CN106477871B - 一种高屏蔽耐热光纤及其制备方法 - Google Patents
一种高屏蔽耐热光纤及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高屏蔽耐热光纤及其制备方法，该高屏蔽耐热光纤包括屏蔽层、内包层、芯材三层，其中屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85‑92份、二氧化硫2‑3份、二氧化碳2‑3份、氧化硼6‑8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85‑92份、五氧化二磷3‑4份、氧化锗8‑10份。本发明的高屏蔽耐热光纤绝缘性强、屏蔽效果好、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件领域，尤其涉及一种高屏蔽耐热光纤及其制备方法。
背景技术
在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。
多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。
在国内已申请的相关专利中，并没有专门的高屏蔽耐热光纤的材料配方及制造方法，仅有光纤陀螺和分线器等光纤周边设备或结构的相关专利文件，究其原因，因为光纤虽然技术门槛较高，但实质上结构及材料配比上已经非常成熟，难以有新的创新，但本发明根据现在市场上的光纤抗干扰能力较差，尤其是高精密移动式设备的信号转输更易受到高温、弯折、干扰光信号的影响导致丢包、失真。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种绝缘性强、屏蔽效果好、最小弯曲半径小、耐高温、抗老化、使用寿命长的高屏蔽耐热光纤及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高屏蔽耐热光纤的制造方法，包括以下步骤：
1）内包层坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量纯度不低于99.99%的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②准备如下设备：设置有石英管的玻璃车床、氢氧焰发生装置、烧瓶、气体输送管道、热电偶和气体质量流量计；
③在烧瓶内盛装四氟化硅、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
④以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
⑤点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑥通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑦当石英管内玻璃质沉积到5-8mm后，即获得了所需内包层坯材；
2）芯材坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化锗8-10份，足量纯度不低于99.99%的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②在烧瓶内盛装四氟化硅、三氯氧磷、四氯化锗，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
③以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
④点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑤通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑥当石英管内玻璃质沉积到中间孔径不大于5mm时，即获得所需芯材坯材；
3）实心玻璃棒坯的制备
①将热电偶移至石英管与氢氧焰发生装置垂直对应的外表面上方；
②待石英管管壁加热至1800℃-1900℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1800℃-1900℃区间内；
③待石英管内玻璃质高温软化收缩至实心时，即获得所需实心玻璃棒坯；
4）光纤的制备
①采用常规标准方式将3）获得的实心玻璃棒坯拉制成纤维丝；
②在纤维丝表面通过物理气相沉积方法包覆一层碳膜，该层碳膜即为屏蔽层；
③按标准方法将带有屏蔽层的纤维丝制成所需单模或多模光纤，即获得所需高屏蔽耐热光纤。
根据上述方法制造出的高屏蔽耐热光纤，包括屏蔽层、内包层、芯材三层，其中屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化锗8-10份。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明采用了特定的MCVD光纤制造方法，MCVD是一种常规的高质量光纤制作方法，本发明在其基础上改良了芯材和内包层的玻璃成份，相较于常规配方，其内的氧化物更多、更复杂，使得芯材的折射率更高、内包层的拆射率更低，也使制成的玻璃纤维具有了更高的柔韧性，可以以更小的弯曲半径进行弯折而不会生茬或断裂，同时对高温的耐受能力更强，也更不易受到外来光源或其它信号的干扰，信号传输质量更稳定；碳是已知常规光纤屏蔽材料中最好的屏蔽材料，而本发明采用物理气相沉积的方法获得的碳膜与基体结合力强、相较于常规碳膜也更加致密、光洁，因此本发明的屏蔽效果好。
具体实施方式
实施例1：
一种高屏蔽耐热光纤，包括屏蔽层、内包层、芯材三层，其中屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化锗8-10份。
上述高屏蔽耐热光纤的制造方法，包括以下步骤：
1）内包层坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量纯度不低于99.99%的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②准备如下设备：设置有石英管的玻璃车床、氢氧焰发生装置、烧瓶、气体输送管道、热电偶和气体质量流量计；
