CN115072988B - 一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，该方法采用MCVD技术制备掺稀土离子有源光纤预制棒，根据设计的芯包比的要求选取满足设计要求尺寸的石英棒，将石英棒加工成八角形，然后在八角形石英棒中心打孔，再将掺稀土离子有源光纤预制棒镶嵌到八角形的石英棒的中心并固定、清洗和抽真空密封，在拉丝塔经过高温烧缩熔融拉制成八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤。该方法适用直径大于45mm以上的掺稀土离子有源光纤预制棒制备。通过该方法可有效提高八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤制备效率和质量，消除大尺寸预制棒加套难的问题，较大提高了八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤的成品率和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光纤制造技术，特别是涉及一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法。
背景技术
MCVD工艺是光纤预制棒制备工艺中最常用的方法。掺稀土离子双包层有源光纤（如双包层掺镱光纤），其内包层形状为八角形结构，常规的制备方法是先用MCVD工艺制备掺稀土离子预制棒，然后根据纤芯和包层的比例，在掺稀土离子预制棒外面加套合适尺寸的石英管，加套完成后，再根据设计尺寸在磨床上把加套好的预制棒加工成八角形结构，然后拉制成八角形结构掺稀土离子有源光纤。这种常规方法操作程序多，加套过程中容易在夹层中引入杂质和气泡，成品率低，而且不适用于直径大于45mm以上的大尺寸掺稀土离子有源光纤预制棒制备，大尺寸预制棒套棒难度更大，成品率更低，八角形有源光纤内包层用来传输泵浦光，如内包层中有气泡和杂质，在使用过程中容易出现发热和烧毁。因此如何制备45mm以上大尺寸预制棒成为掺稀土离子双包层有源光纤产量和性能提高的关键。
发明内容
鉴于现有技术的状况及存在的不足，本发明提供了一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法。该方法采用MCVD技术制备掺稀土离子有源光纤预制棒，预制棒制备完成后，根据设计的芯包比的要求，选取满足设计要求尺寸的石英棒，将石英棒在磨床上加工成八角形结构，然后在八角形石英棒中心打孔，再将掺稀土离子有源光纤预制棒镶嵌到已经加工成八角形的石英棒的中心，并固定、清洗和抽真空密封，在拉丝塔经过高温烧缩熔融拉制成八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤。该方法可以有效避免传统加套过程中引入气泡和杂质等弊端，去掉加套流程，节省加套时间，可将掺稀土离子预制棒尺寸提升至45mm以上，有效提高八角形双包层有源光纤制备效率和成品率，并大幅度提高光纤产量和质量。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法包括以下步骤：
步骤一、采用MCVD工艺制备掺稀土离子有源光纤预制棒。
步骤二、根据制备光纤芯包比选取石英棒，石英棒长度300mm～350mm，使用磨床将其磨削为八角形。
步骤三、采用立式打孔机在所述八角形石英棒的中心定位并打孔，孔的直径比所述掺稀土离子有源光纤预制棒外径大0.5mm～1mm，制备出中心带孔的八角形石英棒。
步骤四、选取一根直径比所述八角形石英棒外径小1mm～5mm，壁厚为3mm±0.5mm的石英管，将石英管一端封闭，并在石英管下端侧面打孔连接一根直径为5mm，管壁为1mm的小石英管，将所述石英管整体作为尾管。
步骤五、选取直径比尾管内径小0.5mm～1mm，长度为5cm～6cm的石英柱，作为垫片待用。
步骤六、选取大头直径和所述八角形石英棒外径相同，长度5cm～6cm的锥形石英柱作为封头待用。
步骤七、将所述垫片放入所述尾管中，然后将尾管与带孔的八角形石英棒高温熔融连接。
步骤八、将熔融连接好的所述带孔的八角形石英棒和所述掺稀土离子有源光纤预制棒分别在混合酸溶液中浸泡，然后用去离子水冲洗干净。
