一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，是制造圆双折射光纤的关键步骤。
【背景技术】
[0002]近年来，全光纤电流互感器以其动态范围大、频带宽，安装灵活、抗电磁干扰能力强、可测交直流信号等优点，成为了新型电流互感器的发展趋势。由于以法拉第效应为基本原理的全光纤电流互感器对光纤传感环中的线性双折射同样敏感，这使得低线性双折射光纤成为全光纤电流互感器的核心兀件。
[0003]最初采用的低线性双折射光纤是由普通单模光纤扭转得到的，具体制造方法也分别在公开号为CN 1663922的中国专利《拉制期间旋转光纤预型的光纤生产设备和方法》、授权公告号为CN 201857345的中国专利《光纤扭转装置》、公开号为CN 1472153的中国专利《低偏振模色散单模光纤的制造方法及用该方法制备的光纤》提出，具体方法都是在拉丝过程中旋转预制棒或者是搓动光纤来实现扭转。随着人们对全光纤电流互感器研究的深入，逐渐发现传统低线性双折射光纤存在诸如抗弯曲能力差、抗冲击能力差、温度稳定性弱等缺点，而另一种带有应力区的低线性双折射光纤又称圆双折射光纤进入人们视野，这种光纤引入了大量的圆双折射来抑制残余线双折射，使得光纤环具有很强的抗外界干扰能力。第92113821.0号中国专利《保持圆偏振态的光纤和它的制备方法》中给出了圆双折射光纤的基本构造:包层中带有一个或多个应力区沿光纤轴成螺旋状分布。制作圆双折射可以套用前面在拉丝过程中旋转预制棒或者是搓动光纤的方法，但这些方法存在一些难题:1、由于圆双折射光纤螺距一般要求8mm以下，而为了保持机械强度拉丝速度必须维持在30m/min以上,此时预制棒转速或搓动速度需达到3500r/min以上,这已经远超出机器的正常运转范围；2、拉丝过程中旋转会使光纤发生摆动，发生涂覆不匀等现象。
[0004]申请公布号CN 102442774的中国专利《超低双折射光纤的制造方法及旋转拉伸塔》提出了将预制棒旋转拉伸的方法，这种方法可很好的应用到普通单模光纤预制棒的扭转中，但对于领结型预制棒的扭转存在以下一些难题:1、传统领结型预制棒应力区面积占总截面积10%以上，预制棒在后续加工处理中容易炸裂；2、传统领结型光纤纤芯椭圆度高达28%以上，如果制成旋转光纤，会造成芯径分布不匀，进而影响光纤截止波长、模场直径等多个指标，同时还存在与其他光纤耦合困难的问题；3、扭转是在高温下进行，石英将不可避免的发生挥发和堆料现象，这会严重破坏预制棒的外皮层甚至应力区。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，包括预制棒制作和预制棒套管步骤，特别是要解决传统领结型预制棒在后续加工处理中容易炸裂的问题、传统领结型预制棒纤芯椭圆度偏高的问题以及扭转时石英挥发和堆料的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是: 1、预制棒制作采用改进的化学气相沉积法(MCVD)，与传统领结型预制棒相比，在沉积应力层时，减少了每层的进料量并减少一定层数；沉积内皮层时，增加了每层的进料量并增加一定层数。
[0007]2、预制棒制成后，将预制棒与石英管沿轴向同心放置，在MCVD车床上沿轴向加热熔缩，制成带有套管层的预制棒。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1、采用本发明制成的预制棒套管前应力区面积占截面总面积的:3~7%，使预制棒在后续加工处理中不易炸裂。
[0009]2、在应力区面积减小的同时，把内皮层直径增大，这样做的好处有:(I)可以有效减小熔缩过程中应力区对芯层椭圆度的影响，采用本发明可以使纤芯椭圆度降至3%以下，达到了普通单模光纤的标准；(2)减小了应力区掺杂材料的本征吸收，使光纤损耗降低。
[0010]3、在预制棒外部加入套管层的好处有:(I)解决了预制棒在高温扭转过程中的挥发和堆料问题，让挥发和堆料都发生在套管层，保证了原有预制棒的结构完整；(2)进一步减小了应力区面积占截面总面积的百分比，炸裂问题完全解决。
[0011]4、采用本发明制得的预制棒对最终圆双折射光纤的有益效果有:(I)可以提高光纤的机械性能；(2)可以使光纤易与其他光纤耦合；(3)可以降低光纤的制作难度，提高成品率。
【附图说明】
[0012]图1为带有套管层的小应力区领结型光纤预制棒截面示意图。
[0013]图2为带有套管层的小应力区领结型光纤预制棒制作流程图。
[0014]图中芯层-1，内皮层-2，应力区-3，外皮层-4，套管层-5。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0016]带有套管层小应力区领结型光纤预制棒截面如图1所示，其结构由内向外依次是芯层、内皮层、应力区、外皮层、套管层。
