[发明专利]一种扭转光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种扭转光纤及其制备方法。

背景技术

光纤由于良好的绝缘性、天然的抗电磁干扰能力、紧凑性以及可以低损耗地传输光信号等特点，被广泛用于传感中，如电流互感器等。通常的传感光纤环由低双折射光纤绕环形成，其中传输的偏振光容易受制备缺陷(纤芯椭圆化、非对称性应力等)和外界因素(温度、弯曲、震动等)的影响，从而导致测试结果不准确甚至错误。目前被广泛研究和应用的是旋转光纤，其原理是在常规保偏光纤(即线性偏振保持光纤)的基础上，通过轴线旋转引入圆双折射，与光纤本身的线性双折射一起共同形成椭圆双折射。在旋转速率足够高时可以认为其为保圆光纤，即圆偏振保持光纤。

光纤的基模有两个偏振态，设它们的传播常数分别为β₁和β₂，传播常数即波数β，β＝2π·n_eff/λ，n_eff为模式有效折射率，λ为工作波长。双折射光纤中两个偏振态的传播常数之差(β₁-β₂)较大，即传播速度相差较大，随着传播距离增加，模式间的延时差(即对应相位差)线性增加。复合偏振态的重复周期即拍长L_B＝2π/Δβ，Δβ＝β₁-β₂。每段长为L_B/2的旋转光纤可看成一段长L_B/4的双折射光纤连接另一段长L_B/4的双折射光纤，后一段双折射光纤的主轴方向相对于前者旋转了π/2。这样，这两段光纤的模式延时可以完全抵消，最大相位差也减小了一半。

旋转光纤的旋转程度可以用ξ＝2π/L_spun表示，意为光纤单位长度上的旋转角度，单位为rad/m，L_spun为光纤旋转周期。旋转光纤的偏振态和双折射特性可以用Poincaré上的向量表示(“Spunellipticallybirefringentphotoniccrystalfibre”,Opt.Express,Vol.15,No.4,2007)，其中，L_B′表示旋转光纤两个基模偏振态变化的周期，而其圆拍长(或者说包络周期)为向量表示普通保偏光纤；向量表示旋转引起的圆偏振，系数2表示光纤旋转一周对应Poincaré球上的偏振态旋转4π，向量和方向垂直。

均匀旋转光纤可以采用McIntyreandSnyder提出的分片堆积的方法分析^[1]。具体将一段旋转光纤平均细分为若干个片段，各片段内的双折射是均匀的，各片段(除第一段)的主轴相对于前一个片段主轴均偏移一定角度，片段之间的光场的变化采用耦合模理论分析。在不考虑残余应力的情况下，采用这种方法计算不同旋转率ξ/Δβ对光纤最大局部模式间相位差的影响，见图1。时为线性偏振保持光纤，时为圆偏振保持光纤，时为椭圆偏振保持光纤，越小，光纤越接近圆偏振保持光纤。

根据图1可以看出扭转偏振光纤不能实现真正意义上的保圆特性，其圆拍长不是无穷大，因此应用中旋转光纤的最佳长度应该为其长周期的整数倍。专利US6721469B2和US7095911B2中公开的螺旋手性光纤，虽然其螺旋节距在波长量级，可以视为准保圆光纤，但只能通过与光纤手性一致的圆偏振光。

专利CN1041129C及其系列专利中提出了一种关于光纤中心对称的四应力区结构，其特点是光纤的无线偏振保偏特性，因此较低的旋转率即可实现圆偏振保持效果，而应力区的存在可以降低光纤对外部的应力敏感性。但其制备过程较复杂需要制备四根(或三根)应力棒，以及旋转拉丝过程中需要抽真空或者需要采用对烧腐蚀法。

文中涉及参考文献：

[1]Lightpropagationintwistedanisotropicmedia:Applicationtophotoreceptors.JOSA,Vol.68,No.2,1978.

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种制备简单、且可实现圆偏振保持功能的扭转光纤及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：