CN102060439B - 一种光子晶体光纤的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光子晶体光纤的制造工艺，使用PCVD工艺与设备在衬底管内壁沉积高纯石英材料，用溶蚀法将衬底管去掉，用火焰抛光将高纯石英管进行整形光滑去除杂质，对高纯石英管进行纯化，在密闭的洁净度在100以上的环境下，将高纯石英管在拉丝塔上拉制成毛细管。将毛细管进行纯化和保护，并用机械化点阵排列装置将毛细管集合成束，并最终形成光子晶体光纤预制棒，将之在拉丝塔上按一定的拉丝工艺拉制成光子晶体光纤。本发明对制造光子晶体光纤的原材料制备工艺，毛细管保护工艺和集合成束技术进行了优化，并形成了相应的高洁净度、高精度可控的制备装置，并对光子晶体光纤制备的拉丝工艺进行了优化，可用于制造低损耗的光子晶体光纤，具有很好的应用效果。

Description

一种光子晶体光纤的制造工艺

技术领域

本发明涉及光子晶体光纤的制造，具体说是一种光子晶体光纤的制造工艺。尤指光子晶体光纤低损耗制造方法以及毛细管的保护与集合成束装置。

背景技术

随着社会的发展与技术的进步，人们对网络的依存度越来越高，人们对信息的需求量也呈现爆炸式的增长。光纤通信技术也随之向现代高速光通信方向发展。

长途骨干网和接入网是现代高速光通信的两大关键网络，而光信号的刹车与缓存是制约下一代全光通信的技术障碍，信号功率与链路累积色散是制约长途骨干网发展的技术瓶颈，小弯曲环境下的光纤弯曲损耗增大是制约光纤到户市场发展的技术问题。因此，如何解决光刹车、实现功率放大与色散补偿、解决弯曲损耗是下一代光纤通信技术的关键科学与技术问题。常规通信光纤无法实现现有高速光纤通信系统的光信号的全光处理，无法同时实现功率增益与色散补偿；常规G.657光纤的弯曲损耗较大，不能够任意弯曲，在复杂而狭小的终端用户环境中的应用受到限制，因此，迫切需要开发出新型的超高抗弯能力的前沿光纤技术。

光子晶体光纤(PCF)具备许多独特而新颖的物理特性，这些特性是常规石英单模光纤所很难或无法实现的。它具有优良的抗弯曲性能，大芯径单模传输特性、超高非线性，光子带隙效应、色散的灵活设计等等。当前光子晶体光纤自身和光子晶体光纤特性在光通讯、光网络中的应用等科学问题都是世界各国科学家关注着的重大问题，国际上这一领域的研究刚刚开始。

光子晶体光纤的制造技术不同于常规光纤制造工艺技术，国内外基本没有光子晶体光纤工艺技术的细节报道。但是总体来说，光子晶体光纤制造技术主要包括：毛细管聚束拉丝法、大直径预制棒钻孔法、熔融挤出法、溶胶凝胶法等。其中，聚束拉丝法由于具有设计灵活、操作方便、容易实现复杂结构等优势而被广泛采用。

目前，国外光子晶体光纤已经商用化，光子晶体光纤的衰减研究也取得了实质性突破：全内反射型(TIR)光子晶体光纤在1310nm和1550nm波长的衰减分别降低到0.35dB/km和0.205dB/km，接近常规单模光纤水平，1383nm的羟基吸收峰降低到1.0dB/km以下；光子带隙型(PBG)光子晶体光纤的衰减又取得了新突破，从1.72dB/km降低到1620nm波长的1.20dB/km并且实现1550nm的40G高速大容量长途传输100km的系统试验。

F.

