CN111995239B - 一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法，属于特种光纤制备领域。该方法为：采用阶梯型堆积捆绑法，将外径相同、内径不同的薄壁毛细管和厚壁毛细管，以及实心毛细棒进行排布，形成预制棒；其中，第一包层选用薄壁毛细管和厚壁毛细管间隔设置方式、或全部采用薄壁毛细管的设置方式中的一种；第二包层及以上，采用厚壁毛细管排布；将预制棒进行第一道拉制，得到细预制棒；将细预制棒外套设限位玻璃外套管，进行第二道拉制，第二道拉制的同时控制气压进行挤压，得到气孔壁受控变形的微结构光纤；该方法可通过气压挤压不同壁厚的玻璃毛细管，使微结构中出现扇形和柚子型气孔，该结构和尺寸的形成能够更好的约束光波在纤芯内部传导。

Description

一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法
技术领域
本发明属于特种光纤制备领域，具体涉及一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法。
背景技术
微结构光纤与普通光纤类似也是依赖于全内反射效应进行导光，其纤芯部分一般为背景材料或折射率高于背景材料的其它材料，包层一般由周期性排列的圆柱形气孔组成，其长度贯穿于整个光纤，通过在包层中引入气孔使包层折射率小于纤芯折射率，进而把光限制在纤芯内部进行传输。由于微结构光纤具有体积小、结构可调、易于集成化等优势，目前已成为光通信和光电子器件领域一个新的研究热点，也越来越被科研工作者以及光纤制备企业所青睐。
近些年研究人员通过向微结构光纤内部气孔中填充诸如聚合物，半导体，油，金属，气体，液体和液晶等不同材料来获得新的功能特性。事实上，在工业中将各种材料填充进微结构光纤气孔中并不容易，所以许多研究学者也只是在理论上研究填充材料微结构光纤的特性。要想在实验上完成材料填充，常规的小气孔很难实现，这就要求光纤要有特殊结构的大气孔，而特殊结构的大气孔不容易制备出来。一些研究人员为了得到大气孔微结构光纤，把研究重点放到了预制棒上，而使用堆积法排布的预制棒很难直接制备出大气孔，所以研究人员往往采用钻孔法来实现大气孔的预制棒，而钻孔法钻出来的孔大部分都是圆孔或是类似圆孔的形状，而且预制棒一般都不是很长。这种钻孔法制备的预制棒成本较高，而且稍有不慎就有可能将预制棒打裂，同时也很难钻出其它形状的气孔。
本发明采用不同壁厚的毛细管排布预制棒，在制备大气孔微结构光纤过程中把研究重点放在光纤的拉丝工艺上。拉制过程中通过对气压进行调控，使薄壁毛细管挤压厚壁毛细管和实心毛细棒。通过气压挤压作用，薄壁毛细管圆形气孔变形，最终被挤压成扇形和柚子型大气孔。本发明从大气孔微结构光纤制备角度进行研究，公开了一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有制备具有特殊大气孔微结构光纤技术的不足，提出一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法，该气孔壁受控变形的微结构光纤是一种基于气体挤压使气孔壁受控变形制备的扇形或柚子型微结构光纤，该方法可通过气压挤压不同壁厚的玻璃毛细管，使微结构中出现扇形和柚子型气孔，通过该方法制备出来的微结构光纤可应用于材料填充型的光学传感器件中。
本发明采用的技术方案为：
本发明的一种气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：
采用阶梯型堆积捆绑法，将外径相同、内径不同的薄壁毛细管和厚壁毛细管，以及实心毛细棒进行排布，形成预制棒；
其中，第一包层选用薄壁毛细管和厚壁毛细管间隔设置方式、或全部采用薄壁毛细管的设置方式中的一种；
第二包层及以上，采用厚壁毛细管排布；
步骤2：
将预制棒进行第一道拉制，得到细预制棒；
将细预制棒外套设限位玻璃外套管，进行第二道拉制，第二道拉制的同时控制气压进行挤压，得到气孔壁受控变形的微结构光纤；其中，在第二道拉制过程中，采用的高温炉温度为1740-1950℃，并且，当出现气孔壁出现变形气孔后，逐渐升高高温炉温度至1770-1815℃，升温速度为2-3℃/min，调整气压阈值为1kPa-15kPa，送棒速度为0.9-5mm/min，牵引速度为0.5-10m/min，使得厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉，最终得到气孔壁受控变形的微结构光纤。
