本發(fā)明設(shè)計(jì)光纖，具體涉及一種用于制備螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)及利用這種預(yù)制結(jié)構(gòu)制備的光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖。

背景技術(shù)：

1、旋轉(zhuǎn)光纖是一種具有顯著的低線性雙折射特性的光纖，這一概念于1981年由南安普頓大學(xué)的a.j.barlow等人首次提出。在此后若干年的發(fā)展中，意大利的corecom公司、美國(guó)的康寧公司與貝爾實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)的長(zhǎng)飛公司與上海大學(xué)等各企業(yè)、研究院所、高等學(xué)校等研究開(kāi)發(fā)了很多不同的旋轉(zhuǎn)光纖以及相應(yīng)的制備方法。

2、結(jié)構(gòu)光是將預(yù)先設(shè)定好的特定光束，從某一角度投射到物體上而形成的投影。在光學(xué)器件的發(fā)展過(guò)程中，研究人員嘗試采用光場(chǎng)調(diào)控器件對(duì)包括偏振態(tài)等在內(nèi)的光的各種參數(shù)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成特定的結(jié)構(gòu)光場(chǎng)，這些光場(chǎng)具有特定的結(jié)構(gòu)分布，其新穎獨(dú)特的物理性質(zhì)使其具備很強(qiáng)的研究與應(yīng)用價(jià)值。

3、渦旋光束是一類具有環(huán)形光強(qiáng)分布，攜帶軌道角動(dòng)量，具有螺旋型波前結(jié)構(gòu)的光束。在光學(xué)渦旋中，光線按螺旋形狀繞著其進(jìn)行軸扭曲，因此也可稱渦旋光束為螺旋光束。渦旋光是一種受到廣泛關(guān)注與研究的新型結(jié)構(gòu)光場(chǎng)，在量子通信、光束整形等領(lǐng)域都已經(jīng)擁有廣泛的應(yīng)用。早在19世紀(jì)30年代，英國(guó)科學(xué)家g.b.airy在利用透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)，便首次發(fā)現(xiàn)了渦旋光的存在。到目前為止，采用光纖產(chǎn)生法，通過(guò)設(shè)計(jì)光纖的結(jié)構(gòu)、調(diào)整其特性，實(shí)現(xiàn)渦旋光的生成與傳輸，是比較常見(jiàn)的渦旋光產(chǎn)生方式。然而，現(xiàn)有的生成技術(shù)普遍存在不能同時(shí)產(chǎn)生多光束，產(chǎn)生的光束性質(zhì)單一、參數(shù)固定，產(chǎn)生過(guò)程較難控制等問(wèn)題。

4、而前述旋轉(zhuǎn)光纖在其制備過(guò)程中可形成獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)，并具有一些典型的光學(xué)特性，例如其中引入的圓雙折射能夠抑制光纖的線性雙折射。這種旋光特性為光纖在電流傳感、超連續(xù)譜、偏振濾波等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多可能性。但普遍來(lái)看，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)光纖技術(shù)原理比較單一，尚無(wú)以光致方式形成螺旋結(jié)構(gòu)的制備工藝，一般只能通過(guò)在線旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒或者加熱扭轉(zhuǎn)光纖等機(jī)械性的方式進(jìn)行制備，且往往存在拉絲速度低、穩(wěn)定性無(wú)法保證等缺陷。此外，對(duì)于在旋轉(zhuǎn)光纖中設(shè)計(jì)多螺旋結(jié)構(gòu)，并控制螺旋的不同性質(zhì)，目前該領(lǐng)域比較缺乏相關(guān)研究。這一系列問(wèn)題都亟需得到改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在光纖內(nèi)制備螺旋結(jié)構(gòu)比較困難、參數(shù)不佳的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種可以利用光照形成螺旋結(jié)構(gòu)的光纖，光纖內(nèi)部有一層結(jié)構(gòu)具有高光敏性，利用光照折變制備出螺旋結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖，其特征在于：光纖由內(nèi)向外依次是纖芯、內(nèi)包層和外包層，其中內(nèi)包層具有強(qiáng)光敏性，纖芯和外包層則表現(xiàn)出弱光敏性。

4、內(nèi)包層在石英材料基礎(chǔ)上摻雜si、b、ge、sn和pb元素以提高光敏性。

5、纖芯在石英材料基礎(chǔ)上摻雜si、p和ge元素。

6、內(nèi)包層與纖芯之間存在阻隔層。

7、纖芯與阻隔層通過(guò)一系列氣相沉積工藝制得，在沉積纖芯之前沉積阻隔層。

8、一種光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖，包括上述任一項(xiàng)用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖，其特征在于：利用光照刻寫(xiě)螺旋結(jié)構(gòu)，該螺旋結(jié)構(gòu)刻寫(xiě)在內(nèi)包層中。

