基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，其特征在于：该多芯少模光纤预制棒采用了制备芯棒后精密抛磨，并通过与间隙互补的精密石英构件的组合，无空气间隙的嵌入一个内壁异形石英套管中，从而形成一个大尺寸组合型光纤预制棒。本发明专利技术还涉及一种用于制备异形石英套管的加工装置。本发明专利技术可用于制备多芯少模光纤预制棒，通过异形套管与芯棒的高精度匹配，提高多芯光纤的制备精度以及光纤的一致性。纤的制备精度以及光纤的一致性。纤的制备精度以及光纤的一致性。

【技术实现步骤摘要】
基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法


[0001]本专利技术涉及的是一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，属于光纤制备
针对于本专利技术所提及的大尺寸，是专门指直径达到或超过150mm、长度超过1500mm的光纤预制棒而言的。

技术介绍

[0002]互联网+、大数据、云计算和5G的快速发展，使用户对信息和数据传输的容量与速度要求越来越高，波分复用、正交频分复用和偏振复用等复用技术，使得单芯单模光纤的传输容量已经接近香农传输极限100Tbit/s。如何扩容是通信传输函待解决的问题，为此研究人员提出采用空分复用的方式可以解决未来的技术难题。空分复用有两种方式，一是模式复用，即采用少模光纤。二是空间上的多芯复用，即单根光纤中具有多个单模芯子的光纤，实现多路复用的新传输技术。因此，采用多芯光纤，可实现高集成度、大容量信息的空分复用传输，是解决高速网络通讯的理想方式。而制造多芯光纤的关键技术在于多芯光纤预制棒的制备，按照多芯光纤的制备方式，主要可以分为三种：1，堆栈法、2，插孔法、3，烧结法。
[0003]专利US2014216109A提出过一种用于多芯光纤预制棒的制备方法，该方法利用多根不同直径的圆形构件与芯棒进行排列，放入到包层管中，不同直径的圆形构件可以确定芯棒的位置，从而实现不同多芯光纤预制棒的组装。
[0004]专利JPS59217632A提出了利用更细小的石英棒填充空隙的方法制作多芯光纤预制棒，该方法先将多个芯棒按照需求进行排布，放入到石英管中，由于芯棒是圆形的，在石英管中仍然存在许多空隙，为了填补空隙，该方法用直径150μm
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300μm的石英毛细棒填充芯棒外的空隙，制作成多芯光纤预制棒。
[0005]专利CN108508528A提出过一种用于多芯光纤预制棒的制备方法，该方法利用公知的钻孔方法，将圆柱形石英玻璃加工成多孔石英包层管，将石英玻璃制成的芯棒插入到多孔的石英包层管中，形成多芯光纤预制棒。
[0006]专利JPH095542A提出的多芯光纤预制棒制备方法，是采用截面为正多边形的芯棒进行排布，之后放入到石英管中，并在芯棒与石英管之间的空隙中加入 125μm
‑
300μm的石英粉末，从而形成多芯光纤的预制棒。
[0007]专利JPS5782805A提出了一种多芯光纤预制棒的制备方法，该方法采用在一定空间内排布多根芯棒，之后将二氧化硅细粉喷涂在芯棒外侧，同时对其进行加热，二氧化硅粉末固结成为包层部分，从而形成了多芯光纤预制棒。
[0008]虽然上述的方法都能实现多芯光纤预制棒的制备，但是都存在着一些不足，表1给出了上述多芯光纤预制棒的加工方法及各自的不足。例如堆栈法是用圆形芯棒进行排列组成预制棒，而圆形之间不能充分接触，会在多芯光纤拉制中产生气泡，虽然有专利提出用细小的石英粉末填充空隙，但是在石英粉末固结时会进行长时间加热，一是会有加热不均匀的问题，二是长时间的加热会造成芯棒中材料的热扩散，使拉制出的光纤矢量不均匀。对于钻孔法来说，由于石英玻璃非常坚硬，用钻孔的方法不能实现长尺寸的加工，因此所加工的
预制棒的长度会受到限制。表1：多芯光纤预制棒不同的加工方法及其不足
[0009]本专利技术提出了一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，通过对芯棒以及石英预制件的精密研磨以及精密堆栈，以及异形石英套管的加工，可以有效减少多芯光纤预制棒中的空隙，并能够实现大尺寸多芯光纤预制棒的制备，为长距离多芯光纤的制备奠定了基础。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法。
[0011]本专利技术的目的是这样实现的：
