CN112608022B - 一种保偏光纤预制棒拉丝炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤制造设备技术领域，具体为一种保偏光纤预制棒拉丝炉。该保偏光纤预制棒拉丝炉，包括炉体，所述炉体顶端和底端均预留有炉口，且内部预留有拉丝通道；所述炉体两炉口处依次设置有炉顶密封环形止口以及炉底密封环形止口；所述炉顶密封环形止口和炉底密封环形止口沿拉丝通道同轴分布。本发明的有益效果是：该保偏光纤预制棒拉丝炉可有效应用于熊猫型保偏光纤大尺寸预制棒拉丝工艺，通过炉顶密封环形止口以及炉底密封环形止口对炉体的炉口进行封堵，使得拉丝炉的密封性能有效提高，可以有效避免空气流进入炉体内加剧拉丝工艺紊乱，可有效满足保偏光纤预制棒引入后对拉丝炉的温区温场进行优化，从而改善保偏光纤的偏振串音性能。

Description

一种保偏光纤预制棒拉丝炉

技术领域

本发明涉及光纤制造设备技术领域，具体为一种保偏光纤预制棒拉丝炉。

背景技术

保偏光纤，即偏振保持光纤，用于传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域，在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。

光纤拉丝是制造光纤生产过程中的一个重要环节，光纤拉丝工艺过程中有很多影响光纤拉丝质量的因素，例如拉丝速度、拉丝张力以及拉丝温度等。目前所采用的光纤预制拉丝炉结构单一，难以根据应力棒的材料性能进行工艺调控，另外也不易对温区温场参量进行优化，影响了保偏光纤的偏振串音性能；另外，由于退火炉与拉丝炉之间的间隙容易导致空气流入拉丝炉下部，加剧了其内部温厂不均匀性与层流的紊乱，导致裸光纤直径波动幅度增大，影响最终光纤的强度。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种保偏光纤预制棒拉丝炉来解决上述光纤拉丝工艺中温厂难以调控，导致应力棒拉丝后的直径拨动较大的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种保偏光纤预制棒拉丝炉，包括炉体，所述炉体顶端和底端均预留有炉口，且内部预留有拉丝通道；所述炉体两炉口处依次设置有炉顶密封环形止口以及炉底密封环形止口；所述炉顶密封环形止口和炉底密封环形止口沿拉丝通道同轴分布；所述炉体的炉膛内还安装有发热装置，所述发热装置用于形成一个包围拉丝通道的加热腔以对拉丝通道内的预制棒进行加热；所述加热腔内还安放有保温套件。

进一步，所述发热装置包括位于顶端炉口处的主发热体与位于底端炉口处的辅助保温发热体；所述主发热体用于对预制棒加热融化，所述辅助保温发热体用于对成型的玻璃丝加热保温。

进一步，所述主发热体和辅助保温发热体均包括石墨圆筒体和设置在石墨圆筒体端部的电极接头。

进一步，所述石墨圆筒体由多块同截面的圆弧块沿周向均匀间隔布设且首尾相接而成。

进一步，所述保温套件包括位于主发热体内的主保温套以及位于辅助保温发热体内的辅助保温套；所述辅助保温套可沿主保温套轴向滑动。

进一步，所述炉体下端炉口与炉底密封环形止口之间设置有缩口锥形台，所述缩口锥形台的内孔沿拉丝方向收缩；所述缩口锥形台与炉底密封环形止口接触面为嵌入式环状结构。

进一步，所述炉底密封环形止口与炉体之间连接有多根金属杆；所述金属杆两端为螺纹结构，所述金属杆的一端与开设在炉体上的螺孔相配合、另一端贯穿炉底密封环形止口通过螺母进行固定。

