一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置及制造方法，該裝置包括有刻度標(biāo)定的盤體，組成十字型的四個卡爪和與其一一對應(yīng)嚙合的絲杠，通過旋轉(zhuǎn)絲杠可以控制四個卡爪的相對移動。處于水平方向的兩個卡爪上分別設(shè)有一個可調(diào)節(jié)直徑大小的開槽。
【專利說明】一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及保偏光纖制造領(lǐng)域，具體涉及一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]保偏光纖又稱偏振保持光纖，是特種光纖的一種，是具有保持所傳輸光線的線偏振方向的一類光纖。保偏光纖可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如復(fù)用相干通信、光纖陀螺儀、光纖水聽器、偏振傳感等。尤其是在光纖傳感領(lǐng)域，他是光集成器件、保偏光纖耦合、光纖陀螺等軍用傳感器的核心傳感部件。
[0003]根據(jù)橫截面結(jié)構(gòu)的不同，國際上商用的保偏光纖常見的有四種類型，即:熊貓型、領(lǐng)結(jié)型、橢圓包層型和橢圓芯型。前三種屬于應(yīng)力誘導(dǎo)型，后一種屬于形狀決定型。目前保偏光纖的關(guān)鍵技術(shù)是制造保偏光纖預(yù)制棒，再將保偏光纖預(yù)制棒拉絲成保偏光纖。
[0004]應(yīng)力誘導(dǎo)型保偏光纖的保偏光棒一般是在纖芯的周圍摻雜或放置一些膨脹系數(shù)高的物質(zhì)(如硼、鍺、磷等)，通過某種特殊的處理手段，使這些摻雜或放置區(qū)域變成非圓對稱或軸對稱的應(yīng)力作用區(qū)而制成。摻硼應(yīng)力作用區(qū)膨脹系數(shù)高，在光纖中對纖芯施加應(yīng)力，導(dǎo)致纖芯在兩個垂直方向上折射率不同，應(yīng)力作用區(qū)折射率大，垂直方向折射率小。光在這樣的光纖中傳播時，形成快軸和慢軸，兩類軸都叫做主軸，慢軸與應(yīng)力作用區(qū)的立場方向一致。
[0005]上述應(yīng)力雙折射保偏光纖中，熊貓型保偏光纖應(yīng)用的最為廣泛，其結(jié)構(gòu)包括纖芯、應(yīng)力區(qū)和包層部分，其 中纖芯位于包層的中心部分，而兩個圓柱狀的應(yīng)力區(qū)分布在纖芯的兩側(cè)。纖芯一般為鍺氟共摻雜的石英玻璃、應(yīng)力區(qū)一般為硼摻雜的石英玻璃、而包層一般為純石英玻璃材料。由于硼石英具有比純石英更大的熱膨脹性能，所以應(yīng)力區(qū)能夠產(chǎn)生壓應(yīng)力作用于纖芯部分，從而產(chǎn)生所謂的應(yīng)力雙折射使得保偏光纖具有線偏振保持性能。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中熊貓型保偏光纖的制造工藝主要采用套管法(RIC)或者鉆孔法。套管法是通過將芯棒和應(yīng)力棒裝在套管中然后加溫拉絲成纖，但是套管法在拉絲過程中，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)容易變形，不同熊貓保偏光纖精度不容易統(tǒng)一，工藝重復(fù)性差，不適合大批量生產(chǎn)。而機(jī)械鉆孔法是保偏光纖常見的制造方法，通過在預(yù)制棒中機(jī)械鉆出兩個圓柱形孔，然后將應(yīng)力棒插入到圓孔中而形成。但是鉆孔需要高精度的機(jī)械加工，由于精度的關(guān)系，稍微有所偏差就會造成加工孔內(nèi)表面粗糙度高、兩個加工孔的對稱性差；另外，對鉆頭的要求較高，鉆頭較小力度不容易滿足，隨著加工深度的加大，鉆頭尖端會有離心力向外甩動，因此，加工孔的出口一般大于加工孔的入口，況且加工效率低；綜上所述，均會對所加工的保偏光纖的強(qiáng)度與光學(xué)性能產(chǎn)生不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置及方法，這種制造裝置可以直接固定芯棒和兩根應(yīng)力棒，然后通過0VD(0utside VaporDeposition,外汽相沉積法)或者VAD (Vapor Phase Axial Deposition,汽相軸向沉積法)工藝，在其表面直接沉積純SiO2包層來制造保偏光纖預(yù)制棒，此工藝重復(fù)性較高，不用開槽，光纖精度高。