一种用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构及光致螺旋结构光纤

本发明设计光纤，具体涉及一种用于制备螺旋结构的光纤预制结构及利用这种预制结构制备的光致螺旋结构光纤。

背景技术：

1、旋转光纤是一种具有显著的低线性双折射特性的光纤，这一概念于1981年由南安普顿大学的a.j.barlow等人首次提出。在此后若干年的发展中，意大利的corecom公司、美国的康宁公司与贝尔实验室、中国的长飞公司与上海大学等各企业、研究院所、高等学校等研究开发了很多不同的旋转光纤以及相应的制备方法。

2、结构光是将预先设定好的特定光束，从某一角度投射到物体上而形成的投影。在光学器件的发展过程中，研究人员尝试采用光场调控器件对包括偏振态等在内的光的各种参数性质进行调节，形成特定的结构光场，这些光场具有特定的结构分布，其新颖独特的物理性质使其具备很强的研究与应用价值。

3、涡旋光束是一类具有环形光强分布，携带轨道角动量，具有螺旋型波前结构的光束。在光学涡旋中，光线按螺旋形状绕着其进行轴扭曲，因此也可称涡旋光束为螺旋光束。涡旋光是一种受到广泛关注与研究的新型结构光场，在量子通信、光束整形等领域都已经拥有广泛的应用。早在19世纪30年代，英国科学家g.b.airy在利用透镜进行实验观察时，便首次发现了涡旋光的存在。到目前为止，采用光纤产生法，通过设计光纤的结构、调整其特性，实现涡旋光的生成与传输，是比较常见的涡旋光产生方式。然而，现有的生成技术普遍存在不能同时产生多光束，产生的光束性质单一、参数固定，产生过程较难控制等问题。

4、而前述旋转光纤在其制备过程中可形成独特的螺旋结构，并具有一些典型的光学特性，例如其中引入的圆双折射能够抑制光纤的线性双折射。这种旋光特性为光纤在电流传感、超连续谱、偏振滤波等相关领域的应用提供了更多可能性。但普遍来看，现有旋转光纤技术原理比较单一，尚无以光致方式形成螺旋结构的制备工艺，一般只能通过在线旋转预制棒或者加热扭转光纤等机械性的方式进行制备，且往往存在拉丝速度低、稳定性无法保证等缺陷。此外，对于在旋转光纤中设计多螺旋结构，并控制螺旋的不同性质，目前该领域比较缺乏相关研究。这一系列问题都亟需得到改进。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题：针对现有技术在光纤内制备螺旋结构比较困难、参数不佳的问题，本发明提出了一种可以利用光照形成螺旋结构的光纤，光纤内部有一层结构具有高光敏性，利用光照折变制备出螺旋结构。

2、本发明的技术方案：

3、一种用于制备光致螺旋结构的光纤，其特征在于：光纤由内向外依次是纤芯、内包层和外包层，其中内包层具有强光敏性，纤芯和外包层则表现出弱光敏性。

4、内包层在石英材料基础上掺杂si、b、ge、sn和pb元素以提高光敏性。

5、纤芯在石英材料基础上掺杂si、p和ge元素。

6、内包层与纤芯之间存在阻隔层。

7、纤芯与阻隔层通过一系列气相沉积工艺制得，在沉积纤芯之前沉积阻隔层。

8、一种光致螺旋结构光纤，包括上述任一项用于制备光致螺旋结构的光纤，其特征在于：利用光照刻写螺旋结构，该螺旋结构刻写在内包层中。

9、所述螺旋结构可设置为单螺旋或多螺旋结构。

10、光纤的螺旋结构周期可控制为恒定状态。

11、通过调控光照装置的旋转及进给，能够制备周期可变的螺旋结构。

12、对于多螺旋结构，每个螺旋结构可以具有相同的周期，也可以具有不同的周期。同时，不同的螺旋结构在周期恒定或渐变状态上可作不同选择。

13、本发明的有益效果为：

14、1、本发明提供的新型掺杂石英光纤材料、新型高光敏内包层结构，以及与气相沉积工艺的结合，能够有效提高光致折变量及效率，增强所述光纤的制备可行性。

15、2、本发明提供的光致螺旋结构的光纤，其内部的各层结构具有不同的光敏特性，利用具有高光敏层在光照作用下发生折变的过程，能够在所需的层结构中制备螺旋结构。

16、3、本发明提供的光致螺旋结构的光纤通过引入大量均匀的圆双折射，有效地抑制了线性双折射的影响。同时螺距可以按照需要调节，且螺距可以远小于目前已报道旋转光纤螺距的最好成果。

17、4、本发明提供的光致螺旋结构的光纤具有十分广泛的应用场景，例如其对电流传感的灵敏度、测量精度和稳定性等性能具有可预见的积极影响，有望为特高压和大电流的监测提供传感光纤的选择方案。

技术特征：

1.一种用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构，其特征在于：光纤由内向外依次是纤芯、内包层和外包层，其中内包层具有强光敏性，纤芯和外包层则表现出弱光敏性。

2.根据权利要求1所述用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构，其特征在于：内包层在石英材料基础上掺杂si、b、ge、sn和pb元素以提高光敏性。

3.根据权利要求2所述用于制备光致螺旋结构的光纤，其特征在于：纤芯在石英材料基础上掺杂si、p和ge元素。

4.根据权利要求3所述用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构，其特征在于：内包层与纤芯之间存在阻隔层。

5.根据权利要求4所述用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构，其特征在于：纤芯与阻隔层通过一系列气相沉积工艺制得，在沉积纤芯之前沉积p、f等材料得到阻隔层。

6.一种光致螺旋结构光纤，采用权利要求1-5任一项所述用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构制备而成，其特征在于：利用光照刻写螺旋结构，该螺旋结构刻写在内包层中。

7.根据权利要求6所述光致螺旋结构光纤，其特征在于：所述螺旋结构设置为单螺旋或多螺旋结构。

8.根据权利要求7所述光致螺旋结构光纤，其特征在于：光纤的螺旋结构周期控制为恒定状态。

9.根据权利要求7所述光致螺旋结构光纤，其特征在于：通过调控光照装置的旋转及进给，能够制备周期可变的螺旋结构。

10.根据权利要求9所述光致螺旋结构光纤，其特征在于：对于多螺旋结构，每个螺旋结构具有相同的周期或不同的周期，不同的螺旋结构在周期恒定或渐变状态上可作不同选择。

技术总结本发明公开了一种用于制备光致螺旋结构的光纤预制结构及光致螺旋结构的光纤，用于制备光致螺旋结构的光纤由纤芯层、高光敏的内包层、外包层组成，螺旋结构的形成有赖于光致折变，该光致折变区位于内包层中。所述光致螺旋结构光纤在其不同层结构上采用不同的材料方案，普遍以石英材料为基础，同时纤芯层与内包层进行了元素掺杂。本发明所述光致螺旋结构既可以单螺旋方式实现，也可表现为双螺旋、三螺旋等更多的多螺旋方式，其中多螺旋结构的每一条螺旋的旋转周期可分别调控，并以相同方式自上而下形成，位置上表现为关于纤芯对称的几何结构。本发明提供的光致螺旋结构光纤将有望为高精度、高稳定性的全光纤电流传感器等诸多领域应用提供有较强竞争力的光纤方案。技术研发人员：罗艳华,王翊之,陈振宜,文建湘,董艳华,王廷云,牟成博,庞拂飞受保护的技术使用者：上海大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6