光纤拉丝技术及涂覆工艺论文

光纤拉丝技术及涂覆工艺论文
1什么叫光纤
光纤是一种将信息从一端传送到另一端的媒介。

是一条玻璃或塑胶纤维作为让信息通过的传输媒介。

光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。

中心是光传播的玻璃芯。

在多模光纤中，芯的直径是15μm~50μm，大致与人的头发的粗细相当。

而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。

芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。

再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。

光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。

纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。

2光纤与光缆的区别
通常光纤与光缆两个名词会被混淆，光纤在实际使用前外部由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。

外层的保护结构可防止糟糕环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。

光缆包括：光纤、缓冲层及披覆。

3光纤的传输特点
由于光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光信号而非电信号，光纤传输具有同轴电缆无法比拟的优点而成为远距离信息传输的首选设备。

因此，光纤具有很多独特的优点。

（1）传输损耗低
（2）传输频带宽
（3）抗干扰性强
（4）安全性能高
（5）重量轻，机械性能好
（6）光纤传输寿命长
．抛光流程
抛光的定义：在光纤生产的过程中，预制棒与尾管的对接即称之为抛光
抛光流程：将预制棒与尾管分别固定在机器上，尽量使其切面对齐，经过高温持续加热1小时，融化焊接，然后磨平焊接口，最后冷却足够（2小时以上）取下。

工艺流程
光纤拉丝的过程：在调速系统的控制下，将光纤预制棒徐徐送入高温炉。

炉内温场预先设计成纵向梯度分布，炉温由测量仪器监视并反馈至控温设备实现恒温。

预制棒的端头在2000摄氏度下软化，粘度减小，在其表面张力作用下迅速收缩变细，并由收丝轮以合适的张力向下拉成细丝。

通过激光测径仪监视并反馈至调速系统及时调节上面预制棒的送入速度和下面的收丝速度，以精确控制成纤外径在125±2um的规定范围内。

最后经过涂覆与套
塑工艺最后生产出我们所见的光纤成品。

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。

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：(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。

操作工艺
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。

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
(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
通过测径仪后光纤要经过足够的冷却时间才可进行涂覆。

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，。