③在烧瓶内盛装四氟化硅、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
④以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
⑤点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑥通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑦当石英管内玻璃质沉积到5-8mm后，即获得了所需内包层坯材；
2）芯材坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化锗8-10份，足量纯度不低于99.99%的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②在烧瓶内盛装四氟化硅、三氯氧磷、四氯化锗，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
③以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
④点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑤通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑥当石英管内玻璃质沉积到中间孔径不大于5mm时，即获得所需芯材坯材；
3）实心玻璃棒坯的制备
①将热电偶移至石英管与氢氧焰发生装置垂直对应的外表面上方；
②待石英管管壁加热至1800℃-1900℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1800℃-1900℃区间内；
③待石英管内玻璃质高温软化收缩至实心时，即获得所需实心玻璃棒坯；
4）光纤的制备
①采用常规标准方式将3）获得的实心玻璃棒坯拉制成纤维丝；
②在纤维丝表面通过物理气相沉积方法包覆一层碳膜，该层碳膜即为屏蔽层；
③按标准方法将带有屏蔽层的纤维丝制成所需单模或多模光纤，即获得所需高屏蔽耐热光纤。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了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 (2)
1.一种高屏蔽耐热光纤的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）内包层坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、六氟化硫2-3份、四氟化二碳2-3份、氧化硼6-8份，足量纯度不低于99.99%的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②准备如下设备：设置有石英管的玻璃车床、氢氧焰发生装置、烧瓶、气体输送管道、热电偶和气体质量流量计；
③在烧瓶内盛装四氟化硅、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
④以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
⑤点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑥通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑦当石英管内玻璃质沉积到5-8mm后，即获得了所需内包层坯材；
2）芯材坯材的制备
①按分子数量计准备如下份数的原材料：四氟化硅85-92份、三氯氧磷3-4份、四氯化锗8-10份，足量纯度不低于99.99%的高纯氧气和适量标准脱泡剂；
②在烧瓶内盛装四氟化硅、三氯氧磷、四氯化锗，采用常规标准方法进行蒸发处理，获得饱合蒸气；
③以步骤①准备的高纯氧气为载气，混合步骤③获得的饱合蒸气，按标准方式加入适量标准脱泡剂，通过设置有气体质量流量计的气体输送管道输送至玻璃车床的石英管内，石英管在玻璃车床上以30r/min-40r/min的转速旋转；
④点燃氢氧焰发生装置，轴向移动石英管，使氢氧焰发生装置可均匀加热石英管管体，将热电偶固定在氢氧焰发生装置上方的石英管内加热区域，监控该区域温度；
⑤通过监控加热区域温度，当加热至1400℃-1600℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1400℃-1600℃区间内；
⑥当石英管内玻璃质沉积到中间孔径不大于5mm时，即获得所需芯材坯材；
3）实心玻璃棒坯的制备
①将热电偶移至石英管与氢氧焰发生装置垂直对应的外表面上方；
②待石英管管壁加热至1800℃-1900℃时调整氢氧焰发生装置的火焰输出，保持温度稳定在1800℃-1900℃区间内；
③待石英管内玻璃质高温软化收缩至实心时，即获得所需实心玻璃棒坯；
4）光纤的制备
①采用常规标准方式将3）获得的实心玻璃棒坯拉制成纤维丝；
②在纤维丝表面通过物理气相沉积方法包覆一层碳膜，该层碳膜即为屏蔽层；
③按标准方法将带有屏蔽层的纤维丝制成所需单模或多模光纤，即获得所需高屏蔽耐热光纤。
2.根据权利要求1所述方法制造出的高屏蔽耐热光纤，其特征在于：该高屏蔽耐热光纤包括屏蔽层、内包层、芯材三层，其中屏蔽层为碳膜，内包层为二氧化硅基低折射率玻璃，芯材为二氧化硅基高折射率玻璃；其中二氧化硅基低折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、二氧化硫2-3份、二氧化碳2-3份、氧化硼6-8份；二氧化硅基高折射率玻璃按分子数量包括二氧化硅85-92份、五氧化二磷3-4份、氧化锗8-10份。
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