本发明涉及玻璃光纤预制棒的制备装置及方法，特别适用于具有芯包层结构的稀土离子掺杂氟基玻璃光纤预制棒的制备，具有良好的芯包层界面、芯包同心率高、芯层直径稳定的优势。
背景技术：
1、2～5μm近中红外激光在外科医疗手术、眼科手术、分子吸收光谱、有机聚合物激光切割、国防红外对抗等领域具有广泛的应用。光纤激光器以其尺寸小、光束质量好、成本低、光-光转化效率高、热效应低等优势成为激光器研究的一大方向。一种产生中红外波段的激光的方法是基于稀土离子的独特能级结构，可以发射不同波长的中红外光，被广泛应用于中红外波段荧光和激光发射。氟基玻璃材料由于其高的稀土离子溶解度、高的红外透过率、远的红外截止边和高的激光损伤阈值而被广泛应用于中红外器件的制备。稀土离子掺杂的氟基玻璃光纤作为增益介质要求氟基玻璃光纤具有高的光学质量，在制备工艺上带来了挑战。具有芯包层结构的稀土掺杂氟基玻璃增益光纤的制备难点体现在芯包层偏心率、芯包层界面质量、易析晶、内应力大等问题上。现阶段传统的制备工艺使用倾倒法，先浇铸包层并倾倒出中央玻璃液形成空心管，再往其中倾倒芯层玻璃液形成预制棒，通常导致芯包不同心、芯包比下小上大不均匀、高温芯层侵蚀包层导致折射率不成阶跃式分布等问题，急需一种新型制备装置和制备工艺。因此我们设计了一种基于温度-粘度依赖关系的芯包结构光纤预制棒的制备装置和工艺技术，可以获得高芯包界面质量、高芯包同心率、高光学质量的氟基玻璃增益光纤预制棒。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种芯包结构玻璃光纤预制棒的制备装置及方法。与以往的制备方法和装置相比，该装置可以制备高质量芯包界面和高芯包同心率的氟基玻璃增益光纤预制棒。
2、本发明的技术解决方案如下：
3、一种氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，包括用于盛放芯层玻璃液的芯层液容器、用于盛放包层玻璃液的包层液容器、预制棒成型模具以及成型模具固定器，其特点在于，还包括玻璃液隔离管；
4、所述预制棒成型模具为空心圆柱管，放置于所述成型模具固定器中，在所述成型模具固定器下方设置有牵引机构，用于带动所述成型模具固定器上下移动；
5、所述玻璃液隔离管放置于所述预制棒成型模具内，使芯层玻璃液和包层玻璃液分别沿所述玻璃液隔离管内壁和外壁流入所述预制棒成型模具中，在预制棒成型模具中，所述玻璃液隔离管底部与所述成型模具固定器上方紧密贴合，使包层玻璃液与芯层玻璃液隔离，包层玻璃液比芯层玻璃冷却更快，当包层玻璃液凝固为玻璃时，芯层玻璃液处于温度略高、粘度较大、仍为液体的状态，此时通过所述牵引机构下拉所述成型模具固定器，且确保所述玻璃液隔离管底部始终低于包层玻璃的固液交界面，从而使所述芯层玻璃液在所述预制棒成型模具中缓慢铺开凝固，形成具有芯包结构的氟基玻璃光纤预制棒。
6、进一步，还包括退火温控系统，用于对所述预制棒成型模具的预热，为玻璃冷却的提供温度控制，防止玻璃冷却过快导致炸裂或芯层提前凝固，并为成型的玻璃预制棒提供退火环境；
7、所述预制棒成型模具是由三块弧度成120°的弧形柱拼合形成的空心圆柱管，在成型模具固定器外部以三根夹角成120°的螺丝旋紧固定。
8、所述的成型模具固定器下方通过螺丝与牵引机构连接。
9、所述的芯层液容器和包层液容器底部设有开口，并连接引流丝，可手动添加玻璃液并由自动化系统控制开口尺寸以控制玻璃液流量。
10、所述的芯层液容器和包层液容器为铂金、黄金等贵金属，与其下方开口相连接的引流丝为铂金、黄金等贵金属或玻璃碳。
11、进一步，还包括浇铸定位板，用于定位所述玻璃液隔离管，使所述玻璃液隔离管稳定位于所述预制棒成型模具中央，保证所述玻璃液隔离管的可拆卸替换性。
12、所述浇铸定位板为不锈钢，所述玻璃液隔离管为铂金，且表面经过镜面抛光处理。
13、一种制备氟基玻璃光纤预制棒的方法，包括如下步骤：
14、步骤1.持续浇铸包层和芯层玻璃液至预制棒成型模具中；
15、步骤2.通过牵引机构下拉所述成型模具固定器，且确保所述玻璃液隔离管底部始终低于包层玻璃的固液交界面，使芯层玻璃液在预制棒成型模具中缓慢铺开形成芯包结构；
16、步骤3.具有芯包结构的预制棒浇铸完毕后通过退火温控系统进行退火处理。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果：
18、1)本发明通过自动化/半自动化调控芯层和包层玻璃液的添加控制模具中玻璃液的温度和固-液交界面，使芯层玻璃的温度略高于包层玻璃，在包层玻璃已凝固而芯层玻璃未凝固但具有较大粘度的温度下下拉模具，使温度略高的芯层在中央缓慢铺开，有效减少芯包界面的气泡数、减少芯层-包层温度差带来的侵蚀，从而获得具有高质量芯包界面、芯层直径稳定的氟基玻璃增益光纤预制棒；
19、2)获得的氟基玻璃增益光纤预制棒芯包界面质量高、芯层直径稳定、芯包同心率高，制备方法简单可自动化，制备周期短，有望应用于中红外光纤预制棒的制备。
1.一种氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，包括用于盛放芯层玻璃液的芯层液容器、用于盛放包层玻璃液的包层液容器、预制棒成型模具以及成型模具固定器，其特征在于，还包括玻璃液隔离管；
2.根据权利要求1所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，还包括退火温控系统，用于对所述预制棒成型模具的预热，为玻璃冷却的提供温度控制，防止玻璃冷却过快导致炸裂或芯层提前凝固，并为成型的玻璃预制棒提供退火环境。
3.根据权利要求1所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述预制棒成型模具是由三块弧度成120°的弧形柱拼合形成的空心圆柱管，在成型模具固定器外部以三根夹角成120°的螺丝旋紧固定。
4.根据权利要求1所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述的成型模具固定器下方通过螺丝与牵引机构连接。
5.根据权利要求1所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述的芯层液容器和包层液容器底部设有开口，并连接引流丝，可手动添加玻璃液并由自动化系统控制开口尺寸以控制玻璃液流量。
6.根据权利要求5所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于所述的芯层液容器和包层液容器为铂金、黄金等贵金属，与其下方开口相连接的引流丝为铂金、黄金等贵金属或玻璃碳。
7.根据权利要求1所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，还包括浇铸定位板，用于定位所述玻璃液隔离管，使所述玻璃液隔离管稳定位于所述预制棒成型模具中央，保证所述玻璃液隔离管的可拆卸替换性。
8.根据权利要求7所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述浇铸定位板为不锈钢。
9.根据权利要求1所述的氟基玻璃光纤预制棒的制备装置，其特征在于，所述玻璃液隔离管为铂金，且表面经过镜面抛光处理。
10.利用权利要求书1-9任一所述的玻璃光纤预制棒的制备装置制备氟基玻璃光纤预制棒的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：