最新光纤拉丝工艺ppt课件.ppt

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1、光纤拉丝工艺第四节光纤拉丝技术及涂覆工艺光纤拉丝：将制备好的光纤预制棒，利用某种加热设备加热熔融后拉制成直径符合要求的细小光纤纤维，并保证光纤的芯/包直径比和折射率分布形式不变的工艺操作过程。在拉丝操作过程中，最重要的技术：如何保证不使光纤表面受到损伤并正确控制芯/包层外径尺寸及折射率分布形式。如果光纤表面受到损伤，将会影响光纤机械强度与使用寿命，而外径发生波动，由于结构不完善不仅会引起光纤波导散射损耗，而且在光纤接续时，连接损耗也会增大，因此在控制光纤拉丝工艺流程时，必须使各种工艺参数与条件保持稳定。一次涂覆工艺：将拉制成的裸光纤表面涂覆上一层弹性模量比较高的涂

2、覆材料。作用：保护拉制出的光纤表面不受损伤，并提高其机械强度，降低衰减。在工艺上，一次涂覆与拉丝是相互独立的两个工艺步骤，而在实际生产中，一次涂覆与拉丝是在一条生产线上一次完成的。3、关键技术：(1)馈送速度预制棒送入高温加热炉内的馈送速度主要取决于高温炉的结构、预制棒的直径、光纤的外径尺寸和拉丝机的拉丝速度，一般约为0.002～0.003cm/s。(2)外径控制在拉丝工艺中不需要模具控制光纤的外径，因为模具会在光纤表面留下损伤的痕迹，降低光纤的强度。绝大多数光纤制造者是将高温加热炉温度和送棒速度保持不变，通过改变光纤拉丝速度的方法来达到控制光纤外径尺寸的目的。在

3、正常状态，若预制棒的馈送速度为V，光纤的拉丝速度为Vf，预制棒的外径为D，裸光纤的外径为d。根据熔化前的棒体容积等于熔化拉丝后光纤的容积的特点，可知，前三者与光纤的外径有如下关系：VD2=Vfd2因此，光纤的外径可由上式给出：d2=VD2/Vf(3)加热装置热源不仅要提供足以熔融石英玻璃的2000ºC以上高温，还必须在拉制区域能够非常精确的控制温度，因为在软化范围内，玻璃光纤的精度随温度而变化，在此区域内，任何温度梯度的波动都可能引起不稳定性而影响光纤直径的控制。同时，由于2000ºC的高温已超过一般材料的熔点，因而加热炉的设计是拉丝技术的又一关键技术。常用的拉丝

4、热源有：(1)气体喷灯；(2)各种电阻及感应加热炉；(3)大功率CO2激光器。①气体喷灯：历史上应用火焰燃烧器把高温玻璃拉制成纤维的例子甚多，一般都采用氢氧或氧-煤气喷灯，这种加热设备本身存在火焰骚动问题，因而拉制的光纤外径尺寸控制精度一直不高。目前，这种方法极少应用。②石墨加热炉(石墨电阻炉)：采用直流或工频交流电源为石墨炉加热，在加热中为防止石墨材料在高温下发生氧化，进而产生粉尘污染，一般需采用惰性气体如Ar气或氮气进行气氛保护。由于加热炉中充入Ar保持，而炉内Ar的紊乱流动将导致炉内温度的变化。因此必须对保护气体Ar的流量进行控制，以保持炉温的稳定。在拉制光

5、纤时，需安装光纤外径测量仪反馈测量光纤外径的变化情况，因此可通过这一反馈测量值的变化来控制保护气体Ar的流量，使光纤外径的变化量控制在允许（1um）范围内。③氧化锆(ZrO2)感应加热炉：利用氧化锆材料在常温下为绝缘体，接近1500ºC时，就会变成导体的特点而设计制造。其本身既可作炉管又是加热体，在高频感应场中加热。因为氧化锆的氧化温度在2500ºC。因此氧化锆感应炉一般不需要气氛保护，但在制造光纤时，为隔离空气降低制造过程中产生的衰减，必须充Ar气进行气氛保护。④高功率激光器：用激光拉制光纤的清净度是各种方法无法比拟的，因为在拉丝过程中，激光器自身不会带来任何污

6、染；而在光纤直径的控制上，在不需控制环的帮助下，大长度光纤直径的偏差小于标准值的1%，且加热温度稳定不变。常用的激光器为CO2激光器。二、涂覆光纤一次涂覆工艺之所以称为“一次涂覆”是相对二次涂覆而言。一次涂覆是对光纤最直接的保护，所以显得尤为重要。SiO2玻璃是一种脆性易断裂材料，在不加涂覆材料时，由于光纤在空气中裸露，致使表面缺陷扩大，局部应力集中，易造成光纤强度极低，为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲强度，实现实用化，需要给裸光纤涂覆一层或多层高分子材料，通过测径仪后光纤要经过足够的冷却时间才可进行涂覆。1、涂覆层的作用(双层)：①内层：选择折射率比石英玻璃

7、偏大且弹性模量较低的聚合物涂层→吸收透过包层得多余光和保护光纤表面损伤、使用中缓冲外界应力；②外层：硬、弹性模量高→防止磨损和提供强度2、涂料：①热固性硅树脂液体②紫外光固化丙烯酸酯液体③聚氨基甲酸乙酯3、涂覆装置：1)无外部加压开口杯式2)压力涂覆器采用简单的无外部加压开口杯式涂覆器，移动中的光纤会粘附一些液体涂料，并穿过一个使涂料在光纤上自对中可调模具口，涂层厚度由模具口大小和光纤直径决定。但这种结构涂覆器，在高速拉丝时（V>1000m/s）得不到均匀涂敷层。因此，现在实际应用更普遍的是压力涂敷器。这种结构涂覆器最适合用于高速拉丝，而且不会在涂料中搅起气泡。4

8、、涂层厚度