本發(fā)明屬于光纖加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置及方法。

背景技術(shù)：

聚合物光纖主要包括階躍折射率分布型光纖(簡稱SI型聚合物光纖)和梯度折射率分布型光纖(簡稱GI型聚合物光纖)。由于前者存在較大的模間色散，光纖的傳輸帶寬較窄，大約只有5MHz·km，通常只能滿足大于100m內(nèi)小容量信號傳輸?shù)囊蟆＠鐐鬏斠话阋曨l信號需要6MHz·km帶寬、傳輸高分辨率圖像需要10MHz·km帶寬、傳輸數(shù)字化視頻信號則需要至少40MHz·km帶寬。SI型聚合物光纖的帶寬已經(jīng)無法滿足上述需要，這一缺陷嚴(yán)重阻礙了聚合物光纖在通訊傳輸領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

一種有效提高聚合物光纖帶寬的方法是改變光纖的折射率分布，使光纖的折射率分布從光纖的中心延徑向向外逐漸變小，也就是GI型聚合物光纖。從20世紀(jì)80年代開始，美、日等國都開始進(jìn)行了GI型聚合物光纖的研制，它成為聚合物光纖領(lǐng)域的主要研究方向。

GI型聚合物光纖的主要制備工藝為預(yù)制棒拉絲工藝和共擠出工藝。前者已在石英光纖的制備領(lǐng)域應(yīng)用多年，發(fā)展較為成熟，但因?yàn)樗怯蓛蓚€單獨(dú)步驟組成，即制備預(yù)制棒和拉絲成型，存在了定時(shí)更換預(yù)制棒、拉絲停頓和拉絲長度限制等局限；后者在連續(xù)性、加工效率和降低光纖光損耗上優(yōu)于前者，適合于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，但主要依靠一種或幾種能夠按要求改變折射率分布的可擴(kuò)散的摻雜劑，存在摻雜劑在擠出模具擴(kuò)散過程機(jī)理不明確、精度不夠等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服以上技術(shù)缺陷，提出一種基于共擠出定量參考的梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置及方法，從而有助于掌控光纖折射率分布規(guī)律，進(jìn)一步探索降低光損耗的最佳工藝，大大降低成本、有利于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明采用技術(shù)方案：定量控制聚合物折射率分布，并在此基礎(chǔ)漸進(jìn)分散。

一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，該裝置包括1個皮層擠出機(jī)組、n個芯層擠出機(jī)組、匯流器、口模、絲徑測量裝置、牽引裝置以及收卷裝置。在該裝置中，不同的芯層粒料分別進(jìn)入n個芯層擠出機(jī)后以熔融態(tài)通過相應(yīng)連接的n個齒輪泵進(jìn)入?yún)R流器，同時(shí)，皮層粒料經(jīng)過皮層擠出機(jī)后以熔融態(tài)通過連接的齒輪泵也進(jìn)入?yún)R流器。匯流器再將熔體傳至口模，口模出口外的同心芯/皮復(fù)合結(jié)構(gòu)光纖在一定的牽引速度下被拉伸，在空氣中冷卻定型成為具有所要求直徑的梯度型光纖，然后被牽引收裝置牽引并被收卷裝置收集。

本發(fā)明涉及一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，在口模和牽引裝置之間布置有絲徑測量裝置，它能夠?qū)崟r(shí)測量拉伸冷卻后的光纖直徑，并根據(jù)誤差控制牽引裝置和收卷裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，適當(dāng)調(diào)整光纖的牽引速度，構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證光纖的尺寸精度。

本發(fā)明涉及一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，匯流器包括1個皮層流道以及n個芯層流道。進(jìn)口時(shí)，齒輪泵1連接芯層流道1，將芯層聚合物熔體輸入到匯流器的圓形中心通道中形成芯層1；齒輪泵2連接到芯層流道2，將芯層聚合物熔體通過錐形分散輸入到匯流器中心通道外圍圓環(huán)層形成芯層2；依次形成芯層3…n；同時(shí)，皮層齒輪泵連接皮層流道將皮層聚合物熔體通過錐形分散輸入到匯流器的最外圓環(huán)層皮層。以上各流道均通過相應(yīng)的齒輪泵控制流量以保證各層均勻。