[0017]带有套管层的小应力区领结型光纤预制棒的制作是在MCVD车床上进行，其具体步骤如图2所示，包括:
1、在MCVD车床上将衬管分别与引管和尾管连接，并对衬管进行内外抛光处理。
[0018]2、正常沉积外皮层。
[0019]3、沉积应力层，应力层每层的进料量的较传统领结型光纤预制棒少，且沉积层数减少。
[0020]4、蚀刻应力层，将衬管停止转动，在衬管正下方用蚀刻灯沿轴向移动对应力层进行蚀刻，保证应力层断开；然后将衬管旋转180°蚀刻另一端，保证另一端应力层断开。
[0021]5、沉积内皮层，内皮层每层的进料量较传统领结型光纤预制棒多，且沉积层数增加。
[0022]6、正常沉积芯层。
[0023]7、进行缩细和外抛处理，制得套管前的小应力区领结型光纤预制棒。
[0024]8、石英管用去离子水冲洗、酸洗、火抛后，将其一端缩口。
[0025]9、将预制棒放在石英管中，一端与石英管缩口端固定，另一端用工件与石英管固定，并保持棒管的同心度。
[0026]10、两端接引管重新放置在MCVD车床上，从缩口的一端沿轴向移动加热，制成带有套管层的小应力区领结型光纤预制棒。
[0027]实施例1:
1、制棒步骤中，应力层每层进料量减少20%，沉积层数为3层，内皮层每层进料量增加50%,沉积层数为3层,制成光纤预制棒外径为11.0mm,拉制成直径为79.8 μ m的光纤,应力区面积为241.3 μ m2，占总面积的4.8%，这个占比可保证预制棒在高温下扭转或常温下磨抛都不会炸裂；光纤内端纤芯椭圆度1.4%，外端纤芯椭圆度1.3%，达到了扭转前的要求；光纤在1310nm波段拍长为6.67_，可满足扭转前对偏振性能的要求。
[0028]2、套管步骤中，石英棒外径19mm，壁厚2mm，在温度为2140±5°C、车速为8mm/min的条件下，制成带有套管层的预制棒外径15.9mm,内部光洁无气泡,拉成光纤的芯包同心度差为0.9 μ m,套管后同心度较好,套管层占总截面面积达51.5%,可以用于扭转。
【主权项】
1.一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于光纤预制棒的制作步骤采用改进的化学气相沉积法(MCVD)，与传统领结型光纤预制棒相比，其应力区面积较小、内皮层直径较大，并且在预制棒外部加入了套管层。2.根据权利要求1所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于光纤预制棒套管前的外径为ll~20mm。3.根据权利要求1或2所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于光纤预制棒套管前直接拉制成Φ80光纤，光纤截面应力区面积占截面总面积的3~7%。4.根据权利要求1或2所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于光纤预制棒套管前直接拉制成Φ80光纤,光纤内皮层直径为18~22μηι。5.根据权利要求1或2所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于光纤预制棒套管前直接拉制成Φ80光纤,光纤在1310nm波段的拍长为4?1mm06.根据权利要求1所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于用于套管的石英管外径为19~30mm，壁厚为llmm。7.根据权利要求1或6所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于将预制棒和石英管沿轴线同心放置并在高温下熔缩，加热温度为2140±50°C，车速为 5~10mm/min。8.根据权利要求1或6所述的一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于带有套管层的预制棒外径为15~25mm。
【专利摘要】本发明公开了一种用于扭转的小应力区领结型光纤预制棒的制造方法，其特征在于光纤预制棒采用改进的化学气相沉积法（MCVD）制成，与传统领结型光纤预制棒相比，其应力区面积较小，解决了预制棒在后续加工处理中容易炸裂的问题；预制棒内皮层直径较大，解决了芯层椭圆度大的问题，还降低了光纤损耗；在预制棒外部加入套管层，解决了预制棒在扭转过程中石英挥发和堆料问题。本发明操作难度较低，制得的预制棒适于在高温下扭转或常温下磨抛，是制造圆双折射光纤的关键步骤。
【IPC分类】C03B37/018
【公开号】CN105016615
【申请号】CN201410166207
【发明人】徐天聪, 杭利军, 隋宁菠, 魏国盛, 李保群
【申请人】北京一轻研究院
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年4月24日