提高了加工效率，保偏光纖的光學(xué)性能與可靠性得到顯著提高。且本發(fā)明裝置固定芯棒孔直徑、應(yīng)力棒孔直徑均可以調(diào)節(jié)，應(yīng)力棒之間的距離也可以調(diào)節(jié)，能夠滿足各種性能要求的特種光纖預(yù)制棒的制備。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置，該裝置包括有刻度標(biāo)定的盤體1，組成十字型的四個卡爪2、3和與其一一對應(yīng)嚙合的絲杠4，通過旋轉(zhuǎn)絲杠可以控制四個卡爪的相對移動。
[0009]進(jìn)一步地，處于水平方向的兩個卡爪3上分別設(shè)有一個可調(diào)節(jié)直徑大小的開槽5。
[0010]進(jìn)一步地，卡爪2可以固定直徑8~50mm的芯棒，卡爪3上開槽的直徑范圍l(T60mm，開槽的形狀可以是圓形、矩形、三角形、橢圓形。
[0011]本發(fā)明還提供了一種保偏光纖預(yù)制棒的制造方法，該方法包括以下步驟:
步驟(1)將制備好的玻璃芯棒固定在盤體I的四個卡爪中間，將應(yīng)力棒分別固定在卡爪上的兩個開槽內(nèi)，且所述兩個開槽截面的中心與玻璃母棒橫截面的圓心位于同一直線；步驟(2)調(diào)節(jié)好玻璃芯棒和應(yīng)力棒的相對位置，采用VAD或者OVD工藝將上述玻璃芯棒和應(yīng)力棒組件沉積純SiO2包層，讓玻璃芯棒和應(yīng)力棒包覆于包層中；
步驟(3)在沉積包層的過程中，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的角速度以保證燒結(jié)完的光棒為圓柱形； 步驟(4)將上述制備的疏松體進(jìn)行高溫脫水燒結(jié)，最終形成透明的保偏光纖預(yù)制棒。 [0012]進(jìn)一步地，步驟(3)中所述旋轉(zhuǎn)的角速度可以是角位移坐標(biāo)的函數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的玻璃芯棒通過VAD或OVD方法制造，玻璃芯棒內(nèi)包層的直徑和芯層直徑的比例控制在2.0以上；所述步驟(1)中的應(yīng)力棒通過MCVD方法制造摻雜B2O3保偏應(yīng)力棒，并加工成所需的大小及外形。
[0014]進(jìn)一步地，該方法還包括步驟(5 )將保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行清洗后，在光纖拉絲塔上進(jìn)行拉絲，形成所需要的保偏光纖。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明的裝置的多種可調(diào)節(jié)性的設(shè)計可以滿足多種規(guī)格的保偏光纖的預(yù)制棒的制
備;
(2)本發(fā)明裝置可制備單根預(yù)制棒拉絲長度長，光纖生產(chǎn)效率高。使用大直徑大長度的預(yù)制棒生產(chǎn)保偏光纖，單根預(yù)制棒的拉絲長度達(dá)到IOOkm以上，甚至1000km以上；
(3)由于光纖預(yù)制棒在拉絲過程中，起頭和收尾部分玻璃的受熱不均勻，所以在起頭和收尾階段有部分光纖無法滿足指標(biāo)要求而報廢。使用小直徑短長度預(yù)制棒拉絲工藝，報廢光纖的比例一般超過30%，而使用本發(fā)明的預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，報廢光纖的比例在10%以下；
(4)本發(fā)明直接固定玻璃芯棒和應(yīng)力棒，提高了所拉光纖的軸向均勻性，簡化了制造工藝，降低了制造成本，易于實(shí)施操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明的盤體示意圖。
