一種光纖熱處理方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖光纜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光纖熱處理方法和裝置，所述 光纖熱處理裝置用于測(cè)試石英玻璃光纖的熱應(yīng)力，為深入研究石英光纖的性能機(jī)理與優(yōu)化 工藝制造作技術(shù)支撐。
【背景技術(shù)】
[0002] 衰減和應(yīng)力敏感性是光纖的關(guān)鍵特性，光纖工作窗口波長在600nm~1600nm的衰 減主要來自于瑞利散射。當(dāng)光能量入射到不均勻的介質(zhì)中，介質(zhì)因?yàn)檎凵渎什痪鶆蚨a(chǎn)生 各向散射光，即瑞利散射。
[0003] 光纖在拉絲過程中，由于玻璃材料快速的冷卻以及受到機(jī)械拉力影響，在光纖內(nèi) 部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力即光纖的殘余應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致光纖內(nèi)部缺陷增加，并增大光纖內(nèi)部結(jié) 構(gòu)不均勻性，從而增大光纖的瑞利散射損耗。因此降低光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力，是降低光纖瑞利 散射損耗的重要手段。
[0004] 光纖的殘余應(yīng)力，也稱光纖的原始應(yīng)力，是光纖在拉制過程中，因梯度材料的快速 冷卻、拉絲外加機(jī)械張力以及梯度材料自身熱應(yīng)力等復(fù)雜應(yīng)力組成的綜合應(yīng)力。因此光纖 的原始應(yīng)力不能真實(shí)反映光纖的材料組成產(chǎn)生的應(yīng)力效果，從而難以判斷和探索光纖梯度 材料的粘度、摻雜等匹配程度對(duì)光纖衰減的影響效果。
[0005] 光纖的熱應(yīng)力，是指光纖內(nèi)部因梯度材料組分之間熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng) 力，屬于梯度材料的內(nèi)應(yīng)力。測(cè)試光纖的熱應(yīng)力，是探索降低光纖內(nèi)部殘留應(yīng)力及衰減的方 法的重要研究手段之一。通過對(duì)光纖原始應(yīng)力進(jìn)行釋放，重新緩慢冷卻而引入材料熱應(yīng)力， 從而可以測(cè)試光纖熱應(yīng)力。
[0006] 在已公開的專利文獻(xiàn)中，尚未查到相關(guān)釋放光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力用以測(cè)試光纖熱應(yīng) 力的方法或裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過對(duì)光纖原始應(yīng)力進(jìn)行釋放，重新緩慢 冷卻引入材料熱應(yīng)力，并通過常規(guī)光纖應(yīng)力測(cè)試方法獲得光纖熱應(yīng)力的方法和裝置。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光纖熱處理方法，將光纖 置于900°C~1350°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行保溫處理，保溫時(shí)間超過3min。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述熱處理過程還包括升溫過程和降溫過程；所述升溫 過程中的升溫速率為1°C/min~50°C/min，所述降溫過程按時(shí)間先后分為慢冷階段和快 冷階段，其中慢冷階段的降溫速率為l〇°C/h~150°C/h，且慢冷階段結(jié)束溫度500°C~ 800。。。
[0010] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述快冷階段的降溫速率為30°C/h~600°C/h。
[0011] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種光纖熱處理裝置，包括溫度控制器、光纖夾 持裝置以及管式爐，其中所述光纖夾持裝置用于夾持光纖，所述光纖穿過所述管式爐，所述 溫度控制器用于設(shè)置所述管式爐的光纖熱處理溫度條件；所述管式爐用于將置于其內(nèi)部的 光纖在900°C~1350°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行保溫處理。
[0012] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光纖夾持裝置包括兩個(gè)光纖定位支架，所述兩個(gè)光 纖定位支架分別置于所述管式爐的兩端，所述光纖定位支架上設(shè)置有三向調(diào)節(jié)旋桿，所述 三向調(diào)節(jié)旋桿用于調(diào)整所述光纖在管式爐中的位置，并使所述光纖處于不受張力的松弛狀 〇
[0013] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述管式爐內(nèi)置一潔凈玻璃管，所述潔凈玻璃管用以隔 離所述光纖與管式爐內(nèi)襯。
[0014] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述管式爐內(nèi)溫區(qū)均勻，保溫時(shí)溫度波動(dòng)不大于rc，靠 近爐口與爐中心溫差不超過10°c。
[0015] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述管式爐升溫速率控制精度不高于1°C/min，降溫速 率控制精度不高于l〇°C/h。
[0016] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光纖熱處理溫度條件為：升溫速率1 °C~50°C/ min，保溫溫度900°C~1350°C，降溫速率慢冷階段10°C/h~150°C/h，慢冷階段結(jié)束溫度 500°C~800°C，降溫速率快冷階段30°C/h~600°C/h。
[0017] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光纖為石英玻璃光纖。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0019] 1、利用本發(fā)明方法，在900°C~1350°C的溫度范圍內(nèi)對(duì)光纖進(jìn)行熱處理，保溫時(shí) 間超過3min，可以有效釋放光纖內(nèi)部殘留應(yīng)力，并通過緩慢冷卻條件引入梯度材料熱應(yīng)力， 其中光纖包層、芯層的應(yīng)力在進(jìn)行熱處理后，得到了顯著的釋放；因梯度材料摻雜匹配等因 素引入的熱應(yīng)力主要集中在光纖芯層和包層界面處，且芯層材料相比包層受到了比原始應(yīng) 力顯著減小的壓應(yīng)力。本發(fā)明方法通過熱處理消除了光纖各個(gè)分層在拉絲過程中由于熔融 和急劇冷卻，各個(gè)分層由于軟化溫度、膨脹系數(shù)的差異而引入的"噪聲"應(yīng)力，顯現(xiàn)出了單純 的材料熱應(yīng)力。這種處理之后保留下來的應(yīng)力才是最終各個(gè)分層之間拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的體 現(xiàn)。
[0020] 2、利用本發(fā)明的熱處理裝置對(duì)光纖進(jìn)行熱處理，可以有效釋放光纖內(nèi)部殘留應(yīng) 力，并通過緩慢冷卻條件引入梯度材料熱應(yīng)力，通過常規(guī)光纖應(yīng)力測(cè)試方法即可獲得光纖 熱應(yīng)力結(jié)果；
[0021] 3、本發(fā)明熱處理裝置通過溫度控制器可精確控制光纖熱處理溫度條件；
[0022] 4、本發(fā)明熱處理裝置中設(shè)置有包括三向調(diào)節(jié)旋桿的光纖夾持裝置，通過可三向調(diào) 節(jié)的光纖夾持裝置，可以精確控制光纖在管式爐中的位置，使光纖處于不受張力且不擦爐 壁的最佳狀態(tài)；
[0023] 5、本發(fā)明熱處理裝置中的管式爐內(nèi)部設(shè)置有潔凈玻璃管，可有效隔絕爐壁雜質(zhì)對(duì) 光纖的污染；并且通過在管式爐兩端設(shè)置具有小孔的堵頭，可以有效減少管式爐熱散失與 熱量波動(dòng)，使溫區(qū)更穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明光纖熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光纖原始應(yīng)力與熱應(yīng)力示意圖；
[0026] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0027] 1-溫度控制器2-光纖定位支架3-管式爐4-潔凈玻璃管5-光纖6-堵頭。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0029] 本發(fā)明提供了一種光纖熱處理方法，將光纖置于900°C~1350°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn) 行保溫處理，保溫時(shí)間超過3min。
[0030] 進(jìn)一步地，所述熱處理過程還包括升溫過程和降溫過程；所述升溫過程中