CN114315125B - 一种无扭保偏光纤的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无扭保偏光纤的制备工艺，属于光纤技术领域。步骤一：拉丝：加热炉对制备好的石英预制棒进行加热，石英预制棒前端为拉锥部分，加热后的锥头部分会由于重力作用自然垂直掉落，实现光纤的拉丝；步骤二：保温：加热炉的出口设有保温炉，保温炉对光纤进行梯度控温；步骤三：在线测量光纤扭转角度，对光纤的扭转角度进行在线测量；步骤四：涂覆：可调角度的涂覆装置接收光纤扭转角度测量装置发出的信号，可调角度的涂覆装置进行角度调节，消除光纤扭转；步骤五：收卷。本申请通过光纤扭转角度测量装置对光纤的扭转角度进行在线测量，并与可调角度的涂覆装置相配合，使得光纤生产过程中能够在涂覆时消除光纤扭转，实现无扭绕环。
Description
技术领域
本发明涉及一种无扭保偏光纤的制备工艺，属于光纤技术领域。
背景技术
保偏光纤，主要应用于光纤电流互感器，光纤陀螺，光纤水听器等传感器和 DWDM、EDFA等光纤通信系统，是一种具有广泛应用价值的特种光纤类型。应力双折射保偏光纤主要有领结型保偏光纤、熊猫型保偏光纤和椭圆包层型保偏光纤三种。其中，熊猫型保偏光纤应用最为广泛。由于保偏光纤的应用主要在光纤陀螺等技术领域，在这些相关应用领域，相当长度的保偏光纤需要被绕制成光纤环圈，成为敏感元件，通过不同的物理效应，如Sagnac效应，测量物体的角加速度。为了保障这些保偏光纤的光纤环圈具有良好的温度和应力稳定性，需要采用特殊的绕环技术，一般使用四极绕法绕制光纤陀螺使用的光纤环圈。在光纤环圈的绕制过程中，要求精确控制被绕制光纤的长度、位置和绕纤张力，以确保光纤环圈在结构上保持良好的光学互易性。由于使用了圆形截面结构的光纤，在光纤环的缠绕过程中，难以保证圆形截面光纤不产生扭转，而这种光纤扭转会由于地磁Faraday效应对光纤环圈的精度产生负面影响。
专利CN202279774U中涉及了一种用于光纤表面单面着色标识的拉丝模具，通过该专利的实施可以在光纤表面一侧形成一条色带，使成型光纤从色带上就能识别正交方向差异性，这种方案的实施在一定程度上能够区分单根光纤的外在扭转情况，但是无法有效解决光纤存在内扭的情况，导致没法从根本上消除光纤环因扭转存在的地磁效应的影响。专利CN104655058A中公开了一种熊猫型保偏光纤扭转检测及退扭的装置和方法，该方法将光纤的扭转检测和退扭相结合，实现边绕纤边退扭，来绕制出低扭转的保偏光纤，这种方案是针对拉制完的保偏光纤的一种后处理手段，在绕环前对光纤退扭处理，但是使用该方法仅满足了降低内扭的情况，无法消除外扭，而且还是造成外扭的累积，导致光纤环会存在因为外扭增大引起的精度影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种无扭保偏光纤的制备工艺，在保偏光纤生产过程中，从源头进行内外扭转的识别标记，能够有效保证保偏光纤在进行绕环使用时真正意义上的退扭，可以有效保证保偏光纤从拉制开始至后续成环过程中的扭转一致性，实现无扭绕环，提升光纤环的对称性。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种一种无扭保偏光纤的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
步骤一：拉丝：加热炉对制备好的石英预制棒进行加热，石英预制棒前端为拉锥部分，加热后的锥头部分会由于重力作用自然垂直掉落，实现光纤的拉丝；
步骤二：保温：加热炉的出口设有保温炉，保温炉对光纤进行梯度控温，保证了光纤温度的均匀性；
步骤三：在线测量光纤扭转角度：保温炉出口设有光纤扭转角度测量装置，对光纤的扭转角度进行在线测量，并将结果反馈于可调角度的涂覆装置；
步骤四：涂覆：可调角度的涂覆装置接收光纤扭转角度测量装置发出的信号，可调角度的涂覆装置根据光纤的扭转角度进行角度调节，进而消除光纤扭转；后通过紫外固化或Led固化对光纤进行涂覆，形成涂覆层；后在涂覆层上涂设着色层，形成带有绕环标识线的保偏光纤；
步骤五：收卷：自然冷却后的保偏光纤绕制于光纤收卷盘上，绕环时保证保偏光纤上的绕环标识线设于同一位置，完成无扭的保偏光纤绕环。
所述步骤一种加热炉的加热温度会根据光纤的张力进行温度匹配，正常拉丝时的张力为1～2N，其对应的炉温控制在1500℃至1800℃之间，石英预制棒并以0～2mm/min 的速度进棒。
所述步骤二中的保温炉包括保温炉体，所述保温炉体内腔竖向穿设保温管，所述保温管表面套设变径式发热体，所述变径式发热体对保温管进行加热。
