CN105036543A - 一种光纤热处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤光缆技术领域，公开了一种光纤热处理方法和装置，包括温度控制器、光纤夹持装置以及管式炉，其中所述光纤夹持装置用于夹持光纤，所述光纤穿过所述管式炉，所述温度控制器用于设置所述管式炉的光纤热处理温度条件，通过热处理过程释放所述光纤内部残余应力并引入材料热应力。利用本发明的热处理装置对光纤进行热处理，可以有效释放光纤内部残留应力，并通过缓慢冷却条件引入梯度材料热应力，通过常规光纤应力测试方法即可获得光纤热应力结果。
Description
技术领域
本发明属于光纤光缆技术领域，更具体地，涉及一种光纤热处理方法和装置，所述光纤热处理装置用于测试石英玻璃光纤的热应力，为深入研究石英光纤的性能机理与优化工艺制造作技术支撑。
背景技术
衰减和应力敏感性是光纤的关键特性，光纤工作窗口波长在600nm～1600nm的衰减主要来自于瑞利散射。当光能量入射到不均匀的介质中，介质因为折射率不均匀而产生各向散射光，即瑞利散射。
光纤在拉丝过程中，由于玻璃材料快速的冷却以及受到机械拉力影响，在光纤内部会产生应力。这种应力即光纤的残余应力，会导致光纤内部缺陷增加，并增大光纤内部结构不均匀性，从而增大光纤的瑞利散射损耗。因此降低光纤内部残余应力，是降低光纤瑞利散射损耗的重要手段。
光纤的残余应力，也称光纤的原始应力，是光纤在拉制过程中，因梯度材料的快速冷却、拉丝外加机械张力以及梯度材料自身热应力等复杂应力组成的综合应力。因此光纤的原始应力不能真实反映光纤的材料组成产生的应力效果，从而难以判断和探索光纤梯度材料的粘度、掺杂等匹配程度对光纤衰减的影响效果。
光纤的热应力，是指光纤内部因梯度材料组分之间热膨胀系数不同而产生的应力，属于梯度材料的内应力。测试光纤的热应力，是探索降低光纤内部残留应力及衰减的方法的重要研究手段之一。通过对光纤原始应力进行释放，重新缓慢冷却而引入材料热应力，从而可以测试光纤热应力。
在已公开的专利文献中，尚未查到相关释放光纤内部残余应力用以测试光纤热应力的方法或装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过对光纤原始应力进行释放，重新缓慢冷却引入材料热应力，并通过常规光纤应力测试方法获得光纤热应力的方法和装置。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤热处理方法，将光纤置于900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理，保温时间超过3min。
本发明的一个实施例中，所述热处理过程还包括升温过程和降温过程；所述升温过程中的升温速率为1℃/min～50℃/min，所述降温过程按时间先后分为慢冷阶段和快冷阶段，其中慢冷阶段的降温速率为10℃/h～150℃/h，且慢冷阶段结束温度500℃～800℃。
本发明的一个实施例中，所述快冷阶段的降温速率为30℃/h～600℃/h。
按照本发明的另一方面，还提供了一种光纤热处理装置，包括温度控制器、光纤夹持装置以及管式炉，其中所述光纤夹持装置用于夹持光纤，所述光纤穿过所述管式炉，所述温度控制器用于设置所述管式炉的光纤热处理温度条件；所述管式炉用于将置于其内部的光纤在900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理。
本发明的一个实施例中，所述光纤夹持装置包括两个光纤定位支架，所述两个光纤定位支架分别置于所述管式炉的两端，所述光纤定位支架上设置有三向调节旋杆，所述三向调节旋杆用于调整所述光纤在管式炉中的位置，并使所述光纤处于不受张力的松弛状态。
本发明的一个实施例中，所述管式炉内置一洁净玻璃管，所述洁净玻璃管用以隔离所述光纤与管式炉内衬。
本发明的一个实施例中，所述管式炉内温区均匀，保温时温度波动不大于1℃，靠近炉口与炉中心温差不超过10℃。
本发明的一个实施例中，所述管式炉升温速率控制精度不高于1℃/min，降温速率控制精度不高于10℃/h。
