CN1331654C - 聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明是将聚合物光子晶体光纤预制棒拉制成聚合物光子晶体光纤的设备，其包括系统控制装置、测径装置，预制棒夹具固定于立柱上，加热炉位于预制棒夹具下方，拉丝装置设于加热炉下方，拉丝装置的下方设置有导向轮，收丝装置设置于导向轮之后。预制棒夹具的夹持头与滑块相固连，滑块与丝杠螺纹连接，丝杠与电机相连，丝杠竖直设置于立柱上；本发明解决了背景技术中生产所需加热温度高，设备体积大，成本高，产率低的技术问题。该设备简单、紧凑，工艺控制简便、精确，产品性能、质量均较高，加热炉温度在200℃左右。

Description

聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备

技术领域

本发明属于光纤制造设备领域，具体涉及一种聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，可用于拉制聚合物光子晶体光纤。

背景技术

光子晶体光纤是一种基于光子晶体技术发展起来的下一代具有特殊结构的传输光纤。在宏观上，光子晶体光纤与传统的普通单模光纤非常相似；但微观上，两者的结构完全不同，光子晶体光纤的横截面由非常微小的孔阵列组成，类似于晶体中的晶格，因此，光子晶体光纤也被称为多孔光纤或微结构光纤。传统光纤的导光原理是全反射方式；光子晶体光纤的导光原理是在从紫外到近红外的宽带内以单模方式工作，且在波长色散有效截面和双折射等光子特性方面具有独特优点，有望在色散补偿器、非线性介质传输通道及保偏光纤中得到广泛应用。目前，国外研制出的光子晶体光纤一般采用石英材料拉制而成，其存在如下缺点：

1.由于采用石英材料拉制，所需加热温度高，一般得加热至上千度，生产所用加热炉须采用石墨材料，单加热炉自身即需上万元，生产设备成本较高；

2.高温加热炉耗费电能，拉制光纤时又需循环水降温，生产设备复杂，造成了能源浪费，也增加了生产成本；

3.加热炉要求耐高温，且要求保温性好，使得生产设备体积庞大、复杂，占地面积大；生产设备高约8～10米，不仅需专用厂房，生产环境亦较差；

4.石英材料所需加热温度高，生产时所需升温时间长，导致生产效率低；

5.采用石英材料拉制光子晶体光纤，生产中易产生裂纹，产品的废品率高；

6.现有光子晶体光纤的生产设备在大规模生产时控制较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其解决了背景技术中生产所需加热温度高，设备体积大，成本高，产率低的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，包括立柱1、系统控制装置10，测径装置6、收丝装置9，固定于立柱1上的预制棒夹具，位于所述预制棒夹具下方的加热炉5，设于加热炉5下方的拉丝装置7，其特殊之处在于：所述的预制棒夹具包括夹持头4，与夹持头4固连为一体的滑块3，所述的滑块3与丝杠2螺纹连接，所述的丝杠2与驱动电机15相连，所述的丝杠2竖直设置且两端通过轴承固定于立柱1上；所述拉丝装置7的下方设置有导向轮8。

上述加热炉5为筒状结构，该加热炉5的保温层501内侧设置有电炉丝502，所述电炉丝502内侧设置有缓冲层504，所述保温层501外部设置有外壳503，所述加热炉5的中心为预制棒加热孔505；充气装置508通过充气口509与预制棒加热孔505连通；所述加热炉5的上、下端分别设置有上、下炉盖506、507，所述的上炉盖506中心设置有预制棒置入孔510，所述的下炉盖507中心设置有光纤出丝孔511。

上述充气装置508以采用氮气充气装置为佳。因为高分子材料容易氧化，拉丝过程中加热炉5内使用氮气保护，不仅可以防止氧化，避免材料分解，而且有利于光子晶体光纤内微孔的成型和光纤外表面的光洁度。

上述测径装置6可设置于拉丝装置7与导向轮8之间，也可设置于收丝装置9与导向轮8之间。测径装置6以设置于拉丝装置7之前为最佳，该位置测径装置6反馈信号的实时性最好。

