[发明专利]氟化物光纤预制棒的制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种高质量氟化物光纤预制棒的制备装置及氟化物光纤预制棒的制备方法。在该装置中，通过加热炉(具有升降功能)提供低压力，将玻璃液由下至上注入模具，通过泵抽取在腔内形成一定的微负压，促使玻璃液中的气泡上浮，可形成类似“气浮”效果，玻璃液经过不同温区由液态向固态转变，所制备预制棒具有轴向均匀、无气泡特性。该制备方法简便快捷，预制棒成型过程全程由程序控制，避免了人工操作带来的误差的影响，有望用于低损耗氟化物光纤拉制。

技术领域

本发明涉及氟化物玻璃光纤预制棒的制备装置和方法，特别适用于均匀、无气泡光纤预制棒的制备。

技术背景

氟化物玻璃光纤具有极低的理论损耗(0.01dB/km@2.55μm)和宽广的透过光谱(0.3μm～8μm)，在传输中红外波段具有极大的优势，同时兼具较高的抗损阈(典型值：10.2MW/cm²，硫系玻璃：8.8×10^-3MW/cm²)，使其成为应用在红外对抗、红外制导等军事领域的最有潜力的材料。氟化物光纤预制棒的制备是氟化物光纤制备整体过程中最重要的环节之一，光纤的NA、芯包尺寸、传输模式等参数均有预制棒结构决定。传统的光纤预制棒制备方法及其优缺点如表1所示，可以看出浇注法和旋转浇注法容易在芯层玻璃内产生气泡，双坩埚法和管棒法容易在芯包界面处产生气泡和析晶，且这两种方法操作复杂。吸注法虽然没有气泡问题困扰，但是制备的预制棒芯层呈锥形，不利于光纤长距离均匀拉制。气泡是光纤中产生损耗的主要因素之一，特别是芯层玻璃中的气泡，根据全反射传输原理，光纤绝大部分传输路径是在光纤的芯层，因此减少芯层玻璃中的气泡能够有效降低光纤的传输损耗，避免光纤大功率传输时因散射产热导致光纤损坏。传统的预制棒制备方法不能解决芯层气泡问题的原因有两点：1、玻璃熔制过程中微气泡未能完全除净；2、玻璃转移或浇注过程产生气泡不能及时排出。现阶段工艺不能同时满足无气泡、芯包均匀的预制棒制备，迫切需求一种新型设备和制备工艺，以制备无气泡、轴向均匀的氟化物光纤预制棒。因此我们设计了一种制备氟化物光纤预制棒的设备和工艺技术，可以获得无气泡且轴向均匀的光纤预制棒。

表1.传统光纤预制棒制备方法及其优缺点

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备氟化物光纤预制棒的设备及工艺。与传统的设备和工艺相比，该设备可以制备无气泡、轴向均匀的氟化物光纤预制棒，为拉制低损耗氟化物光纤提供条件。

本发明的技术解决方案如下：

一种氟化物光纤预制棒的制备装置，包括固态成型模具、液体成型模具、分布式温度梯度加热装置、金属腔体、玻璃液引流模具、铂金坩埚和加热炉；

所述的金属腔体，腔体顶部带有进气、抽气阀门。腔体内含有固态成型模具、液体成型模具、分布式温度梯度加热装置。固态成型模具为中通结构，其顶部与腔体内环境相通，底部与液态成型模具通过卡槽连接，固态成型模具内径不小于预制棒外径尺寸。液态成型模为中通圆柱结构，分为内柱和外柱，内柱直径决定芯层尺寸，外柱直径决定包层尺寸，模具底端与加热炉口连接，模具外侧套有分布式温度梯度加热装置。

所述的加热炉具有程控升降功能，能够将铂金坩埚整体向上推进，铂金坩埚为双层杯状结构，内杯用于容纳芯层玻璃，外杯用于容纳包层玻璃，铂金坩埚的尺寸与玻璃液引流模具的进口端尺寸相匹配。所述的玻璃液引流模具由大小四个尺寸的中通圆柱模具焊接而成，玻璃液引流模具同样分为内模和外模，大口端为进口端，尺寸与铂金坩埚尺寸相匹配，小口为出口端，尺寸与液态成型模具相匹配。

利用上述的氟化物光纤预制棒的制备装置，制备氟化物光纤预制棒的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1.根据目标光纤芯层/包层比例，确定玻璃液引流模具的小口端(出口端)的直径，和大口端(进口端)直径，液态成型模具和固态成型模具直径，并与加热炉炉口固定，选择相应的铂金坩埚，放入芯层、包层玻璃，将坩埚置于加热炉内指定位置；