用的是椭圆芯层双折射设计，在双折射产生的机理上未能实现绝对的几何非对称，保偏特性受到一定的限制。
5.因此，如何获得一种可实现较高的双折射，保持较为优异的光纤偏振性能，且具有良好的温度稳定性的多芯光纤成为本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

6.为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种几何型保偏聚合物多芯光纤，以解决背景技术所涉及的问题。
7.本发明提供一种几何型保偏聚合物多芯光纤，包括：光纤包层、截面为矩形或近似为矩形的高双折射保偏芯芯层以及截面为矩形或近似为矩形的低双折射保偏芯芯层；定义分布在光纤中心的一个高双折射保偏芯芯层为中心芯层，在中心芯层短轴方向的两侧对称布设有第二层高双折射保偏芯芯层，在中心芯层长轴方向的两侧对称布设有低双折射保偏芯芯层，且所述低双折射保偏芯芯层的长轴垂直于所述高双折射保偏芯的长轴。
8.优选地或可选地，所述高双折射保偏芯芯层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏二氟乙烯的共聚物。
9.优选地或可选地，所述高双折射保偏芯芯层的相对折射率δn1∈[0.7，0.9]。
[0010]
优选地或可选地，所述低双折射保偏芯芯层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟
乙烯和聚偏二氟乙烯共聚物。
[0011]
优选地或可选地，所述高双折射保偏芯芯层的相对折射率δn2∈[0.5，0.7]。
[0012]
优选地或可选地，所述光纤包层材料为聚偏二氟乙烯；
[0013]
光纤包层直径d3∈[48微米，86微米]。
[0014]
优选地或可选地，所述高双折射保偏芯芯层的短轴长度d1s∈[3微米，7微米]；高双折射保偏芯芯层的长轴长度d1l∈[6微米，28微米]。
[0015]
优选地或可选地，所述中心芯层和第二层高双折射保偏芯芯层的边间距t1∈[3微米，8微米]；
[0016]
第二层高双折射保偏芯芯层与光纤包层的边间距t13∈[10微米，15微米]。
[0017]
优选地或可选地，所述低双折射保偏芯芯层的短轴直径d2s∈[5微米，10微米]；
[0018]
低双折射保偏芯芯层的长轴直径d2l∈[10微米，30微米]。
[0019]
优选地或可选地，所述低双折射保偏芯芯层与高双折射保偏芯芯层的边间距t12∈[4微米，10微米]；
[0020]
低双折射保偏芯芯层与光纤包层的边间距t23∈[15微米，20微米]。
[0021]
本发明涉及一种几何型保偏聚合物多芯光纤，相较于现有技术，具有如下有益效果：
[0022]
1、本发明采用类矩形几何双折射保偏结构设计，保偏性能、温度稳定性得到较大提升；通过增大几何长短轴的变形比例，增强双折射性能。
[0023]
2、中心对称的高双折射几何应力保偏芯层设计，可以实现多芯保偏复用，并优化截面占比，减小包层尺寸；
[0024]
3、在中心高双折射几何应力保偏芯层垂直方向上设计对称低双折射几何应力保偏层，增加低双折射保偏多芯复用能力，增加多层次双折射保偏能力芯层设计选择；不同的双折射性能，可以针对不同传感精度的应用场景进行适配，还可以适配不同相干传输的应用场景的要求，不同芯匹配不同的应用性能要求，增强复合性能。
[0025]
4、中心区域受外界温度应力影响较小，布设高双折射芯层，两侧布设低双折射芯层，低双折射芯层对称分布在高双折射芯层两侧可以进一步提升应力稳定性。
[0026]
5、整体光纤材料采用聚合物设计，无需外层树脂涂敷，简化工艺设计，减小光纤尺寸，增强保偏光纤柔性；
[0027]
6、结构设计简单，方便工艺实现，提升产品批次一致性。
附图说明
[0028]
图1是本发明中多芯光纤的结构参数设计分布图。
[0029]
图2是本发明中多芯光纤的x坐标轴折射率分布示意图。
[0030]
图3是本发明中多芯光纤的y坐标轴折射率分布示意图。
[0031]
附图标记为：1、高双折射保偏芯芯层；2、低双折射保偏芯芯层；3、光纤包层。
具体实施方式
[0032]
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以
实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0033]