所述的步骤1中，采用的薄壁毛细管、厚壁毛细管和毛细棒，需先进行清洗后，烘干。
所述的步骤1中，所述阶梯型堆积捆绑法在堆积捆绑时要求第一层包层和中心纤芯长度相同，第二层包层比第一层包层短1-2cm，依次类推，直至整个纤芯和包层完成，形成六边形结构，将六边形结构外套设玻璃外套管，在六边形结构和玻璃外套管之间的空间填充实心细毛细棒。
所述的步骤1中，预制棒中，采用的包层优选为三层；所述的预制棒的外径为20mm。
所述的步骤1中，薄壁毛细管和厚壁毛细管的外径相同，内径相差为外径的1/2-1/4。
所述的步骤1中，纤芯选用直径为2mm的毛细棒，薄壁毛细管选用外径为2mm、内径为1.6mm的毛细管，厚壁毛细管选用外径为2mm、内径为0.6mm的毛细管。
所述的步骤2中，拉制前，需要将预制棒的一端熔接一根玻璃管作为尾柄，并置于100～200℃的温控箱去除预制棒中的水蒸气。
所述的步骤2中，控制气压进行挤压，采用设置在氩气气管上的气体保压装置实现，氩气气管和细预制棒通过连接头连通，连接头优选为带有金属弹簧卡片的连接头；所述的气体保压装置包括通信控制模块、PLC控制器、压力控制器、电磁阀和气压阈值显示屏；
通信控制模块和光纤拉丝塔主控台电连接，通信控制模块的信号输出端和PLC控制器的信号接收端连接，PLC控制器上设置有气压阈值显示屏，PLC控制器的信号接收端还和压力控制器的信号输出端连接，PLC控制器还连接控制进出气开闭的电磁阀。
所述的光纤拉丝塔主控台，用于对微结构光纤制备过程中的高温炉温度、送棒速度、牵引速度和气压阈值四种拉丝参数进行设置；
所述的气压阈值通过通信控制模块输入至PLC控制器，PLC控制器将该气压阈值通过气压阈值显示屏显示出来；
所述的压力控制器，用于实时检测压力大小，并将检测的压力值传输至PLC控制器；
所述的PLC控制器判断压力控制器检测的压力值是否高于或低于气压阈值，从而传输信号控制电磁阀开闭。通过光学显微镜观测微结构光纤端面调整气压阈值，使微结构光纤气孔壁受控变形。
所述的步骤2中，第一道拉制，调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度，将预制棒拉制成外径为3.05-3.15mm的细预制棒；
所述的步骤2中，第一道拉制时，高温炉的温度设置为1790-1950℃，送棒速度设置为2-5mm/min，牵引速度设置为0.5-4m/min。
所述的步骤2中，第二道拉制，将细预制棒装载进入内径为细预制棒外径+(0.05-0.15)mm，外径为12mm的玻璃套管，进行第二道拉制。
本发明的一种气孔壁受控变形的微结构光纤，采用上述方法制得。
所述的气孔壁受控变形的微结构光纤，为扇形结构或柚子型结构；
当第一包层选用薄壁毛细管和厚壁毛细管间隔设置方式时，形成的是扇形结构；其具体形状形成的原因是：通过第二道拉制过程中，气压调控，使得设置在第一包层的薄壁毛细管产生的大气孔挤压厚壁毛细管产生的小气孔和纤芯，大气孔被挤压变形，小气孔在挤压和高温作用下被塌缩掉，在第一包层挤压形成三瓣扇子形状的气孔，故称为扇形结构；
当第一包层选用全部采用薄壁毛细管的设置方式时，形成的是柚子型结构，其具体形状形成的原因是：第一包层中薄壁毛细管被挤压，形成六瓣柚子型形状的气孔，故称为柚子型结构。
所述的气孔壁受控变形的微结构光纤，当为扇形结构时，其纤芯直径为2.5-4μm，其外径为125-130μm；当为柚子型结构时，其纤芯直径为3.5-4.5μm，其外径为125-135μm，以上气孔壁受控变形的微结构光纤在包层气孔的挤压下纤芯面积变小，使得光波在纤芯中传输时所占的纤芯面积比例变大，能够更好的约束光波在纤芯内部传导。
本发明的气孔壁受控变形的微结构光纤的应用，用于材料填充型的光学传感器件中。
与现有的光纤制备技术相比，本发明公开的一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法，具有以下优势：
(1)采用阶梯型堆积捆绑法来排布光纤预制棒，使用不同壁厚的空心毛细管和实心毛细棒进行排布，通过合理布局不同壁厚毛细管的位置，制备出扇形结构和柚子型结构光纤。
