CN106186664B - 一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，该双坩埚为同心双管结构，自上而下分为密封通气区、原料熔化区、熔液稳定区以及光纤出料区。密封通气区上下两层结构的密封盖分别与坩埚外、内管相连，下层密封盖的通气孔通过上层密封盖，并在连接处用橡胶垫圈和密封紧固螺母密封。原料熔化区由被用于放置红外光纤芯料和皮料的筛子状金属板分成上下两部分的圆柱形同心管组成；稳定区为锥形同心管，内外管由径向金属杆相连以保证双坩埚的同心度；光纤出料区是内径远小于坩埚主体的同心管。完全熔融的原料在稳定区形成无条纹的熔液，然后在压力和重力的双重作用下，熔液流出同心的出料区被拉制成高同心度的红外光纤。

Description

一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚

技术领域

本发明涉及一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，尤其是一种结构改进的用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，属于玻璃纤维制造技术领域。

背景技术

硫系玻璃红外光纤在1~14μm中远红外波段具有优良的传输性能。采用数根至数百万根红外光纤按特定结构排列制成的传光束或传像束是一种能够传光、传像、传能的红外光学器件。红外光纤及其光纤束已广泛应用于激光的产生和传输、红外防御、红外成像、生物传感及空间探测等军事和民用领域。

硫系玻璃红外光纤的拉制方法有两类：双坩埚法和棒管法。双坩埚法是在双坩埚中分别加入芯料和皮料，利用保护气加压使玻璃熔液从出料区流出而进行光纤的拉制；棒管法是将芯棒和皮管套在一起形成芯皮结构，经高温熔融进行光纤的拉制。棒管法要求芯棒和皮管有良好的吻合尺寸和光洁度，没有气泡与条纹，并且光纤的芯皮比例为固定值。与之相比，双坩埚法具有对玻璃棒材的完整性要求低、生产成本低、光纤芯皮比调节方便等优势，因此在科研和生产中常采用双坩埚法拉制硫系玻璃红外光纤。Terutoshi Kanamori 等人用硬质玻璃的双坩埚进行硫系玻璃红外光纤的拉制，该双坩埚无法对芯层和皮层单独加压，因此光纤芯皮结构受到限制；英国STC公司使用石英单坩埚进行碲硒化物红外光纤的拉制，由于光纤外加涂覆层可实现全反射，从而进行光的传输。北京玻璃研究院设计了硬质玻璃双坩埚进行As-S红外光纤的拉制，该坩埚可以分别对芯料和皮料加压，但是因硬质玻璃加工方式易导致坩埚的内外管同心度差以及批次不一致性。M. F. Chubanov等人采用双坩埚拉制硫系玻璃红外光纤，该双坩埚可分别对芯料和皮料进行加压，但是该坩埚结构复杂，制作难度大。

目前报道了多种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚结构，其材质多为硬质玻璃或石英玻璃，玻璃材质加工精度低，导致硫系玻璃红外光纤的同心度或圆度差；双坩埚出料嘴为彼此分离的双空心管结构，在高温下易变形而引起光纤芯皮层偏心，并且双坩埚加工批次一致性差，无法满足工业化生产一致性的要求。不锈钢材料可采用数控机床加工，加工精度容易控制，目前已经应用于生活、医疗、军事等各个领域，采用不锈钢材料制作用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚可解决传统材质的双坩埚所存在的问题。

发明内容

针对现有的用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚因加工精度低而难以保证制备的光纤的同心度以及双坩埚出料区容易在高温下变形引起光纤芯皮结构偏心等问题，本发明提供一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

双坩埚主体材质选用不锈钢材料。双坩埚为整体式同心双管结构，内管将双坩埚分为两个完全隔离的腔体；双坩埚从上至下由密封通气区、原料熔化区、熔液稳定区以及光纤出料区四个部分组成。通气区由带有通气管的上下两层密封盖组成，其中内盖与外盖连接处通过橡胶密封圈与紧固螺母实现密封；熔料区由圆柱形同心管组成，内外管分别被带有密集圆孔的筛子状金属板隔成上下两部分，金属板用于放置待熔化的芯料与皮料；稳定区为锥形同心管，内外管用金属杆相连以保证内外管的同心度；出料区为内径远小于坩埚主体的同心双管。

