本技術(shù)屬于光纖，更具體地，涉及一種保偏光纖及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、保偏光纖通過人為引入雙折射，使光纖中軸向各位置的雙折射保持不變，從而實現(xiàn)對入射光偏振態(tài)的保持。這一特性使得保偏光纖在高速光傳輸系統(tǒng)、相干光通信以及光纖傳感等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。

2、在光器件制造領(lǐng)域，可研磨型器件保偏光纖的應(yīng)用非常廣泛。它常被用于制造高精度、高性能的光纖陀螺、光纖傳感器以及光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。它不僅保持了傳統(tǒng)保偏光纖在傳輸線偏振光方面的優(yōu)勢，還具備了可研磨加工的特性，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進行精確的尺寸和形狀調(diào)整，從而更好地滿足光器件的設(shè)計要求，制備成各種保偏連接器。這種方便插拔和耦合的設(shè)計，可以使保偏光纖更靈活地適應(yīng)各種復(fù)雜的光器件結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場景。

3、傳統(tǒng)的器件保偏光纖需要具有一定的可研磨性，但是在長期高溫高濕環(huán)境下，由于保偏光纖應(yīng)力區(qū)材料本身的熱膨脹系數(shù)、濕度敏感性以及應(yīng)力分布過大等問題，往往容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而影響其性能和壽命。這一難題限制了保偏光纖在極端環(huán)境下的應(yīng)用，影響了通信設(shè)備的正常運行。

4、現(xiàn)有器件型保偏光纖主要存在以下問題：（1）光纖的研磨開裂率較高；（2）光纖的雙折射性能不足；（3）長期高溫高濕條件下光纖應(yīng)力區(qū)容易開裂；

5、保偏光纖的雙折射性能主要與應(yīng)力區(qū)直徑、熱膨脹材料的摻雜濃度、應(yīng)力區(qū)與芯層距離以及拉絲爐溫等因素相關(guān)。常見的應(yīng)力區(qū)熱膨脹材料是b2o3，若為了增加光纖的雙折射系數(shù)，b2o3摻雜濃度過高，會導(dǎo)致光纖慢軸方向上張應(yīng)力越大，進而導(dǎo)致研磨時應(yīng)力區(qū)開裂。與此同時由于更高b2o3在高溫高濕條件下更容易與水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)硼酸，因此會導(dǎo)致光纖在惡劣環(huán)境下應(yīng)力區(qū)開裂。

6、專利文獻cn112305664a提供一種多用途保偏光纖，公開的技術(shù)方案里提到，在管內(nèi)沉積芯棒，在用管外外噴法在芯部外側(cè)依次制備摻磷石英內(nèi)包層和摻磷石英外包層。上述方法比較繁瑣，而且制備出的光纖在長時間高溫高濕條件下光纖應(yīng)力區(qū)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，這是由于五氧化二磷具有極容易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成磷酸，進而使光纖應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)被破壞，容易出現(xiàn)開裂。

7、專利文獻cn104591534a提供一種保偏光纖的制造方法，公開的技術(shù)方案里提到，通過線切割的方式制備芯棒和應(yīng)力區(qū)的套管，再通過外嵌套套管的方式制備出保偏預(yù)制棒，在高溫拉絲過程中應(yīng)力區(qū)軟化將填充所述缺口中的空隙，從而制備出保偏光纖。上述方法較復(fù)雜，需要二次嵌套，與傳統(tǒng)的保偏制備方法相比，芯棒并未先與套管熔縮成實心棒，且芯棒與套管有一定縫隙，在預(yù)制棒拉制過程中，可能存在兩側(cè)應(yīng)力棒不對稱進而擠壓芯棒，最終導(dǎo)致芯棒偏移，影響了光纖的芯包同心度和雙折射性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本技術(shù)的目的在于提供一種保偏光纖及其制備方法，旨在解決保偏光纖在長期高溫高濕條件下應(yīng)力區(qū)容易出現(xiàn)開裂，且其雙折射性能無法保證的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本技術(shù)提供了一種保偏光纖，包括：至少一個應(yīng)力區(qū)以及包層；