步骤九、在无尘室内将处理后的所述掺稀土离子有源光纤预制棒装入所述带孔的八角形石英棒的孔中。
步骤十、将所述封头在高温下熔烧堵在所述带孔的八角形石英棒上，形成预制棒组件。
步骤十一、用氢氧焰火烘烤至所述预制棒组件内无水及蒸汽，并通过所述尾管上的小石英管进行抽真空处理。
步骤十二、用真空火花检漏计检查所述预制棒组件内真空度，真空度达到负的一个大气压为合格。
步骤十三、所述预制棒组件内真空度检查合格后，使用氢氧焰火熔融并封闭所述小石英管抽真空接口。
步骤十四、将所述预制棒组件装入拉丝塔进行高温熔融和拉丝；
步骤十五、最后将所述预制棒组件拉制成八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤。
本发明所产生的有益效果是：本方法有益于制备45mm以上尺寸的掺稀土离子有源光纤预制棒，用MCVD工艺制备完成掺稀土离子有源光纤预制棒后，省去传统的加套程序，而是直接根据设计的芯包比的要求，选取满足设计要求尺寸的石英棒，将石英棒在磨床上加工成八角形结构，然后在八角形石英棒中心打孔，再将掺稀土离子有源光纤预制棒镶嵌到已经加工成八角形的石英棒的中心并固定、清洗和抽真空密封，在拉丝塔经过高温烧缩熔融拉制成八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤。本方法可以有效避免传统加套过程中引入气泡和杂质等的弊端，以及大尺寸预制棒加套难度大、成品率低等难题，去掉加套流程，节省加套时间，可将掺稀土离子预制棒尺寸提升至45mm以上，有效提高八角形双包层有源光纤效率和成品率，并大幅度提高光纤产量和质量。
附图说明
图1是本发明中加工成八角形石英棒的示意图；
图2是本发明中加工成带孔的八角形石英棒的示意图；
图3是本发明中预制棒组件的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
在本方法步骤七中，高温熔融连接的温度为2000℃～2100℃。在本方法步骤八中，混合酸溶液由氢氟酸、盐酸、硝酸、高纯水按照体积比2:1:1:30的配制而成，带孔的八角形石英棒和掺稀土离子有源光纤预制棒分别在混合酸溶液中浸泡时间为20～30分钟。在本方法步骤十中，所述熔烧温度为2000℃～2100℃。在本方法步骤十一中，烘烤温度为1000℃～1200℃。在本方法步骤十三、步骤十四中，熔融温度均为2000℃～2100℃。
实施例：如图1、图2、图3所示，以制备一个50mm大直径掺镱光纤预制棒，制备内包层形状为八角形的20/400型掺镱双包层光纤为例，具体步骤如下：
步骤一、采用MCVD工艺制备掺镱离子有源光纤预制棒1，掺镱离子有源光纤预制棒1的外径为14.5mm，芯径为2.3mm。
步骤二、根据制备20/400型掺镱光纤芯包比，选取外径为50mm石英棒，石英棒长度为350mm，将选取的石英棒在磨床上加工磨抛成八角形。
步骤三、根据八角形石英棒实际尺寸找到中心并打孔：采用立式打孔机，根据边角的尺寸，结合电子显微镜找到八角形石英棒的中心后，定位并打孔，孔的尺寸为15mm，制备出中心带孔的八角形石英棒2。
步骤四、选取一根直径为48mm，壁厚为3mm的石英管3，将其一端封闭，并在其下端侧面打孔连接一根直径为5mm，管壁为1mm的小石英管4，将这个石英管整体作为尾管。
步骤五、选取直径约41mm，长度为5cm的石英柱，作为垫片5待用。
步骤六、选取大头直径为50mm，长度为6cm的锥形石英柱作为封头6待用。
步骤七、将垫片5放入尾管中，然后将尾管与带孔的八角形石英棒2在2100℃高温下熔融连接。
步骤八、用氢氟酸、盐酸、硝、高纯水按照2:1:1:30的体积比配制成混合酸溶液，带孔的八角形石英棒2和掺掺镱离子有源光纤预制棒1分别在混合酸溶液中浸泡25分钟，然后用去离子水冲洗干净。
步骤九、在无尘室内将处理后的掺镱离子有源光纤预制棒1装入带孔的八角形石英棒2的孔中，保证预制棒的洁净度。
步骤十、将封头6在2100℃高温下熔烧堵在带孔的八角形石英棒2上，形成预制棒组件。
步骤十一、用氢氧焰火在1100℃下烘烤至预制棒组件内无水及蒸汽，并使用真空泵通过尾管上的小石英管4进行抽真空处理。
步骤十二、用真空火花检漏计检查预制棒组件内的真空度及各焊点，真空度达到负的一个大气压为合格。