进一步，所述炉体包括位于顶端的环状顶盖，所述环状顶盖内开设有延伸至炉体膛内的内通气环结构，用于通入惰性气体。

进一步，所述环状顶盖的内圈设有多个对称分布的凸起支台。

本发明的有益效果是：该保偏光纤预制棒拉丝炉可有效应用于熊猫型保偏光纤大尺寸预制棒拉丝工艺，通过炉顶密封环形止口以及炉底密封环形止口对炉体的炉口进行封堵，使得拉丝炉的密封性能有效提高，可以有效避免空气流进入炉体内加剧拉丝工艺紊乱，将预制棒沿炉体顶端炉口引入至拉丝通道后，通过发热装置对应力棒进行加热，并通过保温套件对拉丝通道进行控温，提高了拉丝炉下部温度的均匀性与层流的稳定性，降低了光纤生产时的振动幅度，保证了光纤直径不会产生过大偏差，可有效满足保偏光纤预制棒引入后对拉丝炉的温区温厂进行优化，从而改善保偏光纤的偏振串音性能。

附图说明

图1为现有熊猫型保偏光纤的结构示意图；

图2为本发明整体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、炉体，101、炉顶密封环形止口，102、炉底密封环形止口，103、环状顶盖，2、发热装置，201、主发热体，202、辅助保温发热体，3、保温套件，301、主保温套，302、辅助保温套，4、缩口锥形台，5、金属杆，6、预制棒，7、玻璃丝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在普通通信光纤中，由于其圆对称性结构，入射的线偏振光在经过一定距离的传输后，由于不同偏振模式的耦合，能量交换，会成为椭圆或圆偏振光而无法保持线偏振态；而当一线偏振光被耦合进入保偏光纤时，如果线偏振光的偏振方向和保偏光纤的偏振主轴重合，则线偏振光可以在传输过程中保持其线偏振方向直至离开保偏光纤，即保偏光纤的双折射现象。保偏光纤涂料设计思路中，外层涂料主要起着对外界湿气、刮擦等环境以及机械的隔绝和保护。

需要说明的是，具体参阅图1，熊猫型保偏光纤预制棒的制备方法，和制备单模光纤类似，先通过MCVD制备光纤预制棒的纤芯(芯棒)。芯棒的长短和制备设备和拉丝设备相匹配。而后进行打孔，即在纤芯两侧对称钻出两个尺寸一致的平行孔，这两个孔是为一对应力棒设计的。应力棒的制备也是通过CVD技术，只是掺杂材料换成的硼材料。在供选择的玻璃材料中，硼硅材料是背胶合适的一种材料，和石英玻璃存在不同的玻璃态温度，所说和石英玻璃同时拉制光纤后，可以把应力固化在玻璃丝内，提供光纤的双折射，一对应力棒分别套入两个孔内，形成完整的熊猫型保偏光纤预制棒。

针对保偏光纤偏振串音、温度稳定性、弯曲敏感等重要光学性能，需要对保偏光纤外层涂料进行优化设计，以达到相应的光纤光学性能要求。可用于固化这种涂层的辐射的类型应当是能够引发这种涂层中的一种或多种可辐射固化组分发生聚合的辐射。

光纤涂料是光纤的重要组合部分，它的存在使得光纤能够在长距离、复杂环境下工作的同时还保持长期稳定性能及信号质量低损耗。光纤涂料产品质量日益成为评估一个网络长期性能稳定的重要因素。光纤涂料最重要的作用是确保光纤的正常工作。光纤是一个十分脆弱的产品，它需要通过涂料充分保证高速有效的信号传输。保偏光纤在光纤陀螺的应用场景中，需要被绕制成微小直径的环圈，同时环圈要满注入灌胶，对光纤环进行固定，防止在震动的环境中的抖动导致保偏光纤信号的噪音产生。在光纤陀螺小型化的设计中，对保偏光纤的尺寸要求更细，更柔软，以便于小弯曲直径光纤环圈的绕制。这样的条件下，要求绕环细径保偏光纤的外层涂料需要实现薄涂层下的高强度、高柔软、耐弯曲、与绕环胶水强结合以及温湿度条件下环境稳定等特性要求。