3、所述芯層嵌設(shè)于所述包層中心，所述至少一個應(yīng)力區(qū)嵌設(shè)在所述包層內(nèi)，且至少一個應(yīng)力區(qū)均勻分散設(shè)置在所述芯層周圍；

4、所述應(yīng)力區(qū)摻雜有硼，并摻雜有鍺和/或氟；所述應(yīng)力區(qū)中有至少部分硼以硼氧四面體存在；所述應(yīng)力區(qū)中b2o3所占摩爾百分比大于geo2和/或f所占摩爾百分比，所述應(yīng)力區(qū)相對與包層的折射率差范圍為-0.0125~0。

5、需要說明的是，本技術(shù)提供的保偏光纖的應(yīng)力區(qū)中硼有至少部分以硼氧四面體存在，使得應(yīng)力區(qū)的結(jié)構(gòu)更加緊密，能夠大大降低光纖應(yīng)力區(qū)在長期高溫高濕環(huán)境下的開裂概率；另外，本技術(shù)中在常規(guī)保偏光纖基礎(chǔ)上，增加了ge和f至少一種元素的摻雜，由于ge、f元素不會與高溫高濕環(huán)境下的水分子發(fā)生反應(yīng)且f元素可以使硼硅玻璃結(jié)構(gòu)更加致密，在保證基本不發(fā)生研磨開裂的同時，解決了原有摻雜b2o3容易與高溫高濕環(huán)境下水分子反應(yīng)進而造成應(yīng)力區(qū)開裂的問題。

6、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述應(yīng)力區(qū)摻雜硼和鍺時，所述應(yīng)力區(qū)中b2o3所占摩爾百分比為15%~19%、geo2所占摩爾百分比為0.1%~2.5%；所述應(yīng)力區(qū)相對與包層的折射率差范圍為-0.0125~0。

7、進一步示例地，所述保偏光纖的應(yīng)力雙折射系數(shù)不小于7.0×10-4。

8、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述應(yīng)力區(qū)摻雜硼和氟時，所述應(yīng)力區(qū)中b2o3所占摩爾百分比為16%~20%、f所占摩爾百分比為0.1%~1%；所述應(yīng)力區(qū)相對與包層的折射率差范圍為-0.0125~-0.0108。

9、進一步示例地，所述保偏光纖的應(yīng)力雙折射系數(shù)范圍為4.0×10-4~7.0×10-4。

10、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述應(yīng)力區(qū)摻雜硼、鍺和氟時，所述應(yīng)力區(qū)中b2o3所占摩爾百分比為13%~22%、geo2所占摩爾百分比為0.1%~3%、f所占摩爾百分比為0.1%~2%；所述應(yīng)力區(qū)相對與包層的折射率差范圍為-0.0108~0。

11、進一步示例地，所述保偏光纖的應(yīng)力雙折射系數(shù)不小于8×10-4。

12、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述芯層相對與包層的折射率差范圍為0.0042~0.058。

13、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述應(yīng)力區(qū)的直徑與包層直徑的比值范圍為0.25~0.35，且所述應(yīng)力區(qū)外邊緣與芯層外邊緣之間最近距離為1μm~3μm。

14、需要說明的是，本技術(shù)中應(yīng)力區(qū)與芯層之間最近距離相對較近，且應(yīng)力區(qū)直徑占包層直徑的比例設(shè)計比較合理，使得本技術(shù)提供的保偏光纖具有較好的雙折射性能。

15、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述保偏光纖的研磨開裂率為0%，在預(yù)設(shè)時間的高溫高濕環(huán)境下的開裂率低于預(yù)設(shè)值。