[0012]一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，采用制备芯棒后进行精密抛磨，并通过与间隙互补的精密石英构件的组合，无空气间隙的嵌入一个内壁异形石英套管中，从而形成一个大尺寸组合型光纤预制棒；
[0013]所述的基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，其中的主要制作步骤包括：
[0014]步骤1：采用PCVD、MCVD、VAD或OVD工艺，精确控制折射率剖面分布制备而成芯棒坯料；
[0015]步骤2：对步骤1中制得的芯棒坯料外部进行精密平面抛磨，使芯棒外表面形成多边形结构，再进行脱脂、酸洗、纯水清洗、烘干备用；
[0016]步骤3：采用石英连熔工艺，制备内壁异形石英套管，并对成型的异形石英套管进行酸洗、纯水清洗、烘干备用，所得异形石英套管的长度比芯棒的长度长40～50厘米，长出来的部分用作预制棒的尾管；
[0017]步骤4：将步骤2中研磨得到的多边形柱体的芯棒插入步骤3中制得的异形石英套管中，异形石英管和多根芯棒的一段对齐，按几何形状精密拼合；
[0018]步骤5：对预制棒芯棒与异形石英套管平齐的一端进行缩棒，并熔接垂头，得到组合型的大尺寸少模多芯光纤预制棒。
[0019]所述的异形预制构件的外表面是圆柱面，内表面形状和芯棒与辅棒组合后的整体外表面形状一致，异形石英套管能将组合的芯棒匹配套入。
[0020]所述的异形石英套管是通过设计制备内部异形成型模具，按照石英连熔工艺拉制而成。
[0021]所述用于制备异形石英套管的连熔设备包括炉体、芯杆、进料口、钨坩埚、加热器、成型模具、出料口、测径仪、牵引轮；所述的成型模具材料为钨金属，其形状和所需异形石英套管的内表面形状一致；所述连熔设备的出料口形状为圆形。
[0022]所述的芯棒预制棒的内部折射率分布是基于多芯光纤的实际应用进行设计与优化：(1)为了增加纤芯密度，该预制棒的芯棒采用临近异构排布方式，(2) 为了减少芯间串扰，该预制棒的芯棒折射率剖面结构是结构使用环形低折射率隔离层设计，(3)为了增加信道数，该预制棒的芯棒可以制备成少模纤芯，(4) 为了增大模场有效面积，该预制棒的芯棒的纤芯数值孔径不超过0.22，(5)为了减少模间群延迟，该预制棒的芯棒的折射率剖面结构采用附加环形设计或反梯度结构纤芯。
[0023]所述的芯棒预制棒排布依照折射率分布结构近邻互异的原则，预制棒的拼合方案有多种，根据剖面形状，包括但不限于与下列几种：1)蜂巢(正六边形) 拼合结构；2)正方形拼合结构；3)正三角形拼合结构。
[0024]根据所述的预制构件与异形预制套管完美结合的大尺寸多芯少模光纤预制棒制备方法，制备出的多芯光纤应考虑如何减少纤芯之间的串扰，因此，对于通信光纤来说计算芯间串扰的最优方法为功率耦合模理论。功率耦合模理论的表达式可以表示为，为，
[0025]公式中P
m
表示纤芯m的平均功率，h
mn
表示功率耦合系数，z为光纤轴向坐标，d为光纤长度，K
mn
为模式耦合系数，Δβ
′
mn
为光纤弯曲情况下的不同纤芯模式传输常数差，两者的定义可在相关文献中获取。根据功率耦合系数的平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，其特征在于：该多芯少模光纤预制棒采用了制备芯棒后精密抛磨，并通过与间隙互补的精密石英构件的组合，无空气间隙的嵌入一个内壁异形石英套管中，从而形成一个大尺寸组合型光纤预制棒；所述多芯少模光下预制棒的制备方法为：步骤1：采用PCVD、MCVD、VAD或OVD工艺，精确控制折射率剖面分布制备而成芯棒坯料；步骤2：对步骤1中制得的芯棒坯料外部进行精密平面抛磨，使芯棒外表面形成多边形结构，再进行脱脂、酸洗、纯水清洗、烘干备用；步骤3：采用石英连熔工艺，制备内壁异形石英套管，并对成型的异形石英套管进行酸洗、纯水清洗、烘干备用，所得异形石英套管的长度比芯棒的长度长40～50厘米，长出来的部分用作预制棒的尾管；步骤4：将步骤2中研磨得到的多边形柱体的芯棒插入步骤3中制得的异形石英套管中，异形石英管和多根芯棒的一端对齐，按几何形状精密拼合；步骤5：对预制棒芯棒与异形石英套管平齐的一端进行缩棒，并熔接垂头，得到组合型的大尺寸少模多芯光纤预制棒。2.根据权利要求1所述的一种基于异形套管完美结合的大尺寸多芯光纤预制棒制备方法，其特征在于：该预制棒的异形石英套管的外表面是圆柱面，内表面形状和芯棒与辅棒组合后的整体外表面形状一致，异形石英套管能将组合的芯棒匹配套入。3.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，杨世泰，王东辉，张晓彤，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：