制造塑料光纤的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制造塑料光纤的装置和方法。在制造装置中，提供的第一容器独立地盛有至少包括一种芯材的折射率控制材料。这些折射率控制材料具有不同的折射率。第二容器盛有折射率不同于芯材的包覆材料。十字头通过物理挤压使从第一容器和第二容器加入的折射率控制材料和包覆材料向下流动，同时将折射率控制材料和包覆材料的流动限定在预定半径内。旋转器在垂直于挤压的方向上将折射率控制材料和包覆材料同心混合。

【技术实现步骤摘要】

总的来说，本专利技术涉及一种光纤，具体来说，本专利技术涉及一种在从光纤中心起始的半径方向上具有连续折射率分布的塑料光纤的制造方法。
技术介绍
根据光信号的传输机理，将通讯领域中使用的光纤分为单模纤维(single mode fiber)和多模纤维(multi-mode fiber)。广泛应用于长距离高速通讯的光纤大多数是以石英玻璃作为基础材料形成的折射率阶跃型(step-index)单模纤维。单模光纤具有超小直径，只有5-10μm，在生产过程中非常难以排列和连接，这将导致成本增加。同时，在短距离通讯时，可以采用直径比单模纤维直径大的多模纤维。但是，与接头及其脆性相关的高成本阻碍了多模玻璃光纤的广泛应用。诸如双绞线或同轴电缆的金属线通常用于200m范围内的短距离通讯如LAN(局域网)，能够输送最高为150Mbps的数据。但是，金属线不能满足21世纪ATM(异步传输模式，Asynchronous Transfer Mode)领域对数据速率的要求，21世纪ATM领域对数据速率的要求是625Mbps。这是为什么很多精力和研究集中在用于短距离通讯如LAN的聚合物光纤的开发上的原因。因为使用的聚合物材料具有弹性，所以塑料光纤的直径一般比玻璃光纤的直径大100或更多倍，即0.5-1.0mm。易于排列/连接及聚合物接头的易于得到所产生的优点是能够显著降低成本。将塑料光纤设计成在半径方向上具有折射率阶跃型变化的折射率阶跃型(SI)结构，或者设计成在半径方向上折射率逐步变化的折射率缓变型(graded-index，简称GI)结构。由于模态弥散(modal dispersion)，SI塑料光纤传输数据不会比金属线快。相反，GI塑料光纤更适用于短距离高速通讯介质，因为其大的直径能够降低成本，其小的模态弥散能够导致更高的数据速率。传统上可以用两种方法制造GI塑料光纤。一种是用折射率受控预制棒拉制光纤，另一种是连续挤压具有不同折射率的聚合物。在拉制法中，将单体或聚合物注入预制棒管或反应器进行聚合，从而生成在从管或反应器的壁向中心的方向上具有预定折射率的包覆层。用同样的方法将折射率不同的芯材注入管或反应器。因此，在光纤产品中，从周边向芯层中心的方向上折射率逐步增加或减小。但是，在拉制方法中不容易自由控制折射率分布或者折射率的分布不容易连续增加或减小。如果使用折射率控制掺杂剂，则其难度更为加剧。相反，挤压法通过连续提供具有预定折射率的包覆材料和具有不同折射率的芯材可以使材料在挤压过程中分散在芯层和包覆层的边界处，从而使折射率逐渐变化。在挤压过程中通过扩散聚合物或掺杂剂制造塑料光纤的传统方法公开在美国专利5593621中。挤压法也有挤压速度慢的缺点，该方法难以自由控制折射率分布，或者折射率的分布不容易连续增加或减小。传统的光纤挤压装置一般包括在挤压过程中用于施加压力的具有气体的气缸、用于储存芯材和包覆材料的容器、使芯材和包覆材料在其中结合的十字头、使芯层和包覆层之间的扩散在其中发生的扩散部分及温度调节器。图1是详细示出传统光纤挤压装置的一部分，特别是十字头10和扩散部分20的视图。十字头10包括芯管11、螺母12、十字头外壳13、模座14和15。十字头10的结构是使芯材沿扩散器20的中心流动，而包覆材料分布在芯材周围。芯材熔体通过芯管11加入十字头10。然后使包覆材料熔体通过形成在外壳13中的通道16加入十字头10并且和芯材熔体结合。扩散部分20通过螺杆旋入模座15。在扩散部分20中，包括在芯材和包覆材料中的掺杂剂慢慢扩散，使折射率逐渐变化。必须将扩散部分20设计为至少长50cm。为了得到良好的折射率分布，其必须长100-400cm。结果，挤压装置的尺寸增大，挤压光纤需要更长的时间。