所述保温炉自上而下的温度逐渐变低，温度范围为1100℃～850℃，使得光纤的温度保持在1000±200℃；
所述步骤四中的涂覆层包括由内而外设置的缓冲层和保护层，所述缓冲层的模量为 0.1Mpa～100Mpa，所述保护层的模量为0.4Gpa～2Gpa，所述着色层设于保护层表面，所述着色层的模量为0.4Gpa～2Gpa。
所述缓冲层和保护层分别为丙烯酸树脂制成件。
所述可调角度的涂覆装置包括固定平台，所述固定平台上活动设有涂覆架；所述涂覆架上设置涂覆机，所述涂覆机上插设着色管，所述着色管内设有油墨，所述着色管与涂覆机内腔连通；驱动装置驱动所述涂覆架旋转，带动涂覆机旋进而调节涂覆机的角度。
所述驱动装置与在线测量光纤扭转角度信号连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：一种无扭保偏光纤的制备工艺，通过光纤扭转角度测量装置对光纤的扭转角度进行在线测量，并与可调角度的涂覆装置相配合，使得光纤生产过程中能够在涂覆时消除光纤扭转，并在光纤涂覆层形成着色层，能够有效保证保偏光纤在进行绕环使用时真正意义上的退扭，可以有效保证保偏光纤从拉制开始至后续成环过程中的扭转一致性，实现无扭绕环，进而提升光纤环的对称性。
附图说明
图1为本发明实施例一种无扭保偏光纤的制备工艺的流程示意图；
图2为图1中保温炉的示意图；
图3为可调角度的涂覆装置中固定平台和涂覆架的示意图；
图4为可调角度的涂覆装置中涂覆机的示意图；
图5为保偏光纤的示意图；
图6为图5的截面图；
图7为保偏光纤应力区对称排列绕环的示意图；
图中1高温石墨电阻加热炉、2保温炉、2.1保温炉体、2.2保温管、2.3变径式石墨发热体、3光纤扭转角度测量装置、4可调角度的涂覆装置、4.1固定平台、4.2 驱动装置、4.3涂覆架、4.4涂覆机、4.5、着色管、5光纤收卷盘、6光纤、7缓冲层、 8保护层、9着色层、10保偏光纤应力区。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的一种无扭保偏光纤的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一：拉丝：高温石墨电阻加热炉1对制备好的石英预制棒进行加热，石英预制棒前端为拉锥部分，将石英预制棒锥头部分加热至2000±100℃时，锥头部分会由于重力作用自然垂直掉落，实现光纤的拉丝。高温石墨电阻加热炉1的加热温度会根据光纤 6的张力进行温度匹配，正常拉丝时的张力为1～2N，其对应的炉温控制在1500℃至1800 ℃之间。石英预制棒进棒速度为0～2mm/min，保证了光纤能够以稳定的速度、标准的几何尺寸进行拉丝。
步骤二：保温：高温石墨电阻加热炉1的出口设有保温炉2，从高温石墨电阻加热炉1的马弗管出来的光纤在保温炉2里进行梯度控温，保证了光纤6温度的均匀性，避免了温度骤降而影响涂覆效果。
如图2所示，保温炉2包括保温炉体2.1，保温炉体2.1内腔竖向穿设保温管2.2，保温管2.2表面套设变径式石墨发热体2.3，变径式石墨发热体2.3对保温管2.2进行加热，使得保温管2.2自上而下的温度逐渐变低，温度范围为1100℃～850℃。光纤6穿过保温管2.2，使得光纤6的温度保持在1000±200℃。
步骤三：在线测量光纤扭转角度：保温炉2出口设有光纤扭转角度测量装置3，光纤扭转角度测量装置3对光纤6的扭转角度在线进行测量，并将结果反馈于可调角度的涂覆装置4。
光纤扭转角度测量装置3为专利号CN 208860314 U熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置。通过分析准直通过光纤轴方向之后的干涉图谱及光强分布，并通过光纤追迹的方法及计算机模拟计算，可以得到应力区的相对位置及扭转角度。通过获得的光纤扭转角度数据传递给可调角度的涂覆装置。
步骤四：如图5、6所示，涂覆：可调角度的涂覆装置4接收光纤扭转角度测量装置3发出的信号，可调角度的涂覆装置4根据测量出来的光纤扭转角度进行角度调节，进而消除光纤扭转，后通过紫外固化或Led固化对光纤进行涂覆，形成涂覆层；后在涂覆层上涂设着色层9，形成带有绕环标识线的保偏光纤。
上述涂覆层包括由内而外设置的缓冲层7和保护层8，缓冲层7的模量为 0.1Mpa～100Mpa，保护层8的模量为0.4Gpa～2Gpa，着色层9设于保护层7表面，着色层9的模量为0.4Gpa～2Gpa。着色层9主要为保偏光纤应力区10的外在识别线，用于绕环时进行良好的光纤排列。缓冲层7和保护层8分别为丙烯酸树脂制成件。
