一种基于空气孔棒的多芯光纤及其制备方法与流程

本发明涉及光纤制造技术领域，尤其涉及一种基于空气孔棒的多芯光纤及其制备方法。

背景技术：

随着高速信息时代的快速发展，普通单模光纤已逐渐无法满足光纤系统传输容量的需求。近年来，以多芯光纤、少模光纤以及少模多芯光纤等为主导的新型空分复用光纤由于其独特的纤芯排列方式和模场特性，成为解决光纤系统中传输容量受限以及非线性效应损伤等问题的良好光学元件。其中，多芯光纤可以在有限包层范围内容纳多个芯子，有效提升了单根光纤的传输容量，从而降低了光纤的铺设成本，成为下一代光纤通信网中不可缺少的重要元件。

现有的多芯光纤制作技术主要有以下几种：堆棒法，挤压法，超声波打孔法以及模具铸件法。目前，堆棒法被主要应用于多芯光纤的制作。堆棒法是将石英管与毛细管紧密排列后，加以抽真空技术，抽出空气，然后熔缩拉制成光纤预制棒。石英棒的排布需均匀且无杂质引入，并且需要严格控制毛细管直径误差。超声波打孔方法制作的多芯光纤预制棒是实现复杂多孔结构的直接方法，通过声波的震动，利用打孔时玻璃之间的摩擦力和压力的变弱，可以实现对光纤预制棒的打孔操作，进而将纤芯预制棒导入孔内，抽真空后，进行熔缩制作出多芯光纤预制棒。超声波打孔技术需要精确控制孔的位置、大小和角度，不过其可以制作不同结构的光纤预制棒。

但是，多芯光纤在实际制作中面临以下问题：第一，采用类似于光子晶体光纤的制作方法——堆棒法制作的多芯光纤，由于实心棒的位置在堆棒过程中无法固定，造成纤芯的位置与设计位置存在一定的偏差，进而对光纤的整体性能产生较大影响。且现有堆棒方式只能制作具有紧密堆积结构和对称结构的特种光纤，对于复杂结构，例如大空芯型光纤的制作，难度十分巨大。堆棒法的光纤预制棒制作周期长，无法批量生产。第二，采用光纤预制棒打孔方式制作的多芯光纤，由于对打孔位置及磨料选择的要求较高，对打孔的频率、转速的控制需要十分精确。另一方面，由于打孔深度的限制，光纤预制棒的尺寸不能过长。同时，二氧化硅本身较弱的张力和弯曲性，要求在打孔过程中沿半径方向不能有丝毫的裂痕，否则将对光纤预制棒的生产造成重大影响。因此，需要设计一种简单、易操作的多芯光纤制作技术，不仅使光纤预制棒的性能满足设计要求，还需要具有大批量生产的应用前景。

技术实现要素：

为克服现有技术中的现有多芯光纤制作工艺不能实现复杂光纤结构，批量化生产难度大这一问题，提出了一种基于空气孔棒的多芯光纤，包括实心棒、第一空心棒、毛细空心管和第二空心棒；所述实心棒设有若干个，且均匀分布在空气孔棒内，所述第一空心棒套装在实心棒中，所述毛细空心管填充在第一空心棒之间的间隙中，且毛细空心管的直径大小不一，所述第二空心管容纳上述所有的实心棒、第一空心棒和毛细空心管，第二空心管内与第一空心管不直接接触，且第二空心管和第一空心管之间填充有若干毛细空心管。

作为优选的，所述第一空心棒套装在实心棒中，所述实心棒和第一空心棒之间设有真空层，且实心棒和第一空心棒之间在多芯光纤的节点处设有空气抽取设备接口。

通过采用上述技术方案，第一空心棒和实心棒之间采用抽真空的处理，在后续熔缩的过程中能够避免芯棒中出现气泡，提高芯棒的质量。

作为优选的，所述第一空心棒均匀分布在第二空心棒内，且第一空心棒按照第二空心棒的轴线状阵列排布，所述第一空心棒在第二空心棒内与周围的毛细空心管活动连接，所述第一空心棒、第二空心棒和毛细空心管管道之间存在间隙。

