CN212982788U - 一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备。所述设备其特征在于包括了拉丝炉低温区、拉丝炉高温区、退火管，拉丝炉低温区与拉丝炉高温区交替依次排列形成加热炉区，两个拉丝炉高温区的中心线与光纤的应力元的中心连线相互垂直，两个拉丝炉低温区的中心线与应力元的中心连线一致，退火管放置于炉区中心线的正下方。本实用新型能够对大芯径单偏振光纤在拉丝过程中产生的不均匀内应力进行消除，使得光纤在切割后具备可完好熔接的特性，进而实现光纤的可用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤技术领域，具体为一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备。
背景技术
普通光纤是对称圆柱体结构设计，但在实际应用中也会受到机械应力变得不对称，产生双折射现象，因此光的偏振态在普通光纤中传输的时候就会毫无规律地变化。主要的影响因素有波长、弯曲度、温度等。保偏光纤可以解决偏振态变化的问题，通常采用对称圆或者领结型的应力元对纤芯施加应力，产生应力致偏，从而成为保偏光纤或者单偏振光纤。
传统的保偏光纤的拉丝方法是在非保偏光纤的基础上对加热的液态应力元进行抽真空处理，避免气泡混入应力元中。但是该拉丝工艺主要存在两方面的缺陷，一是预制棒由于应力元的存在导致形状并非处处均匀，应力元占据的部位需要的加热温度相对于与应力元垂直方向部分的温度更低，因为应力元主要由熔点较低的掺硼石英组成，而环形的加热炉对其加热既浪费了能耗又对优化石英与应力元的均匀性是不利的；二是在退火过程中，由于退火的温度、时长不充分，导致光纤内部残余的应力不均匀。内应力不均匀或含有结构缺陷的光纤会导致光纤翘曲过度以及切割时的端面裂纹出现，进而导致光纤丧失使用性。特别是包层直径400μm左右的保偏光纤或者单偏振光纤，常规的保偏光纤拉丝工艺会使得光纤在切割后几乎100％的会产生端面裂纹，从而导致熔接时产生很多气泡，传输几十瓦甚至更低激光功率时损耗、发热已很大，极易烧毁，因此承受百瓦级以上功率，且光纤的机械抗拉强度、抗弯曲性能通常也很低，失去了使用性。因此需要寻找一种可以解决应力不均匀，提高光纤切割面质量，提高光纤成品率的设备。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种可以消除光纤中的不均匀的应力，使得大芯径光纤切割、熔接时无缺陷的大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其具体结构为：
一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：包括了两个拉丝炉低温区(2)、两个拉丝炉高温区(3)、退火管，所述拉丝炉低温区(2)与所述拉丝炉高温区(3) 交替依次排列形成加热炉区，两个所述拉丝炉高温区(3)的中心线与光纤的应力元 (1)的中心连线相互垂直，两个所述拉丝炉低温区(2)的中心线与所述应力元(1) 的中心连线一致，所述退火管放置于炉区中心线的正下方。
进一步地，所述拉丝炉高温区(3)的弧长与所述拉丝炉低温区(2)的弧长比例在1:2至2:1之间。
进一步地，所述拉丝炉高温区(3)和所述拉丝炉低温区(2)根据弧长比例由数个可调温拉丝炉片组成。
进一步地，所述拉丝炉高温区(3)的温度在2000℃至2100℃，所述拉丝炉低温区(2)的温度在1800℃至2000℃。
进一步地，所述退火管为可调温退火管。
进一步地，所述退火管的数量可以为两个、三个、四个，温度由高至低排列，退火管的温度为1000℃至100℃，所述退火管的长度为80cm至150cm。
本实用新型对拉丝炉进行了升级，从一个环形温区变为四个温区，呈对称分布，与应力元接近的一对温区可以设置得温度低于远离应力元的那一对温区，从而便于调节应力元的粘度，进而调节应力元冷却固化的速度与应力均匀性，且由于与应力元接近的温区的低温设置能够在一定程度上节约能量；同时，将拉丝的退火区由一个变为三个可以独立控温的退火温区，既增加了退火时间又避免了光纤退火中温度骤降造成内应力不均匀的情况，极大地提高了大芯径保偏光纤或者单偏振光纤的切割端面质量，例如端面裂纹数量可为0或1根且裂纹长度不超过端面直径的十分之一，使得光纤的成品率得到明显提升，实现千瓦级的偏振激光的传输。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1为拉丝炉与退火管示意图；
图2为拉丝炉与预制棒横截面剖面图；
图3为拉丝炉与预制棒纵向剖面图。
附图标记说明：
1、应力元；2、拉丝炉低温区；3、高温拉丝炉片；4、高温退火管；5、中温退火管；6、低温退火管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，如图1所示，包括了多个拉丝炉片和多个退火管，多个拉丝炉片围绕在光纤预制棒中的应力元1的周围作为拉丝炉。拉丝炉分成几组温区，其对角的温区温度一致，不同温度的温区相互毗邻，通常的会分成4个温度区域即两个拉丝炉高温区3，两个拉丝炉低温区2。拉丝炉高温区3的中心点连线与待加工光纤中的两个应力元1的中心连线相互垂直，拉丝炉低温区2的中心点连线与待加工光纤中的两个应力元1的中心连线一致。