本发明的一个实施例中，所述光纤热处理温度条件为：升温速率1℃～50℃/min，保温温度900℃～1350℃，降温速率慢冷阶段10℃/h～150℃/h，慢冷阶段结束温度500℃～800℃，降温速率快冷阶段30℃/h～600℃/h。
本发明的一个实施例中，所述光纤为石英玻璃光纤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明方法，在900℃～1350℃的温度范围内对光纤进行热处理，保温时间超过3min，可以有效释放光纤内部残留应力，并通过缓慢冷却条件引入梯度材料热应力，其中光纤包层、芯层的应力在进行热处理后，得到了显著的释放；因梯度材料掺杂匹配等因素引入的热应力主要集中在光纤芯层和包层界面处，且芯层材料相比包层受到了比原始应力显著减小的压应力。本发明方法通过热处理消除了光纤各个分层在拉丝过程中由于熔融和急剧冷却，各个分层由于软化温度、膨胀系数的差异而引入的“噪声”应力，显现出了单纯的材料热应力。这种处理之后保留下来的应力才是最终各个分层之间拉应力和压应力的体现。
2、利用本发明的热处理装置对光纤进行热处理，可以有效释放光纤内部残留应力，并通过缓慢冷却条件引入梯度材料热应力，通过常规光纤应力测试方法即可获得光纤热应力结果；
3、本发明热处理装置通过温度控制器可精确控制光纤热处理温度条件；
4、本发明热处理装置中设置有包括三向调节旋杆的光纤夹持装置，通过可三向调节的光纤夹持装置，可以精确控制光纤在管式炉中的位置，使光纤处于不受张力且不擦炉壁的最佳状态；
5、本发明热处理装置中的管式炉内部设置有洁净玻璃管，可有效隔绝炉壁杂质对光纤的污染；并且通过在管式炉两端设置具有小孔的堵头，可以有效减少管式炉热散失与热量波动，使温区更稳定。
附图说明
图1是本发明光纤热处理装置结构示意图；
图2为本发明实施例中光纤原始应力与热应力示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-温度控制器2-光纤定位支架3-管式炉4-洁净玻璃管5-光纤6-堵头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种光纤热处理方法，将光纤置于900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理，保温时间超过3min。
进一步地，所述热处理过程还包括升温过程和降温过程；所述升温过程中的升温速率为1℃/min～50℃/min，所述降温过程按时间先后分为慢冷阶段和快冷阶段，其中慢冷阶段的降温速率为10℃/h～150℃/h，且慢冷阶段结束温度500℃～800℃。
进一步地，所述快冷阶段的降温速率为30℃/h～600℃/h。
另外，如图1所示，本发明还提供了一种相应的光纤热处理装置，所述光纤热处理装置包括温度控制器1，光纤夹持装置，管式炉3，其中所述光纤夹持装置用于夹持光纤5，所述光纤5穿过所述管式炉3，所述温度控制器1用于设置所述管式炉的光纤热处理温度条件，通过热处理过程释放所述光纤5内部残余应力并引入材料热应力。
进一步地，所述光纤夹持装置包括两个光纤定位支架2，所述两个光纤定位支架2分别置于所述管式炉3的两端，通过三向调节旋杆，调整所述光纤5的位置，并使所述光纤5处于不受张力的松弛状态。
进一步地，所述管式炉3长度为0.5～1米，其内衬为合成陶瓷管，内置一洁净玻璃管4，所述净玻璃管4用以隔离所述光纤5与管式炉内衬。
通过所述温度控制器1调节控制所述管式炉3的温度。管式炉3内温区应均匀，保温时温度波动应不大于1℃。靠近炉口与炉中心温差不应超过10℃。
进一步地，所述管式炉3的两端分别设有堵头6，堵头6中心有直径5mm的小孔，所述小孔用于使所述光纤5穿过所述堵头6。
进一步地，所述管式炉3升温速率控制精度不高于1℃/min，降温速率控制精度不高于10℃/h。
进一步地，所述光纤热处理温度条件为：起始温度18℃～25℃，升温速率1℃/min～50℃/min，保温温度900℃～1350℃，保温时间3min～60min，降温速率慢冷阶段10℃/h～150℃/h，慢冷阶段结束温度500℃～800℃，降温速率快冷阶段30℃/h～600℃/h，快冷阶段结束温度18～25℃。
