一种改善光纤衰减均匀性的生产工艺的制作方法

1.本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种改善光纤衰减均匀性的生产工艺。


背景技术：

2.衰减作为光纤的重要指标一直是光纤预制棒及光纤生产的重中之重，需要通过稳定的工艺来控制光纤衰减来提高光纤质量，控制方法不完善使得光纤结构不规则时要发生模变换，将部份传输能量射出纤芯外而变成辐射模，光纤芯包层界面上存在着微小结构波动和光纤内部波导结构不均匀而引起的部份损耗，使损耗增加。
3.控制方法不完善导致vad生产过程中生长速度不稳定，需要随时有人关注，目前的控制方法都是人为关注光线预制棒的生长直径，当人为直径变化时其误差已经很大，且控制调节时都是单纯的对芯棒的提升或者喷灯的喷射量进行调节，控制方式单一，难以稳定光线预制棒尺寸。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种改善光纤衰减均匀性的生产工艺。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种改善光纤衰减均匀性的生产工艺，包括如下步骤：
6.s1、生长速度关系确定
7.将芯棒通过三抓卡盘固定在石英腔体内，先保持芯棒提升速度恒定，然后调节喷灯与芯棒轴线夹角θ，使得预制棒生长直径满足配方要求，然后加快提升速度，再次调节喷灯与芯棒轴线夹角使得预制棒生长直径满足配方要求，通过多点测试得到满足配方生长要求的芯棒提升速度与喷灯角度关系；
8.s2、芯棒安装预热
9.将芯棒通过三抓卡盘固定在石英腔体内，通过提升机构将芯棒降低，使得芯棒底部与激光线路对齐，调节喷灯角度，使得喷灯轴线与芯棒轴线相交与芯棒底部圆心，然后将氢气和氧气通入喷灯，并在石英腔体内点燃，产生温度为900
‑
1000℃的氢氧焰，对反应腔体和芯棒预热；
10.s3、预制棒生长
11.将sicl4和gecl4原料气体经喷灯送入氢氧焰中，发生水解反应，氧化生成的sio2、geo2粉末由于热泳运动沉积于芯棒下端，形成预制棒的芯层；同时sicl4原料气体通入喷灯进入氢氧焰，令其发生水解反应，氧化生成的sio2粉末沉积在芯层周围，形成预制棒的光学包层；
12.s4、生长控制
13.s401、根据需要生产的预制棒直径，将激光照射同直径预制棒标准件，并通过激光接收器接收得到激光功率a，将a定为标准激光透过率，设定控制参数b和限制参数c；
14.s402、当激光透过率为a b时，提升机构减小芯棒上升速度，同时调节机构带动喷灯向沉积速率快的方向移动，即θ减小，使得θ与芯棒提升速度满足步骤s1中确定的配方生长要求的芯棒提升速度与喷灯角度关系；
15.当激光透过率为a
‑
b时，提升机构增大芯棒上升速度，同时调节机构带动喷灯向沉积速率慢的方向移动，即θ增大，使得θ与芯棒提升速度满足步骤s1中确定的配方生长要求的芯棒提升速度与喷灯角度关系；
16.当激光透过率为a c时，提升机构携带芯棒以固定慢速往上生长；
17.当激光透过率为a
‑
c时，提升机构携带芯棒以固定快速往上生长；
18.s5、预制棒收尾
19.预制棒生长结束后，喷灯先停止sicl4和gecl4原料气体的供入，然后停止氢气和氧气的供应，待石英腔体内温度自然降低至室温后开启石英腔体并取出预制棒。
20.优选的一种实施案例，所述芯棒始终处于转动状态，所述芯棒的转速在15
‑
25r/min，提升速度在40
‑
70mm/h。
21.优选的一种实施案例，所述石英腔体外壁设有排风和补风，所述石英腔体内保持负压，且负压大小为40
‑
50pa。
22.优选的一种实施案例，步骤s401中，所述限制参数为b/100
‑
b/10；步骤s402中，所述预制棒生长速度s＝x*a，其中x为预制棒最佳速度生长系数，当激光透过率为a b时，s＝x*(a b)，当激光透过率为a
‑
b时，s＝x*(a
‑