等设计了一种双芯的微结构光纤，其负色散系数为-10000ps/(nm.km)。Huttunen等报道了一种具有高折射率纤芯双芯微结构光纤，色散系数为-59000ps/(nm.km)，并且能够实现105nm的宽带色散补偿。Huttunen还提出了一种有效面积为80μm²，内芯折射率为1.5，外芯折射率为1.3859的双芯微结构光纤，其1550nm的色散系数为-1600ps/(nm.km)，补偿带宽达330nm，实现整个C+L波段(1530nm～1625nm)的色散补偿。日本Takeshi Fujisawa等提出既具有较大负色散系数，又能够对标准单模光纤进行色散斜率补偿的双芯微结构光纤，该双芯色散补偿微结构光纤的结构参数为：Λ＝1.4633μm，外芯微孔点阵的d1/Λ＝0.2804，其它部分微孔点阵的d2/Λ＝0.2804，其1550nm的色散系数为-538ps/(nm.km)，既能够对单模光纤C波段的线性色散斜率进行补偿，又能够进行整个C波段进行色散补偿，同时，补偿后的残余色散在±0.8ps/(nm.km)范围内，非常适合40G高速大容量传输系统的色散补偿。可见微结构光纤在色散补偿领域具备超凡能力，这预示微结构光纤在未来的WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用系统)以及DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用系统)高速大容量系统中的色散补偿将扮演着越来越重要的角色。

日本的日立电缆(Hitachi Cable)公司报道了该公司研制的低损耗全内反射型微结构光纤(TIR-PCF)。以VAD(Vapor AxialDeposition，气相轴向沉积法)工艺制造的高纯二氧化硅毛细管和棒为材料，用集束拉丝法制造光纤。该光纤的芯成分是GeO2·SiO2，芯周围环绕微气孔构成内包层，微孔直径＝7μm，节距Λ＝11μm。光纤直径是80μm，这有利于改善可靠性和弯曲特性。所研制的光纤在1310nm和1550nm波长的衰减分别降低到0.35dB/km和0.205dB/km，代表了当前PCF的最好水平，与常规单模光纤相当。该光纤的动态疲劳参数n＝21，机械特性与常规单模光纤相当；在1550nm的弯曲损耗仅为常规单模光纤的1/500，可用于制造室内缆。

可见，国外在低损耗高性能的光子晶体光纤制造技术方面，已进行了深入的研究和实际探索，国内急需在此方面掌握源头技术，形成具有自主知识产权的低损耗光子晶体光纤制造技术。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光子晶体光纤的制造工艺，对制造光子晶体光纤的原材料制备工艺，毛细管保护工艺和集合成束技术进行了优化，并形成了相应的高洁净度、高精度可控的制备装置，并对光子晶体光纤制备的拉丝工艺进行了优化，可用于制造低损耗的光子晶体光纤，具有很好的应用效果。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种光子晶体光纤的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用光纤预制棒沉积车床在衬底管内壁沉积厚度至少为1mm的高纯石英材料；或掺入锗和氟的高纯石英材料；

步骤2，在衬底管溶蚀装置内，利用溶蚀法将衬底管去掉，得到高纯石英管，

步骤3，利用火焰抛光将高纯石英管进行整形光滑去除杂质，

步骤4，利用高纯石英管纯化装置对高纯石英管进行纯化，

步骤5，在密闭的洁净度在100以上的环境下，将高纯石英管在拉丝塔上拉制成石英毛细玻璃管，石英毛细玻璃管为六边形或圆形，

步骤6，将石英毛细玻璃管放置在毛细管高纯保护与纯化装置中进行纯化和保护，并在密闭的洁净度在100以上的环境下，利用机械化点阵排列装置将石英毛细玻璃管集合成束，然后将集合成束的石英毛细玻璃管放入与之相匹配的石英套管中，最终形成光子晶体光纤预制棒，

