CN101397186A

CN101397186A - 一种制造抗弯光纤预制棒的方法

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Publication number: CN101397186A
Application number: CNA2007101571166A
Authority: CN
Inventors: 吴海港; 陈海滨; 刘利; 卢卫民; 李群星
Original assignee: Futong Group Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Futong Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: CN101397186B

Abstract

一种制造抗弯光纤预制棒的方法，属于光通信技术，现有技术制得的抗弯预制棒在制作过程中纤芯和包层间易出现错位、表现为存在大量的气泡、严重影响产品合格率，且达不到较高的折射率差。本发明是在用VAD工艺制作多孔芯棒时，在第一喷灯和第二喷灯间增加加热预收缩喷灯，然后使多孔芯棒高温脱水，得到一个玻璃化的芯棒；在制作玻璃化的芯棒时，也同时增加加热预收缩过程；此后用OVD工艺在玻璃化的芯棒上制作多孔包层，最后得到玻璃化的光纤预制棒。该方法易于得到较高折射率差，消除气泡，提高VAD工艺制作抗弯曲光纤预制棒的成品率；所制造光纤预制棒拉制的光纤，兼具优异的抗弯曲以及低水峰吸收损耗的特性，适用于FTTH和局域网接入等应用场合。

Description

一种制造抗弯光纤预制棒的方法

技术领域

本发明属于光通信技术，具体涉及一种抗弯曲光纤预制棒制造方法。该方法制造的光纤预制棒，能得到较高折射率差(Δ)，制得的光纤具有优异的抗弯曲、和低水峰吸收损耗的特性，适用于FTTH和局域网接入等应用场合。

背景技术

光纤到户接入技术(FTTH)作为最终的宽带接入方案，有着高速、高带宽的巨大优势，在日本和美国已得到广泛应用，且应用范围也越来越广，在我国也得到了越来越多的关注。FTTH做为用户接入的发展方向，最终光纤接入将替代铜缆接入，承载各种综合业务，如语音、IPTV(宽带视频)、CATV(有线电视)、网络游戏、宽带接入等，实现多网合一，FTTH光纤总需求量将非常庞大。

FTTH做为接入的最后一段距离，受复杂应用场合的影响(多为街道、楼宇、拐角等)，接入点多，且因布线时的悬拉、折弯因素等影响，光纤存在弯曲的现象很多。而普通的G.652光纤弯曲半径大于30mm，如果弯曲半径小于30mm，在光纤中传输的导模将由于辐射而损耗光功率，且弯曲半径越小，光信号的衰减就越大；普通G.652光纤的弯曲半径小于7.5mm时，弯曲损耗将达2dB/Km@1550nm以上，使光通信不能正常进行。故普通G.652光纤在实际的FTTH工程应用存在很大限制，需要一种弯曲半径小、弯曲损耗小的抗弯光纤，才能满足FTTH接入的工程需要。

目前制造抗弯光纤预制棒的工艺主要有VAD、MCVD和PCVD，VAD属于外部沉积法，而MCVD和PCVD均属于管内沉积法。管内沉积法受工艺所限，水峰吸收衰减大，只能制造G.652A和G.652B常规光纤，在实际应用中，G.652C和G.652D正逐渐取代常规光纤，成为市场的主流和趋势。而光纤是由光纤预制棒为母材，同比例拉制而成，故光纤的性能取决于光纤预制棒。要使光纤预制棒所拉制的光纤获得更好的抗弯性能，主要有二种方法，一是对常规的G.652光纤预制棒改进，适当增加纤芯和包层的折射率差(Δ)。得到的抗弯光纤最小弯曲半径改进到10mm，弯曲损耗≤0.75dB/Km@1550nm(国际电信联盟IUT.T标准，参见图4中的a曲线，该曲线代表G.657A的弯曲损耗标准，其中A1、A2两点的坐标分别是(15，0.025)、(10，0.75))。二是全新设计的光纤折射率剖面，纤芯直径更小，纤芯和包层的折射率差(Δ)更高。具有超强的抗弯性能，得到的抗弯光纤最小弯曲半径达7.5mm，弯曲损耗≤0.5dB/Km@1550nm。弯曲半径为10mm时，弯曲损耗≤0.1dB/Km@1550nm(国际电信联盟ITU.T标准，参见图4中的b曲线，该曲线代表G.657B的弯曲损耗标准，其中B1、B2、B3三点的坐标分别是(15，0.003)，(10，0.1)，(7.5，0.5))。二种方法均需不同程度的增加纤芯和包层的折射率差(Δ)。

前述两种提高光纤抗性能的方法，均需不同程度的增加纤芯和包层的折射率差(Δ)。而随着纤芯和包层的折射率差(Δ)提高，因材料不同，其收缩比也不一致，在制作过程中，纤芯和包层间易出现错位，表现为存在大量的气泡，严重影响产品合格率。且纤芯掺杂材料GeO₂易挥发，简单地增加GeO₂原料流量，并不能得到较高的折射率差(Δ)。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术制得的预制棒制作过程中纤芯和包层间易出现错位、表现为存在大量的气泡、严重影响产品合格率的缺陷，提供一种抗弯曲光纤预制棒制造方法，以使制得的光纤预制棒拉制的光纤兼具优异的抗弯曲性能和极低的水峰吸收衰减。为此，本发明采用以下技术方案：

