CN107151093B - 一种光纤预制棒的制备方法及装置 - Google Patents

一种光纤预制棒的制备方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤预制棒的制备方法及装置。所述方法包括(1)将芯棒固定在熔缩管内；(2)进行熔缩烧实，制得预制棒胚；(3)将预制棒胚打磨为需求规制的光纤预制棒。所述装置包括熔缩车床、和固定涨套；所述固定涨套设置于所述熔缩车床两端，用于将芯棒和熔缩管固定；所述熔缩车床包括熔缩炉和车床，所述熔缩炉用于进行熔缩烧实，所述车床用于承载熔缩管，所述熔缩炉架设于车床上。本发明所提供的制备方法所制预制棒在光纤几何同心度，包层不圆度等方面有良好的改善；本发明所提供的装置结构简单、设置合理且具备良好的兼容性和可扩展性，便于安装和对现有设备的改造。

Description

一种光纤预制棒的制备方法及装置
技术领域
本发明属于光纤预制棒加工领域，更具体地，涉及一种光纤预制棒的制备方法及装置。
背景技术
随着光纤通信技术的迅猛发展，光纤的使用范围越来越广泛，近年来，光纤不仅大量应用于常规通信领域，同时也被应用到精密激光加工、天文观测、夜视监控、激光生物检测等领域，在上述应用中，方形光纤，八边形光纤等异型截面光纤较传统的圆形光纤，具有更高的耦合效率，极低的焦比退化和出色的扰模匀化效果。
目前预制棒的制造方法主要有外气相沉积，气相轴向沉积，化学气相沉积和等离子化学气相沉积法，其中气相沉积法是通过在芯轴上进行径向或轴向沉积，再烧结成棒，而化学气相沉积则为在石英管内壁进行纯二氧化硅或掺杂的二氧化硅玻璃态沉积，之后再经过熔实成棒，而上述方法生产的预制棒所拉制光纤基本都为圆形。
现有的技术中，基本都是针对熔缩装置进行改进，比如专利CN101182112B是对熔缩炉的气环进行优化，专利CN205313395U是对测温和加热装置进行改进，都没有涉及到不同截面形状的预制棒制造，当前生产多边形光纤与普通光纤一样，通常采用将芯棒磨成异形后直接套棒拉丝，但此方法通常会存在芯包同心度差等几何问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤预制棒的制备方法及装置，其目的在于通过将芯棒和熔缩管烧实固定，再进行打磨形成用于拉制光纤的预制棒，保证了几何同心度高度统一，预制棒规制标准，尤其适合非圆形芯层的光纤制备，由此解决现有技术的光纤制备方法制备的光纤几何同心度的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将芯棒固定在熔缩管内；
(2)步骤(1)获得的相对固定的芯棒和熔缩管进行熔缩烧实，制得预制棒胚；
(3)将步骤(2)中获得的预制棒胚打磨为需求规制的光纤预制棒。
优选地，所述光纤预制棒的制备方法，其步骤(2)采用熔缩炉进行熔缩烧实，控制熔缩炉温度在1500℃至2000℃之间，熔缩炉速度在25mm/min至100mm/min之间。
优选地，所述光纤预制棒的制备方法，其步骤(2)进行熔缩烧实时，使得所述固定的芯棒和熔缩管进行同步旋转，优选旋转速度可在20至35rpm之间。
优选地，所述光纤预制棒的制备方法，其步骤(2)进行熔缩烧实时，在所述熔缩管和芯棒之间通入气体；所述气体优选为O2和/或C2F6；优选控制熔缩管内压力在0.2至10mbar之间。
优选地，所述光纤预制棒的制备方法，其所述芯棒为多边形芯棒，优选所述熔缩管为掺氟或氟锗共掺的石英玻璃熔缩管。
按照本发明的另一个方面，提供了一种光纤预制棒的制备装置，包括熔缩车床、和固定涨套；所述固定涨套设置于所述熔缩车床两端，用于将芯棒和熔缩管固定；所述熔缩车床包括熔缩炉和车床，所述熔缩炉用于进行熔缩烧实，所述车床用于承载熔缩管，所述熔缩炉架设于车床上。
优选地，所述光纤预制棒的制备装置，其所述熔缩车床还包括温度控制***，用于控制熔缩炉内的温度。
