专利名称：制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及玻璃光纤，特别是一种制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置。 适用于具有不同纤芯结构类型的特种玻璃光纤预制棒的制作，尤其适用于各种基质
的多组分玻璃光纤预制棒的制作。
背景技术：
多组分玻璃光纤在光纤通信、光纤传感、医疗器械、仪表照明、光学工程等行 业具有广泛的用途。特别是随着光网络传输容量的日益扩大，以往在常规石英光纤 传输中的一些光学非线性效应得到了很大的积累和提高，对光信号传输产生了微扰 和破坏，已经成为光通信过程中不能忽视的问题，从而促进了各种具有不同结构类 型和色散模式的多组分特种玻璃光纤的发展，以解决光纤传输过程中遇到的各种光 学问题。
从目前光纤预制棒的制作现状来看，通过化学气相沉积法制作常规的石英光纤 是工业生产中产量最大、工艺最为成熟的方法。但是，对于端面形状较为复杂的特 种玻璃光纤来说，化学气相沉积法的实际操作工艺难度大；尤其是对于多组分特种 玻璃光纤来说，由于化学气相沉积法所能提供的原料仅为有限的几种，不能满足玻 璃基质的组分变化要求，因此基本上不采用化学气相沉积的方法来制作多组分玻璃 光纤。
传统的制作多组分玻璃光纤的方法主要有管棒法和吸注法。其中，管棒法是通 过分别加工包层玻璃套管和纤芯玻璃棒，然后将纤芯玻璃棒插入包层套管构成的， 该方法存在的问题是包层套管是通过精密机械加工而成，这一方面在加工过程中
引入了杂质，引入了光纤芯和包层之间的杂质损耗，另一方面纤芯玻璃棒是直接插 入包层套管中间的，二者界面之间不可避免的存在一定的空隙，从而产生损耗，另 外，玻璃套管的内部抛光、套管的内径、长度等都受到实际操作的限制，很难制得 低损耗的单模玻璃光纤。吸注法是先将包层玻璃液倒入模具，然后迅速在模具上方 继续倒入芯料玻璃液，通过模具下面未冷却玻璃液的少量滴漏，通过重力作用吸入 模具上端的芯料玻璃液，从而制得光纤预制棒。该方法的特点是避免了机械加工带
来的损耗，但是芯料在预制棒中的直径不均匀，可利用的纤芯玻璃棒短；漏料不容易控制，可重复性差；而且为了保证芯料的吸入，浇注时必须保证包层和芯料玻璃 液的低粘度，从而在操作过程中容易引入气泡而增加光学损耗。
申请号为200410051091.8的发明专利中采用一种结合管棒法和吸注法的新制作 方法，即先制备包层玻璃棒，通过精密加工成包层套管；然后将玻璃套管加热到高 于玻璃转变温度lg、低于玻璃熔化温度Ts下，直接倒入熔制好的玻璃芯料，再退火 制得预制棒。这种采用热浇注的方法，避免了芯和包层之间的空隙，但仍然对包层 套管采用了机械加工的方法，因此也就不能避免杂质的引入和加工的难度；同时， 这种采用芯料玻璃液浇注已经成型的包层套管的方法，尽管在套管玻璃转变温度Tg 以上进行，但实际操作中往往容易引起包层套管爆裂，操作难度大。
申请号为200510049336. 8的专利采用了先制备相对称的半圆形预制棒，然后合 在一起进行加热熔接的方式来制备出预制棒。该种方法不需要精密的机械加工，而 且可以制作不同端面结构的玻璃光纤。但是，在通过两块对称的玻璃块体进行熔合 之前，必须要对需熔合的端面进行清洗、抛光，以去除玻璃母体制备时模具引入的 杂质；同时，两块母体玻璃在结合的时候不可避免地会存在一定的偏差，而这个偏 差对于制备类似单模等芯径较细的预制棒来说，将会大大影响到纤芯的圆度和同心 度。
