專利名稱：一種旋轉光纖的制造方法及旋轉收纖裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及低雙折射光纖，具體地指一種旋轉光纖的制造方法及用于該方法的旋轉收纖裝置。
背景技術：
自從光纖被發(fā)明以來，已經在許多技術領域獲得使用，尤其在光纖通信領域，各種光纖產品，包括多模光纖、單模光纖、色散補償光纖等已經被大量使用。在傳感領域，光纖也表現(xiàn)出其獨特的作用。傳感光纖技術包括多個方面，利用光纖對于不同物理量的敏感性，有針對不同物理量進行測量的光纖傳感產品被研發(fā)，例如溫度、濕度、PH值、折射率、應力、以及角速度等光纖傳感器。眾所周知，單模光纖只能傳導一個模式，即LPtll模式。但是從偏振態(tài)的角度分析， LP01模式事實上包括兩個偏振模式，即LP:和LPc/模式，因此實際上單模光纖傳輸兩個偏振模式，不是真正的單模傳輸。在一般的通信光纖中，由于各種非對稱因素的存在，如纖芯和包層的非圓對稱性、光纖的彎曲、外部應力的非對稱性、甚至溫度的變化等，均會使得單模光纖兩個偏振模式的折射率不同，因而導致IiVx和UVy模式在光纖中的傳輸速率不同， 產生所謂的偏振模色散(PMD Polarization Mode Dispersion)。光纖中這種不同偏振模式的折射率差異，被稱為光纖的雙折射現(xiàn)象，IiVx和UVy模式的折射率差，被稱為光纖的雙折射。根據光纖的雙折射大小，將光纖分為高雙折射光纖和低雙折射光纖。一般來說，雙折射大于10_6的光纖被認為是高雙折射光纖，而雙折射低于10_6的光纖被認為是低雙折射光纖。保偏光纖是一類典型的高雙折射光纖，其雙折射一般大于10_5 ；而單模通信光纖屬于低雙折射光纖產品，其雙折射一般在10_8到10_6之間。在某些應用領域，如相干通信和光纖傳感領域中，需要超低雙折射的光纖材料，即要求光纖的雙折射小于10_9，甚至達到10_1(1。這種超低雙折射要求對于常規(guī)光纖制造工藝而言是難以達到的，必須采取特殊的光纖拉絲工藝或者特殊的光纖結構設計。當前，制造超低雙折射光纖的方法一般是在光纖拉絲的同時旋轉光纖預制棒來降低光纖的雙折射；在光纖結構方面，超低雙折射光纖一般為兩種結構， 即普通的單模光纖結構和在光纖包層部分包含有應力單元的所謂圓偏振保持光纖結構。為此，一些光纖及其制造工藝已經被提出。授權公告號為CN 1036488的中國專利《保持圓偏振態(tài)的光纖和它的制備方法》、授權公告號為CN 1041129的中國專利《保持圓偏振態(tài)的光纖和它的制備方法》以及授權公告號為CN 1242280的中國專利《實用保持圓偏振態(tài)光纖及其制造方法》提出了多種圓偏振保持光纖結構和其制造工藝，主要特點包括在光纖中加以離心的應力單元，應力單元的數量可以是一個、兩個或者多個，并通過在光纖的拉絲過程中旋轉預制棒使得離心的應力單元圍繞纖芯旋轉，引導線偏振模式轉變成圓偏振模式而獲得圓偏振保持光纖產品。公開號為CN 1663922的中國專利申請《拉制期間旋轉光纖預型的光纖生產設備和方法》提出了在拉絲的過程中轉動光纖預制棒的方法，降低光纖的雙折射大小。通過轉動預制棒工藝可以使得所制備光纖的雙折射降低到10_『10_7。上述專利所提出的圓偏振保持光纖及其制造工藝存在一些無法克服的問題由于在光纖之中使用了不定數量的應力單元，使得光纖預制棒的制造過程、拉絲過程和后續(xù)的光纖熔接處理過程都比較困難，尤其是異形預制棒的制造困難，容易炸裂報廢。另外，通過轉動光纖預制棒降低光纖雙折射的方法，在實際的光纖生產過程中也難以實現(xiàn)。