CN101538113B - 微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法涉及一种光纤预制棒制造及光纤预制棒棒拉丝方法。微间隙套管光纤预制棒的制备方法：1)接柄使用玻璃车床利用氢氧焰分别将芯棒和把棒、套管和尾柄端面在高温熔融后进行对接，2)清洗干燥接柄完成后需利用浓度为2％～3％的氢氟酸对芯棒和套管表面进行清洗2小时以去除表面污染物，3)组装过程是将上述清洗干燥后的芯棒组装到套管内，然后将石英砂灌入套管与芯棒之间，制得微间隙的预制棒。将微间隙套管光纤预制棒固定到光纤拉丝塔的夹头上，熔融后从拉丝炉下口拉出光纤光纤依次通过测径仪测径、冷却管冷却、涂覆、光纤涂料固化、主牵引装置牵引到达双收线机绕收光纤。

Description

微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法

技术领域

本发明微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法涉及一种光纤预制棒制造及光纤预制棒棒拉丝方法，具体的说是一种在芯棒和套管之间的间隙填充高纯石英砂形成微间隙套管光纤预制棒制备方法及关于微间隙预制棒拉丝方法，使用该方法制得的预制棒水峰低，几何尺寸可控性好，同时其单根棒可拉长度大，可在很大程度上提高设备利用率，降低成本。

背景技术

在“光进铜退”主流的引导下近年来光纤通信技术持续飞速发展，预计在2010年国内光纤的年需求量将会突破5000万芯公里，然而，自2005年以来光纤的价格仍处于低谷，这对于光纤成产厂家造成很大的压力，要在这种微利甚至无利时代求得生存，只有走降低光纤生产成本之路。增加预制棒的可拉长度是降低成本行之有效的方法之一。

目前已有的套管法制棒方法就是在这样的背景下应运而生。目前，已成功制造出直径达150mm、单根棒可生产2000km的光纤预制棒，虽然在可生产光纤长度上能够达到2000km，但是这种光纤预制棒技术只是在更大可拉长度上发展了第一步，目前的套管技术还不够成熟，一方面因为芯棒在通过酸洗的时候表面缺陷被进一步放大，在预制棒组装的时候芯棒也会摩擦套管内壁，芯棒表面和套管内壁将会同时产生划伤，产生不愿见到的缺陷，当在拉丝的时候缺陷被拉到光纤里面去，这样拉丝的时候就会产生生产断纤和筛选断纤，影响生产效率和合格率；另一方面，为了能让芯棒顺利的放至套管之中，避免划伤(事实上是为了尽量减少划伤概率)，预制棒组装是必然需要选择内径较大的套管来与芯棒匹配，这样的预制棒在拉丝时套管在在抽真空的条件下向里面收缩，由于有一定的间隙，套管的玻璃将会填补此间隙，但是套管的玻璃部分填补此间隙又有多余，这样就会产生部分套管的玻璃部分不会完全贴合到套管表面，而且生产时候芯棒将会在套管中摆动，鉴于这样的原因目前使用套管法制得的大尺寸预制棒在增加产能的同时却引入了模场直径波动大，光纤包层几何尺寸不稳定等问题，从而在一定程度上导致接续问题、偏振模色散等问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法，它解决了现有的套管法制得的光纤预制棒模场直径不稳定，包层几何尺寸波动大，及因套管和芯棒产生微裂纹而引起的断点等一系列问题，在确保光纤预制棒性能的前提下将单根棒的可拉长度提高到了2000km以上。

微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法是采取以下方案实现的：

微间隙套管光纤预制棒的制备方法：

1)接柄

使用玻璃车床利用氢氧焰分别将芯棒和把棒、套管和尾柄端面在1600℃～1900℃高温熔融后进行对接，即为接柄，此过程在BC700-250双卡盘玻璃车床上进行，接柄后的整根芯棒和把棒，套管和尾柄的整体弓曲度控制在0～0.1mm/m以内。

2)清洗干燥

接柄完成后需利用浓度为2％～3％的氢氟酸对芯棒和套管表面进行清洗2小时以去除表面污染物。清洗过程中芯棒和套管在氢氟酸中的旋转速度控制在30～45转/分钟之间，超声波频率控制在40～60KHz，清洗完毕后需要一个干燥过程以去除表面水份，将清洗完的芯棒和套管分别放在湿度为5～10％的净化柜内使用含水量为0～10ppm、纯度为99.99％～99.999％的氮气进行吹扫2h，即可得到干燥洁净芯棒和套管。

