[發明專利]一種多材料多結構中紅外光纖的低成本批量制備方法及系統

有效

• 申請號: 201910964019.0
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110683753B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 陶光明;徐文鑫;任志禾
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C03B37/027
• 分類號: C03B37/027;C03B37/012
• 代理公司: 北京彩和律師事務所 11688
• 代理人: 閆桑田

1.一種多材料多結構中紅外光纖的批量制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)采用雙坩堝法制備得到具有芯包結構的初始中紅外光纖預制棒，所述初始中紅外光纖預制棒芯包比為0.1-10，所述初始中紅外光纖預制棒外徑為1-50mm；長度為5-100cm；

(2)采用薄膜卷繞法將聚合物薄膜卷繞在步驟(1)獲得的初始中紅外光纖預制棒外表面，真空固化后得到自內向外依次為玻璃芯層、玻璃包層和聚合物包層的多材料多結構中紅外光纖預制棒；所述聚合物為熱塑性聚合物，所述聚合物與所述初始中紅外光纖預制棒中采用的材料的玻璃轉化溫度之差小于50℃，所述聚合物與所述初始中紅外光纖預制棒中采用的玻璃在10⁴-10⁸poise粘度區間內具有溫度區間的重疊區域；采用薄膜卷繞法將聚合物薄膜卷繞在步驟(1)獲得的初始中紅外光纖預制棒外表面，卷繞層數為200-1000層，薄膜單層厚度為20-300μm；

(3)對步驟(2)獲得的多材料多結構中紅外光纖預制棒進行光纖熱拉制，得到所述多材料多結構中紅外光纖；

其中，步驟(1)包括如下子步驟：

(1-1)將顆粒態高折射率玻璃與顆粒態低折射率玻璃分別裝填至雙坩堝爐的內坩堝與外坩堝，選取與所述雙坩堝爐匹配的真空配件接口，將所述裝有兩種玻璃材料的雙坩堝爐頂端密封，底端開口；

(1-2)對所述坩堝爐內實現氣氛保護，避免玻璃光纖預制棒制備過程中氧化；且在所述內坩堝內部與所述外坩堝內部分別通入保護氣氛，用于控制內外坩堝的壓力，用于擠壓內坩堝和外坩堝內的玻璃材料；調整溫度和擠壓的壓力，制備得到具有不同芯包比例的初始中紅外光纖預制棒，所述內坩堝和外坩堝的壓力為0.2-12Mpa；

其中，所述雙坩堝爐包括外坩堝和內坩堝，所述雙坩堝爐自上而下包括真空接口區域、坩堝變徑過渡區、坩堝裝料區、軟化平穩區和底端擠出口區域，所述坩堝變徑過渡區位于所述真空接口區域和所述坩堝裝料區之間，所述外坩堝和內坩堝的外徑自上而下逐漸減??；

所述內坩堝的擠出頭端面和所述外坩堝的擠出頭端面相對于底端擠出口區域伸出長度不同，且所述內坩堝的擠出頭端面相對于底端擠出口區域的伸出長度短于所述外坩堝的擠出頭端面的伸出長度。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述玻璃為硫系玻璃或其它紅外波段透過的軟玻璃材料。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述熱拉制的溫度為100-500℃。

4.一種批量制備多材料中紅外光纖的系統，其特征在于，包括

雙坩堝爐：所述雙坩堝爐用于通過雙坩堝擠出法制備初始中紅外光纖預制棒；所述雙坩堝爐包括外坩堝和內坩堝，所述雙坩堝爐自上而下包括真空接口區域、坩堝變徑過渡區、坩堝裝料區、軟化平穩區和底端擠出口區域，所述坩堝變徑過渡區位于所述真空接口區域和所述坩堝裝料區之間，所述外坩堝和內坩堝的外徑自上而下逐漸減??；其中，所述內坩堝的擠出頭端面和所述外坩堝的擠出頭端面相對于底端擠出口區域伸出長度不同，且所述內坩堝的擠出頭端面相對于底端擠出口區域的伸出長度短于所述外坩堝的擠出頭端面的伸出長度；

多材料中紅外光纖預制棒制備裝置：所述多材料中紅外光纖預制棒制備裝置包括聚合物薄膜卷繞裝置和固化爐；所述聚合物薄膜卷繞裝置用于在所述初始中紅外光纖預制棒外表面采用薄膜卷繞法卷繞包裹聚合物，所述固化爐用于對包裹卷繞聚合物的初始中紅外光纖預制棒進行真空固化，得到所述多材料中紅外光纖預制棒；

拉絲塔：所述拉絲塔用于對所述多材料中紅外光纖預制棒進行熱拉制制備所述多材料中紅外光纖。

5.如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述外坩堝和內坩堝的外徑等比例自上而下逐漸減小。

6.如權利要求4所述的系統，其特征在于，所述雙坩堝爐的坩堝裝料區和軟化平穩區之間設置有篩狀濾網層。

7.如權利要求6所述的系統，其特征在于，所述篩狀濾網層設置于坩堝爐溫度分布區域的第一加熱區底端。