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高性能保偏光纤制备及关键应用特性研究

陈伟;李诗愈;殷江明;罗文勇;莫琦;柯一礼;胡福明;但融

【摘要】开发了一种高性能PMF(保偏光纤)的制造工艺,并制备出包层直径为80

μm的细径高性能PMF.试验结果表明,该光纤具有优良的全温(-50～85℃)偏振串

音性能,光纤全温偏振串音变化典型值为3.232dB,具有良好的抗弯曲性能和良好的

端面研磨性.

【期刊名称】《光通信研究》

【年(卷),期】2012(000)006

【总页数】3页(P42-44)

【关键词】保偏光纤;光纤陀螺;特种光纤;制备;应用

【作者】陈伟;李诗愈;殷江明;罗文勇;莫琦;柯一礼;胡福明;但融

【作者单位】光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;烽火通信科

技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉

430074;烽火通信科技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家

重点实验室,湖北武汉430074;烽火通信科技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤

通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;烽火通信科技股份有限公司,湖

北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;烽火通信

科技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武

汉430074;烽火通信科技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国

家重点实验室,湖北武汉430074;烽火通信科技股份有限公司,湖北武汉430074;光

纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;烽火通信科技股份有限公司,

湖北武汉430074

【正文语种】中文

【中图分类】TN818

0引言

PMF（保偏光纤）在传感领域的应用越来越广泛，尤其是在光纤陀螺中需求最为

突出。在光纤陀螺系统中，PMF是关键的单元，其性能直接影响陀螺的零偏稳定

性和精度。当前的PMF在实际应用中还存在着一些实用化的关键技术问题，如全

温串音稳定性、抗弯曲特性及端面研磨性等。本文通过对PMF的设计与工艺开发，

分析和测试了PMF的实际应用特性，为PMF的规模化应用积累了技术基础。

1理论分析及PMF的设计与制备

为了在标准单模光纤中维持模的偏振，需要将双折射引入到光纤中，使HEx11和

HEy11两种模式的有效折射率不同，两正交模的传播常数βx与βy差别增大，两

种模式的耦合几率减小。如果光沿着光纤传输时，在与光轴平行的方向上被线性偏

振，那么光将维持其偏振态在光纤中继续传输。如果沿着光纤传输时，光在其他角

度被线性偏振，偏振态将发生变化，从线性到椭圆到线性，再到椭圆并再次返回到

线性，具有通常所说的差拍周期长度LP。这种变化是模的正交分量间存在相位差

的结果，相差由它们的传播常数之间的差别产生。拍长度越短，光纤对偏振的不规

则性效应就越具有弹性，光纤对外界抗干扰能力就越强；偏振串音越好，PMF对

光的偏振保持能力就越强。

从产生机理来看，双折射主要分为3类：（1）形状双折射：电介质材料几何形状

的各向异性导致材料的介电常数εr（）和导磁率μ（r）的各向异性，也将引起材

料折射率n（r）的各向异性，它可以由大于原子分子尺度的材料结构的元素排列

产生。（2）应力双折射：这里应力主要指来自材料内部的热应力和外部的机械应

力，材料在受到应力时会引起材料折射率的变化，即弹光效应而产生双折射。（3）

外界电磁场引起的双折射：横向电场在光纤中引起的克尔（Kerr）效应会产生线双

折射，纵向磁场在光纤中引起的法拉第效应会产生圆双折射。

模式双折射是表征双折射光纤保偏性能的重要参数，为了从理论上指导PMF的结

构设计和制造，有必要建立数学模型，建立PMF纤芯中的模式双折射。光纤中内

在因素（如几何结构及内应力）产生的模式双折射B由下面公式给出［1-3］：

式中，Bg为几何形状双折射，它是由光纤的几何非圆形造成的；Bs为应力双折射，

由于光纤中不同材料成分的热膨胀系数差异导致体系中产生应力，从而导致应力双

折射。

式中，k=2π／λ，ncx为纤芯x方向的折射率，ncy为纤芯y方向的折射率，ncl

x为包层x方向的折射率，ncly为包层y方向的折射率，ax为纤芯x方向半径，

ay为纤芯y方向的半径。