專利名稱：保偏光纖的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保偏光纖的制造方法。特別涉及一種制造熊貓型保偏光纖的方法。應(yīng)用本制造方法可制造工作于各種波長(zhǎng)的保偏光纖和單模單偏振光纖。
背景技術(shù)：
保偏光纖是特種光纖的一類。保偏光纖，即偏振保持光纖，是具有保持所傳輸光線的線偏振方向的一類光纖。保偏光纖可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如復(fù)用相干通信，光纖陀螺儀，光纖水聽器，偏振傳感等。保偏光纖是一種具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的特種光纖類型。
在普通通信光纖中，由于其圓對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，入射的線偏振光線在經(jīng)過一定距離的傳輸后，由于不同偏振模式的耦合，能量交換，會(huì)成為橢圓或圓偏振光而無法保持線偏振態(tài)。而當(dāng)一線偏振光被耦合進(jìn)入保偏光纖時(shí)，如果線偏振光的偏振方向和保偏光纖的偏振主軸重合，則線偏振光可以在傳輸過程中保持其線偏振方向直至離開保偏光纖。引起光纖雙折射現(xiàn)象的原因很多，各種幾何和應(yīng)力的不均勻性均會(huì)引入雙折射。保偏光纖產(chǎn)品也包括幾何雙折射和應(yīng)力雙折射保偏光纖。幾何雙折射的實(shí)例是橢圓芯子保偏光纖，這種保偏光纖的纖芯是橢圓形的，利用這種幾何的不對(duì)稱性產(chǎn)生雙折射效應(yīng)。應(yīng)力雙折射的保偏光纖主要有蝶結(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。這類光纖的特點(diǎn)是在光纖的包層中引入具有高膨脹系數(shù)的應(yīng)力區(qū)擠壓纖芯產(chǎn)生雙折射效應(yīng)。保偏光纖的一個(gè)特例是單模單偏振光纖。
上述各類保偏光纖中，橢圓芯子保偏光纖由于其芯子為橢圓形，在和其他光纖的耦合上存在較大的問題，會(huì)造成較大的熔接衰耗。蝶結(jié)型保偏光纖和橢圓包層型保偏光纖目前大都采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)制造，由于這類光纖一般包括外包層，應(yīng)力層，內(nèi)包層和芯層，而且所有的結(jié)構(gòu)都一次沉積，同時(shí)熔縮成形。制造過程中需要控制應(yīng)力區(qū)的形狀，同時(shí)保持內(nèi)包層和纖芯的的圓度和同心度，因此制造過程復(fù)雜，成品率較低。
熊貓型保偏光纖在市場(chǎng)上具有領(lǐng)先的地位，這和熊貓型保偏光纖具有雙折射效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造效率高，制造方法靈活的特點(diǎn)有關(guān)。熊貓型保偏光纖的制造工藝一般為組合法。即首先沉積制造芯棒，應(yīng)力棒；然后對(duì)芯棒外包得到包含芯棒的光纖預(yù)制棒；然后在預(yù)制棒上芯棒兩側(cè)對(duì)稱部位打出兩個(gè)孔并將應(yīng)力棒插入孔中形成組合棒。使用組合棒拉絲即得到熊貓型保偏光纖。這種對(duì)預(yù)制棒打孔制造熊貓型保偏光纖的方法存在以下缺點(diǎn)。首先，由于打孔預(yù)制棒包含芯棒，在芯包界面上存在一定的殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力在打孔過程中極易造成加工的大預(yù)制棒破裂，加工的成功率較低。第二，對(duì)保偏光纖而言，應(yīng)力區(qū)的位置非常重要。對(duì)打孔工藝而言，由于需要打出兩個(gè)分離的圓孔，必須移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)工件，這種移動(dòng)過程會(huì)帶來定位一致性問題，降低孔的對(duì)稱性，最后降低保偏光纖的性能。