CN113534347A - 一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法 - Google Patents

一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，包括如下步骤：利用气相沉积设备在石英基管内沉积掺氟石英低折射率层，利用氢氟酸对基管外壁进行腐蚀并打磨，然后拉丝制出低折射率石英毛细管；选取对应个数的单芯光纤，通过化学腐蚀将单芯光纤的涂覆层去掉，将多个单芯光纤插入低折射率石英毛细管内；利用拉锥系统对石英毛细套管和单芯光纤进行等比例绝热拉锥，石英毛细管变细，在锥腰处的直径减小至和多芯光纤相等，内部的单芯光纤直径蜕化至和多芯光纤的纤芯相匹配；对拉锥区域进行测量，观察其直径变化，用光纤切割刀在锥腰处切割，得到锥体；将切割得到的锥体与多芯光纤对准、熔接，最后进行封装，形成一种单芯光纤与多芯光纤耦合器。

Description

一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法
技术领域
本发明涉及光线技术领域，具体为一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法。
背景技术
随着光纤技术的发展以及光纤通信和传感器产业的发展，光纤器件已成为最重要的光电子器件之一，光纤耦合器是用于实现光信号分路或者合路，用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网中都会应用到，目前的光纤耦合器都是通过石英毛细管作为套管套接多个单芯光纤，通过拉锥将毛细管和单芯光纤整体直径缩小，并与多芯光纤熔接实现耦合，但是，目前的耦合器中玻璃毛细管直径均匀性以及拉锥过程中的直径单一控制，常常使得制得的耦合器信号损耗严重，为此我们提出一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，包括如下步骤：
S1、利用气相沉积设备在石英基管内沉积掺氟石英低折射率层，利用氢氟酸对基管外壁进行腐蚀去除并打磨，然后利用高精度拉丝塔拉制出低折射率石英毛细管；
S2、选取对应个数的单芯光纤，通过化学腐蚀将单芯光纤的涂覆层去掉，然后将多个单芯光纤插入低折射率石英毛细管内；
S3、利用拉锥系统对嵌套单芯光纤的石英毛细套管和单芯光纤进行等比例绝热拉锥，石英毛细管变细，在锥腰处的直径减小至和多芯光纤相等，内部的单芯光纤直径蜕化至和多芯光纤的纤芯相匹配；
S4、利用测径仪对拉锥区域进行测量，观察其直径变化，用光纤切割刀在锥腰处切割，得到所需的锥体；
S5、将切割得到的锥体与多芯光纤对准、熔接，最后进行封装，形成一种单芯光纤与多芯光纤耦合器。
优选的一种实施案例，步骤S1的具体操作过程如下：
S101、对原始石英管进行外磨内镗制成外径公差、椭圆度小于1.5％，内孔公差、椭圆度小于1％，同心度小于1mm，沿长度方向一致的石英基管；
S102、采用管内气相沉积OVD技术，在石英基管内壁沉积掺氟石英低折射率层，所述掺氟石英低折射率层的NA值在0.15至0.23之间，其外径与内径之比大于等于1.1；
S103、利用质量浓度为40％的氢氟酸对基管外壁进行一次腐蚀，然后采用质量浓度为10％-20％的氢氟酸对基管外壁进行二次腐蚀，在进行打磨抛光；
S104、采用控温控压拉丝技术，对基管进行拉丝形成毛细管，拉丝过程中，实时监测所拉制的毛细管内、外径及椭圆度，并完成切割。