进一步地，所述光纤为石英玻璃光纤。
进一步地，所述光纤为匹配包层单模光纤，多模光纤或其他特种光纤。
利用本发明上述装置进行光纤热处理的方法为：取拉丝后的成品光纤进行处理。取一段或几段光纤，长度约1～2m，将光纤5穿过管式炉3中洁净玻璃管4以及两端堵头6，光纤两端架设在光纤定位支架2上，通过三向旋钮调节光纤5至不碰管壁且不受张力状态。由温度控制器1设置并控制管式炉温度。
下面结合具体实例进一步说明本发明光纤热处理装置的使用方式及处理效果。所处理的光纤为PCVD法制备的芯层和OVD法制备的包层的氟锗共掺的匹配包层单模光纤。按上述光纤热处理放置光纤后，设置管式炉热处理条件。具体设置条件如下表1所示。光纤原始应力图形和取得的热应力图形如图2所示。图2中黑色实线是光纤的原始应力剖面图，黑色虚线是通过应力释放与重新缓慢冷却后引入的材料热应力剖面图。二者对比可以明显看到单纯材料热应力和光纤原始应力的显著差别，光纤包层、芯层的应力在进行热处理后，得到了显著的释放，分析可知因梯度材料掺杂匹配等因素引入的热应力主要集中在光纤芯层和包层界面处，且芯层材料相比包层受到了比原始应力显著减小的压应力。
表1
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤热处理方法，共特征在于，将光纤置于900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理，保温时间超过3min。
2.如权利要求1所述的光纤热处理方法，共特征在于，所述热处理过程还包括升温过程和降温过程；所述升温过程中的升温速率为1℃/min～50℃/min，所述降温过程按时间先后分为慢冷阶段和快冷阶段，其中慢冷阶段的降温速率为10℃/h～150℃/h，且慢冷阶段结束温度500℃～800℃。
3.如权利要求2所述的光纤热处理方法，共特征在于，所述快冷阶段的降温速率为30℃/h～600℃/h。
4.一种光纤热处理装置，其特征在于，包括温度控制器、光纤夹持装置以及管式炉，其中所述光纤夹持装置用于夹持光纤，所述光纤穿过所述管式炉，所述温度控制器用于设置所述管式炉的光纤热处理温度条件；所述管式炉用于将置于其内部的光纤在900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理。
5.如权利要求4所述的光纤热处理装置，其特征在于，所述光纤夹持装置包括两个光纤定位支架，所述两个光纤定位支架分别置于所述管式炉的两端，所述光纤定位支架上设置有三向调节旋杆，所述三向调节旋杆用于调整所述光纤在管式炉中的位置，并使所述光纤处于不受张力的松弛状态。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述管式炉内置一洁净玻璃管，所述洁净玻璃管用以隔离所述光纤与管式炉内衬。
7.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述管式炉内温区均匀，保温时温度波动不大于1℃，靠近炉口与炉中心温差不超过10℃。
8.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述管式炉升温速率控制精度不高于1℃/min，降温速率控制精度不高于10℃/h。
9.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述光纤热处理温度条件为：升温速率1℃～50℃/min，保温温度900℃～1350℃，降温速率慢冷阶段10℃/h～150℃/h，慢冷阶段结束温度500℃～800℃，降温速率快冷阶段30℃/h～600℃/h。
10.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述光纤为石英玻璃光纤。
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