[发明专利]超低双折射光纤的制造方法及旋转拉伸塔

说明书

技术领域

本发明涉及低双折射光纤，具体地指一种超低双折射光纤的制造方法及用于该方法的旋转拉伸塔。

背景技术

自从光纤被发明以来，已经在许多技术领域获得使用，尤其在光纤通信领域，各种光纤产品，包括多模光纤、单模光纤、色散补偿光纤等已经被大量使用。在传感领域，光纤也表现出其独特的作用。传感光纤技术包括多个方面，利用光纤对于不同物理量的敏感性，有针对不同物理量进行测量的光纤传感产品被研发，例如温度、湿度、PH值、折射率、应力、以及角速度等光纤传感器。

众所周知，单模光纤只能传导一个模式，即LP₀₁模式。但是从偏振态的角度分析，LP₀₁模式事实上包括两个偏振模式，即LP₀₁^x和LP₀₁^y模式，因此实际上单模光纤传输两个偏振模式，不是真正的单模传输。在一般的通信光纤中，由于各种非对称因素的存在，如纤芯和包层的非圆对称性、光纤的弯曲、外部应力的非对称性、甚至温度的变化等，均会使得单模光纤两个偏振模式的折射率不同，因而导致LP₀₁^x和LP₀₁^y模式在光纤中的传输速率不同，产生所谓的偏振模色散（PMD：Polarization Mode Dispersion）。光纤中这种不同偏振模式的折射率差异，被称为光纤的双折射现象，LP₀₁^x和LP₀₁^y模式的折射率差，被称为光纤的双折射。

根据光纤的双折射大小，将光纤分为高双折射光纤和低双折射光纤。一般来说，双折射大于10^-6的光纤被认为是高双折射光纤，而双折射低于10^-6的光纤被认为是低双折射光纤。保偏光纤是一类典型的高双折射光纤，其双折射一般大于10^-5；而单模通信光纤属于低双折射光纤产品，其双折射一般在10^-8到10^-6之间。在某些应用领域，如相干通信和光纤传感领域中，需要超低双折射的光纤材料，即要求光纤的双折射小于10^-9，甚至达到10^-10。这种超低双折射要求对于常规光纤制造工艺而言是难以达到的，必须采取特殊的光纤拉丝工艺或者特殊的光纤结构设计。当前，制造超低双折射光纤的方法一般是在光纤拉丝的同时旋转光纤预制棒来降低光纤的双折射；在光纤结构方面，超低双折射光纤一般为两种结构，即普通的单模光纤结构和在光纤包层部分包含有应力单元的所谓圆偏振保持光纤结构。为此，一些光纤及其制造工艺已经被提出。授权公告号为CN 1036488的中国专利《保持圆偏振态的光纤和它的制备方法》、授权公告号为CN 1041129的中国专利《保持圆偏振态的光纤和它的制备方法》以及授权公告号为CN 1242280的中国专利《实用保持圆偏振态光纤及其制造方法》提出了多种圆偏振保持光纤结构和其制造工艺，主要特点包括：在光纤中加以离心的应力单元，应力单元的数量可以是一个、两个或者多个，并通过在光纤的拉丝过程中旋转预制棒使得离心的应力单元围绕纤芯旋转，引导线偏振模式转变成圆偏振模式而获得圆偏振保持光纤产品。

公开号为CN 1663922的中国专利申请《拉制期间旋转光纤预型的光纤生产设备和方法》提出了在拉丝的过程中转动光纤预制棒的方法，降低光纤的双折射大小。通过转动预制棒工艺可以使得所制备光纤的双折射降低到10^-8~10^-7。

上述专利所提出的圆偏振保持光纤及其制造工艺存在一些无法克服的问题：由于在光纤之中使用了不定数量的应力单元，使得光纤预制棒的制造过程、拉丝过程和后续的光纤熔接处理过程都比较困难，尤其是异形预制棒的制造困难，容易炸裂报废。另外，通过转动光纤预制棒降低光纤双折射的方法，在实际的光纤生产过程中也难以实现。正如公开号为CN 1663922的专利申请文件所指出的，由于拉丝过程中的预制棒在拉丝炉中的部分被加热到1800℃以上而呈熔融状态，预制棒的任何旋转动作所产生的离心力都会使其偏离中心线位置而影响到光纤的质量，实践证明拉丝状态下的预制棒旋转速度必须被控制在100r/min以下，否则预制棒的高温熔融部分可能被甩离中心线而导致拉丝炉报废，考虑到双折射光纤的旋转节距（旋转节距被定义为光纤周期性转动的长度）在3mm左右，因此通过转动预制棒的方法，光纤拉丝速度仅在0.3m/min左右，如此低速度拉制的光纤在机械性能上是无法满足实际使用的需求的。