[0017]圖2為根據(jù)本發(fā)明的沉積示意圖。
[0018]I為有刻度標(biāo)定的盤體；2為固定芯棒的卡爪；3為水平卡爪；4為絲杠；5為水平卡爪上的開槽。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0020]本發(fā)明提供了一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置，如圖1所示，該裝置包括有刻度標(biāo)定的盤體1，組成十字型的四個卡爪2、3和與其一一對應(yīng)嚙合的絲杠4，通過旋轉(zhuǎn)絲杠可以控制四個卡爪的相對移動。處于水平方向的兩個卡爪3上分別設(shè)有一個可調(diào)節(jié)直徑大小的開槽5?？ㄗ?可以固定直徑8~50mm的芯棒,卡爪3上開槽的直徑(大小)范圍10~60mm,開槽的形狀可以是圓形、矩形、三角形、橢圓形等。通過控制芯棒直徑、應(yīng)力棒的直徑和兩根應(yīng)力棒之間的距離，調(diào)節(jié)光纖預(yù)制棒的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，來制備各種性能要求的保偏光纖預(yù)制棒。
[0021]本發(fā)明按照預(yù)定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，選取合適的玻璃芯棒和應(yīng)力棒，采取一種保偏光纖制造方法，如圖2所示，包括如下步驟:
Cl)首先通過VAD或OVD工藝制造玻璃芯棒，為了控制沉積時芯棒的穩(wěn)定性，芯棒I內(nèi)包層的直徑3和芯層直徑2的比例(b/a)控制在2.0以上，優(yōu)選的在3.0以上，更優(yōu)選的在
4.0以上;
(2)通過MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法)工藝制造摻雜B2O3保偏應(yīng)力棒，并加工成所需的大小及外形；
(3)將制備好的玻璃芯棒固定在盤體I的四個卡爪中間，將應(yīng)力棒分別固定在卡爪上的兩個開槽內(nèi)，且所述兩個開槽截面的中心與玻璃母棒橫截面的圓心位于同一直線； (4)調(diào)節(jié)好玻璃芯棒和應(yīng)力棒的相對位置，滿足設(shè)計的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；
(5)采用VAD或者OVD工藝將上述玻璃芯棒和應(yīng)力棒組件沉積純SiO2包層，讓玻璃芯棒和應(yīng)力棒包覆于包層中。在沉積包層的過程中，根據(jù)應(yīng)力棒的形狀和位置，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的角速度，旋轉(zhuǎn)的角速度可以是角位移坐標(biāo)的函數(shù)，也可以是多種組合。目的是為保證第4步燒結(jié)完的光棒為圓柱形；
(6)將上述制備的疏松體進(jìn)行高溫脫水燒結(jié)，最終形成透明的保偏光纖預(yù)制棒；
(7)將上述保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行清洗后，上光纖拉絲塔進(jìn)行拉絲，最終形成所需要的保偏光纖。
[0022]實(shí)驗證明，本發(fā)明制造保偏光纖預(yù)制棒的裝置和方法，其適用的工作波長范圍在20(T2000nm之間，尤其適用于850nm，1310nm, 1550nm等工作波長。
