CN105293892B - 一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法。用CVD工艺沉积稀土离子掺杂有源光纤预制棒；分别制备一根石英棒和光纤预制棒；有源光纤预制棒熔接在石英棒与光纤预制棒中间；在熔接后的整根预制棒上打两个孔；将两根细石英棒分别依次插入石英棒的两个内孔II、有源光纤预制棒的两个内孔I中，将两根应力棒分别依次插入下接光纤预制棒的两个内孔III、有源光纤预制棒的两个内孔I中，两个应力棒与两个细石英棒紧密接触；将预制棒接上支撑管后放进拉丝塔的加热炉内，预制棒受热软化后，由于有源光纤预制棒的两个内孔I的上端已被细石英棒封死，可避免硼棒液化后溢出内孔I。可有效提高有源保偏预制棒的利用长度，同时可较大程度降低光纤的形变量。
Description
技术领域
本发明涉及一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法，属于光纤制造技术领域。
背景技术
有源光纤是指能够产生激光或者具备光放大功能的光纤，主要用于光纤激光器与光纤放大器。目前，主要是通过在光纤芯部掺入稀土离子获得光纤的有源特性。自从上世纪八十年代掺稀土有源光纤问世以来，其在很大程度上带动了光纤激光器与放大器的快速发展。与半导体激光器与化学激光器等类型激光器相比，以有源光纤为增益介质的光纤激光器具有高效率、高光束质量与低阈值等优点。为满足一些特殊性能光纤放大器与激光器的需要，研究人员开发了众多新型有源光纤，例如掺镱保偏光纤、铒镱共掺保偏光纤、掺镱光子晶体光纤等。
线偏振光纤激光器在超高功率相干合成激光器与高精度光纤激光雷达探测领域有着重要应用，有源保偏光纤的制作水平在很大程度上决定着相干合成激光器与光纤激光雷达系统的性能。然而，与常规保偏光纤不同，有源保偏光纤纤芯中包含一定量的稀土氧化物和三氧化二铝，稀土氧化物和三氧化二铝可极大提高纤芯区域的热膨胀系数，与常规保偏光纤相比，拉丝过程中有源保偏光纤的纤芯更容易变形，进而导致光纤传输损耗增加、激光器光束质量变差。因此，有必要开发出一种可大幅度提高高应力有源保偏光纤拉丝有效长度与降低光纤形变的拉丝方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有高应力有源保偏光纤预制棒拉丝技术方法的不足，提供一种新的适用于高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法，该方法通过采用有源保偏光纤预制棒上下两端外接预制棒的方法，防止拉丝过程中硼的流出，并提高高应力有源保偏光纤预制棒的利用长度。
本发明目的实现由以下技术方案完成：一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法，其特征在于：步骤如下：
第一步，利用CVD工艺沉积稀土离子掺杂有源光纤预制棒，沉积完成后取下有源光纤预制棒进行褪火，有源光纤预制棒包括有源光纤预制棒包层、有源光纤预制棒棒芯；
第二步，分别制备一根与有源光纤预制棒外径相同的石英棒和光纤预制棒，石英棒包括上接石英棒包层，光纤预制棒包括下接光纤预制棒包层、下接光纤预制棒棒芯，下接光纤预制棒棒芯的热膨胀系数需与有源光纤预制棒棒芯的热膨胀系数相同；
第三步，将有源光纤预制棒熔接在石英棒与光纤预制棒中间，熔接前需将三根预制棒的端面磨平，以保证熔接面I与熔接面II的熔接平整度；
第四步，利用超声波打孔机在第三步熔接后的整根预制棒上打两个孔，打孔前需检查钻头的完整性与钻杆的平直度，打孔后，有源光纤预制棒上的两个内孔I、石英棒上的两个内孔II、光纤预制棒上的两个内孔III孔经大小相等；
第五步，完成打孔工艺后，将两根细石英棒对应于石英棒的两个内孔II，分别依次插入石英棒的两个内孔II、有源光纤预制棒的两个内孔I中，细石英棒插入内孔I的深度应在2~5mm范围内，细石英棒与内孔II、内孔I孔壁之间需要保留一定的间隙量，间隙量为内孔II或内孔I的半径与细石英棒半径之差，其范围为0.2~0.4mm，以利于抽真空封装与拉丝工艺中气体的顺利排出；将两根应力棒对应于下接光纤预制棒的两个内孔III、分别依次插入下接光纤预制棒的两个内孔III、有源光纤预制棒的两个内孔I中，需保证两个应力棒与两个细石英棒紧密接触，以防止接触面III处在拉丝过程中产生气泡，应力棒与内孔III（6）、内孔I孔壁之间需要保留一定的间隙量，间隙量为内孔III或内孔I的半径与证应力棒半径之差，其范围为0.2~0.4mm，以利于抽真空封装与拉丝工艺中气体的顺利排出；
