CN115385566A - 制备椭圆芯光纤预制棒的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备椭圆芯光纤预制棒的方法，步骤为：计算出长短轴的比值；在沉积芯层时，沉积车床采用半圆形热源，在沉积车床上沉积时采用角度模式，在沉积过程中，通过调整管内A、C两侧沉积时的沉积量和B、D两侧沉积时的沉积量来准确控制芯子的长短轴，或者通过改变A、C两侧与B、D两侧的沉积层数来控制芯子的长短轴，即可制备出A、C侧沉积量大于B、D侧的椭圆形内孔的衬管；在沉积完成后，在熔缩、烧实时采用速度模式，逐步烧实形成一根椭圆形外圆的椭圆芯棒。最后再通过机械加工方式对芯棒外圆进行打磨、抛光得到一根外圆圆形的椭圆芯棒。本发明使椭圆芯能一次成型，芯子的长短轴能控制的更精确。
Description
技术领域
本发明属于椭圆芯光纤预制棒制作技术领域，特别涉及一种制备椭圆芯光纤预制棒的方法。
背景技术
目前国内外针对椭圆芯光纤预制棒的制备方法比较多，现有的制造方法可大致归结为两大类。
第一类是采用异形棒或异形套管组合高温熔缩挤压法，来制备椭圆芯，通过打磨或其他机械方式对芯棒或套管进行加工成异形，然后通过套棒法在高温熔缩的情况下把芯棒挤压变形成椭圆。专利CN 1376935A公开了一种加工椭圆芯光纤的方法，该方法为将芯棒采用机械加工方式打磨扁平然后套管，在经过加热拉伸成为椭圆芯光纤；专利CN105985015B公开了一种椭圆芯保偏光纤及其制造方法，其方法为制备内孔为菱形的异形石英玻璃套管，将芯棒放在菱形的套管中，经过高温熔缩使芯棒的芯由圆形变成椭圆。上述第一类方法弊端有三：一、工序复杂，需要经过多次加工成型；二、对套棒熔缩工艺要求高，极易产生气泡、气线等缺陷；三、制作异形件成本会增高。
第二类是采用沉积一次成形法直接在沉积车床上制备出椭圆芯芯棒，其采用定向刻蚀芯区所沉积部分，然后通过熔缩制得椭圆芯棒。专利CN 111620558A公开了一种椭圆芯保偏光纤及其制造方法，该方法为在芯棒制造过程中，在芯层沉积完之后先进行芯棒内壁一侧的定向刻蚀，刻出月牙型，然后对相对侧刻出相同弧度的月牙型，最终衬管内的圆形被刻蚀为椭圆形，熔缩得到实心的椭圆芯芯棒。上述第二类方法需要先完成沉积再进行刻蚀，工艺过程复杂，产品的重复性和批次性难以保证。
发明内容
鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的制备椭圆芯光纤预制棒的方法，使椭圆芯能一次成型，芯子的长短轴能控制的更精确；不需要异形套管或异形芯棒的套棒熔缩，不会产生亮点、气线等缺陷，步骤更简单，成本更低。
为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：
一种制备椭圆芯光纤预制棒的方法，步骤为：
步骤一，根据包括椭圆芯光纤的工作波长、包层直径、拍长在内的指标，计算出所需制备的椭圆芯芯棒长短轴的比值；
步骤二，在沉积芯层时，沉积车床采用半圆形热源，所述半圆形热源为热源开启时只会对衬管单侧加热；沉积车床包括卡盘旋转模式和速度模式，所述的卡盘旋转模式为卡盘可根据工艺要求在每沉积完成一层后且下一层沉积前进行任意角度的旋转；所述的速度模式为卡盘可根据工艺要求的速度持续旋转；
当衬管夹持于沉积车床的卡盘上后，以沉积车床的卡盘轴心为基准，定义卡盘轴心上方为C侧，卡盘轴心下方为A侧，卡盘轴心左方为D侧，卡盘轴心右侧为B侧；