(2)采用二次拉制技术，第一道拉制先将外径20mm的光纤预制棒拉制成外径3.05-3.15mm的细预制棒，固化了光纤的内部结构，之后将细预制棒套上玻璃外套管再进行第二道拉制。由于第一道拉制使预制棒内部微结构成型，所以二次拉制技术更容易出现稳定的光纤结构。
(3)第二道拉制过程中，通过带金属弹簧卡片的连接头将氩气气管与细预制棒连接，金属弹簧卡片能够防止被热气流烫化，通过气压挤压使光纤端面中出现扇形和柚子型结构气孔。
(4)通过高温炉温度、气压阈值、送棒速度和牵引速度四种拉丝参数相互协调控制，通过增加气压阈值，大气孔增大的速度远高于小气孔。大气孔、小气孔和纤芯三者之间相互挤压，薄壁的玻璃毛细管被气压挤压逐渐形成了扇形和柚子型气孔结构，将扇形和柚子型光纤的纤芯尺寸分别挤压降低到了3μm和4μm，两种结构光纤的外径尺寸被拉制降低到了125μm，该结构和尺寸的形成能够更好的约束光波在纤芯内部传导。
附图说明
图1为本发明中所设计的扇形微结构光纤预制棒端面示意图。
图2为本发明中通过连接头将外界氩气与细预制棒连接的示意图；
图中，1为氩气气管；2为细预制棒；3为连接头；4为连接头中的金属弹簧卡片。
图3为本发明中气体保压调控装置示意图。
图4为本发明中扇形微结构光纤的端面图，其中图4(a)为整体端面，图4(b)为局部放大后的端面。
图5为本发明中扇形微结构光纤的温度与气压参数拟合曲线。
图6为本发明中扇形微结构光纤的送棒速度与牵引速度参数拟合曲线。
图7为本发明中柚子型微结构光纤预制棒端面示意图。
图8为本发明中第一道拉制后柚子形微结构光纤细预制棒端面图。
图9为本发明中柚子型微结构光纤的端面图，其中图9(a)为整体端面，图9(b)为局部放大后的端面。
图10为本发明中气孔壁受控变形的扇形或柚子型微结构光纤的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
为了使上述方法和优点更加易懂，下面通过实施例详细描述本发明公开的一种气孔壁受控变形的微结构光纤及其制备方法。发明人按照此种制作方法已经制备出具有扇形气孔结构和柚子型气孔结构的微结构光纤，本方法在形式和细节上可以有多种变形，因此本发明绝不仅限于以下所述的实施例。
以下实施例中，气孔壁受控变形的扇形或柚子型微结构光纤的制备工艺流程图见图10。
实施例一：
一种气孔壁受控变形的扇形微结构光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)在制备扇形微结构光纤预制棒时，首先拉制外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm毛细管。采用阶梯型堆积型捆绑法，堆积捆绑成具有三层包层气孔结构的六边形。纤芯用直径2mm的毛细棒进行排布，包层第一层采用外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm的厚壁和薄壁毛细管相间隔进行排布，第二层和第三层采用内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管进行排布，堆积捆绑的示意图如图1所示。采用氢氧焰将预制棒尾端熔接一根玻璃管作为尾柄，作为尾柄的玻璃管的长度为250mm、内径为4mm、外径为20mm，将温控箱设置为120℃，去除预制棒内的水蒸气。
(2)通过调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度将外径20mm的粗预制棒拉制成外径3.1mm的细预制棒，之后将细预制棒装载进内径3.2mm、外径12mm的限位玻璃外套管内进行第二道拉制。其中，第一道拉制时高温炉的温度设置为1850℃，送棒速度设置为3mm/min，牵引速度设置为2m/min。
(3)第二道拉制时的初始炉温设置为1950℃，料头掉下后将炉温调整为1800℃，送棒速度设置为5mm/min，牵引速度设置为0.5m/min。起初拉制的主要目标是出现三个大气孔，当纤丝由细变粗并稳定后，开始逐渐降低高温炉温度。待炉温降至1765℃时，三个大圆出现，即为三大气孔，当三大气孔出现后便通过带金属弹簧卡片的连接头将氩气和细预制棒连接起来，图2为使用连接头将氩气气管与细预制棒连接的示意图，其中氩气气管1和连接头3的一端连接，细预制棒2和连接头3的另一端连接，在连接头的连接处设置有连接头中的金属弹簧卡片4。在氩气气管中设置有气体保压调控装置，细预制棒2中的气压的控制是通过气体保压调控装置实现的，气体保压调控装置原理示意图如图3所示，该装置主要由通信控制模块、PLC控制器、压力控制器、电磁阀、气压阈值显示屏等几部分组成。
