[發明專利]9芯結構的細徑保偏光子帶隙光纖及制備方法

有效

• 申請號: 201911156955.5
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110927861B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 廖梅松;蔡宏波;于飛;吳達坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/024
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種9芯結構的細徑保偏光子帶隙光纖及制備方法，采取抽掉纖芯9芯而不是傳統的7芯、19芯或者37芯結構的預制棒制備方法，從而得到9芯空芯光子帶隙光纖。同時，本發明通過增大光纖占空比、減少包層空氣孔層數以及選擇合適的包層周期大小，在減小裸光纖外徑的前提下還能夠實現保偏和低損耗的性能，該光纖具有極強的抗彎曲能力，為提高光纖陀螺儀等傳感器件的精度以及實現器件小型化的發展具有重要意義。

技術領域

本發明涉及光纖，特別是一種9芯結構的細徑保偏光子帶隙光纖及制備方法。

背景技術

空芯光子帶隙光纖是一種由于帶隙效應，將光場限制在光纖的空芯區域軸向傳播的特種光纖，它由空氣缺陷孔和周期分布的空氣孔形成。空芯光子帶隙光纖一般是由純石英管制成，通過改變空氣孔的排列方式和周期大小可以控制光的傳播帶寬。空芯光子帶隙光纖特殊的結構和傳光方式使其具有許多獨特的優點：

1)對溫度、電磁場、空間輻射等環境因素的敏感度低；

2)散射低、損耗小、傳輸參數穩定、對彎曲不敏感；

3)光在空氣中傳播，所以非線性效應很低。

目前來看，空芯光子帶隙光纖的這些優異特性，對光纖陀螺儀的研究意義重大。光纖陀螺儀需要在復雜的環境下應用，因此需要有極強的環境適應性，而空芯光子帶隙光纖恰好具有這個優勢，這也是目前傳統“熊貓型”保偏光纖不具有的性能。

光纖陀螺儀是基于薩格納克效應的旋轉角速度傳感器。光纖陀螺儀的靈敏度與光纖環的直徑、長度和環境穩定性有關，而光纖是光纖環的核心部件。普通石英光纖受環境變化影響大，會使光纖陀螺儀的零位漂移以及信號衰弱，如果以保偏光子帶隙光纖作為光纖環，則能夠克服這一問題，從而減小零位漂移以及信號衰弱等現象。保偏光子帶隙光纖的研制對于光纖陀螺儀精度的提高的有重大的意義。目前商用的光子帶隙光纖的裸纖外徑在120μm以上，比普通石英保偏光纖的80μm大50％，這會導致繞在光纖環上的圈數減少，對提高光纖陀螺儀的精度以及器件小型化發展不利。因此具有保偏作用的細徑光子帶隙光纖的研制具有巨大市場，但是其制作難度更為復雜困難，限制了其商用推廣。

體積小是光纖陀螺儀的一個優勢。但要同時滿足光纖陀螺儀小體積以及高靈敏度的優勢，則所需要的光纖應滿足以下性能：1)光纖的直徑要小，這樣可以在較小的空間內繞更多圈數來獲得長的光路，提高測量的精度；2)光纖對彎曲敏感度較低，降低因光纖彎曲造成光功率的損失，同時繞制到光纖環上時能夠得到更小的體積。而本發明所提出的細徑保偏光子帶隙光纖剛好能同時滿足以上兩個性能。

拉制保偏光子帶隙光纖的方法主要有以下幾種：一是以改變纖芯壁厚，引入不對稱來實現保偏效果，但是該方法制作的預制棒難度極大，且拉制光纖時，參數控制需要控制相當精確；另一種是通過人為使溫度以及氣壓不均勻使纖芯變為橢圓形，但是這種方法制作的光纖具有不可控性，且光纖包層結構會不均勻，致使損耗變大；最后一種則是通過設計使光纖纖芯結構不對稱，引入雙折射來實現保偏作用，該方式是目前較為可行的方案。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種9芯結構的細徑保偏光子帶隙光纖及制備方法，該保偏光子帶隙光纖通過增大光纖占空比、減少包層空氣孔層數以及選擇合適的包層周期大小，在減小裸光纖外徑的前提下還能夠實現保偏和低損耗的性能，該光纖具有極強的抗彎曲能力，為提高光纖陀螺儀等傳感器件的精度以及實現器件小型化的發展具有重要意義。

本發明的技術解決方案如下：

一種9芯結構的細徑保偏空芯光子帶隙光纖，包括石英毛細管、石英毛細棒以及石英外套管；其特點在于：所述的石英毛細管采用六邊形堆積的方法，形成空芯結構、自該空芯結構至外依次是僅有4層石英毛細管的包層、石英區域、第一石英外套管和第二石英外套管的帶隙光纖，所述的空芯結構為抽取9芯類橢圓結構。

所述的石英區域、第一石英外套管和第二石英外套管的包層區域占總光纖區域面積的0.6。