b)，当激光透过率为a c时，s为小于x*a的固定速度，当激光透过率为a
‑
c时，s为大于x*a的固定速度。
23.优选的一种实施案例，所用设备包括下腔体和上腔体，所述下腔体和上腔体一体成型形成石英腔体，所述上腔体与下腔体的外壁上开有操作口，所述操作口上安装开合门，所述上腔体内设有三抓卡盘，所述三抓卡盘的顶部固定安装电机箱，所述电机箱内固定安装第一电机，所述第一电机的输出轴固定连接三抓卡盘，所述电机箱与上腔体的顶板间安装提升机构，所述下腔体的一侧外壁固定安装激光发射器，所述下腔体正对激光发射器的外壁固定安装激光接收器，所述下腔体的底部内壁安装喷灯，所述喷灯与下腔体间安装调节机构。
24.优选的一种实施案例，所述上腔体为内径400mm，高度2000mm的中空圆柱结构，所述下腔体远离喷灯的一侧固定套接排气管，所述上腔体的外壁固定套接补风管。
25.优选的一种实施案例，所述提升机构包括安装座，所述上腔体上固定安装座，所述电机箱的顶部两侧固定连接导向杆的一端，所述电机箱的顶面中部固定连接螺柱的一旦，所述导向杆和螺柱的另一端均滑动贯穿上腔体和安装座，所述安装座内转动套接螺母套，所述螺母套通过螺纹结构套接螺柱，所述螺母套的外壁固定套接齿环，所述安装座的顶部固定安装第二电机，所述第二电机的输出轴固定连接齿轮，所述齿轮啮合齿环。
26.优选的一种实施案例，所述调节机构包括转槽，所述下腔体的一侧开有转槽，所述转槽间转动套接转轴，所述转轴上固定套接蜗轮，所述蜗轮靠近下腔体的内壁的一侧固定安装喷灯，所述下腔体的外壁固定安装固定板，所述固定板的底部固定安装第三电机，所述第三电机的输出轴贯穿固定板并固定连接蜗杆，所述蜗杆啮合蜗轮。
27.本发明的有益效果在于：
28.1、通过多点测试得到满足配方生长要求的芯棒提升速度与喷灯角度关系，从而在
生长控制时通过提升速度和喷灯角度的双重调节控制预制棒的生长，对比单一控制因素更加可靠；
29.2、第二电机带动齿轮转动，齿轮通过齿环带动螺母套转动，螺母套带动螺柱升降，从而实现芯棒的升降，通过控制第二电机的转速即可实现提升速度的变化，第三电机带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，从而实现喷灯的俯仰角度改变，提升调节和喷灯角度调节均稳定可靠；
30.3、生长过程中，通过激光接收器接收到的激光功率变化，确定预制棒的直径变化，从而实时控制芯棒的提升速度和喷灯的角度，确保预制棒均匀生长，从而改善光纤衰减均匀性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的一种改善光纤衰减均匀性的生产工艺的流程示意图。
33.图2为本发明设备结构示意图。
34.图3为本发明上腔体内结构示意图。
35.图4为本发明剖面结构示意图。
36.图5为本发明图3中处放大结构示意图。
37.图6为本发明喷灯与预制棒夹角示意图。
38.图7为本发明芯棒提升速度与喷灯角度关系图。
39.图8为本发明实施例检测图。
40.附图标记说明：1、下腔体；2、上腔体；3、操作口；4、开合门；5、三抓卡盘；6、电机箱；7、第一电机；8、提升机构；81、导向杆；82、螺柱；83、安装座；84、第二电机；85、齿轮；86、螺母套；87、齿环；9、调节机构；91、转轴；92、蜗轮；93、固定板；94、蜗杆；95、第三电机；96、转槽；10、激光发射器；11、激光接收器；12、排气管；13、补风管；14、喷灯。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.实施例：如图1至图8所示，本发明提供了一种改善光纤衰减均匀性的生产工艺，包括如下步骤：
43.s1、生长速度关系确定
44.将芯棒通过三抓卡盘固定在石英腔体内，先保持芯棒提升速度恒定，然后调节喷灯与芯棒轴线夹角θ，使得预制棒生长直径满足配方要求，然后加快提升速度，再次调节喷灯与芯棒轴线夹角使得预制棒生长直径满足配方要求，通过多点测试得到满足配方生长要
