[发明专利]叠加法挤制硫系玻璃光纤预制棒的挤压装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及硫系玻璃光纤预制棒的制备，尤其是涉及一种叠加法挤制硫系玻璃光纤预制棒的挤压装置及方法。

背景技术

在通信光纤制备过程中，重要内容之一是光纤预制棒的制备，目前传统的光纤预制棒制备技术有四种工艺，这四种工艺分别为外气相沉积法（OVD）、气相轴向沉积法（VAD）、改进气相沉积法（MCVD）和等离子体化学气相沉积工艺（PCVD）。近二十年来，OVD法已从单喷灯沉积发展到多喷灯同时沉积，沉积速率成倍增加，实现一台设备同时沉积多根棒，并且从依次沉积芯包层制成预制棒的一步法发展到二步法，即先制备出大直径的芯棒，再拉制成小直径芯棒或不拉细，然后采用外包层技术制备出光纤预制棒，提高了生产效率，降低了生产成本。但是，MCVD法，尤其是PCVD法、OVD法和VAD法更易精确控制芯棒的径向折射率分布，因而对于制备多模光纤MMF和非零色散光纤DZDF芯预制棒更有效。

硫系玻璃具有优良的中远红外透过性能，折射率高，并具有极高的非线性折射率系数等。由于其优良的红外透过性能，硫系玻璃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。但是上述OVD法、VAD法、MCVD法和PCVD法等传统的光纤预制棒的制备方法，并不适于硫系玻璃光纤预制棒的制备。

堆积法是英国南安普顿大学的Monro等发明的目前最常见的制作硫系玻璃光纤预制棒的方法。2006年，法国Perfos公司和法国雷恩1大学联合报道了采用堆积法制备的一种结构复杂的Ga₅Ge₂₀Sb₁₀Se₆₅微结构光纤。堆积法虽然是目前最为成熟的硫系玻璃光纤预制棒的制作方法，但是堆积法工作量大，易脆的硫系玻璃细管表面易出现缺陷，而且加热拉伸过程中组成毛细管集束排列的毛细管内部易出现空气孔塌陷和变形，毛细管界面之间的析晶颗粒、气泡等缺陷也较多，以毛细管间间隙在塌陷过程中融合不够所生成的界面空气缺陷为主。因为采用气压分层控制很难精确控制复杂结构的多气孔预制棒的制作和拉丝，所以导致制备的硫系玻璃微结构光纤损耗普遍较高。

铸造法是2010年由法国雷恩1大学的Quentin Coulombier等人发明的另一种硫系玻璃光纤预制棒的制备方法。其过程大致为：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跟石英实心细棒构筑的石英框架体中，细棒前后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，从而获得硫系玻璃光纤预制棒。与堆积法相比，铸造法具有明显优势：比如铸造法工艺简单，避免了堆积法堆积毛细管玻璃管排列人为因素引起的排列不精确，容易制备不同截面结构的光纤预制棒等。但是，对于铸造法制备得到的硫系玻璃光纤预制棒，后续制备的硫系玻璃微结构光纤也有一定缺陷，不能制备芯包层组分不同的微结构光纤，而且腐蚀内部石英棒后的孔内壁的光洁度仍是一个关键问题。

虽然堆积法和铸造法都有成功制作出硫系玻璃光纤预制棒的案例，但是由于这两种方法制作出的光纤损耗都很大，而且工艺比较复杂，不适合规模化生产。因此有必要开发出新的硫系玻璃光纤预制棒的制备方法，提高硫系玻璃光纤预制棒的品质和生产效率。目前国内对于叠加法制备硫系光纤预制棒的专利和文献较少，其中国内专利CN1081654A是种制造光纤预制棒的方法，主要是可以获得一种具有较高机械强度而没有气泡的塑料光纤，而不是涉及硫系玻璃光纤预制棒的制备。专利CN102531377介绍的是一种用于制备硫系玻璃光纤预制棒的真空挤压机，通过挤压机对硫系玻璃的挤压，使软化的玻璃穿过模具，硫系玻璃再经过退火处理即可得到硫系玻璃光纤预制棒，但是该挤压机挤压制备硫系玻璃光纤预制棒时，其挤出的预制棒受重力的影响较大，导致预制棒的结构组成不均匀等各种缺陷，生产效率不高，并对后续拉制的光纤的品质产生不利影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种可控性好、生产效率高的叠加法挤制硫系玻璃光纤预制棒的挤压装置及方法。