3)组装

组装过程是将上述清洗干燥后的芯棒组装到套管内，然后将石英砂灌入套管与芯棒之间以保证套管与芯棒之间充满石英砂粉末，最终不存在可视间隙，制得微间隙的预制棒。具体组装过程如下：

a)使用夹具夹住芯棒的把棒通过转动葫芦将芯棒垂直吊起，超过套管高度。

b)将套管由水平状态旋转至垂直状态并处于芯棒正下方。

c)缓慢降低芯棒使之完全进入套管底部，松开芯棒把棒上的夹具。

d)在套管尾柄顶部安装上带有石英砂进口的耐高温真空塞。并将石英砂进口阀关好。

e)使用真空泵从套管底部预抽真空管道孔对套管进行抽真空处理，将套管内部气压抽至5～10mbar之间。

f)打开石英砂进口阀让石英砂在负压作用下充实芯棒与套管间的间隙，石英砂纯度在99.999％～99.9999％之间，直径在0.5～1mm之间。

g)取下石英砂包装袋。

h)使用氢氧焰喷灯将预制棒下端的预抽真空管道孔熔融封闭，即制得微间隙套管光纤预制棒。

微间隙套管光纤预制棒拉制光纤的方法：

将微间隙套管光纤预制棒通过套管尾柄固定到光纤拉丝塔的夹头上；将石英砂进口管连接到真空泵上，一边拉丝一边对预制棒进行抽真空处理以确保套管和芯棒间的气压在700mbar～800mbar从而保证套管与芯棒的熔缩效果。通过型号为KOBE-II-150的光纤拉丝塔光纤预制棒送给系统将光纤预制棒送至温度为2100℃～2200℃拉丝炉中，熔融后从拉丝炉下口拉出光纤光纤依次通过测径仪测径、冷却管冷却、涂覆、光纤涂料固化、主牵引装置牵引最终到达双收线机绕收光纤，各过程的作用及工艺参数如下：

1)测径仪测径：采用测径仪对光纤直径进行实时监测，并反馈给控制系统；测径仪选用的是beta公司AS3010型测径仪。

2)冷却管冷却：冷却管是由两片半圆柱体的走水铝管制成，生产时冷却管内常通氦气，光纤从冷却管内通过，利用氦气高效率的热传导性能将裸光纤的温度将至30℃～60℃。

3)涂覆：涂覆是利用光纤与光纤涂料间的剪切力将光纤涂料均匀涂覆到光纤表面，涂覆后的光纤直径在240μm～250μm之间。

4)光纤涂料固化：光纤涂料固化系统是利用紫外光在0.1s～0.2s的时间内将90％～95％的光纤涂料固化的过程。

5)主牵引装置牵引：主牵引的作用是根据测径仪反馈的光纤直径调节牵引速度(1500～1600m/min)从而将裸光纤直径控制在124μm～125μm之间。

6)双收线机：双收线机保持与主牵引装置相同的线速度将光纤收绕至指定光纤盘上。

本发明特点：

本发明具有如下特点：

1)所制得光纤预制棒芯棒和套管中心一致，生产过程中不会存在熔缩不均匀，因此所制得的光纤模场直径、芯包同心度等包层几何参数稳定。

2)可以选择内径较大的套管和外径较小的芯棒进行组装，组装后再填充石英砂，因此芯棒和套管之间相互擦伤的几率大大降低。

3)石英砂可以充分修复芯棒表面和套管内壁的微裂纹等缺陷，从而提高后续工序制得的光纤的强度。

4)此方法制得的微间隙套管预制棒在拉丝生产过程中对棒内负压要求不高，熔缩效果好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明使用玻璃车床接柄示意图。

图2是本发明充装石英砂前的组合棒示意图。

图3是本发明充满石英砂的待拉丝光纤预制棒示意图。

图中：1.卡盘；2.芯棒；3.喷灯；4.把棒；5.石英砂进口；6.真空塞；7.套管；8.尾柄；9.预抽真空管道；10.石英砂包装袋；11.石英砂进口阀；12.石英砂。