通常的拉丝炉相邻温区的弧长比例(即高温区与低温区的弧长比例)1:2～2:1，高温区的温度在2000℃～2100℃，低温区的温度在1800℃～2000℃。为了便于温度调节可以选用温度可调的拉丝炉片组成各个温度区。
多个退火管的温度不同布置在拉丝炉中心线的下方，随着离拉丝炉距离的增加，温度由高至低依次排列。
退火管的数量根据需要可以由两到四个组成，温度最高的退火管的温度为 800℃～1000℃，温度最低的退火管的温度为100℃～200℃。退火管的长度为 80cm～150cm。为了便于温度调节可以选用温度可调的退火管。
基于上述的一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其具体拉丝的方法为：
步骤一、将单偏振光纤预制棒通过夹持吊装的方式置于拉丝炉内，应力元1圆心连线的方向对准拉丝炉低温区中轴线，垂直的方向与拉丝炉高温区的中轴对准；
步骤二、将拉丝炉进行升温至2010℃左右，对预制棒尖端5cm左右的区域加热；拉丝炉内采用氮气吹扫保护，并采用冷却水对拉丝炉内的保温材料进行降温处理；将退火管的温度设置成预设温度；
步骤三、锥头下坠后进行上盘，并将拉丝炉各个温区设置为1800度至2100度；
步骤四、对预制棒顶部进行抽真空处理，将应力元所在的孔抽真空，负压设置为30Mbar～80Mbar，既确保孔内气体不会混入应力元内形成气泡又确保不会因为负压过高而导致应力元孔变形；
步骤五、对预制棒进行拉丝。对于棒径为30mm左右的预制棒，起步的拉丝速度约为5m/min，对应的送棒速度约为0.8mm/min。通过送棒与拉丝逐步提速后，拉丝速度最终保持在40m/min～60m/min。拉丝过程中采用氦气对经过退火管的光纤进行吹扫冷却，氦气吹气流约为5L/min。退火管由2～4根组成，自上而下的温度设置为800℃～1000℃、400℃～700℃直至100℃～150℃，单管长度从150cm～80cm。
按需要选择合适内、外涂覆层的涂料进行涂覆、固化。对于双包层光纤，光纤的内涂覆层采用低折射率树脂，外涂覆层材料选择高折射率的丙烯酸酯。对于单包层光纤，光纤的内涂覆层采用制作常规通信光纤使用的高折射率、低模量丙烯酸酯，外涂覆层材料选择高折射率的丙烯酸酯。当光纤石英包层的外径为400μm时，内涂覆层的外径约500μm，外涂覆层的外径约为550μm。
步骤六、根据需要剪断光纤，并对拉丝炉进行降温处理，结束拉丝。
为了更好的说明本实用新型，下面结合具体实施例进一步的说明本实用新型。
实施例1：本实施例将棒径为29.6mm的预制棒拉制成双包层光纤。
本实施中，拉丝炉低温区2与拉丝炉高温区3的弧长比例为1:1，均由一片可调节温度的拉丝炉片构成。退火管由2根组成，高温退火管4与低温退火管6的长度分别为80cm 与150cm，温度分别为800℃与100℃。其余参数见表1中的例1。
步骤一、将单偏振光纤预制棒通过夹持吊装的方式置于拉丝炉内，应力元1圆心连线的方向对准拉丝炉低温区2中轴线，垂直的方向与拉丝炉高温区3的中轴对准；
步骤二、将拉丝炉进行升温至2010℃，对预制棒尖端的5cm区域进行加热；拉丝炉内采用氮气吹扫保护，并采用冷却水对拉丝炉的保温材料进行降温处理；
步骤三、锥头下坠后进行上盘，将拉丝炉的拉丝炉低温区2与拉丝炉高温区3的温度分别设置为1900℃度与2000℃；
步骤四、对预制棒顶部进行抽真空处理，将抽气泵通过软管与带耐高温橡胶密封圈的夹具套在预制棒靠近夹持端的末端，对两个应力元所在的孔进行抽真空处理，负压为50Mbar，确保孔内气体不会混入应力元内形成气泡且不会因为导致应力元孔变形；
步骤五、对上盘后的预制棒进行持续拉丝，棒径为29.6mm的预制棒，起步的拉丝速度为5m/min，对应的送棒速度为0.85mm/min。通过送棒与拉丝逐步提速后，拉丝速度最终保持在50m/min，送棒速度为8.0mm/min。采用氦气对经过退火管的光纤进行吹扫冷却，氦气吹气流为5L/min。退火管由2根组成，自退火管4和退火管6的温度分别设置为800℃与100℃，单管长度分别为80cm与150cm。
拉制双包层光纤，光纤的内涂覆层采用折射率为1.37的低折射率树脂，外涂覆层材料选择KG200丙烯酸酯，紫外固化灯的功率为100瓦，拉丝张力为100g。光纤石英包层的外径为394μm，内涂覆层的外径为510μm，外涂覆层的外径为552μm。
实施例2：本实施例将棒径为28.9mm的预制棒拉制成双包层光纤。
本实施中拉丝炉低温区2与拉丝炉高温区3的弧长比例为1:2，拉丝炉低温区2由一片拉丝炉片构成、拉丝炉高温区3由两片拉丝炉片并排放置组成。退火管由3根组成，退火管4、退火管5与退火管6的长度分别为80cm、100cm与150cm，温度分别为1000℃、 700℃与200℃。其余参数见表1中的例2