第三，適應(yīng)性差。使用打孔工藝，基本上只能打出兩個(gè)圓孔，而且孔的位置必須離開芯層一定的位置，否則容易導(dǎo)致工件破裂。第四，后續(xù)加工困難。由于打孔工藝的組合棒包括三根獨(dú)立的預(yù)制棒，而且組合棒的外經(jīng)較大，這種預(yù)制棒的拉錐(光纖在拉絲前需要在預(yù)制棒端部拉出一個(gè)圓錐形，方可拉絲)，接延長(zhǎng)棒都相當(dāng)困難，而且容易在拉絲過程中夾雜氣泡，氣線等缺陷，破壞保偏光纖的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種工藝性能和產(chǎn)品質(zhì)量好、制造精度高與成品率高、加工適應(yīng)性強(qiáng)、且適于進(jìn)行批量生產(chǎn)的保偏光纖制造方法。該制造方法能夠有效地提高熊貓型保偏光纖的制造效率和產(chǎn)品性能，同時(shí)也可以用于制造其它類型的保偏光纖。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案如下用沉積法沉積制造芯棒和應(yīng)力棒，芯棒和應(yīng)力棒上均預(yù)留有包層，對(duì)芯棒和應(yīng)力棒相配接的對(duì)應(yīng)側(cè)面分別進(jìn)行機(jī)械加工，使它們配接的對(duì)應(yīng)側(cè)面相貼合，且芯棒和應(yīng)力棒的間距達(dá)到設(shè)計(jì)要求，芯棒和應(yīng)力棒的橫向截面均為等截面，取純石英玻璃套管，對(duì)其內(nèi)孔進(jìn)行機(jī)械加工，使機(jī)械加工后的純石英玻璃套管內(nèi)孔截面與芯棒和應(yīng)力棒所組合的截面相吻合，將已加工的芯棒和應(yīng)力棒置入純石英玻璃套管內(nèi)孔，使芯棒和應(yīng)力棒的外周面與純石英玻璃套管內(nèi)孔緊密結(jié)合，構(gòu)成保偏光纖預(yù)制棒，最后用常規(guī)加工方法，將保偏光纖預(yù)制棒拉錐，清洗，拉絲成纖。
按上述方案，在保偏光纖預(yù)制棒拉錐之前，可對(duì)保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行熔縮處理，再將熔縮后的保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉伸處理。
按上述方案，所述的沉積法為等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)，也可以使用化學(xué)氣相沉積法(MCVD)，外部氣相沉積法(OVD)和軸向沉積(VAD)等方法。
按上述方案，所述的機(jī)械加工包括切削、切割和磨削，在芯棒、應(yīng)力棒和純石英玻璃套管磨削后對(duì)磨削面可進(jìn)行拋光和研磨。也可對(duì)芯棒、應(yīng)力棒和純石英玻璃套管進(jìn)行腐蝕處理。
按上述方案，加工后的純石英玻璃套管內(nèi)孔截面可為腰圓形，或三圓并列相連形，或十字腰圓形，或矩形，與芯棒和應(yīng)力棒所組合配接的截面相吻合。
本發(fā)明使用套管內(nèi)壁機(jī)械加工成形的方法制造熊貓型保偏光纖，具有以下的優(yōu)點(diǎn)第一，加工應(yīng)力小，可靠性高。本發(fā)明使用機(jī)械成形加工純石英的套管部分。由于套管為純石英結(jié)構(gòu)，殘余應(yīng)力極小，適合使用機(jī)械方法加工成形。機(jī)械加工完全可以達(dá)到和滿足設(shè)計(jì)要求，加工出結(jié)構(gòu)完整的套管內(nèi)孔形狀。