一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是用VAD工艺制作多孔芯棒，在制作多孔芯棒时，在第一喷灯和第二喷灯间增加加热预收缩喷灯，在多孔芯棒脱水制作玻璃化的芯棒时，增加加热预收缩过程；此后用OVD工艺在玻璃化的芯棒上制作多孔包层，最后得到玻璃化的光纤预制棒。

使用该方法能容易的得到较高折射率差(Δ)，并消除玻璃化的芯棒的气泡缺陷，从而大幅提高VAD工艺制作抗弯曲光纤预制棒的成品率，降低成本。且所制造光纤预制棒拉制的光纤，兼具优异的抗弯曲、以及低水峰吸收损耗的特性，适用于FTTH和局域网接入等应用场合。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：

所述的加热预收缩喷灯与第一喷灯、第二喷灯的指向夹角为0～360°。

所述的加热预收缩喷灯数量为1～2个。

在所述的加热预收缩喷灯上设置原料气体喷射流道、可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，三个喷射流道均指向多孔芯棒中心线上的一点。

在所述的加热预收缩喷灯上设置可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，两个喷射流道均指向多孔芯棒中心线上的一点。

在所述的加热预收缩喷灯上仅设置可燃气体喷射流道，助燃气体采用空气，可然喷射流道指向多孔芯棒中心线上的一点。

加热预收缩喷灯由石英、陶瓷、或金属制成，其外形为圆形、椭圆形或矩形。

经过加热预收缩喷灯处理后，多孔芯棒的密度达到0.2～0.6g/cm³。

制作玻璃化的芯棒时，经过加热预收缩，多孔芯棒的密度达到0.25～0.6g/cm³。

光纤预制棒的剖面为阶跃型。

本发明为解决前述提出问题所采取的制造方法：在第一喷灯和第二喷灯间增加加热预收缩喷灯，使多孔芯棒在较低的反应温度下进行沉积，得到较高的折射率差(Δ)。然后通过增加的喷灯提供的热量，使纤芯多孔芯棒的密度达到0.2～0.6g/cm³，达到预收缩的效果，减少纤芯和包层间收缩比不同出现的错位。在制作玻璃化的芯棒时，也同时增加加热预收缩过程，使多孔芯棒的密度进一步达到0.25～0.6g/cm³，最终得到高折射率差(Δ)、无气泡缺陷的抗弯光纤预制棒。

根据上述方案，通过对光纤折射率分布的精确调整，可以得到优异抗弯曲特性、并具有极低的水峰吸收衰减。本发明方法制造的光纤预制棒折射率差(Δ)可达0.3～1.0％之间，水峰吸收衰减≤0.35dB/Km。

本发明的积极效果在于：

1、本发明的制造方法，可有效消除玻璃化的芯棒的气泡缺陷，容易进行生产和质量控制，大幅提高VAD工艺制作抗弯曲光纤预制棒的成品率，降低成本。

2、本发明的制造方法，可以容易获得较高折射率差(Δ)，结合对折射率分布的精确控制能力，可高效率地得到所设计的光纤性能，所制造光纤预制棒拉制的光纤，兼具优异的抗弯曲、以及低水峰吸收损耗的特性。

3、本发明的制造方法，兼顾了光纤材料的组成和处理，通过预加热处理，对材料的粘度和应力进行优化匹配，改善应力分布，对光纤的PMD性能进行改善。

4、本发明方法制造的抗弯光纤预制棒，其光纤特性全面满足FTTH和局域网接入的应用。且与常规光纤熔接时具有低的熔接损耗，熔接性能极好。

附图说明

图1是本发明方法设置加热预收缩喷灯的示意图。

图2是本发明脱水玻璃化预收缩示意图。

图3是本发明多孔包层和光纤预制棒的示意图。

图4是本发明实施例抗弯性能分布曲线示意图。

1-多孔芯棒，2-玻璃化的芯棒，3-第一喷灯，4-第二喷灯，5-加热预收缩喷灯，6-加热炉体，7-工艺气体，8-多孔包层，9-光纤预制棒。

具体实施方式

以下结合附图对本说明做进一步详细的说明。

按照下述方法实施：用VAD工艺制作多孔芯棒1，在制作多孔芯棒1时，在第一喷灯3和第二喷灯4间增加加热预收缩喷灯5(参见图1)，在加热炉体6内将多孔芯棒1脱水制作玻璃化的芯棒2时(其间向加热炉体6内通入工艺气体7)，增加加热预收缩过程；此后用OVD工艺在玻璃化的芯棒2上制作多孔包层8，最后得到玻璃化的光纤预制棒9。

