CN105271704B - 一种双包层光纤的制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双包层光纤的制作方法，包括将掺杂光纤预制棒和纯石英预制棒焊接在石英尾棒上；安装所述石英尾棒到拉丝塔的卡盘上，并下移卡盘使所述石英尾棒的底端位于拉丝炉膛的上部密封口的下部，且使所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒的底端位于所述拉丝炉膛的下部密封口的上部；调整所述上部密封口的大小，以适应所述石英尾棒的直径；熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒，直至产生的光纤穿过所述下部密封口；调整所述下部密封口的大小，以适应所述光纤间距的大小；转动所述卡盘使所述光纤缠绕在一起，形成麻花形裸光纤。上述方法能避免空气进入炉膛，避免石墨件表面氧化引起挥发物粘附在光纤表面而引起拉丝过程中断纤的问题。

Description

一种双包层光纤的制作方法

技术领域

本发明涉及光纤制造技术领域，特别是涉及一种双包层光纤的制作方法。

背景技术

由于光纤激光器的双包层结构和包层泵浦技术的成功，以及半导体激光工艺的成熟，光纤光栅的刻划和多元耦合器的实现，有力推动了光纤激光器的发展，使光纤激光器的技术快速提升，并很快发展到千瓦甚至万瓦级功率输出。

高功率的输出激光要求更高功率的泵浦光耦合进入光纤，常见的有直接通过透镜聚焦进入光纤内包层的端面耦合技术，或通过V型槽、内包层内嵌反射镜等侧面耦合技术，这些结构和传统固体激光器基本一样，其稳定性和可靠性因半导体激光器阵列容易受局部热效应引起整机损坏，泵浦源在光纤端面的高功率密度聚焦引起光纤端面损伤，及其物理镜面易损性等因素的影响，很难体现全光纤无缝连接光纤激光器的各种优点。目前的光纤激光器的趋势是全光纤结构，其光路全部由光纤和光纤元件构成，从激光的产生到激光的传输，全部在柔软的光纤中进行，从而表现出了显著的优越性，全光纤激光器是光纤激光器实用化和产业化的最佳途径，也是目前唯一进入商业化和产业化的技术方案。

全光纤激光器的包层泵浦耦合技术对决定光纤激光器性能和水平具有不可估量的作用，用于高功率全光纤激光器的光纤泵浦耦合器件需要在很高的功率条件下使用，其耦合效率必须很高，损耗必须很小，并且，输入光的路数还需要尽可能的多。在如此众多的极限条件要求下，制作优质的泵浦耦合器件具有很高的难度，从高功率全光纤激光器的发展趋势来看，还要求泵浦耦合器件在将泵浦光耦合到内包层的同时，尽量不影响和损害双包层光纤的纤芯，因为只有这样才能在不影响信号激光的产生和传输的情况下实现级联泵浦，实现超高功率的输出。目前高功率光纤激光器的全光纤化泵浦耦合器件包括端面耦合技术的光纤合束器以及侧面耦合技术的GT-Wave光纤，光纤合束器采用熔融拉锥光纤束将多个半导体激光器输出的激光合并进入单根光纤输出或直接和光纤激光器的增益光纤熔接在一起构成全光纤激光器，其优点是可以采用多个泵浦源，耦合效率高，便于和其它光纤器件实现无缝连接。但这种方法由于熔接、拉锥等引起的插入损耗会导致过多的热量局域化，在高功率条件下容易导致器件损毁，而GT-Wave光纤由一根掺杂光纤和至少一根多模泵浦光纤彼此光学接触组成，并且由同一种低折射率聚合物包层所涂覆。该光纤采用多点分布式泵浦可以使光纤激光器的功率做到千瓦级以上。国际上著名的光纤激光器制造厂商IPG和SPI的高功率光纤激光器均采用GT-Wave光纤实现泵浦耦合，GT-Wave光纤已成为高功率光纤激光器泵浦耦合器件的主流发展方向。

现有技术中有一种制造分布式双包层耦合光纤的设备如图1所示，图1为现有技术中一种制造分布式双包层耦合光纤的设备的示意图。该设备的操作流程如下：第一预制棒4和第二预制棒5固定在光纤拉丝塔的卡盘2上，并缓慢下降进入拉丝炉1，在一定的拉丝张力和拉丝速度下，将第一预制棒4和第二预制棒5拉制成光纤7，拉丝过程中，卡盘2旋转带动第一预制棒4和第二预制棒5旋转，而使两根光纤能够相互螺旋缠绕在一起，同时调整拉丝张力和拉丝速度从而使光纤7的外表面在一定长度上光学接触，光纤7穿过涂覆杯11，涂覆低折射率树脂12，根据涂覆材料的不同，固化装置13可以是加热炉或紫外光固化灯，同时涂覆后的双包层耦合光纤14以一定的速度绕制在光纤盘15上。

