一種特種光纖的製備方法

2023-04-24 03:27:41 1

專利名稱：一種特種光纖的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖的製備方法，尤其是涉及一種特種光纖的製備方法。
背景技術：
從現有的光纖技術的研究與發展看，常規石英光纖作為通訊介質已經發展到了非常成熟的程度，但是在長途光通訊中，還是需要建立許多的中繼放大，這裡產生了從電放大到光放大的發展需要，尤其是EDFA的出現，極大的推進了全光網絡的發展，但是隨著DWDM技術的發展，矽基質放大器件已經無法滿足其寬帶寬和高放大增益的需求，因此產生了各種各樣的非石英玻璃基質光纖，如硫化物，碲酸鹽，氟化物，磷酸鹽等等特種光纖的形式，近年來得到了快速的發展。而在具體光傳輸過程中，常規光纖(多模光纖或者其截面結構圓對稱)不能實現真正的單模和穩定的偏振模傳輸，於是許多光纖系統(如光纖放大、光纖相干通訊、光纖陀螺、光纖幹涉儀)要求特種光纖，使得傳輸光能保持在標準的單模傳輸狀態或穩定的偏振模式上。而且即使是標準的單模光纖，一旦有任何微擾，就會導致單模的破壞，而產生偏振態的改變，因此，光纖研究者不得不加緊努力，以尋求更好的特種光纖。
製備各種特種光纖要比製備常規(多模或圓對稱的)光纖在工藝上有不同程度的難度，光纖研究者們熟知的MCVD(改良化學氣相沉積)法是ATT BELL實驗室的Mc Chesney博士所發明的；英國南安普頓大學在MCVD基礎上，利用部分(氣相氟)腐蝕法，成功的研製出了″領結″特種光纖。在日本，採取了另外一種製備特種光纖的工藝途徑，它是在VAD(氣相軸向沉積)法製成的單模預製棒內沿軸線鑽出兩個柱體形狀的空管，(其幾何位置對稱於軸心)，然後將兩應力棒貼緊埋入空管；用此法製得的該類″熊貓″特種光纖也很成功。在日本，另外一種成功的特種光纖是(外圓)內橢圓包層光纖，其工藝方法是在MCVD法的基礎上引入″減壓縮棒″技術，而不用部分腐蝕技術。在美國，康寧(Corning)公司用的又是另一種工藝，其主要技術是在石英玻璃襯管內部沿軸線插入芯棒，在芯棒兩邊插入幾何對稱的兩根應力棒，並在襯管內部的空白部分塞滿玻璃棒，從而構成可用來拉絲的特種光纖預製棒。這種工藝方法也是一種成功的方法，稱為康寧技術(Corning Technique)拉絲出來的光纖，其結構形狀類似於熊貓光纖(應力區一般不很圓，但不影響其保持偏振態的性能)。在美國，另一吸引人的發明是ATT Bell實驗室的扁形橢圓內包層光纖，其主要優點是易於確定主軸方位；製備此類光纖的工藝方法是將橢圓內包層預製棒在橢圓的短軸方向加熱壓扁，然後將此壓扁了的預製棒在低溫下拉絲。
製備″領結″光纖的方法所存在的技術問題之一是較難保證纖芯的圓度，這是因為，在縮棒過程中由於應力區從兩邊向芯子施加應力，而芯子又處於熱融熔狀態，故易於變成不同程度的橢圓形狀。關於熊貓光纖的製作，要求原始的單模棒較粗，以利於鑽孔，有使用超聲技術進行鑽孔的，此種技術實現起來對精度要求較高。關於製備類似熊貓光纖德康寧技術，該技術主要是實踐工藝難，因為芯棒及應力棒在套管中的位置經過全部拉絲過程需要保持三點一線，兩應力棒相對於纖芯需嚴格對稱，填充玻璃棒需互相緊貼，等等。上述幾種有代表性的工藝技術，其中製備領結光纖和橢圓內包層光纖所用預製棒的引棒是實心玻璃棒，而熊貓光纖和康寧套管光纖的預製棒引棒則需要用空心玻璃管，且管壁上帶有排氣孔，以便在加熱拉絲過程中排出預製棒內部各貼合面間氣隙中的氣泡。
關於冷加工合排氣泡的問題，申請號為94113945.X的中國發明專利中提出一種基於機械冷加工和夾棒直接拉絲的技術，其特徵是所用的原是材料及其結構實若干個圓對稱摻雜玻璃柱體，根據特種光纖的幾何形狀對這些柱體進行再加工，從而拼合成所需預製棒的幾何形狀，然後將此組合件的一端與引棒相熔接，另一端熔融成錐體形狀，以供拉絲成纖。它採用機械加工來進行確定外形尺寸，然後利用拉絲時不斷變小的錐體收縮的壓力將氣泡排出和填滿空隙。從理論上講，該方法能加工多種形狀分布的光纖，但是由於該方法完全依賴於其玻璃柱體的加工，因此對於脆性的碲酸鹽、硫化物玻璃等無法進行理想的光纖製作，而且就冷玻璃來說，特定形狀表面加工就是一件很難保證精度的問題。
