[发明专利]一种气体包层低损耗偏振光纤

说明书

本发明涉及一种气体包层低损耗偏振光纤，由一个薄片状的芯、紧紧敷贴在薄片状芯上下两个平滑表面的气体包层、固体外包层和有机树脂保护涂层组成。本发明所提供的气体包层低损耗偏振光纤，独创的光纤薄片芯结构设计使得光纤能够用做起偏器，不但确保了传输偏振光极其稳定的偏振性能，而且所有的非横模能量全部被截止，消除了外界的干扰和噪声；超高纯石英玻璃作芯，最纯净的气体作包层组成了当今世界上最完善的光波导，把材料吸收和波导缺陷导致的光纤损耗都降到了最低；尤其是气体包层偏振光纤的制造过程全部是纯物理过程，淘汰了光纤生产的OVD、VAD、MCVD或PCVD等化学沉积过程，不但消除了光纤生产对环境的严重污染，而且还大幅度地降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种光纤，特别涉及一种气体包层低损耗偏振光纤。

背景技术

光纤是当代的一项伟大发明，从多模光纤G651和单模光纤G652开始，陆续出现了G653、G654到G657等多种不同传输性能的单模光纤。1979年，Kaminow等人提出了偏振保持光纤的概念，偏振保持光纤相干通信系统能够大幅度提高每根光纤的传输容量。研究表明，目前单模光纤传输通信系统，不论是哪一种光纤，最大的传输容量仅是1GHz，而相干通信系统采用外差检测技术，每根光纤的理论传输容量能够达到104-105GHz，是目前正在运行的光纤通信系统中的每根光纤传输容量的1万倍到10万倍。

除相干通信外，偏振保持光纤还广泛应用于制作各种传感器的主体，如探测温度、压力、形变等等。相干光纤陀螺仪、光纤电力互感器等也都是当今偏振保持光纤应用的尖端技术领域。

目前国内外市场最流行的偏振保持光纤只有一种产品为主，称作“熊猫光纤”。所谓熊猫光纤，是因为它的断面图形中有二只黑斑，类似熊猫的眼睛，如图1。熊猫光纤两只熊猫眼，是在光纤预制棒制作过程中用机械加工的办法在光纤芯的两侧各植入了一支掺硼元素的石英玻璃棒。芯两侧的掺硼棒破坏了光纤横截面的圆对称，截面不对称结构及掺硼棒与光纤包层强大的机械应力造成横模HE11x的传播常数βx与纵模HE11y的传播常数βy之间产生差别，βx≠βy，阻碍了横模与纵模简并和交叉耦合，迫使模间产生双折射Δβ，并且使βx＞＞βy，Δβ越大光纤传输偏振光的偏振态保持的就越好。熊猫光纤就是利用模间的双折射Δβ保持传输光的偏振态。

然而，熊猫光纤模间的双折射Δβ是由两种因素引发的，应力和折射率差。植入光纤芯两侧的掺硼石英玻璃棒与包层的玻璃结构有很大的差别，折射率有明显差别，折射率差引发强烈的双折射；同时包层与掺硼棒之间存在强大的机械内应力，机械内应力也引发了强烈的双折射。强烈的双折射阻碍了HE11x和HE11y的简并和交叉耦合。所以，熊猫偏振保持光纤是利用芯周围强烈的双折射破坏HE11x和HE11y的平衡，达到维持被传输光的偏振态的目的，双折射强弱直接决定传输光的偏振态。很明显，熊猫光纤芯周围的双折射主要是由两个分量决定的，折射率差产生的双折射和机械内应力引发光的双折射两个分量共同决定的。所以，熊猫、领结等偏振保持光纤都称之应力致偏偏振保持光纤。在中学时代人们已经熟知，机械内应力对环境温度变化十分敏感，熊猫光纤包层与掺硼部分界面上的机械内应力会随环境温度变化而变化，当然，由内应力引发的双折射必然随环境温度变化而变化。既然传输光的偏振态是由双折射Δβ保证的，Δβ随环境温度变化而发生了改变，传输光的偏振态当然就没有办法确保稳定了。

因此，温度性能不好是熊猫偏振保持光纤的一大技术性能缺陷。除了温度性能不够好之外，熊猫光纤还有另外二个重要的技术性能缺陷：