16、需要說明的是，上述預(yù)設(shè)時間可以是2000h，上述高溫高濕環(huán)境可以是溫度和濕度分別在85℃和85%rh的環(huán)境。

17、第二方面，本技術(shù)提供了一種上述第一方面或第一方面中任一種可能的實現(xiàn)方式所描述的保偏光纖的制備方法，包括以下步驟：

18、制備芯棒，將所述芯棒和石英套管燒實拉伸，制得母棒；

19、制備裸硼棒；所述裸硼棒的原料包括：四氯化鍺和/或六氟乙烷、氧氣、四氯化硅以及三氯化硼；其中，所述氧氣流量與除氧氣外其他原料流量之和的比例≥4；

20、在所述母棒內(nèi)避開所述芯棒對稱開設(shè)至少一個通孔，在至少一個通孔內(nèi)分別置入裸硼棒，得到光纖預(yù)制棒；

21、對所述光纖預(yù)制棒進行熔融拉絲，得到保偏光纖，所述芯棒、裸硼棒以及石英套管分別對應(yīng)保偏光纖的芯層、應(yīng)力區(qū)以及包層。

22、需要說明的是，沉積裸硼棒時，可以在石英套管內(nèi)通入四氯化硅、氧氣、三氯化硼、四氯化鍺以及六氟乙烷的混合氣體，反應(yīng)生成摻硼鍺或硼氟或硼鍺氟的二氧化硅在套管沉積，之后將外圍的石英套管完全打磨掉，得到裸硼棒。其中氧氣流量與四氯化硅、三氯化硼、四氯化鍺的流量之和比例需要≥4，這樣可以保證有足夠的氧與硼元素結(jié)合，使層狀結(jié)構(gòu)的硼氧三角體[bo3]向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硼氧四面體[bo4]轉(zhuǎn)換，后者能夠使應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)更加緊密和可靠性性能更加穩(wěn)定。

23、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述熔融拉絲的溫度大于2000℃，拉絲張力≤60g。

24、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述母棒內(nèi)開設(shè)的通孔的內(nèi)邊緣相對所述芯棒外邊緣的最近距離為0.4mm~1.2mm。

25、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述芯棒的原料包括以下原料中的至少一種或多種：四氯化鍺、六氟乙烷、四氯化硅、氯化鉺以及氯化鐿。

26、總體而言，通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果：

27、（1）本技術(shù)提供一種保偏光纖及其制備方法，在常規(guī)保偏光纖基礎(chǔ)上，增加了ge和f至少一種元素的摻雜，由于ge和f元素不會與高溫高濕環(huán)境下的水分子發(fā)生反應(yīng)且f元素可以使硼硅玻璃結(jié)構(gòu)更加致密，在保證基本不發(fā)生研磨開裂的同時，解決了原有摻雜b2o3容易與高溫高濕環(huán)境下水分子反應(yīng)進而造成應(yīng)力區(qū)開裂的問題。

28、（2）本技術(shù)提供一種保偏光纖及其制備方法，通過控制b，以及ge和/或f的濃度比例和折射率范圍、應(yīng)力區(qū)與包層的直徑比以及應(yīng)力區(qū)外邊緣與芯層外邊緣之間最近距離，保障了保偏光纖具有不同范圍的高應(yīng)力雙折射系數(shù)。

29、（3）本技術(shù)提供一種保偏光纖及其制備方法，通過將硼棒外圍的石英套管完全打磨掉以及控制打孔邊緣盡可能靠近芯層的設(shè)計，使光纖具有了較大的應(yīng)力雙折射系數(shù)。另外由于采用高爐溫低張力拉絲，有效解決了保偏光纖制備過程中應(yīng)力區(qū)邊緣容易夾氣泡的問題，同時高爐溫的拉絲也會使光纖冷卻時的溫差更大，進而應(yīng)力區(qū)對芯層的擠壓力更大，帶來更大的應(yīng)力雙折射系數(shù)。

30、（4）本技術(shù)提供一種保偏光纖及其制備方法，通過控制沉積硼棒的氧氣流量與四氯化硅、三氯化硼、四氯化鍺和/或六氟乙烷的流量之和比例需要≥4，保證了有足夠的氧與硼元素結(jié)合，使保偏光纖應(yīng)力區(qū)內(nèi)層狀結(jié)構(gòu)的硼氧三角體[bo3]向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硼氧四面體[bo4]轉(zhuǎn)換，后者使保偏光纖的結(jié)構(gòu)更加緊密，在保證基本不發(fā)生研磨開裂的同時，使其在長期高溫高濕環(huán)境下光纖應(yīng)力區(qū)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大大降低了光纖應(yīng)力區(qū)在惡劣環(huán)境下的開裂率。