传能光纤预制棒在加热炉中析晶现象分析

张 勇

(中国电子科技集团公司第46研究所 天津300200)

传能光纤预制棒在加热炉中析晶现象分析

张 勇

(中国电子科技集团公司第46研究所 天津300200)

在制备传能光纤时，需要把掺氟石英玻璃预制棒放在 1,900～2,200,℃加热炉中加热熔化。为保障预制棒受热均匀，同时保护加热炉内器件不被氧化，需鼓入惰性气体氩气。有时，由于上下炉口敞开较大或氩气流波动，石英预制棒表面会出现“析晶”现象，影响传能光纤的各项参数。对析晶现象的产生原因进行了分析，可为后续拉丝工艺改进提供参考。

传能光纤 加热炉 拉丝 析晶

0 引 言

大芯传能光纤在国内外广泛应用于军事装备、工业、医学和科研等领域，在红外遥感、信号接收和传输、高能激光传输、激光告警、核子诊断等方面的应用更加普遍。直径1.05,mm以上的传能光纤在制备过程中存在诸多问题，其中析晶对其强度和结构有一定的影响。针对析晶问题，本文提出了一些关键要素，可为大芯传能光纤工艺技术水平的提高提供参考。

1 析晶现象

传能光纤预制棒在加热炉中的析晶现象主要包括2种，一种受温度影响，另外一种受气流影响。

1.1 温度变化导致的析晶现象

在拉制传能光纤预制棒时，需要把掺氟石英玻璃预制棒放在石墨炉中进行加热熔化，一般加热温度达到 1,900～2,200 ℃，预制棒前锥端处于一种由融流变状态转换为固态的阶段，这个过程实际上是一个向玻璃态的变化过程。由于所拉制的光纤直径较大(大于 0.8,mm)，在拉丝过程中往往会发生一些异常断纤问题，同时掺氟石英预制棒的价格不菲，为了减少掺氟预制棒的损耗，一般会选择把预制棒提升高度并适量降低石墨炉温度。

由于需要重新进行准备工作，所以处理这个异常问题时间较长，预制棒在石墨炉中存留而不拉丝的时间也会增加。如果在处理异常问题过程中对石墨炉的降温幅度较大，再次升温进行预制棒熔融拉丝时可能出现光纤的丝径变化剧烈，严重影响其强度。对石墨炉彻底降温并把预制棒提出之后，发现在预制棒熔融变形区域产生一片非透明区域，严重时这些不透明的物质还会发生龟裂。这种发白的物质是石英玻璃的结晶态。处理异常问题时降低拉丝炉的温度，如果恰好处于石英玻璃的析晶温度，预制棒就会从玻璃表面开始结晶，这就是“析晶现象”，如图1所示。

图1 “析晶”现象Fig.1 The Crystallization Phenomenon

1.2 气流变化导致的析晶现象

在拉制传能光纤预制棒时，由于掺氟石英预制棒价格昂贵，为了尽量一次性拉完预制棒，避免二次坠纤，通常情况下将掺氟石英预制棒一端接一段直径与掺氟棒相近的预制棒，以便掺氟石英棒能一次性消耗完，避免二次浪费。同时，为保障预制棒受热均匀，保护加热炉内器件不被氧化，需鼓入惰性气体氩气。其原理是在上下炉口形成氩气气帘，避免空气进入炉内。如果此时上炉口的密封性不好，导致上炉口气帘不稳定，也会产生传能光纤预制棒的析晶现象。上炉口的密封性越差，析晶现象越严重。通常情况的析晶现象都是由于上气帘气流密封性不好引起的。

2 避免析晶的方法

针对第1种情况的析晶现象，应尽量减小炉内的温度变化，使炉内温度保持在 1,980 ℃以上进行操作，通过对拉丝速度的控制达到预制棒的参数要求，尽量避免过大的温度变化。

通常情况，产生析晶现象是由于第 2种情况：拉丝炉内部气流不稳定，气流波动大，导致棒锥温差骤变。因此，保证上气帘的气流稳定及密封性，可以很大程度地降低析晶现象发生的概率。控制好拉丝炉上气帘的气流密封性，能保护预制棒的参数性能。上气帘位置如图2所示：

图2 上气帘位置示意图Fig.2 Schematic diagram of the position of an upper gas curtain

3 结 论

析晶是石英玻璃的共同特性，在拉丝过程中如果处理不当就会出现此现象。在拉制大芯径传能光纤时如果发生“析晶”，造成的损失是非常严重的，因此要设法避免纯石英掺氟预制棒发生析晶的现象。通过对拉丝工艺的实验和摸索，减小炉温的变化，保持炉内气流稳定，尤其是上气流的稳定，应该能够有效避免及控制析晶问题，这对大芯传能光纤的量产起到关键作用。

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Analysis of the Crystallization Phenomenon of Energy Transfer Optical Fiber Preform in Furnace

ZHANG Yong
(No.46 Research institute of China Electronic Group Corporation，Tianjin 300200，China)

To prepare transmitting energy fibers，fluorine-doped silica glass fiber preform needs to melt in a 1,900 ～2,200 ℃ furnace，and argon，an inert gas，needs to be drummed into the furnace to ensure an even heating of the preform and prevent the device from oxidation．Sometimes，due to a large opening of upper or lower furnace mouth or the turbulence of argon gas，a layer of white substance will form on the surface of the quartz prefabricated rod．The so-called Crystallization Phenomenon will affect parameters of the optic fiber．This paper analyzes causes of the phenomenon to provide some reference to the improvement of the following wire drawing process.

optic fiber；furnace；wire drawing；crystallization

TN20

A

1006-8945(2016)01-0033-02

2015-12-14