中國專利申請號01128430.7介紹了一種光纖預製棒的製造方法，該發明採用等離子體化學氣相沉積和管外氣相沉積兩種工藝混合製造光纖預製棒，包含三步驟等離子體化學氣相沉積方法製備芯棒；管外氣相沉積法製備包層(即坯棒)；對坯棒進行燒結獲得預製棒。該法能提高矽光纖生產效率，易控制波導結構。但該方法主要針對那些能氣化的矽化合物類光纖有效，其它玻璃類光纖無法實現，可實現的光纖種類少，而且裝置複雜。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種新穎而且實用的製備特種光纖的工藝方法。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種特種光纖的製備方法，採用澆注熱熔接的方法，具體工藝步驟如下①根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為850～950℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將玻璃液的溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過專用的半圓柱體澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得半圓柱玻璃棒；⑤根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料混合均勻，然後重複步驟②、③，將獲得的玻璃液待用；⑥將獲得的半圓柱玻璃棒和所需要的芯棒組合，放在專用模具中，並將其放入保溫爐中預熱20分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度±5℃；⑦將預熱後專用模具設置成具有45°～60°傾角，將待用的玻璃液取出，倒入專用模具中；⑧將專用模具快速放入已升溫至玻璃轉變溫度+5℃～玻璃轉變溫度+15℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得單包層特種光纖的玻璃預製棒；⑨將玻璃預製棒在拉絲機上進行拉絲，獲得單包層特種光纖。
所述的步驟⑥中的芯棒可以為一根，將該芯棒設置在半圓柱玻璃棒的中心，經步驟⑥、⑦、⑧和⑨後獲得單包層單模光纖。
所述的步驟⑥中的芯棒可以為一根，該芯棒設置在半圓柱玻璃棒的偏離中心處，經步驟⑥、⑦、⑧和⑨後獲得單包層螺旋光纖。
所述的步驟⑥中的芯棒也可以為二根，經步驟⑥、⑦、⑧和⑨後獲得單包層雙芯光纖。
所述的芯棒可以是用如下方法獲得的①根據纖芯玻璃的配方要求，選取原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為850～950℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過的澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得纖芯預製棒；⑤取出該纖芯預製棒，經過拋光後在拉絲機上進行拉絲，獲得芯棒。
在步驟⑧後重複步驟①～⑧，在步驟⑥中將獲得的半圓玻璃棒和玻璃預製棒組合，放在專用模具中，並將其放入保溫爐中預熱分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度±5℃；⑦將預熱後專用模具設置成具有45°～60°傾角，將待用的玻璃液取出，倒入專用模具中；⑧將專用模具快速放入已升溫至玻璃轉變溫度+5℃～玻璃轉變溫度+15℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，多次重複，獲得多包層特種光纖的玻璃預製棒。
與現有技術相比，本發明的優點在於這種製備特種光纖的工藝方法根據光纖的幾何形狀分布，將其預製棒包層分成對稱的兩塊進行分別澆注製作，從而將光纖預製棒的製作分成兩步驟，首先按照特定外形澆注初始玻璃塊(即玻璃母塊)，然後再按照光纖外形澆注互補的另外一塊(澆合子塊)，在澆注子快的同時將母塊和子塊進行熔合，其中母體中包含光纖皮層，和芯棒，在保溫退火後就可得到可拉光纖絲的預製棒，進行普通的光纖拉絲就可得到特種光纖。與上述現有技術的各種工藝方法相比，它既不同於製備領結光纖的MCVD法加上氣相部分腐蝕工藝，不同於製備熊貓橢圓內包層光纖的MCVD法加上減壓縮棒技術，不同於製備熊貓光纖和康寧保偏光纖的「應力柱埋入法」和「套管法」，以及製備扁形光纖的「熱壓預製棒」法，也不同於利用玻璃冷加工特定外形的「幾何工藝法」。