步骤7，将光子晶体光纤预制棒在拉丝塔上通过拉丝工艺拉制成光子晶体光纤。

在上述技术方案的基础上，在步骤7的拉制过程中，拉制速度控制在10m/min～1000m/min，拉制张力控制在50g～600g范围内。

在上述技术方案的基础上，步骤1中所述衬底管为石英玻璃管，石英玻璃管的外径为35mm～40mm、壁厚为1.5mm～2.5mm、长度为1600mm～2000mm。

在上述技术方案的基础上，步骤2中所述衬底管溶蚀装置，包括：

圆柱状的衬底管溶蚀装置壳体3，

衬底管溶蚀装置壳体3中空形成内腔体，

衬底管溶蚀装置壳体3上下两端用法兰盘2封闭壳体，法兰盘2的中心开有一个小孔，

法兰盘2上固定一个用于将插入衬底管溶蚀装置的衬底管紧密的卡住的圆形卡套1，

衬底管溶蚀装置壳体3上部设有与内腔体连通的上导入口4，

衬底管溶蚀装置壳体3下部设有与内腔体连通的下导入口5。

在上述技术方案的基础上，步骤4中所述高纯石英管纯化装置，包括：

支撑架13，呈直角三角形，

支撑架13倾斜的侧边上设有用于固定高纯石英管10的上夹11和下夹12。

在上述技术方案的基础上，步骤6中所述毛细管高纯保护与纯化装置，包括：底部设有轮子的壳体16，壳体内设有若干聚四氟乙烯制作的垫子17。

在上述技术方案的基础上，步骤6中所述机械化点阵排列装置，包括：

上下放置的上法兰盘18、下法兰盘20，

上法兰盘18、下法兰盘20间设有连接二者的纵向支撑立柱，

纵向支撑立柱间设有与上法兰盘18平行的柔性紧固件19，

上法兰盘18的上方设有可上下伸缩的竖杆22，

竖杆22的上端设有与其垂直的、可来回伸缩的横杆21，

横杆21的自由端设有机械手23，

上法兰盘18上设有六边形活动式法兰架24，

六边形活动式法兰架24上设有若干通孔25，通孔25为圆形小孔，均匀排列。

在上述技术方案的基础上，柔性紧固件19选用高分子材料制成，在上法兰盘18拆卸后，柔性紧固件19上翻将毛细管上口密封，

下密封盖20为钛合金材质，在柔性紧固件19将毛细管聚合成束后，通过加热，利用下密封盖20将毛细管下端口熔融密封。

本发明所述的光子晶体光纤的制造工艺，具有以下优点：

1、本发明解决了衬底管所含杂质对光子晶体光纤损耗的不良影响；

2、本发明可实现高纯的石英管材的制备，杂质含量在1ppb以下；

3、本发明解决了毛细管的高洁净度保护与纯化处理，可将OH^-含量控制在10ppb以下；

4、本发明可实现纯机械化的毛细管聚束排列，避免了人工操作带来的附加杂质引入；

5、本发明可实现低损耗的光子晶体光纤制备，光纤损耗可降低的到1dB/km以下。

附图说明

本发明有如下附图：

图1衬底管溶蚀装置正视图，

图2衬底管溶蚀装置俯视图，

图3高纯石英管纯化装置，

图4毛细管高纯保护与纯化装置，

图5机械化点阵排列装置俯视图，

图6点阵排列手柄，

图7机械化点阵排列装置正视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

光纤的衰减包括本征损耗与非本征损耗。其值可以用下面的公式表示：

α＝A/λ⁴+B+C(λ)

其中α为光纤衰减，单位为dB/Km。A为瑞利色散系数，单位为μm⁴×dB/Km。λ为传输的光波长。B表示一个与波长无关的偏移量。C包括所有其它损耗，特别是一些衰减峰值。

由瑞利散射引起的损耗为光纤的本征损耗，与材料本身有关。当材料存在着密度和浓度的微小随机起伏(接近1/10波长或更小)时，会引起瑞利散射，增加光的传输损耗。在光纤的制备中，为实现所需的光传输性能，往往需要在纯的二氧化硅纤芯中掺入可以引起折射率变化的物质，这些掺杂物将增加玻璃的密度和浓度起伏。通常，纤芯掺杂后相对纯二氧化硅光纤的折射率变化越大，瑞利散射损耗越高。