步骤一、将单偏振光纤预制棒通过夹持吊装的方式置于拉丝炉内，应力元1圆心连线的方向对准拉丝炉低温区2中轴线，垂直的方向与拉丝炉高温区3的中轴对准；
步骤二、将拉丝炉进行升温至2010℃，对预制棒尖端的5cm区域进行加热；拉丝炉内采用氮气吹扫保护，并采用冷却水对拉丝炉的保温材料进行降温处理；
步骤三、锥头下坠后进行上盘，将拉丝炉的拉丝炉低温区2与拉丝炉高温区3的温度分别设置为1800℃度与2050℃；
步骤四、对预制棒顶部进行抽真空处理，将抽气泵通过软管与带耐高温橡胶密封圈的夹具套在预制棒靠近夹持端的末端，对两个应力元所在的孔进行抽真空处理，负压为30Mbar，确保孔内气体不会混入应力元内形成气泡且不会因为导致应力元孔变形；
步骤五、对上盘后的预制棒进行持续拉丝，棒径为28.9mm的预制棒，起步的拉丝速度为5m/min，对应的送棒速度为0.85mm/min。通过送棒与拉丝逐步提速后，拉丝速度最终保持在40m/min，送棒速度为8.2mm/min。采用氦气对经过退火管的光纤进行吹扫冷却，氦气吹气流为5L/min。退火管由3根组成，自退火管4、退火管5和退火管6的温度分别设置为1000℃、700℃与100℃，单管长度分别为80cm、100cm与150cm。
拉制双包层光纤，光纤的内涂覆层采用折射率为1.37的低折射率树脂，外涂覆层材料选择KG200丙烯酸酯，紫外固化灯的功率为100瓦，拉丝张力为100g。光纤石英包层的外径为399μm，内涂覆层的外径为502μm，外涂覆层的外径为555μm。
实施例3：本实施例将棒径为30.1mm的预制棒拉制成单包层光纤。
本实施中拉丝炉低温区2与拉丝炉高温区3的弧长比例为2:1，拉丝炉低温区2由两片拉丝炉片并排放置组成、拉丝炉高温区3由两片拉丝炉片构成。退火管由4根组成，退火管4、退火管5、退火管6和退火管6下方退火管的长度分别为80cm、100cm、150cm 与150cm，温度分别为1000℃、700℃、400℃与100℃。其余参数见表1中的例3。
步骤一、将单偏振光纤预制棒通过夹持吊装的方式置于拉丝炉内，应力元1圆心连线的方向对准拉丝炉低温区2中轴线，垂直的方向与拉丝炉高温区3的中轴对准；
步骤二、将拉丝炉进行升温至2010℃，对预制棒尖端的5cm区域进行加热；拉丝炉内采用氮气吹扫保护，并采用冷却水对拉丝炉的保温材料进行降温处理；
步骤三、锥头下坠后进行上盘，将拉丝炉的拉丝炉低温区2与拉丝炉高温区3的温度分别设置为2000℃度与2100℃；
步骤四、对预制棒顶部进行抽真空处理，将抽气泵通过软管与带耐高温橡胶密封圈的夹具套在预制棒靠近夹持端的末端，对两个应力元所在的孔进行抽真空处理，负压为80Mbar，确保孔内气体不会混入应力元内形成气泡且不会因为导致应力元孔变形；
步骤五、对上盘后的预制棒进行持续拉丝，棒径为30.1mm的预制棒，起步的拉丝速度为5m/min，对应的送棒速度为0.81mm/min。通过送棒与拉丝逐步提速后，拉丝速度最终保持在60m/min，送棒速度为8.1mm/min。采用氦气对经过退火管的光纤进行吹扫冷却，氦气吹气流为5L/min。退火管由4根组成，高温退火管4、退火管5、退火管6及其下方的退火管的长度分别为80cm、100cm、150cm与150cm，温度分别为1000℃、700℃、400℃与100℃。
拉制单包层光纤，光纤的内涂覆层采用飞凯KG100丙烯酸脂，外涂覆层材料选择KG200丙烯酸酯，紫外固化灯的功率为100瓦，拉丝张力为100g。光纤石英包层的外径为392μm，内涂覆层的外径为490μm，外涂覆层的外径为548μm。
为了更好的说明本实用新型提出的三个实施例，其设备的设计参数与拉丝时的工艺参数分别如表1所示。
表1大芯径单偏振光纤拉丝实施例参数
本实用新型对上述三个实施例制成的光纤进行了检测，检测数据如表2所示。
表2三个实施例的光纤主要性能
通过表2的数据可以得出，本实用新型通过对拉丝炉进行了升级，从一个环形温区变为四个温区(炉片)，呈对称分布，与应力元接近的一对温区可以设置得温度低于远离应力元的那一对温区，从而便于调节应力元的粘度，进而调节应力元冷却固化的速度与应力均匀性，且由于与应力元接近的温区的低温设置能够在一定程度上节约能量；且由于与应力元接近的温区的低温设置能够在一定程度上节约能量，从而有效的降低甚至消除加工大芯径单偏振光纤或者保偏光纤在拉丝过程中产生的不均匀内应力；同时，将拉丝的退火区由一个变为数个可以独立控温的退火温区，既增加了退火时间由避免了光纤退火中温度骤降造成内应力不均匀的情况，极大地提高了大芯径保偏光纤或者单偏振光纤的切割端面质量，例如端面裂纹数量可为0或1根且裂纹长度不超过端面直径的十分之一，从而使得光纤在切割后具备可完好熔接的特性，进而实现光纤的可用性，为高功率偏振激光输出提供了可能，可广泛用于武器装备以及先进制造中的激光加工。
本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本实用新型，因本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (6)