本發明方法的優點主要有三方面，一是用本發明方法製備特種光纖，只需要設計若干個特定形狀的澆注小模具，以進行玻璃母體和組合體的澆注，而不需要其它任何特別工具；此澆注模具由於尺寸小而可以以組套的形式設計，從而可以按所要求的選取特定的模具，滿足特種光纖外形尺寸的多樣性。不僅能加工高芯皮直徑比的單模光纖，而且可以加工一些對稱或不對稱的特種光纖。對於母體塊中芯棒製作，因為其圓對稱和組成單一性，故其易用澆注法+拉絲、常規MCVD法+拉絲或其它方法製得，參與過光纖工藝的研究者都熟悉，製造圓對稱或單組分的摻雜玻璃柱體結構，要比非圓對稱結構簡易得多，僅需沉積、縮棒(或澆注)、拉絲。以包含多組分玻璃(部分包層玻璃和芯棒)的母體和互補子體玻璃進行拼合熔接，就可得到特種光纖預製棒的幾何形體。因為有專用的澆注模具，完全定位後的母體就能和子體完全融合形成特定形狀的光纖預製棒。二是該方法由於採用澆注熱熔接方法進行加工，不進行機械加工或其它加工技術，因此能避免玻璃冷加工易碎的危險，不僅能適用於普通的石英玻璃，也適用於脆性大的碲酸鹽、硫化物等玻璃組份光纖。因為在熔接過程中，是完全按照玻璃轉化和軟化溫度特性，計算最佳的澆注溫度和模具預熱溫度，保證玻璃的澄清性和結合的快速有效性。玻璃升溫時，因為受熱區域體積膨脹，會對周圍產生壓縮應力，只要此應力沒超過玻璃的最大抗壓強度σc，就不會影響玻璃的形狀和產生應力裂紋；降溫時，採用橫溫方法和退火技術，消除應力裂紋；熔合時，利用澆注液體的高溫熔化較冷固件，實現最佳熔接和最小應力生成，從而保證熔接的可行性和玻璃性質的不變性。三是在澆注的同時完成玻璃的熔合。為了保證光纖的光學性能，預製棒的芯皮交界面必須保持緊密圓整，而由於是採用澆注時進行交接面的溶合，熔融的玻璃液和軟化的母體玻璃組體進行結合，由於是在液體內部，氣泡能直接被壓力排出去，從而保證玻璃澆注體的澄清性和交界面的圓整無縫性。


圖1為本發明熱澆注熔合過程示意圖；圖2為本發明製備單模光纖的專用模具結構示意圖；圖3為本發明製備單模光纖的熔合玻璃塊組合圖；圖4為本發明製備單模光纖的工藝流程示意圖；圖5為本發明製備螺旋光纖的工藝流程示意圖；圖6為本發明製備雙芯光纖的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例一一種特種光纖的製備方法，採用澆注熱熔接的方法，具體工藝步驟如下①使用碲酸鹽作為包層玻璃的材料，根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加剛玉蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為850℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將玻璃液的溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過的專用半圓柱體澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度Tg附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以2℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得半圓柱玻璃棒1；⑤根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料混合均勻，然後重複步驟②、③，將獲得的澆注用玻璃液3待用；⑥將獲得的半圓柱玻璃棒1和一根芯棒2組合，芯棒2設置在半圓柱玻璃棒1的中心，放在專用模具4中，並將其放入保溫爐中預熱20分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度Tg-5℃；⑦將預熱後專用模具4設置成具有45°傾角，將待用的澆注用玻璃液3取出，倒入專用模具4中；⑧將專用模具4快速放入已升溫至玻璃轉變溫度Tg+5℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以2℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得單包層單模光纖的玻璃預製棒5；⑨將玻璃預製棒5在拉絲機上進行拉絲，獲得單包層單模光纖。
