一種光纖預制棒芯棒的熔縮拉伸工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種摻雜石英襯管熔縮同時拉伸成光纖預制棒芯棒的熔縮拉伸工藝，屬于光纖制造技術領域。
【背景技術】
[0002]光纖預制棒是控制光纖的原始棒體材料，組元結構為多層圓柱體，目前光纖預制棒的制造工藝大都采用為兩步法，即先制造預制棒芯棒，然后在芯棒外采用不同技術制造外包層。在預制棒芯棒的制備工藝中，目前普遍采用的是氣相反應沉積工藝，典型的有管內氣相沉積工藝，如MCVD (modified chemical vapor deposit1n)改進化學氣相沉積法和PCVD (plasma chemical vapor deposit1n)等離子體激發化學氣相沉積法，以及管外氣相沉積工藝，如0VD (outside vapor deposit1n)外部氣相沉積法和VAD (vapor axialdeposit1n)氣相軸向沉積法；而預制棒外包層制造工藝則包括套管法、等離子噴涂法、火焰水解法和溶膠凝膠法。
[0003]針對采用PCVD或MCVD等管內氣相沉積工藝制備的光纖預制棒芯棒，在波導結構沉積過程中，在反應氣體進入和離開石英管材的區域以及反應熱源的起始點和返程點，由于能量的突變，加上熱源移動速度的不同，在氣流的作用下，氣體發生反應后在管材不同的地方沉積的量也不同，必然使得有些地方沉積的多，有些地方沉積的少，最終導致整根光纖預制棒芯棒的芯層直徑在軸向分布的不均勻性，使得芯棒有些部分由于參數的不合格而被切除報廢，從而影響光纖制備成本及生產效率。同時所拉光纖由于芯棒參數的不均勻性，會造成MFD波動較大的問題，從而導致光纖熔接后熔接損耗大正大負的現象，影響光纖的質量。P.GEITTNER [1] (P.Geittner, Reduct1n of geometric taper losses in thePCVD process, Electonics Letters 21(19)，1985)等人通過優化能量源(如諧振腔等)行程等因素，使沉積層軸向均勻性得到一定程度的提高，但是仍不能根除，因為這種不均勻性是由沉積平臺本身所造成的，而且當沉積速率提高時，這種不均勻性就越明顯，從而嚴重影響了光纖預制棒芯棒的質量，同時也限制了沉積速率的進一步提高。
[0004]另一方面，為了進一步降低光纖的制造成本，以及提高光纖的制造效率，光纖預制棒的尺寸也在不斷增大，所以也要求光纖預制棒芯棒的尺寸隨之增大。相比較而言，管外氣相沉積法比管內氣相沉積法在制造大尺寸光纖預制棒上更有優勢，而采用管內氣相沉積法制備的預制棒芯棒通過芯棒對接和套管法，較好地彌補了芯棒尺寸上的不足，但同時也導致較多接頭的產生。隨著以后光纖預制棒的尺寸繼續增大，必然會導致更多接頭的產生，從而造成接頭處光纖的報廢量增加、過接頭時出現塔斷問題以及接頭被污染引起衰耗問題的風險增多，進而導致光纖生產成本的增加以及光纖制造效率和質量的降低。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題旨在針對以上現有技術存在的不足，提出一種光纖預制棒芯棒的熔縮拉伸工藝，通過熔縮同時水平拉伸的工藝來提高光纖預制棒芯棒芯層直徑的軸向均勻性以及光纖預制棒芯棒的長度。
[0006]本發明為解決上述提出的問題所用的技術方案為:將摻雜石英襯管裝夾在熔縮車床上，以15~30 rad/min(轉/分)轉速旋轉，用加熱爐套套穿于摻雜石英襯管外，加熱溫度為1900~2300°C，加熱爐套與摻雜石英襯管同軸線并沿摻雜石英襯管軸向以20~50mm/min (毫米/分)速度從襯管一端至另一端往復移動，將摻雜石英襯管逐漸熔縮，爾后進行燒實和水平拉伸，所述的水平拉伸通過固定襯管的夾頭支座沿軸向移動來實現，其特征在于在熔縮之前先檢測確定沉積后的摻雜石英襯管的芯層直徑軸向分布情況，在襯管的拉伸過程中，夾頭支座沿軸向以恒定速度進行拉伸，加熱爐套沿軸向以可變速度從襯管一端至另一端移動，所述的可變速度是指移動速度隨加熱爐套的位移而變化，且速度的快慢與摻雜石英襯管的芯層直徑軸向分布呈負相關，即當加熱爐套對應較大芯層直徑時位移速度慢，當加熱爐套對應較小芯層直徑時位移速度快。
[0007]按上述方案，所述的拉伸過程與燒實同時進行，或者在燒實之后進行。
