[发明专利]基于3D打印适配套管的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法在审

专利信息
申请号: 202111200712.4 申请日: 2021-10-12
公开(公告)号: CN113880420A 公开(公告)日: 2022-01-04
发明(设计)人: 苑立波;杨世泰;张晓彤;王东辉 申请(专利权)人: 桂林电子科技大学
主分类号: C03B37/012 分类号: C03B37/012;C03B20/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 541004 广*** 国省代码: 广西;45
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摘要:
搜索关键词: 基于 打印 配套 尺寸 光纤 预制 制备 方法
【说明书】:

本发明提供的是一种基于3D打印适配套管的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法,其特征是:将多芯光纤预制棒按芯棒、纯石英辅棒、外套管的尺寸排布,确定除这些组件之外的异形间隙形状,然后采用激光熔融高纯石英粉的方法,逐层打印出适配的异形石英套管,然后将芯棒和纯石英辅棒插入异形石英套管内,再套上外套管,组成微间隙适配的多芯光纤预制棒。本发明还涉及一种用于制备大尺寸多芯光纤预制棒适配套管的3D打印装置,可用于打印制备大尺寸高精度的多芯光纤预制棒的异形适配套管。本发明可以用于制备大尺寸多芯光纤预制棒,通过适配异形套管与芯棒的高精度的匹配,提高多芯光纤的制备精度以及光纤的一致性。

技术领域

本发明涉及的是一种基于3D打印适配套管的大尺寸多芯光纤预制棒制 备方法,属于光纤制备技术领域。

背景技术

互联网+、大数据、云计算和5G的快速发展,使用户对带宽的需求与日 俱增,波分复用、正交频分复用和偏振复用等复用技术,使得单芯单模光纤的传 输容量已经接近香农极限100Tbit/s,因此如何扩容是通信传输亟待解决的关键问 题。基于多芯、少模光纤的空分复用方案是解决该问题的一个重要途经。空分复 用有两套主要的技术方案,一个是模分复用技术,另一个就是多芯光纤技术,还 可以将模分复用技术和多芯光纤结合,设计制备多芯少模光纤用于突破通信容量 极限问题。在实际生产方面,多芯光纤的制造技术的核心在于光纤预制棒的制造 技术,相比较于国外,我国的多芯光纤技术发展缓慢,国内尽管有一些大的光纤 产商能够制备出多芯光纤样纤,但是质量均不尽人意,未能达到国际的一流水平。 尤其是为了能实现多芯光纤的高质量、批量生产,大尺寸的多芯光纤预制棒生产 技术不可或缺。

目前国内外主流的多芯光纤预制棒的制备方法主要有以下几种:

(1)组棒法:制备多个芯棒,然后取一个大直径的石英圆套管,在石英 套管内按照合适的形状密排芯棒,然后再在组合成的预制棒间隙中插入若干合适 尺寸的填充石英棒,在高温下进行抽真空缩棒,形成多芯光纤预制棒。由于组棒 采用的各部分组件均为圆棒或者圆管,因此在组棒的时候,套管、预制棒之间存 在很大的异形间隙无法填充,尽管可以通过真空塌缩的方法使得间隙消失,但是 会造成预制棒的几何尺寸变化,纤芯的相对位置变化,气泡缺陷等问题,无法制 备出质量高、一致性好的多芯光纤。

(2)打孔插棒法:采用在石英母棒上采用机械研磨的方法钻孔,制备出 芯棒所需的多个孔,然后将芯棒逐个插入,高温缩棒,形成多芯光纤预制棒。这 种制备方法的难点在于打孔技术,针对大尺寸的石英母棒,例如直径大于200mm, 长度1.5m的石英棒上精确制备多个通孔,并保证孔在轴向上不偏移是困难的。因 此,该方法制备用来制备大尺寸的多芯光纤预制棒也不适用。

(3)拼合法:例如日本专利JP2020125226A,针对第一种方法组棒法的 缺点,拼合法是通过对芯棒进行简单的玻璃冷加工,将弧面研磨成平面,让芯棒 之间彼此贴合,减少由于棒体弧面导致的组棒间隙,最后再用一个石英套管套组, 形成多芯光纤预制棒,该工艺复杂,针对不同纤芯几何分布的多芯光纤,需要将 芯棒进行不同形状的冷加工研磨,耗时费力。

(4)石英粉填充组棒法:如日本专利JPH095542A提出先采组棒法将芯 棒和套管的相对位置固定,然后向芯棒和套管的间隙中填充很细的纯石英粉,在 负压下高温缩棒,让石英粉融化填满组棒间隙,这种方法能实现高精度的预制棒 制备,然而高温融化石英粉的时候需要将芯棒和套管同时置于高温下,这会导致 芯棒中的掺杂物质发生热扩散,最终造成拉出来的多芯光纤和预期光纤的折射率 剖面有较大差异。并且对于大型预制棒而言,通常填充间隙的石英粉难以完全充 分熔融,这容易在成品预制棒中残留气泡,造成严重的缺陷。

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