优选的一种实施案例，步骤S103中，所述氢氟酸表面覆盖一层油脂，防止氢氟酸挥发，并将溶蚀容器放入磁力搅拌器中，利用均匀微小震荡使溶液更加均匀，提高溶蚀后光纤表面的光洁度和均匀性。
优选的一种实施案例，步骤S104中，所述控温控压拉丝技术为将基管放入高精度拉丝塔，在温度为870℃-940℃、管内压力为0.05-0.1MPa下进行拉丝，同时利用高倍光学显微镜实时监测毛细管的内孔尺寸及椭圆度大小，并根据内孔大小调节拉丝牵引速度以增大或减小外径来成比例的改变毛细管的内孔，使毛细管内孔尽快稳定在设计值内，待毛细管外径和内径稳定后开始按长度为850-1000mm切割毛细管。
优选的一种实施案例，步骤S2中，所述单芯光纤的数量大于等于2，所述单芯光纤的纤芯直径和多芯光纤的纤芯直径相同，单芯光纤的纤芯模场直径和多芯光纤的纤芯模场直径相同。
优选的一种实施案例，步骤S2中，所述化学腐蚀为质量浓度为10％-20％的氢氟酸腐蚀，腐蚀后单芯光纤包层直径与多芯光纤的纤芯间距之差在0-2μm。
优选的一种实施案例，步骤S4中，所述光纤切割刀采用金刚石切割刀，在锥腰处切割得到耳朵锥体的切割端面中，单芯光纤直径为8-10μm，切割面的石英毛细管直径为125μm。
优选的一种实施案例，步骤S5中，将多芯光纤与锥体中心对准，通过二氧化碳熔接机进行熔接；所述封装中外壳采用内部设有蓝宝石的铝合金外壳，铝制壳体采用上下结构链接，与光纤接触处通过紫外密封胶固定，以确保器件的密封性和防尘、防潮性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过对原始石英管进行外磨内镗，提高沉积内壁的精度，然后通过管内气相沉积OVD技术，在石英基管内壁沉积掺氟石英低折射率层，并精确控制掺氟石英低折射率层的NA值和直径，将基管放入高精度拉丝塔，在温度为870℃-940℃、管内压力为0.05-0.1MPa下进行拉丝，保证管内具有压力，从而在拉丝过程中避免掺氟石英低折射率层出现断裂和坍塌，同时利用高倍光学显微镜实时监测毛细管的内孔尺寸及椭圆度大小，并根据内孔大小调节拉丝牵引速度以增大或减小外径来成比例的改变毛细管的内孔，使毛细管内孔尽快稳定在设计值内，达到控制毛细管直径精度的目的；
2、在拉锥过程中，同步测径仪对拉锥区域进行测量，观察其直径变化，确保锥腰处直径，使得切割后的端面与多芯光纤相匹配，最终将多芯光纤与锥体中心对准，通过二氧化碳熔接机进行熔接，保证熔接精度；
3、封装中外壳采用内部设有蓝宝石的铝合金外壳，铝制壳体采用上下结构链接，与光纤接触处通过紫外密封胶固定，以确保器件的密封性和防尘、防潮性能，使得器件对信号损耗降低。
附图说明
图1为本发明步骤S1结构示意图；
图2为本发明步骤S2结构示意图；
图3为本发明步骤S3结构示意图；
图4为本发明步骤S4结构示意图；
图5为本发明步骤S5结构示意图。
图中：1、基管；2、掺氟石英低折射率层；3、单芯光纤；4、锥体；5、切割刀；6、多芯光纤；7、封装壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，包括如下步骤：
S1、利用气相沉积设备在石英基1管内沉积掺氟石英低折射率层2，利用氢氟酸对基管1外壁进行腐蚀去除并打磨，然后利用高精度拉丝塔拉制出低折射率石英毛细管；
S2、选取对应个数的单芯光纤3，通过化学腐蚀将单芯光纤3的涂覆层去掉，然后将多个单芯光纤3插入低折射率石英毛细管内；
S3、利用拉锥系统对嵌套单芯光纤3的石英毛细套管和单芯光纤进行等比例绝热拉锥，石英毛细管变细，在锥腰处的直径减小至和多芯光纤6相等，内部的单芯光纤3直径蜕化至和多芯光纤6的纤芯相匹配；