[0008]按上述方案，所述的夾頭支座在拉伸時沿軸向移動的速度為l~20mm/min。
[0009]按上述方案，所述的加熱爐套在拉伸時沿軸向移動的速度為10~40mm/min。
[0010]按上述方案，所述的摻雜石英襯管熔縮前的規格為:外徑35~60mm，單邊壁厚3.5~22mm，長度1.0-2.5m ;所述的襯管內層含有一種或一種以上揮發性摻雜物質，如Ge02等。
[0011]按上述方案，所述的加熱爐套為石墨電阻加熱爐套，發熱的軸向區域為100~350mm，加熱爐套與摻雜石英襯管之間的周向間隙充滿保護氣體。所述的保護氣體為惰性氣體。
[0012]按上述方案，所述的檢測是借助相同沉積車床制備的預制棒芯棒來預測，所述的芯棒的沉積設備和加工工藝參數相一致，其芯層直徑軸向分布通過預制棒分析儀(PreformAnalyser)沿芯棒長度進行按點檢測，在此基礎上設計加熱爐套沿軸向移動速度變化曲線。
[0013]按上述方案，所述的加熱爐套沿軸向移動速度根據加熱爐套沿軸向移動速度變化曲線按預先設定的程序自動變化和調整，以加熱爐套熱區中心為基準點，當熱區中心移動至芯層直徑較大位置時，減小加熱爐套沿軸向移動的速度，當熱區中心移動至芯層直徑較小位置時，則增大加熱爐套沿軸向移動的速度。
[0014]按上述方案，所述的摻雜石英襯管經過PCVD或MCVD管內氣相沉積工藝加工而成。
[0015]本發明的有益效果在于:1.本發明針對管內氣相沉積(PCVD、MCVD等方式)預制棒芯棒自身存在的沉積不均勻性問題，在保證預制棒芯棒熔縮質量的前提下，通過拉伸時調整加熱爐套沿軸向移動速度的方法實現襯管內不同區域不同芯徑變化量的效果，可顯著改善預制棒芯棒芯徑的均勻性，得到芯層直徑軸向分布均勻的光纖預制棒芯棒，改善所拉光纖由于參數不均勻性造成的MFD波動較大的問題，解決由于MFD波動大導致光纖熔接后的熔接損耗大正大負的現象；2.本發明在光纖預制棒芯棒的熔縮工藝中引入拉伸過程，增加光纖預制棒芯棒的有效長度，減少光纖預制棒內的接頭個數，從而減少接頭處光纖的報廢量，同時降低過接頭時出現塔斷問題以及接頭被污染引起衰耗問題的風險；3.本發明可通過控制光纖預制棒芯棒拉伸后的長度及橫截面積來更好地匹配不同長度及橫截面積的套管，有利于光纖預制棒生產過程中的控制管理；4.本發明為提高預制棒芯棒管內沉積速率和生產更大尺寸的光纖預制棒提供了前提條件，從而有利于光纖制造成本的下降和制造效率的提尚。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明熔縮和拉伸分開進行的工藝流程框圖。
[0017]圖2是本發明熔縮和拉伸同時進行的工藝流程框圖。
[0018]圖3是未進行拉伸工藝(實施例一)預制棒沿軸向的芯層直徑分布曲線圖。
[0019]圖4是本發明一個實施例中(熔縮拉伸工藝)加熱爐套沿軸向移動速度隨加熱爐套位移變化曲線圖。
[0020]圖5是本發明一個實施例中(熔縮拉伸工藝)處理后預制棒沿軸向芯層直徑分布曲線圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 以下結合實施例對本發明進行詳細描述。
[0022]實施例一:用于摻雜石英襯管的芯層直徑軸向分布的檢測，取外徑為45mm，壁厚為15mm，長度為2.5m的沉積完的Si02襯管，內壁沉積摻雜Si02 (含Ge02等)，將其放置在預制棒芯棒熔縮設備上；使用石墨加熱爐套提供熱源，設定發熱體功率，爐體以40~50mm/min速度移動，石英襯管轉動速度為24rad/min，襯管表面溫度約為2000~2100°C ;當發熱體溫度升到200(TC時，開始第一趟熔縮，程序控制加熱爐套進行往復運動，將摻雜石英襯管逐漸熔縮，第四趟時爐體快速返回進氣端，第五趟襯管直接燒實，熔縮過程結束。
[0023]燒實預制棒用預制棒分析儀(Preform Analyser)進行剖面折射率測量，其芯層直徑沿預制棒芯棒棒長分布見圖3，由圖可看出預制棒左邊芯徑偏小，根據芯棒標準大多為不合格部分，需要切除，預制棒可用于光纖拉絲的有效長度受到損失。一般來講，沉積速率越高，這種不均勻性將越嚴重。
[0024]實施例二:取外徑為45mm，壁厚為15mm，長度為2.5m的沉積完的Si02襯管，內