上述丝杠2的两端可分别设置限位开关11。

上述系统控制装置10分别通过导线与加热炉5的温度传感器、测径装置6、拉丝装置7、导向轮8、收丝装置9、预制棒夹具以及该预制棒夹具的驱动电机15相连。

上述预制棒夹具还可包括稳固夹持头4的辅助定位装置；所述的辅助定位装置包括固定架12，该固定架12的一端与夹持头4固连，另一端是可沿立柱1上下滑动的滑动端13。

上述固定架12的滑动端13形状与立柱1侧面相应吻合，与立柱1紧密接触、滑动配合；固定架12的滑动端13也可采用与立柱1紧密接触、滑动配合的滚轮；固定架12的滑动端13形状也可以与辅助定位杆14形状相应、紧密接触、滑动配合，所述的辅助定位杆14固定于立柱1侧面。

本发明具有如下优点：

1.本发明是将聚合物光子晶体光纤预制棒拉制成聚合物光子晶体光纤的设备。高分子聚合物材料在拉制光子晶体光纤时，所需加热温度低，加热炉内温度一般控制在200℃左右，最低仅为70℃，生产设备成本较低；

2.拉制光纤时无需降温，生产设备简单，节约能源，也降低了生产成本；

3.生产设备体积小，结构简单、紧凑，占地面积小；生产设备高度低于4米，无需专用厂房；

4.本发明的加热炉适合于聚合物材料的熔融加热；加热炉体的氮气保护装置，使高分子材料容易氧化；拉丝过程中氮气的保护不仅可防止氧化，还可避免材料分解；氮气还可确保拉制出的光纤具有与预制棒对应的多孔结构。

5.设备工艺简单，控制简便、精确，生产效率高；

6.拉制成的光子晶体光纤不易产生裂纹，产品性能、质量均较高；

7.产品质量、性能稳定。利用拉丝测径、控制装置，可确保丝径尺寸更均匀；拉丝与收丝同步装置，能更好地保证光纤直径的均匀；拉丝时上下垂直性好，牵引均匀；

8.采用本发明生产出的聚合物光子晶体光纤在光纤通信领域具有重要应用，尤适于制作聚合物光纤器件。

附图图面说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明加热炉实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明是用透明高分子聚合物材料制作多孔微结构光纤的设备。即，在制作好聚合物光子晶体光纤预制棒后，采用本发明可将其拉制成不同规格的聚合物光子晶体光纤。

参见图1，本发明加热炉5的温度传感器、测径装置6、拉丝装置7、导向轮8、收丝装置9、预制棒夹具以及该预制棒夹具的驱动电机15分别通过导线与系统控制装置10相连。预制棒夹具固定于立柱1上，预制棒夹具下方是加热炉5，预制棒置于加热炉5内，加热炉5下方为拉丝装置7，拉丝装置7的下方设置有导向轮8。预制棒夹具的夹持头4与滑块3相固连，滑块3与丝杠2螺纹配合，丝杠2竖直设置且两端通过轴承固定于立柱1上。丝杠2由驱动电机15驱动，丝杠2的两端可分别设置限位开关11。测径装置6设置于拉丝装置7之前反馈信号的实时性最好，但测径装置6也可设置于拉丝装置7与导向轮8之间，或设置于收丝装置9与导向轮8之间。为确保预制棒夹具位置的稳定性，还可设置稳固夹持头4的辅助定位装置。辅助定位装置包括固定架12，固定架12的一端与夹持头4固连，另一端为滑动端13，滑动端13可沿立柱1上下滑动。固定架12的滑动端13与立柱1紧密接触、滑动配合。滑动端13的结构形状可与立柱1侧面的形状相应吻合，也可采用与立柱1紧密接触、滑动配合的滚轮、滑块等结构；也可在立柱1侧面设置辅助定位杆14，固定架12的滑动端13与辅助定位杆14紧密接触、滑动配合。预制棒加热孔505内所充气体以氮气为佳。因为高分子材料容易氧化，拉丝过程中加热炉5内用氮气保护，不仅可以防止氧化，避免材料分解，而且有利于光子晶体光纤内微孔的成型和光纤外表面的光洁度。充气装置508通过充气口509与预制棒加热孔505连通。