正如公開號為CN 1663922的專利申請文件所指出的，由于拉絲過程中的預制棒在拉絲爐中的部分被加熱到1800°C以上而呈熔融狀態(tài)，預制棒的任何旋轉動作所產生的離心力都會使其偏離中心線位置而影響到光纖的質量，實踐證明拉絲狀態(tài)下的預制棒旋轉速度必須被控制在 100r/min以下，否則預制棒的高溫熔融部分可能被甩離中心線而導致拉絲爐報廢，考慮到雙折射光纖的旋轉節(jié)距(旋轉節(jié)距被定義為光纖周期性轉動的長度)在3mm左右，因此通過轉動預制棒的方法，光纖拉絲速度僅在0. 3m/min左右，如此低速度拉制的光纖在機械性能上是無法滿足實際使用的需求的。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種旋轉光纖的制造方法及用于該方法的旋轉收纖裝置，能夠根據使用要求制造出低雙折射和超低雙折射光纖。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種旋轉光纖的制造方法包括光纖預制棒的制作步驟和光纖預制棒的拉絲步驟，其特別之處在于所述光纖預制棒的拉絲步驟中，在拉絲的同時沿光纖軸向旋轉光纖的下端，在冷卻過程中將光纖中形成的旋轉固定。上述技術方案中，所述光纖預制棒的制作步驟中采用MCVD、PCVD、OVD以及VAD中的一種沉積方法。上述技術方案中，所述光纖預制棒的直徑為5 15mm。上述技術方案中，所述光纖的下端的旋轉速度為單一速度或者變速度，光纖的下端的旋轉速度為50(Tl000r/min。上述技術方案中，所述光纖的下端的旋轉方向為順時針或者逆時針方向。上述技術方案中，所述光纖預制棒的拉絲速度為勻速或者變速度，光纖預制棒的拉絲速度為廣50m/min。本發(fā)明提供的一種用于旋轉光纖的制造的旋轉收纖裝置，包括設置于拉絲塔中被拉制的光纖正下方的收纖盤，所述收纖盤呈工字輪狀，用于以被拉制的光纖為轉軸旋轉以帶動光纖的下端旋轉、并以收纖盤中心軸為轉軸旋轉以實現(xiàn)收纖。上述技術方案中，所述收纖盤的兩端通過支架設置于支柱上，支柱的下端設有支座，用于將旋轉收纖裝置安裝在拉絲塔上；所述支架與支柱為活動連接，以使支架能夠以支柱中心軸為轉軸旋轉。上述技術方案中，所述收纖盤的直徑為3(T75mm，寬度為l(T50mm。本發(fā)明的有益效果在于
1)采用本發(fā)明工藝及設備所制造的超低雙折射光纖為在拉絲的同時沿光纖軸向旋轉光纖的下端，以帶動上部熔融狀態(tài)下的光纖產生旋轉，并在冷卻過程中將光纖中形成的旋轉固定所制成的光纖產品，由于旋轉的產生和固化不在拉絲爐中，所以避免了高溫熔融狀態(tài)下旋轉對光纖的光學和力學性能的影響，所制造的超低雙折射光纖具有長期的可靠性和穩(wěn)定性，滿足傳感光纖在惡劣環(huán)境下使用的要求；
2)所制造的超低雙折射光纖具有和其他光纖產品相同的預制棒沉積工藝和基本相同的拉絲工藝、以及除旋轉之外相同的其他結構特點，如截面形狀、光纖材質、折射率分布等，便于所制造光纖的處理使用，并容易與其他的光纖產品兼容，便于超低雙折射光纖的集成應用；
3)所制造光纖的旋轉節(jié)距可以達到1mm，小于現(xiàn)有技術中旋轉光纖預制棒工藝所得到的旋轉光纖3 10mm左右的旋轉節(jié)距，因此本發(fā)明所制造的超低雙折射光纖的雙折射可以根據使用要求在10_1(1至10_6之間進行調節(jié)，完全可以被用于全光纖結構的光纖器件和光纖系統(tǒng)，比較于傳統(tǒng)復合結構(一般均包括光纖、晶體材料、鍍膜材料等)的光纖器件和光纖系統(tǒng)，具有更好的性能穩(wěn)定性和使用可靠性；
4)本發(fā)明提供的超低雙折射光纖的制造方法，完全兼容于傳統(tǒng)光纖制造工藝流程，具有連續(xù)自動化制造的特點，可以滿足大長度超低雙折射光纖的生產，并可以實現(xiàn)該光纖的規(guī)?；a需求；
5)使用本發(fā)明方法及旋轉拉伸塔制造的大長度超低雙折射光纖可以滿足光纖陀螺等對于連續(xù)幾百米到幾公里超低雙折射光纖的使用需求，對于研制高穩(wěn)定性、高精度光纖陀螺具有重要的意義。