第六步，将第五步组装好的预制棒接上支撑管后放进拉丝塔的加热炉内，预制棒受热软化后，在气压的作用下，应力棒、细石英棒与预制棒内孔之间的间隙会逐渐消失，在预制棒继续加热过程中，由于有源光纤预制棒的两个内孔I的上端已被细石英棒密封住，进而可避免硼棒液化后溢出内孔I，所以此拉丝方法不会出现常规拉丝工艺中的硼溢出情形，进而可保证光纤的几何精度与有效拉丝长度；由于下接光纤预制棒的几何尺寸、应力分布与有源光纤预制棒基本一致，所以在拉丝过程中可以先根据下接光纤预制棒拉成光纤的实际变形情况调整工艺参数，进而可有效提高有源光纤预制棒的利用长度。
本发明的优点是：由于下接保偏光纤预制棒的几何尺寸、应力分布与有源保偏光纤预制棒基本一致，所以在拉丝过程中可以先根据下接保偏光纤预制棒拉成光纤的实际变形情况调整工艺参数，按此方法可有效提高有源保偏预制棒的利用长度，同时可较大程度降低光纤的形变量。此外，上接石英棒与插入的细石英棒可有效防止硼的溢出，进而可保证有源保偏光纤的几何精度。
本发明中的外接光纤预制棒拉丝方法主要适合于高应力保偏有源光纤。
附图说明
图1为发明的结构示意图；
图2为高应力有源保偏光纤预制棒结构图；
图3为下接光纤预制棒结构图；
图4为上接光纤预制棒结构图。
具体实施方式
为利于同行业技术人员的理解，下面结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征进行进一步说明。
如图1至4所示，一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法，步骤如下：
第一步，利用CVD工艺沉积稀土离子掺杂有源光纤预制棒9，沉积完成后取下有源光纤预制棒9进行褪火，有源光纤预制棒9包括有源光纤预制棒包层2、有源光纤预制棒棒芯1；
第二步，分别制备一根与有源光纤预制棒9外径相同的石英棒10和光纤预制棒11，石英棒10包括上接石英棒包层7，光纤预制棒11包括下接光纤预制棒包层5、下接光纤预制棒棒芯4，下接光纤预制棒棒芯4的热膨胀系数需与有源光纤预制棒棒芯1的热膨胀系数相同；
第三步，将有源光纤预制棒9熔接在石英棒10与光纤预制棒11中间，熔接前需将三根预制棒的端面磨平，以保证熔接面I12与熔接面II13的熔接平整度；
第四步，利用超声波打孔机在第三步熔接后的整根预制棒上打两个孔，打孔前需检查钻头的完整性与钻杆的平直度，打孔后，有源光纤预制棒9上的两个内孔I3、石英棒10上的两个内孔II8、光纤预制棒11上的两个内孔III6孔经大小相等；
第五步，完成打孔工艺后，将两根细石英棒15对应于石英棒10的两个内孔II8，分别依次插入石英棒10的两个内孔II8、有源光纤预制棒9的两个内孔I3中，细石英棒15插入内孔I3的深度应在2~5mm范围内，细石英棒15与内孔II8、内孔I3孔壁之间需要保留一定的间隙量，间隙量为内孔II8或内孔I3的半径与细石英棒15半径之差，其范围为0.2~0.4mm，以利于抽真空封装与拉丝工艺中气体的顺利排出；将两根应力棒14对应于下接光纤预制棒11的两个内孔III6、分别依次插入下接光纤预制棒11的两个内孔III6、有源光纤预制棒9的两个内孔I3中，需保证两个应力棒14与两个细石英棒15紧密接触，以防止接触面III16处在拉丝过程中产生气泡，应力棒14与内孔III6、内孔I3孔壁之间需要保留一定的间隙量，间隙量为内孔III6或内孔I3的半径与证应力棒14半径之差，其范围为0.2~0.4mm，以利于抽真空封装与拉丝工艺中气体的顺利排出；
第六步，将第五步组装好的预制棒接上支撑管后放进拉丝塔的加热炉内，预制棒受热软化后，在气压的作用下，应力棒14、细石英棒15与预制棒内孔之间的间隙会逐渐消失，在预制棒继续加热过程中，由于有源光纤预制棒9的两个内孔I3的上端已被细石英棒15封死，进而可避免硼棒液化后溢出内孔I3，所以此拉丝方法不会出现常规拉丝工艺中的硼溢出情形，进而可保证光纤的几何精度与有效拉丝长度；由于下接光纤预制棒11的几何尺寸、应力分布与有源光纤预制棒9基本一致，所以在拉丝过程中可以先根据下接光纤预制棒11拉成光纤的实际变形情况调整工艺参数，进而可有效提高有源光纤预制棒9的利用长度。