参阅附图1，一种几何型保偏聚合物多芯光纤，包括：光纤包层3、截面为矩形或近似为矩形的高双折射保偏芯芯层1以及截面为矩形或近似为矩形的低双折射保偏芯芯层2；定义分布在光纤中心的一个高双折射保偏芯芯层1为中心芯层，在中心芯层短轴方向的两侧对称布设有第二层高双折射保偏芯芯层1，在中心芯层长轴方向的两侧对称布设有低双折射保偏芯芯层2，且所述低双折射保偏芯芯层2的长轴垂直于所述高双折射保偏芯的长轴。也就是说，所述低双折射保偏芯芯层2与高双折射保偏芯芯层1所在方位y坐标轴垂直方位的x坐标轴上。如此设计，中心区域受外界温度应力影响较小，布设高双折射芯层，两侧布设低双折射芯层，低双折射芯层对称分布在高双折射芯层两侧可以进一步提升应力稳定性。
[0034]
在进一步实施例中，所述高双折射保偏芯芯层1的材料为聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏二氟乙烯的共聚物，通过不同比例混合，形成芯层不同的折射率。所述低双折射保偏芯芯层2的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯共聚物，通过不同比例混合，形成芯层不同的折射率，所述光纤包层3材料为聚偏二氟乙烯，光纤包层3直径d3∈[48微米，86微米]。
[0035]
通过调整几何对称比例实现低双折射性能保偏芯层，具体地，参阅附图2，所述高双折射保偏芯芯层1的短轴长度d1s∈[3微米，7微米]；高双折射保偏芯芯层1的长轴长度d1l∈[6微米，28微米]；通过对长短轴的尺寸进行设计，确保单模传输；通过控制长短轴的比例，确保双折射的高低分布，尺寸太小影响光斑耦合，尺寸太大造成多模模式。所述高双折射保偏芯芯层1相对折射率δn1∈[0.7，0.9]；所述中心芯层和第二层高双折射保偏芯芯层1的边间距t1∈[3微米，8微米]，边间距主要是防止芯间的串扰，太小容易串扰，太大会造成整体尺寸过大、柔性降低。第二层高双折射保偏芯芯层1与光纤包层3的边间距t13∈[10微米，15微米]。其中，光纤芯层相对折射率δn1由以下公式定义：其中，n1为高双折射保偏芯芯层1的折射率，n3为光纤包层3的折射率。
[0036]
参阅附图3，所述低双折射保偏芯芯层2的短轴直径d2s∈[5微米，10微米]；低双折射保偏芯芯层2的长轴直径d2l∈[10微米，30微米]；所述高双折射保偏芯芯层1的相对折射率δn2∈[0.5，0.7]；所述低双折射保偏芯芯层2与高双折射保偏芯芯层1的边间距t12∈[4微米，10微米]；低双折射保偏芯芯层2与光纤包层3的边间距t23∈[15微米，20微米]。其中，光纤芯层3相对折射率δn1由以下公式定义：光纤芯层3相对折射率δn1由以下公式定义：其中，n2为低双折射保偏芯芯层2的折射率，n3为光纤包层3的折射率。
[0037]
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0038]
实施例1至8
[0039]
实施例1至8中的结构具体参阅上文，在此不做具体介绍。其中，所述高双折射保偏芯芯层的短轴长度d1s、长轴长度d1l、相对折射率δn1；所述中心芯层和第二层高双折射保偏芯芯层的边间距t1、第二层高双折射保偏芯芯层与光纤包层的边间距t13；所述低双折射保偏芯芯层的短轴直径d2s、长轴直径、相对折射率；所述低双折射保偏芯芯层与高双折射
保偏芯芯层的边间距t12、低双折射保偏芯芯层与光纤包层的边间距t23的具体参数参见表1、表2。
[0040]
表1：实施例1至8中多芯光纤设计几何参数
[0041][0042]
表2：实施例1至8中多芯光纤设计光学参数
[0043][0044]
检测例
[0045]
针对实施例1至8中的多芯光纤，分别对高双折射保偏芯芯层和低双折射保偏芯芯层的850nm偏振串音、650nm偏振串音、650nm拍长性能参数、850nm偏振串音在-65℃～+95℃全温条件下最大变动值和650nm拍长在-65℃～+95℃全温条件下最大变动值的进行检测。
[0046]
表3：实施例1至8的多芯光纤中高双折射保偏芯芯层性能参数
[0047][0048]
表4：实施例1至8的多芯光纤中低双折射保偏芯芯层性能参数
[0049][0050]
讨论
[0051]