圖1為單模光纖的結構示意圖。圖2為旋轉光纖結構示意圖，其旋轉節(jié)距為L。圖3為旋轉收纖裝置一個實施例的結構示意圖。圖4為本發(fā)明旋轉光纖的制造方法中拉絲過程示意圖。圖中1 一包層，2—纖芯，3—單模光纖，4一旋轉光纖，5—旋轉，6—旋轉收纖裝置 (其中6. 1—收纖盤，6. 2—支架，6. 3—支柱，6. 4—支座)，7—拉絲塔，8—光纖預制棒，9一夾頭，10—拉絲爐，11 一光纖成型機構。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的詳細描述。如圖1所示，一般單模光纖3至少包括包層1和纖芯2，這里的包層1和纖芯2均為圓旋轉對稱結構，且包層1和纖芯2同心。該單模光纖包括IiVx和UVy兩個偏振模式， 當光纖3由于存在結構和應力等非對稱狀況時，IiVx和LPc/模式的折射率不相等，其折射率差Inuwx-IkroiyI即為單模光纖3的雙折射。如圖2所示，利用本發(fā)明制造方法所制造的旋轉光纖4仍然為至少包括包層1和纖芯2的結構，此外還包括覆蓋在包層1表面的涂覆層，涂覆層為高分子樹脂或者橡膠材料。與普通單模光纖3不同，該旋轉光纖4中固化有旋轉5，其旋轉節(jié)距L 一般在廣50mm。 旋轉節(jié)距L指固化于旋轉光纖4的兩個相鄰旋轉5之間的間距。圖3示意出了本發(fā)明的一種用于旋轉光纖的制造的旋轉收纖裝置6，它包括呈工字輪狀的收纖盤6. 1，為了使整個旋轉收纖裝置6能夠在高速旋轉的狀況下保持穩(wěn)定收纖， 要求其體積較小、質量適當。一般而言，所使用的收纖盤6. 1的直徑為3(T75mm，寬度為l(T50mm，并使用金屬材料，剛度好不變形。收纖盤6. 1的兩端通過支架6. 2設置于支柱6. 3 上，支柱6. 3的下端設有支座6. 4，用于將旋轉收纖裝置6安裝在拉絲塔7上，并使支座6. 4 安裝好的同時，確保收纖盤6. 1位于拉絲塔7中被拉制的光纖的正下方。上述收纖盤6. 1 能夠以其中心軸為轉軸旋轉以實現(xiàn)收纖，而支架6. 2與支柱6. 3上端為活動連接，以使承載著收纖盤6. 1的支架6. 2能夠以支柱6. 3中心軸為轉軸旋轉。圖4示意出了含有圖3旋轉收纖裝置6的拉絲塔7進行旋轉光纖的拉制的示意圖。該設備針對的是用MCVD、PCVD, OVD以及VAD等常規(guī)沉積方法制造好的光纖預制棒8， 為在拉絲過程中獲得較低的拉絲速度，并因此獲得較短的旋轉節(jié)距L，最好使用直徑較小的光纖預制棒，如5 15mm。接下來，將光纖預制棒8置于拉絲塔7中，光纖預制棒8上端被夾頭9夾持固定、下端置于拉絲爐10中，其尾端被高溫軟化并在重力作用下形成圓錐形，在錐頂位置符合設計大小的光纖被拉制。當被拉制的光纖離開加熱爐10后被迅速冷卻到室溫附近，然后通過測量、退火、冷卻、涂覆、固化等一系列光纖成型機構11，最后被旋轉收纖裝置6收置于收纖盤6. 1上。收纖盤6. 1以其中心軸為轉軸旋轉既收置了光纖，也給予光纖一定的拉絲張力，以便從熔融預制棒錐部連續(xù)拉制光纖，同時，支架6. 2連同收纖盤6. 1 也圍繞被拉制的光纖的中心軸沿順時針或者逆時針方向水平旋轉，并將這種旋轉通過已經冷卻固化的光纖傳導到熔融預制棒的錐頂，并使得熔融預制棒的錐頂產生旋轉，收纖盤6. 1 繞被拉制的光纖水平旋轉的轉速為50(Tl000r/min，且可以是單一速度或者變速度。這種錐頂的旋轉會被帶到連續(xù)拉制的光纖中，并在光纖離開加熱爐后的冷卻過程中被固化，制造出旋轉節(jié)距L為廣50mm的超低雙折射的光纖產品。此外，要求圍繞收纖盤6. 1中心軸旋轉導致的收纖線速度等于光纖的拉絲速度，一般為廣50m/min，且可以是勻速或者變速度。通過調整收纖盤6. 1上述相互垂直的兩種旋轉速度，可以調整光纖的旋轉節(jié)距L和拉絲速度， 獲得滿足實際應用需求的超低雙折射光纖產品。旋轉收纖裝置6的運動控制被集成于光纖拉絲塔7的綜合控制平臺中，收纖盤6. 1 水平旋轉速度、繞其中心軸的旋轉速度等，均通過計算機自動控制，以匹配和優(yōu)化各參數以制造出達到設計要求的低折射率光纖產品。實施例1 9