非本征损耗主要是包括因光纤波导结构的随机变化、光纤宏微观弯曲和杂质吸收等引起的损耗。造成这类光纤损耗的因素主要与光纤制造工艺和光纤原材料有直接的关系，包括制造时的工艺技术条件、原材料组份及纯度等。

对光子晶体光纤的制备而言，不论是全内反射型光子晶体光纤还是中空带隙型光子晶体光纤，要降低光纤的损耗，也必须依照上述的损耗特性原理，降低杂质含量，增加光纤轴向和径向的均匀性，才能制备出低损耗的光子晶体光纤。

另外，若采用聚束法拉制光子晶体光纤，还需对光子晶体光纤的毛细管动力学特性和微孔特性进行研究。光子晶体光纤的微孔尺寸、形状和排列在截面上的偏差对光纤的各种功能参数(如零色散点、非线性、单模传输带宽)都具有很大的影响。

在2000℃左右的高温条件下，熔融态玻璃具有一定的粘度，温度升高，石英玻璃熔体的粘度迅速降低。高温熔体在不同粘度情况下具备不同的表面张力，产生趋于缩小表面积的附加压力δp。当高温毛细管熔体产生的附加压力不同时，其收缩变形的速度V也产生巨大的差异，根据下面的公式可以计算出毛细管收缩变形的速度。

$V=E\×\frac{p_2-p_1+\mathrm{\σ}/r_2(x,t)+\mathrm{\σ}/r_1(x,t)}{\mathrm{\η}}$

式中，E为比例常数，P₂为毛细管外压力，P₁为毛细管内压力，σ为玻璃表面张力，r₁(x，t)为毛细管内半径，r₂(x，t)毛细管外半径，η为玻璃的粘度；r(x，t)是以毛细管轴向变化位置x、时间变量t为参量的函数，表示在某个时刻随轴向位置变化的毛细管半径的大小。

为了使毛细管熔体在拉丝过程中能够保持良好的形状，并维持空气孔阵列的形状不变，需要摸索出严格的拉丝条件：合适的拉丝温度T、进棒速度V_load、拉丝速度V_d、合适的拉丝张力F、毛细管内压力P₁和外压力P₂等。由此可以看出，多因子组成影响微结构光纤拉丝工艺的影响函数f(x，t)，f(x，t)中x为光纤拉制过程中，轴向位置变化参量，t为对应的拉制时间，即时间变化参量。

这样我们可以建立下面的方程：

$\frac{\∂u_i}{\∂t}+\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_j\frac{\∂u_i}{\∂x_j}=v\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\∂}^2{u}_i}{\∂x_j^2}-\frac{\∂p}{\∂x_i}+f_i(x,t),$

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\∂u_i/\∂x_i=0;$

u(x，0)＝u⁰(x)

其中n＝1，2，3，分别对应光棒毛细管内径状态，毛细管外径状态，整体光棒直径状态。u_i为各状态下直径变化因子，p为压力，v为粘性系数。

和u(x，0)＝u⁰(x)为拉制过程的边界条件。通过该方程我们可以得到光纤拉制过程中，以毛细管压力p、轴向位置变化量x、拉制时间t为变化参量的光纤拉制函数F(p，x，t)，根据该函数可以确定我们需要的微结构光纤的拉制工艺参数。

另外，为了更好地控制空气孔点阵在拉丝过程中的结构，需要建立微结构光纤拉丝精密控制技术，可选择毛细管内外压力(P₁，P₂)作为调控因子，由此我们建立了低损耗的光子晶体光纤制备技术。

本发明公开了一种光子晶体光纤的制造工艺，包括以下步骤：

步骤1，利用光纤预制棒沉积车床在衬底管内壁沉积厚度至少为1mm的高纯石英材料；或掺入锗和氟的高纯石英材料；所述光纤预制棒沉积车床可采用专利CN01128438.2的技术方案；