实施例1至实施例8，为8根不同几何参数结构和不同的光学参数设计的多芯光纤产品，其中，多芯光纤中高双折射保偏芯芯层的650nm拍长的参数范围为1.2-2.2.mm，具有高双折射性能；多芯光纤中低双折射保偏芯芯层的650nm拍长的参数范围为4.2-6.5mm，双折射性能相对较低，增加低双折射保偏多芯复用能力；多芯光纤中高双折射保偏芯芯层的偏振串音在850nm和650nm均可以保持在-28db@1km以内较优水平，多芯光纤中低双折射保偏芯芯层的偏振串音在850nm和650nm均可以保持在-18db@1km以内较优水平，同时在-65℃～+90℃低温、高温的环境条件下，能够保持光纤的双折射性能。能够满足650-850nm短波长多窗口、不同应用领域中对保偏光纤的性能设计的要求。
[0052]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：
1.一种几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，包括：光纤包层、截面为矩形或近似为矩形的高双折射保偏芯芯层以及截面为矩形或近似为矩形的低双折射保偏芯芯层；定义分布在光纤中心的一个高双折射保偏芯芯层为中心芯层，在中心芯层短轴方向的两侧对称布设有第二层高双折射保偏芯芯层，在中心芯层长轴方向的两侧对称布设有低双折射保偏芯芯层，且所述低双折射保偏芯芯层的长轴垂直于所述高双折射保偏芯的长轴。2.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述高双折射保偏芯芯层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏二氟乙烯的共聚物。3.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述低双折射保偏芯芯层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯共聚物。4.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述高双折射保偏芯芯层的相对折射率δn1∈[0.7，0.9]；所述高双折射保偏芯芯层的相对折射率δn2∈[0.5，0.7]。5.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述光纤包层材料为聚偏二氟乙烯；光纤包层直径d3∈[48微米，86微米]。6.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述高双折射保偏芯芯层的短轴长度d1s∈[3微米，7微米]；高双折射保偏芯芯层的长轴长度d1l∈[6微米，28微米]。7.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述中心芯层和第二层高双折射保偏芯芯层的边间距t1∈[3微米，8微米]；第二层高双折射保偏芯芯层与光纤包层的边间距t13∈[10微米，15微米]。8.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述低双折射保偏芯芯层的短轴直径d2s∈[5微米，10微米]；低双折射保偏芯芯层的长轴直径d2l∈[10微米，30微米]。9.根据权利要求1所述的几何型保偏聚合物多芯光纤，其特征在于，所述低双折射保偏芯芯层与高双折射保偏芯芯层的边间距t12∈[4微米，10微米]；低双折射保偏芯芯层与光纤包层的边间距t23∈[15微米，20微米]。

技术总结
本发明公开了一种几何型保偏聚合物多芯光纤，属于光通信传输设备。包括光纤包层、截面为矩形或近似为矩形的高双折射保偏芯芯层以及截面为矩形或近似为矩形的低双折射保偏芯芯层；定义分布在光纤中心的一个高双折射保偏芯芯层为中心芯层，在中心芯层短轴方向的两侧对称布设有第二层高双折射保偏芯芯层，在中心芯层长轴方向的两侧对称布设有低双折射保偏芯芯层，且所述低双折射保偏芯芯层的长轴垂直于所述高双折射保偏芯的长轴。本发明采用类矩形几何双折射保偏结构设计，保偏性能、温度稳定性得到较大提升。定性得到较大提升。定性得到较大提升。


技术研发人员：涂峰 李鑫鑫 梁伟 朱志远 潘权子 张广北 朱筱冉 沈建鑫 向德成
受保护的技术使用者：远东通讯有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/20