光纤光缆制造工艺及设备(6)

为避免预制棒被污染，抛光处理过程应在一个清洁的小房间内进行，房间的洁净度应在1000级以上。也可以在预制棒生产现场进行。

为防止已处理好的预制棒被“再次污染”，最好将预制棒立刻拉丝。若不能立即拉丝，则应将处理好的预制棒悬挂在空气过滤器的正前面或将其存放于特别的无尘密封容器中，以便在暂时存放期间和在运往拉制场所时，表面不致被损伤、污染。根据大量实验，业内专家建议，为取得良好的效果，酸蚀到抛光，抛光到拉丝之间的时间间隔以0.5小时最好。

5.2.8光纤预制棒质量检测

光纤预制棒质量的好坏对光纤光缆的质量起着决定性的作用，对预制棒质量的检测主要有三个方面：（1）预制棒内存的各种缺陷检验；（2）预制棒几何参数的检测；（3）折射率分布测试。

预制棒缺陷是指沉积层中的气泡、裂纹以及沉积层结构偏差与沿轴向不均匀分布等因素问题，它反应出预制棒的沉积质量。可利用He—Ne激光扫描装置进行检验。

5.3 SiO2光纤拉丝及一次涂覆工艺

光纤拉丝是指将制备好的光纤预制料（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，最重要的技术是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。一次涂覆工艺是将拉制成的裸光纤表面涂覆上一层弹性模量比较高的涂覆材料，其作用是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。

5.3.1.1.管棒法

1976年，Kapang把一根抛光的芯层玻璃棒插入到一根抛光的包层玻璃管中，一起送入拉丝炉中拉制出了光纤，从而发明了管棒法工艺。相对双坩埚法，管棒法是一种既古老又简单操作工艺方法。这种方法最大优点是简单易操作，而且芯/包直径比和折射率分布型式可以保持不变，尺寸精确度良好。缺点在于它是一次性生产,也就是说，当每一次预制棒拉制完成后，必须停机重新装料。这将使光纤连续拉制长度受限于预制棒的尺寸，且不可避免地产生材料浪费，使成本增加。

虽然，管棒法拉制光纤具有一定的局限性，但在现阶段仍是光纤拉丝工艺最常采用的重要方法。管棒法拉制光纤工艺有两种：一是将熔炼成一体的芯/包预制棒直接在高温炉中加温软化拉制成光纤，如利用MCVD法制取的光纤预制棒；二是在芯层玻璃棒体上套上外包层玻璃管送入加热炉中熔炼成一体，再送入高温炉中加温软化拉制成光纤，如二步法生产的光纤芯层棒和包层管制成的预制棒。后一种方法由于难以保证芯/包的同心度并在芯/包界面上存在着气泡或微弯等缺陷，影响光纤的最终性能，使用受到限制。但是，这种方法由于它的芯层棒与包层管是分开在不同的设备上同时加工，所以它可以提高单班生产效率，一旦它的技术难点被攻克，将是最具发展前途的拉丝工艺。

拉丝工艺流程及设备如图5-3-1所示。光纤预制棒的拉丝机由五个基本部分构成：（1）光纤预制棒馈送系统；（2）加热系统；（3）拉丝机构；（4）各参数控制系统；（5）水冷却和气氛保护及控制系统。五者之间精确的配合构成完整拉丝工艺。具体的机械和电气设备与系统包括：机械系统拉丝塔架、送棒及调心系统、加热炉、激光测径仪、牵引装置、水气管路系统，电气部分送棒控制及调心控制系统、加热炉控制系统、外径测控系统、牵引控制系统、冷却水及保护气氛控制系统、人机界面、PLC信号处理系统等。

图5-3-1拉丝与一次涂覆工艺流程

操作步骤：将已制备好的预制棒安放在拉丝塔（机）上部的预制棒馈送机构的卡盘上。馈送机构缓慢地将预制棒送入高温加热炉内。在Ar气氛保护下，高温加热炉将预制棒尖端加热至2000ºC，在此温度下，足以使玻璃预制棒软化，软化的熔融态玻璃从高温加热炉底部的喷嘴处滴落出来并凝聚形成一带小球细丝，靠自身重量下垂变细而成纤维，即我们所说的裸光纤。将有小球段纤维称为“滴流头”，操作者应及时将滴流头去除，并预先采用手工方式将已涂覆一次涂层的光纤头端绕过拉丝塔上的张力轮、导轮、牵引轮后，最后绕在收线盘上。然后再启动自动收线装置收线。

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。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df，df=2b。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：

22VD=Vfdf (5-3-1)

因此，光纤的外径可由（5-3-1）给出：

22d=VD/Vf (5-3-2)

光纤预制棒馈送系统主要由光纤预制棒卡盘、馈送及控制系统和调心机构及控制系统构成。卡盘的作用是固定光纤预制棒，馈送及控制系统主要是步进电动机，它的用途是为预制棒进入加热炉提供一个缓慢的速度，调心及控制系统作用是光纤预制棒在卡盘上夹好后，首先要进行预调心，使棒的中心与预定的检测中心重合，并当出现偏心时，为PLC提供变化参数，及时自动调节修正。

拉丝操作对加热源的要求是十分苛刻的。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。熔融SiO2的粘度与加热温度间的变化曲线如图5-3-2所示。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。

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。它的结构以Pearson（皮尔逊） 和Tynes(泰纳)1975年设计的16氧喷嘴、氢四个喷嘴的燃烧器为典型代表。

现代拉丝机主要采用石墨或ZrO2氧化锆电阻或高频感应炉作热源。对加热炉的要求：

炉温易控制；炉内壁材料不易产生尘埃、颗粒及其它污染的杂质；可耐2200ºC及以上高温。

石墨加热炉采用直流或SOHZ型工频交流电源为石墨炉加热，如图5-3-4。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氧进行气氛保护。同时，因为高温下石墨炉W丝的通电连接也较困难，因而也可采用石墨感应电阻炉来解决，采用水冷线圈进行冷却。

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