CN104445912A - 一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，包括以下步骤：制作光纤芯棒；制作保偏应力棒；将2根所述保偏应力棒按照应力分布需求对称固定在所述芯棒的两侧；采用外部沉积法对芯棒和保偏应力棒进行外包层沉积，获得预制棒疏松体；对所述预制棒疏松体进行烧结，获得截面为圆形的保偏光纤预制棒。本发明提供的熊猫保偏光纤预制棒制作方法，使用外部沉积法对纤芯和应力棒进行外包层沉积，获得保偏光纤预制棒，消除使用机械打孔法加工光纤预制棒时所带来的炸棒缺陷和机械误差，提高光纤预制棒加工的精度及效率。

Description

一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法

技术领域

本发明属于光纤制造领域，具体涉及一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法。

背景技术

利用光纤的双折射现象制造出来的光纤称为保偏光纤，它具有保持所传输光线的线偏振方向的作用，可应用于多种领域。在应力双折射保偏光纤中，熊猫型保偏光纤应用得最为广泛，其结构包括纤芯、应力区和包层部分，其中纤芯位于包层的中心部分，而两个圆柱状的应力区分布在纤芯的两侧。

目前，广为使用的制作熊猫保偏光纤预制棒的方法是打孔插棒法。即，首先生长出只含纤芯和包层的初级预制棒以及只含应力区的硼棒，然后根据硼棒的尺寸在初级预制棒的相应位置打出直径稍大一点的圆孔，然后把应力棒插入其中，通过退火、拉丝等工艺获得保偏光纤。这种方式在工艺上比较简单易行，且能够获得质量优良的熊猫保偏光纤。但是，由于机械加工时钻头的机械震荡，导致玻璃结构的破坏，存在打孔炸棒的危险，并存在轴偏移、预制棒两端不齐的机械误差，因此加工精度较低，同时这种加工方法的加工效率也偏低。

发明内容   

本发明为消除使用机械打孔法加工光纤预制棒时所带来的炸棒缺陷和机械误差，提高光纤预制棒加工的精度及效率，提供一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法。

本发明为实现发明目的，提供一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，包括以下步骤：制作光纤芯棒；制作保偏应力棒；将2根所述保偏应力棒按照应力分布需求对称固定在所述芯棒的两侧；采用外部沉积法对芯棒和保偏应力棒进行外包层沉积，获得预制棒疏松体；对所述预制棒疏松体进行烧结，获得截面为圆形的保偏光纤预制棒。

按上述技术方案，所述制作芯棒、保偏应力棒过程具体使用棒外化学气相沉

积、轴向气相沉积、等离子化学气相沉积、改进的化学气相沉积方法中的任一方法。

    按上述技术方案，所制备的芯棒直径小于保偏应力棒直径。

    按上述技术方案，所制备的芯棒芯区直径与保偏应力棒应力区直径之比为1：5~1：6。

按上述技术方案，所述制作保偏应力棒的过程中，所述保偏应力棒成形后，

在所述保偏应力棒的外面沉积一层硅衬层。以保证在进行下一步骤所述外部沉积的过程中，应力棒不致炸裂。

按上述技术方案，采用夹具将所述2根保偏应力棒对称固定在所述芯棒的两

侧。具体可以采用堵头结合形式，将2个应力棒固定于相对芯棒中心轴线对称的位置，以便为下一步骤的外部沉积做准备。

或者，采用焊接的方法将所述2根保偏应力棒对称固定在所述芯棒的两侧。

按上述技术方案，所述外部沉积法，具体为使用等离子喷涂法进行石英砂喷

涂。等离子喷涂法具体为，使用高频等离子焰将石英砂熔于纤芯和应力棒上，进行外包层沉积。等离子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧的弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此能量集中，弧稳定性好。此种方法喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高，同时由于使用惰性气体作为工作气体，所以使喷涂材料不易氧化。

按上述技术方案，在所述等离子喷涂法进行之前，对光纤芯棒和保偏应力棒进行酸洗处

理。以防止在等离子喷涂过程中产生气泡。

使用本发明方法制作的熊猫保偏光纤预制棒，具有预制棒内部应力分布均匀，制成的光纤的保偏性能高的优点。

本发明方法在制作芯棒和保偏应力棒时，可以采用棒外化学气相沉积(Outside Vapour Deposition，即OVD)方法，该方法的化学反应机理为火焰水解，即所需的芯玻璃组成是通过氢氧焰或甲烷焰中携带的气态卤化物产生“粉末”逐渐地一层一层沉积而获得的。OVD方法包含沉积和烧结两个具体工艺步骤：先按所设计的光纤折射分布要求进行多孔玻璃预制棒芯棒的沉积(预制棒生长方向是径向由里向外)，再将沉积好的芯棒疏松体进行烧结处理，除去残留水份，制得透明无水份的光纤预制棒芯棒或者保偏应力棒。本发明制作芯棒过程中，OVD方法使用多喷灯同时沉积，一台设备一次沉积多根棒，从而可以提高生产效率，降低生产成本。

