光纤的快速制造装置及方法与流程

本发明涉及光纤制造领域，具体涉及一种光纤的快速制造装置及方法。

背景技术：

目前，光纤的制造方法通常为先制备光纤预制棒(简称：光棒)，然后将光棒拉制成光纤。由于光纤的内部结构是在光棒中形成的，因而光棒的制造是光纤工艺的核心部分。光棒包括芯棒和包层，制造光棒时，首先制造芯棒，可采用pcvd(plasmaactivatedchemicalvapourdeposition，等离子体化学气相沉积法)、mcvd(modifiedchemicalvapourdeposition，改进的化学汽相沉积法)、vad(vapourphaseaxialdeposition，轴向汽相沉积法)、ovd(outsidechemicalvapourdeposition，外部化学汽相沉积法)等工艺方法进行，然后在芯棒外利用套管法形成包层，或者利用ovd工艺沉积形成包层。

随着光纤通信的飞速发展，光纤使用规模和光纤制造规模不断扩大，为降低光纤制造成本，光纤制造技术也随之不断向大尺寸光棒的使用和高速拉制技术发展，这对光纤的包层制造技术提出了挑战，快速制备更大尺寸的光纤包层成为人们的研究重点之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种光纤的快速制造装置及方法，该方法可大幅减少石英光纤从石英光棒到石英光纤的生产过程，提升石英光纤的制造效率，从而降低石英光纤的制造成本。

本发明提供一种光纤的快速制造装置，该装置用于在芯棒的外侧制备光纤包层，该装置包括中空的石英套管，所述石英套管套于芯棒外侧，石英套管的内壁与所述芯棒的外壁之间形成一个用于填充石英粉的间隙；该装置还包括至少一根用于向间隙内填充石英粉的填充管，填充管的底端开口且位于所述间隙内，所述石英套管的横截面、芯棒的横截面均呈圆形且圆心重合，填充管的轴向中心线、石英套管的轴向中心线、芯棒的轴向中心线互相平行且垂直于地面。

在上述技术方案的基础上，所述石英套管的厚度为30～70mm。

本发明提供一种基于上述装置的光纤的快速制造方法，包括以下步骤：

将中空的石英套管套于竖直放置的芯棒外侧固定成一体，整体向下移动，将底端送入熔融设备进行高温熔融，随后进入拉制设备拉制成光纤；

填充管内盛装有石英粉，在光纤的拉制过程中，填充管在石英套管的顶端围绕芯棒旋转，石英粉通过填充管的底端开口落入芯棒与石英套管之间的间隙；

根据光纤的拉制速度和石英套管的给进速度，调节填充管的底端开口大小，控制石英粉落入所述间隙中的速度；填充有石英粉的石英套管底端进入熔融设备高温熔融形成光棒，光棒随后进入拉制设备拉制成光纤。

在上述技术方案的基础上，所述光纤的拉制速度为2448～3200m/min，光棒的给进速度为0.8～1.7m/min，石英粉的落下速度为16～23g/min，填充管的旋转速度为5～12r/min。

在上述技术方案的基础上，还包括以下过程：

石英粉落入所述间隙的过程中，通过抽真空的方式去除石英粉间的空气后，再将填充有石英粉的石英套管底端送入熔融设备。

在上述技术方案的基础上，所述填充管的数量为1个，该填充管在芯棒与石英套管之间的间隙中进行螺旋往复运动：该填充管在所述间隙中从芯棒外侧处开始沿圆形轨迹旋转，同时逐渐扩大圆形轨迹的直径，直至运动到石英套管内侧，然后逐渐缩小圆形轨迹的直径，直至返回到芯棒外侧；如此反复，将所述间隙的底部均匀填充石英粉。

在上述技术方案的基础上，所述填充管的数量为1个，该填充管在芯棒与石英套管之间的间隙中进行螺旋往复运动：该填充管在所述间隙中从石英套管内侧处开始沿圆形轨迹旋转，同时逐渐缩小圆形轨迹的直径，直至运动到芯棒内侧，然后逐渐扩大圆形轨迹的直径，直至返回到石英套管内侧；如此反复，将所述间隙的底部均匀填充石英粉。