步骤2，在衬底管溶蚀装置内，利用溶蚀法将衬底管去掉，得到高纯石英管，

步骤3，利用火焰抛光将高纯石英管进行整形光滑去除杂质，只要是有火焰抛光功能的设备都可以用来做这个事，

步骤4，利用高纯石英管纯化装置对高纯石英管进行纯化，

步骤5，在密闭的洁净度在100以上的环境下，将高纯石英管在拉丝塔上拉制成石英毛细玻璃管，石英毛细玻璃管为六边形或圆形，

步骤6，将石英毛细玻璃管放置在毛细管高纯保护与纯化装置中进行纯化和保护，并在密闭的洁净度在100以上的环境下，利用机械化点阵排列装置将石英毛细玻璃管集合成束，然后将集合成束的石英毛细玻璃管放入与之相匹配的石英套管中，最终形成光子晶体光纤预制棒，

所述光子晶体光纤预制棒的特征是：下端石英套管密封，并与毛细管束紧密密封，上端石英套管可密封或不密封，利用管道与特定装置相连，毛细管束上端不密封，与气氛压力调节装置相连；

步骤7，将光子晶体光纤预制棒在拉丝塔上通过拉丝工艺拉制成光子晶体光纤，在步骤7的拉制过程中，拉制速度控制在10m/min～1000m/min，拉制张力控制在50g～600g范围内，根据不同类型的光子晶体光纤选择不同的拉丝参数。

在上述技术方案的基础上，步骤1中所述衬底管为石英玻璃管，石英玻璃管的外径为35mm～40mm、壁厚为1.5mm～2.5mm、长度为1600mm～2000mm。

在上述技术方案的基础上，如图1、2所示，步骤2中所述衬底管溶蚀装置，是一个两端中心开有小孔的中空状圆柱桶，具体的说，包括：

圆柱状的衬底管溶蚀装置壳体3，

衬底管溶蚀装置壳体3中空形成内腔体，

衬底管溶蚀装置壳体3上下两端用法兰盘2封闭壳体，法兰盘2的中心开有一个小孔，衬底管可通过该小孔插入衬底管溶蚀装置中，

法兰盘2上固定一个用于将插入衬底管溶蚀装置的衬底管紧密的卡住的圆形卡套1，圆形卡套1可固定在法兰盘2中心的小孔内，

衬底管溶蚀装置壳体3上部设有与内腔体连通的上导入口4，

衬底管溶蚀装置壳体3下部设有与内腔体连通的下导入口5。通过两端的两个圆形卡套1，使衬底管处于衬底管溶蚀装置的中心，同时，上导入口4和下导入口5可往衬底管溶蚀装置壳体3内导入强酸对衬底管进行溶蚀，溶蚀时，衬底管溶蚀装置缓慢转动，从而充分保证衬底管的溶蚀均匀性。所述强酸可为硫酸、硝酸、氢氟酸中的一种，或为硫酸、硝酸、氢氟酸按一定比率的混合物，其具体配比可根据实际需要选取。

在上述技术方案的基础上，如图3所示，步骤4中所述高纯石英管纯化装置，包括：

支撑架13，呈直角三角形，

支撑架13倾斜的侧边上设有用于固定高纯石英管10的上夹11和下夹12。高纯石英管纯化装置主要去除石英管内的水汽，使水汽含量降低到ppm级。

在上述技术方案的基础上，如图4所示，步骤6中所述毛细管高纯保护与纯化装置，包括：底部设有轮子的壳体16，壳体内设有若干聚四氟乙烯制作的垫子17。优选壳体和垫子均为高分子材料(如聚四氟乙烯)制成。