然而，利用上述设备制作分布式双包层耦合光纤具有如下缺点：两根拉丝棒深入到拉丝炉中时，拉丝炉的上下两个口为敞开状态，导致较多空气进入炉膛，引起石墨件表面氧化，石墨件的挥发物会粘附在光纤表面，致使光纤非常脆，拉丝过程易断纤。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种双包层光纤的制作方法，能够避免空气进入炉膛，避免石墨件表面氧化引起挥发物粘附在光纤表面而引起拉丝过程中断纤的问题。

本发明提供的一种双包层光纤的制作方法，包括：

将掺杂光纤预制棒和纯石英预制棒焊接在石英尾棒上；

安装所述石英尾棒到拉丝塔的卡盘上，并下移卡盘使所述石英尾棒的底端位于拉丝炉膛的上部密封口的下部，且使所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒的底端位于所述拉丝炉膛的下部密封口的上部；

调整所述上部密封口的大小，以适应所述石英尾棒的直径；

熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒，直至产生的光纤穿过所述下部密封口；

调整所述下部密封口的大小，以适应所述光纤间距的大小；

转动所述卡盘使所述光纤缠绕在一起，形成麻花形裸光纤。

优选的，在上述双包层光纤的制作方法中，熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒之前，还包括：

向所述拉丝炉膛内吹送惰性气体，使所述拉丝炉膛内的压力大于外部空间的压力。

优选的，在上述双包层光纤的制作方法中，转动所述卡盘使所述光纤缠绕在一起，形成麻花形裸光纤之后，还包括：

在所述裸光纤表面涂覆内层涂料，且当所述内层涂料未固化前涂覆外层涂料。

本发明提供的上述双包层光纤的制作方法，由于将掺杂光纤预制棒和纯石英预制棒焊接在石英尾棒上，再安装所述石英尾棒到拉丝塔的卡盘上，并下移卡盘使所述石英尾棒的底端位于拉丝炉膛的上部密封口的下部，且使所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒的底端位于所述拉丝炉膛的下部密封口的上部，然后调整所述上部密封口的大小，以适应所述石英尾棒的直径，再熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒，直至产生的光纤穿过所述下部密封口，然后调整所述下部密封口的大小，以适应所述光纤间距的大小，因此能够避免空气进入炉膛，避免石墨件表面氧化引起挥发物粘附在光纤表面而引起拉丝过程中断纤的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种制造分布式双包层耦合光纤的设备的示意图；

图2为本申请实施例所用的第一种双包层光纤的制作装置的示意图；

图3为现有技术中的双包层光纤生产过程中的俯视图；

图4为本申请实施例的双包层光纤生产过程中的俯视图；

图5为本申请实施例所用的第二种双包层光纤的制作装置的上部密封口的示意图；

图6为本申请实施例所用的第三种双包层光纤的制作装置的下部密封口的示意图；

图7为本申请实施例提供的第一种双包层光纤的制作方法的示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种双包层光纤的制作方法，能够避免空气进入炉膛，避免石墨件表面氧化引起挥发物粘附在光纤表面而引起拉丝过程中断纤的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例所用的第一种双包层光纤的制作装置如图2所示，图2为本申请实施例所用的第一种双包层光纤的制作装置的示意图。

该双包层光纤的制作装置包括：

拉丝塔(图中未示出)和拉丝炉膛1，所述拉丝塔上设置有卡盘2，所述卡盘2可拆卸式的安装有石英尾棒3，由于拉丝温度在2000度以上，考虑到耐温性以及与掺杂预制棒的可接续性，因此选择石英尾棒，而且其长度可以设置成不小于400mm，所述石英尾棒3的底端位于所述上部密封口6的下部，保证石英尾棒3的横截面位于上部密封口6所在的平面，因此减小了上部密封口的间隙，从而使密封性更好，具体原因如图3和图4所示，图3为现有技术中的双包层光纤生产过程中的俯视图，可见其是将掺杂光纤预制棒4和纯石英预制棒5直接安装在卡盘2上，导致这两个圆柱体形状的预制棒同时穿过上部密封口6，这就导致上部密封口6处产生的空隙9较大，外部的空气容易进入拉丝炉膛1的内部，易引起石墨件表面氧化，产生的挥发物粘附在光纤表面导致断纤的可能性增加。而参考图4，图4为本申请实施例的双包层光纤生产过程中的俯视图，添加了上述石英尾棒3之后，就可以利用圆柱体形状的石英尾棒3穿过上部密封口6，由于二者形状相匹配，且上部密封口6能够依据所述石英尾棒3直径调节大小，因此中间留下的空隙10就更小，从而避免外部的空气进入拉丝炉膛1的内部，因此能够降低断纤的概率。