第二，加工精度高，借助加工機(jī)床的精度，使芯棒、應(yīng)力棒和純石英玻璃套管加工的幾何形狀和精度控制良好，從而提高保偏光纖的性能。機(jī)械加工比較于預(yù)制棒直接沉積的優(yōu)點(diǎn)之一在于可以精確控制加工工件的幾何形狀和尺寸。一般而言，玻璃拉伸和熔縮過程可以控制的精度在毫米量級(jí)，因此無論芯棒和套管都有毫米量級(jí)的不均勻性存在。而機(jī)械加工的精度可以達(dá)到0.03毫米數(shù)量級(jí)。因此使用機(jī)械加工方法可以精確控制玻璃套管、芯棒和應(yīng)力棒的幾何形狀，靈活調(diào)節(jié)應(yīng)力區(qū)大小，以及應(yīng)力區(qū)和纖芯的距離以制造符合設(shè)計(jì)性能的保偏光纖。使用本發(fā)明工藝方法，可以將幾何精度控制在0.05mm以下，同時(shí)由于是純石英套管內(nèi)壁成形，可以一次成形，保證機(jī)械加工的精度。比較于預(yù)制棒打孔方法需要移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)工件的過程，可以提高加工精度一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此產(chǎn)品加工質(zhì)量好。
第三，純石英玻璃套管采用一孔成型方式，使玻璃套管的加工工藝性能得到良好的改善，以便于機(jī)械加工的實(shí)施和對(duì)形狀、精度的控制，不僅有利于制造不同結(jié)構(gòu)特征的保偏光纖，而且也大大提高了保偏光纖加工的成品率，便于保偏光纖的批量生產(chǎn)。
第四，可以同時(shí)滿足保偏光纖和單偏振光纖的制造過程。通過改變應(yīng)力區(qū)的大小和相對(duì)位置，本發(fā)明同樣可以制造單偏振光纖。本發(fā)明也可以用于蝶結(jié)型，橢圓包層型，十字型等保偏光纖的制造。
第五，應(yīng)用組合棒熔縮、拉伸工藝將組合的保偏光纖預(yù)制棒熔縮成一根結(jié)構(gòu)完整的保偏光纖預(yù)制棒，這樣可以優(yōu)化預(yù)制棒的幾何形狀、結(jié)構(gòu)和均勻特性，使得熊貓型保偏光纖的幾何、強(qiáng)度和光學(xué)性能都得到很大的改進(jìn)，顯著提高光纖的性能并簡(jiǎn)化光纖制造的后續(xù)工藝，促成拉絲過程優(yōu)化，有效地提高保偏光纖的制造效率。此外，通過嚴(yán)格執(zhí)行光纖的制造流程，通過拋光，腐蝕，清洗，可以消除機(jī)械加工表面的微裂紋和雜質(zhì)，消除影響光纖性能的因素。使用本發(fā)明可以制造出雙折射效率高，結(jié)構(gòu)均勻，機(jī)械強(qiáng)度好，大長(zhǎng)度的高質(zhì)量熊貓型保偏光纖。這種保偏光纖產(chǎn)品可以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的需求。


圖1為熊貓型保偏光纖的立體結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明腰圓形內(nèi)孔套管與芯棒、應(yīng)力棒組合徑向剖面圖。
圖3為本發(fā)明矩形內(nèi)孔套管與芯棒、應(yīng)力棒組合徑向剖面圖。
圖4為本發(fā)明十字腰圓形內(nèi)孔套管與芯棒、應(yīng)力棒組合徑向剖面圖。
圖5為本發(fā)明三圓并列相連形內(nèi)孔套管與芯棒、應(yīng)力棒組合徑向剖面圖。
圖6為本發(fā)明應(yīng)力棒加工示意圖。
圖7為本發(fā)明芯棒加工示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1使用PCVD法沉積芯棒6和應(yīng)力棒5，其中芯棒6包括高折射率的纖芯部分10和包層部分9，如圖7所示，纖芯10是摻鍺石英，具有較高的光學(xué)折射率，包層9為純石英玻璃。應(yīng)力棒5的結(jié)構(gòu)包括應(yīng)力區(qū)8和包層7，如圖6所示，其中應(yīng)力區(qū)8是摻硼石英玻璃，具有較低的光學(xué)折射率和較大的熱膨脹系數(shù)，包層7為純石英玻璃。機(jī)械加工純石英玻璃套管4(見圖2)。套管4為圓形內(nèi)孔的純石英玻璃圓柱體，通過研磨內(nèi)孔壁得到腰圓形內(nèi)孔，再將內(nèi)孔孔壁拋光。同時(shí)將芯棒6和應(yīng)力棒5通過機(jī)械加工成合適的形狀(見圖6，7)，即矩形截面芯棒和側(cè)向?yàn)槠矫娴拇蟀雸A截面應(yīng)力棒。