專利名稱：超低雙折射光纖的制造方法及旋轉(zhuǎn)拉伸塔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及低雙折射光纖，具體地指一種超低雙折射光纖的制造方法及用于該方法的旋轉(zhuǎn)拉伸塔。
背景技術：
自從光纖被發(fā)明以來，已經(jīng)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(chǎn)品，包括多模光纖、單模光纖、色散補償光纖等已經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(jù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)光纖預制棒來降低光纖的雙折射；在光纖結(jié)構(gòu)方面，超低雙折射光纖一般為兩種結(jié)構(gòu)， 即普通的單模光纖結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。為此，一些光纖及其制造工藝已經(jīng)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(jié)構(gòu)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(shù)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(zhuǎn)預制棒使得離心的應力單元圍繞纖芯旋轉(zhuǎn)，引導線偏振模式轉(zhuǎn)變成圓偏振模式而獲得圓偏振保持光纖產(chǎn)品。公開號為CN 1663922的中國專利申請《拉制期間旋轉(zhuǎn)光纖預型的光纖生產(chǎn)設備和方法》提出了在拉絲的過程中轉(zhuǎn)動光纖預制棒的方法，降低光纖的雙折射大小。通過轉(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)動光纖預制棒降低光纖雙折射的方法，在實際的光纖生產(chǎn)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(zhuǎn)動作所產(chǎn)生的離心力都會使其偏離中心線位置而影響到光纖的質(zhì)量，實踐證明拉絲狀態(tài)下的預制棒旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)節(jié)距(旋轉(zhuǎn)節(jié)距被定義為光纖周期性轉(zhuǎn)動的長度)在3mm左右，因此通過轉(zhuǎn)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(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種超低雙折射光纖的制造方法及用于該方法的旋轉(zhuǎn)拉伸塔，能夠根據(jù)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)明提供的一種超低雙折射光纖的制造方法，包括光纖預制棒的制作步驟和和光纖預制棒的拉絲步驟，其特別之處在于它還包括在光纖預制棒的拉絲步驟之前，將制作好的光纖預制棒至少局部加熱軟化并沿軸向旋轉(zhuǎn)和拉伸，在光纖預制棒的冷卻過程中將形成的旋轉(zhuǎn)和拉伸固定。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，所述加熱的方式為感應電爐加熱、激光加熱、等離子體加熱中的一種。上述技術方案中，所述光纖預制棒的旋轉(zhuǎn)過程為僅一端旋轉(zhuǎn)或者兩端沿相反方向旋轉(zhuǎn)。進一步地，所述光纖預制棒任一端的旋轉(zhuǎn)速度為(T500r/min。上述技術方案中，所述光纖預制棒的冷卻過程所固定的旋轉(zhuǎn)為左旋或者右旋。上述技術方案中，所述光纖預制棒的拉伸速度為0. Imm/min。上述技術方案中，所述光纖預制棒冷卻后的外徑為廣10mm，旋轉(zhuǎn)節(jié)距為單一節(jié)距或者變化的節(jié)距，旋轉(zhuǎn)節(jié)距為0. O廣10mm。本發(fā)明提供的一種用于超低雙折射光纖的制造的旋轉(zhuǎn)拉伸塔，包括豎直布置的上端夾頭和下端夾頭，分別用于夾持光纖預制棒的上端和下端，所述上端夾頭和下端夾頭可分別繞光纖預制棒的軸線旋轉(zhuǎn)，且上端夾頭和下端夾頭可分別沿光纖預制棒的軸線平移； 所述上端夾頭和下端夾頭之間還設有可沿光纖預制棒的軸線平移的加熱爐，用于至少局部加熱軟化光纖預制棒。上述技術方案中，所述加熱爐為感應加熱爐、石墨爐、高功率激光器或者高溫等離子體發(fā)生器中的一種。本發(fā)明的有益效果在于
41)采用本發(fā)明工藝及設備所制造的超低雙折射光纖為光纖預制棒在軟化狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)拉伸，并被冷卻固化，然后在光纖拉絲塔上被拉制成的光纖產(chǎn)品，由于光纖預制棒的旋轉(zhuǎn)拉伸過程與光纖拉絲過程完全分離，所以所制造的超低雙折射光纖能夠保持普通光纖的所有光學和力學特點，使成品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(chǎn)品相同的預制棒沉積和拉絲工藝、以及除旋轉(zhuǎn)之外相同的其他結(jié)構(gòu)特點，如截面形狀、光纖材質(zhì)、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(chǎn)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(zhuǎn)節(jié)距可以在小于一毫米至幾十毫米之間被自由調(diào)整，最小甚至可以達到0. 