所述坩埚顶端通气区为外管高于内管的台阶状，上下两层结构的密封盖分别与外管和内管相连，连接处中间垫有橡胶密封圈。

所述坩埚通气区上下两层结构的密封盖通过下密封盖的通气管连接并用密封紧固螺母压紧的橡胶密封圈进行密封。

所述的原料熔化区被与坩埚主体相同的不锈钢材质的筛子状金属板分隔成上下两层，金属板用于放置待熔化的芯料和皮料，使得熔液在流入稳定区前能够获得均匀性好的熔液。

所述整体式同心双管在稳定区通过径向不锈钢金属杆连接，以此来保证出料区双管的同心度，同时使得高温下出料区不易变形。

本发明用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，双坩埚为整体式同心双管结构，内管将双坩埚分为两个完全隔离的腔体，本发明的有益效果是：

选用不锈钢材质保证了双坩埚加工的尺寸精度；通过设计由不锈钢筛子状金属板分隔的原料熔化区使得熔融的原料在进入稳定区前获得均匀性好的熔液，在稳定区通过径向不锈钢金属杆连接同心锥形管，保证了出料区双管的同心度，同时使得高温下出料区不易变形。通过本发明，能够拉制出同心度高且均匀性好的硫系玻璃红外光纤。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1是本发明的双坩埚的剖面图。

1-双坩埚内管；2-双坩埚外管；3-密封通气区；4-原料熔化区；5-熔液稳定区；6-不锈钢连接杆；7-光纤出料区；8-筛子状不锈钢金属板；9-橡胶垫圈；10-紧固密封螺母。

图2是用本发明的双坩埚拉制的硫系玻璃红外光纤的样品端面图。

具体实施方式

本发明公开了一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，双坩埚为整体式同心双管结构，内管将双坩埚分为两个完全隔离的腔体：内管1和外管2。双坩埚自上而下分为密封通气区3、原料熔化区4、熔液稳定区5和光纤出料区7。在实施例中，将芯料和皮料分别放在内管和外管中的筛子状不锈钢钢板8上，将密封通气区上下盖分别与外管和内管连接，由通气管向内管与外管分别通入氩气作为保护气并提供压力。分别对原料熔化区4、熔液稳定区5和光纤出料区7进行加热，位于筛子状金属板8上的原料受热熔化，原料熔液在重力作用下流至温度稳定的熔液稳定区5，经过熔料熔化区4的熔液均一性好，经稳定区稳定后有较少的条纹。在压力和重力的双重作用下，稳定的熔液经出光纤料区流出双坩埚，然后拉制成符合要求的红外光纤。

本实施例中，通过调节内管与外管的压强来控制光纤的芯层与皮层的比例，通过调节拉制光纤的速度控制光纤的直径。图2为制备的红外光纤的显微端面图。

本实施例中，在通气区上下盖连接处加橡胶密封圈9，并用紧固螺母10压紧橡胶密封圈进行密封防止漏气。

本实施例中，稳定区径向的不锈钢金属连接杆6连接固定内管与外管，使得内管与外管有较高的同心度，并且在高温下出料区不变形，保证拉制光纤的同心度。

Claims (5)

1.一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，其特征在于，双坩埚主体材质选用不锈钢材料，其包括：

双坩埚为整体式同心双管结构，内管将双坩埚分为两个完全隔离的腔体；双坩埚由密封通气区、原料熔化区、熔液稳定区以及光纤出料区四个部分组成；

通气区由带有通气管的上下两层密封盖组成，其中内盖与外盖连接处通过橡胶密封圈与紧固螺母实现密封；熔料区由圆柱形同心管组成，内外管分别被带有密集圆孔的筛子状金属板隔成上下两部分，金属板用于放置待熔化的芯料与皮料；

稳定区为锥形同心管，内外管用金属杆相连以保证内外管的同心度；

出料区为内径远小于坩埚主体的同心双管。

2.如权利要求1所述的一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，其特征在于：

所述坩埚顶端通气区为外管高于内管的台阶状，上下两层结构的密封盖分别与外管和内管相连，连接处中间垫有橡胶密封圈。

3.如权利要求1所述的一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，其特征在于：

所述坩埚通气区上下两层结构的密封盖通过下密封盖的通气管连接并以密封紧固螺母压紧的橡胶密封圈进行密封。

4.如权利要求1所述的一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，其特征在于：

所述的原料熔化区被与坩埚主体相同的不锈钢材质的筛子状金属板分隔成上下两层，不锈钢钢板用于放置芯料和皮料，使得熔液在流入稳定区前能够获得均匀性好的熔液。

5.如权利要求1所述的一种用于拉制硫系玻璃红外光纤的双坩埚，其特征在于：

所述整体式同心双管在稳定区通过径向不锈钢金属杆固定以此来保证出料区双管的同心度。