一种光纤预制棒芯棒的熔缩拉伸工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种掺杂石英衬管熔缩同时拉伸成光纤预制棒芯棒的熔缩拉伸工艺，属于光纤制造技术领域。
【背景技术】
[0002]光纤预制棒是控制光纤的原始棒体材料，组元结构为多层圆柱体，目前光纤预制棒的制造工艺大都采用为两步法，即先制造预制棒芯棒，然后在芯棒外采用不同技术制造外包层。在预制棒芯棒的制备工艺中，目前普遍采用的是气相反应沉积工艺，典型的有管内气相沉积工艺，如MCVD (modified chemical vapor deposit1n)改进化学气相沉积法和PCVD (plasma chemical vapor deposit1n)等离子体激发化学气相沉积法，以及管外气相沉积工艺，如0VD (outside vapor deposit1n)外部气相沉积法和VAD (vapor axialdeposit1n)气相轴向沉积法；而预制棒外包层制造工艺则包括套管法、等离子喷涂法、火焰水解法和溶胶凝胶法。
[0003]针对采用PCVD或MCVD等管内气相沉积工艺制备的光纤预制棒芯棒，在波导结构沉积过程中，在反应气体进入和离开石英管材的区域以及反应热源的起始点和返程点，由于能量的突变，加上热源移动速度的不同，在气流的作用下，气体发生反应后在管材不同的地方沉积的量也不同，必然使得有些地方沉积的多，有些地方沉积的少，最终导致整根光纤预制棒芯棒的芯层直径在轴向分布的不均匀性，使得芯棒有些部分由于参数的不合格而被切除报废，从而影响光纤制备成本及生产效率。同时所拉光纤由于芯棒参数的不均匀性，会造成MFD波动较大的问题，从而导致光纤熔接后熔接损耗大正大负的现象，影响光纤的质量。P.GEITTNER [1] (P.Geittner, Reduct1n of geometric taper losses in thePCVD process, Electonics Letters 21(19)，1985)等人通过优化能量源(如谐振腔等)行程等因素，使沉积层轴向均匀性得到一定程度的提高，但是仍不能根除，因为这种不均匀性是由沉积平台本身所造成的，而且当沉积速率提高时，这种不均匀性就越明显，从而严重影响了光纤预制棒芯棒的质量，同时也限制了沉积速率的进一步提高。
[0004]另一方面，为了进一步降低光纤的制造成本，以及提高光纤的制造效率，光纤预制棒的尺寸也在不断增大，所以也要求光纤预制棒芯棒的尺寸随之增大。相比较而言，管外气相沉积法比管内气相沉积法在制造大尺寸光纤预制棒上更有优势，而采用管内气相沉积法制备的预制棒芯棒通过芯棒对接和套管法，较好地弥补了芯棒尺寸上的不足，但同时也导致较多接头的产生。随着以后光纤预制棒的尺寸继续增大，必然会导致更多接头的产生，从而造成接头处光纤的报废量增加、过接头时出现塔断问题以及接头被污染引起衰耗问题的风险增多，进而导致光纤生产成本的增加以及光纤制造效率和质量的降低。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题旨在针对以上现有技术存在的不足，提出一种光纤预制棒芯棒的熔缩拉伸工艺，通过熔缩同时水平拉伸的工艺来提高光纤预制棒芯棒芯层直径的轴向均匀性以及光纤预制棒芯棒的长度。
[0006]本发明为解决上述提出的问题所用的技术方案为:将掺杂石英衬管装夹在熔缩车床上，以15~30 rad/min(转/分)转速旋转，用加热炉套套穿于掺杂石英衬管外，加热温度为1900~2300°C，加热炉套与掺杂石英衬管同轴线并沿掺杂石英衬管轴向以20~50mm/min (毫米/分)速度从衬管一端至另一端往复移动，将掺杂石英衬管逐渐熔缩，尔后进行烧实和水平拉伸，所述的水平拉伸通过固定衬管的夹头支座沿轴向移动来实现，其特征在于在熔缩之前先检测确定沉积后的掺杂石英衬管的芯层直径轴向分布情况，在衬管的拉伸过程中，夹头支座沿轴向以恒定速度进行拉伸，加热炉套沿轴向以可变速度从衬管一端至另一端移动，所述的可变速度是指移动速度随加热炉套的位移而变化，且速度的快慢与掺杂石英衬管的芯层直径轴向分布呈负相关，即当加热炉套对应较大芯层直径时位移速度慢，当加热炉套对应较小芯层直径时位移速度快。
