一种偏心光纤堆栈制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种偏心光纤堆栈制备方法及装置，属于偏心光纤制备领域，包括：形成第一堆栈体并嵌套入一预设厚度的外套管中，第一堆栈体包含若干根第一毛细棒，于第一堆栈体和外套管之间填充若干不同直径的第二支撑毛细棒，形成第二堆栈体；采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换第二堆栈体中非中心位置处的第一毛细棒或第二支撑毛细棒，形成光纤预制棒；对光纤预制棒进行光纤拉丝，并于光纤拉丝过程中主动精密控制气体压力以形成偏心光纤。本发明专利技术的有益效果在于：利用高折射率的毛细棒替换非中心位置处的原本低折射率的毛细棒，无需进行打孔；通过堆栈法灵活调整纤芯的位置，同时调整外套管的壁厚以控制纤芯与光纤表面的距离。

【技术实现步骤摘要】
一种偏心光纤堆栈制备方法及装置
本专利技术涉及偏心光纤制备领域，尤其涉及一种偏心光纤堆栈制备方法及装置。
技术介绍
偏心光纤(ExcentricCoreFiber，ECF)的纤芯偏离光纤的中心且接近外包层，纤芯与外包层呈非对称结构。偏心光纤具有良好的偏振保持特性和非零截止特性，同时由于纤芯靠近光纤的外表面，导致光纤中部分光在发生全反射时，不能完全反射回光纤纤芯，而是会逸出包层在表面传播(称此为倏逝波，EvanescentWave)。由于偏心光纤的特殊结构，其倏逝波在包层外部的强度非常高；当光纤的表面附着其他物质时，物质与倏逝波开始发生相互作用，导致光纤的传输信号由于传输损耗以及后向散射光发生改变。利用这一现象可以用于检测物质的光纤传感器，称为偏心光纤传感器；同时偏心光纤与光时域反射计(opticaltime-domainreflectometer，OTDR)的测试法组合在一起时，可以作一种新型分布式传感器应用于较长距离的传感场景，如隧道、管廊内的危险气体检测等。目前，传统的偏心光纤制备中，通常是在石英棒中钻出偏心的孔，再插入高折射率芯棒以实现预制棒的制备。这种光纤制备难度较大，石英玻璃通常是通过高温熔融后再急速冷却形成的，这一过程会导致石英玻璃中残留应力，通过低温退火的方式无法完美均匀释放应力，这意味着打孔过程中可能引发石英玻璃的局部爆裂；石英玻璃棒打孔利用钻头实现，过长的钻头在高速旋转下会引起钻头顶部以固定端为中心方位角的低频振荡，导致在打孔过程中钻头逐渐发生偏移，从而无法保证所有的孔洞均与石英玻璃棒外表面平行；由于钻头的长度有限，使得制备得到的光纤预制棒的长度也有限，无法满足光纤大量生产的需要，虽然从石英玻璃棒的两端同时打孔可使孔洞长度翻倍(钻头长度的2倍)，但是同样无法保证孔洞与石英玻璃棒外表面是否平行，以及两边孔洞是否能够同轴对齐，制备难度大，且光纤的长度仅在10～20厘米的量级，因此针对以上问题，迫切需要研究一种偏心光纤堆栈制备方法及装置，以满足实际使用的需要。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种偏心光纤堆栈制备方法及装置，采用堆栈法使得灵活调整纤芯的位置，同时能够精确地控制纤芯与光纤表面的距离，确保能够轻松实现米量级长度的光纤预制棒生产和偏心光纤公里量级的工业化生产。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：本专利技术提供一种偏心光纤堆栈制备方法，包括：步骤S1，形成一第一堆栈体，所述第一堆栈体包含若干根第一毛细棒；步骤S2，将所述第一堆栈体嵌套入一预设厚度的外套管中，并于所述第一堆栈体的外围和所述外套管之间的间隙中填充若干不同直径的第二支撑毛细棒，形成一第二堆栈体；步骤S3，采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换所述第二堆栈体中非中心位置处的第一毛细棒或第二支撑毛细棒，形成光纤预制棒；步骤S4，对所述光纤预制棒进行光纤拉丝，并于光纤拉丝过程中主动精密控制所述第二堆栈体中各处的气体压力，以形成一偏心光纤，所述偏心光纤包括由一根或多根位于非中心位置处的第三毛细棒经光纤拉丝过程得到的纤芯，由若干根第一毛细棒和若干第二支撑毛细棒经光纤拉丝过程和负压控制后消除间隙得到的实心包层。优选地，所述第三毛细棒包含锗元素、磷元素、硼元素或稀土元素。优选地，于所述步骤S3中，当采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换所述第二支撑毛细棒时，每根所述第三毛细棒的直径分别与对应的所述第二支撑毛细棒的直径相同。优选地，所述第二支撑毛细棒的长度与所述第一毛细棒的长度相同。优选地，所述第三毛细棒的长度与所述第一毛细棒的长度相同。优选地，所述外套管的预设厚度为[0.5mm，10mm]。本专利技术还提供一种偏心光纤堆栈制备装置，包括如上述的一种偏心光纤堆栈制备方法，所述制备装置包括：一光纤堆栈系统，用于进行堆栈，以形成堆栈体结构，得到一光纤预制棒；一光纤拉丝塔系统，连接所述光纤堆栈系统，用于对所述光纤预制棒进行光纤拉丝，所述光纤拉丝塔系统包括：一高温石墨炉，用于将所述光纤预制棒熔融成裸光纤；一预制棒进给装置，连接所述高温石墨炉的进给口，用于将所述光纤预制棒提供给所述高温炉；至少一个涂覆固化装置，连接所述高温石墨炉，用于为所述裸光纤的表面涂覆高分子材料，并固化形成涂覆光纤；一主牵引系统，所述主牵引系统用于调整光纤拉丝的拉丝速度，以及所述裸光纤的直径，形成所述光纤束；一光纤转向引导轮，分别连接所述涂覆固化装置和所述主牵引系统，用于改变所述涂覆光纤的方向并引入所述主牵引系统中；一光纤收线装置，连接所述主牵引系统，用于所述光纤束通过一舞蹈轮进入所述光纤收线装置，并收集于一收线盘中；一主动式气控单元，连接所述光纤拉丝塔系统，用于在光纤拉丝过程中控制所述第二堆栈体中各处的气体压力，以消除间隙得到所述实心包层。优选地，所述涂覆固化装置的数量为2个，每个所述涂覆固化装置分别包括：涂覆器，用于在所述裸光纤的表面涂覆高分子材料；固化炉，连接所述涂覆器，用于对所述裸光纤的表面涂覆的高分子材料进行固化处理。优选地，当所述涂覆固化装置中涂覆的高分子材料为丙烯酸酯或硅胶时，所述涂覆层的厚度范围为[50um，150um]。优选地，当所述涂覆固化装置中涂覆的高分子材料为聚酰亚胺时，所述涂覆层的厚度范围为[5um，30um]。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过堆栈法制备偏心光纤，利用高折射率的毛细棒替换非中心位置处的原本低折射率的毛细棒，无需进行打孔，克服了传统打孔法中在过长的钻头高速旋转下产生低频振荡且孔的长度受限于钻头的长度，同时由于偏心光纤的纤芯靠近于光纤的表面，在钻孔过程中容易使光纤表面发生崩裂现象；通过堆栈法可灵活调整纤芯的位置，使其位于除中心位置外的任何位置，同时通过调整外套管的壁厚能够精确控制纤芯与光纤表面的距离；能够轻松实现米量级长度的光纤预制棒生产和偏心光纤公里量级的工业化生产。附图说明图1为本专利技术中一种偏心光纤堆栈制备方法的流程示意图；图2a为本专利技术中光纤预制棒的实施例一的结构示意图；图2b为本专利技术中偏心光纤的实施例一的结构示意图；图3a为本专利技术中光纤预制棒的实施例二的结构示意图；图3b为本专利技术中偏心光纤的实施例二的结构示意图；图4a为本专利技术中光纤预制棒的实施例三的结构示意图；图4b为本专利技术中多芯偏心光纤的实施例三的结构示意图；图5为本专利技术中一种偏心光纤堆栈制备装置具体实施例的结构示意图。附图标记：主动式气控单元(1)，光纤拉丝塔系统(2)，预制棒进给装置(21)，高温石墨炉(22)，涂覆固化装置(23)，涂覆器(231)，固化炉(232)，光纤转向引导轮(24)，主牵引系统(25)，主光纤牵引轮(251)，舞蹈轮(26)，光纤收线装置(27)，收线盘(271)，光纤预制棒(31)，裸光纤(32)，涂覆光纤(33)，偏心光纤(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏心光纤堆栈制备方法，其特征在于，包括：/n步骤S1，形成一第一堆栈体，所述第一堆栈体包含若干根第一毛细棒；/n步骤S2，将所述第一堆栈体嵌套入一预设厚度的外套管中，并于所述第一堆栈体的外围和所述外套管之间的间隙中填充若干不同直径的第二支撑毛细棒，形成一第二堆栈体；/n步骤S3，采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换所述第二堆栈体中非中心位置处的所述第一毛细棒或所述第二支撑毛细棒，形成光纤预制棒；/n步骤S4，对所述光纤预制棒进行光纤拉丝，并于光纤拉丝过程中主动精密控制所述第二堆栈体中各处的气体压力，以形成一偏心光纤，所述偏心光纤包括由一根或多根位于非中心位置处的第三毛细棒经光纤拉丝过程得到的纤芯，由若干根所述第一毛细棒和所述若干第二支撑毛细棒经光纤拉丝过程和负压控制后消除间隙得到的实心包层。/n