优选地，所述光纤预制棒的制备装置，其所述固定涨套通过旋转夹头与熔缩车床固定连接。
优选地，所述光纤预制棒的制备装置，其所述固定涨套设有用于通气的气孔，所述熔缩车床还包括气体流量控制***，与所述涨套上的气孔连通，用于向熔缩管内通气；所述气体流量控制***，优选包括进气管道、出气管道、PLC控制箱、气体流量计、压力探测器、压力控制器、粉尘收集器、真空泵以及外接补压管道，所述进气管将一端的固定涨套和PLC控制箱相连，所述出气管将另一端的固定涨套与PLC控制箱相连，进气管上设有气体流量计和压力探测器，出气管上设有压力探测器和压力控制器，出气管上还连接有真空泵，出气管和真空泵之间具有外接补压管道，出气管和外接补压管道之间设有粉尘收集器。
优选地，所述光纤预制棒的制备装置，其所述固定涨套包括套筒、内涨套、外涨套和固定螺母，所述内涨套与外涨套同心嵌套，与所述套筒连接，所述内涨套用于固定芯棒，所述外涨套用于固定熔缩管；所述固定螺母设置于套筒外侧，用于调节内涨套以及外涨套；所述套筒上内涨套和外涨套连接处之间的环状区域设有通气孔。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
现有的光纤预制棒制备方法，由于套管和芯棒并不能很好的稳固结合，导致拉制成的光纤同心度较差，尤其是对于非圆形的芯棒，例如多边形芯棒，同心度问题就更为严重。本发明提供的方法和装置将熔缩管和芯棒烧结固定，并进行后续打磨，保证光纤预制棒的同心度，从而提高光纤质量，尤其是多边形光纤的包层不圆度和芯包同心度。本发明通过大量实验摸索熔缩管、棒芯的材料以及熔缩温度、速度等条件，能将熔缩管和芯棒紧密结合；优选方案采用旋转熔缩的方式进一步保证同心度；采用旋转熔缩的同时，通过融入O2或C2F6气体，对熔缩管内壁进行抛光处理，减少预制棒缺陷，最后通过负压抽吸，将棒芯与熔缩管烧融，从而克服多边形棒芯棱和面烧结不均的问题，适用于各种截面形状芯棒的熔缩。
综合而言，本发明所提供的制备方法所制预制棒在光纤几何同心度，包层不圆度等方面有良好的改善；本发明所提供的装置结构简单、设置合理且具备良好的兼容性和可扩展性，便于安装和对现有设备的改造。
附图说明
图1为本发明装置的整体示意图；
图2为本发明装置固定装置细节图。
图3为本发明装置固定涨套正剖视示意图。
图4为图3的右视图。
图5为本发明实施例的预制棒界面示意图
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为气体流量计，2为压力探测器，3为内涨套，4为芯棒，5为熔缩管，6为熔缩炉，7为压力控制器，8为粉尘收集器，9为外接补压管道，10为真空泵，11为PLC控制箱，12为气孔，13为旋转夹头，14为O-RING，15为压盖，16为外涨套，17为夹头中心套管，18为固定螺母。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将芯棒4固定在熔缩管5内；所述棒芯为多边形芯棒4，优选所述熔缩管5为掺氟或氟锗共掺的石英玻璃熔缩管5。
(2)步骤(1)获得的相对固定的芯棒4和熔缩管5进行熔缩烧实，制得预制棒胚；
熔缩烧实优选采用熔缩炉6，进行旋转熔缩，即使得所述固定的芯棒4和熔缩管5进行同步旋转，并在熔缩管5内进行通气。
具体熔缩烧实控制参数如下：
控制熔缩炉6温度在1500℃至2000℃之间，熔缩炉6速度在25mm/min至100mm/min之间；旋转速度可在20至35rpm之间；气体优选为O2和/或C2F6；优选控制熔缩管5内压力在0.2mbar至10mbar之间。
(3)将步骤(2)中获得的预制棒胚打磨为需求规制的光纤预制棒。优选，采用冷加工打磨成为需求的规制，例如打磨为圆柱形。
本发明提供的光纤预制棒的制备装置，包括熔缩车床、固定涨套、以及气体流量控制***；所述固定涨套，通过旋转夹头13固定设置于熔缩车床的两端。
