中低溫光纖預(yù)制棒拉絲爐用高精密復(fù)合加熱模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及在光纖制造過(guò)程中預(yù)制棒高溫加熱爐的加熱模塊，特別適用于制 作無(wú)析晶，絲徑穩(wěn)定（絲徑控制在±0.5微米誤差范圍內(nèi)）的紅外光纖（硫系，碲酸鹽玻 璃等光纖）的預(yù)制棒加熱爐的加熱模塊設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)70年代誕生的低損耗石英光纖技術(shù)以及后來(lái)發(fā)展的超低損耗無(wú)水石英光 纖的實(shí)用新型，引領(lǐng)人類社會(huì)進(jìn)入了光通訊的時(shí)代。石英光纖的光輝歷史延續(xù)到了 2005 年，經(jīng)歷了實(shí)芯單模/多模光纖、光子晶體光纖、大模場(chǎng)光纖、布拉格光纖等階段的發(fā)展，似 乎到了它歷史的盡頭。從材料學(xué)的角度出發(fā)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)石英光纖只是硅酸鹽玻璃（SiO 2S 主要成分）的一種高級(jí)表現(xiàn)形式，品種比較單一。目前的高功率光纖激光器大多集中于1? 2 μπι近紅外波段，產(chǎn)品也多以石英光纖為激光載體。但是由于石英光纖材料本身限制，其 紅外波長(zhǎng)截至波長(zhǎng)只能到2. 2微米。因此，光纖的研宄超越硅酸鹽玻璃的狹義范疇，便可擴(kuò) 展到其他氧化物玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃等多組分玻璃為主體的特種玻璃光纖。目前， 美國(guó)、日本、英國(guó)、澳大利亞、法國(guó)和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入巨資研宄各種用途的多組分 玻璃光纖。綜合各種情形，我們認(rèn)為多組分玻璃光纖產(chǎn)業(yè)化的腳步越來(lái)越近，是繼石英光纖 之后光纖產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的"第二次革命"。
[0003] 3-5 μ m波段中紅外相干光源是三個(gè)大氣紅外窗口（1-3 μ m、3-5 μ m和8-12 μ m)中 在大氣中衰減最小的，并且該波段涵蓋了許多原子和分子的吸收峰，因此該波段在光電對(duì) 抗、目標(biāo)偵測(cè)、激光光譜學(xué)、地球勘探、大氣監(jiān)測(cè)（特別是〇) 2、!120和03)、天氣預(yù)報(bào)、森林火災(zāi) 預(yù)警、醫(yī)療衛(wèi)生、無(wú)線光網(wǎng)絡(luò)以及空間光通信等領(lǐng)域有著越來(lái)越重要的應(yīng)用價(jià)值和前景扮 演者極為重要的角色。舉例來(lái)說(shuō)，遙感化學(xué)傳感、空氣污染控制（環(huán)境中10-9級(jí)含量的甲 醛、一氧化氮、二氧化氮、硫化氫、三氫化砷等有害氣體的檢測(cè)）、激光手術(shù)刀等都是關(guān)系國(guó) 計(jì)民生的重大需求。因此在3-5微米波段的紅外光纖激光器具有非常大的應(yīng)用前景，現(xiàn)階 段主要限制紅外光纖激光器發(fā)展主要是工作物質(zhì)：紅外光纖。
[0004] 現(xiàn)階段能被實(shí)用的紅外光纖仍然在探索中，紅外光纖相對(duì)于石英，主要缺點(diǎn)之一 就是容易析晶。如何拉制沒(méi)有析晶的紅外光纖，光纖預(yù)制棒加熱爐子的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。 現(xiàn)階段加熱爐的設(shè)計(jì)方式有許多，然而拉制出來(lái)的紅外光纖存在大量的析晶，導(dǎo)致絲徑浮 動(dòng)范圍大，在拉制過(guò)程中出現(xiàn)斷裂，甚至無(wú)法拉出光纖。因此如何設(shè)計(jì)出合理紅外光纖預(yù)制 棒加熱爐，如何設(shè)計(jì)合理加熱模塊保持均勻的溫度區(qū)分布，用于拉制無(wú)析晶的紅外光纖是 一個(gè)非常重要的課題，并且具有很重大的意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的是提供制作無(wú)析晶，絲徑穩(wěn)定（絲徑控制在±0. 5微米誤差范 圍內(nèi)）的紅外光纖（硫系，碲酸鹽玻璃等光纖）的預(yù)制棒加熱爐的加熱模塊設(shè)計(jì)方法。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0007] 中低溫光纖預(yù)制棒拉絲爐用高精密復(fù)合加熱模塊，包括設(shè)置在石英管外部的加熱 環(huán)、設(shè)置在加熱環(huán)外壁的陶瓷管；所述陶瓷管內(nèi)部設(shè)置有電阻絲。