在沉积车床上沉积时采用角度模式，沉积时衬管处于静止状态，每沉积完一层，卡盘旋转90°，在沉积过程中，通过调整管内A、C两侧沉积时的沉积量和B、D两侧沉积时的沉积量来准确控制芯子的长短轴，或者通过改变A、C两侧与B、D两侧的沉积层数来控制芯子的长短轴，即可制备出A、C侧沉积量大于B、D侧的椭圆形内孔的衬管；
步骤三，在沉积完成后，在熔缩、烧实时采用速度模式，熔缩压力为0.1～0.4toor的微正压，烧实压力为-0.2～-0.4的微负压，经过微正压的熔缩B、D两侧的缩进量会大于A、C侧的缩进量，逐步烧实形成一根椭圆形外圆的椭圆芯棒。
步骤四，最后再通过机械加工方式对芯棒外圆进行打磨、抛光得到一根外圆圆形的椭圆芯棒。
优选地，在步骤二中，沉积方式一为：在沉积车床上沉积芯层时采用角度模式，通过将A、B、C、D侧沉积层数设置一样，但设定管内A、C两侧沉积时的通入气体的流量和B、D两侧沉积时的通入气体的流量为X:1，来控制长短轴的沉积厚度和比值X:1。具体操作：可以通过循环以下操作完成：沉积A侧一次后卡盘旋转90°，沉积B侧一次后卡盘旋转90°，沉积C侧一次后卡盘旋转90°，沉积D侧一次后卡盘旋转90度，完成一层的沉积。
优选地，在步骤二中，沉积方式二为：通过将A、B、C、D侧沉积时通入气体的流量设置一样，但设定A、C两侧与B、D两侧的沉积层数为X:1来控制长短轴的沉积厚度和比值X:1。具体操作可以通过循环以下操作完成：沉积A侧X次后卡盘旋转180°，沉积C侧X次后卡盘旋转90°，沉积D侧一次后卡盘旋转180°，沉积B侧一次后卡盘旋转90°，完成一层的沉积。
优选地，当制备长短轴芯径比值为5：1至1：1的椭圆芯芯棒时，沉积时热源移动速度为60～200mm/min，沉积温度为1500～2000℃，沉积时管内平均压力为0.2～0.8torr；沉积完成后采用速度模式进行熔缩、烧实，熔缩温度为1900-2100℃，熔缩速度为20～70mm/min，烧实温度为2000～2200℃烧实速度为1～25mm/min。
优选地，当制备长短轴比值约为2:1的椭圆芯芯棒时，选用规格为D30*2.5*600mm的衬管，沉积时采用角度模式，将反应气体SiCl4和GeCl4的通入流量均为高纯氧气鼓泡携带的流量，热源移动速度为130mm/min，沉积温度为1850℃，沉积时管内平均压力为0.4torr；沉积完成后采用速度模式进行熔缩、烧实，熔缩温度为2050℃，熔缩层数为5层，速度分别为55/50/45/40/30mm/min，烧实温度为2150℃，烧实速度为2mm/min。
本专利可达到以下有益效果：
本发明提供的方法主要是通过采用半圆形或矩阵形热源进行管内的定向沉积，使椭圆芯能一次成型，芯子的长短轴能控制的更精确；不需要异形套管或异形芯棒的套棒熔缩，不会产生亮点、气线等缺陷，步骤更简单，成本更低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明制备流程图；
图2为本发明实施例1中椭圆芯棒长折射率检查图；
图3为本发明实施例1中椭圆芯棒短折射率检查图。
图中：1-半圆形热源(氢氧焰)；2-沉积使用的衬管；3-沉积的包层；4-沉积的椭圆芯层；5-熔缩、烧实后的外圆椭圆形的椭圆芯棒；6-打磨后外圆圆形的椭圆芯棒。
具体实施方式
实施例1：
优选的方案如图1至图3所示，一种制备椭圆芯光纤预制棒的方法，步骤为：