求的芯棒提升速度与喷灯角度关系，如图6所示，从而在生长控制时通过提升速度和喷灯角度的双重调节控制预制棒的生长，对比单一控制因素更加可靠；
45.s2、芯棒安装预热
46.将芯棒通过三抓卡盘固定在石英腔体内，通过提升机构将芯棒降低，使得芯棒底部与激光线路对齐，调节喷灯角度，使得喷灯轴线与芯棒轴线相交与芯棒底部圆心，然后将氢气和氧气通入喷灯，并在石英腔体内点燃，产生温度为900
‑
1000℃的氢氧焰，对反应腔体和芯棒预热；
47.s3、预制棒生长
48.将sicl4和gecl4原料气体经喷灯送入氢氧焰中，发生水解反应，氧化生成的sio2、geo2粉末由于热泳运动沉积于芯棒下端，形成预制棒的芯层；同时sicl4原料气体通入喷灯进入氢氧焰，令其发生水解反应，氧化生成的sio2粉末沉积在芯层周围，形成预制棒的光学包层；
49.s4、生长控制
50.s401、根据需要生产的预制棒直径，将激光照射同直径预制棒标准件，并通过激光接收器接收得到激光功率a，本实施例采用的激光发射器发射功率定位10mw，照射标准件后激光接收器接收到的功率为4
‑
6mw，将a定为5mw，设定控制参数b为2mw和限制参数c为0.2mv；
51.s402、当激光透过率为7mv时，提升机构减小芯棒上升速度，同时调节机构带动喷灯向沉积速率快的方向移动，即θ减小，使得θ与芯棒提升速度满足步骤s1中确定的配方生长要求的芯棒提升速度与喷灯角度关系；
52.当激光透过率为3mv时，提升机构快速增大芯棒上升速度，同时调节机构带动喷灯向沉积速率慢的方向移动，即θ增大，使得θ与芯棒提升速度满足步骤s1中确定的配方生长要求的芯棒提升速度与喷灯角度关系；
53.当激光透过率为5.2mv时，提升机构携带芯棒以固定慢速往上生长；
54.当激光透过率为4.8mv时，提升机构携带芯棒以固定快速往上生长；
55.s5、预制棒收尾
56.预制棒生长结束后，喷灯先停止sicl4和gecl4原料气体的供入，然后停止氢气和氧气的供应，待石英腔体内温度自然降低至室温后开启石英腔体并取出预制棒。
57.进一步的，芯棒始终处于转动状态，芯棒的转速在15
‑
25r/min，提升速度在40
‑
70mm/h。
58.进一步的，石英腔体外壁设有排风和补风，石英腔体内保持负压，且负压大小为40
‑
50pa。
59.进一步的，步骤s402中，预制棒生长速度s＝x*a，其中x为预制棒最佳速度生长系数，选为12mm/(mv
·
h)，当激光透过率为7mv时，通过减小芯棒提升速度和喷灯角度，使得s＝84mm/h，加速生长，当激光透过率为a
‑
b时，s＝36mm/h，通过增大芯棒提升速度和喷灯角度，降低预制棒生长速度，当激光透过率变化为5.2mv时，s为小于62.4mm/h的固定速度，当激光透过率为4.8mv时，s为大于57.6mm/h的固定速度，即将预制棒控制在60mm/h生长速度左右，使其稳定生长。
60.进一步的，步骤s1至步骤s5所用设备包括下腔体1和上腔体2，下腔体1和上腔体2
一体成型形成石英腔体，上腔体2与下腔体1的外壁上开有操作口3，操作口3上安装开合门4，上腔体2内设有三抓卡盘5，三抓卡盘5的顶部固定安装电机箱6，电机箱6内固定安装第一电机7，第一电机7的输出轴固定连接三抓卡盘5，电机箱6与上腔体2的顶板间安装提升机构8，下腔体1的一侧外壁固定安装激光发射器10，下腔体1正对激光发射器10的外壁固定安装激光接收器11，下腔体1的底部内壁安装喷灯14，喷灯14与下腔体1间安装调节机构9。则芯棒通过三抓卡盘5卡接固定，在上腔体2和下腔体1内，使得芯棒底部与激光发射器10和激光接收器11间的激光线路对齐，通过调节机构9调节喷灯14角度，使得喷灯14轴线与芯棒轴线相交与芯棒底部圆心，然后开始预制棒生长，生长过程中，通过激光接收器11接收到的激光功率变化，确定预制棒的直径变化，从而实时控制芯棒的提升速度和喷灯14的角度，确保预制棒均匀生长。