通信控制模块和光纤拉丝塔主控台电连接，通信控制模块的信号输出端和PLC控制器的信号接收端连接，PLC控制器上设置有气压阈值显示屏，PLC控制器的信号接收端还和压力控制器的信号输出端连接，PLC控制器还连接控制进出气开闭的电磁阀。
所述光纤拉丝塔主控台，用于对微结构光纤制备过程中的高温炉温度、送棒速度、牵引速度和气压阈值四种拉丝参数进行设置；
通信控制模块用于实现气体保压调控装置与光纤拉丝塔主控台之间的连接通信。利用光纤拉丝塔主控台对气体保压调控装置进行气压阈值的设定，气压阈值被设定后，PCL控制器将该气压阈值通过显示屏显示出来；
所述的压力控制器，实时检测压力大小，并将检测的压力值传输至PLC控制器；
所述的PLC控制器，用于将通信模块传输的气压阈值通过气压阈值显示屏显示，并将该气压阈值的压力与压力控制器检测的压力进行对比，从而传输信号控制电磁阀的开闭。
若该气压阈值比氩气出气管内的气压值大，则PLC控制器打开电磁阀并自动进行充气；若该气压阈值比氩气出气管内的气压值小，则PLC控制器打开电磁阀并自动进行抽气；若该气压阈值与氩气出气管内的气压值相等，则PLC控制器关闭电磁阀，不进行充气或抽气，以此确保细预制棒内气压维持在设定的气压阈值。
(4)三大气孔出现后便开始逐渐升温，不必再等小气孔出现。当炉温升高到1770℃，送棒速度降低到1.2mm/min，气压阈值增加到10.5kPa时，光纤预制棒与玻璃外套管之间的间隙基本消失，此时光纤直径为576μm。为了降低纤芯尺寸，将牵引速度逐步增大到8.3m/min，与此同时，炉温也相应的增加到1845℃，送棒速度降低到1mm/min，此时扇形微结构光纤被拉制出来，如图4所示，纤芯直径为3μm，图4(a)为光纤整体端面，图4(b)为局部放大后的端面。
(5)图5为扇形微结构光纤拉制过程中炉温和气压参数拟合曲线，从该图可以看出炉温先是以较大幅度从1800℃降低到1765℃，之后缓慢逐渐升高至1815℃，起初以较大幅度降温是为了使光纤微结构尽快出现。当光纤包层三大气孔出现后，便加上气压并将气压阈值设定为1kPa。在缓慢上调炉温的同时逐渐增大气压阈值，当气压阈值为13kPa时，包层气孔过大使得光纤结构开始变形，于是开始逐渐减小气压。图6为送棒速度和牵引速度的拟合曲线，为了减小微结构光纤尺寸，送棒速度逐渐进行递减设置，而牵引速度逐渐进行递增设置。
实施例二：
一种气孔壁受控变形的柚子型微结构光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)在制备柚子型微结构光纤预制棒时，首先拉制直径为2mm的实心毛细棒和外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm的空心毛细管。采用阶梯型堆积捆绑法排布预制棒，纤芯用直径2mm的毛细棒，包层第一层采用内径为1.6mm、外径为2mm的薄壁毛细管进行排布，其它两层采用内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管进行排布，其中，纤芯的毛细棒和第一层包层的空心毛细管的长度相同，第二层的空心毛细管比第一层包层中的空心毛细管短1cm，第三层的空心毛细管比第二层包层中的空心毛细管短1cm，其端面排布示意图如图7所示。
(2)通过调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度将外径20mm的粗预制棒拉制成外径3.1mm的细预制棒，其端面如图8所示。从该图可以看出，经过第一道拉制后细预制棒的结构清晰完整，包层气孔没有任何塌缩现象，相同壁厚的毛细管在拉制后大小均一，第一道拉制保持住预制棒内部的微结构。
(3)将该细预制棒加上内径为3.2mm、外径为12mm的限位玻璃外套管进行第二道拉制。经过长时间拉制并反复调整参数后，最终当高温炉温度为1753℃，气压阈值为12kPa，送棒速度为0.95mm/min，牵引速度为6.6m/min时，可将其拉制成柚子形微结构光纤，纤芯直径为4μm，如图9所示，其中图9(a)为整体端面，图9(b)为局部放大后的端面。