[0007]按上述方案，所述的拉伸过程与烧实同时进行，或者在烧实之后进行。
[0008]按上述方案，所述的夹头支座在拉伸时沿轴向移动的速度为l~20mm/min。
[0009]按上述方案，所述的加热炉套在拉伸时沿轴向移动的速度为10~40mm/min。
[0010]按上述方案，所述的掺杂石英衬管熔缩前的规格为:外径35~60mm，单边壁厚3.5~22mm，长度1.0-2.5m ;所述的衬管内层含有一种或一种以上挥发性掺杂物质，如Ge02等。
[0011]按上述方案，所述的加热炉套为石墨电阻加热炉套，发热的轴向区域为100~350mm，加热炉套与掺杂石英衬管之间的周向间隙充满保护气体。所述的保护气体为惰性气体。
[0012]按上述方案，所述的检测是借助相同沉积车床制备的预制棒芯棒来预测，所述的芯棒的沉积设备和加工工艺参数相一致，其芯层直径轴向分布通过预制棒分析仪(PreformAnalyser)沿芯棒长度进行按点检测，在此基础上设计加热炉套沿轴向移动速度变化曲线。
[0013]按上述方案，所述的加热炉套沿轴向移动速度根据加热炉套沿轴向移动速度变化曲线按预先设定的程序自动变化和调整，以加热炉套热区中心为基准点，当热区中心移动至芯层直径较大位置时，减小加热炉套沿轴向移动的速度，当热区中心移动至芯层直径较小位置时，则增大加热炉套沿轴向移动的速度。
[0014]按上述方案，所述的掺杂石英衬管经过PCVD或MCVD管内气相沉积工艺加工而成。
[0015]本发明的有益效果在于:1.本发明针对管内气相沉积(PCVD、MCVD等方式)预制棒芯棒自身存在的沉积不均匀性问题，在保证预制棒芯棒熔缩质量的前提下，通过拉伸时调整加热炉套沿轴向移动速度的方法实现衬管内不同区域不同芯径变化量的效果，可显著改善预制棒芯棒芯径的均匀性，得到芯层直径轴向分布均匀的光纤预制棒芯棒，改善所拉光纤由于参数不均匀性造成的MFD波动较大的问题，解决由于MFD波动大导致光纤熔接后的熔接损耗大正大负的现象；2.本发明在光纤预制棒芯棒的熔缩工艺中引入拉伸过程，增加光纤预制棒芯棒的有效长度，减少光纤预制棒内的接头个数，从而减少接头处光纤的报废量，同时降低过接头时出现塔断问题以及接头被污染引起衰耗问题的风险；3.本发明可通过控制光纤预制棒芯棒拉伸后的长度及横截面积来更好地匹配不同长度及横截面积的套管，有利于光纤预制棒生产过程中的控制管理；4.本发明为提高预制棒芯棒管内沉积速率和生产更大尺寸的光纤预制棒提供了前提条件，从而有利于光纤制造成本的下降和制造效率的提尚。
【附图说明】
[0016]图1是本发明熔缩和拉伸分开进行的工艺流程框图。
[0017]图2是本发明熔缩和拉伸同时进行的工艺流程框图。
[0018]图3是未进行拉伸工艺(实施例一)预制棒沿轴向的芯层直径分布曲线图。
[0019]图4是本发明一个实施例中(熔缩拉伸工艺)加热炉套沿轴向移动速度随加热炉套位移变化曲线图。
[0020]图5是本发明一个实施例中(熔缩拉伸工艺)处理后预制棒沿轴向芯层直径分布曲线图。
【具体实施方式】
[0021 ] 以下结合实施例对本发明进行详细描述。
[0022]实施例一:用于掺杂石英衬管的芯层直径轴向分布的检测，取外径为45mm，壁厚为15mm，长度为2.5m的沉积完的Si02衬管，内壁沉积掺杂Si02 (含Ge02等)，将其放置在预制棒芯棒熔缩设备上；使用石墨加热炉套提供热源，设定发热体功率，炉体以40~50mm/min速度移动，石英衬管转动速度为24rad/min，衬管表面温度约为2000~2100°C ;当发热体温度升到200(TC时，开始第一趟熔缩，程序控制加热炉套进行往复运动，将掺杂石英衬管逐渐熔缩，第四趟时炉体快速返回进气端，第五趟衬管直接烧实，熔缩过程结束。
[0023]烧实预制棒用预制棒分析仪(Preform Analyser)进行剖面折射率测量，其芯层直径沿预制棒芯棒棒长分布见图3，由图可看出预制棒左边芯径偏小，根据芯棒标准大多为不合格部分，需要切除，预制棒可用于光纤拉丝的有效长度受到损失。一般来讲，沉积速率越高，这种不均匀性将越严重。
[0024]实施例二:取外径为45mm，壁厚为15mm，长度为2.5m的沉积完的Si02衬管，内