CN109928614A - 一种锥形光纤的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锥形光纤的制备方法，包括：步骤(1)，将光纤预制棒的前端和后端分别熔接一个石英尾棒；步骤(2)，对光纤预制棒的预设区域进行加热软化后，保持加热并控制两端的两个石英尾棒匀速反向移动预设距离，使得该预设区域的光纤预制棒直径沿纵向呈指数型变化；步骤(3)，选定光纤预制棒中的下一个预设区域，执行步骤(2)，直至所有预设区域均执行完步骤(2)；步骤(4)，打磨步骤(3)得到的光纤预制棒，使得包层均匀；步骤(5)，对打磨后的光纤预制棒进行匀速拉丝，拉丝后预设区域的光纤纤芯沿纵向呈锥形，且其包层均匀不变。本发明可通过匀速拉丝的简单方法得到包层均匀、纤芯呈锥形的光纤。

Description

一种锥形光纤的制备方法

技术领域

本发明涉及光纤制备技术领域，更具体地，涉及一种锥形光纤的制备方法。

背景技术

与普通纤芯包层均匀的光纤相比，长锥形光纤有如下的优势：(1)更高的吸收系数；(2)更大的模场面积；(3)抑制非线性效应；(4)抑制ASE；(5)抑制模式不稳定效应。因此，长锥形光纤在高功率激光领域有很大的潜力。

专利CN102565947“一种锥形光纤的制作装置及方法”通过在光纤两端悬挂同等质量的重物，二氧化碳激光器对光纤中间进行局部加热熔融，实现锥形光纤的制作。专利CN107473581“光纤拉锥装置及方法”通过将旋转模块对加热管中的光纤进行拉伸，该方法制造简单。以上提到的拉锥加工方法仅仅实现厘米级以下短锥区的锥形光纤的制备，难以实现几米甚至几十米长渐变光纤的制作。

锥形光纤制备方法还有通过实时调节拉丝塔的给棒速度与拉丝速度来拉制。虽然这种方法能实现长渐变光纤的制备，但是这方法存在以下缺点：一是需要拉丝塔精确控制，实时调节；二是由于光纤外径在变化，会导致其涂覆质量变差；三是光纤的包层尺寸呈锥形变化，如果泵浦光沿着光纤直径减小的方向传输，光从包层中泄露出来，并损耗发热破坏光纤。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有锥形光纤的制备方法无法实现长度较长的锥形光纤制备，或实现长度较长的锥形光纤的控制方法复杂且得到的光纤的包层尺寸呈锥形变化，造成光从包层中泄露损耗发热破坏光纤的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种锥形光纤的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将光纤预制棒的前端和后端分别熔接一个石英尾棒，所述光纤预制棒位于两个石英尾棒之间；

步骤(2)，对所述光纤预制棒的预设区域进行加热软化后，保持加热并控制两端的两个石英尾棒匀速反向移动预设距离，使得该预设区域的光纤预制棒直径沿纵向呈指数型变化；

步骤(3)，选定光纤预制棒中的下一个预设区域，执行步骤(2)，直至所有预设区域均执行完步骤(2)；

步骤(4)，打磨步骤(3)得到的光纤预制棒，使得该光纤预制棒的包层均匀；

步骤(5)，对打磨后的光纤预制棒进行匀速拉丝，拉丝后所述预设区域的光纤纤芯沿纵向呈锥形，且其包层均匀不变。

具体地，步骤(2)处理后的预设区域为直径渐变区域，也可理解为渐变锥区。且步骤(3)完成对间隔的预设区域处理后，每个渐变锥区与两边不变锥区部分组成哑铃状渐变锥区。

可选地，所述步骤(2)中，对光纤预制棒的预设区域进行加热时，两端的两个石英尾棒保持同速轴向转动，带动所述光纤预制棒轴向转动，使得加热均匀。

可选地，所述步骤(2)中，两个石英尾棒匀速反向移动时，所述预设区域形成的光纤预制棒直径渐变区域为对称结构。

可选地，所述步骤(2)中，可仅控制前端的石英尾棒匀速向前移动或仅控制后端的石英尾棒匀速向后移动，对应预设区域形成的光纤预制棒直径渐变区域为非对称结构。

可选地，采用加热火焰对光纤预制棒的预设区域进行加热，加热火焰的宽度决定锥形光纤的拉锥比。

可选地，所述光纤预制棒的预设区域为多个，呈等间距分布。

可选地，石英尾棒的移动速度为20mm/min—30mm/min。

具体地，石英尾棒的移动速度过慢，会导致预制棒挥发量增大；速度过高，造成光纤预制棒内部没有充分受热软化。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供一种锥形光纤的制备方法，通过预先对光纤预制棒处理，使其具备多个哑铃状渐变锥区，即使得光纤预制棒上具备多个分散分布的直径沿纵向呈指数型变化的区域，基于此，采用拉丝塔匀速拉丝的简单控制，可以得到锥形光纤，且得到的锥形光纤的包层尺寸不变。