在制作芯棒和保偏应力棒时，也可以使用轴向气相沉积(VAD)法，它的化学反应机理与OVD法相同，也是火焰水解。与OVD法不同的是，VAD法沉积获得的预制棒的生长方向是由下向上垂直轴向生长的。烧结和沉积是在同一台设备中不同空间同时完成的，即预制棒连续制造，也可以提高生产效率。

本发明方法在制作芯棒和保偏应力棒时，还可以采用改进的化学气相沉积(MCVD)法，它是一种以氢氧焰热源，发生在高纯度石英玻璃管内进行的气相沉积。MCVD法的化学反应机理为高温氧化，具体由沉积和烧结两个工艺步骤组成。使硅化合物和氧气在石英坯管中进行高温化学反应，合成低损耗的优质石英，同时加入少量其他元素如锗、磷、硼等以控制折射率，高温下的生成物沉积于管壁并融成透明的含锗石英，达到一定厚度后，升温使石英管软化并收缩成棒状，即完成光纤预制棒芯棒或保偏应力棒的制作。

在制作芯棒和保偏应力棒时，还可以使用等离子化学气相沉积(PCVD)法，这种方法与MCVD法的相似之处是，它们都是在高纯石英玻璃管内进行气相沉积和高温氧化反应。所不同之处是热源和反应机理，PCVD工艺用的热源是微波，其反应机理为微波激活气体产生等离子使反应气体电离，电离的反应气体呈带电离子。带电离子重新结合时释放出的热能熔化气态反应物形成透明的石英玻璃沉积薄层。PCVD方法首先进行沉积，借助低压等离子使流进高纯石英玻璃沉积管内气态卤化物和氧气在大约1000℃的高温下直接沉积成设计要求的光纤芯玻璃组成。然后进行烧结处理，将沉积好的石英玻璃管移至成棒用的玻璃车床上，利用氢氧焰高温作用将该管熔缩成实心的光纤预制棒芯棒或保偏应力棒。

制得芯棒和保偏应力棒后，对相对位置固定的芯棒和2根保偏应力棒进行外部沉积得到预制棒疏松体，然后将得到的预制棒疏松体进行脱水、烧结，形成透明的实心预制棒，再进行整形处理，包括熔融、拉伸、研磨、抛光、化学溶蚀、清洗，使制得的熊猫保偏光纤预制棒直径均匀，表面光洁。采用这种方法制作熊猫保偏光纤预制棒，消除了机械打孔法加工预制棒时所带来的炸棒缺陷，提高了光纤加工的效率和精度。

本发明方法制作熊猫保偏光纤预制棒的过程中，首先使用棒外化学气相沉积、轴向气相

沉积、等离子化学气相沉积、改进的化学气相沉积方法中的任一方法，制作出光纤芯棒和保偏应力棒。所述保偏应力棒成形后，在所述保偏应力棒的外面沉积一层硅衬层。将2根所述保偏应力棒按照应力分布需求对称固定在所述芯棒的两侧，具体可以采用夹具固定方法或者将芯棒与保偏应力棒焊接的方法。然后采用外部沉积法对芯棒和保偏应力棒进行外包层沉积，本发明方法中具体使用了等离子喷涂法，对已经固定好相对位置的芯棒和2根保偏应力棒进行石英砂喷涂，获得预制棒疏松体。在所述等离子喷涂过程进行之前，对纤芯和应力棒进行酸洗处理，以防在等离子喷涂过程中产生气泡。最后对所述预制棒疏松体进行烧结，获得截面为圆形的保偏光纤预制棒。

本发明的有益效果为，消除了使用机械打孔法加工光纤预制棒时所带来的炸棒缺陷和机械误差，提高光纤预制棒加工的精度及效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是堵头固定保偏应力棒的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述：

本发明实施例一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，包括：制作光纤芯棒；制作保偏应力棒；将2根所述保偏应力棒按照应力分布需求对称固定在所述芯棒的两侧；采用外部沉积法对芯棒和保偏应力棒进行外包层沉积，获得预制棒疏松体；对所述预制棒疏松体进行烧结，获得截面为圆形的保偏光纤预制棒。