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是至少要基本上解决上述问题和/或缺点，并且至少提供下述优点。因此，本专利技术的一个目的是提供一种在从其中心开始的半径方向上折射率连续变化的塑料光纤的制造装置和方法。本专利技术的另一个目的是提供一种其折射率分布能够自由控制的塑料光纤的制造装置和方法。根据本专利技术的一个方面，在塑料光纤制造装置中，第一容器独立地盛有至少包括一种芯材的折射率控制材料。这些折射率控制材料具有不同的折射率。第二容器盛有折射率不同于芯材的包覆材料。十字头通过物理挤压使从第一容器和第二容器加入的折射率控制材料和包覆材料向下流动，同时将折射率控制材料和包覆材料的流动限定在预定半径内。旋转器在垂直于挤压方向的方向上将挤出的折射率控制材料和包覆材料同心混合。根据本专利技术的另一方面，在塑料光纤制造方法中，连续供应至少包括一种芯材的一种或多种折射率控制材料。在本申请中，这些折射率控制材料具有不同的折射率。在折射率控制材料周围连续供应折射率不同于折射率控制材料的包覆材料。以预定半径挤出折射率控制材料和包覆材料。在垂直于挤压方向的方向上将挤出的折射率控制材料和包覆材料同心混合。用该混合物拉制塑料光纤。优选地是，旋转器包括和十字头咬合(使得喷嘴可以拆卸)的喷嘴，还包括用于旋转喷嘴的旋转力源。优选地是，芯材提供在中心，在折射率控制材料供应步骤中将其它折射率控制材料供应在芯材周围。包覆材料优选是通过聚合至少一种单体得到的聚合物。附图简述当结合附图阅读下面的专利技术详述部分时，本专利技术的上述和其它目的、特征和优点将更为明显。图1是示出传统光纤挤压装置的视图，特别是详细示出其十字头的视图；图2是本专利技术一个实施方案的光纤挤压装置的方框图； 图3是示出本专利技术实施方案的光纤挤压装置中的十字头和旋转器的视图；图4A是沿图3所示的A-A’线剖开的芯-包覆材料结合物的剖面图；图4B是沿图3所示的B-B’线剖开的生产的塑料光纤的剖面图；图5示出图4B所示塑料光纤的折射率曲线；和图6是示出本专利技术的折射率控制原理的视图。具体实施例方式下面参考附图说明本专利技术的优选实施方案。为清楚和简要起见，公知的功能和结构不再详述，因为对它们不必要的详述将使本专利技术变得不清楚。图2是本专利技术一个实施方案的光纤挤压装置的方框图。如图所示，光纤挤压装置100包括气缸110、芯材容器120、包覆材料容器130、十字头140和旋转器150。虽然图中没有示出，但是，光纤挤压装置中还包括用于控制气体、芯材和包覆材料流速的流量控制器、过滤器、温度调节器、涂布机和卷绕机。气缸110中盛有气体如氮气，用于供应挤压所需的压力。芯材容器120具有盛在不同容器中的折射率不同的一种或多种掺杂剂或聚合物。包覆材料容器130中盛有基础聚合物作为包覆材料。十字头140将芯材和包覆材料相结合，使芯-包覆材料的结合物具有预定的半径。旋转器150将从十字头140挤出的芯-包覆材料的结合物旋转，使掺杂剂或聚合物扩散。图3示出十字头140和旋转器150的更细微的结构。如图所示，十字头140包括芯管141、十字头外壳142、模座143和144。这些部件通过螺母145相互咬合。芯管141可以间隔成A部、B部、C部和D部，以提供折射率不同的掺杂剂或聚合物。旋转器150包括通过螺栓固接在模座144下面使其可以拆卸的喷嘴151、用于旋转喷嘴151的具有马达153的旋转力源152和马达控制器154。操作时，芯材通过芯管141的A部、B部、C部和D部加入十字头140。然后包覆材料通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造塑料光纤的装置，其包括：第一容器，用于独立地盛放包括至少一种芯材的折射率控制材料，这些折射率控制材料具有不同的折射率；第二容器，用于盛放折射率不同于芯材的包覆材料；十字头，用于接收和以向下方向挤出从第一容 器和第二容器加入的折射率控制材料和包覆材料，折射率控制材料和包覆材料的流动限定在预定半径内；和旋转器，用于在垂直于挤压方向的方向上将挤出的折射率控制材料和包覆材料同心混合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李丞熙，吴成国，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]