本发明的操作流程简单，重复性好，并且一次性能完成多个锥型光纤的制作。

本发明制备得到的包层不变纤芯锥形变化的光纤能够保留着锥形光纤的优势，同时解决了传统锥形光纤中光泄露和损耗问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锥形光纤的制备方法流程图；

图2是本发明实例提供的光纤预制棒与尾棒的熔接过程示意图；

图3是本发明实施例提供的光纤预制棒的拉锥过程示意图；

图4是本发明实施例提供的光纤预制棒的拉锥结果示意图；

图5是本发明实施例提供的包层不变纤芯锥形变化光纤结构示意图；

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为石英尾棒，2为光纤预制棒，3为喷灯，201为纤芯，202为包层，203为均匀区域，204为渐变区域，301为锥形纤芯，302为内包层，303为外包层。

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。

本发明的目的在于提供一种简单且重复性好的制备技术，实现长光纤上包层不变而纤芯锥形变化。

图1是本发明实施例提供的锥形光纤的制备方法流程图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤(1)，将光纤预制棒的前端和后端分别熔接一个石英尾棒，所述光纤预制棒位于两个石英尾棒之间；

具体地，可先将石英尾棒和待拉锥的光纤预制棒分别夹持于玻璃熔接车床的两侧的卡盘中，点燃喷灯，移动预制棒的前端和石英尾棒的前端至喷灯内，待两者的前端都达到玻璃软化点后，将石英尾棒与光纤预制棒端面熔接起来，关闭喷灯，待其冷却；然后将玻璃熔接车床上夹持待拉锥的光纤预制棒的卡盘打开，并移走一定距离，该侧卡盘夹持新的石英尾棒；然后，点燃喷灯，移动光纤预制棒未熔接的一端和新的石英尾棒的前端至喷灯内，待两端软化后，进行对接熔接，关闭喷灯，待其冷却。

步骤(2)，对所述光纤预制棒的预设区域进行加热软化后，保持加热并控制两端的两个石英尾棒匀速反向移动预设距离，使得该预设区域的光纤预制棒直径沿纵向呈指数型变化；

具体地，可点燃喷灯，调节火焰宽度；将喷灯移动一定距离，加热光纤预制棒；待加热区域达到玻璃软化点之后，保持喷灯位置不动，然后设置驱动电机速度参数，使车床上两端匀速反向移动，移动固定距离，停止移动。

步骤(3)，选定光纤预制棒中的下一个预设区域，执行步骤(2)，直至所有预设区域均执行完步骤(2)；

具体地，可重复步骤上述步骤，完成光纤预制棒上多个哑铃状渐变锥区的制作，关闭喷灯，待其冷却。

步骤(4)，打磨步骤(3)得到的光纤预制棒，使得该光纤预制棒的包层均匀；

步骤(5)，对打磨后的光纤预制棒进行匀速拉丝，拉丝后所述预设区域的光纤纤芯沿纵向呈锥形，且其包层均匀不变。

具体地，从玻璃熔接车床上取出两端带有石英尾棒的光纤预制棒，然后将两根石英尾棒从熔接处切割下来，取出拉制多个渐变锥区的光纤预制棒；将光纤预制棒车削打磨至设计的尺寸，最后进行拉丝操作。

在一个具体的实施例中，本发明提供一种包层不变纤芯锥形变化光纤的制备方法，包括以下步骤：

(1)、如图2所示，先将外径为15.70mm的光纤预制棒2和直径相近的石英尾棒1分别夹持于玻璃熔接车床的右侧和左侧的卡盘中，设置卡盘旋转速度为30r/min，点燃喷灯3，移动光纤预制棒2的左端和石英尾棒1的右端至喷灯内，待两者的前端都达到玻璃软化点后，将石英尾棒1与光纤预制棒2端面熔接起来，关闭喷灯3，待其冷却；

(2)、将玻璃熔接车床上夹持待拉锥的光纤预制棒2的卡盘打开，并向右移走一定距离，右侧卡盘夹持新的石英尾棒1；然后，点燃喷灯3，移动光纤预制棒未熔接的右端和新的石英尾棒的左端至喷灯3内，待两端软化后，进行对接熔接，关闭喷灯3，待其冷却；

