一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，是制造圓雙折射光纖的關鍵步驟。
【背景技術】
[0002]近年來，全光纖電流互感器以其動態范圍大、頻帶寬，安裝靈活、抗電磁干擾能力強、可測交直流信號等優點，成為了新型電流互感器的發展趨勢。由于以法拉第效應為基本原理的全光纖電流互感器對光纖傳感環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《拉制期間旋轉光纖預型的光纖生產設備和方法》、授權公告號為CN 201857345的中國專利《光纖扭轉裝置》、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預制棒或者是搓動光纖來實現扭轉。隨著人們對全光纖電流互感器研究的深入，逐漸發現傳統低線性雙折射光纖存在諸如抗彎曲能力差、抗沖擊能力差、溫度穩定性弱等缺點，而另一種帶有應力區的低線性雙折射光纖又稱圓雙折射光纖進入人們視野，這種光纖引入了大量的圓雙折射來抑制殘余線雙折射，使得光纖環具有很強的抗外界干擾能力。第92113821.0號中國專利《保持圓偏振態的光纖和它的制備方法》中給出了圓雙折射光纖的基本構造:包層中帶有一個或多個應力區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預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，而為了保持機械強度拉絲速度必須維持在30m/min以上,此時預制棒轉速或搓動速度需達到3500r/min以上,這已經遠超出機器的正常運轉范圍；2、拉絲過程中旋轉會使光纖發生擺動，發生涂覆不勻等現象。
[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拉伸塔》提出了將預制棒旋轉拉伸的方法，這種方法可很好的應用到普通單模光纖預制棒的扭轉中，但對于領結型預制棒的扭轉存在以下一些難題:1、傳統領結型預制棒應力區面積占總截面積10%以上，預制棒在后續加工處理中容易炸裂；2、傳統領結型光纖纖芯橢圓度高達28%以上，如果制成旋轉光纖，會造成芯徑分布不勻，進而影響光纖截止波長、模場直徑等多個指標，同時還存在與其他光纖耦合困難的問題；3、扭轉是在高溫下進行，石英將不可避免的發生揮發和堆料現象，這會嚴重破壞預制棒的外皮層甚至應力區。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，包括預制棒制作和預制棒套管步驟，特別是要解決傳統領結型預制棒在后續加工處理中容易炸裂的問題、傳統領結型預制棒纖芯橢圓度偏高的問題以及扭轉時石英揮發和堆料的問題。
[0006]本發明所采用的技術方案是: 1、預制棒制作采用改進的化學氣相沉積法(MCVD)，與傳統領結型預制棒相比，在沉積應力層時，減少了每層的進料量并減少一定層數；沉積內皮層時，增加了每層的進料量并增加一定層數。
[0007]2、預制棒制成后，將預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制棒。
[0008]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、采用本發明制成的預制棒套管前應力區面積占截面總面積的:3~7%，使預制棒在后續加工處理中不易炸裂。
[0009]2、在應力區面積減小的同時，把內皮層直徑增大，這樣做的好處有:(I)可以有效減小熔縮過程中應力區對芯層橢圓度的影響，采用本發明可以使纖芯橢圓度降至3%以下，達到了普通單模光纖的標準；(2)減小了應力區摻雜材料的本征吸收，使光纖損耗降低。
[0010]3、在預制棒外部加入套管層的好處有:(I)解決了預制棒在高溫扭轉過程中的揮發和堆料問題，讓揮發和堆料都發生在套管層，保證了原有預制棒的結構完整；(2)進一步減小了應力區面積占截面總面積的百分比，炸裂問題完全解決。
[0011]4、采用本發明制得的預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力區領結型光纖預制棒截面示意圖。
[0013]圖2為帶有套管層的小應力區領結型光纖預制棒制作流程圖。
[0014]圖中芯層-1，內皮層-2，應力區-3，外皮層-4，套管層-5。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0016]帶有套管層小應力區領結型光纖預制棒截面如圖1所示，其結構由內向外依次是芯層、內皮層、應力區、外皮層、套管層。
[0017]帶有套管層的小應力區領結型光纖預制棒的制作是在MCVD車床上進行，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，并對襯管進行內外拋光處理。
[0018]2、正常沉積外皮層。
[0019]3、沉積應力層，應力層每層的進料量的較傳統領結型光纖預制棒少，且沉積層數減少。
[0020]4、蝕刻應力層，將襯管停止轉動，在襯管正下方用蝕刻燈沿軸向移動對應力層進行蝕刻，保證應力層斷開；然后將襯管旋轉180°蝕刻另一端，保證另一端應力層斷開。
[0021]5、沉積內皮層，內皮層每層的進料量較傳統領結型光纖預制棒多，且沉積層數增加。
[0022]6、正常沉積芯層。
[0023]7、進行縮細和外拋處理，制得套管前的小應力區領結型光纖預制棒。
[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力區領結型光纖預制棒。
[0027]實施例1:
1、制棒步驟中，應力層每層進料量減少20%，沉積層數為3層，內皮層每層進料量增加50%,沉積層數為3層,制成光纖預制棒外徑為11.0mm,拉制成直徑為79.8 μ m的光纖,應力區面積為241.3 μ m2，占總面積的4.8%，這個占比可保證預制棒在高溫下扭轉或常溫下磨拋都不會炸裂；光纖內端纖芯橢圓度1.4%，外端纖芯橢圓度1.3%，達到了扭轉前的要求；光纖在1310nm波段拍長為6.67_，可滿足扭轉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制棒外徑15.9mm,內部光潔無氣泡,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51.5%,可以用于扭轉。
【主權項】
1.一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于光纖預制棒的制作步驟采用改進的化學氣相沉積法(MCVD)，與傳統領結型光纖預制棒相比，其應力區面積較小、內皮層直徑較大，并且在預制棒外部加入了套管層。2.根據權利要求1所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于光纖預制棒套管前的外徑為ll~20mm。3.根據權利要求1或2所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于光纖預制棒套管前直接拉制成Φ80光纖，光纖截面應力區面積占截面總面積的3~7%。4.根據權利要求1或2所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于光纖預制棒套管前直接拉制成Φ80光纖,光纖內皮層直徑為18~22μηι。5.根據權利要求1或2所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于光纖預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.根據權利要求1所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于用于套管的石英管外徑為19~30mm，壁厚為llmm。7.根據權利要求1或6所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于將預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.根據權利要求1或6所述的一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于帶有套管層的預制棒外徑為15~25mm。
【專利摘要】本發明公開了一種用于扭轉的小應力區領結型光纖預制棒的制造方法，其特征在于光纖預制棒采用改進的化學氣相沉積法（MCVD）制成，與傳統領結型光纖預制棒相比，其應力區面積較小，解決了預制棒在后續加工處理中容易炸裂的問題；預制棒內皮層直徑較大，解決了芯層橢圓度大的問題，還降低了光纖損耗；在預制棒外部加入套管層，解決了預制棒在扭轉過程中石英揮發和堆料問題。本發明操作難度較低，制得的預制棒適于在高溫下扭轉或常溫下磨拋，是制造圓雙折射光纖的關鍵步驟。
【IPC分類】C03B37/018
【公開號】CN105016615
【申請號】CN201410166207
【發明人】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