在保偏光纤生产过程中，为了满足其偏振串音温度和振动稳定性，一般采用高双折射、几何对称、细径熊猫型保偏光纤大尺寸预制棒实现拉丝，但是传统拉丝炉结构单一，难以根据保偏光纤的材料性能进行工艺调控，不易对温区温厂参量进行优化，影响了保偏光纤的偏振串音性能，对此本发明提供了一种保偏光纤预制棒拉丝炉来解决上述问题。

本发明还提供了以下优选的实施例

如图2所示，一种保偏光纤预制棒拉丝炉，包括炉体1，炉体1为耐热合金不锈钢材料，炉体1的厚度为10mm-30mm，所述炉体1顶端和底端均预留有炉口，且内部预留有拉丝通道；所述炉体1两炉口处依次设置有炉顶密封环形止口101以及炉底密封环形止口102；所述炉顶密封环形止口101和炉底密封环形止口102沿拉丝通道同轴分布，炉顶密封环形止口101和炉底密封环形止口102均为耐热高碳不锈钢材料，炉顶密封环形止口101快门张开后的最大孔径为80mm，炉底密封环形止口102快门张开后的最大孔径为20mm；所述炉体1的炉膛内还安装有发热装置2，所述发热装置2用于形成一个包围拉丝通道的加热腔以对拉丝通道内的预制棒进行加热；所述加热腔内还安放有保温套件3。将预制棒沿炉体1顶端炉口引入至拉丝通道后，通过发热装置2对应力棒进行加热，并通过保温套件3对拉丝通道进行控温，提高了拉丝炉下部温度的均匀性与层流的稳定性，降低了光纤生产时的振动幅度，保证了光纤直径不会产生过大偏差，可有效满足保偏光纤预制棒引入后对拉丝炉的温区温厂进行优化，从而改善保偏光纤的偏振串音性能。

本实施例中，所述发热装置2包括位于顶端炉口处的主发热体201与位于底端炉口处的辅助保温发热体202；所述主发热体201用于对预制棒加热融化，所述辅助保温发热体202用于对成型的玻璃丝加热保温，通过采用主发热体201和辅助保温发热体202的结构设计，能灵活对发热温度和温区长度进行调节，以保证整个炉体内温度均衡，保证预制棒和玻璃丝出丝处的温差不会过大，从而满足生产后的光纤直径稳定。

其中，所述主发热体201和辅助保温发热体202均包括石墨圆筒体和设置在石墨圆筒体端部的电极接头，石墨圆筒体为高纯人造石墨材料，材料纯度P≥99.92％。所述石墨圆筒体由多块同截面的圆弧块沿周向均匀间隔布设且首尾相接而成，其中主发热体201的石墨圆筒体由6-12块圆弧块组成，辅助保温发热体202的石墨圆筒体由4-10块圆弧块组成；两相邻圆弧形块的周向间隔间距为5mm-20mm，石墨圆筒体轴向长度为80mm-120mm；石墨圆筒体的一端两侧均连接一个电极接头，位于两侧的电极接头与石墨圆筒体相联成一体，且两侧电解接头分别与两队首尾相接的相邻圆弧块相联，两电机接头件的常温电阻值为8mΩ-18mΩ。

本实施例中，所述保温套件3包括位于主发热体201内的主保温套301以及位于辅助保温发热体202内的辅助保温套302；所述辅助保温套302可沿主保温套301轴向滑动，从而对保温区的长度进行灵活延伸，满足熊猫形保偏光光纤应力结构退火的温场长度要求；主保温套301和辅助保温套302均为高纯度天然鳞片石墨材料，材料纯度P≥99.91％。主保温套301的内径为60mm-70mm、外径为65mm-80mm、厚度为5mm-10mm、长度为250mm-400mm；辅助保温套302的内径为30-50mm、外径50-60mm、厚度为6mm12mm、长度为150mm-300mm。

