一種雙芯保偏光子晶體光纖的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光子晶體光纖的設計和制作領域，具體是一種雙芯保偏光子晶體光纖。
【背景技術】
[0002]角度/運動傳感的應用日益廣泛，如手機、無人飛機等大量應用陀螺作為傳感器來實現定位和控制。而光纖陀螺作為慣導系統應用的一種角度傳感器，使用量逐年上升。傳統的光纖陀螺多采用熊貓保偏光纖或領結型保偏光纖。目前這些傳感器已經成功應用在飛機、汽車、船舶等領域。但是，隨著應用對光纖陀螺精度要求和體積小型化要求，光纖陀螺的一個迫在眉睫的困難是保偏光纖環的性能越來越難以適應這種要求。
[0003]光子晶體光纖經過多年研宄，已經在信息傳輸、溫度傳感和光譜學等領域有著廣泛的應用。光子晶體光纖的結構設計也是多種多樣。
[0004]中國專利(申請號為201110029982.3)《一種雙波導并列式保偏光纖及其制造方法》描述了一種采用并列兩根光纖/波導的方式制造保偏光纖的方法，該方法是采用兩根并列預制棒在一個拉絲爐中拉絲或在兩個拉絲爐中同時拉絲，在涂覆時將兩根光纖并列在一起的方法。其光纖結構如圖1所示，結構包括兩個纖芯I及各自的包層2、應力區3和內包覆層4、外包覆層5。該設計使用兩根熊貓光纖。存在的問題是，沒有考慮在同樣體積下增大傳感器光程的問題以及雙芯光子晶體光纖的耦合需求。
【發明內容】
[0005]本發明從光纖陀螺精度要求和體積小型化要求出發，設計并制造了一種雙芯保偏光子晶體光纖，該光纖在同樣的體積內將光纖傳感的長度提高了一倍。
[0006]本發明提出這種雙芯保偏光子晶體光纖，在外徑為125um的石英基材的徑向二維方向上布置有周期性排列的介質孔，所述介質孔構成六邊形介質孔陣列，每個介質孔的直徑為dl ;介質孔的間距Λ為5.23?5.83um，所述介質孔陣列中缺失兩個不相鄰的介質孔從而形成兩個纖芯，兩個纖芯的間距為30?35um，在所述每個纖芯周圍有兩個介質孔的直徑改為d2，且d2 > dl，從而構成四個大介質孔。
[0007]所述介質孔為空氣孔，所述環繞在纖芯周圍的介質孔的層數為6?7層。
[0008]所述dl的范圍是2.5?3.0um,所述d2的范圍是6.5?8.5um。
[0009]所述雙芯光子晶體光纖的一端為單芯彎曲波導，所述彎曲波導的兩端平行設置，其徑向間距為30?35um，分別與兩個纖芯耦合。
[0010]所述雙芯光子晶體光纖的一端為Y波導，所述Y波導的兩臂的徑向間距為30?35um，分別與兩個纖芯親合。
[0011]所述雙芯光子晶體光纖的一端為雙芯親合器，所述雙芯親合器包括兩根單芯光纖，兩根單芯光纖的一端平行設置，其側面都拋磨、直徑縮減使得兩根單芯光纖的纖芯間距為30?35um，分別與雙芯光子晶體光纖的兩個纖芯親合；兩根單芯光纖的另一端為自由端。
[0012]所述兩個纖芯的遠場模斑為橢圓形，包括長軸和短軸，且長軸和短軸的長度比為1.2:1 ?1.7:1。
[0013]所述兩個遠場模斑的長軸和短軸分別平行，且兩個長軸和兩個短軸其中之一在一條直線上。
[0014]所述四個大介質孔在一條直線上。
[0015]所述兩個遠場模斑的長軸和短軸分別平行，且兩個長軸不在一條直線上，兩個短軸也不在一條直線上。
[0016]本發明與現有技術對比所具有的有益效果是:本發明著眼于光纖陀螺精度要求和體積小型化要求，設計并制造了一種雙芯保偏光子晶體光纖，該光纖在同樣的體積內將光纖傳感的長度提高了一倍，且能夠確保保偏性能和克服串擾問題。這種光纖及其應用在光纖陀螺領域尚屬首次。