S4、利用测径仪对拉锥区域进行测量，观察其直径变化，用光纤切割刀5在锥腰处切割，得到所需的锥体4；
S5、将切割得到的锥体4与多芯光纤6对准、熔接，最后进行封装，形成一种单芯光纤与多芯光纤耦合器。
进一步的，步骤S1的具体操作过程如下：
S101、对原始石英管进行外磨内镗制成外径公差、椭圆度小于1.5％，内孔公差、椭圆度小于1％，同心度小于1mm，沿长度方向一致的石英基管；
S102、采用管内气相沉积OVD技术，在石英基管内壁沉积掺氟石英低折射率层，掺氟石英低折射率层的NA值在0.15至0.23之间，其外径与内径之比大于等于1.1；
S103、利用质量浓度为40％的氢氟酸对基管外壁进行一次腐蚀，然后采用质量浓度为10％-20％的氢氟酸对基管外壁进行二次腐蚀，在进行打磨抛光；
S104、采用控温控压拉丝技术，对基管进行拉丝形成毛细管，拉丝过程中，实时监测所拉制的毛细管内、外径及椭圆度，并完成切割。
进一步的，步骤S103中，氢氟酸表面覆盖一层油脂，防止氢氟酸挥发，并将溶蚀容器放入磁力搅拌器中，利用均匀微小震荡使溶液更加均匀，提高溶蚀后光纤表面的光洁度和均匀性。
进一步的，步骤S104中，控温控压拉丝技术为将基管放入高精度拉丝塔，在温度为870℃-940℃、管内压力为0.05-0.1MPa下进行拉丝，保证管内具有压力，从而在拉丝过程中避免掺氟石英低折射率层出现断裂和坍塌，同时利用高倍光学显微镜实时监测毛细管的内孔尺寸及椭圆度大小，并根据内孔大小调节拉丝牵引速度以增大或减小外径来成比例的改变毛细管的内孔，使毛细管内孔尽快稳定在设计值内，待毛细管外径和内径稳定后开始按长度为850-1000mm切割毛细管。
进一步的，步骤S2中，单芯光纤的数量大于等于2，单芯光纤的纤芯直径和多芯光纤的纤芯直径相同，单芯光纤的纤芯模场直径和多芯光纤的纤芯模场直径相同。
进一步的，步骤S2中，化学腐蚀为质量浓度为10％-20％的氢氟酸腐蚀，腐蚀后单芯光纤包层直径与多芯光纤的纤芯间距之差在0-2μm。
进一步的，步骤S4中，光纤切割刀采用金刚石切割刀，在锥腰处切割得到耳朵锥体的切割端面中，单芯光纤直径为8-10μm，切割面的石英毛细管直径为125μm。
进一步的，步骤S5中，将多芯光纤与锥体中心对准，通过二氧化碳熔接机进行熔接；封装中外壳采用内部设有蓝宝石的铝合金外壳，铝制壳体采用上下结构链接，与光纤接触处通过紫外密封胶固定，以确保器件的密封性和防尘、防潮性能。
工作原理：本发明通过对原始石英管进行外磨内镗，提高沉积内壁的精度，然后通过管内气相沉积OVD技术，在石英基管内壁沉积掺氟石英低折射率层，并精确控制掺氟石英低折射率层的NA值和直径，将基管放入高精度拉丝塔，在温度为870℃-940℃、管内压力为0.05-0.1MPa下进行拉丝，保证管内具有压力，从而在拉丝过程中避免掺氟石英低折射率层出现断裂和坍塌，同时利用高倍光学显微镜实时监测毛细管的内孔尺寸及椭圆度大小，并根据内孔大小调节拉丝牵引速度以增大或减小外径来成比例的改变毛细管的内孔，使毛细管内孔尽快稳定在设计值内，达到控制毛细管直径精度的目的，同理，在拉锥过程中，同步测径仪对拉锥区域进行测量，观察其直径变化，确保锥腰处直径，使得切割后的端面与多芯光纤相匹配，最终将多芯光纤与锥体中心对准，通过二氧化碳熔接机进行熔接；封装中外壳采用内部设有蓝宝石的铝合金外壳，铝制壳体采用上下结构链接，与光纤接触处通过紫外密封胶固定，以确保器件的密封性和防尘、防潮性能，使得器件对信号损耗降低。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用气相沉积设备在石英基管内沉积掺氟石英低折射率层，利用氢氟酸对基管外壁进行腐蚀去除并打磨，然后利用高精度拉丝塔拉制出低折射率石英毛细管；
