一种管外法制备抗弯曲低水峰单模光纤的装置及其方法

摘要

本发明涉及一种管外法制备抗弯曲低水峰单模光纤的装置及其方法。包括有旋转升降吊杆，反应腔体，在反应腔体一侧设置有进风口，另一侧设置有抽风口，反应腔体内对应旋转升降吊杆分别设有芯层喷灯和包层喷灯，其特征在于所述的包层喷灯包括有内包层喷灯和外包层喷灯，外包层喷灯安设在内包层喷灯的上方，内包层喷灯安设在芯层喷灯的上方。本发明用于制备具有不同下陷的双包层，减弱了光纤预制棒因在经过高温熔融状态到拉制冷却成光纤后，光纤内部残余应力所导致剖面的折射率分布畸变问题，提高了沉积芯棒质量；采用双包层沉积方式使得芯层外有一个较厚的内、外包层，能够把芯层受到外界氢氧根离子侵蚀作用减到最低，从而保证拉丝后光纤处于低水峰水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种管外法制备抗弯曲低水峰单模光纤的装置及其方法，属于光纤母材制造技术领域。

背景技术

当前主流制棒工艺中主要用气相沉积法制作光纤预制棒的母材，气相沉积法又分为管外法和管内法，其中管内法主要有等离子体管内化学气相沉积法（Plasma ChemicalVapour Deposition，简称PCVD）和改进的管内化学气相沉积法（Modified ChemicalVapour Deposition，简称MCVD）；管外法主要有：管外汽相沉积法（Outside VapourDeposition，简称OVD）和汽相轴向沉积法（Vapour Axial Deposition，简称VAD）。管外法由于沉积速度快，对料纯度要求相对较低且生产率较高因而受各大厂家青睐。

在VAD制作光纤预制棒的母材中，用于直接生成光纤预制棒的母材即是原材料水解作用后形成，其中含有大量的羟基离子以及水分子，在后续工序中必须要经过氯气的特殊处理后方可熔缩成玻璃母材，玻璃母材经过拉伸制成一定外径的芯棒，芯棒由OVD外喷或者采用在线套棒拉丝技术制成光纤。在此过程中，较细外径芯棒在工序处理过程中极易受外径氢氧根离子侵蚀而导致光纤拉丝过程中水峰居高不下。故而，在芯棒的芯径大小一定的情况下，拥有较大外径的外包层的芯层能够有效阻挡来自外径的污染。

光纤预制棒在拉丝中由于包层不可避免受到外力作用，故而传统的纯硅包层技术会使得制得的光纤其剖面相对于初始预制棒发生了一定量的畸变，进而影响光纤的传输性能和抗弯曲性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种管外法制备抗弯曲低水峰单模光纤的装置及其方法，它能免受外径氢氧根离子侵蚀，减少光纤拉丝畸变，从而增强光纤的传输性能和抗弯曲性能。

本发明为解决上述提出的问题所采用装置的技术方案为：包括有旋转升降吊杆，在旋转升降吊杆的下方对应安设用于沉积的反应腔体，在反应腔体一侧设置有进风口，进风口与进风装置相连通，相对另一侧设置有抽风口，抽风口经由抽风管道与抽风装置相连，反应腔体内对应旋转升降吊杆分别设有芯层喷灯和包层喷灯，芯层喷灯在下，包层喷灯在上，其特征在于所述的包层喷灯包括有内包层喷灯和外包层喷灯，外包层喷灯安设在内包层喷灯的上方，内包层喷灯安设在芯层喷灯的上方。

按上述方案，所述的芯层喷灯、内包层喷灯和外包层喷灯自下而上间隔设置，间隔距为50-250mm。

按上述方案，所述的芯层喷灯、内包层喷灯和外包层喷灯的喷射方向均倾斜向上，芯层喷灯喷射方向与水平线的夹角为30~65°，内包层喷灯喷射方向与水平线的夹角为20~60°,外包层喷灯喷射方向与水平线的夹角为0~60°。

按上述方案，所述的芯层喷灯通过控制阀与四氯化硅、四氯化锗原料以及氢氧气体相连通，用于沉积光纤母材芯层。

按上述方案，所述的内包层喷灯通过控制阀与四氯化硅和氢氧气体相连通，并与含氟气体相连通，用于沉积光纤母材内包层。

按上述方案，所述的外包层喷灯通过控制阀与四氯化硅和氢氧气体相连通，并与含氟气体相连通，用以沉积光纤母材外包层。

本发明制备光纤预制棒方法的技术方案为：

打开反应腔体，将玻璃靶棒夹持固定在旋转吊杆下端，开始初始化程序，

开启沉积原料供应系统，先后点燃芯层喷灯、内包层喷灯和外包层喷灯；

原料供应系统按照各自流量计设定值开始分别先后供应芯层喷灯和内包层喷灯，此时外包层喷灯处于燃烧待喷料状态；随着芯层逐渐聚集水解产物，吊杆以一定速度边匀速向上提拉，边以一定速度旋转；

经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒预设位置处，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大变长；