5mm以下，遠小于拉絲過程中旋轉(zhuǎn)預制棒或旋轉(zhuǎn)光纖可獲得的旋轉(zhuǎn)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(jù)使用要求在10_1(1至10_6之間進行調(diào)節(jié)，完全可以被用于全光纖結(jié)構(gòu)的光纖器件和光纖系統(tǒng)，比較于傳統(tǒng)復合結(jié)構(gòu)(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(chǎn)，并可以實現(xiàn)該光纖的規(guī)模化生產(chǎn)需求；
5)使用本發(fā)明方法及旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)示意圖。圖2為旋轉(zhuǎn)光纖結(jié)構(gòu)示意圖，其旋轉(zhuǎn)節(jié)距為Li。圖3為旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒結(jié)構(gòu)示意圖，其旋轉(zhuǎn)節(jié)距為L2。圖4為旋轉(zhuǎn)拉伸塔一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 一包層，2—纖芯，3—單模光纖，4一旋轉(zhuǎn)光纖，5—旋轉(zhuǎn)，6—預制棒包層， 7—芯棒，8—預制棒旋轉(zhuǎn)，9 一旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒，10—光纖預制棒，11 一上端夾頭， 12—下端夾頭，13—加熱爐，14 一旋轉(zhuǎn)拉伸塔。
具體實施例方式以下結(jié)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(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)光纖4仍然為包層1和纖芯2的結(jié)構(gòu)，與普通單模光纖3不同，該旋轉(zhuǎn)光纖4中固化有旋轉(zhuǎn)5，其旋轉(zhuǎn)節(jié)距Ll 一般在0. 5mnTlm， 最小可達到0. 5mm以下。旋轉(zhuǎn)節(jié)距Ll指固化于旋轉(zhuǎn)光纖4的兩個相鄰旋轉(zhuǎn)5之間的間距。如圖3所示，要拉絲形成圖2所示的旋轉(zhuǎn)光纖4，本發(fā)明采用在光纖預制棒的拉絲步驟之前，將制作好的光纖預制棒至少局部加熱軟化并沿軸向旋轉(zhuǎn)和拉伸，在光纖預制棒的冷卻過程中將形成的旋轉(zhuǎn)和拉伸固定的方法。旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒9包括預制棒包層6和芯棒7，其外徑一般為廣10mm，并固化有左旋或者右旋的預制棒旋轉(zhuǎn)8，其旋轉(zhuǎn)節(jié)距為 L2可以是單一周期性的，也可以是變周期的，同時旋轉(zhuǎn)節(jié)距為L2可以是單一節(jié)距或者變化的節(jié)距，旋轉(zhuǎn)節(jié)距L2為0. 0廣10mm，旋轉(zhuǎn)節(jié)距為L2指固化于旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒9的兩個相鄰預制棒旋轉(zhuǎn)8之間的間距。圖4示意出了本發(fā)明的一種用于超低雙折射光纖的制造的旋轉(zhuǎn)拉伸塔14，它包括豎直布置的上端夾頭11和下端夾頭12，分別用于夾持光纖預制棒10的上端和下端。上端夾頭11和下端夾頭12可分別繞光纖預制棒10的軸線旋轉(zhuǎn)，且上端夾頭11和下端夾頭12 可分別沿光纖預制棒10的軸線平移。在上端夾頭11和下端夾頭12之間還設有加熱爐13， 用于至少局部加熱軟化光纖預制棒10。本實施例的加熱爐13采用感應加熱爐。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10。加熱爐13至少局部加熱軟化光纖預制棒10，上端夾頭11和下端夾頭12旋轉(zhuǎn)以帶動光纖預制棒10的軟化部分產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程為上端夾頭11或下端夾頭12中的一個旋轉(zhuǎn)或者兩個夾頭11、12沿相反方向旋轉(zhuǎn)，上端夾頭11和下端夾頭12各自的旋轉(zhuǎn)速度為 (T500r/min，這樣為縮短旋轉(zhuǎn)節(jié)距為L2，當兩個夾頭11、12沿相反方向旋轉(zhuǎn)時，光纖預制棒 10軟化部分的復合旋轉(zhuǎn)速度可達到lOOOr/min。與此同時，上端夾頭11和下端夾頭12沿光纖預制棒10的軸線平移以0. 5 ^2mm/min速度拉長或者縮短光纖預制棒10的軟化部分， 當加熱爐13關閉或離開時，光纖預制棒10冷卻，得到圖3所示旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒9。 旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒9經(jīng)拉絲處理即可制成雙折射在10,至10_6的光纖，所制成的光纖可用于光纖耦合器、光纖光柵、全光纖波片、全光纖隔離器等光纖器件的制造。相應的光纖器件具有全光纖結(jié)構(gòu)的特點，容易與集成光學器件集成使用，此外，還可用于光纖電流互感器、光纖陀螺等光纖傳感系統(tǒng)以及相干光纖通信系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)拉伸塔14的控制被集成到其控制平臺中，其中兩個夾頭11、12的旋轉(zhuǎn)速度和平移速度、加熱爐13的溫度和平移速度，以及其他輔助功能，如加熱爐13密封惰性氣體的流速和流量、冷卻水的流速和流量等，均可由計算機自動控制，以優(yōu)化各參數(shù)以制造出達到設計要求的低折射率光纖產(chǎn)品。實施例廣9