如图3、4所示，可调角度的涂覆装置4包括固定平台4.1，固定平台4.1上活动设有涂覆架4.3；驱动装置4.2驱动涂覆架4.3在固定平台4.1上旋转。涂覆架4.3上设置涂覆机4.4，涂覆机4.4上插设着色管4.5，着色管4.5内设有油墨，着色管4.5与涂覆机 4.4内腔连通，使得油墨经着色管4.5输送至涂覆机4.4内腔，在高速拉丝的过程中，油墨和丙烯酸树脂一起随着光纤进入固化系统进行固化，并且能够在光纤表面由内而外形成缓冲层、保护层和一条明显线状色带，即为绕环标识线。驱动装置4.2接收光纤扭转角度测量装置发出的信号，控制涂覆架4.3旋转一定的角度，带动涂覆机4.4旋转一定角度，调节涂覆机的角度，进而消除扭转，保证了绕环标识线处于保偏光纤应力区10 连线中心。
步骤五：收卷：自然冷却后的保偏光纤绕制于光纤盘上，绕环时保证了光纤上的绕环标识线设于同一位置，完成无扭的保偏光纤的绕环，如图7所示。
本申请通过光纤扭转角度测量装置对光纤的扭转角度进行在线测量，并与可调角度的涂覆装置相配合，使得光纤生产过程中能够在涂覆时消除光纤扭转，并在光纤涂覆层形成着色层，能够有效保证保偏光纤在进行绕环使用时真正意义上的退扭，可以有效保证保偏光纤从拉制开始至后续成环过程中的扭转一致性，实现无扭绕环，进而提升光纤环的对称性。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺包括如下步骤：
步骤一：拉丝：加热炉对制备好的石英预制棒进行加热，石英预制棒前端为拉锥部分，加热后的锥头部分会由于重力作用自然垂直掉落，实现光纤的拉丝；
步骤二：保温：加热炉的出口设有保温炉，保温炉对光纤进行梯度控温，保证了光纤温度的均匀性；
步骤三：在线测量光纤扭转角度：保温炉出口设有光纤扭转角度测量装置，对光纤的扭转角度进行在线测量，并将结果反馈于可调角度的涂覆装置；
步骤四：涂覆：可调角度的涂覆装置接收光纤扭转角度测量装置发出的信号，可调角度的涂覆装置根据光纤的扭转角度进行角度调节，进而消除光纤扭转；后通过紫外固化或Led固化对光纤进行涂覆，形成涂覆层；后在涂覆层上涂设着色层，形成带有绕环标识线的保偏光纤；
步骤五：收卷：自然冷却后的保偏光纤绕制于光纤收卷盘上，绕环时保证保偏光纤上的绕环标识线设于同一位置，完成无扭的保偏光纤绕环。
2.根据权利要求1所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中加热炉的加热温度会根据光纤的张力进行温度匹配，正常拉丝时的张力为1～2N，其对应的炉温控制在1500℃至1800℃之间，石英预制棒并以0～2mm/min的速度进棒。
3.根据权利要求1所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中的保温炉包括保温炉体，所述保温炉体内腔竖向穿设保温管，所述保温管表面套设变径式发热体，所述变径式发热体对保温管进行加热。
4.根据权利要求3所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述保温炉自上而下的温度逐渐变低，温度范围为1100℃～850℃，使得光纤的温度保持在1000±200℃。
5.根据权利要求1所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中的涂覆层包括由内而外设置的缓冲层和保护层，所述缓冲层的模量为0.1Mpa～100Mpa，所述保护层的模量为0.4Gpa～2Gpa，所述着色层设于保护层表面，所述着色层的模量为0.4Gpa～2Gpa。
6.根据权利要求5所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述缓冲层和保护层分别为丙烯酸树脂制成件。
7.根据权利要求5所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述可调角度的涂覆装置包括固定平台，所述固定平台上活动设有涂覆架；所述涂覆架上设置涂覆机，所述涂覆机上插设着色管，所述着色管内设有油墨，所述着色管与涂覆机内腔连通；驱动装置驱动所述涂覆架旋转，带动涂覆机旋进而调节涂覆机的角度。
8.根据权利要求7所述的一种无扭保偏光纤的制备工艺，其特征在于：所述驱动装置与在线测量光纤扭转角度信号连接。
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