1.一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：包括了两个拉丝炉低温区(2)、两个拉丝炉高温区(3)、退火管，所述拉丝炉低温区(2)与所述拉丝炉高温区(3)交替依次排列形成加热炉区，两个所述拉丝炉高温区(3)的中心线与光纤的应力元(1)的中心连线相互垂直，两个所述拉丝炉低温区(2)的中心线与所述应力元(1)的中心连线一致，所述退火管放置于炉区中心线的正下方。
2.根据权利要求1所述一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：所述拉丝炉高温区(3)的弧长与所述拉丝炉低温区(2)的弧长比例在1:2至2:1之间。
3.根据权利要求1或2所述一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：所述拉丝炉高温区(3)和所述拉丝炉低温区(2)根据弧长比例由数个可调温拉丝炉片组成。
4.根据权利要求3所述一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：所述拉丝炉高温区(3)的温度在2000℃至2100℃，所述拉丝炉低温区(2)的温度在1800℃至2000℃。
5.据权利要求1或4所述一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：所述退火管为可调温退火管。
6.据权利要求5所述一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备，其特征在于：所述退火管的数量可以为两个、三个、四个，温度由高至低排列，退火管的温度为1000℃至100℃，所述退火管的长度为80cm至150cm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021424033.6U CN212982788U (zh) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | 一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202021424033.6U CN212982788U (zh) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | 一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备 |
Publications (1)
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| CN212982788U true CN212982788U (zh) | 2021-04-16 |
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ID=75428366
Family Applications (1)
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| CN202021424033.6U Active CN212982788U (zh) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | 一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备 |
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| CN (1) | CN212982788U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111704357A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-09-25 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | 一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备与方法 |
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2020
- 2020-07-20 CN CN202021424033.6U patent/CN212982788U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111704357A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-09-25 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | 一种大芯径单偏振光纤的拉丝设备与方法 |
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