实施例三：
一种气孔壁受控变形的扇形微结构光纤的制备方法，其制备工艺流程如图8所示，包括以下步骤：具体步骤如下：
(1)仿真设计包层具有三层气孔的扇形预制棒结构，根据设计要求拉制直径为2mm的实心毛细棒，另外拉制外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm的空心毛细管。
(2)对拉制的毛细管和毛细棒分别进行筛选、清洗和烘干，采用阶梯型堆积捆绑法堆积包层具有三层气孔的扇形光纤预制棒。排布扇形结构预制棒时，包层第一层采用内径为1.6mm和内径为0.6mm毛细管相间隔进行排布，其它两层均采用内径为0.6mm的毛细管进行排布。第一层包层和中心纤芯长度相同，第二层包层比第一层包层短1cm，依次类推，直至整个纤芯和包层完成，形成六边形结构；
(3)将排布的六边形结构装入内径为14mm、外径为20mm的玻璃套管内，用细实心毛细棒将六边形结构与玻璃外套管之间的缝隙塞紧。
(4)通过氢氧焰将制备的预制棒尾端熔接一根长度为240-300mm、内径为14mm、外径为20mm的玻璃管，用温控箱去除接完尾柄后长预制棒内的水蒸气。
(5)通过调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度将外径为20mm的粗预制棒拉制成外径为3.1mm的细预制棒，之后将该细预制棒装入内径为3.2mm、外径为12mm的限位玻璃外套管中进行第二道拉制。其中，第一道拉制时高温炉的温度设置为1900℃，送棒速度设置为4mm/min，牵引速度设置为3m/min。
(6)第二道拉制过程中用带金属弹簧卡片的连接头将氩气气管与第一道拉制后的细预制棒连接在一起。拉制扇形预制棒时，待扇形气孔出现后，以升温速率为2℃/min逐渐升高高温炉温度至1780℃，通过调控气压阈值使内径为1.6mm、外径为2mm的薄壁毛细管挤压内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管，使内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉，形成扇形气孔。
(7)在第二道拉制扇形预制棒时，待扇形气孔出现后，逐渐升高高温炉温度，在挤压和高温作用下，使内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉。包层第一层挤压形成三瓣扇子形状的气孔，故称为扇形结构。
(8)通过调整高温炉温度、气压阈值、送棒速度和牵引速度四种拉丝参数，将扇形纤芯尺寸挤压降低到3μm，将外径尺寸拉制降低到125μm。
(9)将达到要求尺寸的扇形微结构光纤进行涂覆并收丝。
实施例四：
一种气孔壁受控变形的柚子型微结构光纤的制备方法，包括以下步骤：
(1)仿真设计包层具有三层气孔的柚子型预制棒结构，根据设计要求拉制直径为2mm的实心毛细棒，另外拉制外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm的空心毛细管。
(2)对拉制的毛细管和毛细棒分别进行筛选、清洗和烘干，采用阶梯型堆积捆绑法堆积包层具有三层气孔的柚子型光纤预制棒。排布柚子型预制棒时包层第一层采用内径为1.6mm的6根毛细管进行排布，其它两层采用内径为0.6mm的毛细管进行排布。第一层包层和中心纤芯长度相同，第二层包层比第一层包层短2cm，依次类推，直至整个纤芯和包层完成，形成六边形结构；
(3)将排布的六边形结构装入内径为14mm、外径为20mm的玻璃套管内，用细实心毛细棒将六边形结构与玻璃外套管之间的缝隙塞紧。
(4)通过氢氧焰将制备的预制棒尾端熔接一根长度为240-300mm、内径为14mm、外径为20mm的玻璃管，用温控箱去除接完尾柄后长预制棒内的水蒸气。
(5)通过调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度将外径为20mm的粗预制棒拉制成外径为3.1mm的细预制棒，之后将该细预制棒装入内径为3.2mm、外径为12mm的限位玻璃外套管中进行第二道拉制。其中，第一道拉制时高温炉的温度设置为1750℃，送棒速度设置为3mm/min，牵引速度设置为1m/min。
