本發(fā)明涉及一種光纖預制棒，尤其是涉及一種非對稱應力結(jié)構(gòu)分布的對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，屬于光纖技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

保偏光纖，即偏振保持光纖，用于傳輸線偏振光，廣泛用于航天、航空、航海、工業(yè)制造技術(shù)及通信等國民經(jīng)濟的各個領域，在以光學相干檢測為基礎的干涉型光纖傳感器中，使用保偏光纖能夠保證線偏振方向不變，提高相干信噪比，以實現(xiàn)對物理量的高精度測量；保偏光纖作為一種特種光纖，主要應用于光纖電流互感器，光纖陀螺，光纖水聽器等傳感器和DWDM、EDFA等光纖通信系統(tǒng)，是一種具有廣泛應用價值的特種光纖類型。應力雙折射保偏光纖主要有領結(jié)型保偏光纖、熊貓型保偏光纖和橢圓包層型保偏光纖三種。其中，熊貓型保偏光纖應用得最為廣泛，其結(jié)構(gòu)包括纖芯、應力區(qū)和包層部分，其纖芯位于包層的中心部分，而兩個圓柱狀的應力區(qū)分布在纖芯的兩側(cè)，從而產(chǎn)生所謂的應力雙折射使得保偏光纖具有線偏振保持性能。在設計上，主要靠改變兩個對稱的圓柱應力區(qū)的結(jié)構(gòu)和應力摻雜來對保偏光纖的雙折射性能進行調(diào)節(jié)。

在中國專利201410597698.X中描述了一種熊貓保偏光纖預制棒的制作方法，使用組裝預制件外噴的方法制備熊貓保偏光纖預制棒，但未涉及其他結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計。在中國專利201310658276.4中描述了一種保偏光纖預制棒的制造裝置和制造方法，使用設計裝置對預制件進行組裝固定，同樣采用外噴的方法制備熊貓保偏光纖預制棒，但未涉及其他結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計。在中國專利201510017430.9中描述了一種保偏光纖的制造方法，但僅對領結(jié)型保偏光纖的結(jié)構(gòu)設計進行了描述，同時采用了非圓組裝結(jié)構(gòu)進行拼裝，有比較大的間隙，未對涂料的溫度性能進行描述。在中國專利200410012671.6中描述了一種保偏光纖的制造方法，主要描述的是一種熊貓型保偏光纖預制棒的拼裝方法，采用了方形的芯設計，在圓形和方形接合面較難保持應力結(jié)構(gòu)設計；同時也沒有描述更多結(jié)構(gòu)設計的應力型保偏光纖。在中國專利200810197408.7中描述了一種保偏光纖大規(guī)格組合光纖預制棒及其制造方法，針對的是熊貓應力型保偏光纖的預制棒設計，僅在棒芯的兩側(cè)打兩個對稱孔，并且所使用的應力區(qū)的結(jié)構(gòu)均為圓形，未描述更多靈活多變的應力結(jié)構(gòu)設計的應力型保偏光纖預制棒，無法延伸至更廣的產(chǎn)品設計。在中國專利200810197409.1中描述了一種保偏光纖的制造方法，僅針對雙對稱孔結(jié)構(gòu)設計的熊貓型保偏光纖預制棒的外周面的修除部分包層的制造方法，以優(yōu)化光纖的性能，未對更多應力結(jié)構(gòu)的預制棒本身的結(jié)構(gòu)進行更深入的設計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于擴展上述應力型保偏光纖預制棒的結(jié)構(gòu)設計，設計一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，實現(xiàn)復雜應力設計的保偏光纖性能要求。能夠提高應力型保偏光纖的設計效率和實現(xiàn)手段，為高雙折射、高溫度穩(wěn)定性等特殊性能要求的應力型保偏光纖的制備提供設計支撐。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，所述預制棒包含有中心為棒芯區(qū)的對稱打孔母棒；在棒芯區(qū)外圍，使用激光、超聲、機械等加工方式，形成了預制孔結(jié)構(gòu)；所述預制孔以棒芯為圓心對稱設置；所述預制棒還包含獨立預制的填充應力棒，填充應力棒按設計要求插入上述打孔母棒的預制孔中，形成非完全對稱結(jié)構(gòu)的應力設計分布，實現(xiàn)應力型保偏光纖預制棒結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，所述棒芯的直徑D1∈[1mm，8mm]、母棒的直徑D2∈[30mm，60mm]、預制孔的數(shù)量n3∈[2，12]、預制孔的直徑D3∈[6mm，20mm]、預制孔與棒芯的圓心距D31∈[4mm，25mm]。

本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，所述填充應力棒是獨立預制成型，填充應力棒的直徑D4∈[5.5mm，19.5mm]，填充應力棒的應力區(qū)結(jié)構(gòu)為無應力、圓形、扇形、梯形、方形等幾種。

本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，所述填充應力棒的應力區(qū)結(jié)構(gòu)截面積占填充應力棒整體截面積的比例r54∈[30%，90%]。

本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，所述對稱孔結(jié)構(gòu)預制棒芯相對折射率△1∈[0.6%，1.2%]；填充應力棒的非應力區(qū)相對折射率△6∈[0.1%，0.5%]；填充應力棒的應力區(qū)相對折射率△5∈[-1.2%，0.1%]。

本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，所述填充應力棒按設計要求，非完全對稱插入對稱打孔母棒的預制孔中，形成應力型保偏光纖預制棒結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、對稱打孔母棒與填充應力棒獨立分開制備，提高了應力型保偏光纖預制棒設計的靈活性，也有利于批量生產(chǎn)的分工序生產(chǎn)控制，提高生產(chǎn)效率和過程質(zhì)量管控；