在上述技术方案的基础上，所述填充管包括第一填充管、第二填充管，第一填充管、第二填充管在同一圆形轨道上相对转动。

在上述技术方案的基础上，所述填充管包括第一填充管、第二填充管、第三填充管，第一填充管、第二填充管、第三填充管分别在3个不同的圆形轨道上转动。

在上述技术方案的基础上，所述第一填充管所在圆形轨道半径＜第二填充管所在圆形轨道半径＜第三填充管所在圆形轨道半径，且第一填充管外径、第二填充管外径、第三填充管外径之和小于等于石英套管内径与芯棒半径的差值。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明提出一种光纤的制造方法，通过在芯棒和一个石英套管之间随光纤拉制同步填充高纯石英粉的方式，能够快速制造大尺寸石英光棒的石英包层，降低石英包层的制造成本。

(2)本发明在拉制的过程中进行填充，可大幅减少石英光纤从石英光棒到石英光纤的生产过程，提升石英光纤的制造效率，从而降低石英光纤的制造成本。

(3)本发明采用旋转式的石英粉填充方式，实现石英粉的均匀填充；同时，根据光纤的拉制速度和光棒的给进速度，调节填充管往间隙中填充石英粉的速度，即采用渐进式的石英粉填充方式，确保光纤拉制过程中可以及时抽走空气，使填充有石英粉的石英套管底部熔融形成没有气泡的实心光棒。

附图说明

图1是本发明实施例中采用1个填充管时光纤的快速制造装置的结构及填充管的运动轨迹示意图；

图2是本发明实施例中采用2个填充管时光纤的快速制造装置的结构及填充管的运动轨迹示意图；

图3是本发明实施例中采用3个填充管时填充管的运动轨迹示意图。

附图标记：1—芯棒，2—石英套管，3—间隙，4—填充管，41—第一填充管，42—第二填充管，43—第三填充管，5—石英粉。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种光纤的快速制造装置，该装置用于在芯棒1的外侧制备光纤包层，芯棒1采用pcvd、mcvd、ovd和vad等制备方法预先制备而成；该装置包括中空的石英套管2，石英套管的厚度为30～70mm，外径为150～250mm，石英套管2套于芯棒1外侧，石英套管2的内壁与芯棒1的外壁之间形成一个用于填充石英粉5的间隙3；该装置还包括至少一根用于向间隙3内填充石英粉5的填充管4，填充管4的底端开口且位于间隙3内，石英套管2的横截面、芯棒1的横截面均呈圆形且圆心重合，填充管4的轴向中心线、石英套管2的轴向中心线、芯棒1的轴向中心线互相平行且垂直于地面。

填充管4的内部中空，其横截面呈圆形。填充管4、石英套管2均为中空圆筒形，芯棒1为实心圆柱形，填充管4的外径小于等于石英套管2内径与芯棒1半径的差值。

该装置还包括驱动机构、输送机构，填充管4的顶端分别连接驱动机构、输送机构，驱动机构带动填充管4在间隙3内围绕芯棒1旋转，输送机构将石英粉5送入填充管4。

本发明实施例还提供一种基于上述装置的光纤的快速制造方法，包括以下步骤：

将中空的石英套管2套于竖直放置的芯棒1外侧固定成一体，整体向下移动，将底端送入熔融设备进行高温熔融，随后进入拉制设备拉制成光纤；

填充管4内盛装有石英粉5，在光纤的拉制过程中，填充管4在石英套管2的顶端围绕芯棒1旋转，石英粉5通过填充管4的底端开口落入芯棒1与石英套管2之间的间隙3；

根据光纤的拉制速度和石英套管2的给进速度，调节填充管4的底端开口大小，控制石英粉5落入所述间隙3中的速度；石英粉5落入所述间隙3的过程中，通过抽真空的方式去除石英粉5间的空气后，再将填充有石英粉5的石英套管2底端送入熔融设备；当填充有石英粉5的石英套管2底端进入熔融设备时，熔融形成外径为150～250mm的大尺寸光棒，大尺寸光棒随后进入拉制设备拉制成光纤。