有源光纤预制棒9的上端接有一段石英棒10，石英棒10的长度大于10mm；有源光纤预制棒9的下端接有一段光纤预制棒11，光纤预制棒11的长度大于30mm。
综上所述，本发明提供了一种可以有效提高高应力有源保偏光纤预制棒几何精度与有效利用长度的拉丝方法，但是本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (2)
1.一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法，其特征在于：步骤如下：第一步，利用CVD工艺沉积稀土离子掺杂有源光纤预制棒（9），沉积完成后取下有源光纤预制棒（9）进行退火，有源光纤预制棒（9）包括有源光纤预制棒包层（2）、有源光纤预制棒棒芯（1）；第二步，分别制备一根与有源光纤预制棒（9）外径相同的石英棒（10）和光纤预制棒（11），石英棒（10）包括上接石英棒包层（7），光纤预制棒（11）包括下接光纤预制棒包层（5）、下接光纤预制棒棒芯（4），下接光纤预制棒棒芯（4）的热膨胀系数需与有源光纤预制棒棒芯（1）的热膨胀系数相同；第三步，将有源光纤预制棒（9）熔接在石英棒（10）与光纤预制棒（11）中间，熔接前需将三根预制棒的端面磨平，以保证熔接面I（12）与熔接面II（13）的熔接平整度；第四步，利用超声波打孔机在第三步熔接后的整根预制棒上打两个孔，打孔前需检查钻头的完整性与钻杆的平直度，打孔后，有源光纤预制棒（9）上的两个内孔I（3）、石英棒（10）上的两个内孔II（8）、光纤预制棒（11）上的两个内孔III（6）孔径大小相等；第五步，完成打孔工艺后，将两根细石英棒（15）对应于石英棒（10）的两个内孔II（8），分别依次插入石英棒（10）的两个内孔II（8）、有源光纤预制棒（9）的两个内孔I（3）中，细石英棒（15）插入内孔I（3）的深度应在2~5mm范围内，细石英棒（15）与内孔II（8）、内孔I（3）孔壁之间需要保留一定的间隙量，间隙量为内孔II（8）或内孔I（3）的半径与细石英棒（15）半径之差，其范围为0.2~0.4mm，以利于抽真空封装与拉丝工艺中气体的顺利排出；将两根应力棒（14）对应于下接光纤预制棒（11）的两个内孔III（6）、分别依次插入下接光纤预制棒（11）的两个内孔III（6）、有源光纤预制棒（9）的两个内孔I（3）中，需保证两个应力棒（14）与两个细石英棒（15）紧密接触，以防止接触面III（16）处在拉丝过程中产生气泡，应力棒（14）与内孔III（6）、内孔I（3）孔壁之间需要保留一定的间隙量，间隙量为内孔III（6）或内孔I（3）的半径与应力棒（14）半径之差，其范围为0.2~0.4mm，以利于抽真空封装与拉丝工艺中气体的顺利排出；第六步，将第五步组装好的预制棒接上支撑管后放进拉丝塔的加热炉内，预制棒受热软化后，在气压的作用下，应力棒（14）、细石英棒（15）与预制棒内孔之间的间隙会逐渐消失，在预制棒继续加热过程中，由于有源光纤预制棒（9）的两个内孔I（3）的上端已被细石英棒（15）密封住，进而可避免应力棒（14）液化后溢出内孔I（3），所以此拉丝方法不会出现常规拉丝工艺中的硼溢出情形，进而可保证光纤的几何精度与有效拉丝长度；由于下接光纤预制棒（11）的几何尺寸、应力分布与有源光纤预制棒（9）基本一致，所以在拉丝过程中可以先根据下接光纤预制棒（11）拉成光纤的实际变形情况调整工艺参数，进而可有效提高有源光纤预制棒（9）的利用长度。
2.根据权利要求1所述的一种高应力有源保偏光纤预制棒的拉丝方法，其特征在于：所述有源光纤预制棒（9）的上端接有一段石英棒（10），石英棒（10）的长度大于10mm；有源光纤预制棒（9）的下端接有一段光纤预制棒（11），光纤预制棒（11）的长度大于30mm。
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