申请号为200710150748.6的发明专利中采用了一种特制的玻璃棒浇注炉，通 过模具在该炉内先制备出纤芯玻璃棒材料，熔拉变细后放置于模具中预热，然后再 浇注入包层玻璃液，退火后制备出预制棒。该种方法的优点是制作工艺比较简单， 而且不需要采用精密机械加工，芯与包层界面结合紧密而无杂质混入。缺点是一 方面该专利并未给出具体的纤芯玻璃棒放置方法，不能保证纤芯玻璃棒与包层套管 的同心度；另一方面该专利公布的模具内径只有lOmm左右，需要采用二次熔拉法 才能制得单模光纤，增加了制备工艺的复杂性和难度；同时该专利采用了玻璃模具， 不能制备与该模具热膨胀系数或软化温度相近的多组分玻璃基质，因而限制了其使
用范围。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种制作多组分玻璃光 纤预制棒的模具装置。本实用新型解决了现有多组分玻璃光纤预制棒制作过程中界 面损耗大、特殊端面结构玻璃光纤制作难度大、制作工艺复杂等问题。可以精确控制光纤端面的结构，工艺简单，可操作性好，生产效率高等优点。 为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案如下-
一种制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置，其特垫在于该装置包括不锈钢 柱形圆筒，该不锈钢柱形圆筒的两端和两块不锈钢端盖通过螺丝连接，所述的两块 不锈钢端盖具有相同的供穿设纤芯玻璃棒的小孔，所述的不锈钢柱形圆筒的顶端侧 壁设有低于顶端的通口，该通口构成所述的不锈钢柱形圆筒的内外相通的向内倾斜 的凹槽。
所述的小孔是位于所述的不锈钢端盖的圆心、偏心的一个小孔，或位于偏心的 与圆心相对称的多个小孔。
所述的小孔为圆孔、方孔或其它多边形孔。 本实用新型的优点在于
(1) 采用本实用新型，不需要对包层玻璃或芯层玻璃棒进行精密机械加工， 从而避免了杂质的混入和较高的加工难度，大大降低了纤芯玻璃棒和包层界面之间 的杂质和气泡损耗；
(2) 采用本实用新型后，无论是纤芯玻璃棒还是包层，都是通过简单的浇注 退火制作而成，工艺及其简单、可重复性好、效率高；
(3) 采用本实用新型，只需通过纤芯玻璃棒的数目、分布和直径的变化来调 整特种玻璃光纤的结构类型，制作光纤种类多样、操作简单易行；
(4) 本实用新型适合于各种多组分纤芯玻璃棒的制作。
图1为制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置示意图。 图2为利用图1的模具装置浇注包层玻璃液时的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例和附图进一步阐明本实用新型的 内容，但本实用新型的内容不局限于下面的实施例。
先请参阅图l，图l为用于制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置示意图，由 图可见，本实用新型制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置，包括不锈钢柱形圆筒 1，该不锈钢柱形圆筒1的两端和两块不锈钢端盖2通过螺丝3连接，所述的两块 不锈钢端盖2具有相同的供穿设纤芯玻璃棒9的小孔4，所述的不锈钢柱形圆筒1的顶端侧壁设有低于顶端的通口，该通口构成所述的不锈钢柱形圆筒1的内外相通 的向内倾斜的凹槽5。
所述的小孔4是位于所述的不锈钢端盖2的圆心6、偏心7的一个小孔，或位 于偏心的与圆心相对称的多个小孔8。
所述的小孔4为圆孔、方孔或其它多边形孔。
所述的纤芯玻璃棒和包层玻璃的材料为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、碲酸盐、锗 酸盐、铋酸盐或硫系多组分玻璃。 实施例1