[0023]具體實(shí)例如下:首先選取通過VAD工藝制造的直徑為20_的芯棒I 一根，以及通過MCVD工藝制造的直徑為26mm的摻雜B2O3保偏應(yīng)力棒4兩根，將制備好的玻璃芯棒固定在盤體I的卡爪2中間,將應(yīng)力棒別固定在卡爪3上的兩個開槽內(nèi)，調(diào)節(jié)應(yīng)力棒中心與芯棒中心的距離為29mm，且所述兩個開槽截面的中心與玻璃芯棒橫截面的圓心位于同一直線，然后將上述組合件固定在OVD沉積車床上，將上述玻璃芯棒和應(yīng)力棒組件沉積純SiO2疏松體包層，讓玻璃芯棒和應(yīng)力棒包覆于包層中。在沉積包層的過程中，設(shè)計旋轉(zhuǎn)的角速度，以保證最終燒結(jié)完的透明玻璃光棒為圓柱形。將上述制備的疏松體進(jìn)行高溫脫水燒結(jié)，最終形成透明的保偏光纖預(yù)制棒，上光纖拉絲塔進(jìn)行拉絲，在2050°C左右溫度下最終形成所需要的保偏光纖。使用本裝置和方法制造的保偏光纖可以得到在工作波長1310nm處拍長小于3mm, 1310nm波長的衰減系數(shù)小于0.35dB/km, 2米消光比大于20dB/km的高質(zhì)量保偏光纖。在1550nm波長的拍長小于3.5mm, 1550nm波長的衰減系數(shù)小于0.30dB/km,保偏光纖的其他參數(shù)完全符合相關(guān)保偏產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。所制造的保偏光纖性能良好，可以滿足通信及器件制造的要求。`
【權(quán)利要求】
1.一種保偏光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于:該裝置包括有刻度標(biāo)定的盤體(1)，組成十字型的四個卡爪(2)、(3)和與其——對應(yīng)嚙合的絲杠(4)，通過旋轉(zhuǎn)絲杠可以控制四個卡爪的相對移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:處于水平方向的兩個卡爪(3)上分別設(shè)有一個可調(diào)節(jié)直徑大小的開槽(5 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于:卡爪(2)可以固定直徑8~50mm的芯棒，卡爪(3)上開槽的直徑范圍是l0-60mm，開槽的形狀可以是圓形、矩形、三角形、橢圓形。
4.一種保偏光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟(1)將制備好的玻璃芯棒固定在盤體(1)的四個卡爪中間，將應(yīng)力棒分別固定在卡爪上的兩個開槽內(nèi)，且所述兩個開槽截面的中心與玻璃母棒橫截面的圓心位于同一直線.-^4 ， 步驟(2)調(diào)節(jié)好玻璃芯棒和應(yīng)力棒的相對位置，采用VAD或者OVD工藝將上述玻璃芯棒和應(yīng)力棒組件沉積純SiO2包層，讓玻璃芯棒和應(yīng)力棒包覆于包層中； 步驟(3)在沉積包層的過程中，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的角速度以保證燒結(jié)完的光棒為圓柱形； 步驟(4)將上述制備的疏松體進(jìn)行高溫脫水燒結(jié)，最終形成透明的保偏光纖預(yù)制棒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于: 步驟(3)中所述旋轉(zhuǎn)的角速度可以是角位移坐標(biāo)的函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于: 所述步驟(1)中的玻璃芯棒通過VAD或OVD方法制造，玻璃芯棒內(nèi)包層的直徑和芯層直徑的比例控制在2.0以上； 所述步驟(1)中的應(yīng)力棒通過MCVD方法制造摻雜B2O3保偏應(yīng)力棒，并加工成所需的大小及外形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括: 步驟(5)將保偏光纖預(yù)制棒進(jìn)行清洗后，在光纖拉絲塔上進(jìn)行拉絲，形成所需要的保偏光纖。
【文檔編號】C03B37/018GK103708721SQ201310658276
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】李曉東, 江平, 馬建強(qiáng), 肖華, 王友兵, 沈震強(qiáng), 趙奉闊, 柏文俊 申請人:江蘇亨通光電股份有限公司, 江蘇亨通光纖科技有限公司