本發(fā)明涉及一種環(huán)形雙折射光纖，具體涉及一種環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖及其制備方法。
背景技術：
：光纖電流傳感器是用Sagnac干涉法檢測光波相位差,具有高靈敏度、穩(wěn)定性好等特點的高檔檢測儀表，當前圓保偏光纖是制備此儀表的優(yōu)選，現(xiàn)我國只有少許樣品，國外進口，則價高于黃金，因巨大市場誘惑，許多廠家外購。低雙折射光纖，代之圓保偏光纖制備光纖電流傳感器，可是此光纖不抗干擾，電流傳感器性能難以達標。中國專利CN102295407A公開了一種保偏光纖的制造方法，所述的保偏光纖為橢圓包層型保偏光纖，其橫截面結構由外到里分別是外包層、應力作用區(qū)、內包層和芯層，其特征在于：應力作用區(qū)的形狀為橢圓型，該保偏光纖的制作方法為拼片法。此應力作用區(qū)的形狀為橢圓形，存在非圓對稱應力區(qū)，應力區(qū)的橢圓度的存在使得其制作方法較為復雜。對比專利方法制成的薄片光纖，芯是橢圓形，該專利的剖面圖芯呈圓形，而實際和應力區(qū)一樣呈橢圓形，不符合做圓保偏光纖要求。中國專利CN10734852A公開了一種紡錘型保偏光纖預制棒，該預制棒從內到外包括纖芯、內包層、應力區(qū)和外包層，纖芯層圓形結構，內包層包裹在纖芯的外圍，內包層外設置兩對稱的紡錘型應力區(qū)，應力區(qū)的外圍為外包層，外包層含基管。由于應力區(qū)為紡錘型，制作過程中要進行蝕刻。此種光纖因刻蝕失去圓對稱，芯不呈正圓形，無法用來制備圓保偏光纖。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種抗干擾能力強、生產效率高、成本低的環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖及其制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖，從內到外包括纖芯、內包層、應力區(qū)和外包層，所述的纖芯橫截面呈圓形，內包層包裹在纖芯的外圍，所述的應力區(qū)為截面呈圓環(huán)形的折射率匹配型或折射率非匹配型的環(huán)形應力區(qū)，包裹在內包層的外圍，所述的外包層包在環(huán)形應力區(qū)的外圍。所述的折射率非匹配型的環(huán)形應力區(qū)的材料為SiO2和B2O3的混合物，其中B2O3的含量為15～16wt％；所述的折射率匹配型的環(huán)形應力區(qū)的材料為SiO2、B2O3和GeO2的混合物，所述的混合物為在SiO2中摻入15～16wt％B2O3基礎上，摻入GeO2，讓其折射率與外包層SiO2的折射率持平。所述的環(huán)形應力區(qū)的厚度為纖芯直徑的1.5-2.5倍。環(huán)形應力區(qū)若太薄則幅度應力小，太厚則會影響光纖強度。所述的纖芯中包括高磁化率的金屬元素的氧化物，所述的高磁化率的金屬元素的氧化物包括Tb2O3、Ce2O3或PbO等。所述的內包層的厚度為纖芯半徑的2～3倍。一種環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖的制備方法，包括MCVD工藝制備有環(huán)形應力區(qū)的光纖預制棒和將預制棒拉制成光纖的過程，具體包括以下步驟：(1)沉積外包層：控制沉積溫度1800～1900℃，反應過程中通入POCl3降低溫度，在反應管內沉積SiO2、P2O5和F，其折射率控制與SiO2折射率近同；(2)沉積應力區(qū)：將折射率非匹配型或折射率匹配型的應力區(qū)材料沉積在步驟(1)得到的外包層的內表面，形成截面呈圓環(huán)的環(huán)形應力區(qū)；(3)沉積內包層：控制折射率呈匹配型，將內包層材料SiO2、P2O5和F同時沉積，沉積層折射率與SiO2折射率近同；(4)制備纖芯和縮棒：將預制的摻入高磁化率的金屬氧化物的纖芯棒置入反應管中央或通過氣相摻雜技術將高磁化率的金屬元素的氧化物沉積在內包層的內側形成纖芯，然后收縮成光纖預制棒；(5)拉制光纖：在1950-2100℃的溫度下，控制光纖旋距4～6mm，光纖預制棒旋速800～2000轉/分鐘，拉絲速度3～12米/分鐘進行拉絲，制得環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖。其中，摻入高磁化率的金屬離子為Tb3+時，加入中間體Al2O3(5N)，可讓稀土 離子在芯部均勻分布，防止產生“團簇”，導致光猝滅。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明是在低雙折射光纖內包層之外加一環(huán)形應力區(qū)，用以對纖芯產生輻射壓應力，致纖芯密度加大(比重提高約0.88％，折射率增加△n＝1.5～2.0×10-3)，可有效遏制外界對極度敏感的低雙折射(B＝1.0×10-8～10-9)光纖的微擾，從而提高此光纖的抗擾能力，讓傳輸的偏振光，其偏振態(tài)得以保持。本發(fā)明的環(huán)形應力區(qū)，預先讓纖芯加大密度(提高折射率)，降低光纖對外干擾的敏感性，用式：∑＝P/E(其中P為輻射應力)和(其中E為芯楊式模量；d為芯密度)表示，經實踐，有明顯效果，可成百倍的降低超低雙折射光纖對微擾的敏感度，使之適用做電流傳感器。與此同時，本發(fā)明在纖芯摻入了加大Verdet常數的金屬離子鉛(Pb2+)或稀土鋱(Tb3+)鈰(Ce3+)等，從而成倍的加大了光纖的法拉第效應，可減少光纖電流傳感器的用纖長度，并提高測量的靈敏度，將讓此低雙折射光纖顯示出很強的抗干擾能力和較大的Verdet常數，適合用于制備光纖電流傳感器。環(huán)形應力區(qū)至纖芯的間距要合理設計，防止應力區(qū)折射率下凹，導致內包層與纖芯呈現(xiàn)多模傳輸，其原理同Bow-Tie、Panda等應力型高雙折射保偏光纖一樣用應力區(qū)輻射應力，增大纖芯密度，所不同的是用環(huán)形應力區(qū)，讓纖芯均勻的沿周長方向增大密度，即可提高光纖的抗干擾能力，但不會產生快慢軸(不會產生高雙折射)。經計算和實踐證明，輻射應力致纖芯密度的改變，是溫度變化(-50～+75℃)導致纖芯密度變化的100倍以上(是+75℃時干擾變量的320倍,-50℃時的215倍).讓原低雙折射光纖對干擾的抵抗力成百倍的提高。預制棒制作簡單，結構均勻性好，易實現(xiàn)均勻雙折射。應力區(qū)是MCVD工藝沉積而成，有極好的圓對稱性。在旋轉拉絲中，將光纖旋距控為4～6mm，拉速可達到12米/分鐘，是光纖電流器制備的優(yōu)選光纖之一。此光纖有防輻射設計，防輻射設計是指在光纖的外層涂層中，可變價金屬元素的氧化物，在光纖的外包層中摻入可變價金屬元素的氧化物和用于將外包層的折射率與SiO2持平，在纖芯中摻入主摻雜劑的同時摻入可變價金屬元素的氧化物，從而形成三道抗輻射防線，所述的可變價金屬元素包括Ce、Eu、Ti或Pb。本發(fā)明可為我國光纖電流傳感器產業(yè)化提供廉價可用的新型光纖，即：光纖電流傳感器專用-OCT光纖，帶有環(huán)形應力區(qū)，芯摻有高Verdet值金屬離子的低雙折射光纖，可傳輸線或圓偏振光，有較強的抗擾能力，且制備成本較低，生產效率高， 更加實用。附圖說明圖1為本發(fā)明環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖的截面示意圖；圖中，1為纖芯，2為內包層，3為環(huán)形應力區(qū)，4為外包層。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1一種環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖的制備方法，具體包括以下步驟：(1)沉積外包層：控制沉積溫度為1850℃和折射率匹配，在Φ30×2.5×500mm的反應管內，通入SiCl4(300mL/min)、POCl3(30mL/m)、CCl2F2(5mL/m)和O2(1800mL/min)反應生成SiO2、P2O5和硅氟化物；(2)沉積應力區(qū)：外包層沉積好以后，通入SiCl4(220mL/min)、BBr3(400mL/min)及O2(1800mL/min)，在1800