61.进一步的，上腔体2为内径400mm，高度2000mm的中空圆柱结构，下腔体1远离喷灯14的一侧固定套接排气管12，上腔体2的外壁固定套接补风管13，通过排气管12和补风管13，使得上腔体2和下腔体1内保持负压，便于将残余水解产物排出，避免已经生长好的预制棒上发生二次生长。
62.提升机构8包括安装座83，上腔体2上固定安装座83，电机箱6的顶部两侧固定连接导向杆81的一端，电机箱6的顶面中部固定连接螺柱82的一旦，导向杆81和螺柱82的另一端均滑动贯穿上腔体2和安装座83，安装座83内转动套接螺母套86，螺母套86通过螺纹结构套接螺柱82，螺母套86的外壁固定套接齿环87，安装座83的顶部固定安装第二电机84，第二电机84的输出轴固定连接齿轮85，齿轮85啮合齿环87，则第二电机84带动齿轮85转动，齿轮85通过齿环87带动螺母套86转动，螺母套86带动螺柱82升降，从而实现芯棒的升降，通过控制第二电机84的转速即可实现提升速度的变化。
63.调节机构9包括转槽96，下腔体1的一侧开有转槽96，转槽96间转动套接转轴91，转轴91上固定套接蜗轮92，蜗轮92靠近下腔体1的内壁的一侧固定安装喷灯14，下腔体1的外壁固定安装固定板93，固定板93的底部固定安装第三电机95，第三电机95的输出轴贯穿固定板93并固定连接蜗杆94，蜗杆94啮合蜗轮92，第三电机95带动蜗杆94转动，蜗杆94带动蜗轮92转动，从而实现喷灯14的俯仰角度改变，且蜗轮蜗杆调节稳定，使得第三电机95转动固定圈数时蜗轮92的转动角度确定，调节精度高。
64.进一步的，喷灯14上设有多个喷射管路，便于喷射氢气、氧气以及原料气体等。
65.进一步的，本设备设置有plc控制器，通过plc根据激光接收器11接收的功率信号自动调节提升机构和调节机构。
66.通过现有单一控制芯棒提升速度来调节预制棒生长为对照组1，以单一控制喷灯角度来控制预制棒生长为对照组2，本发明实施例生长的预制棒和对照组1、对照组2生长的预制棒沿轴向进行直径检测，其结果如图8所示，根据检测结果可看出，本实施例制备的预制棒仅仅在启动时段存在较大波动，且直径波动在0.1mm以内，而对照组1和对照组2的在整个生长过程中直径波动均很大，波动在0.5mm左右，由此得出，本发明通过双向控制方法能够制备处更加均匀的光纤预制棒，且自动控制效率高。
67.使用时，将芯棒通过三抓卡盘5固定在上腔体2和下腔体1内，第二电机84带动齿轮85转动，齿轮85通过齿环87带动螺母套86转动，螺母套86带动螺柱82升降，从而实现芯棒的升降，将芯棒降低，使得芯棒底部与激光线路对齐，第三电机95带动蜗杆94转动，蜗杆94带
动蜗轮92转动，从而实现喷灯14的俯仰角度改变，使得喷灯14轴线与芯棒轴线相交与芯棒底部圆心，然后将氢气和氧气通入喷灯14，并在石英腔体内点燃，产生温度为900
‑
1000℃的氢氧焰，对反应腔体和芯棒预热，然后将sicl4和gecl4原料气体经喷灯14送入氢氧焰中，发生水解反应，氧化生成的sio2、geo2粉末由于热泳运动沉积于芯棒下端，形成预制棒的芯层；同时sicl4原料气体通入喷灯进入氢氧焰，令其发生水解反应，氧化生成的sio2粉末沉积在芯层周围，形成预制棒的光学包层，预制棒开始生长后，通过激光接收器11实时接收激光透过功率，当当激光透过率为7mv时，提升机构减小芯棒上升速度，同时调节机构带动喷灯向沉积速率快的方向移动，即θ减小，加速预制棒生长；当激光透过率为3mv时，提升机构快速增大芯棒上升速度，同时调节机构带动喷灯向沉积速率慢的方向移动，即θ增大，减小预制棒生长，当激光透过率为5.2mv时，提升机构携带芯棒以固定慢速往上生长；当激光透过率为4.8mv时，提升机构携带芯棒以固定快速往上生长，使得预制棒始终保持均匀生长状态。
68.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。