[发明专利]一种制作大尺寸光纤预制棒引锥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其是涉及一种制作大尺寸光纤预制棒引锥的方法。

背景技术

近几年来，光纤行业的竞争越来越激烈，光纤预制棒、光纤以及光缆的价格也一度下跌，成本竞争逐渐成为光纤市场竞争的首要因素，因此如何降低产品的成本已是各大公司共同关注的焦点。

套管法可生产大尺寸光纤预制棒，可显著的提高光纤的拉丝效率。但套管法生产的光纤预制棒，需要制作引锥方能提高预制棒拉丝效率，并节约材料。引锥的形状也是显著影响光纤预制棒拉丝合格率和拉丝效率一个重要因素。比如引锥的形状影响预制棒棒尖升速过程中拉丝张力变化，拉丝速度变化等。尤其在预制棒拉丝升温升速过程中容易出现裸纤直径的波动、拉丝断纤、裸纤直径，截止波长，模场直径，零色散波长超标现象。

光纤预制棒拉丝过程中棒尖拉丝合格率往往较低，这主要是由于光纤预制棒的引锥的形状所决定。在光纤拉丝过程中，拉丝炉子功率和光棒进给速率决定了拉丝张力。假定拉丝张力恒定的情况下，光纤拉丝速度                                                ，v（t）表示在t时刻的光纤拉丝速度，预制棒引锥体积变化量之间的关系可用式（1）表示：

                      （1）

其中D为光纤预制棒的外径；Vp为光纤预制棒的进给速度；d为裸光纤的直径。如果拉丝速度保持不变则，引锥的体积必须保持不变。

预制棒引锥部分单位时间净吸收热量与炉子功率P之间的关系可用式（2）表示：

                        （2）

其中k为石英品的吸热系数；C为石英的比热容；T（P）是石英加热后的温度，与炉子功率P有关。T₀是石英被加热前的温度。

石英在高温熔融状态下其粘度与温度的关系可用式（3）表示：

                          （3）

其中为石英的粘度；A为与石英相关的常数；E为活化能；R为气体常数；T（P）为石英加热后的温度，与炉子的功率P有关。

根据式（2）和式（3）可得出：

                         （4）

 若保持拉丝张力不变，石英粘度必须保持不变，因此功率将随着引锥的体积的增大而增大。由公式（1）~（4）可知，在功率不发生变化的情况下，拉丝速度和张力的波动主要是由于引锥体积变化所造成的。

而普通方法制作的光纤预制棒其引锥形状变化如图3中的实线所示。光纤预制棒的引锥从图3中实线的形状逐步熔化成虚线的形状时，其引锥的体积不断发生变化，引锥的体积先减小后增大。根据式（1）和（2），为了保证光纤直径的稳定，普通引锥的体积的变化必定会引起拉丝速度的变化。假定高温炉的功率P此时不变，由于dV的变化导致石英单位体积吸收热量的变化，进而影响石英品的粘度，最终导致拉丝张力的变化。拉丝张力的变化能够引起光纤内部应力的分布，将影响光纤的截止波长，零色散波长，模场直径等光学参数。

光纤预制棒的引锥部分在拉丝过程中，圆锥形锥头逐渐熔化成引锥101的形状，此过程中dV并不是稳定不变的，因此高温熔炉将引锥301熔化成引锥101的形状所需的热量并非是稳定的，必定引起拉丝速度波动，拉丝张力波动；预制棒棒尖拉丝合格率受此影响必然会降低。只有dV=0时，即引锥的体积和高温熔融状态下引锥的体积相同时，玻璃的粘度才能稳定，从而预制棒棒尖的拉丝张力和拉丝速度才能稳定。

公开号为CN101014545A的中国专利《用于制造石英玻璃光学元件的拉伸方法及使用施行该方法的预制品》中所提及的圆锥形引锥设计，无法克服上述的问题。锥头部分在拉丝过程中容易出现速度和张力波动，棒尖截止波长，模场直径等光纤参数不稳定。

公开号为CN102923941A的中国专利《一种光纤预制棒的拉锥加工方法》，所描述的引锥加工采用焊接车床，先将光纤预制棒对接，然后对拉的方法制作引锥。虽然可制作出与理想形状接近的引锥。由于大尺寸光纤预制棒的石英套管壁厚尺寸较大，是因材料的导热系数极小，在焊接车床上进行熔接时难以熔烧，加工时间因此大大增加，会造成拉制效率低下，燃料浪费严重。因此这种方法不适合于大尺寸光纤预制棒的引锥制作。

发明内容

本发明的目的是克服以上不足，提供一种制作大尺寸光纤预制棒引锥的方法。使用此方法制作大尺寸光纤预制棒的引锥，可以提高大尺寸光纤预制棒引锥的制作效率，降低原材料的浪费，提高光纤拉丝效率和拉丝合格率。