在上述技术方案的基础上，如图5、6、7所示，步骤6中所述机械化点阵排列装置，包括：

上下放置的上法兰盘18、下法兰盘20，

上法兰盘18、下法兰盘20间设有连接二者的纵向支撑立柱，

纵向支撑立柱间设有与上法兰盘18平行的柔性紧固件19，

可以将毛细管柔性收拢紧束在一起的柔性紧固件19可选用高分子材料制成，柔性紧固件19为一次性使用材料，在上法兰盘18拆卸后，可上翻将毛细管上口密封，下密封盖20可使用特别金属材料(如钛合金)制成，在柔性紧固件19将毛细管聚合成束后，通过加热，利用下密封盖20将毛细管下端口熔融密封，

上法兰盘18的上方设有可上下伸缩的竖杆22，

竖杆22的上端设有与其垂直的、可来回伸缩的横杆21，

横杆21的自由端设有机械手23，

上法兰盘18上设有六边形活动式法兰架24，六边形活动式法兰架24可根据需要伸缩增大或减小其口径，

六边形活动式法兰架24上设有若干通孔25，通孔25为圆形小孔，均匀排列。

以下给出两个具体实施例进一步说明本发明的工艺过程：

实施例一

采用外径为40mm、壁厚为1.5mm、长度为2000mm的石英玻璃管作为衬底管，利用光纤预制棒沉积车床，在石英玻璃管内壁沉积近千层高纯石英材料，使纯石英材料壁厚达到1mm左右，

将石英玻璃管放入图1和图2所示的衬底管溶蚀装置中，利用圆形卡套1和法兰盘2锁紧衬底管，使衬底管处于衬底管溶蚀装置的中心。然后通过上导入口4注入强酸，下导入口5封闭，隔一段时间后，从下导入口5将强酸导出，再将衬底管溶蚀装置倒置，从下导入口5注入强酸，经过一段时间后，待原衬底管材料全部被溶蚀掉后，将强酸从上导入口4导出，这样使溶蚀更加充分和均匀。得到的高纯石英管外径在37mm，壁厚在1mm，长度为2000mm，

将高纯石英管清洗干净，进行火焰抛光，去除杂质，

将高纯石英管10放置在高纯石英管纯化装置的支撑架13上。如图3所示，高纯石英管10由支撑架13上的两个固定夹子(分别是上夹11和下夹12)固定，将高纯石英管上口和下口分别用上封口8和下封口9封装。利用质量流量控制计6通过上封口8通入高纯氮气，利用压力泵7通过下封口9将高纯气抽出。如此循环，将高纯石英管纯化，

纯化一段时间后，在密闭的洁净度在100以上的环境下，将高纯石英管在拉丝塔上拉制成不同规格的石英毛细玻璃管；本实施例中，拉制成壁厚为0.2mm、外径为6mm和长度为1000mm的圆形石英毛细玻璃管(即石英毛细管规格为φ6×0.2)，

将石英毛细玻璃管放置在毛细管高纯保护与纯化装置中，利用毛细管高纯保护与纯化装置的壳体16下面的轮子将毛细管高纯保护与纯化装置转运到洁净度在100以上的密闭操作空间。本实施例中，将壁厚为0.2mm、外径为6mm和长度为1000mm的圆形石英毛细玻璃管(即石英毛细管规格为φ6×0.2)，放置在毛细管高纯保护与纯化装置中。如图4所示。毛细管高纯保护与纯化装置的壳体16内有若干聚四氟乙烯制作的垫子17，石英毛细玻璃管放置在垫子17上，利用质量流量计14向毛细管高纯保护与纯化装置的壳体16内通入高纯氮气，利用压力泵15将氮气抽出。将石英毛细玻璃管进行纯化。

在洁净度在100以上的密闭操作空间内，利用图5～7所示机械化点阵排列装置将石英毛细玻璃管集合成束。在图5～7中，利用机械手23将石英毛细玻璃管插入六边形活动式法兰架24上的通孔25中，机械手利用可来回伸缩的横杆21和可上下伸缩的竖杆22控制其位置，石英毛细玻璃管向下插入下法兰盘20中，将石英毛细玻璃管下口密封，石英毛细玻璃管上端插入上法兰盘18中，将石英毛细玻璃管上口密封，利用柔性紧固件19将收拢后的石英毛细玻璃管紧固住，形成光子晶体光纤预制棒，

