一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置及制备方法，包括呈圆筒形结构的筒模、用于驱动筒模绕其轴心自转的转动机构，筒模的两端均开设有与其同轴且供一次浇注的开口，转动机构包括从动轴、带动从动轴和筒模同轴转动的驱动轴，驱动轴和从动轴分别可拆卸封堵在两开口处，从动轴的轴心处开设有供二次浇注的进料通道，采用二次浇注和延时旋转的方式控制筒模和从动轴的封闭内腔中玻璃的体积收缩，即在一次浇注完成后静置冷却，并通过二次浇注填补已收缩部分，达到降低内腔中玻璃总收缩率的目的，随后进行旋转，将内腔间隙和两次浇注玻璃的剩余收缩体积共同转化为均匀孔道，从而获得内外径比例达1/15的可用于单模光纤预制棒的包层套管。纤预制棒的包层套管。纤预制棒的包层套管。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置及制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤预制棒制造
，特别是涉及一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置及制备方法。

技术介绍

[0002]单模光纤具有光束质量好、模间色散小的特点，因此广泛应用于长距离信号传输领域。近年来，以多组分玻璃为基质的中红外光纤因其在激光雷达、激光医疗、食品质量控制和大气污染监测等领域具有重大的科学价值和应用需求，因而得到广泛的关注，目前主要有氟化物光纤、碲酸盐光纤和硫系光纤等。
[0003]光纤制造工艺的核心是光纤预制棒的制备技术。区别于石英玻璃，多组分玻璃的抗析晶性能差，因而对光纤预制棒的尺寸有一定的要求，其外径一般要控制在30mm以内，以缩短玻璃在预制棒制备过程中的冷却时间以及后续拉丝过程中的加热时间，即缩短玻璃处于高温易析晶状态下的时间，从而降低所得光纤的损耗。与之对应地，纤芯棒的直径应控制在2mm以内，这就对多组分玻璃单模光纤预制棒的制备工艺提出了更高的要求，目前常见的制备方法主要有双包层法、双坩埚引流法和管棒法等。
[0004]双包层法是先采用管棒法或旋转浇注法等制备常规尺寸的由纤芯和内包层套管组成的光纤预制棒，此时纤芯的直径一般在5mm以上，然后通过拉丝装置对该光纤预制棒进行加热拉伸，直至纤芯直径在2mm以内，随后将其插入外包层套管中获得双包层的单模光纤预制棒。中国专利技术专利CN102976607B介绍了一种单模硫系玻璃光纤及其制作方法，采用反复多次加热拉伸的办法制备出多包层的硫系玻璃单模光纤。该方法会使玻璃多次经历热拉过程，这对于减少玻璃析晶降低光纤损耗是不利的。
[0005]中国专利技术专利CN110981180B介绍了一种单模光纤预制棒的制备装置及方法，通过在包层坩埚上方同轴设置纤芯坩埚，并通过对设置在纤芯坩埚和包层坩埚轴心处的导引棒的牵引，促使纤芯玻璃熔体在导引棒的引流下充入玻璃芯部制备单模光纤预制棒。该方法装置简单，操作简便，能够实现一次成型，但直径仅为2mm的导引棒在牵引过程中的震动，以及牵引结束后玻璃熔体的冷却收缩会对纤芯直径的均匀性造成一定影响。
[0006]管棒法一般先采用机械冷加工方法制备纤芯棒和包层棒，再将纤芯棒加热拉伸成直径2mm以内的纤芯细棒，并在外径为30mm左右的包层棒的轴心处打孔制备包层套管，最后将纤芯细棒插入包层套管中获得单模光纤预制棒。中国专利技术专利CN109180010B介绍了一种高增益的Tm
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共掺多组分锗酸盐玻璃单模光纤及其制备方法，中国专利技术专利CN1315746C介绍了铒镱共掺多组份氧化物玻璃单模光纤芯玻璃及制备单模光纤的方法，均采用管棒法制备单模光纤预制棒。管棒法是目前制备多组分玻璃单模光纤预制棒的常用方法，通过该方法最终制得的单模光纤的性能与纤芯细棒和包层套管的品质息息相关。相较而言，纤芯棒的加热拉细工艺较为简单，可以精确控制所得纤芯细棒的直径及其均匀性，其外表面也较理想，且因纤芯棒的直径较小，在经历二次加热后也不易析晶；而包层套管受到单模光纤纤芯/包层比例以及多组分玻璃抗析晶性能的制约，其预制孔径很小，打孔难度
大，打孔得到的孔道内表面光洁度差，进而大大影响所得单模光纤的性能。因此，如何制备高品质的且内外径比例达1/15的包层套管，是获得性能优良的单模光纤的难点和关键所在。
[0007]一般而言，旋转法是获得内表面理想、内径均匀的包层套管的最佳方法。但受玻璃冷却收缩的限制，通过传统的旋转法无法直接获得内外径比例达1/15的可用于单模光纤预制棒的包层套管。例如，假定玻璃从高温冷却至室温的体积收缩率为2％(实际上往往大于该数值)，那么即使将模具填满玻璃熔体，并假定所收缩的体积全部转化为包层套管的孔道，最终也只能获得内外径比例约为1:7的包层套管，而无法获得更细孔道的包层套管。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置及制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，制备装置简单，操作简便，能够获得内表面理想、孔径均匀、内外径比例达1/15的可用于单模光纤预制棒的包层套管。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，包括呈圆筒形结构的筒模、用于驱动所述筒模绕其轴心自转的转动机构，所述筒模的两端均开设有与其同轴且供一次浇注的开口，所述转动机构包括从动轴、带动所述从动轴和所述筒模同轴转动的驱动轴，所述驱动轴和所述从动轴分别可拆卸封堵在两所述开口处，所述从动轴的轴心处开设有供二次浇注的进料通道，所述进料通道的一端与所述筒模相连通，另一端可拆卸封堵有顶盖，所述顶盖与二次浇注后玻璃熔体之间留有可转化为所述包层套管孔道的间隙。