(3)、将喷灯3移到光纤预制棒之外的位置，对火焰进行升温，如将喷灯3移到光纤预制棒左端熔接点位置，点燃喷灯3，调节火焰宽度10mm-20mm之间；

(4)、将喷灯向右移动30mm，加热光纤预制棒；

(5)、如图3所示，待加热区域达到玻璃软化点之后，保持喷灯3位置不动，然后设置驱动电机速度参数20mm/min，使车床上两端匀速反向移动，移动预设距离后停止；

(6)、重复步骤(4)～(5)完成光纤预制棒上多个哑铃状渐变锥区的制作，关闭喷灯3，待其冷却；

(7)、从玻璃熔接车床上取出两端带有石英尾棒的光纤预制棒，然后将两根石英尾棒从熔接处切割下来，取出拉制多个直径渐变区域的光纤预制棒，如图4所示，其由纤芯201均匀和包层202均匀的区域203、纤芯201渐变和包层202渐变区域204交替构成，在渐变区域204中光纤预制棒直径沿纵向呈指数型变化，渐变区域204中的纤芯直径相对均匀区域203中的纤芯直径变小，且纤芯直径也呈指数型变化；其中渐变区域长度为20mm左右，渐变区域最窄宽度为10.70±0.10mm；

(8)、首先将光纤预制棒车削打磨至渐变锥区的锥腰处，再根据所设计的芯包比要求继续深度打磨；最后通过拉丝塔匀速拉丝操作，可得到如图5所示的光纤，其纤芯301直径呈锥形变化，内包层302和外包层303直径不变。

其中，所述的光纤预制棒的直径控制在15mm-20mm；并且光纤预制棒的芯包比一定要满足光纤的芯包比，即小于设计光纤的纤芯最小端的芯包比；否则的话，需要先对光纤预制棒进行套管操作以满足芯包比的要求。

其中，石英尾棒的直径与光纤预制棒的直径应尽量接近，可以使两者之间端面熔接更贴合紧密，有效避免熔接后甩棒问题。

其中，熔接和拉锥的过程中，玻璃熔接车床的两端应保持同向同步旋转。

其中，在步骤(3)中，火焰宽度决定加热区域，从而决定最终渐变光纤的长度。

其中，在步骤(5)中，电机驱动车床两端反向移动，形成的渐变区域为对称结构；如果驱动车床一端移动，形成的渐变区域为非对称结构。具体地，电机驱动车床移动，车床带动石英尾棒移动和转动。

其中，在步骤(5)中，电机驱动速度应该设置在(20-30)mm/min区间内，速度过慢，会导致预制棒挥发量增大；速度过高，造成光纤预制棒内部没有充分受热软化。

其中，在步骤(5)中，火焰宽度固定的条件下，车床移动的距离决定了锥腰的宽度，即决定了最终锥形光纤的拉锥比，拉锥比为光纤的大端直径与小端直径的比值。

其中，在步骤(6)中，重复(4)～(5)应保持每次移动喷灯距离相同，车床两端每次移动距离相同。

其中，在步骤(8)中，车削过程中，先要将未拉锥的均匀区域打磨到与锥腰同等高度，再根据设计光纤的芯包比要求继续打磨。

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 (7)

1.一种锥形光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，将光纤预制棒的前端和后端分别熔接一个石英尾棒，所述光纤预制棒位于两个石英尾棒之间；

步骤(2)，对所述光纤预制棒的预设区域进行加热软化后，保持加热并控制两端的两个石英尾棒匀速反向移动预设距离，使得该预设区域的光纤预制棒直径沿纵向呈指数型变化；

步骤(3)，选定光纤预制棒中的下一个预设区域，执行步骤(2)，直至所有预设区域均执行完步骤(2)；

步骤(4)，打磨步骤(3)得到的光纤预制棒，使得该光纤预制棒的包层均匀；

步骤(5)，对打磨后的光纤预制棒进行匀速拉丝，拉丝后所述预设区域的光纤纤芯沿纵向呈锥形，且其包层均匀不变。

2.根据权利要求1所述的锥形光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对光纤预制棒的预设区域进行加热时，两端的两个石英尾棒保持同速轴向转动，带动所述光纤预制棒轴向转动，使得加热均匀。

3.根据权利要求1或2所述的锥形光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，两个石英尾棒匀速反向移动时，所述预设区域形成的光纤预制棒直径渐变区域为对称结构。

4.根据权利要求1或2所述的锥形光纤的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，可仅控制前端的石英尾棒匀速向前移动或仅控制后端的石英尾棒匀速向后移动，对应预设区域形成的光纤预制棒直径渐变区域为非对称结构。

5.根据权利要求1或2所述的锥形光纤的制备方法，其特征在于，采用加热火焰对光纤预制棒的预设区域进行加热，加热火焰的宽度决定锥形光纤的拉锥比。

6.根据权利要求1或2所述的锥形光纤的制备方法，其特征在于，所述光纤预制棒的预设区域为多个，呈等间距分布。

7.根据权利要求1或2所述的锥形光纤的制备方法，其特征在于，石英尾棒的移动速度为20mm/min—30mm/min。