一種保偏光纖、制造模具及方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種聚合物保偏光纖，所述光纖包括光纖包層和光纖芯，所述光纖包層包裹所述光纖芯；所述光纖芯的材料為聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯和聚四氟乙烯的摻雜共聚物；所述光纖包層的材料為全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物與聚甲基丙烯酸甲脂、聚四氟乙烯的共聚摻雜物。本發(fā)明專利技術(shù)的光纖由共聚聚合物材料構(gòu)建，可使用在可見(jiàn)光波段，在液氮溫度冷凍殺菌和蒸汽溫度高溫消毒等場(chǎng)合下均能保持光纖性能，滿足生物醫(yī)療領(lǐng)域?qū)鬏斀橘|(zhì)的環(huán)境要求；采用光纖芯與應(yīng)力區(qū)澆注聚合的方式加工制備，避免了傳統(tǒng)石英保偏光纖的機(jī)械打孔工藝帶來(lái)的較大的加工應(yīng)力，強(qiáng)化了雙折射效應(yīng)施加的效率，光纖設(shè)計(jì)靈活、成本低。

A kind of polarization maintaining fiber, manufacturing mould and method

The invention provides a polymer polarization maintaining optical fiber, which comprises an optical fiber cladding and an optical fiber core, wherein the optical fiber cladding wraps the optical fiber core; the material of the optical fiber core is a doped copolymer of polymethylmethacrylate, polycarbonate and polytetrafluoroethylene; the material of the optical fiber cladding is a copolymer of perfluoropropylperfluoroethylene ether and polytetrafluoroethylene and polymethylmethacrylic acid The copolymerization dopants of methyl ester and polytetrafluoroethylene. The optical fiber of the invention is constructed of copolymerized polymer material, which can be used in visible light band, can maintain optical fiber performance in liquid nitrogen temperature freezing sterilization, steam temperature high temperature sterilization and other occasions, and can meet the environmental requirements of biomedical field for transmission medium; the optical fiber core and stress area casting polymerization method are adopted for processing and preparation, avoiding the traditional mechanical drilling process of quartz polarization maintaining optical fiber The greater processing stress brought by the fiber enhances the efficiency of the birefringence effect. The fiber design is flexible and the cost is low.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種保偏光纖、制造模具及方法
本專利技術(shù)涉及光纖
，具體涉及一種聚合物保偏光纖、制造模具及方法。
技術(shù)介紹
保偏光纖，又叫偏振保持光纖，用于傳輸線偏振光，廣泛用于航天、航空、航海、生物醫(yī)療技術(shù)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。保偏光纖可以解決偏振態(tài)變化的問(wèn)題，在通過(guò)光纖幾何尺寸上的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生更強(qiáng)烈的雙折射效應(yīng)，來(lái)消除應(yīng)力對(duì)入射光偏振態(tài)的影響。現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)力雙折射保偏光纖主要有領(lǐng)結(jié)型保偏光纖、熊貓型保偏光纖和橢圓包層型保偏光纖三種。例如，文獻(xiàn)CN108897094A公開(kāi)了一種細(xì)徑熊貓型保偏光纖，該細(xì)徑熊貓型保偏光纖采用月牙形的應(yīng)力施加結(jié)構(gòu)，選用摻雜石英作為光纖的介質(zhì)材料；然而，上述應(yīng)力施加的保偏結(jié)構(gòu)溫度穩(wěn)定性較差，且石英介質(zhì)在可見(jiàn)光波段衰減較大，因而無(wú)法滿足醫(yī)療傳感監(jiān)測(cè)應(yīng)用中對(duì)傳感器液氮冷卻和高溫蒸煮消毒的使用要求。文獻(xiàn)CN107572771A公開(kāi)了一種二氧化鈦摻雜的二氧化硅石英玻璃芯層熊貓型保偏光纖，該熊貓型保偏光纖采用芯棒制備、套管、打孔的方式進(jìn)行母棒的制備，再插入摻硼應(yīng)力棒形成應(yīng)力型結(jié)構(gòu)，由于整個(gè)材料基底是二氧化硅石英玻璃，因此在傳感過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致繞環(huán)膠與石英材料的熱膨脹系數(shù)有較大的失配，造成隨機(jī)不對(duì)稱的熱應(yīng)力，從而降低傳感精度和信噪比；同時(shí)打孔工藝在預(yù)制棒內(nèi)易形成較大的駐留應(yīng)力，對(duì)保偏光纖的溫度環(huán)境性能造成較大的影響。文獻(xiàn)CN108459371A公開(kāi)了一種鐿、鋁、磷共摻的二氧化硅石英玻璃芯層稀土摻雜熊貓型保偏光纖，光纖的工作波段在1064nm，拍長(zhǎng)的設(shè)計(jì)值最小為3.2mm，該熊貓型保偏光纖在高精度的傳感中無(wú)法滿足設(shè)計(jì)性能要求。文獻(xiàn)CN108508529A公開(kāi)了一種工作在1550nm波段的零色散位移熊貓型保偏光纖，核心參數(shù)為保證光纖的色散位移值，并同時(shí)具有保偏的效果；然而，該零色散位移熊貓型保偏光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重復(fù)一致性控制難度較大，對(duì)工藝和設(shè)備的要求較高。文獻(xiàn)CN105866880A公開(kāi)了一種保偏光纖的制備方法，使用預(yù)制模具注入二氧化硅液體，獲得石英套管，通過(guò)打磨熔融，再注入二氧化硅與三氧化二硼的混合粉末組合成熊貓型保偏光纖預(yù)制棒；然而，該保偏光纖的制備方法并未對(duì)預(yù)制棒的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述，也未提供直接可供拉絲的成型預(yù)制棒。