通过采用上述技术方案，第一空心棒排列在第二空心棒的轴线上，且均匀分布，在熔缩的过程中能够紧密的贴合，内部的芯棒不易堆积在一侧。

作为优选的，所述第一空心棒和毛细空心管密布在第二空心棒内，且第二空心棒、毛细空心管和第一空心棒的间隙均为真空层。

通过采用上述技术方案，各管道之间的间隙部门采用真空的设计，同样也可以避免在熔融过程中芯棒内出现气泡。

作为优选的，所述第一空心棒在第二空心棒中的分布为密集对称型、单环型、双环型和四边型中的一种。

通过采用上述技术方案，第一空心棒在采用若干种中心堆成的分布形态，保证在进行过程中内部芯棒的规则排列。

作为优选的，所述实心棒在数量在30-50范围内，且实心棒和第一空心棒一一对应。

通过采用上述技术方案，实心棒的数目越多则多芯光纤的机械性能与制造可靠性就越低，在可实用性的基础上，最大纤芯在50芯内具有一定的价值。

作为优选的，所述第一空心棒的周围至少环绕有6个毛细空心管，且第一空心棒内有且仅有一个实心棒。

通过采用上述技术方案，在第一空心棒的周围环绕有的毛细空心管，可以对每一根芯棒之间的有效折射率进行调整，从而减少弯曲损耗。

一种权利要求1所述的基于空气孔棒的多芯光纤的制备方法，包括以下步骤，步骤一：将多个实心棒分别套装到第一空心棒中，并对第一空心棒和实心棒之间进行的连接层进行抽真空处理；步骤二：将内衬有实心棒的第一空心棒和毛细空心管放入第二空心棒中，且将第一空心棒按照第二空心棒的轴线方向均匀排布，所述毛细空心管充分填充在第一空心棒和第二空心棒之间，并对其间隙内进行抽真空处理；步骤三：采用熔缩的方法，将第二空心棒、毛细空心管和第一空心管形成一个完整的多芯光纤预制棒；步骤四：所述完整的多芯光纤预制棒经过拉丝、涂覆方式制成多芯光纤。

作为优选的，步骤一和步骤二中所述的抽真空处理为采用真空泵在第一空心棒和第二空心棒的侧壁上进行抽真空。

作为优选的，步骤三中熔融的过程设置在密闭的真空环境下进行。

通过采用上述技术方案，采用真空泵对芯棒中的空隙进行抽真空处理以及熔融的环境设置在真空环境下，能够将底部在熔融的过程中减少产生的气泡。

本发明的有益效果具体如下：所述的一种基于空气孔棒的多芯光纤制作技术，通过实心纤芯棒与空心棒组合的方式，能够解决现有多芯光纤制作技术不能满足复杂结构的问题。采用多种空气孔棒的制作方法，可随意调整满足所需光纤结构的空气孔棒直径，大小等参数，设计灵活。另一方面，空气孔棒的堆叠解决了现有堆棒技术中，实心棒折射率控制不精确造成的光纤性能改变，保证了拉制光纤的性能与设计性能的一致性。

附图说明

图1是一种基于空气孔棒的多芯光纤的结构示意图；

图2是一种基于空气孔棒的多芯光纤的制备方法流程图；

附图标记：10、实心棒；11、第一空心棒；12、毛细空心管；20、第二空心棒。

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详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示：一种基于空气孔棒的多芯光纤，包括实心棒10、第一空心棒11、毛细空心管12和第二空心棒20；实心棒10设有若干个，且均匀分布在空气孔棒内，第一空心棒11套装在实心棒10中，毛细空心管12填充在第一空心棒11之间的间隙中，且毛细空心管12的直径大小不一，第二空心管容纳上述所有的实心棒10、第一空心棒11和毛细空心管12，第二空心管内与第一空心管不直接接触，且第二空心管和第一空心管之间填充有若干毛细空心管12。