9、所述螺旋結(jié)構(gòu)可設(shè)置為單螺旋或多螺旋結(jié)構(gòu)。

10、光纖的螺旋結(jié)構(gòu)周期可控制為恒定狀態(tài)。

11、通過(guò)調(diào)控光照裝置的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給，能夠制備周期可變的螺旋結(jié)構(gòu)。

12、對(duì)于多螺旋結(jié)構(gòu)，每個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)可以具有相同的周期，也可以具有不同的周期。同時(shí)，不同的螺旋結(jié)構(gòu)在周期恒定或漸變狀態(tài)上可作不同選擇。

13、本發(fā)明的有益效果為：

14、1、本發(fā)明提供的新型摻雜石英光纖材料、新型高光敏內(nèi)包層結(jié)構(gòu)，以及與氣相沉積工藝的結(jié)合，能夠有效提高光致折變量及效率，增強(qiáng)所述光纖的制備可行性。

15、2、本發(fā)明提供的光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖，其內(nèi)部的各層結(jié)構(gòu)具有不同的光敏特性，利用具有高光敏層在光照作用下發(fā)生折變的過(guò)程，能夠在所需的層結(jié)構(gòu)中制備螺旋結(jié)構(gòu)。

16、3、本發(fā)明提供的光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖通過(guò)引入大量均勻的圓雙折射，有效地抑制了線性雙折射的影響。同時(shí)螺距可以按照需要調(diào)節(jié)，且螺距可以遠(yuǎn)小于目前已報(bào)道旋轉(zhuǎn)光纖螺距的最好成果。

17、4、本發(fā)明提供的光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖具有十分廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如其對(duì)電流傳感的靈敏度、測(cè)量精度和穩(wěn)定性等性能具有可預(yù)見(jiàn)的積極影響，有望為特高壓和大電流的監(jiān)測(cè)提供傳感光纖的選擇方案。

技術(shù)特征：

1.一種用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)，其特征在于：光纖由內(nèi)向外依次是纖芯、內(nèi)包層和外包層，其中內(nèi)包層具有強(qiáng)光敏性，纖芯和外包層則表現(xiàn)出弱光敏性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)，其特征在于：內(nèi)包層在石英材料基礎(chǔ)上摻雜si、b、ge、sn和pb元素以提高光敏性。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖，其特征在于：纖芯在石英材料基礎(chǔ)上摻雜si、p和ge元素。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)，其特征在于：內(nèi)包層與纖芯之間存在阻隔層。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)，其特征在于：纖芯與阻隔層通過(guò)一系列氣相沉積工藝制得，在沉積纖芯之前沉積p、f等材料得到阻隔層。

6.一種光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖，采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)制備而成，其特征在于：利用光照刻寫(xiě)螺旋結(jié)構(gòu)，該螺旋結(jié)構(gòu)刻寫(xiě)在內(nèi)包層中。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖，其特征在于：所述螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)置為單螺旋或多螺旋結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖，其特征在于：光纖的螺旋結(jié)構(gòu)周期控制為恒定狀態(tài)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖，其特征在于：通過(guò)調(diào)控光照裝置的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給，能夠制備周期可變的螺旋結(jié)構(gòu)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖，其特征在于：對(duì)于多螺旋結(jié)構(gòu)，每個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)具有相同的周期或不同的周期，不同的螺旋結(jié)構(gòu)在周期恒定或漸變狀態(tài)上可作不同選擇。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制結(jié)構(gòu)及光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖，用于制備光致螺旋結(jié)構(gòu)的光纖由纖芯層、高光敏的內(nèi)包層、外包層組成，螺旋結(jié)構(gòu)的形成有賴于光致折變，該光致折變區(qū)位于內(nèi)包層中。所述光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖在其不同層結(jié)構(gòu)上采用不同的材料方案，普遍以石英材料為基礎(chǔ)，同時(shí)纖芯層與內(nèi)包層進(jìn)行了元素?fù)诫s。本發(fā)明所述光致螺旋結(jié)構(gòu)既可以單螺旋方式實(shí)現(xiàn)，也可表現(xiàn)為雙螺旋、三螺旋等更多的多螺旋方式，其中多螺旋結(jié)構(gòu)的每一條螺旋的旋轉(zhuǎn)周期可分別調(diào)控，并以相同方式自上而下形成，位置上表現(xiàn)為關(guān)于纖芯對(duì)稱的幾何結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的光致螺旋結(jié)構(gòu)光纖將有望為高精度、高穩(wěn)定性的全光纖電流傳感器等諸多領(lǐng)域應(yīng)用提供有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的光纖方案。

技術(shù)研發(fā)人員：羅艷華,王翊之,陳振宜,文建湘,董艷華,王廷云,牟成博,龐拂飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6