一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，是制造圓雙折射光纖的關(guān)鍵步驟。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，全光纖電流互感器以其動態(tài)范圍大、頻帶寬，安裝靈活、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可測交直流信號等優(yōu)點(diǎn)，成為了新型電流互感器的發(fā)展趨勢。由于以法拉第效應(yīng)為基本原理的全光纖電流互感器對光纖傳感環(huán)中的線性雙折射同樣敏感，這使得低線性雙折射光纖成為全光纖電流互感器的核心兀件。
[0003]最初采用的低線性雙折射光纖是由普通單模光纖扭轉(zhuǎn)得到的，具體制造方法也分別在公開號為CN 1663922的中國專利《拉制期間旋轉(zhuǎn)光纖預(yù)型的光纖生產(chǎn)設(shè)備和方法》、授權(quán)公告號為CN 201857345的中國專利《光纖扭轉(zhuǎn)裝置》、公開號為CN 1472153的中國專利《低偏振模色散單模光纖的制造方法及用該方法制備的光纖》提出，具體方法都是在拉絲過程中旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒或者是搓動光纖來實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。隨著人們對全光纖電流互感器研究的深入，逐漸發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)低線性雙折射光纖存在諸如抗彎曲能力差、抗沖擊能力差、溫度穩(wěn)定性弱等缺點(diǎn)，而另一種帶有應(yīng)力區(qū)的低線性雙折射光纖又稱圓雙折射光纖進(jìn)入人們視野，這種光纖引入了大量的圓雙折射來抑制殘余線雙折射，使得光纖環(huán)具有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。第92113821.0號中國專利《保持圓偏振態(tài)的光纖和它的制備方法》中給出了圓雙折射光纖的基本構(gòu)造:包層中帶有一個或多個應(yīng)力區(qū)沿光纖軸成螺旋狀分布。制作圓雙折射可以套用前面在拉絲過程中旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒或者是搓動光纖的方法，但這些方法存在一些難題:1、由于圓雙折射光纖螺距一般要求8mm以下，而為了保持機(jī)械強(qiáng)度拉絲速度必須維持在30m/min以上,此時預(yù)制棒轉(zhuǎn)速或搓動速度需達(dá)到3500r/min以上,這已經(jīng)遠(yuǎn)超出機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍；2、拉絲過程中旋轉(zhuǎn)會使光纖發(fā)生擺動，發(fā)生涂覆不勻等現(xiàn)象。
[0004]申請公布號CN 102442774的中國專利《超低雙折射光纖的制造方法及旋轉(zhuǎn)拉伸塔》提出了將預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)拉伸的方法，這種方法可很好的應(yīng)用到普通單模光纖預(yù)制棒的扭轉(zhuǎn)中，但對于領(lǐng)結(jié)型預(yù)制棒的扭轉(zhuǎn)存在以下一些難題:1、傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型預(yù)制棒應(yīng)力區(qū)面積占總截面積10%以上，預(yù)制棒在后續(xù)加工處理中容易炸裂；2、傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型光纖纖芯橢圓度高達(dá)28%以上，如果制成旋轉(zhuǎn)光纖，會造成芯徑分布不勻，進(jìn)而影響光纖截止波長、模場直徑等多個指標(biāo)，同時還存在與其他光纖耦合困難的問題；3、扭轉(zhuǎn)是在高溫下進(jìn)行，石英將不可避免的發(fā)生揮發(fā)和堆料現(xiàn)象，這會嚴(yán)重破壞預(yù)制棒的外皮層甚至應(yīng)力區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，包括預(yù)制棒制作和預(yù)制棒套管步驟，特別是要解決傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型預(yù)制棒在后續(xù)加工處理中容易炸裂的問題、傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型預(yù)制棒纖芯橢圓度偏高的問題以及扭轉(zhuǎn)時石英揮發(fā)和堆料的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: 1、預(yù)制棒制作采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)，與傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型預(yù)制棒相比，在沉積應(yīng)力層時，減少了每層的進(jìn)料量并減少一定層數(shù)；沉積內(nèi)皮層時，增加了每層的進(jìn)料量并增加一定層數(shù)。
[0007]2、預(yù)制棒制成后，將預(yù)制棒與石英管沿軸向同心放置，在MCVD車床上沿軸向加熱熔縮，制成帶有套管層的預(yù)制棒。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、采用本發(fā)明制成的預(yù)制棒套管前應(yīng)力區(qū)面積占截面總面積的:3~7%，使預(yù)制棒在后續(xù)加工處理中不易炸裂。
[0009]2、在應(yīng)力區(qū)面積減小的同時，把內(nèi)皮層直徑增大，這樣做的好處有:(I)可以有效減小熔縮過程中應(yīng)力區(qū)對芯層橢圓度的影響，采用本發(fā)明可以使纖芯橢圓度降至3%以下，達(dá)到了普通單模光纖的標(biāo)準(zhǔn)；(2)減小了應(yīng)力區(qū)摻雜材料的本征吸收，使光纖損耗降低。
[0010]3、在預(yù)制棒外部加入套管層的好處有:(I)解決了預(yù)制棒在高溫扭轉(zhuǎn)過程中的揮發(fā)和堆料問題，讓揮發(fā)和堆料都發(fā)生在套管層，保證了原有預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)完整；(2)進(jìn)一步減小了應(yīng)力區(qū)面積占截面總面積的百分比，炸裂問題完全解決。
[0011]4、采用本發(fā)明制得的預(yù)制棒對最終圓雙折射光纖的有益效果有:(I)可以提高光纖的機(jī)械性能；(2)可以使光纖易與其他光纖耦合；(3)可以降低光纖的制作難度，提高成品率。
【附圖說明】
[0012]圖1為帶有套管層的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒截面示意圖。