待芯层成长到一定长度时，供料系统按照流量设定值往内包层喷灯供应原料以及气体，内包层喷灯开始喷射水解产物；

待粉棒内包层逐渐长大且上移至外包层灯火焰范围内时，供料系统按照流量设定值往外包层灯供应原料以及气体，外包层灯开始喷射水解产物；

之后随着反应继续，粉棒轴向上表现为逐渐变长，待沉积到达预设长度时，关闭芯层喷灯供料系统，内包层喷灯和外包层喷灯继续工作，直至芯层最下端至内包层喷灯火焰上端时，关闭内包层喷灯和外包层喷灯，沉积结束。

本发明的有益效果在于：1、包层喷灯包含内包层灯和外包层灯，用于沉积粉棒的内、外包层，且两个包层灯各通入不等量的含氟气体，用于制备具有不同下陷的双包层，由于双包层的粘度匹配，减弱了光纤预制棒因在经过高温熔融状态到拉制冷却成光纤后，光纤内部残余应力所导致剖面的折射率分布畸变问题，提高了沉积芯棒质量；2、内包层下陷较深，可使得光纤具备优良的抗弯曲性能；3、采用双包层沉积方式使得芯层外有一个较厚的内、外包层，能够把芯层受到外界氢氧根离子侵蚀作用减到最低，从而保证拉丝后光纤处于低水峰水平。

附图说明

图1为本发明一个实施例的总体结构示意图。

图2为本发明一个实施例的预制棒芯棒剖面图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

本发明装置的实施例如图1所示，一种VAD装置，包括有旋转升降吊杆8，在旋转升降吊杆的下方对应安设用于沉积的反应腔体1，在反应腔体一侧设置有进风口2，进风口与进风装置相连通，相对另一侧设置有抽风口3，抽风口经由抽风管道与抽风装置相连，反应腔体内对应旋转升降吊杆分别设有芯层喷灯4和包层喷灯，所述的包层喷灯包括有内包层喷灯5和外包层喷灯6，所述的芯层喷灯、内包层喷灯和外包层喷灯自下而上间隔设置，间隔距为100-150mm，外包层喷灯安设在内包层喷灯的上方，内包层喷灯安设在芯层喷灯的上方，并且，所述的芯层喷灯、内包层喷灯和外包层喷灯的喷射方向均倾斜向上，芯层喷灯喷射方向与水平线的夹角为50°，内包层喷灯喷射方向与水平线的夹角为45°，外层喷灯喷射方向与水平线的夹角为45°。芯层喷灯4通入四氯化硅、四氯化锗原料以及反应所需的氢氧气体，用于沉积芯层，内包层喷灯5和外包层喷灯6除通入四氯化硅和反应所需的氢氧气外，各自通入不等量的含氟气体，用于沉积内包层和外包层，制备具有不同下陷的双包层。外包层喷灯可不通入含氟气体，直接制备纯二氧化硅包层。含氟气体可为六氟化硫和四氟化碳。

预制棒的制备过程为：打开反应腔体1，将玻璃靶棒7固定在旋转升降吊杆8下端，开始初始化程序；随着芯层喷灯4和包层喷灯5开始喷射水解产物，旋转升降吊杆以一定速度边匀速向上提拉，边以一定速度旋转；同时开启沉积原料供应系统，先后点燃芯层喷灯4、内包层喷灯5和外包层喷灯6，供应系统先按照各自流量计设定值开始分别先后供应芯层喷灯和内包层喷灯向玻璃靶棒喷料，此时外包层喷灯只是处于点燃状态，供料系统不对其进行供料。经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒预设位置处，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大；随着反应继续，芯子逐渐长大，粉棒9轴向上表现为逐渐变长，待粉棒内包层逐渐长大且上移至外包层喷灯火焰范围内时，供料系统按照流量设定值对外包层喷灯供应原料以及气体，外包层喷灯开始喷射水解产物，粉棒外径进一步加粗；之后随着反应继续，粉棒长度持续增加，达到预设长度时，关闭芯层喷灯的供料系统，内包层喷灯和外包层喷灯继续工作，直至芯层最下端至内包层灯火焰上端时，先后关闭内包层灯和外包层喷灯，沉积结束。

图2所示为本发明的一个实施例芯棒剖面。A区域为芯层；B和A区域之间为芯层和内包层的交界区域，由于VAD技术限制，其沉积后剖面存在一定交界区无法明显界定区间范围；C和B区域之间为内包层沉积的区域；D和C区域之间为内包层与外包层交界区域；E和D区域之间为外包层沉积的区域；本实施例剖面采用内包层与外包层掺不同量的含氟气体，且内包层的含氟气体通入量较多，使得内包层相对于外包层有一个较深下陷；外包层的掺氟量相对于包层1较小，沉积后的外包层所形成的区域下陷较浅；由此在芯层外形成双包层的较厚保护区域，可以阻挡来自外界氢氧根离子对芯层的污染，且内包层采用较深下陷，能够最大程度保护芯子在成纤过程中的外力造成的剖面畸变，外包层采用相对较浅下陷能够与内包层以及芯层进行很好的粘度匹配，有利于光路传输中减小光的损耗。从而制备处一种抗弯曲低水峰单模光纤的预制棒母材。