選用G. 652D類型的單模光纖預制棒，將光纖預制棒10置于本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)拉伸塔14上拉伸，并同時旋轉(zhuǎn)光纖預制棒10，制造得到外徑更小且固化了旋轉(zhuǎn)的光纖預制棒，即旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒9，然后將旋轉(zhuǎn)拉伸后的光纖預制棒9置于光纖拉絲塔中拉制成具有低雙折射甚至超低雙折射特性的單模光纖。表1給出了在不同的拉伸旋轉(zhuǎn)參數(shù)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
實施 例拉伸前光纖預制棒夕卜徑(mm)拉伸后光纖預制棒夕卜徑(mm)光纖預制棒拉伸速度(mm/min)光纖預制棒復合旋轉(zhuǎn)速度(r/min)拉制后光纖包層直徑(μηι)拉制后光纖旋轉(zhuǎn)節(jié)距Ll (mm)測試得到的光纖雙折射140101. 6100012510 5. 3XlO-72405〇.58001251 3. IXlO-834011600125〇.1 6. 2X10-1。430101. 6100012510 3. 8 XlO-75305〇.58001251 2. 5XlO-8
權利要求
1.一種超低雙折射光纖的制造方法，包括光纖預制棒的制作步驟和和光纖預制棒的拉絲步驟，其特征在于它還包括在光纖預制棒的拉絲步驟之前，將制作好的光纖預制棒至少局部加熱軟化并沿軸向旋轉(zhuǎn)和拉伸，在光纖預制棒的冷卻過程中將形成的旋轉(zhuǎn)和拉伸固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的超低雙折射光纖的制造方法，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(jù)權利要求1所述的超低雙折射光纖的制造方法，其特征在于所述加熱的方式為感應電爐加熱、激光加熱、等離子體加熱中的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的超低雙折射光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒的旋轉(zhuǎn)過程為僅一端旋轉(zhuǎn)或者兩端沿相反方向旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權利要求4所述的超低雙折射光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒任一端的旋轉(zhuǎn)速度為(T500r/min。
6.根據(jù)權利要求1所述的超低雙折射光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒的冷卻過程所固定的旋轉(zhuǎn)為左旋或者右旋。
7.根據(jù)權利要求1所述的超低雙折射光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒的拉伸速度為0. 5 2mm/min。
8.根據(jù)權利要求1所述的超低雙折射光纖的制造方法，其特征在于所述光纖預制棒冷卻后的外徑為廣10mm，旋轉(zhuǎn)節(jié)距為單一節(jié)距或者變化的節(jié)距，旋轉(zhuǎn)節(jié)距為0. 0廣10mm。
9.一種用于超低雙折射光纖的制造的旋轉(zhuǎn)拉伸塔，其特征在于它包括豎直布置的上端夾頭(11)和下端夾頭(12)，分別用于夾持光纖預制棒(10)的上端和下端，所述上端夾頭(11)和下端夾頭(12)可分別繞光纖預制棒(10)的軸線旋轉(zhuǎn)，且上端夾頭(11)和下端夾頭(12)可分別沿光纖預制棒(10)的軸線平移；所述上端夾頭(11)和下端夾頭(12)之間還設有可沿光纖預制棒(10)的軸線平移的加熱爐(13)，用于至少局部加熱軟化光纖預制棒 (10)。
10.根據(jù)權利要求9所述的超低雙折射光纖的制造的旋轉(zhuǎn)拉伸塔，其特征在于所述加熱爐(13)為感應加熱爐、石墨爐、高功率激光器或者高溫等離子體發(fā)生器中的一種。
全文摘要
一種超低雙折射光纖的制造方法，包括光纖預制棒的制作步驟和和光纖預制棒的拉絲步驟，其特別之處在于它還包括在光纖預制棒的拉絲步驟之前，將制作好的光纖預制棒至少局部加熱軟化并沿軸向旋轉(zhuǎn)和拉伸，在光纖預制棒的冷卻過程中將形成的旋轉(zhuǎn)和拉伸固定。一種用于超低雙折射光纖的制造的旋轉(zhuǎn)拉伸塔，包括豎直布置的上端夾頭和下端夾頭，分別用于夾持光纖預制棒的上端和下端，所述上端夾頭和下端夾頭可分別繞光纖預制棒的軸線旋轉(zhuǎn)，且上端夾頭和下端夾頭可分別沿光纖預制棒的軸線平移；所述上端夾頭和下端夾頭之間還設有可沿光纖預制棒的軸線平移的加熱爐，用于至少局部加熱軟化光纖預制棒。
文檔編號C03B37/03GK102442774SQ20111031061
公開日2012年5月9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