[发明专利]一种用于制备硫系玻璃微结构光纤预制棒的设备及方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种光纤预制棒的制备方法，尤其是涉及一种用于制备硫系玻璃微结构光纤预制棒的设备及方法。

背景技术

微结构光纤（Micro-structured Fiber）,又称多孔光纤（HolyFiber），最早由Russell等人在1992年提出。目前，最常见的微结构光纤以光子晶体光纤为主,它是缺陷的二维光子晶体。光纤包层由规则分布的空气孔排列成六角形的微结构组成；纤芯由实心玻璃棒或空气孔构成线缺陷，利用其局域光的能力，将光限制在纤芯中传播。微结构光纤包层的特殊结构使得它与传统光纤相比具有一些独特的性质，如无截止单模、色散可控、高双折射率、高非线性、大模场等。但是石英基质的PCF光纤工作波长往往受石英材料红外截止波长限制，最长工作波长位于2μm。而在相对透明的极重要的大气第二窗口3-5μm（这一波段范围包括了许多重要的分子特征谱线）和第三窗口（8- 12μm）区域却无能为力。

硫系玻璃具有优良的中远红外透过性能，折射率高，极高的非线性折射率系数等。利用其中红外透过性能，硫系玻璃微结构光纤可应用于中红外激光能量传输、空间消零干涉仪、中红外生物和化学传感器、中红外光纤激光器等领域。

针对红外硫系玻璃光纤的成份特殊性，不能采用普通石英光纤的气象沉积法，故只能开发特殊的光纤或预制棒制作方法。此外，微结构光纤预制棒的制作相比普通光纤预制棒的制作还要复杂得多，目前国内外的硫系玻璃微结构光纤的制作工艺主要有堆积法和铸造法。堆积法是英国南安普顿大学的Monro等发明的，是目前最常见的制作微结构光纤预制棒的方法，它是将集合尺寸及性质相同的毛细玻璃管按照预先设计形状排列在作为纤芯的毛细管或者实心细棒的周围，然后讲这些排列好的毛细管置于内面形状与其匹配的玻璃管中，在光纤拉制塔上进行拉制，经过一部或两步复位拉伸形成最后所要的光子晶体光纤。堆积法虽然是目前最为成熟的微结构光纤预制棒的制作方法，但是由于其工艺比较复杂，在加热拉伸时，内部毛细管会空气孔塌陷和变形，因此制备出来的硫系玻璃微结构光纤损耗很大。

铸造法是2010年由法国雷恩1大学的Quentin Coulombier等人发明的一种制备硫系玻璃微结构光纤的新工艺，其方法如下：在真空高温封闭的石英管中将提纯后的熔融态的硫系玻璃流入由多根石英实心细棒（直径为490μm）构筑的石英框架体中，细棒前后端固定在穿孔的石英薄片，事先将两个石英薄片用氢氧焰加热后与石英管壁粘结，经过高温充分熔制后，将石英管竖起，使玻璃液流入实心棒组成的框架体中，经淬冷后精密退火，将制备好的硫系玻璃棒置入浓度为40%的氢氟酸浸泡，把石英细棒溶解，从而获得硫系PCF光纤预制棒，最后在光纤拉丝塔上拉制成相应的光纤。与堆积法相比，铸造法制备工艺简单，可以一次性获得结构完美的光纤预制棒，避免了堆积法堆积毛细管排列人为因素引起的排列不精确。但是铸造法制作微结构光纤也有缺陷和限制，不能制作芯包层组分不同的微结构光纤。

虽然堆积法和铸造法都有成功制作出微结构光纤的案例，但是由于这两种方法制作出微结构光纤损耗都很大，而且工艺都比较复杂，不适合规模化生产。目前，国内外对于挤压法制备硫系玻璃微结构光纤的专利和文献较少，其中日本专利JPA-3-254412中，其发明人提出一种用真空挤出机同时形成芯和包层结构的光纤预制棒，但是其涉及的是一种塑料光纤预制棒的制备工艺。国内专利CN1081654A是一种基于挤压法制备多孔光纤预制棒，同样其涉及的是一种塑料光纤预制棒的制备工艺，目的是解决塑料光纤挤压中多气泡的问题，而不是涉及无机玻璃光纤预制棒的制备，更不是针对适合于中、远红外应用的硫系玻璃微结构光纤预制棒的挤压方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产效率高的用于制备硫系玻璃微结构光纤预制棒的设备和方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于制备硫系玻璃微结构光纤预制棒的设备，其特征在于包括挤压筒、挤压垫、推动机构和模具，挤压筒外设置有加热炉组，加热炉组对挤压筒进行加热，加热炉组外设置有真空腔，挤压垫设置在挤压筒内，推压机构推动挤压垫向下移动，所述的挤压筒下端设置有挤出口，模具设置在所述的挤出口处，退热炉设置在挤压筒的下部。真空腔的设置可以避免加热软化的硫系玻璃被氧化。

所述的推压机构包括电动千斤顶和挤压杆，所述的电动千斤顶驱动所述的挤压杆，所述的挤压杆与所述的挤压垫固定。

所述的真空腔包括腔体和真空泵，所述的腔体与所述的真空泵连接。