具体实施方式

参照附图1～3，微间隙套管光纤预制棒的制备方法及其拉制光纤的方法

微间隙套管光纤预制棒的制备方法如下：

1)接柄

使用玻璃车床利用喷灯3的氢氧焰分别将芯棒2和把棒4、套管7和尾柄8端面在1600℃～1900℃高温熔融后进行对接，即为接柄，此过程在BC700-250双卡盘1玻璃车床上进行，接柄后的整根芯棒2和把棒4，套管7和尾柄8的整体弓曲度控制在0～0.1mm/m以内。

2)清洗干燥

接柄完成后需利用浓度为2％～3％的氢氟酸对芯棒2和套管7表面进行清洗2小时以去除表面污染物。清洗过程中芯棒2和套管7在氢氟酸中的旋转速度控制在30～45转/分钟之间，超声波频率控制在40～60KHz，清洗完毕后需要一个干燥过程以去除表面水份，将清洗完的芯棒2和套管7分别放在湿度为5～10％的净化柜内使用含水量为0～10ppm、纯度为99.99％～99.999％的氮气进行吹扫2h，即可得到干燥洁净芯棒2和套管7。

3)组装

组装过程是将上述清洗干燥后的芯棒2组装到套管7内，然后将石英砂灌入套管7与芯棒2之间以保证套管7与芯棒2之间充满石英砂12粉末，最终不存在可视间隙，制得微间隙的预制棒。具体组装过程如下：

a)使用夹具夹住芯棒2的把棒4通过转动葫芦将芯棒2垂直吊起，超过套管7高度。

b)将套管7由水平状态旋转至垂直状态并处于芯棒2正下方。

c)缓慢降低芯棒2使之完全进入套管7底部，松开芯棒把棒4上的夹具。

d)在套管尾柄8顶部安装上带有石英砂进口5的耐高温真空塞6。并将石英砂进口阀11关好。

e)使用真空泵从套管7底部预抽真空管道孔9对套管进行抽真空处理，将套管7内部气压抽至5～10mbar之间。

f)打开石英砂进口阀11让石英砂在负压作用下充实芯棒与套管间的间隙，石英砂纯度在99.999％～99.9999％之间，直径在0.5～1mm之间。

g)取下石英砂包装袋10。

h)使用氢氧焰喷灯将预制棒下端的预抽真空管道孔9熔融封闭，即制得微间隙套管光纤预制棒。

微间隙套管光纤预制棒拉制光纤的方法：

将微间隙套管光纤预制棒通过套管尾柄固定到光纤拉丝塔的夹头上；将石英砂进口管连接到真空泵上，一边拉丝一边对预制棒进行抽真空处理以确保套管和芯棒间的气压在700mbar～800mbar从而保证套管与芯棒的熔缩效果。通过型号为KOBE-II-150的光纤拉丝塔光纤预制棒送给系统将光纤预制棒送至温度为2100℃～2200℃拉丝炉中，熔融后从拉丝炉下口拉出光纤光纤依次通过测径仪测径、冷却管冷却、涂覆、光纤涂料固化、主牵引装置牵引最终到达双收线机绕收光纤，各过程的作用及工艺参数如下：

1)测径仪测径：测径仪选用的是beta公司AS3010型测径仪，主要作用是对光纤直径进行实时监测，并反馈给控制系统。

2)冷却管冷却：冷却管是由两片半圆柱体的走水铝管制成，生产时冷却管内常通氦气，光纤从冷却管内通过，利用氦气高效率的热传导性能将裸光纤的温度将至30℃～60℃。

3)涂覆：涂覆是利用光纤与光纤涂料间的剪切力将光纤涂料均匀涂覆到光纤表面，涂覆后的光纤直径在240μm～250μm之间。

4)光纤涂料固化：光纤涂料固化系统是利用紫外光在0.1s～0.2s的时间内将90％～95％的光纤涂料固化的过程。

5)主牵引装置牵引：主牵引的作用是根据测径仪反馈的光纤直径调节牵引速度(1500～1600m/min)从而将裸光纤直径控制在124μm～125μm之间。

6)双收线机：双收线机保持与主牵引装置相同的线速度将光纤收绕至指定光纤盘上。

数据统计：

我们对未添加石英砂的预制棒和添加了石英砂的预制棒拉丝数据进行了比对，在每种情况下连续生产了10万km光纤，添加了石英砂的预制棒所生产的光纤的模场直径芯包同心度和偏振模色散的一致性明显优越，数据统计如下：