實施例二一種特種光纖的製備方法，採用澆注熱熔接的方法，具體工藝步驟如下①使用碲酸鹽作為包層玻璃的材料，根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加石英蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為900℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將玻璃液的溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過專用的半圓柱體澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以3.5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得半圓柱玻璃棒1；⑤根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料混合均勻，然後重複步驟②、③，將獲得的澆注用玻璃液3待用；⑥將獲得的半圓柱玻璃棒1和一根芯棒2組合，芯棒2設置在半圓柱玻璃棒1的偏離中心處，放在專用模具4中，並將其放入保溫爐中預熱20分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度Tg+5℃；⑦將預熱後專用模具4設置成具有52°傾角，將待用的澆注用玻璃液3取出，倒入專用模具4中；⑧將專用模具4快速放入已升溫至玻璃轉變溫度+10℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以3.5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得單包層螺旋光纖的玻璃預製棒5′；⑨將玻璃預製棒5′在拉絲機上進行拉絲，獲得單包層螺旋光纖。
實施例三一種特種光纖的製備方法，採用澆注熱熔接的方法，具體工藝步驟如下①使用碲酸鹽作為包層玻璃的材料，根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加剛玉蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為950℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將玻璃液的溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過專用的半圓柱體澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得半圓柱玻璃棒1；⑤根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料混合均勻，然後重複步驟②、③，將獲得的澆注用玻璃液3待用；⑥將獲得的半圓柱玻璃棒1和二根芯棒2組合，放在專用模具4中，並將其放入保溫爐中預熱20分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度Tg；⑦將預熱後專用模具4設置成具有60°的傾角，將待用的澆注用玻璃液3取出，倒入專用模具4中；⑧將專用模具4快速放入已升溫至玻璃轉變溫度+15℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得單包層雙芯光纖的玻璃預製棒5″；⑨將玻璃預製棒5″在拉絲機上進行拉絲，獲得單包層雙芯光纖。此種光纖能用於光纖開關、耦合器、調製器、波分復用器、濾波器等光纖器件。
實施例四在上述的實施例中，在步驟⑧後重複步驟①～⑧的操作，在步驟⑥中將獲得的半圓柱玻璃棒1和玻璃預製棒5組合，放在專用模具4中，並將其放入保溫爐中預熱20分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度Tg±5℃；⑦將預熱後專用模具4設置成具有45°～60°傾角，將待用的澆注用玻璃液3取出，倒入專用模具4中；⑧將專用模具4快速放入已升溫至玻璃轉變溫度Tg+5℃～玻璃轉變溫度Tg+15℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，多次重複，獲得多包層特種光纖的玻璃預製棒(未顯示)。
上述實施例中，芯棒2是用如下方法獲得的①根據纖芯玻璃的配方要求，選取原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為850～950℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過的澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度Tg附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得半圓柱玻璃棒；⑤取出該玻璃棒，經過拋光後在拉絲機上進行拉絲，獲得芯棒2。