選用G. 652D類型的單模光纖預制棒，將光纖預制棒8置于光纖拉絲塔7中，并使用本發(fā)明所提供的旋轉收纖裝置6拉制具有旋轉特性的超低雙折射單模光纖。表1給出了在不同的拉絲旋轉參數時所制造獲得的單模光纖以及測試所得的各光纖的雙折射大小。 表一
權利要求
1.一種旋轉光纖的制造方法，包括光纖預制棒的制作步驟和光纖預制棒的拉絲步驟， 其特征在于所述光纖預制棒的拉絲步驟中，在拉絲的同時沿光纖軸向旋轉光纖的下端，在冷卻過程中將光纖中形成的旋轉固定。
2.根據權利要求1所述的一種旋轉光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒的制作步驟中采用MCVD、PCVD, OVD以及VAD中的一種沉積方法。
3.根據權利要求1或2所述的一種旋轉光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒的直徑為5 15mm。
4.根據權利要求1或2所述的一種旋轉光纖的制造方法，其特征在于所述光纖的下端的旋轉速度為單一速度或者變速度，光纖的下端的旋轉速度為50(Tl000r/min。
5.根據權利要求1或2所述的一種旋轉光纖的制造方法，其特征在于所述光纖的下端的旋轉方向為順時針或者逆時針方向。
6.根據權利要求1或2所述的一種旋轉光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒的拉絲速度為勻速或者變速度，光纖預制棒的拉絲速度為廣50m/min。
7.一種用于旋轉光纖的制造的旋轉收纖裝置，其特征在于它包括設置于拉絲塔(7) 中被拉制的光纖正下方的收纖盤(6. 1)，所述收纖盤(6. 1)呈工字輪狀，用于以被拉制的光纖為轉軸旋轉以帶動光纖的下端旋轉、并以收纖盤(6. 1)中心軸為轉軸旋轉以實現(xiàn)收纖。
8.根據權利要求7所述的用于旋轉光纖的制造的旋轉收纖裝置，其特征在于所述收纖盤(6. 1)的兩端通過支架(6. 2)設置于支柱(6. 3)上，支柱(6. 3)的下端設有支座(6. 4)， 用于將旋轉收纖裝置(6)安裝在拉絲塔(7)上；所述支架(6. 2)與支柱(6. 3)為活動連接， 以使支架(6. 2)能夠以支柱(6. 3)中心軸為轉軸旋轉。
9.根據權利要求7或8所述的用于旋轉光纖的制造的旋轉收纖裝置，其特征在于所述收纖盤(6. 1)的直徑為3(T75mm，寬度為l(T50mm。
全文摘要
一種旋轉光纖的制造方法，包括光纖預制棒的制作步驟和光纖預制棒的拉絲步驟，其中，所述光纖預制棒的拉絲步驟中，在拉絲的同時沿光纖軸向旋轉光纖的下端，在冷卻過程中將光纖中形成的旋轉固定。一種用于旋轉光纖的制造的旋轉收纖裝置，包括設置于拉絲塔中被拉制的光纖正下方的收纖盤，所述收纖盤呈工字輪狀，用于以被拉制的光纖為轉軸旋轉以帶動光纖的下端旋轉、并以收纖盤中心軸為轉軸旋轉以實現(xiàn)收纖。采用本發(fā)明工藝及設備所制造的超低雙折射光纖產品，由于旋轉的產生和固化不在拉絲爐中，所以避免了高溫熔融狀態(tài)下旋轉對光纖的光學和力學性能的影響，所制造的超低雙折射光纖具有長期的可靠性和穩(wěn)定性，滿足傳感光纖在惡劣環(huán)境下使用的要求。
文檔編號C03B37/03GK102503116SQ20111031061
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權日2011年10月14日
發(fā)明者汪洪海, 皮亞斌 申請人:武漢長盈通光電技術有限公司