(6)第二道拉制过程中用带金属弹簧卡片的连接头将氩气气管与第一道拉制后的细预制棒连接在一起。拉制柚子型预制棒时，待柚子型气孔出现后，以升温速率为3℃/min逐渐升高高温炉温度至1800℃，通过调控气压阈值使内径为1.6mm、外径为2mm的薄壁毛细管挤压内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管，使内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉，包层的第一层挤压形成六瓣柚子型形状的气孔，故称为柚子型气孔。
(7)在第二道拉制柚子型预制棒时，待柚子型气孔出现后，逐渐升高高温炉温度，使内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉。
(8)通过调整高温炉温度、气压阈值、送棒速度和牵引速度四种拉丝参数，将柚子型光纤的纤芯尺寸挤压降低4μm，将外径尺寸拉制降低到125μm。
(9)将达到要求尺寸的柚子型微结构光纤进行涂覆并收丝。
实施例五：
一种气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，包括以下几个重要步骤：
(1)仿真设计扇形和柚子型预制棒结构，根据设计的要求尺寸拉制直径为2mm的实心玻璃毛细棒和外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm的空心玻璃毛细管，对毛细管和毛细棒分别进行筛选和清洗，并将温控箱加热到120℃，通过温控箱进行烘干。
(2)采用阶梯型堆积捆绑法排布扇形结构和柚子型结构光纤预制棒，预制棒排布成包含三层包层气孔的六边形结构，实心的玻璃毛细棒作为纤芯。排布扇形光纤预制棒时，包层第一层采用外径为2mm、内径分别为0.6mm和1.6mm的厚壁和薄壁毛细管相间隔进行排布，其它两层采用内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管进行排布。排布柚子型光纤预制棒时，包层第一层采用内径为1.6mm、外径为2mm的薄壁毛细管进行排布，其它两层采用内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管进行排布。
(3)在预制棒尾端熔接一根玻璃管作为尾柄，并用温控箱去除预制棒中的水蒸气。分两次进行拉制，第一道拉制时通过调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度分别将外径为20mm的扇形和柚子型预制棒拉制成外径为3.05mm的细预制棒，之后将细预制棒装载进内径为3.2mm、外径为12mm的限位玻璃外套管进行第二道拉制。
(4)第二道拉制过程中用带金属弹簧卡片的连接头将氩气气管与第一道拉制后的细预制棒连接在一起。拉制扇形和柚子型预制棒时，通过调控气压阈值使内径为1.6mm、外径为2mm的薄壁毛细管挤压内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管，形成扇形和柚子型气孔。
(5)在第二道拉制扇形和柚子型预制棒时，待扇形气孔和柚子型气孔出现后，逐渐升高高温炉温度，使内径为0.6mm、外径为2mm的厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉。
(6)通过调整高温炉温度、气压阈值、送棒速度和牵引速度四种拉丝参数，将扇形和柚子型光纤的纤芯尺寸分别挤压降低到3μm和4μm，将它们的外径尺寸拉制降低到125μm。

Claims (9)

1.一种气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：
采用阶梯型堆积捆绑法，将外径相同、内径不同的薄壁毛细管和厚壁毛细管，以及实心毛细棒进行排布，形成预制棒；
其中，第一包层选用薄壁毛细管和厚壁毛细管间隔设置方式、或全部采用薄壁毛细管的设置方式中的一种；
第二包层及以上，采用厚壁毛细管排布；
步骤2：