[0010]优选的，所述进料通道包括与所述筒模相连通的锥形段，所述锥形段的径向截面沿远离所述筒模的方向逐渐减小，所述锥形段的宽端与一次浇注后所述筒模内玻璃熔体顶部因冷却收缩形成的凹陷相对接，所述锥形段宽端的直径与所述凹陷的顶端直径相同。
[0011]优选的，所述进料通道还包括同轴连通在所述锥形段窄端的直筒段，所述直筒段的内径为所述筒模内径的1/4至1/2。
[0012]优选的，所述顶盖包括外形结构与所述直筒段相匹配的凸起部，所述凸起部插接在所述直筒段中，所述凸起部与二次浇注后所述直筒段内的玻璃熔体之间留有所述间隙。
[0013]优选的，所述筒模配套有一次浇注后靠近所述筒模顶端设置的加热机构，所述加热机构用于对一次浇注后所述筒模内玻璃熔体的顶端加热。
[0014]优选的，所述从动轴对应所述锥形段的一端插接在所述筒模的内腔中。
[0015]优选的，两所述开口的外周侧均开设有第一环形凸缘，所述从动轴和所述驱动轴在分别对接所述开口的一端均开设有第二环形凸缘，各所述第一环形凸缘分别与各所述第二环形凸缘对接，并通过可拆卸的环形卡扣相连接。
[0016]优选的，所述筒模的外周侧配套有加热套。
[0017]优选的，所述驱动轴传动连接有驱动电机，所述驱动电机配套有直角基座，所述直角基座包括两相连接的支撑板，一所述支撑板上设有用于转动支撑所述驱动轴和所述从动轴的支撑座，并与所述筒模的轴心相平行，另一所述支撑板与所述筒模的轴心相垂直。
[0018]还提供一种用于光纤预制棒的包层套管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0019]准备：将筒模穿过加热套，通过环形卡扣将其一端与驱动轴连接固定，开启加热
套，在200
‑
450℃下保温0.5
‑
1h，同时将从动轴和顶盖放入200
‑
450℃的电炉内保温0.5
‑
1h；
[0020]熔制：采用两个坩埚在800
‑
1100℃熔融炉中同时熔制玻璃，玻璃需要根据包层套管的预设尺寸定量称取，待熔制完成后将熔融炉的温度降至600
‑
900℃，保温0.5
‑
2h；
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，包括呈圆筒形结构的筒模、用于驱动所述筒模绕其轴心自转的转动机构，所述筒模的两端均开设有与其同轴且供一次浇注的开口，所述转动机构包括从动轴、带动所述从动轴和所述筒模同轴转动的驱动轴，所述驱动轴和所述从动轴分别可拆卸封堵在两所述开口处，所述从动轴的轴心处开设有供二次浇注的进料通道，所述进料通道的一端与所述筒模相连通，另一端可拆卸封堵有顶盖，所述顶盖与二次浇注后玻璃熔体之间留有可转化为所述包层套管孔道的间隙。2.根据权利要求1所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述进料通道包括与所述筒模相连通的锥形段，所述锥形段的径向截面沿远离所述筒模的方向逐渐减小，所述锥形段的宽端与一次浇注后所述筒模内玻璃熔体顶部因冷却收缩形成的凹陷相对接，所述锥形段宽端的直径与所述凹陷的顶端直径相同。3.根据权利要求2所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述进料通道还包括同轴连通在所述锥形段窄端的直筒段，所述直筒段的内径为所述筒模内径的1/4至1/2。4.根据权利要求3所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述顶盖包括外形结构与所述直筒段相匹配的凸起部，所述凸起部插接在所述直筒段中，所述凸起部与二次浇注后所述直筒段内的玻璃熔体之间留有所述间隙。5.根据权利要求2至4任一项所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述筒模配套有一次浇注后靠近所述筒模顶端设置的加热机构，所述加热机构用于对一次浇注后所述筒模内玻璃熔体的顶端加热。6.根据权利要求5所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述从动轴对应所述锥形段的一端插接在所述筒模的内腔中。7.根据权利要求6所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，两所述开口的外周侧均开设有第一环形凸缘，所述从动轴和所述驱动轴在分别对接所述开口的一端均开设有第二环形凸缘，各所述第一环形凸缘分别与各所述第二环形凸缘对接，并通过可拆卸的环形卡扣相连接。8.根据权利要求7所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述筒模的外周侧配套有加热套。9.根据权利要求8所述的用于光纤预制棒的包层套管的制备装置，其特征在于，所述驱动轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：田颖，张序臣，李兵朋，井绪峰，华有杰，徐时清，黄飞飞，张军杰，蔡沐之，叶仁广，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：