将上法兰盘18取下，利用柔性紧固件19将光子晶体光纤预制棒带起放入高纯石英套管中，在拉丝塔上拉制成光子晶体光纤。

实施例二

采用外径为35mm，壁厚为2.5mm，长度为1600mm的石英玻璃管作为衬底管，利用光纤预制棒沉积车床，在石英玻璃管内壁沉积数千层掺锗与氟的高纯石英材料，沉积厚度达到3mm，

将石英玻璃管放入图1和图2所示的衬底管溶蚀装置中，利用圆形卡套1和法兰盘2锁紧衬底管，使衬底管处于衬底管溶蚀装置的中心。然后通过上导入口4注入强酸，下导入口5封闭，隔一段时间后，从下导入口5将强酸导出，再将衬底管溶蚀装置倒置，从下导入口5注入强酸，经过一段时间后，待原衬底管材料全部被溶蚀掉后，将强酸从上导入口4导出，这样使溶蚀更加充分和均匀。得到的高纯石英管外径在30mm，壁厚在3mm，长度为1600mm，

将高纯石英管清洗干净，进行火焰抛光，去除杂质，

将高纯石英管10外壁沿圆周方向切6道轴向的V形槽。将切好V形槽的石英玻璃管放置在高纯石英管纯化装置的支撑架13上。如图3所示，高纯石英管10由支撑架13上的两个固定夹子(分别是上夹11和下夹12)固定，将高纯石英管上口和下口分别用上封口8和下封口9封装。利用质量流量控制计6通过上封口8通入高纯氮气，利用压力泵7通过下封口9将高纯气抽出。如此循环，将高纯石英管纯化，上夹11、下夹12、上封口8和下封口9的材料均为高分子材料(如聚四氟乙烯材料等)，以避免外界金属材料和OH^-1的污染，

纯化一段时间后，在密闭的洁净度在100以上的环境下，将高纯石英管在拉丝塔上拉制成不同规格的六边形石英毛细玻璃管和高纯石英玻璃细棒。本实施例中，拉制成壁厚为0.5mm、外径为5mm和长度为1000mm的六边形石英毛细玻璃管(即石英毛细玻璃管规格为φ5×0.5)，

将石英毛细玻璃管放置在毛细管高纯保护与纯化装置中，利用毛细管高纯保护与纯化装置的壳体16下面的轮子将毛细管高纯保护与纯化装置转运到洁净度在100以上的密闭操作空间。本实施例中，将壁厚为0.5mm、外径为5mm和长度为1000mm的六边形石英毛细玻璃管(即石英毛细玻璃管规格为φ5×0.5)，放置在毛细管高纯保护与纯化装置中。如图4所示。毛细管高纯保护与纯化装置壳体16内有聚四氟乙烯制作的垫子17，石英毛细玻璃管放置在17上，利用质量流量计14向毛细管高纯保护与纯化装置的壳体16内通入高纯氮气，利用压力泵15将氮气抽出。将石英毛细玻璃管进行纯化。

在洁净度在100以上的密闭操作空间内，利用图5～7所示机械化点阵排列装置将石英毛细玻璃管集合成束。在图5～7中，利用机械手23将石英毛细玻璃管插入六边形活动式法兰架24上的通孔25中，机械手利用可来回伸缩的横杆21和可上下伸缩的竖杆22控制其位置，在本例中，准备排列7层石英毛细玻璃管束，则可将六边形可滑动式法兰盘24向外延展宽，使石英毛细玻璃管均被卡住，石英毛细玻璃管向下插入下法兰盘20中，将石英毛细玻璃管下口密封，并利用柔性紧固件19将收拢后的石英毛细玻璃管紧固住。然后可以将法兰盘18取下，利用19将石英毛细玻璃管束带起放入高纯石英套管中，在拉丝塔上，在洁净度达到100以上的环境下拉制成光子晶体光纤。