【附圖說明】
[0017]圖1是現有技術的結構圖；
[0018]圖2是實施例1的橫截面拓撲圖；
[0019]圖3是實施例1的遠場模斑示意圖；
[0020]圖4是串擾與纖芯間距關系曲線圖；
[0021]圖5是串擾與長度關系曲線圖；
[0022]圖6是實施例1的Y波導耦合示意圖；
[0023]圖7是實施例1的雙芯耦合器結構示意圖；
[0024]圖8是實施例2的橫截面拓撲圖；
[0025]圖9是實施例2的雙芯耦合器結構示意圖；
[0026]圖10是實施例3的橫截面拓撲圖；
[0027]圖11是實施例3的雙芯耦合器結構示意圖；
【具體實施方式】
[0028]傳統應用于光纖陀螺的保偏光纖都是只有一個芯子，其包層外徑是SOum或125um。在這樣的設計下，其每個芯子占用的體積較大，對于光纖陀螺小型化不利。本發明設計的光纖是在125um的包層內放置兩個芯子，這樣每個芯子占據的體積減少到了 62.5um直徑的圓柱體以內。或說在同樣的繞環體積下，這種光纖設計允許更長的光程，可以提高光纖陀螺的精度。
[0029]實施例1
[0030]如附圖2所示的對稱的雙芯保偏光子晶體光纖橫截面拓撲圖，在石英基材的徑向二維方向上布置有周期性排列的空氣孔，空氣孔構成正六邊形介質孔陣列，每個介質孔的直徑dl的范圍是2.5?3.0um。介質孔的間距Λ為5.23?5.83um。在圖中X軸方向，介質孔陣列中缺失兩個介質孔從而形成兩個纖芯，兩個纖芯的間距為6個Λ，在31.4?35um范圍內。在每個纖芯水平方向(即X軸方向)左右的兩個介質孔的直徑改為d2，d2的直徑范圍是6.5?8.5um，從而構成四個大介質孔。環繞在單個纖芯周圍的介質孔的最多層數為6層。
[0031]如圖3所示，兩個保偏纖芯是非圓形對稱結構，其遠場模斑類似橢圓形，存在一個長軸和一個短軸，且長軸和短軸的長度比為1.2:1?1.7:1。
[0032]該光纖纖芯和空氣包層的中心線與石英包層的中心線完全重疊，如圖2所示。這種光纖的兩個長軸和短軸都是平行結構，特別的是這根光纖的兩個短軸從Y軸看在一條直線上。這根光纖的兩個長軸從X軸上看偏差了6個Λ。
[0033]對于任意一個雙芯光纖而言，要使用這種光纖，需要考慮串擾問題。串擾是指從一個纖芯傳輸的信號傳播到了另外一個纖芯。在通信領域，芯子之間的串擾會導致通信誤碼率的增大，嚴重時導致通信中斷。對于傳感而言，串擾將導致檢測端的檢測量異常，傳感器不能輸出正確的感應量，導致傳感器失靈。本實施例中模擬計算了纖芯間距對串擾影響。如圖4所示的串擾與纖芯間距關系的曲線圖看，串擾在間距大于27um時就小于-30dB 了。同時從另外一個角度看，串擾是隨著傳播距離的增大而增加，因此模擬計算了傳輸距離從10m到3000m的距離對串擾的影響，如圖5所示，證實了串擾因距離從100米增大30倍，串擾增加約2dB。因此，考慮到實際應用原因，將雙芯的間距設計成30?35um的范圍，將可以有效保證雙芯光纖的串擾不影響光纖的實際應用。
[0034]另外，雙芯保偏光纖的偏振保持能力是決定光纖應用的另外一個方面，為此，本發明設計了小孔直徑尺寸dl、空氣孔間距Λ和大孔直徑尺寸d2的光纖，保證雙芯光纖的每一個芯子的串音不大于-30dB的水平。設計中將光纖的外直徑保持為80?125um，其中dl的范圍是2.5-3um，Λ是5.23-5.83um，d2是6.5-8.5um，在這樣設計下，纖芯的模斑的長軸:短軸之比在1.2?1.7這個范圍內可以保證雙芯光纖的