文獻(xiàn)CN106082628A公開(kāi)了一種熊貓保偏光纖預(yù)制棒的制備方法，使用納米孔二氧化硅粉體加入到稀土和共摻離子無(wú)機(jī)鹽溶液中形成懸浮液，但該制備方法未提供具體成型預(yù)制棒參數(shù)和可供拉絲預(yù)制棒。可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)光纖的材料、溫度特性、加工制備方法上都存在不同程度的問(wèn)題，亟待提出一種解決上述問(wèn)題的光纖、制備方法，以滿足加工工藝、光纖材料應(yīng)力等方面的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)提供一種可見(jiàn)光耐高低溫柔性橢圓芯型聚合物保偏光纖，該聚合物保偏光纖采用橢圓芯型的幾何雙折射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)應(yīng)力單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；通過(guò)聚合物光纖材料實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光波長(zhǎng)使用窗口保偏光纖的使用，從而滿足生物醫(yī)療監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)的使用要求，為高精度短波長(zhǎng)低成本傳感系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠易生產(chǎn)的保偏光纖產(chǎn)品支撐；采用共聚摻雜的材料改性，提升聚合物保偏光纖材料介質(zhì)的溫度穩(wěn)定性，滿足生物醫(yī)療監(jiān)測(cè)傳感器需要液氮冷凍和蒸汽消毒的低溫高溫環(huán)境要求；同時(shí)聚合物保偏光纖還無(wú)需設(shè)計(jì)外層涂覆層，相比于石英保偏光纖，消除了石英材料與樹(shù)脂涂覆材料的熱應(yīng)力性能的差異，減少了溫度環(huán)境變化情況下非對(duì)稱熱應(yīng)力失配引起的傳感精度下降和噪音增強(qiáng)，為不同應(yīng)用需求的領(lǐng)域提供合適的保偏光纖產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在小型生物醫(yī)療傳感器領(lǐng)域擴(kuò)展聚合物保偏光纖的應(yīng)用。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種聚合物保偏光纖，所述光纖包括光纖包層和光纖芯，所述光纖包層包裹所述光纖芯；所述光纖芯的材料為聚甲基丙烯酸甲脂與聚碳酸酯和聚四氟乙烯的摻雜共聚物；所述光纖包層的材料為聚甲基丙烯酸甲脂與聚四氟乙烯和全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物的共聚摻雜物。具體的，所述光纖芯橫截面的幾何形狀為橢圓型。具體的，相對(duì)于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纖芯的摻雜材料的摻雜組分質(zhì)量含量范圍分別為：聚碳酸酯的質(zhì)量含量DPC101為1％-10％；聚四氟乙烯的質(zhì)量含量DPTFE101為0.1％-3％。具體的，相對(duì)于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纖包層的摻雜材料的摻雜組分質(zhì)量含量范圍分別為：聚四氟乙烯的質(zhì)量含量DPTFE102為0.5％-3％；全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物的質(zhì)量含量DPFA102為1％-8％。具體的，所述光纖芯的折射率值n1為1.47-1.523；所述光纖包層的折射率值n2為1.46-1.50；光纖芯相對(duì)于光纖包層的折射率差百分比△12為0.11％-2.1％。具體的，所述光纖芯的長(zhǎng)軸直徑與短軸直徑的比值h為1.05-9；光纖芯的長(zhǎng)軸直徑D1b為3μm-40μm；光纖芯的短軸直徑D1a為3μm-8μm；所述光纖包層的直徑D2為33μm-110μm。本專利技術(shù)還提供一種制造上述的聚合物保偏光纖的模具，具體的，所述模具包括外殼和型芯，所述外殼包括圓柱段和漏斗段，所述型芯為橢圓柱，所述型芯設(shè)置在圓柱段中心，所述漏斗段頂端具有加料口，所述漏斗段的下端與圓柱段的上端無(wú)縫連接。具體的，所述型芯的材料為石英玻璃，所述型芯可拆卸設(shè)置在圓柱段中心，所述型芯的高度與所述圓柱段的高度相同，所述型芯的軸心線與所述圓柱段外殼的軸心線重合。具體的，所述外殼材質(zhì)為石英玻璃，所述外殼的圓柱段底端中心具有安裝孔，所述型芯固定在所述安裝孔內(nèi)。本專利技術(shù)還提供一種采用上述的模具制造聚合物保偏光纖的方法，所述方法包括如下步驟：制作光纖包層預(yù)制管，包括：將所述光纖包層的共聚摻雜材料從模具上端的加料口加入模具中；對(duì)所述模具中的共聚摻雜材料進(jìn)行加熱，同時(shí)旋轉(zhuǎn)所述模具，使得摻雜料均勻分布，形成光纖包層預(yù)制管；抽出型芯，形成管口，倒置所述模具，將光纖芯摻雜材料從管口加入光纖包層預(yù)制管中；對(duì)光纖包層預(yù)制管內(nèi)光纖芯共聚摻雜材料進(jìn)行加熱，同時(shí)旋轉(zhuǎn)所述光纖包層預(yù)制管，形成光纖預(yù)制棒。具體的，還包括對(duì)所述光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲形成聚合物保偏光纖，所述光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲的拉絲溫度T3為120℃-160℃。具體的，對(duì)光纖包層的共聚摻雜材料加熱采用紅外加熱，所述紅外加熱的溫度T2為105℃-140℃，所述紅外加熱的時(shí)間t2為8h-20h；旋轉(zhuǎn)所述模具的角速度s2為5rad/s-30rad/s。對(duì)光纖包層預(yù)制管內(nèi)光纖芯共聚摻雜材料進(jìn)行加熱采用超聲波加熱，所述超聲波加熱的溫度T1為85℃-110℃，所述超聲波加熱的時(shí)間t1為3h-9h；旋轉(zhuǎn)所述光纖包層預(yù)制管的角速度s1為1rad/s-10rad/s。通過(guò)上述實(shí)施方式，本專利技術(shù)提供了一種聚合物保偏光纖，該聚合物保偏光纖采用橢圓芯型的幾何雙折射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)應(yīng)力單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)聚合物光纖材料實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光波長(zhǎng)使用窗口保偏光纖的使用，從而滿足生物醫(yī)療監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)的使用要求，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種聚合物保偏光纖，其特征在于，所述光纖包括光纖包層和光纖芯，所述光纖包層包裹所述光纖芯；/n所述光纖芯的材料為聚甲基丙烯酸甲脂中摻雜有聚碳酸酯、聚四氟乙烯；/n所述光纖包層的材料為聚甲基丙烯酸甲脂中摻雜有聚四氟乙烯、全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚合物保偏光纖，其特征在于，所述光纖包括光纖包層和光纖芯，所述光纖包層包裹所述光纖芯；
所述光纖芯的材料為聚甲基丙烯酸甲脂中摻雜有聚碳酸酯、聚四氟乙烯；
所述光纖包層的材料為聚甲基丙烯酸甲脂中摻雜有聚四氟乙烯、全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物保偏光纖，其特征在于，所述光纖芯橫截面的幾何形狀為橢圓型。


