保偏光纤与单模光纤的制造工艺解析_光学测量仪器厂家

保偏光纤（PM Fiber）能在各种环境干扰下保持光信号的偏振态稳定，这对许多高精度光学系统至关重要。下面我们一起梳理下保偏光纤的种类、生产工艺，以及它和普通单模光纤在制造上的区别。

一、保偏光纤的主要种类

保偏光纤主要通过人为引入高强度双折射来实现保偏功能。根据其双折射产生机理和结构特点，主要可以分为以下几类：

表1归纳了保偏光纤的主要种类。除了上述传统保偏光纤，还有光子晶体保偏光纤（Photonic Crystal PM Fiber），它通过在光纤横截面上设计特定排列的空气孔来引入强烈的双折射。

二、保偏光纤的生产工艺

保偏光纤的制造工艺比普通光纤复杂得多，核心在于如何在光纤中精确引入并保持高且稳定的双折射。其生产流程同样主要采用“两步法”：先制预制棒，再拉丝。

预制棒制备

预制棒的制备是保偏光纤生产的核心环节，不同结构的保偏光纤制备方法差异很大。

1.化学气相沉积（CVD）：

这是制造光纤预制棒基础材料（如纤芯棒、包层材料）的通用且关键的技术。例如MCVD（Modified Chemical Vapor Deposition）法，其工艺过程如所述。

2.应力双折射型预制棒（以熊猫型为例）：

芯棒制备​：首先通过MCVD等工艺制备出纤芯棒（GeO₂-SiO₂）。

打孔​：在纤芯棒两侧对称钻出两个尺寸一致的平行孔。

应力棒制备​：采用CVD技术制备掺硼（B₂O₃-SiO₂）的玻璃棒。硼硅玻璃的热膨胀系数显著大于石英包层。

组装​：将两根应力棒插入芯棒的孔中，形成完整的预制棒。

3.应力双折射型预制棒（以领结型为例）：

其预制棒制备可采用气相蚀刻工艺，直接在一体化的预制棒内刻蚀出“领结”形状的应力区，无需单独打孔和插入应力棒，简化了步骤，提高了洁净度。

4.结构双折射型预制棒（以椭圆芯为例）：

制备挑战性较大。一种方法是在拉丝时，通过精确控制拉丝温度、张力等参数，并利用表面张力，使非圆对称的预制棒（如扁平状）形成椭圆芯。

光纤拉制

拉制过程是将预制棒缩小为光纤的过程，对保偏光纤的性能至关重要。

1.拉丝设备：

在高达数十米的拉丝塔中进行。预制棒在高温炉（1700-2000°C）中软化，被下拉成细丝。

2.关键控制：

直径控制​：通过激光测微计精确控制光纤外径（通常为125μm）。

应力场“冻结”​​：对于应力型保偏光纤，在拉丝过程中，当玻璃从高温冷却时，由于芯棒/应力棒材料热膨胀系数的差异，会产生并永久“冻结”下非对称应力场。这是形成双折射的关键。

涂层​：拉制出的玻璃光纤需立即涂覆树脂涂层（如聚酰亚胺、硅酮等）并固化，以保护其机械强度和耐候性。

3. 特殊工艺（用于低双折射光纤）：

为制造低双折射光纤，需在拉丝时高速旋转预制棒，使光纤几何不对称轴不断旋转，从而抵消线性双折射。

三、与普通单模光纤制造工艺的区别

保偏光纤与普通单模光纤的制造工艺在核心目标和具体操作上都有显著差异，下表列出了它们的主要区别。

四、总结

保偏光纤的制造是一门精密控制“不对称性”的艺术。无论是通过“熊猫型”或“领结型”这样的结构引入应力不对称，还是通过“椭圆芯”等结构引入几何不对称，其核心目标都是创造出强大且稳定的双折射效应，从而将光的偏振态“锁定”在初始方向。

这使得它的制造工艺比追求完美对称和最低损耗的普通单模光纤复杂得多，涉及精密的材料选择、复杂的预制棒加工、苛刻的拉丝控制以及专业的偏振特性测试。因此，保偏光纤的成本也显著高于普通通信光纤。

这些特殊的制造工艺确保了保偏光纤能够满足光纤陀螺仪、高性能光纤激光器、量子通信等应用中对光波偏振态极其苛刻的稳定性要求。

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