芯棒6包括完整纖芯部分10和部分包層9，應(yīng)力棒5包括應(yīng)力區(qū)8和部分包層7。所有機(jī)械加工部分必須研磨拋光。然后將芯棒和兩根應(yīng)力棒相組合插入已加工成形的純石英玻璃套管內(nèi)孔，應(yīng)力棒位于芯棒的兩側(cè)。將組合棒在拉伸塔上高溫熔縮成一根完整的保偏預(yù)制棒。預(yù)制棒包括高折射率纖芯部分3，純石英包層1，低折射率應(yīng)力區(qū)2。根據(jù)需要可以將保偏預(yù)制棒拉伸成較小外經(jīng)預(yù)制棒。將保偏預(yù)制棒拉錐，清洗處理后上拉絲塔拉制成具有熊貓型結(jié)構(gòu)的保偏光纖。使用本方法制造的保偏光纖通過優(yōu)化纖芯和應(yīng)力區(qū)的摻雜濃度，以及通過控制纖芯和應(yīng)力區(qū)的距離可以得到在工作波長(zhǎng)1310nm處拍長(zhǎng)小于10mm，2米消光比大于20dB/km的高質(zhì)量保偏光纖。保偏光纖的其他參數(shù)完全符合相關(guān)保偏產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。所制造的保偏光纖性能良好，可以滿足通信及器件制造的要求。
實(shí)施例2使用PCVD法沉積芯棒6和應(yīng)力棒5，其中芯棒6包括高折射率的纖芯部分10和包層部分9，纖芯10是摻鍺石英，具有較高的光學(xué)折射率，包層9為純石英玻璃。應(yīng)力棒5的結(jié)構(gòu)包括應(yīng)力區(qū)8和包層7，其中應(yīng)力區(qū)8是摻硼石英玻璃，具有較低的光學(xué)折射率和較大的熱膨脹系數(shù)，包層7為純石英玻璃。機(jī)械加工套管4。套管4為具圓形內(nèi)孔的純石英玻璃圓柱體。通過研磨內(nèi)孔壁得到三圓并列相連形內(nèi)孔截面(見圖5)。將內(nèi)孔壁拋光。同時(shí)腐蝕芯棒和應(yīng)力棒到合適的外徑。然后將芯棒和應(yīng)力棒插入已加工成形的套管，應(yīng)力棒位于芯棒的兩側(cè)。將組合棒在拉伸塔上高溫熔縮成一根完整的保偏預(yù)制棒。預(yù)制棒包括高折射率纖芯部分3，純石英包層1，低折射率應(yīng)力區(qū)2。根據(jù)需要可以將保偏預(yù)制棒拉伸成較小外經(jīng)預(yù)制棒。將保偏預(yù)制棒拉錐，清洗處理后上拉絲塔拉制成具有熊貓型結(jié)構(gòu)的保偏光纖。使用本方法制造的保偏光纖通過優(yōu)化纖芯和應(yīng)力區(qū)的摻雜濃度，以及通過控制纖芯和應(yīng)力區(qū)的距離可以得到在工作波長(zhǎng)1310nm處拍長(zhǎng)小于10mm，2米消光比大于20dB/km的高質(zhì)量保偏光纖。保偏光纖的其他參數(shù)完全符合相關(guān)保偏產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。所制造的保偏光纖性能良好，完全可以滿足通信及器件制造的要求。
權(quán)利要求
1.一種保偏光纖的制造方法，其特征在于用沉積法沉積制造芯棒和應(yīng)力棒，芯棒和應(yīng)力棒上均預(yù)留有包層，對(duì)芯棒和應(yīng)力棒相配接的對(duì)應(yīng)側(cè)面分別進(jìn)行機(jī)械加工，使它們配接的對(duì)應(yīng)側(cè)面相貼合，且芯棒和應(yīng)力棒的間距達(dá)到設(shè)計(jì)要求，芯棒和應(yīng)力棒的橫向截面均為等截面，取純石英玻璃套管，對(duì)其內(nèi)孔進(jìn)行機(jī)械加工，使機(jī)械加工后的純石英玻璃套管內(nèi)孔截面與芯棒和應(yīng)力棒所組合的截面相吻合，將已加工的芯棒和應(yīng)力棒置入純石英玻璃套管內(nèi)孔，使芯棒和應(yīng)力棒的外周面與純石英玻璃套管內(nèi)孔緊密結(jié)合，構(gòu)成保偏光纖預(yù)制棒，最后用常規(guī)加工方法，將保偏光纖預(yù)制棒拉錐，清洗，拉絲成纖。