上述實施例中，玻璃轉變溫度Tg對於不同成份的玻璃，其數值是不同的固定值。
玻璃是一種過冷的液體，也就是說，其內部的熱熵比較高，熱穩定性比較差，故其溫度梯度變化要求平緩，不能快速的升溫和降溫。根據玻璃的特性，一般抗拉強度為σS＝0.035～0.085Pa，抗壓強度約σC＝1.5～2Pa，故可利用其抗壓性能較好來進行特殊形狀光纖的製造，這也就是說在外部升溫過程中不容易爆裂，而快速降溫卻很容易爆裂，尤其是在粘結力較大的低溫階段。這裡採用快速升溫，保溫熔合，緩慢降溫等方法保證玻璃的性質穩定性。
在升溫過程中，因為溫升(ΔT1)，產生的壓應力FL＝K*ΔT1，在ΔT1＜100℃/Min時，FL＜σS，其中K為應力係數。
澆注熔合過程，將澆注用玻璃液3沿著θ＝45°～60°傾斜放置的模具套管迅速澆注倒入，讓熔體和固體玻璃接觸後慢慢熔合，以一定的傾斜角度保證了澆注時氣泡的消除和交接面的緊密。
在熔合保溫階段，原玻璃的預熱溫度為T1，遇到高溫的澆注液體(T2)時候，因傳導帶來的溫升為ΔT2，故其保溫時間為t1＝K2*exp(-T2-ΔT2)，此時產生的應力可忽略不計，因為此時玻璃接近於熔體，粘度低。
退火保溫階段，此時，主要是對熔合區域的溫度不均勻性帶來的應力進行消除，選取的保溫溫度為該玻璃的退火溫度附近(Tg±5℃)。
玻璃澄清性的保證高溫的玻璃熔體澆注到專用模具4中後，遇到較低的溫度T2，即產生一個快速溫降，從而保證了玻璃轉化過程需要。玻璃組合在同專用模具4的共同預熱過程中，因為是在軟化溫度點Tg附近，故可以在粘度降低的基礎上保持原有的玻璃屬性。
整體熔合棒形狀的保證玻璃組件在預熱過程中，一直是在軟化溫度點Tg以下，故其形狀完全保持原樣，而細小的玻璃芯棒2則用專用模具4上的固定件進行定位。玻璃熔體在澆注過程中，由於是在具有固定外形的專用模具4之中，故其形狀也能確定。玻璃組件的熔合過程最關鍵之處在於帶來的高溫僅僅能熔化邊緣部分，從而完全結合在一起而不會改變形狀。根據需要設置相應外形的專用模具，就可以得到相應形狀的光纖預製棒。
在本發明方法中，完全遵循玻璃軟化和澆注的原理，將玻璃體的外形確定實現在澆注過程之中，利用玻璃的應力分析進行玻璃的熔合。這是因為在玻璃升溫時，因為受熱區域體積膨脹，會對周圍產生壓縮應力，只要此應力沒超過玻璃的最大抗壓強度σc，就不會影響玻璃的形狀和產生應力裂紋；降溫時，採用恆溫方法和退火技術，消除應力裂紋；熔合時，利用澆注液體的高溫，熔化較冷固件，實現最佳熔接和最小應力生成，從而將玻璃的澆注和熔接完全在一步中實現，而且所用的組合玻璃母體中對芯棒2和包層的貼合不必完全緊密，因為在液體熔合時有玻璃液體進行自然填充，從而簡化了母體組合玻璃澆注時的操作，僅需要芯棒的外表面光滑即可，實現了特種光纖預製棒(這裡包括單模光纖)的簡單製作。
綜上所述，本發明方法和MCVD氣相部分腐蝕法相比，避免了其繁雜的工序(沉積、燒結、腐蝕、縮棒等等)；和製備橢圓內包層光纖的工藝相比，無需使用減壓縮棒的特殊技術；和「應力埋入法」相比，避免了所要求的超聲鑽孔技術；和「套管法」相比，避免了所要求的精確幾何定位和多根玻璃棒互相緊貼及其精確導引排氣和縮棒，和「幾何工藝法」比，又避免了脆性玻璃的難加工問題，而且加工出來的是完整無縫的預製棒，拉絲過程簡單。此外，已有的各種成功的工藝方法，用來製備幾何正規的特種光纖(如領結光纖、熊貓光纖、橢圓內包層光纖)是行之有效的，但是用來製備更加特別的特種光纖，尤其是針對非石英玻璃類光纖，則必需在成熟方法的基礎上引入各種各樣的特殊專門技術。從上述多種實施例可見，本發明方法對於製備特種光纖具有非常廣泛的適用性。「澆注熔接法」所使用的澆注熔合模具，其主要功能和特徵是，在將由半圓柱玻璃棒1和芯棒2組成的玻璃母體和澆注用玻璃液3所形成的子體的熔合過程中，選擇的是澆注專用模具4，該模具不僅具備能完全實現澆注的功能，即保證澆注玻璃可能性，也具備能固定玻璃母體(半圓柱形包層玻璃和各種摻雜芯棒)。
上述的半圓柱形包層玻璃的製作，可以採用一套有小半圓柱體突起的澆注模具，其在半圓柱玻璃棒1上刻畫出的位置恰好能放置玻璃芯棒2，按照對稱性分布原理，將所需要製作的特種光纖預製棒對稱的分開製作，將芯棒2固定在作為母體的半圓柱玻璃棒1上。
所需要的全部設備為一套澆注合乎尺寸要求的澆注模具，再加上一根芯棒和部分玻璃包層，組成玻璃母體，在專用的澆注模具中將皮層玻璃液體按照一定角度澆注到模具中，然後進行退火保溫就可以得到該單模預製棒。
用本發明方法製備雙芯光纖，也甚為簡單，採用的模具中在對應兩芯棒位置上有兩圓柱突起，使得澆注出來的玻璃塊上有能放置芯棒的兩凹槽，在澆注模具中組合好母玻璃組件後，就可以進行澆注(在相應的澆注模具中)，然後可得到完整預製棒。