所述熔缩车床包括熔缩炉6、车床和温控***，所述熔缩炉6架设于车床上，沿车床移动，对不同部位的熔缩管5进行加热；所述温控***，与熔缩炉6相连，用于控制熔缩炉6内的温度。
所述固定涨套包括套筒、内涨套3、外涨套16和固定螺母18，所述内涨套3与外涨套16同心嵌套，与所述套筒连接，所述内涨套3用于固定芯棒4，所述外涨套16用于固定熔缩管5；所述固定螺母18设置于套筒外侧，用于调节内涨套3以及外涨套16；所述套筒上内涨套3和外涨套16连接处之间的环状区域设有6个对称的通气孔12。优选方案，所述内涨套3端部具有特氟龙导杆，用于方便芯棒4装配。
所述气体流量控制***，与所述涨套上的气孔12连通，用于向熔缩管5内通气；所述气体流量控制***，优选包括进气管道、出气管道、PLC控制箱11、气体流量计1、压力探测器2、压力控制器7、粉尘收集器8、真空泵10以及外接补压管道9，所述进气管将一端的固定涨套和PLC控制箱11相连，所述出气管将另一端的固定涨套与PLC控制箱11相连，进气管上设有气体流量计1和压力探测器2，出气管上设有压力探测器2和压力控制器7，出气管上还连接有真空泵10，出气管和真空泵10之间具有外接补压管道9，出气管和外接补压管道9之间设有粉尘收集器8。
以下为实施例：
实施例1
一种光纤预制棒的制备装置，包括熔缩车床、固定涨套、以及气体流量控制***；所述固定涨套，通过旋转夹头13固定设置于熔缩车床的两端。
所述熔缩车床包括熔缩炉6、车床和温控***，所述熔缩炉6架设于车床上，沿车床移动，对不同部位的熔缩管5进行加热；所述温控***，与熔缩炉6相连，用于控制熔缩炉6内的温度。
所述固定涨套包括套筒、内涨套3、外涨套16和固定螺母18，所述内涨套3与外涨套16同心嵌套，与所述套筒连接，所述内涨套3用于固定芯棒4，所述外涨套16用于固定熔缩管5；所述固定螺母18设置于套筒外侧，用于调节内涨套3以及外涨套16；所述套筒上内涨套3和外涨套16连接处之间的环状区域设有6个对称的通气孔12。优选方案，所述内涨套3端部具有特氟龙导杆，用于方便芯棒4装配。
所述气体流量控制***，与所述涨套上的气孔12连通，用于向熔缩管5内通气；所述气体流量控制***，优选包括进气管道、出气管道、PLC控制箱11、气体流量计1、压力探测器2、压力控制器7、粉尘收集器8、真空泵10以及外接补压管道9，所述进气管将一端的固定涨套和PLC控制箱11相连，所述出气管将另一端的固定涨套与PLC控制箱11相连，进气管上设有气体流量计1和压力探测器2，出气管上设有压力探测器2和压力控制器7，出气管上还连接有真空泵10，出气管和真空泵10之间具有外接补压管道9，出气管和外接补压管道9之间设有粉尘收集器8。
实施例2至4
一种光纤预制棒的制备方法，应用实施例1中的装置，包括以下步骤：
(1)将芯棒固定在熔缩管内。芯棒和熔缩管选择如表1所示。
具体为：将芯棒4放置在熔缩管5内，两端***固定内涨套3，并通过拧紧涨套螺帽18收缩外涨套16将其固定。
(2)步骤(1)获得的相对固定的芯棒和熔缩管进行熔缩烧实，制得预制棒胚；
具体采用熔缩炉，进行旋转熔缩，即使得所述固定的芯棒和熔缩管进行同步旋转，并在熔缩管内进行通气；操作如下：
将步骤(1)获得的组装好的固定有芯棒的熔缩管5放置在熔缩车床夹头13内，拧紧夹头中心套管17的压盖15，通过挤压其内部O-RING14将熔缩管固定，然后在熔缩炉6中加热熔缩，从固定涨套的通气孔12内向熔缩管内通入气体，气体组份为O2和C2F6中的一种或两种，气体流量大小通过流量计1控制，在进气和出气的管道上分别装有压力探测器2和压力控制器7，气体流量计1和压力控制器7均与PLC控制箱11相连，在压力探测器2后的出气管道上，分别装有粉尘收集器8，外接补压管道9和真空泵10，该压力控制***控制熔缩时管内压力为0.2～10mbar，当压力探测器检测到压力低于或高于某个值时，触发PLC控制连接的压力控制器的开度，来对压力进行调整。
具体熔缩烧实控制参数见表1.