如图2所示：一种权利要求1的基于空气孔棒的多芯光纤的制备方法，包括以下步骤，步骤一：将多个实心棒10分别套装到第一空心棒11中，并对第一空心棒11和实心棒10之间进行的连接层进行抽真空处理；步骤二：将内衬有实心棒10的第一空心棒11和毛细空心管12放入第二空心棒20中，且将第一空心棒11按照第二空心棒20的轴线方向均匀排布，毛细空心管12充分填充在第一空心棒11和第二空心棒20之间，并对其间隙内进行抽真空处理；步骤三：采用熔缩的方法，将第二空心棒20、毛细空心管12和第一空心管形成一个完整的多芯光纤预制棒；步骤四：完整的多芯光纤预制棒经过拉丝、涂覆方式制成多芯光纤。

如图1所示：第一空心棒11套装在实心棒10中，实心棒10和第一空心棒11之间设有真空层，且实心棒10和第一空心棒11之间在多芯光纤的节点处设有空气抽取设备接口。第一空心棒11和实心棒10之间采用抽真空的处理，在后续熔缩的过程中能够避免芯棒中出现气泡，提高芯棒的质量。

如图1所示：第一空心棒11均匀分布在第二空心棒20内，且第一空心棒11按照第二空心棒20的轴线状阵列排布，第一空心棒11在第二空心棒20内与周围的毛细空心管12活动连接，第一空心棒11、第二空心棒20和毛细空心管12管道之间存在间隙。第一空心棒11排列在第二空心棒20的轴线上，且均匀分布，在熔缩的过程中能够紧密的贴合，内部的芯棒不易堆积在一侧。

如图1所示：第一空心棒11和毛细空心管12密布在第二空心棒20内，且第二空心棒20、毛细空心管12和第一空心棒11的间隙均为真空层。各管道之间的间隙部门采用真空的设计，同样也可以避免在熔融过程中芯棒内出现气泡。

如图1所示：第一空心棒11在第二空心棒20中的分布为密集对称型、单环型、双环型和四边型中的一种。第一空心棒11在采用若干种中心堆成的分布形态，保证在进行过程中内部芯棒的规则排列。

如图1所示：实心棒10在数量在30-50范围内，且实心棒10和第一空心棒11一一对应。实心棒10的数目越多则多芯光纤的机械性能与制造可靠性就越低，在可实用性的基础上，最大纤芯在50芯内具有一定的价值。

如图1所示：第一空心棒11的周围至少环绕有6个毛细空心管12，且第一空心棒11内有且仅有一个实心棒10。在第一空心棒11的周围环绕有的毛细空心管12，可以对每一根芯棒之间的有效折射率进行调整，从而减少弯曲损耗。

实施例2

如图1所示：一种基于空气孔棒的多芯光纤，包括实心棒10、第一空心棒11、毛细空心管12和第二空心棒20；实心棒10设有若干个，且均匀分布在空气孔棒内，第一空心棒11套装在实心棒10中，毛细空心管12填充在第一空心棒11之间的间隙中，且毛细空心管12的直径大小不一，第二空心管容纳上述所有的实心棒10、第一空心棒11和毛细空心管12，第二空心管内与第一空心管不直接接触，且第二空心管和第一空心管之间填充有若干毛细空心管12。

如图2所示：一种权利要求1的基于空气孔棒的多芯光纤的制备方法，包括以下步骤，步骤一：将多个实心棒10分别套装到第一空心棒11中，并对第一空心棒11和实心棒10之间进行的连接层进行抽真空处理；步骤二：将内衬有实心棒10的第一空心棒11和毛细空心管12放入第二空心棒20中，且将第一空心棒11按照第二空心棒20的轴线方向均匀排布，毛细空心管12充分填充在第一空心棒11和第二空心棒20之间，并对其间隙内进行抽真空处理；步骤三：采用熔缩的方法，将第二空心棒20、毛细空心管12和第一空心管形成一个完整的多芯光纤预制棒；步骤四：完整的多芯光纤预制棒经过拉丝、涂覆方式制成多芯光纤。

如图2所示：步骤一和步骤二中的抽真空处理为采用真空泵在第一空心棒11和第二空心棒20的侧壁上进行抽真空。步骤三中熔融的过程设置在密闭的真空环境下进行。采用真空泵对芯棒中的空隙进行抽真空处理以及熔融的环境设置在真空环境下，能够将底部在熔融的过程中减少产生的气泡。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。