本專利申請揭示了所發明的特種光纖的「澆注熱熔合法」以及採用此法製備的多種多樣的特種光纖的實施例，這些實施例僅為本發明方法的若干舉例，也並不局限於碲酸鹽作為包層玻璃的材料，本發明方法也可以用於製備其它特種光纖，其基本發明構思可顯而易見得到推理。
權利要求
1.一種特種光纖的製備方法，其特徵在於採用澆注熱熔接的方法，具體工藝步驟如下①根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為850～950℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將玻璃液的溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過專用的半圓柱體澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得半圓柱玻璃棒；⑤根據包層玻璃的配方要求，選取粉末狀原料混合均勻，然後重複步驟②、③，將獲得的玻璃液待用；⑥將獲得的半圓柱玻璃棒和所需要的芯棒組合，放在專用模具中，並將其放入保溫爐中預熱20分鐘，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度±5℃；⑦將預熱後專用模具設置成具有45°～60°的傾角，將待用的玻璃液取出，倒入專用模具中；⑧將專用模具快速放入已升溫至玻璃轉變溫度+5℃～玻璃轉變溫度+15℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得單包層特種光纖的玻璃預製棒；⑨將玻璃預製棒在拉絲機上進行拉絲，獲得單包層特種光纖。
2.如權利要求1所述的一種特種光纖的製備方法，其特徵在於所述的步驟⑥中的芯棒為一根，該芯棒設置在半圓柱玻璃棒的中心，經步驟⑥、⑦、⑧和⑨後獲得單包層單模光纖。
3.如權利要求1所述的一種特種光纖的製備方法，其特徵在於所述的步驟⑥中的芯棒為一根，該芯棒設置在半圓柱玻璃棒的偏離中心處，經步驟⑥、⑦、⑧和⑨後獲得單包層螺旋光纖。
4.如權利要求1所述的一種特種光纖的製備方法，其特徵在於所述的步驟⑥中的芯棒為二根，經步驟⑥、⑦、⑧和⑨後獲得單包層雙芯光纖。
5.如權利要求1所述的一種特種光纖的製備方法，其特徵在於所述的芯棒是用如下方法獲得的①根據纖芯玻璃的配方要求，選取原料進行混合，直至均勻；②將上述混合均勻的粉末狀原料裝入石英坩鍋中，加蓋在矽炭棒電爐中進行熔制，熔化溫度為850～950℃，經熔化、攪拌和澄清後獲得玻璃液；③將溫度降到800℃，保溫30分鐘；④將玻璃液澆注在預熱過的澆注模具上，快速放入已升溫至玻璃轉變溫度附近的馬弗爐中退火，退火程序是先保溫2小時，然後以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，獲得纖芯預製棒；⑤取出該纖芯預製棒，經過拋光後在拉絲機上進行拉絲，獲得芯棒。
6.如權利要求1所述的一種特種光纖的製備方法，其特徵在於在步驟⑧後重複步驟①～⑧，在步驟⑥中將獲得的半圓柱玻璃棒和玻璃預製棒組合，放在專用模具中，並將其放入保溫爐中預熱(時間)，保溫爐中的溫度為包層玻璃的玻璃轉變溫度±5℃；⑦將預熱後專用模具設置成具有45°～60°傾角，將待用的玻璃液取出，倒入專用模具中；⑧將專用模具快速放入已升溫至玻璃轉變溫度+5℃～玻璃轉變溫度+15℃的馬弗爐中進行保溫20分鐘後，以2～5℃/小時的速度降溫至100℃，然後關閉馬弗爐電源，自動降溫至室溫，多次重複，獲得多包層特種光纖的玻璃預製棒。
全文摘要
本發明公開了一種特種光纖的製備方法，其特點是採用澆注熱熔接的方法，根據光纖的幾何形狀分布，將其預製棒包層分成對稱的兩塊進行分別澆注製作，從而將光纖預製棒的製作分成兩步驟，首先是按照特定外形澆注並製作初始璃塊(即玻璃母塊)，然後再按照外形要求澆注互補的另外一塊(澆合子塊)，在澆注子快的同時將母塊和子塊進行熔接，其中母體中包含部分皮層玻璃(半圓柱形)和可摻雜的光纖芯棒，在保溫退火後就可得到可拉光纖絲的預製棒，進行普通的光纖拉絲就可得到特種光纖，本發明具有更廣泛的適用性，不僅能製作石英光纖，也適合碲酸鹽、磷酸鹽、硫化物等光纖，並易於保證所製得的光纖符合原始設計要求。
文檔編號C03B5/16GK1657455SQ20051004933
公開日2005年8月24日 申請日期2005年3月11日 優先權日2005年3月11日
發明者王訓四, 聶秋華, 徐鐵峰, 楊燕, 沈祥 申請人:寧波大學