参见图2，本发明加热炉5为筒状结构，加热炉5的中心为预制棒加热孔505。加热炉5的保温层501内侧设置有电炉丝502，电炉丝502内侧设置有缓冲层504，预制棒加热孔505的孔壁即为缓冲层504。保温层501的外部是外壳503。加热炉5的上、下端分别设置有上、下炉盖506、507，上炉盖506中心设置有预制棒置入孔510，下炉盖507中心设置有光纤出丝孔511。

工作时，将聚合物光子晶体光纤预制棒夹持于预制棒夹具的夹持头4上，预制棒的一端置于加热炉5中。通过加热炉5中的温度场分布及控温精度，保证拉丝的质量。预制棒在加热炉5内被加热为熔融状态，拉丝装置7的牵引，使预制棒被拉成不同直径的聚合物光子晶体光纤。测径装置6测得的丝径反馈至系统控制装置10，系统控制装置10可实时控制加热炉5内的炉温和收丝装置9的收丝速度，以保证拉丝的均匀性。加热炉5中充入氮气，保证拉制出的光纤具有多孔结构。光子晶体光纤经导向轮8导向后，由收丝装置9进行收丝。

Claims (7)

1.一种聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，包括立柱(1)、系统控制装置(10)，测径装置(6)、收丝装置(9)，固定于立柱(1)上的预制棒夹具，位于所述预制棒夹具下方的加热炉(5)，设于加热炉(5)下方的拉丝装置(7)，其特征在于：所述的预制棒夹具包括夹持头(4)，与夹持头(4)固连为一体的滑块(3)，所述的滑块(3)与丝杠(2)螺纹连接，所述的丝杠(2)与驱动电机(15)相连，所述的丝杠(2)竖直设置且两端通过轴承固定于立柱(1)上；所述拉丝装置(7)的下方设置有导向轮(8)；所述的加热炉(5)为筒状结构，所述加热炉(5)的保温层(501)内侧设置有电炉丝(502)，所述电炉丝(502)内侧设置有缓冲层(504)，所述保温层(501)外部设置有外壳(503)，所述加热炉(5)的中心为预制棒加热孔(505)；充气装置(508)通过充气口(509)与预制棒加热孔(505)连通；所述加热炉(5)的上、下端分别设置有上、下炉盖(506、507)，所述的上炉盖(506)中心设置有预制棒置入孔(510)，所述的下炉盖(507)中心设置有光纤出纤孔(511)。

2.根据权利要求1所述的聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其特征在于：所述的充气装置(508)为氮气充气装置。

3.根据权利要求1或2所述的聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其特征在于：所述的测径装置(6)设置于拉丝装置(7)的上方，或设置于拉丝装置(7)与导向轮(8)之间，或设置于收丝装置(9)与导向轮(8)之间。

4.根据权利要求3所述的聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其特征在于：所述丝杠(2)的两端分别设置有限位开关(11)。

5.根据权利要求4所述的聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其特征在于：所述的系统控制装置(10)分别通过导线与加热炉(5)的温度传感器、测径装置(6)、拉丝装置(7)、导向轮(8)、收丝装置(9)、预制棒夹具及该预制棒夹具的驱动电机(15)相连。

6.根据权利要求5所述的聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其特征在于：所述的预制棒夹具还包括稳固夹持头(4)的辅助定位装置；所述的辅助定位装置包括固定架(12)，该固定架(12)的一端与夹持头(4)固连，另一端是可沿立柱(1)上下滑动的滑动端(13)。

7.根据权利要求6所述的聚合物光子晶体光纤预制棒的拉丝设备，其特征在于：所述固定架(12)的滑动端(13)形状与立柱(1)侧面相应吻合，与立柱(1)紧密接触、滑动配合；或所述固定架(12)的滑动端(13)是与立柱(1)紧密接触、滑动配合的滚轮；或所述固定架(12)的滑动端(13)与辅助定位杆(14)形状相应、紧密接触、滑动配合，所述的辅助定位杆(14)固定于立柱(1)侧面。

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