一种单模光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤包括如下步骤
① 熔制纤芯玻璃，制成圆棒后，按所需要的纤芯的形状和尺寸光纤拉丝机拉制
成直径为1. 2mm的纤芯玻璃棒9;
② 根据所需要制作多组分玻璃光纤的结构和尺寸，选择或加工所需要的模具装 置，包括不锈钢柱形圆筒l的长度和内径，不锈钢端盖2的小孔4的数目、形状、 位置和尺寸，模具装置安装好后，将所述的纤芯玻璃棒9插入所述的不锈钢端盖2 的小孔4中，保障所述的纤芯玻璃棒9与所述的不锈钢柱形圆筒1的轴线平行后， 固定在所述的模具装置中；
③ 打开炉口朝上的马弗炉，将装有纤芯玻璃棒9的模具装置垂直地放置于炉内， 在温度高于所述的纤芯玻璃棒的玻璃转变温度(Ts)且低于玻璃软化温度(Ts)条 件下预热1 2小时；
④ 采用普通熔融法熔制包层玻璃液；
⑤ 取出装有包层玻璃液的坩埚11,迅速打开所述的马弗炉炉门，用夹钳将竖直 放置的所述的模具装置沿着侧面凹槽5方向倾斜10 30。角，将倒筒10的尖端插 入所述的凹槽5并深入所述的不锈钢柱形圆筒1内，将坩埚11内的包层玻璃液通 过倒筒10沿着所述的模具装置顶端侧面凹槽5缓缓倒入所述的不锈钢柱形圆筒1 内，将模具装置复位，关闭炉门；
⑥ 进行精密退火，冷却后卸开所述的模具装置，即获得所需要的光纤预制棒。 所述的不锈钢端盖2的小孔4是通过端盖2的圆心的小孔6，且直径略大于所
述的纤芯玻璃棒9的直径，以便所述的纤芯玻璃棒9的插入；不锈钢柱形圆筒1的 顶端侧壁开有低于顶端5 15mrn,宽度为15~25鹏的凹槽5,所述的倒筒10的尖
6端插入所述的凹槽5并深入所述的不锈钢柱形圆筒1内长度为10 20mm，与外壁的 倾斜角为15 30° 。 实施例2
一种偏心光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤
(1) 采用普通熔融法熔制纤芯玻璃，加工成圆棒后通过光纤拉丝机拉制成直 径为1.5mm的纤芯玻璃棒9;
(2) 选用偏心小孔7的直径为2rnm、孔心距离圆心为3鹏、形状相同的两块不 锈钢端盖2，保持两块不锈钢端盖2的偏心小孔7的连线与不锈钢柱形圆筒1的轴 线平行，通过螺丝3将所述的不锈钢端盖2固定在内径为25mra不锈钢柱形圆筒1 的两端，将纤芯玻璃棒9插入所述的不锈钢端盖2的偏心小孔7内，放入炉口朝上 的马弗炉内，在温度高于纤芯玻璃棒的玻璃转变温度(T》，低于玻璃软化温度(Ts) 量的条件下预热1 2小时；
(3) 采用普通熔融法熔制包层玻璃；
(4) 取出装有包层玻璃液的坩埚11，迅速打开预热预制棒模具的马弗炉炉门， 用夹钳将竖直放置的模具装置沿着侧面凹槽5方向略为倾斜10 30°角；
(5) 将坩埚11内的包层玻璃液通过倒筒10沿着模具装置顶端侧面凹槽5缓 缓倒入所述的不锈钢柱形圆筒l内，参见图2，将模具装置复位，关闭炉门，进行 精密退火，冷却后即可制得偏心光纤预制棒。
实施例3
一种熊猫型偏振光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤
(1) 采用普通熔融法熔制纤芯玻璃，加工成圆棒后，通过光纤拉丝机拉制成 直径为lmm的纤芯玻璃棒；
(2) 选用每个不锈钢端盖上都有两个偏心小孔8，且孔径都为1.5mm、孔心距 离圆心为2mm并以圆心相对称的两块不锈钢端盖2，保持不锈钢端盖2相对应的小 孔8的连线与所述的不锈钢柱形圆筒1圆柱体的轴线平行，通过螺丝3固定在内径 为25ram不锈钢柱形圆筒1的两端，将纤芯玻璃棒9插入不锈钢端盖2的两个小孔8 内，放入炉口朝上的马弗炉内，在温度高于纤芯玻璃棒的玻璃转变温度(T》，低于 玻璃软化温度(Ts)的条件下预热1 2小时；