套管和芯棒间隙	模场直径标准偏差	芯包同心度标准偏差	偏振模色散标准偏差
				2~3mm	0.15	0.18	0.02
微间隙(添加石英砂)	0.06	0.08	0.009

Claims (2)

1.一种微间隙套管光纤预制棒的制备方法，其特征在于：

1)接柄

使用玻璃车床利用氢氧焰分别将芯棒和把棒、套管和尾柄端面在1600℃～1900℃高温熔融后进行对接，即为接柄，接柄后的整根芯棒和把棒，套管和尾柄的整体弓曲度控制在0～0.1mm/m以内；

2)清洗干燥

接柄完成后需利用浓度为2％～3％的氢氟酸对芯棒和套管表面进行清洗2小时以去除表面污染物，清洗过程中芯棒和套管在氢氟酸中的旋转速度控制在30～45转/分钟之间，超声波频率控制在40～60KHz，清洗完毕后需要一个干燥过程以去除表面水份，将清洗完的芯棒和套管分别放在湿度为5～10％的净化柜内使用含水量为0～10ppm、纯度为99.99％～99.999％的氮气进行吹扫2h，即可得到干燥洁净芯棒和套管；

3)组装

组装过程是将上述清洗干燥后的芯棒组装到套管内，然后将石英砂灌入套管与芯棒之间以保证套管与芯棒之间充满石英砂粉末，最终不存在可视间隙，制得微间隙的预制棒，具体组装过程如下：

a)使用夹具夹住芯棒的把棒通过转动葫芦将芯棒垂直吊起，超过套管高度；

b)将套管由水平状态旋转至垂直状态并处于芯棒正下方；

c)缓慢降低芯棒使之完全进入套管底部，松开芯棒把棒上的夹具；

d)在套管尾柄顶部安装上带有石英砂进口的耐高温真空塞，并将石英砂进口阀关好；

e)使用真空泵从套管底部预抽真空管道孔对套管进行抽真空处理，将套管内部气压抽至5～10mbar之间；

f)打开石英砂进口阀让石英砂在负压作用下充实芯棒与套管间的间隙，石英砂纯度在99.999％～99.9999％之间，直径在0.5～1mm之间；

g)取下石英砂包装袋；

h)使用氢氧焰喷灯将预制棒下端的预抽真空管道孔熔融封闭，即制得微间隙套管光纤预制棒。

2.权利要求1所述的微间隙套管光纤预制棒拉制光纤的方法，其特征在于：

将微间隙套管光纤预制棒通过套管尾柄固定到光纤拉丝塔的夹头上；将石英砂进口管连接到真空泵上，一边拉丝一边对预制棒进行抽真空处理以确保套管和芯棒间的气压在700mbar～800mbar从而保证套管与芯棒的熔缩效果，通过光纤拉丝塔光纤预制棒送给系统将光纤预制棒送至温度为2100℃～2200℃拉丝炉中，熔融后从拉丝炉下口拉出光纤，依次通过测径仪测径、冷却管冷却、涂覆、光纤涂料固化、主牵引装置牵引最终到达双收线机绕收光纤，各过程的作用及工艺参数如下：

1)测径仪测径：采用测径仪对光纤直径进行实时监测，并反馈给控制系统；

2)冷却管冷却：冷却管是由两片半圆柱体的通水铝管制成，生产时冷却管内常通氦气，光纤从冷却管内通过，利用氦气高效率的热传导性能将裸光纤的温度降至30℃～60℃；

3)涂覆：涂覆是利用光纤与光纤涂料间的剪切力将光纤涂料均匀涂覆到光纤表面，涂覆后的光纤直径在240μm～250μm之间；

4)光纤涂料固化：光纤涂料固化系统是利用紫外光在0.1s～0.2s的时间内将90％～95％的光纤涂料固化的过程；

5)主牵引装置牵引：主牵引的作用是根据测径仪反馈的光纤直径调节牵引速度1500～1600m/min，从而将裸光纤直径控制在124μm～125μm之间；

6)双收线机：双收线机保持与主牵引装置相同的线速度将光纤收绕至指定光纤盘上。

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