2、對稱打孔母棒采用對稱的預制孔結(jié)構(gòu)設計，預制孔的數(shù)量可多達12個，方便應力雙折射的結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)超低雙折射與超高雙折射的兼容要求；

3、填充應力棒采用無應力、圓形、扇形、梯形、方形等多種應力區(qū)形狀結(jié)構(gòu)設計，使得在理論設計應力雙折射時，有最大的設計參考空間范圍，并在量產(chǎn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)分工序量產(chǎn)，根據(jù)不同應用領域，可以進行任意設計的組合，實現(xiàn)應力雙折射結(jié)構(gòu)多樣靈活的要求；

4、對稱打孔母棒和填充應力棒的各自獨立的精準幾何、材料的結(jié)構(gòu)設計與制造控制，使得光纖的一致性、批次穩(wěn)定性能夠得到最佳的保障。

本發(fā)明對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，在對稱孔結(jié)構(gòu)中，非完全對稱地插入不同應力結(jié)構(gòu)設計的填充應力棒，組合成應力型保偏光纖預制棒的結(jié)構(gòu)設計，更加靈活地實現(xiàn)應力雙折射結(jié)構(gòu)設計。

該對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活多變的應力雙折射結(jié)構(gòu)設計，將對稱孔打孔棒與插入填充應力棒進行多種匹配，以實現(xiàn)復雜應力設計的保偏光纖性能要求。能夠提高應力型保偏光纖的設計效率和實現(xiàn)手段，為高雙折射、高溫度穩(wěn)定性等特殊性能要求的應力型保偏光纖的制備提供設計支撐。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的4孔對稱打孔母棒的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的6孔對稱打孔母棒的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖3為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的8孔對稱打孔母棒的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖4為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的填充應力棒的各種應力區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的4孔非完全對稱填充圓形應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒和無應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒組合而成的應力型保偏預制棒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的4孔非完全對稱填充扇形應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒和無應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒組合而成的應力型保偏預制棒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的6孔非完全對稱填充扇形應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒和無應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒組合而成的應力型保偏預制棒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明一種對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒的6孔非完全對稱填充扇形應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒、梯形應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒和無應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒組合而成的應力型保偏預制棒結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

棒芯101、對稱打孔母棒102、預制孔103、填充應力棒104、應力區(qū)105、非應力區(qū)106。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實驗數(shù)據(jù)對本專利的對稱孔結(jié)構(gòu)應力型保偏光纖預制棒進行詳細說明：

本發(fā)明實施例1：

4孔非完全對稱填充圓形應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒和無應力區(qū)結(jié)構(gòu)的填充應力棒的應力型保偏預制棒（具體參見圖1,4,5）。包括：

對稱孔結(jié)構(gòu)預制棒，通過超聲、機械、激光等加工方式，制備而得4孔對稱打孔母棒，母棒具體參數(shù)為：預制孔103的數(shù)量n為4；預制孔103的直徑D3為13.2mm；預制孔103與棒芯101的圓心距D31為8mm；棒芯101直徑D1為2.84mm；母棒102直徑D2為40.5mm；填充應力棒104的直徑D4為12.8mm；填充應力棒的應力區(qū)105結(jié)構(gòu)為無應力和圓形兩種；填充應力棒的應力區(qū)105結(jié)構(gòu)截面積占填充應力棒整體截面積的比例r54為85%；

同時，上述棒芯101與純石英材料的相對折射率差△1為0.85%；純石英材料折射率n2=1.457

；

填充應力棒的非應力區(qū)106相對折射率△6為0.13%；填充應力棒的應力區(qū)圓形結(jié)構(gòu)105相對折射率△5為-0.9%。無應力和圓形兩種填充應力棒采用交叉對稱插入對稱打孔棒的設計，組裝成4孔非完全對稱應力結(jié)構(gòu)設計應力型保偏光纖預制棒結(jié)構(gòu)，再通過拉絲塔拉制成應力型保偏光纖。

采用以上設計結(jié)構(gòu)參數(shù)和制備工藝制備出的應力型保偏光纖是一種熊貓型保偏光纖的結(jié)構(gòu)，其實現(xiàn)的主要雙折射性能如下：

偏振串音：在1550nm工作波長達到-29.8dB/km；

拍長：在1550nm工作波長達到2.457mm。

實施例2～6：

采用實施例1所描述的制備過程和工藝流程，通過改變對稱打孔棒和填充應力棒的結(jié)構(gòu)設計，制得如下5種實施例的應力型保偏光纖產(chǎn)品，其設計結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)的雙折射性能參數(shù)如下表1所述：

表1：

表1為實施例2～6，五根不同對稱打孔棒和填充應力棒的結(jié)構(gòu)設計的本發(fā)明應力型保偏光預制棒結(jié)構(gòu)，預制棒的幾何結(jié)構(gòu)和各區(qū)域的折射率大小不同，5根預制棒，采用同樣的拉制工藝拉絲制成應力型保偏光纖。結(jié)果表明5根光纖的模式雙折射的調(diào)節(jié)范圍為0.8×10^-4～6.4×10^-4之間的較寬的范圍，導致光纖的拍長的調(diào)節(jié)范圍達到1.86mm～8.62mm。在如此大的應力型保偏光纖雙折射的調(diào)節(jié)范圍的結(jié)構(gòu)設計下，光纖的偏振串音可以保持在-30dB/km的較高的水平，能夠滿足多種不同應用領域中對應力型保偏光纖的性能設計的要求。

另外：需要注意的是，上述具體實施方式僅為本專利的一個優(yōu)化方案，本領域的技術(shù)人員根據(jù)上述構(gòu)思所做的任何改動或改進，均在本專利的保護范圍之內(nèi)。