所述石英尾棒3的底端用于连接掺杂光纤预制棒4和纯石英预制棒5，需要说明的是，可以预先在车床上采用氢氧焰加热熔融进行焊接，掺杂光纤预制棒和纯石英尾棒保持平行，外表面间距为3-15mm。

另外，拉丝炉膛1还包括依据拉丝过程两根光纤7间距大小调节的下部密封口8，所述掺杂光纤预制棒4和所述纯石英预制棒5的底端位于所述下部密封口8的上部，拉丝炉膛升温后，掺杂光纤预制棒和纯石英尾棒由于高温发生熔融，端头由于重力作用缓慢下降。当两个滴头穿过拉丝炉的下部密封口8之后，调节下部密封口8的大小，使两根光纤表面不触碰到下部密封口为限，这就能够保证外部空气不会通过该下部密封口8进入拉丝炉膛，从而避免断纤。

本申请实施例还提供了第二种双包层光纤的制作装置，除了具有与上述第一种双包层光纤的制作装置相同的技术特征之外，还将所述上部密封口优选为开合度可调节的圆形光圈叶片，如图5所示，图5为本申请实施例所用的第二种双包层光纤的制作装置的上部密封口的示意图，这种圆形光圈叶片具有易调节的优点，可以根据不同的石英尾棒的尺寸进行开合，使其开合度适应特定的石英尾棒尺寸，保证拉丝炉膛与外部空间的空气隔离。

如图6所示，图6为本申请实施例所用的第三种双包层光纤的制作装置的下部密封口的示意图，除了具有与上述第一种双包层光纤的制作装置相同的技术特征之外，还包括如下技术特征：所述下部密封口为两个沿支点调节开合度的半圆片，利用该部件，就能够根据生产过程中光纤间距的大小，相应的调整下部密封口的开合程度，使光纤能够恰好通过该下部密封口，又能保证外部空间的空气不进入该拉丝炉膛内部，另外，这种半圆片具有调节方便的优点。

在上述三种双包层光纤的制作装置中，所述拉丝炉膛内设置有惰性气体吹送部件，用于将氩气或氮气等保护气体不断吹送到拉丝炉膛内部，保证拉丝炉内维持一定的正压，这样就能够进一步保证外部空气不会进入拉丝炉膛内，确保光纤的拉制质量。

为了进一步降低断纤的概率，继续参考图2，还可以包括设置于所述拉丝炉膛下部的用于同时盛装内层涂料和外层涂料的涂覆部件11。在现有技术中，采用的是湿对干方式进行涂覆，即在裸光纤上先涂覆上第一层涂覆层，涂覆层固化成固态，然后再进行第二层涂覆和固化，所以在第二层涂覆时，第二层涂料是在一个固化的涂层上进行，在这种情况下，两根光纤经过一次涂覆模具后，由于两根光纤形成8字形截面，引起模具下端口树脂渗漏，形成一颗颗小圆珠，经过固化后，当通过二次涂覆模具时由于小圆珠直径大于二次涂覆模具直径，导致堵牢断纤，而本实施例提供的技术方案中，采用湿对湿方式，将两层涂料在一个涂覆装置里面一次完成涂覆，外层涂料直接涂覆在液态的内层涂料上，然后再一起固化，可以避免一次涂覆时，涂覆模具下端口树脂渗漏形成的小圆珠堵塞二次涂覆模具而引起断纤，涂覆完成后，经紫外光固化后形成双包层光纤，需要说明的是，所述内层涂料为低折射率树脂，其折射率低于纯石英的折射率，通常为1.37-1.42，而所述外层涂料为高折射率树脂，其折射率通常为1.50-1.55。

本申请实施例提供的第一种双包层光纤的制作方法如图7所示，图7为本申请实施例提供的第一种双包层光纤的制作方法的示意图。该方法包括如下步骤：

S1：将掺杂光纤预制棒和纯石英预制棒焊接在石英尾棒上；

在该步骤中，可以采用氢氧焰加热熔融焊接的方式，将两个预制棒与石英尾棒连接在一起。

S2：安装所述石英尾棒到拉丝塔的卡盘上，并下移卡盘使所述石英尾棒的底端位于拉丝炉膛的上部密封口的下部，且使所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒的底端位于所述拉丝炉膛的下部密封口的上部；