虽然结合目前认为最为实用和最佳的实施例对本发明进行了描述，不过本发明不限于所公开的实施例，还包括了所附权利要求精神和范围所包括的引申含义和变化。

Claims (4)

1.一种光子晶体光纤的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用光纤预制棒沉积车床在衬底管内壁沉积厚度至少为1mm的高纯石英材料；或掺入锗和氟的高纯石英材料；

步骤2，在衬底管溶蚀装置内，利用溶蚀法将衬底管去掉，得到高纯石英管，

所述衬底管溶蚀装置，包括：

圆柱状的衬底管溶蚀装置壳体(3)，

衬底管溶蚀装置壳体(3)中空形成内腔体，

衬底管溶蚀装置壳体(3)上下两端用法兰盘(2)封闭壳体，法兰盘(2)的中心开有一个小孔，

法兰盘(2)上固定一个用于将插入衬底管溶蚀装置的衬底管紧密的卡住的圆形卡套(1)，

衬底管溶蚀装置壳体(3)上部设有与内腔体连通的上导入口(4)，

衬底管溶蚀装置壳体(3)下部设有与内腔体连通的下导入口(5)；

步骤3，利用火焰抛光将高纯石英管进行整形光滑去除杂质，

步骤4，利用高纯石英管纯化装置对高纯石英管进行纯化，

所述高纯石英管纯化装置，包括：

支撑架(13)，呈直角三角形，

支撑架(13)倾斜的侧边上设有用于固定高纯石英管(10)的上夹(11)和下夹(12)；

步骤5，在密闭的洁净度在100以上的环境下，将高纯石英管在拉丝塔上拉制成石英毛细玻璃管，石英毛细玻璃管为六边形或圆形，

步骤6，将石英毛细玻璃管放置在毛细管高纯保护与纯化装置中进行纯化和保护，并在密闭的洁净度在100以上的环境下，利用机械化点阵排列装置将石英毛细玻璃管集合成束，然后将集合成束的石英毛细玻璃管放入与之相匹配的石英套管中，最终形成光子晶体光纤预制棒，

所述毛细管高纯保护与纯化装置，包括：底部设有轮子的壳体(16)，壳体内设有若干聚四氟乙烯制作的垫子(17)；

所述机械化点阵排列装置，包括：

上下放置的上法兰盘(18)、下法兰盘(20)，

上法兰盘(18)、下法兰盘(20)间设有连接二者的纵向支撑立柱，

纵向支撑立柱间设有与上法兰盘(18)平行的柔性紧固件(19)，上法兰盘(18)的上方设有可上下伸缩的竖杆(22)，

竖杆(22)的上端设有与其垂直的、可来回伸缩的横杆(21)，横杆(21)的自由端设有机械手(23)，

上法兰盘(18)上设有六边形活动式法兰架(24)，

六边形活动式法兰架(24)上设有若干通孔(25)，通孔(25)为圆形小孔，均匀排列；

步骤7，将光子晶体光纤预制棒在拉丝塔上通过拉丝工艺拉制成光子晶体光纤。

2.如权利要求1所述的光子晶体光纤的制造工艺，其特征在于：在步骤7的拉制过程中，拉制速度控制在10m/min～1000m/min，拉制张力控制在50g～600g范围内。

3.如权利要求1所述的光子晶体光纤的制造工艺，其特征在于：步骤1中所述衬底管为石英玻璃管，石英玻璃管的外径为35mm～40mm、壁厚为1.5mm～2.5mm、长度为1600mm～2000mm。

4.如权利要求1所述的光子晶体光纤的制造工艺，其特征在于：柔性紧固件(19)选用高分子材料制成，在上法兰盘(18)拆卸后，柔性紧固件(19)上翻将毛细管上口密封，

下密封盖(20)为钛合金材质，在柔性紧固件(19)将毛细管聚合成束后，通过加热，利用下密封盖(20)将毛细管下端口熔融密封。

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