S2、选取对应个数的单芯光纤，通过化学腐蚀将单芯光纤的涂覆层去掉，然后将多个单芯光纤插入低折射率石英毛细管内；
S3、利用拉锥系统对嵌套单芯光纤的石英毛细套管和单芯光纤进行等比例绝热拉锥，石英毛细管变细，在锥腰处的直径减小至和多芯光纤相等，内部的单芯光纤直径蜕化至和多芯光纤的纤芯相匹配；
S4、利用测径仪对拉锥区域进行测量，观察其直径变化，用光纤切割刀在锥腰处切割，得到所需的锥体；
S5、将切割得到的锥体与多芯光纤对准、熔接，最后进行封装，形成一种单芯光纤与多芯光纤耦合器。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S1的具体操作过程如下：
S101、对原始石英管进行外磨内镗制成外径公差、椭圆度小于1.5％，内孔公差、椭圆度小于1％，同心度小于1mm，沿长度方向一致的石英基管；
S102、采用管内气相沉积OVD技术，在石英基管内壁沉积掺氟石英低折射率层，所述掺氟石英低折射率层的NA值在0.15至0.23之间，其外径与内径之比大于等于1.1；
S103、利用质量浓度为40％的氢氟酸对基管外壁进行一次腐蚀，然后采用质量浓度为10％-20％的氢氟酸对基管外壁进行二次腐蚀，在进行打磨抛光；
S104、采用控温控压拉丝技术，对基管进行拉丝形成毛细管，拉丝过程中，实时监测所拉制的毛细管内、外径及椭圆度，并完成切割。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S103中，所述氢氟酸表面覆盖一层油脂，防止氢氟酸挥发，并将溶蚀容器放入磁力搅拌器中，利用均匀微小震荡使溶液更加均匀，提高溶蚀后光纤表面的光洁度和均匀性。
4.根据权利要求2所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S104中，所述控温控压拉丝技术为将基管放入高精度拉丝塔，在温度为870℃-940℃、管内压力为0.05-0.1MPa下进行拉丝，同时利用高倍光学显微镜实时监测毛细管的内孔尺寸及椭圆度大小，并根据内孔大小调节拉丝牵引速度以增大或减小外径来成比例的改变毛细管的内孔，使毛细管内孔尽快稳定在设计值内，待毛细管外径和内径稳定后开始按长度为850-1000mm切割毛细管。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述单芯光纤的数量大于等于2，所述单芯光纤的纤芯直径和多芯光纤的纤芯直径相同，单芯光纤的纤芯模场直径和多芯光纤的纤芯模场直径相同。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述化学腐蚀为质量浓度为10％-20％的氢氟酸腐蚀，腐蚀后单芯光纤包层直径与多芯光纤的纤芯间距之差在0-2μm。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S4中，所述光纤切割刀采用金刚石切割刀，在锥腰处切割得到耳朵锥体的切割端面中，单芯光纤直径为8-10μm，切割面的石英毛细管直径为125μm。
8.根据权利要求1所述的一种非接触式玻璃毛细管直径控制方法，其特征在于：步骤S5中，将多芯光纤与锥体中心对准，通过二氧化碳熔接机进行熔接；所述封装中外壳采用内部设有蓝宝石的铝合金外壳，铝制壳体采用上下结构链接，与光纤接触处通过紫外密封胶固定，以确保器件的密封性和防尘、防潮性能。
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