步骤一，根据包括椭圆芯光纤的工作波长、包层直径、拍长在内的指标，计算出所需制备的椭圆芯芯棒长短轴的比值；根据需要设计和制备所需要的椭圆芯芯棒，计算出长短轴的沉积厚度和比值，从而确定椭圆芯棒沉积芯层时长短轴各自的通入气体沉积量与比值；不同的长短轴比例会影响沉积时通入气体的流量多少和沉积的层数。
步骤二，在沉积芯层时，沉积车床采用半圆形热源，所述半圆形热源为热源开启时只会对衬管单侧加热；沉积车床包括卡盘旋转模式和速度模式，所述的卡盘旋转模式为卡盘可根据工艺要求在每沉积完成一层后且下一层沉积前进行任意角度的旋转；所述的速度模式为卡盘可根据工艺要求的速度持续旋转；
当衬管夹持于沉积车床的卡盘上后，以沉积车床的卡盘轴心为基准，定义卡盘轴心上方为C侧，卡盘轴心下方为A侧，卡盘轴心左方为D侧，卡盘轴心右侧为B侧；
在沉积车床上沉积时采用角度模式，沉积时衬管处于静止状态，每沉积完一层，卡盘旋转90°，在沉积过程中，通过调整管内A、C两侧沉积时的沉积量和B、D两侧沉积时的沉积量来准确控制芯子的长短轴，或者通过改变A、C两侧与B、D两侧的沉积层数来控制芯子的长短轴，即可制备出A、C侧沉积量大于B、D侧的椭圆形内孔的衬管；
沉积方式一为：在沉积车床上沉积芯层时采用角度模式，通过将A、B、C、D侧沉积层数设置一样，但设定管内A、C两侧沉积时的通入气体的流量和B、D两侧沉积时的通入气体的流量为X:1，来控制长短轴的沉积厚度和比值X:1。具体操作：可以通过循环以下操作完成：沉积A侧一次后卡盘旋转90°，沉积B侧一次后卡盘旋转90°，沉积C侧一次后卡盘旋转90°，沉积D侧一次后卡盘旋转90度，完成一层的沉积。
沉积方式二为：通过将A、B、C、D侧沉积时通入气体的流量设置一样，但设定A、C两侧与B、D两侧的沉积层数为X:1来控制长短轴的沉积厚度和比值X:1。具体操作可以通过循环以下操作完成：沉积A侧X次后卡盘旋转180°，沉积C侧X次后卡盘旋转90°，沉积D侧一次后卡盘旋转180°，沉积B侧一次后卡盘旋转90°，完成一层的沉积。
当制备长短轴芯径比值为5：1至1：1的椭圆芯芯棒时，沉积时热源移动速度为60～200mm/min，沉积温度为1500～2000℃，沉积时管内平均压力为0.2～0.8torr；沉积完成后采用速度模式进行熔缩、烧实，熔缩温度为1900-2100℃，熔缩速度为20～70mm/min，烧实温度为2000～2200℃烧实速度为1～25mm/min。
例如：当制备长短轴比值约为2:1的椭圆芯芯棒时，选用规格为D30*2.5*600mm的衬管，沉积时采用角度模式，将反应气体SiCl4和GeCl4的通入流量均为高纯氧气鼓泡携带的流量，热源移动速度为130mm/min，沉积温度为1850℃，沉积时管内平均压力为0.4torr；沉积完成后采用速度模式进行熔缩、烧实，熔缩温度为2050℃，熔缩层数为5层，速度分别为55/50/45/40/30mm/min，烧实温度为2150℃，烧实速度为2mm/min。
芯层沉积的具体制备参数如下：
表1控制参数表
步骤三，在沉积完成后，在熔缩、烧实时采用速度模式，熔缩压力为0.1～0.4toor的微正压，烧实压力为-0.2～-0.4的微负压，经过微正压的熔缩B、D两侧的缩进量会大于A、C侧的缩进量，逐步烧实形成一根椭圆形外圆的椭圆芯棒。
步骤四，最后再通过机械加工方式对芯棒外圆进行打磨、抛光得到一根外圆圆形的椭圆芯棒。