步骤十三、使用氢氧焰火在2100℃高温下熔融并封闭小石英管4的抽真空接口。
步骤十四、将预制棒组件装入拉丝塔在2100℃下进行高温熔融和拉丝。
步骤十五、最后将预制棒组件拉制成内包层形状为八角形的20/400型双包层掺镱有源光纤。
采用本方法制备内包层结构为八角形的掺镱光纤，节约了制备流程，制备的掺镱光纤八角形内包层无气泡和杂质缺陷，大大提高了掺镱光纤的制备效率和质量。而且因预制棒尺寸提升至45mm以上，单根预制棒拉制的掺镱光纤有效长度提升三倍以上；可大幅度提升掺镱光纤的产量和质量一致性，对掺镱光纤大规模生产质量和产能提升意义重大。
采用本方法制备的有源光纤，在显微镜下检查包层均匀干净，未见传统加套方法导致的包层气泡和杂质，光纤的包层损耗明显降低，由原来的10dB/km降至5dB/km以下，改进效果明显。
Claims (6)
1.一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用MCVD工艺制备掺稀土离子有源光纤预制棒；
步骤二、根据制备光纤芯包比选取石英棒，石英棒长度300mm～350mm，使用磨床将其磨削为八角形；
步骤三、采用立式打孔机在所述八角形石英棒的中心定位并打孔，孔的直径比所述掺稀土离子有源光纤预制棒外径大0.5mm～1mm，制备出中心带孔的八角形石英棒；
步骤四、选取一根直径比所述八角形石英棒外径小1mm～5mm，壁厚为3mm±0.5mm的石英管，将石英管一端封闭，并在石英管下端侧面打孔连接一根直径为5mm，管壁为1mm的小石英管，将所述石英管整体作为尾管；
步骤五、选取直径比尾管内径小0.5mm～1mm，长度为5cm～6cm的石英柱，作为垫片待用；
步骤六、选取大头直径和所述八角形石英棒外径相同，长度5cm～6cm的锥形石英柱作为封头待用；
步骤七、将所述垫片放入所述尾管中，然后将尾管与带孔的八角形石英棒高温熔融连接；
步骤八、将熔融连接好的所述带孔的八角形石英棒和所述掺稀土离子有源光纤预制棒分别在混合酸溶液中浸泡，然后用去离子水冲洗干净；
步骤九、在无尘室内将处理后的所述掺稀土离子有源光纤预制棒装入所述带孔的八角形石英棒的孔中；
步骤十、将所述封头在高温下熔烧堵在所述带孔的八角形石英棒上，形成预制棒组件；
步骤十一、用氢氧焰火烘烤至所述预制棒组件内无水及蒸汽，并通过所述尾管上的小石英管进行抽真空处理；
步骤十二、用真空火花检漏计检查所述预制棒组件内真空度，真空度达到负的一个大气压为合格；
步骤十三、所述预制棒组件内真空度检查合格后，使用氢氧焰火熔融并封闭所述小石英管抽真空接口；
步骤十四、将所述预制棒组件装入拉丝塔进行高温熔融和拉丝；
步骤十五、最后将所述预制棒组件拉制成八角形内包层结构的掺稀土离子有源光纤。
2.根据权利要求1所述的一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，其特征在于，在步骤七中，所述高温熔融连接的温度为2000℃～2100℃。
3.根据权利要求1所述的一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，其特征在于，在步骤八中，所述混合酸溶液由氢氟酸、盐酸、硝酸、高纯水按照体积比2:1:1:30的配制而成，所述带孔的八角形石英棒和所述掺稀土离子有源光纤预制棒分别在混合酸溶液中浸泡时间为20～30分钟。
4.根据权利要求1所述的一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，其特征在于，在步骤十中，所述熔烧温度为2000℃～2100℃。
5.根据权利要求1所述的一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，其特征在于，在步骤十一中，所述烘烤温度为1000℃～1200℃。
6.根据权利要求1所述的一种打孔镶嵌法制备掺稀土离子有源光纤的方法，其特征在于，在步骤十三、步骤十四中，所述熔融温度均为2000℃～2100℃。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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