[发明专利]一种熊猫型保偏光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种在光纤制导和光纤传感领域使用的熊猫型保偏光纤，通过对保偏光纤的优化设计，能够使得其应用在高精度传感领域。

背景技术

光纤陀螺是利用光纤传感技术测量空间惯性转动率的一种新型传感器，目前已发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，它与通常使用的机械陀螺和近年来开发的激光陀螺相比，具有更高的精度，且成本低，体积小，重量轻。光纤陀螺的应用前景十分广阔，它不仅用于飞机、船舶的导航，导弹制导，宇宙飞船的高精度位置控制，而且在民用上还可以应用于高级轿车的导向，以及机器人和自动化控制系统等。保偏光纤是光纤陀螺的传感核心，对保偏光纤的设计，主要是应力区域的结构设计及实现，现在使用最普遍的是熊猫应力型保偏光纤，其他的还有椭圆芯层型保偏光纤，椭圆包层型保偏光纤等结构。由于熊猫应力型保偏光纤的大量成熟使用，其他类型的保偏光纤已经越来越少使用。对于高精度传感来说，保偏光纤的性能需要对保偏光纤的设计进行优化，方能实现高精度传感的要求。一方面需要实现高的双折射性能，使得光纤能够保持更稳定的保偏性能，另外还需要光纤芯层的应力不能太大，否则将会影响保偏光纤在传感系统中的操作使用，而且对保偏光纤的抗弯曲性能也需要进行一定的优化，这对绕环使用的传感器的性能非常重要。对保偏光纤的设计已存在有不少相关的专利，具体分析如下：

美国专利US5482525，题目为：Method of Producing Elliptic Core TypePolarization-Maintaining Optical Fiber，其中描述的是一种椭圆芯型保偏光纤及其制造方法，该专利将保偏光纤的芯层设计和制备成椭圆形状来实现应力双折射，同时重点介绍了芯层的制造方法。椭圆芯层型保偏光纤由于其在接续上的困难，在传感系统中使用的难度增大，不易与其他类型的常规光纤进行接续。因此这篇专利所描述的保偏光纤类型不适合于在高精度传感领域使用。

美国专利US7110647，题目为：Multimode Polarization Maintaining Double Clad Fiber，其中主要描述了一种多模保偏光纤，使用在激光领域，强调的是保偏光纤的光学参数，例如：模场直径、数值孔径、使用波长等参数。同时光纤采用双包层结构，塑料包层结构增大了内包层的数值孔径，使得内包层可以作为多模光纤进行激光的传输。这种结构对保偏光纤的双折射稳定性和精度没有做详细的描述。

美国专利US7177512，题目为：Solid Type Polarization Maintaining Fiber and Apparatus，这篇专利描述了一种新型芯层设计的保偏光纤，椭圆芯层保偏光纤，针对光纤芯层的设计，提出了长、短轴的直径比例，折射率变化值，并对保偏光纤的拍长进行了设计。同时提出了一种研制这种光纤的工艺，采用侧边预制棒凹槽磨削的办法进行预制棒的加工，得到椭圆芯型结构。这种光纤使用在特定领域，而且其芯层为椭圆结构，会对其兼容性有影响。

中国专利CN1379256，题目为：偏振保持光纤及偏振保持光纤预成型件的生产方法，其中描述的内容为：熊猫型保偏光纤的打孔工艺，以及保证高精度打孔精度的方法和重要。主要是对工艺技术和参数进行专利申请，对光纤的设计涉及的内容很少。

现有的熊猫型保偏光纤的光纤结构如图1所示。在光纤芯层两侧，对称分布着应力区，其余部分为石英包层。通过应力区面积的增大和应力区掺杂量的增大能够增大保偏光纤的双折射性能。然而，应力区面积的增大，会导致保偏光纤机械性能的下降，同时会降低保偏光纤的温度稳定性和端面打磨一致性；同时应力区面积的增大和应力区掺杂量的增大，将会给应力棒的制造带来较大的工艺难度，降低应力棒的制造成品率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种结构设计优化，可满足高精度性能要求，同时又便于制作及工艺实施的熊猫型保偏光纤。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和纯石英包层，在纯石英包层中芯层的两侧对称设置应力区，其不同之处在于在所述的芯层外设置下陷内包层，缩小应力区与芯层边界的间距，使得应力区边界与芯层边界之间的间距d保持3～7μm。

按上述方案，所述的下陷内包层的厚度为5～18μm，且下陷内包层相对于纯石英层的相对折射率差为-0.1％～-1％。

按上述方案，所述的应力区朝向芯层的边界位于下陷内包层内，即应力区一侧与下陷内包层存在相重叠区域。