制作芯棒、保偏应力棒过程具体使用棒外化学气相沉积、轴向气相沉积、等离子化学气

相沉积、改进的化学气相沉积方法中的任一方法。所制备的芯棒直径小于保偏应力棒直径。芯棒芯区直径与保偏应力棒应力区直径之比为1：5~1：6。所述制作保偏应力棒的过程中，所述保偏应力棒成形后，在所述保偏应力棒的外面沉积一层硅衬层。以保证在进行下一步骤所述外部沉积的过程中，应力棒不致炸裂。采用夹具将所述2根保偏应力棒对称固定在所述芯棒的两侧。如图1所示，具体可以采用堵头结合形式，将2根保偏应力棒固定于相对芯棒中心轴线对称的位置，保偏应力棒和芯棒分别通过各自的延长棒固定在堵头上，以便为下一步骤的外部沉积做准备。或者，采用焊接的方法将所述2根保偏应力棒对称固定在所述芯棒的两侧。所述外部沉积法，具体为使用等离子喷涂法进行石英砂喷涂。等离子喷涂法具体为，使用高频等离子焰将石英砂熔于纤芯和应力棒上，进行外包层沉积。等离子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧的弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此能量集中，弧稳定性好。此种方法喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高，同时由于使用惰性气体作为工作气体，所以使喷涂材料不易氧化。在所述等离子喷涂法进行之前，对光纤芯棒和保偏应力棒进行酸洗处理。以防止在等离子喷涂过程中产生气泡。使用本发明方法制作的熊猫保偏光纤预制棒，具有预制棒内部应力分布均匀，制成的光纤的保偏性能高的优点。

本发明实施例中，首先使用棒外化学气相沉积、轴向气相沉积、等离子化学气相沉积、

改进的化学气相沉积方法中的任一方法，制作出光纤芯棒和保偏应力棒。所述保偏应力棒成形后，在所述保偏应力棒的外面沉积一层硅衬层。将2根所述保偏应力棒按照应力分布需求对称固定在所述芯棒的两侧，具体可以采用夹具固定方法或者将芯棒与保偏应力棒焊接的方法。然后采用外部沉积法对芯棒和保偏应力棒进行外包层沉积，本发明实施例中具体使用了等离子喷涂法，对已经固定好相对位置的芯棒和2根保偏应力棒进行石英砂喷涂，获得预制棒疏松体。在所述等离子喷涂过程进行之前，对纤芯和应力棒进行酸洗处理，以防在等离子喷涂过程中产生气泡。最后对所述预制棒疏松体进行烧结，获得截面为圆形的保偏光纤预制棒。

本发明提供的熊猫保偏光纤预制棒制作方法，使用外部沉积法对纤芯和应力棒进行外包层沉积，获得保偏光纤预制棒，消除使用机械打孔法加工光纤预制棒时所带来的炸棒缺陷和机械误差，提高光纤预制棒加工的精度及效率。

Claims (9)

1.一种熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

制作光纤芯棒；

制作保偏应力棒； 

将2根所述保偏应力棒按照应力分布需求对称固定在所述芯棒的两侧；

采用外部沉积法对芯棒和保偏应力棒进行外包层沉积，获得预制棒疏松体；

对所述预制棒疏松体进行烧结，获得截面为圆形的保偏光纤预制棒。

2.根据权利要求1所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，所述制作芯棒、保偏应力棒过程具体使用棒外化学气相沉积、轴向气相沉积、等离子化学气相沉积、改进的化学气相沉积方法中的任一方法。

3.根据权利要求1或2所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，所制备的芯棒直径小于保偏应力棒直径。

4.根据权利要求1或2所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，所制备的芯棒芯区直径与保偏应力棒应力区直径之比为1：5~1：6。

5.根据权利要求1或2所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，所述制作保偏应力棒的过程中，所述保偏应力棒成形后，在所述保偏应力棒的外面沉积一层硅衬层。

6.根据权利要求1所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，采用夹具将所述2根保偏应力棒对称固定在所述芯棒的两侧。

7.根据权利要求1所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，采用焊接的方法将所述2根保偏应力棒对称固定在所述芯棒的两侧。

8.根据权利要求1所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，所述外部沉积法，具体为使用等离子喷涂法进行石英砂喷涂。

9.根据权利要求8所述的熊猫保偏光纤预制棒的制作方法，其特征在于，在所述等离子喷涂法进行之前，对光纤芯棒和保偏应力棒进行酸洗处理。