最后，下棒后经PK打点测算长轴外径为19.67mm，芯径约为3.32mm；短轴外径18.74mm，芯径约为1.64mm。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种制备椭圆芯光纤预制棒的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，根据包括椭圆芯光纤的工作波长、包层直径、拍长在内的指标，计算出所需制备的椭圆芯芯棒长短轴的比值；
步骤二，在沉积芯层时，沉积车床采用半圆形热源，所述半圆形热源为热源开启时只会对衬管单侧加热；沉积车床包括卡盘旋转模式和速度模式，所述的卡盘旋转模式为卡盘可根据工艺要求在每沉积完成一层后且下一层沉积前进行任意角度的旋转；所述的速度模式为卡盘可根据工艺要求的速度持续旋转；
当衬管夹持于沉积车床的卡盘上后，以沉积车床的卡盘轴心为基准，定义卡盘轴心上方为C侧，卡盘轴心下方为A侧，卡盘轴心左方为D侧，卡盘轴心右侧为B侧；
在沉积车床上沉积时采用角度模式，沉积时衬管处于静止状态，每沉积完一层，卡盘旋转90°，在沉积过程中，通过调整管内A、C两侧沉积时的沉积量和B、D两侧沉积时的沉积量来准确控制芯子的长短轴，或者通过改变A、C两侧与B、D两侧的沉积层数来控制芯子的长短轴，即可制备出A、C侧沉积量大于B、D侧的椭圆形内孔的衬管；
步骤三，在沉积完成后，在熔缩、烧实时采用速度模式，熔缩压力为0.1 ~ 0.4toor的微正压，烧实压力为-0.2 ~ -0.4的微负压，经过微正压的熔缩B、D两侧的缩进量会大于A、C侧的缩进量，逐步烧实形成一根椭圆形外圆的椭圆芯棒；
步骤四，最后再通过机械加工方式对芯棒外圆进行打磨、抛光得到一根外圆圆形的椭圆芯棒。
2.根据权利要求1所述的制备椭圆芯光纤预制棒的方法，其特征在于：在步骤二中，沉积方式一为：在沉积车床上沉积芯层时采用角度模式，通过将A、B、C、D侧沉积层数设置一样，但设定管内A、C两侧沉积时的通入气体的流量和B、D两侧沉积时的通入气体的流量为X:1，来控制长短轴的沉积厚度和比值X:1。
3.根据权利要求1所述的制备椭圆芯光纤预制棒的方法，其特征在于：在步骤二中，沉积方式二为：通过将A、B、C、D侧沉积时通入气体的流量设置一样，但设定A、C两侧与B、D两侧的沉积层数为X:1来控制长短轴的沉积厚度和比值X:1。
4.根据权利要求1所述的制备椭圆芯光纤预制棒的方法，其特征在于：当制备长短轴芯径比值为5：1至1：1的椭圆芯芯棒时，沉积时热源移动速度为60 ~ 200mm/min，沉积温度为1500 ~ 2000℃，沉积时管内平均压力为0.2 ~ 0.8torr；沉积完成后采用速度模式进行熔缩、烧实，熔缩温度为1900-2100℃，熔缩速度为20 ~ 70mm/min，烧实温度为2000 ~ 2200℃烧实速度为1 ~ 25mm/min。
5.根据权利要求4所述的制备椭圆芯光纤预制棒的方法，其特征在于：当制备长短轴比值约为2:1的椭圆芯芯棒时，选用规格为D30*2.5*600mm的衬管，沉积时采用角度模式，将反应气体SiCl4 和GeCl4的通入流量均为高纯氧气鼓泡携带的流量，热源移动速度为130mm/min，沉积温度为1850℃，沉积时管内平均压力为0.4torr；沉积完成后采用速度模式进行熔缩、烧实，熔缩温度为2050℃，熔缩层数为5层，速度分别为55/50/45/40/30mm/min，烧实温度为2150℃，烧实速度为2mm/min。
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