[0013]圖2為帶有套管層的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒制作流程圖。
[0014]圖中芯層-1，內(nèi)皮層-2，應(yīng)力區(qū)-3，外皮層-4，套管層-5。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016]帶有套管層小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒截面如圖1所示，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次是芯層、內(nèi)皮層、應(yīng)力區(qū)、外皮層、套管層。
[0017]帶有套管層的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制作是在MCVD車床上進(jìn)行，其具體步驟如圖2所示，包括:
1、在MCVD車床上將襯管分別與引管和尾管連接，并對襯管進(jìn)行內(nèi)外拋光處理。
[0018]2、正常沉積外皮層。
[0019]3、沉積應(yīng)力層，應(yīng)力層每層的進(jìn)料量的較傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒少，且沉積層數(shù)減少。
[0020]4、蝕刻應(yīng)力層，將襯管停止轉(zhuǎn)動，在襯管正下方用蝕刻燈沿軸向移動對應(yīng)力層進(jìn)行蝕刻，保證應(yīng)力層斷開；然后將襯管旋轉(zhuǎn)180°蝕刻另一端，保證另一端應(yīng)力層斷開。
[0021]5、沉積內(nèi)皮層，內(nèi)皮層每層的進(jìn)料量較傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒多，且沉積層數(shù)增加。
[0022]6、正常沉積芯層。
[0023]7、進(jìn)行縮細(xì)和外拋處理，制得套管前的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒。
[0024]8、石英管用去離子水沖洗、酸洗、火拋后，將其一端縮口。
[0025]9、將預(yù)制棒放在石英管中，一端與石英管縮口端固定，另一端用工件與石英管固定，并保持棒管的同心度。
[0026]10、兩端接引管重新放置在MCVD車床上，從縮口的一端沿軸向移動加熱，制成帶有套管層的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒。
[0027]實施例1:
1、制棒步驟中，應(yīng)力層每層進(jìn)料量減少20%，沉積層數(shù)為3層，內(nèi)皮層每層進(jìn)料量增加50%,沉積層數(shù)為3層,制成光纖預(yù)制棒外徑為11.0mm,拉制成直徑為79.8 μ m的光纖,應(yīng)力區(qū)面積為241.3 μ m2，占總面積的4.8%，這個占比可保證預(yù)制棒在高溫下扭轉(zhuǎn)或常溫下磨拋都不會炸裂；光纖內(nèi)端纖芯橢圓度1.4%，外端纖芯橢圓度1.3%，達(dá)到了扭轉(zhuǎn)前的要求；光纖在1310nm波段拍長為6.67_，可滿足扭轉(zhuǎn)前對偏振性能的要求。
[0028]2、套管步驟中，石英棒外徑19mm，壁厚2mm，在溫度為2140±5°C、車速為8mm/min的條件下，制成帶有套管層的預(yù)制棒外徑15.9mm,內(nèi)部光潔無氣泡,拉成光纖的芯包同心度差為0.9 μ m,套管后同心度較好,套管層占總截面面積達(dá)51.5%,可以用于扭轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項】
1.一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于光纖預(yù)制棒的制作步驟采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)，與傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒相比，其應(yīng)力區(qū)面積較小、內(nèi)皮層直徑較大，并且在預(yù)制棒外部加入了套管層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于光纖預(yù)制棒套管前的外徑為ll~20mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于光纖預(yù)制棒套管前直接拉制成Φ80光纖，光纖截面應(yīng)力區(qū)面積占截面總面積的3~7%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于光纖預(yù)制棒套管前直接拉制成Φ80光纖,光纖內(nèi)皮層直徑為18~22μηι。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于光纖預(yù)制棒套管前直接拉制成Φ80光纖,光纖在1310nm波段的拍長為4?1mm06.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于用于套管的石英管外徑為19~30mm，壁厚為llmm。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于將預(yù)制棒和石英管沿軸線同心放置并在高溫下熔縮，加熱溫度為2140±50°C，車速為 5~10mm/min。8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于帶有套管層的預(yù)制棒外徑為15~25mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于扭轉(zhuǎn)的小應(yīng)力區(qū)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于光纖預(yù)制棒采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法（MCVD）制成，與傳統(tǒng)領(lǐng)結(jié)型光纖預(yù)制棒相比，其應(yīng)力區(qū)面積較小，解決了預(yù)制棒在后續(xù)加工處理中容易炸裂的問題；預(yù)制棒內(nèi)皮層直徑較大，解決了芯層橢圓度大的問題，還降低了光纖損耗；在預(yù)制棒外部加入套管層，解決了預(yù)制棒在扭轉(zhuǎn)過程中石英揮發(fā)和堆料問題。本發(fā)明操作難度較低，制得的預(yù)制棒適于在高溫下扭轉(zhuǎn)或常溫下磨拋，是制造圓雙折射光纖的關(guān)鍵步驟。
【IPC分類】C03B37/018
【公開號】CN105016615
【申請?zhí)枴緾N201410166207
【發(fā)明人】徐天聰, 杭利軍, 隋寧菠, 魏國盛, 李保群
【申請人】北京一輕研究院
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月24日