在该步骤中，保证石英尾棒的横截面与上部密封口处于同一个平面上，这样就能够保证上部密封口的密封性，而且要保证掺杂光纤预制棒和纯石英预制棒都能整体位于拉丝炉膛内部，从而不会影响下部密封口的密封性。

S3：调整所述上部密封口的大小，以适应所述石英尾棒的直径；

在该步骤中，将上部密封口的大小调整成略大于石英尾棒的直径，可以优选的使二者之间的距离控制在5毫米以内，留出少量空间以防止二者发生接触。

S4：熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒，直至产生的光纤穿过所述下部密封口；

在该步骤中，拉丝炉膛升温后，掺杂光纤预制棒和纯石英尾棒由于高温发生熔融，端头由于重力作用缓慢下降，直至产生的滴头穿过下部密封口。

S5：调整所述下部密封口的大小，以适应所述光纤间距的大小；

在该步骤中，通过调整下部密封口的大小，使其与所述光纤之间存在预设尺寸的空隙，这种预设尺寸是使光纤恰好通过该下部密封口而不发生触碰的尺寸，可以根据具体的光纤间距进行适应性的调整，此处并不做任何限制，这样就避免外界空气进入拉丝炉膛造成不良影响。

S6：转动所述卡盘使所述光纤缠绕在一起，形成麻花形裸光纤。

在该步骤中，夹持石英尾棒的卡盘在下降过程中缓慢旋转，从而使两根光纤缠绕在一起形成麻花形结构。

本申请实施例提供的上述双包层光纤的制作方法，由于所述拉丝炉膛具有依据所述石英尾棒直径调节大小的上部密封口和依据拉丝过程光纤间距大小调节的下部密封口，所述石英尾棒的底端位于所述上部密封口的下部，所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒的底端位于所述下部密封口的上部，因此能够避免空气进入炉膛，避免石墨件表面氧化引起挥发物粘附在光纤表面而引起拉丝过程中断纤的问题。

本申请实施例提供的第二种双包层光纤的制作方法，在上述第一种制作方法的基础上，还优选的，在熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒之前，还包括如下步骤：

S31：向所述拉丝炉膛内吹送惰性气体，使所述拉丝炉膛内的压力大于外部空间的压力。

在该步骤中，将氩气或氮气等保护气体不断吹送到拉丝炉膛内部，保证拉丝炉内维持一定的正压，这样就能够进一步保证外部空气不会进入拉丝炉膛内，确保光纤的拉制质量。

本申请实施例提供的第三种双包层光纤的制作方法，在上述第一种制作方法的基础上，优选的，在转动所述卡盘使所述光纤缠绕在一起，形成麻花形裸光纤之后，还包括步骤：

S7：在所述裸光纤表面涂覆内层涂料，且当所述内层涂料未固化前涂覆外层涂料。

在该步骤中，将两层涂料在一个涂覆装置里面一次完成涂覆，外层涂料直接涂覆在液态的内层涂料上，然后再一起固化，可以避免一次涂覆时，涂覆模具下端口树脂渗漏形成的小圆珠堵塞二次涂覆模具而引起断纤的现象。

本申请实施例提供的上述双包层光纤的制作方法成本低，简单易行，容易掌握，合格率高，可以用于制造各种类型的分布式泵浦耦合光纤，可以有效避免拉丝炉石墨件的氧化以及拉丝过程中的断纤问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种双包层光纤的制作方法，其特征在于，包括：

将掺杂光纤预制棒和纯石英预制棒焊接在石英尾棒上；

安装所述石英尾棒到拉丝塔的卡盘上，并下移卡盘使所述石英尾棒的底端位于拉丝炉膛的上部密封口的下部，且使所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒的底端位于所述拉丝炉膛的下部密封口的上部；

调整所述上部密封口的大小，以适应所述石英尾棒的直径；

向所述拉丝炉膛内吹送惰性气体，使所述拉丝炉膛内的压力大于外部空间的压力；

熔融所述掺杂光纤预制棒和所述纯石英预制棒，直至产生的光纤穿过所述下部密封口；

调整所述下部密封口的大小，以适应所述光纤间距的大小，并使所述光纤表面不触碰到所述下部密封口；

转动所述卡盘使所述光纤缠绕在一起，形成麻花形裸光纤；

在所述裸光纤表面涂覆内层涂料，且当所述内层涂料未固化前涂覆外层涂料。