将预制棒进行第一道拉制，得到细预制棒；第一道拉制，调整高温炉温度、送棒速度和牵引速度，将预制棒拉制成外径为3.05-3.15mm的细预制棒；第一道拉制时，高温炉的温度设置为1790-1950℃，送棒速度设置为2-5mm/min，牵引速度设置为0.5-4m/min；
将细预制棒外套设限位玻璃外套管，进行第二道拉制，第二道拉制的同时控制气压进行挤压，得到气孔壁受控变形的微结构光纤；其中，在第二道拉制过程中，采用的高温炉初始温度为1740-1950℃，并且，当气孔壁出现变形气孔后，调整高温炉温度至1770-1815℃，温度变化速度为2-3℃/min，调整气压阈值为1KPa-15KPa，送棒速度为0.9-5mm/min，牵引速度为0.5-10m/min，使得厚壁毛细管形成的小气孔塌缩掉，最终得到气孔壁受控变形的微结构光纤。
2.根据权利要求1所述的气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述阶梯型堆积捆绑法在堆积捆绑时要求第一层包层和中心纤芯长度相同，第二层包层比第一层包层短1-2cm，依次类推，直至整个纤芯和包层完成，形成六边形结构，将六边形结构外套设玻璃外套管，在六边形结构和玻璃外套管之间的空间填充实心细毛细棒。
3.根据权利要求1所述的气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，薄壁毛细管和厚壁毛细管的外径相同，内径相差为外径的1/2-1/4。
4.根据权利要求3所述的气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，纤芯选用直径为2mm的毛细棒，薄壁毛细管选用外径为2mm、内径为1.6mm的毛细管，厚壁毛细管选用外径为2mm、内径为0.6mm的毛细管。
5.根据权利要求1所述的气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，拉制前，将预制棒的一端熔接一根玻璃管作为尾柄，并置于100-200℃温控箱去除预制棒中的水蒸气。
6.根据权利要求1所述的气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，控制气压进行挤压，采用设置在氩气气管上的气体保压装置实现，氩气气管和细预制棒通过连接头连通；所述的气体保压装置包括通信控制模块、PLC控制器、压力控制器、电磁阀和气压阈值显示屏；
通信控制模块和光纤拉丝塔主控台电连接，通信控制模块的信号输出端和PLC控制器的信号接收端连接，PLC控制器上设置有气压阈值显示屏，PLC控制器的信号接收端还和压力控制器的信号输出端连接，PLC控制器还连接控制进出气开闭的电磁阀；
所述的光纤拉丝塔主控台，用于对微结构光纤制备过程中的高温炉温度、送棒速度、牵引速度和气压阈值四种拉丝参数进行设置；
所述的气压阈值通过通信控制模块输入至PLC控制器，PLC控制器将该气压阈值通过气压阈值显示屏显示出来；
所述的压力控制器，用于实时检测压力大小，并将检测的压力值传输至PLC控制器；
所述的PLC控制器判断压力控制器检测的压力值是否高于或低于气压阈值，从而传输信号控制电磁阀开闭；通过光学显微镜观测微结构光纤端面调整气压阈值，使微结构光纤气孔壁受控变形。
7.根据权利要求1所述的气孔壁受控变形的微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，第二道拉制，将细预制棒装载进入内径为细预制棒外径+(0.05-0.15)mm，外径为12mm的玻璃套管，进行第二道拉制。
8.一种气孔壁受控变形的微结构光纤，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得；
所述的气孔壁受控变形的微结构光纤，为扇形结构或柚子型结构；
当第一包层选用薄壁毛细管和厚壁毛细管间隔设置方式时，形成的是扇形结构；
当第一包层选用全部采用薄壁毛细管的设置方式时，形成的是柚子型结构。
9.根据权利要求8所述的气孔壁受控变形的微结构光纤，其特征在于，所述的气孔壁受控变形的微结构光纤，当为扇形结构时，其纤芯直径为2.5-4μm，其外径为125-130μm；当为柚子型结构时，其纤芯直径为3.5-4.5μm，其外径为125-135μm。
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