(3)将步骤(2)中获得的预制棒胚打磨为需求规制的光纤预制棒，采用冷加工打磨成圆柱形，其横截面示意图如图5所示。
表1
Figure BDA0001332992070000071
Figure BDA0001332992070000081
其中，实施例1中r为芯棒的半径，R为熔缩后的预制棒半径；实施例2中r为四边形芯棒对角线长度的1/2，R为打磨后的预制棒半径；实施例3中r为八边形芯棒对角线长度的1/2，R为打磨后的预制棒半径。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种非圆形芯层的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将非圆形的芯棒固定在圆形的熔缩管内；所述芯棒和熔缩管用固定涨套固定，所述固定涨套包括套筒、内涨套、和外涨套，所述内涨套与外涨套同心嵌套，与所述套筒连接，所述内涨套用于固定芯棒，所述外涨套用于固定熔缩管；
（2）将步骤（1）获得的相对固定的芯棒和熔缩管进行熔缩烧实，制得预制棒胚；其间使得所述固定的芯棒和熔缩管进行同步旋转；
（3）将步骤（2）中获得的预制棒胚打磨为需求规制的光纤预制棒。
2.如权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，步骤（2）采用熔缩炉进行熔缩烧实，控制熔缩炉温度在1500℃至2000℃之间，熔缩炉速度在25mm/min至100mm/min之间。
3.如权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，步骤（2）进行熔缩烧实时，旋转速度可在20至35rpm之间。
4.如权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，步骤（2）进行熔缩烧实时，在所述熔缩管和芯棒之间通入气体。
5.如权利要求4所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述气体为O2和/或C2F6。
6.如权利要求4所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，控制熔缩管内压力在0.2至10mbar之间。
7.如权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述芯棒为多边形芯棒。
8.如权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述熔缩管为掺氟或氟锗共掺的石英玻璃熔缩管。
9.一种应用如权利要求1至8任意一项所述方法的光纤预制棒的制备装置，其特征在于，包括熔缩车床、和固定涨套；所述固定涨套设置于所述熔缩车床两端，用于将芯棒和熔缩管固定；所述熔缩车床包括熔缩炉和车床，所述熔缩炉用于进行熔缩烧实，所述车床用于承载熔缩管，所述熔缩炉架设于车床上；
所述固定涨套设有用于通气的气孔，所述熔缩车床还包括气体流量控制***，与所述涨套上的气孔连通，用于向熔缩管内通气。
10.如权利要求9所述的光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述熔缩车床还包括温度控制***，用于控制熔缩炉内的温度。
11.如权利要求9所述的光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述固定涨套通过旋转夹头与熔缩车床固定连接。
12.如权利要求9所述的光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述气体流量控制***，包括进气管道、出气管道、PLC控制箱、气体流量计、压力探测器、压力控制器、粉尘收集器、真空泵以及外接补压管道，所述进气管将一端的固定涨套和PLC控制箱相连，所述出气管将另一端的固定涨套与PLC控制箱相连，进气管上设有气体流量计和压力探测器，出气管上设有压力探测器和压力控制器，出气管上还连接有真空泵，出气管和真空泵之间具有外接补压管道，出气管和外接补压管道之间设有粉尘收集器。
13.如权利要求9所述的光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述固定涨套包括固定螺母，所述固定螺母设置于套筒外侧，用于调节内涨套以及外涨套；所述套筒上内涨套和外涨套连接处之间的环状区域设有通气孔。
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