[发明专利]一种光纤预制棒制备及光纤拉丝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤预制棒制备及拉制光纤的方法。

背景技术

目前光纤预制棒的生产多采用两步法，即先制造芯棒，再在芯棒外采用不同的技术制造外包层。外包层技术主要有OVD、VAD等工艺方法。OVD和VAD技术需在芯棒外围，用SiCl₄作为主要原料进行化学气相沉积形成SOOT体，而后在Cl₂条件下脱水，同时生成大量HCl有害气体，然后在氦气保护下完成烧结和玻璃化，上述每一个环节都需要在分别的工艺装置中进行，因此该预制棒制备主流技术复杂程度较高，对装置、工艺及环保要求非常苛刻，工艺成本、维护成本及环保处理成本极高。

由预制棒拉制光纤的方法已有许多报道，虽在工艺细节上不尽相同，但一般都需将制备好的预制棒拆卸冷却，转移到光纤拉丝塔装置上进行重新装配固定，再次加热之后才能完成熔融及拉丝等工序,工艺过程复杂，工艺参数控制难度较大。很少见到在同一个工艺装置上能够兼具实现预制棒制备和不经过预制棒制备直接进行光纤拉丝的有关工艺方法的报道，这种工艺方法的发明能最大程度地减少工艺环节，降低生产成本，提升市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是发明一种技术先进、工艺灵活性高、产品性能优良、成本优势明显的工艺方法，即可在一个工艺装置上一次性完成制备外包层从而制备出高纯度、低羟基的光纤预制棒，也可通过调整工艺参数，在同一工艺装置上不经过预制棒制备过程直接完成光纤拉制工艺，得到直径为124μm～125μm的裸光纤。

本发明提供的一种光纤预制棒制备及光纤拉丝的方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)采用电加热炉装置为热源，在高纯石英管容器内配置包含芯用SiO₂系玻璃的棒，焊接把棒后通过组装固定竖直放入石英管内并保持同轴，在顶部安装好带有石英砂下料口和抽真空口的耐高温密封装置，关闭石英砂下料口，抽真空至4～9mbar。

(2)打开石英砂下料装置，将100目～300目的99.999％以上纯度的高纯石英砂料填入前述石英管容器内预定高度200-400mm，预定高度根据预制棒规格和工艺参数确定，开始加热熔制，熔制温度即石英管外表面的温度为1100℃～2200℃，真空度为30～200mbar，保持2～4小时，使容器内石英料达到完全熔融的状态。

(3)开始拉制预制棒，通入氮气保护气体并将温度保持在1720℃～2000℃，打开炉体下口，用牵引装置夹住熔化下来的玻璃体，控制牵引速度为10～20mm/min，拉制出在该包含芯用SiO₂系玻璃棒的外周具有SiO₂包层的光纤预制棒。

上述步骤(1)中，石英砂料也可为浓度200-2000ppm掺杂F或B等元素的石英砂混合料，加热炉装置采用感应中、高频炉或电阻炉，芯用SiO₂系玻璃棒采用多种不同的层间掺杂结构设计。

上述步骤(2)中，石英砂加料采用自动化控制系统，随着容器内石英砂表面高度的不断下降，石英砂加料系统会自动加料使石英砂料面达到初始设置高度后停止加料，如此反复直到加完预先计算好的石英料。

上述步骤(3)中，亦可调整拉制工艺参数，直接拉出光纤产品，其中温度为2000℃～2200℃，牵引速度1300～1700m/min，并通过测径仪器的数据反馈进行微调，以保证裸光纤直径控制在124μm～122μm。

上述各步骤中的工艺参数，都是通过无数次的工艺试验和产品性能综合对比及分析总结而获得的，实际操作过程中须严格控制各项工艺参数，才能使石英粉料达到理想的熔制质量，进而保证拉制出的预制棒和光纤波导结构、几何尺寸、外观等性能指标达到标准要求，如果控制不好或不稳定，必然会导致产品性能的缺陷，甚至成为废品。

本发明采用一个工艺装置，一次性完成制备预制棒外包层从而制备出高纯度、低羟基的光纤预制棒，并可通过调整工艺参数，在同一工艺装置上直接完成光纤拉制工艺，是一种技术先进、工艺灵活性高、产品性能优良、成本优势非常明显的工艺方法。具体而言，本发明的光纤预制棒制备及光纤拉丝的工艺方法具有下列优点：

1.同一工艺装置实现了预制棒制备和光纤拉丝两种功能，集成技术先进，工艺灵活性高，同时降低了能源和原材料的消耗，最大程度地降低了综合生产成本；

2.熔制温度即石英管外表面的温度控制在1800℃～2500℃，真空度为30～200mbar，石英粉料粒度控制范围为100目～300目，可以充分熔化石英原料，使制得的预制棒和光纤产品基本没有气泡；