光纤拉丝工艺

1、第四章 光纤制造技术第四章 光纤制造技术第四节 光纤拉丝技术及涂覆工艺第四章 光纤制造技术第四节 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， 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 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。 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 在拉丝操作过程中，最重要的技术： 到损伤并正确控制芯/包层外径尺寸及折射率分布形式 包层外径尺寸及折射率分布形式。 到损伤并正确控

2、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， 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， 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 而且在光纤接续时，连接损耗也会增大， 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。 拉丝工艺流程时，必须使各种工艺参数与条件保持稳定。第四章 光纤制造技术一次涂覆工艺： 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 较高的涂覆材料。 较高的涂覆材料。 作用：保护拉制出的光纤表面不受损伤，并提高其机械强度

3、， 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。 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， 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。 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。第四章 光纤制造技术一、拉丝工艺1、拉丝装置组成 、 光纤预制棒的拉丝机由五个基本部分构成 五个基本部分构成： 光纤预制棒馈 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； 加热系统 加热系统； 拉丝机构 拉丝机构； 各参数控制系统 各参数控制系统； 送系统；(2)加热系统；(

4、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。 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。 拉丝工艺。 具体的机械和电气设备系统包括 机械系统拉丝塔架、 机械和电气设备系统包括： 具体的机械和电气设备系统包括：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， 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、 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、 控系统、牵引控制系统、冷却水及保护气氛控制系统

5、、人机界 信号处理系统等。 面、PLC信号处理系统等。 信号处理系统等第四章 光纤制造技术第四章 光纤制造技术2、操作工艺 、 将已制备好的预制棒安放在拉丝塔（ 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。 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 气氛保护下， 气氛保护下 高温加热炉将预制棒尖端加热至2000C，在此 ， 温度下，足以使玻璃预制棒软化， 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， 热炉底部的喷

6、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。 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， 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、 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。 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。 置收线。第四章 光纤制造技术3、关键技术： 、关键技术： (1)馈送速度 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

7、构、 馈送速度主要取决于高温炉的结构 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， 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 外径控制 在拉丝工艺中不需要模具控制光纤的外径， 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。 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 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

8、寸的目的 的方法来达到控制光纤外径尺寸的目的。 速度的方法来达到控制光纤外径尺寸的目的。第四章 光纤制造技术在正常状态，若预制棒的馈送速度为 ， 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 ，裸光纤的外径为 。根据熔化前的棒体 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， 的特点， 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： 的外径有如下关系： VD2=Vfd2 因此，光纤的外径可由上式给出： 因此，光纤的外径可由上式给出：d2=VD2/Vf第四章 光纤制造技术(3)加热装置 加

9、热装置 热源不仅要提供足以熔融石英玻璃的2000C以上高温，还必 以上高温， 热源不仅要提供足以熔融石英玻璃的 以上高温 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， 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， 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， 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2000C的高温已超过一般材料的熔点，因而加热炉的设 的高温已超过一般材料的熔点， 由于 的高温已超过一般材料的熔点 计是拉丝技术的又一关键技术。常用的拉丝热源有： 气体 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； 各种电阻及感应加热炉 各种电阻及感应加热炉； 大功率 大功率CO 激光器。 喷灯；(2)各种电阻及感应加热炉；(3)大功率 2激光器。第四章 光纤制造技术气体喷灯：历史上应用火焰燃烧器把高温玻璃拉制成纤维 气体喷灯： 的例子甚多，一般都采用氢氧或氧-煤气喷灯