光纤的拉制速度为2448～3200m/min，光棒的给进速度为0.8～1.7m/min，石英粉5填充速度即为石英粉5的落下速度，石英粉5的落下速度为16～23g/min，填充管4的旋转速度为5～12r/min。

填充管4的数量可以为1个，该填充管4在芯棒1与石英套管2之间的间隙3中进行螺旋往复运动，具体有以下两种运动方式：

方式一：该填充管4在间隙3中从芯棒1外侧处开始沿圆形轨迹旋转，同时逐渐扩大圆形轨迹的直径，直至运动到石英套管2内侧，然后逐渐缩小圆形轨迹的直径，直至返回到芯棒1外侧；如此反复，将间隙3的底部均匀填充石英粉5。

方式二：该填充管4在间隙3中从石英套管2内侧处开始沿圆形轨迹旋转，同时逐渐缩小圆形轨迹的直径，直至运动到芯棒1内侧，然后逐渐扩大圆形轨迹的直径，直至返回到石英套管2内侧；如此反复，将间隙3的底部均匀填充石英粉5。

参见图2所示，填充管4的数量可以为2个，填充管4包括第一填充管41、第二填充管42，第一填充管41、第二填充管42在同一圆形轨道上相对转动。

参见图3所示，填充管4的数量可以为3个，填充管4包括第一填充管41、第二填充管42、第三填充管43，第一填充管41、第二填充管42、第三填充管43分别在3个不同的圆形轨道上转动。第一填充管41所在圆形轨道半径＜第二填充管42所在圆形轨道半径＜第三填充管43所在圆形轨道半径，且第一填充管41外径、第二填充管42外径、第三填充管43外径之和小于等于石英套管2内径与芯棒1半径的差值。

以下结合附图，例举实施例1～3，对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参见图1所示，本实施例提供一种光纤的快速制造装置，该装置用于在芯棒1的外侧制备光纤包层，该装置包括中空的石英套管2，石英套管的厚度为30mm，石英套管2套于芯棒1外侧，石英套管2的内壁与芯棒1的外壁之间形成一个用于填充石英粉5的间隙3；该装置还包括1根用于向间隙3内填充石英粉5的填充管4，填充管4的底端开口且位于间隙3内，石英套管2的横截面、芯棒1的横截面均呈圆形且圆心重合，填充管4的轴向中心线、石英套管2的轴向中心线、芯棒1的轴向中心线互相平行且垂直于地面。

本实施例提供一种光纤的快速制造方法，包括以下步骤：

将中空的石英套管2套于竖直放置的芯棒1外侧固定成一体，整体向下移动，将底端送入熔融设备进行高温熔融，随后进入拉制设备拉制成光纤；

填充管4内盛装有石英粉5，在光纤的拉制过程中，填充管4在石英套管2的顶端围绕芯棒1旋转，石英粉5通过填充管4的底端开口落入芯棒1与石英套管2之间的间隙3；

该填充管4在芯棒1与石英套管2之间的间隙3中进行螺旋往复运动，该填充管4在间隙3中从芯棒1外侧处开始沿圆形轨迹旋转，同时逐渐扩大圆形轨迹的直径，直至运动到石英套管2内侧，然后逐渐缩小圆形轨迹的直径，直至返回到芯棒1外侧；如此反复，将间隙3的底部均匀填充石英粉5。或者，该填充管4在间隙3中从石英套管2内侧处开始沿圆形轨迹旋转，同时逐渐缩小圆形轨迹的直径，直至运动到芯棒1内侧，然后逐渐扩大圆形轨迹的直径，直至返回到石英套管2内侧；如此反复，将间隙3的底部均匀填充石英粉5。

