[发明专利]一种多玻璃包层光纤的制备装置及方法

说明书

本发明公开了提供了一种用于多玻璃包层光纤的制备装置及方法，即先制备和加工所需的预制棒，再通过在线对拥有特殊形状的玻璃包层光纤沉积一层所需掺F（或者其他玻璃组分）玻璃包层，获得所需的多玻璃包层光纤。

技术领域

本发明属于光纤光缆制备技术领域，更具体地，涉及一种多玻璃包层光纤的制备装置及方法。

背景技术

光纤激光器是一种利用光纤作为激光增益介质的激光器，通过在光纤石英基质中掺杂不同的稀土离子，得到不同波段的激光输出。光纤激光器因具有光束质量高、比表面积大、散热好、转换效率高、体积小、结构紧凑、易于维护等优点，在工业加工、医疗、军事以及通信等多领域得到广泛应用。得益于双包层光纤泵浦技术的发明，通过向玻璃包层注入多模泵浦光，在低NA和小尺寸的掺稀土纤芯(通常纤芯大小10μm或者20μm)中转换为模式更好、功率更高的特定波长的激光。为了获得更高的激光转换效率，其石英包层往往采用非圆形的截面以破坏其对称形，使得更多泵浦光注入纤芯，从而被纤芯吸收转换为需要的激光输出。在双包层光纤中，以纯石英玻璃为内包层，以掺氟丙烯酸树脂涂料为外包层。由于掺氟丙烯酸树脂涂料具有超低的折射率(折射率在1.3左右)，注入到内包层的泵浦光在内包层与外包层界面处发生全反射。但界面并不是完全的镜面，同时有部分的泵浦光会以倏逝波的形式在掺氟丙烯酸树脂中传播，当经过长时间的激光辐射时，过高的温度、激光辐射以及水汽的侵入都会使得低折射率涂料发生老化。特别是在高功率光纤激光器中，随着传输功率的不断增加，光纤纤芯中的功率密度也逐步增加，必然要求输入更多的泵浦光，涂覆层受到高功率密度泵光冲击，老化速度将加快。当低折射率涂层发生老化时，其绝对折射率会升高、与玻璃包层的附着力会降低，同时出现剥离脱落、产生微裂纹等情况，影响了光纤的增益性能，严重时会出现漏光，使光纤烧毁，甚至损坏掉光纤激光器的其他器件，包括合束器，泵浦源，隔离器等。

通过在不规则的石英包层外加上一层截面外形为圆形的低折石英包层，从而解决非圆形预制棒拉丝丝径与张力波动导致光纤参数差异大的问题，同时减少泵浦光泄露、延长光纤使用寿命。现有的三包层掺稀土光纤或者三包层无源光纤的制备方法是先制备好芯棒，然后打磨成所需的四边形、D形、六边形、八边形等，再和掺F管熔缩成一根实心的预制棒，最后加工成圆形预制棒。该工艺非常复杂、耗时长，特别是在制备三包层掺稀土光纤时，极易造成纤芯损耗剧增，成品率极其低下。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多玻璃包层光纤的制备方法。具体方法及步骤如下：

（1）先在MCVD或PCVD上制备好所需的掺杂芯棒；

（2）将（1）中的掺杂芯棒打磨成所需尺寸和形状的预制棒（记为预制棒A），形状可以是四边形、D形、六边形、八边形等任意不规则的形状；

（3）将（2）中的预制棒洁净、干燥，然后在拉丝塔上拉成所需尺寸的裸光纤（记为裸光纤B），预制棒的芯层为光纤的纤芯，预制棒的包层为光纤的第一玻璃包层；

（4）使（3）中的裸光纤经过一熔融的掺F玻璃液中，此时裸光纤的表面便会被掺F玻璃包裹，当经历一特殊的模具并冷却后便可在裸光纤B表面形成一层掺F玻璃层（记为裸光纤C），该包层为光纤的第二玻璃包层，该包层的形状和厚度通过模具可任意调节；

（5）将（4）中的光纤通过退火、冷却、有机涂料涂覆便可以获得所需的三包层（或者多包层）光纤。

为了实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种用于第二玻璃包层（或多玻璃包层）光纤的制备方法及装置，该装置包含裸光纤B预热装置、掺F玻璃熔融装置、裸光纤C预成型装置、裸光纤C冷却退火装置。

所述的裸光纤B预热装置用于将裸光纤B加热到所需的温度T1，为保证裸光纤B的清洁和后续掺F玻璃包层的制备，一般地采用恒温的高纯氦气对裸光纤B进行加热处理，其存在两个方面的优点：一是利用氦气高导热率使光纤快速均匀的到达温度T1；二是通过氦气去除存在于裸光纤B表面的空气，阻止空气进入到掺F玻璃熔融装置中。