本实施例中，所述炉体1下端炉口与炉底密封环形止口102之间设置有缩口锥形台4，缩口锥形台4采用耐热合金不锈钢材料，，所述缩口锥形台4的内孔沿拉丝方向收缩，上锥台的厚度为10mm-30mm，下锥台的厚度为30mm-50mm，缩口锥形台4的长度为400mm-800mm；所述缩口锥形台4与炉底密封环形止口102接触面为嵌入式环状结构，实现了整个炉体1紧扣密封。

本实施例中，所述炉底密封环形止口102与炉体1之间连接有多根金属杆5；所述金属杆5两端为螺纹结构，所述金属杆5的一端与开设在炉体1上的螺孔相配合、另一端贯穿炉底密封环形止口102通过螺母进行固定，以保证炉底密封环形止口102进紧固连接。

本实施例中，所述炉体1包括位于顶端的环状顶盖103，环状顶盖103为耐热高碳不锈钢材料，环状顶盖103的厚度为10mm-30mm、外圈直径为80mm-200mm、内圈直径为30mm-70mm，所述环状顶盖103内开设有延伸至炉体1膛内的内通气环结构，通过将惰性混合气体通入至炉体内，对炉体1内部的石墨件进行氧化保护。

本实施例中，所述环状顶盖103的内圈设有多个对称分布的凸起支台，凸起支台有四个，每个凸起支台的长度为10mm-30mm，用于稳定搁置主保温套301。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种保偏光纤预制棒拉丝炉，其特征在于，包括炉体(1)，所述炉体(1)顶端和底端均预留有炉口，且内部预留有拉丝通道；所述炉体(1)两炉口处依次设置有炉顶密封环形止口(101)以及炉底密封环形止口(102)；所述炉顶密封环形止口(101)和炉底密封环形止口(102)沿拉丝通道同轴分布；所述炉体(1)的炉膛内还安装有发热装置(2)，所述发热装置(2)用于形成一个包围拉丝通道的加热腔以对拉丝通道内的预制棒进行加热；所述加热腔内还安放有保温套件(3)，所述发热装置(2)包括位于顶端炉口处的主发热体(201)与位于底端炉口处的辅助保温发热体(202)；所述主发热体(201)用于对预制棒加热融化，所述辅助保温发热体(202)用于对成型的玻璃丝加热保温，所述保温套件(3)包括位于主发热体(201)内的主保温套(301)以及位于辅助保温发热体(202)内的辅助保温套(302)；所述辅助保温套(302)可沿主保温套(301)轴向滑动，所述主发热体201和辅助保温发热体202均包括石墨圆筒体和设置在石墨圆筒体端部的电极接头，所述石墨圆筒体由多块同截面的圆弧块沿周向均匀间隔布设且首尾相接而成，石墨圆筒体的一端两侧均连接一个电极接头，位于两侧的电极接头与石墨圆筒体相联成一体，且两侧电解接头分别与两队首尾相接的相邻圆弧块相联。

2.根据权利要求1所述的保偏光纤预制棒拉丝炉，其特征在于，所述炉体(1)下端炉口与炉底密封环形止口(102)之间设置有缩口锥形台(4)，所述缩口锥形台(4)的内孔沿拉丝方向收缩；所述缩口锥形台(4)与炉底密封环形止口(102)接触面为嵌入式环状结构。

3.根据权利要求2所述的保偏光纤预制棒拉丝炉，其特征在于，所述炉底密封环形止口(102)与炉体(1)之间连接有多根金属杆(5)；所述金属杆(5)两端为螺纹结构，所述金属杆(5)的一端与开设在炉体(1)上的螺孔相配合、另一端贯穿炉底密封环形止口(102)通过螺母进行固定。

4.根据权利要求1所述的保偏光纤预制棒拉丝炉，其特征在于，所述炉体(1)包括位于顶端的环状顶盖(103)，所述环状顶盖(103)内开设有延伸至炉体(1)膛内的内通气环结构，用于通入惰性气体。

5.根据权利要求4所述的保偏光纤预制棒拉丝炉，其特征在于，所述环状顶盖(103)的内圈设有多个对称分布的凸起支台。

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