根据光纤的拉制速度和石英套管2的给进速度，调节填充管4的底端开口大小，控制石英粉5落入所述间隙3中的速度；石英粉5落入所述间隙3的过程中，通过抽真空的方式去除石英粉5间的空气后，再将填充有石英粉5的石英套管2底端送入熔融设备；当填充有石英粉5的石英套管2底端进入熔融设备时，熔融形成外径为150mm的大尺寸光棒，大尺寸光棒随后进入拉制设备拉制成光纤。

光纤的拉制速度为2448m/min，光棒的给进速度为1.7m/min，石英粉5的落下速度为23g/min，填充管4的旋转速度为5r/min。

实施例2：

当需要提高石英粉5的填充速度和填充均匀性时，可采用两根石英粉5填充管来填充。

参见图2所示，本实施例提供一种光纤的快速制造装置，该装置用于在芯棒1的外侧制备光纤包层，该装置包括中空的石英套管2，石英套管的厚度为50mm，石英套管2套于芯棒1外侧，石英套管2的内壁与芯棒1的外壁之间形成一个用于填充石英粉5的间隙3；该装置还包括2根用于向间隙3内填充石英粉5的填充管4，填充管4的底端开口且位于间隙3内，石英套管2的横截面、芯棒1的横截面均呈圆形且圆心重合，填充管4的轴向中心线、石英套管2的轴向中心线、芯棒1的轴向中心线互相平行且垂直于地面。

本实施例提供一种光纤的快速制造方法，包括以下步骤：

将中空的石英套管2套于竖直放置的芯棒1外侧固定成一体，整体向下移动，将底端送入熔融设备进行高温熔融，随后进入拉制设备拉制成光纤；

填充管4内盛装有石英粉5，填充管4包括第一填充管41、第二填充管42，在光纤的拉制过程中，第一填充管41、第二填充管42在同一圆形轨道上相对转动，石英粉5通过第一填充管41、第二填充管42的底端开口落入芯棒1与石英套管2之间的间隙3；

根据光纤的拉制速度和石英套管2的给进速度，调节第一填充管41、第二填充管42的底端开口大小，控制石英粉5落入所述间隙3中的速度；石英粉5落入所述间隙3的过程中，通过抽真空的方式去除石英粉5间的空气后，再将填充有石英粉5的石英套管2底端送入熔融设备；当填充有石英粉5的石英套管2底端进入熔融设备时，熔融形成外径为200mm的大尺寸光棒，大尺寸光棒随后进入拉制设备拉制成光纤。

光纤的拉制速度为2816m/min，光棒的给进速度为1.1m/min，石英粉5的落下速度为18g/min，填充管4的旋转速度为8r/min。

实施例3：

参见图3所示，本实施例提供一种光纤的快速制造装置，该装置用于在芯棒1的外侧制备光纤包层，该装置包括中空的石英套管2，石英套管的厚度为70mm，石英套管2套于芯棒1外侧，石英套管2的内壁与芯棒1的外壁之间形成一个用于填充石英粉5的间隙3；该装置还包括2根用于向间隙3内填充石英粉5的填充管4，填充管4的底端开口且位于间隙3内，石英套管2的横截面、芯棒1的横截面均呈圆形且圆心重合，填充管4的轴向中心线、石英套管2的轴向中心线、芯棒1的轴向中心线互相平行且垂直于地面。

本实施例提供一种光纤的快速制造方法，包括以下步骤：

将中空的石英套管2套于竖直放置的芯棒1外侧固定成一体，整体向下移动，将底端送入熔融设备进行高温熔融，随后进入拉制设备拉制成光纤；

填充管4内盛装有石英粉5，在芯棒1和石英套管2之间的间隙3中分布有3根填充管4，填充管4包括第一填充管41、第二填充管42、第三填充管43，第一填充管41、第二填充管42、第三填充管43位置互为交错，分别在3个不同的圆形轨道上，同时绕芯棒1做圆周运动；石英粉5通过第一填充管41、第二填充管42、第三填充管43的底端开口落入芯棒1与石英套管2之间的间隙3；第一填充管41所在圆形轨道半径＜第二填充管42所在圆形轨道半径＜第三填充管43所在圆形轨道半径。