3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合物保偏光纖，其特征在于，相對(duì)于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纖芯的摻雜材料的摻雜組分質(zhì)量含量范圍分別為：
聚碳酸酯的質(zhì)量含量DPC101為1％-10％；
聚四氟乙烯的質(zhì)量含量DPTFE101為0.1％-3％。


4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合物保偏光纖，其特征在于，相對(duì)于聚甲基丙烯酸甲脂，所述光纖包層的摻雜材料的摻雜組分質(zhì)量含量范圍分別為：
聚四氟乙烯的質(zhì)量含量DPTFE102為0.5％-3％；
全氟丙基全氟乙烯基醚和聚四氟乙烯的共聚物的質(zhì)量含量DPFA102為1％-8％。


5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合物保偏光纖，其特征在于，
所述光纖芯的折射率值n1為1.47-1.523；
所述光纖包層的折射率值n2為1.46-1.50；
光纖芯相對(duì)于光纖包層的折射率差百分比△12為0.11％-2.1％。


6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合物保偏光纖，其特征在于，
所述光纖芯的長(zhǎng)軸直徑與短軸直徑的比值h為1.05-9；
光纖芯的長(zhǎng)軸直徑D1b為3μm-40μm；光纖芯的短軸直徑D1a為3μm-8μm；
所述光纖包層的直徑D2為33μm-110μm。


7.一種制造權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的聚合物保偏光纖的模具，其特征在于，
所述模具包括外殼和型芯，所述外殼包括圓柱段和漏斗段，所述型芯為橢圓柱，所述型芯設(shè)置在圓柱段中心，所述漏斗...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：涂峰，但曉紅，蔣文慧，李垠松，李萌，周玉陽(yáng)，黃衛(wèi)軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢鑫光年光電技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42