CN101833127A

CN101833127A - 熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法

Info

Publication number: CN101833127A
Application number: CN200910247897A
Authority: CN
Inventors: 吴海林; 虞翔; 王浩
Original assignee: Shanghai Hengtong Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Hengtong Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明涉及光纤通信领域，特别涉及一种新型的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法。通过熊猫型保偏光纤预制棒的截面划分，将预制棒分为由四组模块合成，即圆形套管模块，含有芯棒的单模模块，含有应力棒的两个应力模块以及两个弧形石英填充模块，采用线切割等加工方式将芯棒、应力棒及填充棒等切成所需要的各种组件模块，各模块经研磨、抛光后放入石英套管中组合，将组合后的保偏光纤预制棒一端拨锥，然后通入氦气，并在一定的负压状态下拉制成熊猫型保偏光纤。本发明的优点是，成本小、加工精度高、速度快、可批量生产、效率高，对于大尺寸预制棒或小型预制棒都可以精确加工，保证结构尺寸精确定位，工艺相对成熟、简易、快捷。

Description

熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别涉及一种新型的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法。

背景技术

熊猫型保偏光纤当前主要应用于制备光纤陀螺、光纤水听器等高新技术光纤传感器。在诸多保偏光纤中它占有60％以上应用份额。

熊猫型保偏光纤主要生产方法是超声打孔嵌入应力棒法。此法有以下缺点：(1)定位偏差大，难以使两个应力区以纤芯为对称的准确定位。尤其打孔的直径越小，孔越深，其熊猫母棒两端的偏差越难控制。(2)内孔的研磨、抛光难度大，孔径及圆正度难以精确控制。(3)应力棒的磨、抛及与孔的精确匹配。虽经多年探索，有一定成功经验，但工艺的重复性差。(4)生产效率低下。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，采用线切割等加工方式将芯棒、应力棒及填充棒等切成所需要的各种组件模块，经研磨、抛光后放入石英套管中，最后在负压状态下拉制成熊猫型保偏光纤。制备工艺简易、快捷，制成的熊猫型保偏光纤的光学、保偏及力学性能均可达到国际标准。

本发明的实现由以下技术方案完成：

一种熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，熊猫型保偏光纤预制棒的制备步骤如下：

1)选择圆形套管、芯棒，所述芯棒由里而外依次由棒芯层、芯棒内包层以及芯棒外包层构成，将芯棒切割成截面呈长方形的单模模块，制备两个应力模块和两个弧形石英填充模块，所选择的圆形套管保证内径均匀，取正偏差；所制备的填充模块直径均匀，取负偏差；

2)对所述各模块进行研磨、抛光，并清洗；

3)在所述圆形套管的中心排列所述单模模块，在所述单模模块的四周对称排列所述的两个应力模块和两个弧形石英填充模块，各模块间紧密结合，组合成型。

在步骤3)模块合成过程中，确保两个应力模块到芯棒中心的距离相等；所述应力模块和圆形套管之间的缝隙由细棒填充。

在步骤1)中，所述两个应力模块由同一根应力棒加工制备而成。

在将所述各模块组合成型后，烧缩圆形套管，以使管棒匹配紧密。

所述将芯棒切割成截面呈长方形的单模模块时，要确保经过研磨抛光后的单模模块，其芯棒内包层位于所述单模模块中。

本发明的优点是，本发明所用设备投资仅为超声打孔方法的50％，应用先进的线切割、自动磨片、抛光机，加工精度高、速度快、可批量生产、效率高；本发明的制备方法，对于大预制棒[Φ50×(250～300)mm]，或超声打孔方法难以完成的小型预制棒[Φ20×(100～200)mm]都可以精确加工，保证结构尺寸精确定位。本发明所用的外套管，均直接选购，不需要异型再加工，芯棒、应力棒及填充石英棒的加工即为线切割、平面磨及抛光，工艺相对成熟、简易、快捷。

附图概述

图1：熊猫型保偏光纤预制棒截面模块划分示意图；

图2：熊猫型保偏光纤预制棒结构剖面图；

图3：熊猫型保偏光纤预制棒各组件中芯棒的加工过程示意图(a)；应力棒的加工过程示意图(b)；弧形填充棒的加工过程示意图(c)；

图4：熊猫型保偏光纤预制棒组件圆形套管的选用示意图(a)及弧形块截面加工示意图(b)；

图5：熊猫型保偏光纤预制棒组合示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

图1-5中标号1-12所标示的是圆形套管模块1、弧形石英填充模块2、应力模块3、单模模块4、芯棒5、棒芯层6、芯棒内包层7、芯棒外包层8、圆形套管9、填充棒10、应力棒11、应力棒外包层12。

本实施例依据当今已成熟的高精度切割、研磨、抛光技术和设备为基础，以按设计选定的优级石英管材，棒材为辅件，与用MCVD工艺制备的芯棒、应力棒为主件，经设计加工组合而制成熊猫保偏光纤预制棒。