根据光纤的拉制速度和石英套管2的给进速度，调节第一填充管41、第二填充管42、第三填充管43的底端开口大小，控制石英粉5落入所述间隙3中的速度；石英粉5落入所述间隙3的过程中，通过抽真空的方式去除石英粉5间的空气后，再将填充有石英粉5的石英套管2底端送入熔融设备；当填充有石英粉5的石英套管2底端进入熔融设备时，熔融形成外径为250mm的大尺寸光棒，大尺寸光棒随后进入拉制设备拉制成光纤。

光纤的拉制速度为3200m/min，光棒的给进速度为0.8m/min，石英粉5的落下速度为16g/min，填充管4的旋转速度为12r/min。

实施例1～3中相关的控制参数及对应的光棒性能和拉制的光纤的相关性能指标如表1所示：

表1、实施例1～3的控制参数及对应的光棒、光纤的相关性能指标

从表1可以看出，本发明制造出的光纤在1310nm处的衰减小于0.33db/km，而在1550nm处的衰减则小于0.20db/km，衰减系数均小于国际标准值，说明本发明制造出的光纤性能良好。

本发明的原理阐述如下：

在光纤拉制过程中，在芯棒和石英套管之间填充石英粉，首先需要解决石英粉的填充方式，需要将石英粉均匀填入芯棒和石英套管之间的间隙；其次需要将因石英粉填充带来的空隙在光棒的顶部通过管道与真空泵连接，在真空泵的作用下降低芯棒与石英套管之间的间隙内的气压，从而实现高温下良好的石英粉的熔融，从而避免最终拉制的光纤的石英包层含有气泡。

本发明采用渐进式的石英粉填充方式：在光纤拉制时，同时填入石英粉，并根据光纤的拉制速度和光棒的给进速度，合理调节往芯棒和石英套管间隙之间填充石英粉的速度，从而可以在芯棒和石英套管间隙内填充足够的石英粉，使其熔融成实心，从而实现石英粉的良好熔融结合。

本发明采用旋转式的石英粉填充方式：通过一个可在芯棒和石英套管之间的石英粉填充管进行填充，该石英粉填充管在芯棒和石英套管之间的间隙之间做螺旋往复运动，其运动的轨迹为在该间隙内从靠近芯棒外侧进行圆周运动，之后扩大运动直径，逐渐靠近到石英套管内侧，然后再从石英套管内侧进行圆周运动，然后减小运动直径，逐渐靠近到芯棒外侧，或者在该间隙内从靠近石英套管内侧进行圆周运动，之后减小运动直径，逐渐靠近到芯棒外侧，然后从靠近芯棒外侧进行圆周运动，之后扩大运动直径，逐渐靠近到石英套管内侧，如此反复，从而渐次将芯棒和石英套管之间的间隙均匀填充。

本发明专利涉及的一种光纤的制造方法，通过采用石英粉填充的方式在光纤拉制时形成包层。通过1根或多根石英粉填充管，实现边拉制光纤，边填充石英粉的形式在芯棒和石英套管之间填充石英粉，然后通过抽真空的方式去除石英粉间的空气，使其在高温熔融时可以良好熔融，从而形成具有均匀且不含气泡的石英包层。石英粉填充管向芯棒和石英套管之间填充石英粉的速度可灵活调节，并可根据光纤拉制时光棒的给进速度来进行匹配性调整，从而可将还待熔融的已填充石英粉的部分有充足的时间将石英粉间间隙内含的空气抽走，保证其完全熔融不含气泡；同时石英粉填充管可在芯棒和石英套管之间的间隙做圆周运动,使石英粉可均匀的填充在芯棒和石英套管之间的间隙中，从而保证熔融成型的石英光棒的均匀性。为提升石英粉的填充效率和填充均匀性，根据拟制备的石英棒的大小，可采用1根，2根或3根石英粉填充管，其均围绕芯棒做圆周运动，从而实现石英粉的快速而均匀的填充。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。