℃的溫度下反應生成SiO2和B2O3沉積在步驟(1)得到的外包層的內表面，形成截面呈圓環(huán)的環(huán)形應力區(qū)；(3)沉積內包層：控制折射率呈匹配型，通入SiCl4(300mL/min)、POCl3(40mL/min)、CCl2F2(5mL/min)和O2(1800mL/min)在1850℃的溫度下的反應生成SiO2、P2O5和硅氟化物沉積在步驟(2)得到的環(huán)形應力區(qū)的內表面；(4)制備纖芯和縮棒：由于采用的是常規(guī)的MCVD系統(tǒng)，將預制的包括Ce2O3的纖芯置入反應管中央，然后在1900℃的溫度下收縮成光纖預制棒；(5)拉制光纖：在2000℃的溫度下下，控制光纖旋距5mm，光纖預制棒旋速1000轉/分鐘,拉絲速度9米/分鐘進行拉絲，其預制棒轉速，光纖旋距，拉速與預制棒結構的均一性直接相關，即要消除其各向異性，達到高度各向同性。最終制得環(huán)形應力區(qū)-雙折射保偏光纖，如圖1所示，從內到外包括纖芯1、內包層2、應力區(qū)3和外包層4，纖芯1橫截面呈圓形，內包層2包裹在纖芯1的外圍，應力區(qū)3為截面呈圓環(huán)形的折射率非匹配型的環(huán)形應力區(qū)，包裹在內包層2的外圍，所述的外包層1包裹在環(huán)形應力區(qū)的外圍，且內包層的厚度為纖芯直徑的2.5倍，環(huán)形應力區(qū)的厚度為纖芯直徑的2倍。光纖參數按表1要求檢測并達標。表1參數項單位參數1截止波長λμm1100-1290mm2光纖直徑μm125±13涂復外徑μm245±54模場直徑μm8.5±0.55損耗(特征)dB/km＜106保圓度％＞907光纖芯/包同心度差μm＜0.38纖芯直徑μm8.0±0.59光纖長度m＞10010光纖強度Kpsi＞80實施例2本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，步驟(2)中同時通入的還有5mL/min的GeCl4，反應生成的產物為SiO2、B2O3和GeO2的混合物，折射率與外包層SiO2的折射率持平。實施例3本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于本實施例采用的MCVD工藝系統(tǒng)帶有氣相摻雜的專用設備，步驟(4)為將SiCl4(300mL/min)、GeCl4(30mL/min)和O2(1800mL/min)在1850℃的溫度下反應生成SiO2和GeO2，沉積在內包層的內側形成纖芯，然后1900℃的溫度下收縮成光纖預制棒。實施例4本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，步驟(4)中將預制的包括Tb2O3的纖芯置入反應管中央，然后在1900℃的溫度下收縮成光纖預制棒.實施例5本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，步驟(4)中將預制的包括Tb2O3和中間體Al2O3(5N)的纖芯置入反應管中央，然后在1900℃的溫度下收縮成光纖預制棒。實施例6本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，步驟(4)中將預制的包括PbO 的纖芯置入反應管中央，然后在1900℃的溫度下收縮成光纖預制棒。實施例7本實施與實施例1基本相同，不同之處在于本實施例得到的光纖的內包層的厚度為纖芯直徑的2倍，環(huán)形應力區(qū)的厚度為纖芯直徑的1.5倍。實施例8本實施與實施例1基本相同，不同之處在于本實施例得到的光纖的內包層的厚度為纖芯直徑的3倍，環(huán)形應力區(qū)的厚度為纖芯直徑的2.5倍。實施例9本實施與實施例1基本相同，不同之處在于步驟(5)中的拉制光纖是在1950℃的溫度下下，控制光纖旋距4mm，光纖預制棒旋速800轉/分鐘,拉絲速度3米/分鐘進行拉絲。實施例10本實施與實施例1基本相同，不同之處在于步驟(5)中的拉制光纖是在2100℃的溫度下下，控制光纖旋距6mm，光纖預制棒旋速2000轉/分鐘,拉絲速度12米/分鐘進行拉絲。當前第1頁1 2 3