[发明专利]一种光纤热处理方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤光缆技术领域，更具体地，涉及一种光纤热处理方法和装置，所述光纤热处理装置用于测试石英玻璃光纤的热应力，为深入研究石英光纤的性能机理与优化工艺制造作技术支撑。

背景技术

衰减和应力敏感性是光纤的关键特性，光纤工作窗口波长在600nm～1600nm的衰减主要来自于瑞利散射。当光能量入射到不均匀的介质中，介质因为折射率不均匀而产生各向散射光，即瑞利散射。

光纤在拉丝过程中，由于玻璃材料快速的冷却以及受到机械拉力影响，在光纤内部会产生应力。这种应力即光纤的残余应力，会导致光纤内部缺陷增加，并增大光纤内部结构不均匀性，从而增大光纤的瑞利散射损耗。因此降低光纤内部残余应力，是降低光纤瑞利散射损耗的重要手段。

光纤的残余应力，也称光纤的原始应力，是光纤在拉制过程中，因梯度材料的快速冷却、拉丝外加机械张力以及梯度材料自身热应力等复杂应力组成的综合应力。因此光纤的原始应力不能真实反映光纤的材料组成产生的应力效果，从而难以判断和探索光纤梯度材料的粘度、掺杂等匹配程度对光纤衰减的影响效果。

光纤的热应力，是指光纤内部因梯度材料组分之间热膨胀系数不同而产生的应力，属于梯度材料的内应力。测试光纤的热应力，是探索降低光纤内部残留应力及衰减的方法的重要研究手段之一。通过对光纤原始应力进行释放，重新缓慢冷却而引入材料热应力，从而可以测试光纤热应力。

在已公开的专利文献中，尚未查到相关释放光纤内部残余应力用以测试光纤热应力的方法或装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过对光纤原始应力进行释放，重新缓慢冷却引入材料热应力，并通过常规光纤应力测试方法获得光纤热应力的方法和装置。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤热处理方法，将光纤置于900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理，保温时间超过3min。

本发明的一个实施例中，所述热处理过程还包括升温过程和降温过程；所述升温过程中的升温速率为1℃/min～50℃/min，所述降温过程按时间先后分为慢冷阶段和快冷阶段，其中慢冷阶段的降温速率为10℃/h～150℃/h，且慢冷阶段结束温度500℃～800℃。

本发明的一个实施例中，所述快冷阶段的降温速率为30℃/h～600℃/h。

按照本发明的另一方面，还提供了一种光纤热处理装置，包括温度控制器、光纤夹持装置以及管式炉，其中所述光纤夹持装置用于夹持光纤，所述光纤穿过所述管式炉，所述温度控制器用于设置所述管式炉的光纤热处理温度条件；所述管式炉用于将置于其内部的光纤在900℃～1350℃的温度范围内进行保温处理。

本发明的一个实施例中，所述光纤夹持装置包括两个光纤定位支架，所述两个光纤定位支架分别置于所述管式炉的两端，所述光纤定位支架上设置有三向调节旋杆，所述三向调节旋杆用于调整所述光纤在管式炉中的位置，并使所述光纤处于不受张力的松弛状态。

本发明的一个实施例中，所述管式炉内置一洁净玻璃管，所述洁净玻璃管用以隔离所述光纤与管式炉内衬。

本发明的一个实施例中，所述管式炉内温区均匀，保温时温度波动不大于1℃，靠近炉口与炉中心温差不超过10℃。

本发明的一个实施例中，所述管式炉升温速率控制精度不高于1℃/min，降温速率控制精度不高于10℃/h。

本发明的一个实施例中，所述光纤热处理温度条件为：升温速率1℃～50℃/min，保温温度900℃～1350℃，降温速率慢冷阶段10℃/h～150℃/h，慢冷阶段结束温度500℃～800℃，降温速率快冷阶段30℃/h～600℃/h。

本发明的一个实施例中，所述光纤为石英玻璃光纤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明方法，在900℃～1350℃的温度范围内对光纤进行热处理，保温时间超过3min，可以有效释放光纤内部残留应力，并通过缓慢冷却条件引入梯度材料热应力，其中光纤包层、芯层的应力在进行热处理后，得到了显著的释放；因梯度材料掺杂匹配等因素引入的热应力主要集中在光纤芯层和包层界面处，且芯层材料相比包层受到了比原始应力显著减小的压应力。本发明方法通过热处理消除了光纤各个分层在拉丝过程中由于熔融和急剧冷却，各个分层由于软化温度、膨胀系数的差异而引入的“噪声”应力，显现出了单纯的材料热应力。这种处理之后保留下来的应力才是最终各个分层之间拉应力和压应力的体现。