2.按權(quán)利要求1所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于在保偏光纖預(yù)制棒拉錐之前，對(duì)保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行熔縮處理。
3.按權(quán)利要求2所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于在熔縮處理后再將熔縮后的保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉伸處理。
4.按權(quán)利要求1或2所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于所述的沉積法為等離子體化學(xué)氣相沉積法。
5.按權(quán)利要求1或2所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于所述的機(jī)械加工包括切削、切割和磨削。
6.按權(quán)利要求5所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于在芯棒、應(yīng)力棒和純石英玻璃套管磨削后對(duì)磨削面可進(jìn)行拋光和研磨。
7.按權(quán)利要求1或2所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于加工后的純石英玻璃套管內(nèi)孔截面為腰圓形，或三圓并列相連形，或十字腰圓形，或矩形，與芯棒和應(yīng)力棒所組合配接的截面相吻合。
8.按權(quán)利要求2所述的保偏光纖的制造方法，其特征在于純石英玻璃套管為具圓形或橢圓形內(nèi)孔的圓柱體，通過研磨內(nèi)孔壁得到腰圓形內(nèi)孔，再將內(nèi)孔孔壁拋光，同時(shí)將芯棒和應(yīng)力棒加工成矩形截面芯棒和側(cè)向?yàn)槠矫娴拇蟀雸A截面應(yīng)力棒，芯棒包括完整纖芯部分和部分包層，應(yīng)力棒包括完整應(yīng)力區(qū)和部分包層，所有機(jī)械加工部分必須研磨拋光，然后將芯棒和兩根應(yīng)力棒相組合插入已加工成形的純石英玻璃套管內(nèi)孔，應(yīng)力棒位于芯棒的兩側(cè)，將組合棒在拉伸塔上高溫熔縮成一根完整的保偏預(yù)制棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保偏光纖的制造方法。該方法用沉積法沉積制造芯棒和應(yīng)力棒，芯棒和應(yīng)力棒上均預(yù)留有包層，對(duì)芯棒和應(yīng)力棒相配接的對(duì)應(yīng)側(cè)面分別進(jìn)行機(jī)械加工，使它們配接的對(duì)應(yīng)側(cè)面相貼合，且芯棒和應(yīng)力棒的間距達(dá)到設(shè)計(jì)要求，取純石英玻璃套管，對(duì)其內(nèi)孔進(jìn)行機(jī)械加工，使機(jī)械加工后的純石英玻璃套管內(nèi)孔截面與芯棒和應(yīng)力棒所組合的截面相吻合，將已加工的芯棒和應(yīng)力棒置入純石英玻璃套管內(nèi)孔，使芯棒和應(yīng)力棒的外周面與純石英玻璃套管內(nèi)孔緊密結(jié)合，構(gòu)成保偏光纖預(yù)制棒，最后用常規(guī)加工方法，將保偏光纖預(yù)制棒拉錐，清洗，拉絲成纖。該制造方法精度與成品率高、加工適應(yīng)性強(qiáng)、且適于進(jìn)行批量生產(chǎn)，能夠有效地提高熊貓型保偏光纖的制造效率和產(chǎn)品性能，也可以用于制造其它類型的保偏光纖。
文檔編號(hào)C03B37/02GK1557754SQ20041001267
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者汪洪海, 涂峰, 程銘, 童維軍 申請(qǐng)人:長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司