[發明專利]利用堆積法制備雙包層光纖預制棒的方法

在審

• 申請號: 201310511894.6
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103663956A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王龍飛;陳丹平;李文濤;盛秋春;李萌;胡麗麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及雙包層光纖，特別是一種利用堆積法制備雙包層光纖預制棒的方法。

背景技術

高功率光纖激光器已經廣泛應用于工業生產以及科學研究等領域，雙包層結構的光纖激光器具有有效提高泵浦光耦合效率的特性，目前已廣泛應用于光纖設計中。初期的內包層是圓柱對稱的，有很大一部分光會在內包層中多次內反射產生螺旋光，而不被纖芯所吸收，導致光纖的吸收效率低下，嚴重限制了高功率光纖激光器功率的進一步提高。為了降低螺旋光，提高光纖的泵浦光吸收效率，必須破壞內包層的對稱型，為此人們提出了異形內包層結構，如矩形，六角形，D型等。另一方面，制備保偏光纖，往往需要在內包層添加應力元件，形成不對稱結構，以往是在內包層玻璃管中打兩個長細圓柱孔后再插入應力棒形成應力元件。

目前，對于石英光纖而言，制備雙包層預制棒的主要方法是化學氣相沉積法。對于多組分玻璃而言，主要方法有鉆孔法、澆鑄法和擠壓法。鉆孔法是用機械鉆頭對玻璃打孔制成玻璃管，將該玻璃管制成毛細管后可作為光纖預制棒的內，外包層。澆鑄法是將幾種玻璃在高溫條件下分層澆鑄。擠壓法則是利用玻璃擠壓設備，在玻璃的軟化點附近對其擠壓，從而制成各種形狀的玻璃管，玻璃棒，進而制成光纖預制棒，拉制成光纖。

然而上述的四種方法都存在很大的不足。化學氣相沉積法目前只是用于石英玻璃，而不適用于軟玻璃；同時，這種方法無法制備異形結構的內包層，也無法獲得制備保偏光纖所需的非對稱結構，且工藝難度大、復雜。

對于鉆孔法而言，其主要問題在于：1.只能制備圓柱對稱的玻璃管，而無法制備其他異形管，從而無法制得吸收效率更高異形內包層光纖。2.所能制備的玻璃管的長度有限。3.玻璃管在制備過程中極易受外界污染和損傷，因而在鉆孔之后必須進行玻璃管內外拋光等處理，極大的增加了加工難度和成本。

澆鑄法對澆鑄溫度和模具要求非常高，預制棒容易開裂，成品率低。

擠壓法的缺點在于：1.只是用于一些軟化點較低的玻璃，不適用軟化點過高的玻璃，因為溫度過高，模具就會在擠壓過程中嚴重變形，損壞。2.模具無法重復利用，極大增加了加工成本。3.操作工藝復雜，難度大。另一方面，利用鉆孔制備保偏光纖的應力元件時，打長小圓柱孔、拋光清潔孔內表面以及讓應用棒與小圓柱孔尺寸高度吻合的工藝也非常復雜，為保偏光纖預制棒的制備帶來很大困難。

發明內容

本發明的目的是為了解決以上現有技術的不足，提出了一種利用堆積法制備雙包層光纖預制棒的方法，該方法簡單，易操作，同時適用于各種基質玻璃的方法。利用堆積法制備雙包層光纖及保偏光纖有如下優勢。第一，通過預制棒中細棒的替換。可以任意打破光纖內包層的對稱性，實現各種異形內包層結構和各種類型的保偏光纖。第二，工藝簡單，可制得任意長度的光纖預制棒。第三，模具可重復利用，極大的降低了成本。

本發明的技術解決方案如下：

一種利用堆積法制備雙包層光纖預制棒的方法，其特點在于該方法包括以下步驟：

①制備外徑均勻的細棒：

利用拉絲塔制成第一玻璃棒、第二玻璃棒和第三玻璃棒，所述的第一玻璃棒和第二玻璃棒為無摻雜的均勻細棒，第三玻璃棒是摻雜玻璃的均勻細棒，所述的第一玻璃棒的折射率小于第二玻璃棒折射率，第二玻璃棒折射率小于第三玻璃棒折射率，然后根據制備光纖預制棒的長度L的需要，將所述的第一玻璃棒、第二玻璃棒和第三玻璃棒截成相同長度L；

②光纖預制棒的制備：

在具有六角形內腔的套筒模具里，按密堆積方式排列第二玻璃棒共m層，然后用第一玻璃棒替換最外面n層的第二玻璃棒，再用第三玻璃棒替換中心的一根第二玻璃棒；

對于“熊貓”型保偏光纖預制棒，還需用第一玻璃棒替換與中心的第三玻璃棒相距兩個玻璃棒距離的七根第二玻璃棒，而后在與此所述的七根第二玻璃棒中心對稱的位置，同樣用第一玻璃棒替換另外七根第二玻璃棒，構成兩個產生雙折射的應力元件；

將已裝入該六角形金屬套筒模具里的而裸露的部分共m層玻璃杯套在另兩個結構相同的六角形套筒中；再將該六角形金屬模具及其內玻璃棒豎直在高溫爐內進行燒結并退火，該光纖預制棒的燒結溫度低于該玻璃軟化點30～100度，預制棒直立以消除重力導致的畸變，從所述的六角形套筒模具脫模后獲得光纖預制棒；

所述的第一玻璃棒的玻璃為石英玻璃、磷酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、碲酸鹽玻璃或氟化物玻璃以及聚合物材料。

所述的m的取值為3～20層。

所述的n≥2。