本發(fā)明涉及一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，n個芯層擠出機(jī)組分別喂料，均是由兩種折射率相差比較大的芯層粒料A、B(A>B)組成，1到n個擠出機(jī)組對應(yīng)A、B兩種材料的混合比例分別為a1:b1、a2:b2、a3:b3、…、an:bn，其中，a1＞a2＞a3＞…＞an，b1<b2<b3<…<bn。從而使得進(jìn)入共擠機(jī)頭的物料A由中心到周圍逐漸減少，而物料B由中心到周圍逐漸增多。由于A的折射率大于B的折射率，故從中心到周圍的折射率k1>k2>k3…>kn，進(jìn)而獲得折射率分布均勻的芯層復(fù)合結(jié)構(gòu)，可有效提高光纖傳輸帶寬。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)直接通過現(xiàn)有不同折射率物料進(jìn)行分散混合獲得梯度折射率分布，避免使用不可預(yù)測的摻雜劑；(2)可有效混合和分散，減小分散時(shí)間、提高加工效率，并且加工過程穩(wěn)定可控。

附圖說明

圖1是一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置的連接示意圖；

圖2是一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置共擠機(jī)頭的截面流道分布及連接示意圖；

圖3是一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置擠出的光纖截面示意圖。

圖中：1-芯層擠出機(jī)一，2-齒輪泵一，3-齒輪泵二，4-芯層擠出機(jī)二，5-皮層齒輪泵，6-皮層擠出機(jī)，7-齒輪泵三，8-芯層擠出機(jī)三，9-齒輪泵n，10-芯層擠出機(jī)n，11-匯流器，12-口模，13-絲徑測量裝置，14-牽引裝置，15-收卷裝置，16-芯層流道n，17-芯層流道三，18-皮層流道，19-芯層流道二，20-芯層流道一。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，如圖1所示，該裝置包括一個皮層擠出機(jī)組、n個芯層擠出機(jī)組、匯流器11、口模12、絲徑測量裝置13、牽引裝置14以及收卷裝置15。皮層擠出機(jī)組包括皮層齒輪泵5和皮層擠出機(jī)6，n個芯層擠出機(jī)組包括芯層擠出機(jī)一1、齒輪泵一2、齒輪泵二3、芯層擠出機(jī)二4、齒輪泵三7、芯層擠出機(jī)三8、齒輪泵n9、芯層擠出機(jī)n10；在該裝置中，不同的芯層粒料分別進(jìn)入n個芯層擠出機(jī)后以熔融態(tài)通過相應(yīng)連接的n個齒輪泵進(jìn)入?yún)R流器11，同時(shí)，皮層粒料經(jīng)過皮層擠出機(jī)6后以熔融態(tài)通過連接的齒輪泵5也進(jìn)入?yún)R流器11。匯流器11再將熔體傳至口模12，口模12出口外的同心芯/皮復(fù)合結(jié)構(gòu)光纖在一定的牽引速度下被拉伸，在空氣中冷卻定型成為具有所要求直徑的梯度型光纖，然后被牽引收裝置14牽引并被收卷裝置15收集。

本發(fā)明涉及一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，如圖1所示，在口模12和牽引裝置14之間布置有絲徑測量裝置13，它能夠?qū)崟r(shí)測量拉伸冷卻后的光纖直徑，并根據(jù)誤差控制牽引裝置14和收卷裝置15的運(yùn)轉(zhuǎn)，適當(dāng)調(diào)整光纖的牽引速度，構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證光纖的尺寸精度。

本發(fā)明涉及一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，如圖2、3所示，匯流器11包括一個皮層流道18以及n個芯層流道，即芯層流道n16、芯層流道三17、芯層流道二19和芯層流道一20。進(jìn)口時(shí)，齒輪泵一2連接芯層流道一20，將芯層聚合物熔體輸入到匯流器11的圓形中心通道中形成芯層1；齒輪泵二3連接到芯層流道二19，將芯層聚合物熔體通過錐形分散輸入到匯流器11中心通道外圍圓環(huán)層形成芯層2；依次形成芯層3…芯層n；同時(shí)，皮層齒輪泵5連接皮層流道18將皮層聚合物熔體通過錐形分散輸入到匯流器11的最外圓環(huán)層皮層。以上各流道均通過相應(yīng)的齒輪泵控制流量以保證各層均勻。

本發(fā)明涉及一種梯度折射率分布聚合物光纖制備裝置，如圖1所示，n個芯層擠出機(jī)組分別喂料，均是由兩種折射率相差比較大的芯層粒料A、B(A>B)組成，1到n個擠出機(jī)組對應(yīng)A、B兩種材料的混合比例分別為a1:b1、a2:b2、a3:b3、…、an:bn，其中，a1＞a2＞a3＞…＞an，b1<b2<b3<…<bn。從而使得進(jìn)入共擠機(jī)頭的物料A由中心到周圍逐漸減少，而物料B由中心到周圍逐漸增多。由于A折射率大于B的折射率，故從中心到周圍的折射率k1>k2>k3>…>kn，進(jìn)而獲得折射率分布均勻的芯層復(fù)合結(jié)構(gòu)，可有效提高光纖傳輸帶寬。