【技术特征摘要】
1.一种偏心光纤堆栈制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，形成一第一堆栈体，所述第一堆栈体包含若干根第一毛细棒；
步骤S2，将所述第一堆栈体嵌套入一预设厚度的外套管中，并于所述第一堆栈体的外围和所述外套管之间的间隙中填充若干不同直径的第二支撑毛细棒，形成一第二堆栈体；
步骤S3，采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换所述第二堆栈体中非中心位置处的所述第一毛细棒或所述第二支撑毛细棒，形成光纤预制棒；
步骤S4，对所述光纤预制棒进行光纤拉丝，并于光纤拉丝过程中主动精密控制所述第二堆栈体中各处的气体压力，以形成一偏心光纤，所述偏心光纤包括由一根或多根位于非中心位置处的第三毛细棒经光纤拉丝过程得到的纤芯，由若干根所述第一毛细棒和所述若干第二支撑毛细棒经光纤拉丝过程和负压控制后消除间隙得到的实心包层。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三毛细棒包含锗元素、磷元素、硼元素或稀土元素。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，于所述步骤S3中，当采用一根或多根高折射率的第三毛细棒一一替换所述第二支撑毛细棒时，每根所述第三毛细棒的直径分别与对应的所述第二支撑毛细棒的直径相同。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二支撑毛细棒的长度与所述第一毛细棒的长度相同。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三毛细棒的长度与所述第一毛细棒的长度相同。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述外套管的预设厚度为[0.5mm，10mm]。


7.一种偏心光纤堆栈制备装置，包括如权利要求1-6任意一项所述的一种偏心光纤堆栈制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：江昕，郑羽，殷若琛，刘思迪，付晓松，邹琪琳，
申请(专利权)人：艾菲博宁波光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33