(3) 采用普通熔融法瑢制包层玻璃；(4) 取出装有包层玻璃液的坩埚ll，迅速打开预热纤芯玻璃棒9的马弗炉炉 门，用夹钳将竖直放置的模具装置沿着侧面凹槽5方向略为倾斜10 30。角；
(5) 将坩埚11内的包层玻璃液通过倒筒10沿着模具装置顶端侧面凹槽5缓 缓倒入所述的不锈钢柱形圆筒l内，参见图2，将模具装置复位，关闭炉门，进行 精密退火，冷却后即可制得偏心光纤预制棒。
实施例4
一种矩形光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤
(1) 采用普通熔融法熔制芯层玻璃，加工成20X20X200m^的长方体玻璃棒 后通过光纤拉丝机拉制成端面为1. 2X1. 2咖2的方形纤芯玻璃棒；
(2) 将带有1. 5X1. 5咖2方形小孔4的不锈钢端盖2通过螺丝3固定在内径为 25mm不锈钢柱形圆筒1的两端，将所述的纤芯玻璃棒9插入不锈钢端盖2的方形小 孔4内，放入炉口朝上的马弗炉内，在温度高于纤芯玻璃棒的玻璃转变温度(Ts)， 低于玻璃软化温度(Ts)的条件下预热1 2小时；
(3) 采用普通熔融法熔制包层玻璃；
(4) 取出装有包层玻璃液的坩埚11，迅速打开预热预制棒模具的马弗炉炉门， 用夹钳将竖直放置的模具沿着侧面凹槽5方向略为倾斜10~30°角；
(5) 将坩埚11内的包层玻璃液通过倒筒10沿着模具装置顶端侧面凹槽5缓 缓倒入所述的不锈钢柱形圆筒l内，参见图2，将模具装置复位，关闭炉门，进行 精密退火，冷却后即可制得偏心光纤预制棒。
以上四个实施例实践表明制备出的光纤预制棒未发生析晶或炸裂，包层一纤
芯界面结合紧密并无气泡杂质，纤芯形状位置无变化，工艺过程简单易行，获得了 比较理想的光纤预制棒。本实用新型解决了现有多组分玻璃光纤预制棒制作过程中 界面损耗大、特殊端面结构玻璃光纤制作难度大、制作工艺复杂等问题。可以精确 控制光纤端面的结构，工艺简单，可操作性好，生产效率高等优点。
权利要求1、一种制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置，其特征在于该模具装置包括不锈钢柱形圆筒(1)，该不锈钢柱形圆筒(1)的两端和两块不锈钢端盖(2)通过螺丝(3)连接，所述的两块不锈钢端盖(2)具有相同的供穿设纤芯玻璃棒(9)的小孔(4)，所述的不锈钢柱形圆筒(1)的顶端侧壁设有低于顶端的通口，该通口构成所述的不锈钢柱形圆筒(1)的内外相通的向内倾斜的凹槽(5)。
2、 根据权利要求l所述的模具装置，其特征在于所述的小孔(4)是位于所述 的不锈钢端盖(2)的圆心(6)、偏心(7)的一个小孔，或位于偏心的与圆心相对 称的多个小孔(8)。
3、 根据权利要求2所述的模具装置，其特征在于所述的小孔(4)为圆孔或方孔。
专利摘要一种制作多组分玻璃光纤预制棒的模具装置，该模具装置由不锈钢柱形圆筒的两端和两块不锈钢端盖通过螺丝连接而成，所述的两块不锈钢端盖具有相同的供穿设纤芯玻璃棒的小孔，所述的不锈钢柱形圆筒的顶端侧壁设有低于顶端的通口，该通口构成所述的不锈钢柱形圆筒的内外相通的向内倾斜的凹槽。本实用新型解决了现有多组分玻璃光纤预制棒制作的界面损耗大、特殊端面结构玻璃光纤制作难度大、制作工艺复杂等问题。
文档编号C03B37/012GK201321430SQ20082015684
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者姜中宏, 张军杰, 汪国年, 胡丽丽 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所