本实施例中，预制棒外径为50mm、应力棒直径13mm。

附图1为熊猫型保偏光纤预制棒截面模块划分示意图。如图1所示，通过熊猫型保偏光纤预制棒的截面划分，将预制棒分为由四组模块合成，即圆形套管模块1，含有芯棒的单模模块4，含有应力棒的两个应力模块3以及两个弧形石英填充模块2；单模模块4截面呈长方形，位于圆形套管模块1中心位置，单模模块的四周对称排列着两个应力模块和两个弧形石英填充模块，各模块间紧密结合。只有应力模块3和圆形套管模块1的内弧有一定的缝隙，必要时细棒填充也可。附图2为熊猫型保偏光纤预制棒结构剖面图，可见含有芯棒5的单模模块4由里而外依次由棒芯层6、芯棒内包层7以及芯棒外包层8构成，应力棒11外具有应力棒外包层12。

用MCVD工艺方法，制备芯棒、应力棒。要根据具体方案需要合理设计其芯棒内包层厚度。防止石英玻璃中的OH-向纤芯里扩散。

附图3为熊猫型保偏光纤预制棒组件加工过程图示，图中(a)为芯棒、(b)为应力棒、(c)为弧形填充棒。对芯棒5、应力棒11及填充棒10按图3中(a)、(b)、(c)所示用线切割进行切割操作(尺寸比最终尺寸大约1mm)，经磨、抛后达到设计要求。

图3(b)由于应力棒受振动易炸裂，只可试切其三个侧面，且要离掺B2O3的部位不得小于0.5mm，不可过于振动。两端及剖面可磨平(不可切割)。

切割机必须精密自控，切口要窄于0.5mm。且轴向偏差≤0.5mm。

磨、抛机的精度可达到0.01～0.03mm。全自动控制组件可以紧密匹配。自棒中心至外套管准确定位。芯/外包的同心度偏差可达到≤0.3～0.5μm(光纤)。自纤芯到两应力区的间距基本相等(Y1≌Y2)，精确控制对保偏光纤性能的提高及沿纵向的均匀与稳定性至关重要，这是超声打孔法不易做到的。

芯棒、应力棒是经一系列检测，各项参数合格方可加工。

外套管和棒材选取：

①.外套管(高纯透明石英管例)选50±0.8(外径)×5±0.2(壁厚)×1000mm(长)。

②.石英棒(高纯透明石英棒例)选40±2.0(外径)×1000mm(长)取其管和棒材几何尺寸的正负偏差，将棒插入石英管中，以正好匹配为准(组合缝隙为允许偏差，应用前要清洗处理截成所要长度)。

图4：熊猫型保偏光纤预制棒组件圆形套管选用及弧形块截面加工示意图，图中(a)为圆形套管，(b)为弧形填充块。按设计制备并加工好的组件，将图3(a)、(b)、(c)，图4(a)的外套管、图4(b)的填充棒，按图5组合成熊猫型光纤预制棒。

组装好后要在显微镜下测试，以保证棒中心至管外的半径距离偏差≤0.3mm(熊猫光纤芯/包偏差≤0.3～0.5um)。

清洗处理，接首管、尾棒，将组合后的保偏光棒一端拨锥，吹干通入氦气，在负压状态下拉制成所需的熊猫型保偏光纤预制棒。

制备加工过程中，应当注意的是：

采用MCVD工艺按设计制备芯棒和应力棒，保偏光棒的两个应力区最好出自同一根应力棒。

将处理好的各模块放入经过抛光处理的石英套管时，在此过程中要尽量保证应力棒到芯棒中心的距离相等。

圆形套管及填充石英棒的圆正度、平直度、气泡、气线数要达到要求。为让管和棒紧密匹配，可抛光棒和烧缩外套管。

各模块均选用当前最先进的切、磨、抛设备进行加工，以保证切割、研磨、抛光的质量。

单模芯棒5除合理设计芯棒的光学和几何参数外，且要保证其内包层厚度为芯半径的3倍，在研磨抛光时也必须保证此内包层存在于单模模块中，防止OH-向芯部扩散。

应力棒的B₂O₃掺杂量为为15～20％(mol百分比)；直径(棒的两端)偏差≤5％；圆正度≤5％(偏差)；内包层厚度0.5～1.0mm，平直度偏差≤1％。

套管(1)内径均匀，取“+”偏差；弧形填充石英棒(2)直径均匀取“-”偏差。使棒正好插入管中，配合尺寸加工精度为0.01mm。

本发明方法的优点是：(1)易于成批量生产，效率高，可有效的降低光纤成本。(2)光纤的光学、保偏及力学性能均可达到国际标准。(3)此方法适用于制备Φ(25～50)mm×(100～300)mm的不同规格的光纤预制棒。也适用于制备其他类型的保偏光纤预制棒。

Claims

1.一种熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，其特征在于熊猫型保偏光纤预制棒的制备步骤如下：

2)对所述各模块进行研磨、抛光，并清洗；

2.根据权利要求1所述的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，其特征在于在步骤3)模块合成过程中，确保两个应力模块到芯棒中心的距离相等。

3.根据权利要求1所述的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，其特征在于在步骤3)的模块合成过程中，所述应力模块和圆形套管之间的缝隙由细棒填充。

4.根据权利要求1所述的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，其特征在于在步骤1)中，所述两个应力模块由同一根应力棒加工制备而成。

5.根据权利要求1所述的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，其特征在于在将所述各模块组合成型后，烧缩圆形套管，以使管棒匹配紧密。

6.根据权利要求1所述的熊猫型保偏光纤预制棒的模块合成制备法，其特征在于所述将芯棒切割成截面呈长方形的单模模块时，要确保经过研磨抛光后的单模模块，其芯棒内包层完整位于所述单模模块中。