[0008] 所述加熱環(huán)和陶瓷管外設(shè)置有不銹鋼罩，在不銹鋼罩和陶瓷管之間填充有保溫材 料。
[0009] 所述加熱環(huán)是圓環(huán)形狀，其內(nèi)徑是20-50mm，外徑是35-60mm，高是60-85mm，厚度 是 3_25μπ〇
[0010] 所述加熱環(huán)由耐熱特殊鋼構(gòu)成，其鋼號(hào)為301、302、304、309、310、408、600或630。
[0011] 所述加熱環(huán)的橫截面形狀是丨丨形、H形、】【形、][形、）（形、》《形或??形。
[0012] 所述電阻絲直徑是0. 5-20mm。
[0013] 所述陶瓷管是環(huán)狀，其外徑是2-28mm，內(nèi)徑是I. 5-24mm。
[0014] 所述電阻絲圈數(shù)是1-19圈，采用豎直排放式、疊放式或者并列堆放式，
[0015] 所述保溫材料是陶瓷塊、石棉或者玻璃纖維。
[0016] 所述高精密復(fù)合加熱模塊形成lmm-20mm最高溫平臺(tái)，12-35mm二十度高溫平臺(tái)， 20_40mm五十度降溫分布區(qū)間，45_65mm百度降溫分布區(qū)間；
[0017] 或者，形成3mm-18mm最高溫平臺(tái)，14_32mm二十度高溫平臺(tái)，23_38mm五十度降溫 分布區(qū)間，46-62mm百度降溫分布區(qū)間；
[0018] 或者，形成5mm-15mm最高溫平臺(tái)，14_30mm二十度高溫平臺(tái)，25_36mm五十度降溫 分布區(qū)間，48_60mm百度降溫分布區(qū)間；
[0019] 或者，形成6mm-12mm最高溫平臺(tái)，16_26mm二十度高溫平臺(tái)，27_32mm五十度降溫 分布區(qū)間，50_55mm百度降溫分布區(qū)間。
[0020] 所述特殊加熱鋼材料是圓環(huán)形狀的，其內(nèi)徑是20-50mm，外徑是35-60mm，高是 60_85mm，厚度是 3_25mm。
[0021] 所述特殊加熱鋼材料主要型號(hào)是301，302, 304, 309, 310,408,600,630。
[0022] 所述的特殊加熱鋼材料形狀有"丨"，"卜"" 等十幾種。
[0023] 所述的電阻絲是用于加熱電阻絲，其直徑可以是0. 5-20mm。
[0024] 所述的陶瓷管主要是環(huán)狀，外徑是2-28mm，內(nèi)徑是I. 5-24mm。
[0025] 上述的電阻絲圈數(shù)可以是1-19。
[0026] 上述電阻絲可以是豎直排放式，可以疊放式，并列堆放式等等方式。
[0027] 上述陶瓷管數(shù)量足以將電阻絲包裝起來(lái)。
[0028] 上述耐火材料可以是陶瓷塊，石棉，玻璃纖維等等。
[0029] 上述特殊加熱模塊可以形成lmm-20mm最高溫平臺(tái)，12-35mm二十度高溫平臺(tái)， 20-40mm五十度降溫分布區(qū)間，45-65mm百度降溫分布區(qū)間，構(gòu)成非常合理的溫度分布區(qū) 間。
[0030] 上述特殊加熱模塊可以形成3mm-18mm最高溫平臺(tái)，14-32mm二十度高溫平臺(tái)， 23-38mm五十度降溫分布區(qū)間，46-62mm百度降溫分布區(qū)間，構(gòu)成非常合理的溫度分布區(qū) 間。
[0031] 上述特殊加熱模塊可以形成5mm-15mm最高溫平臺(tái)，14-30mm二十度高溫平臺(tái)， 25-36mm五十度降溫分布區(qū)間，48-60mm百度降溫分布區(qū)間，構(gòu)成非常合理的溫度分布區(qū) 間。
[0032] 上述特殊加熱模塊可以形成6mm-12mm最高溫平臺(tái)，16-26mm二十度高溫平臺(tái)， 27-32mm五十度降溫分布區(qū)間，50-55mm百度降溫分布區(qū)間，構(gòu)成非常合理的溫度分布區(qū) 間。
[0033] 形成上述合理溫度分布區(qū)間，加熱模塊按下述步驟進(jìn)行：
[0034] a)將特殊加熱鋼材料加工成圓環(huán)形，其橫截面是根據(jù)溫場(chǎng)需要調(diào)節(jié)特殊加熱鋼的 材料。
[0035] b)在加熱鋼材料內(nèi)部插入直徑匹配，厚度為2-6mm的石英管。
[0036] c)將全部直徑為0. 5-20mm的電阻絲，用陶瓷管包裝起來(lái)。
[0037] d)串有陶瓷管的電阻絲按照特殊的排列方式，纏繞在特殊鋼材料最外面。
[0038] e)在特殊加熱鋼的缺口處填補(bǔ)上耐火材料（如陶瓷塊）。
[0039] f)接