同时选用下述一项或者多项措施：

加热预收缩喷灯5与第一喷灯3、第二喷灯4的指向夹角为0～360°。

加热预收缩喷灯数量为1～2个(参见图1)。

在所述的加热预收缩喷灯上设置原料气体喷射流道、可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，三个喷射流道均指向多孔芯棒1中心线上的一点；或者在所述的加热预收缩喷灯上设置可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，两个喷射流道均指向多孔芯棒1中心线上的一点；或者在所述的加热预收缩喷灯上仅设置可燃气体喷射流道，助燃气体采用空气，可然喷射流道指向多孔芯棒1中心线上的一点。

经过加热预收缩喷灯处理后，多孔芯棒1的密度达到0.2～0.6g/cm³。

制作玻璃化的芯棒2时，经过加热预收缩，多孔芯棒1的密度达到0.25～0.6g/cm³。

光纤预制棒的剖面为阶跃型，即折射率对直径的分布曲线上表现为台阶状。

上述方法得到的光纤预制棒制成光纤，按照光纤弯曲性能测量方法，在φ30mm芯轴绕10圈的测试中，弯曲引起的附加损耗在1550nm和1625nm处均小于0.03dB；在φ20mm芯轴绕1圈的测试中，弯曲引起的附加损耗在1550nm和1625nm处均小于0.05dB；在φ15mm芯轴绕1圈的测试中，弯曲引起的附加损耗在1550nm和1625nm处均小于0.05dB。本发明的抗弯光纤预制棒性能介于图4中曲线c、d之间的区域。

以下通过几个实施例的具体数据说明本发明的效果：

实施例1：

采用1只加热预收缩喷灯，制作玻璃化的芯棒2时，增加加热预收缩过程。纤芯和包层的折射率差(Δ)＝0.362％，纤芯半径a＝7.80±0.1μm。

所得的抗弯光纤预制棒特性如下：

加热预收缩后多孔芯棒1密度：0.25～0.6g/cm³。

气泡缺陷：无。

模场直径：8.8～8.9μm。

零色散波长：1300～1310nm。

光纤截止波长：1300±3nm。

水峰吸收衰减：0.30～0.31dB/km。

宏弯φ30mm绕10圈：

在1550nm的附加损耗值：0.010～0.018dB。

在1625nm的附加损耗值：0.03～0.04dB。

宏弯φ20mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.04～0.05dB。

在1625nm的附加损耗值：0.07～0.09dB。

实施例1所述光纤特性的模场直径与常规光纤接近，熔接损耗小，且弯曲衰减和水峰吸收衰减性能良好。

实施例2：

采用1只加热预收缩喷灯，制作玻璃化的芯棒2时，增加加热预收缩过程。纤芯和包层的折射率差(Δ)＝0.601％，纤芯半径a＝5.84±0.1μm。

所得的抗弯光纤预制棒特性如下：

加热预收缩后多孔芯棒(1)密度：0.2～0.6g/cm³。

气泡缺陷：无。

模场直径：6.5～6.7μm。

零色散波长：1340～1360nm。

光纤截止波长：1300±3nm。

水峰吸收衰减：0.29～0.30dB/km。

宏弯φ30mm绕10圈：

在1550nm的附加损耗值：0dB。

在1625nm的附加损耗值：0dB。

宏弯φ20mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.001～0.003dB。

在1625nm的附加损耗值：0.001～0.003dB。

宏弯φ15mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.003～0.005dB。

在1625nm的附加损耗值：0.003～0.005dB。

实施例3：

采用2只加热预收缩喷灯，制作玻璃化的芯棒2时，增加加热预收缩过程。纤芯和包层的折射率差(Δ)＝0.61％，纤芯半径a＝5.80±0.1μm。

所得的抗弯光纤预制棒特性如下：

加热预收缩后多孔芯棒(1)密度：0.3～0.6g/cm³。

气泡缺陷：无。

模场直径：6.5～6.7μm。

零色散波长：1340～1360nm。

光纤截止波长：1300±3nm。

水峰吸收衰减：0.285～0.30dB/km。

宏弯φ30mm绕10圈：

在1550nm的附加损耗值：-0.003dB。

在1625nm的附加损耗值：0.003dB。

宏弯φ20mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：-0.005dB。

在1625nm的附加损耗值：0dB。

宏弯φ15mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：-0.003dB。

在1625nm的附加损耗值：-0.002dB。

备注(本发明的一些术语的定义)：

折射率差Δ由以下方程式定义：

折射率差Δ(％)＝[(n₁ ²—n₂ ²)/2n₁ ²] (1)

其中为n₁为纤层的材料折射率，n₂为外包层的材料折射率。

折射率分布的定义是指在光纤的选定部分上折射率或折射率差(Δ)与其相对光纤中心位置ri(半径)的关系。

光纤的衰减，是指当从光纤的一端射入，而从另一端射出时，光强会减弱，即光在纤维中传播时被衰减了，称为光纤的衰减。光纤衰减的大小由以下方程式定义：

A＝-10log(P_出/P_入) (2)

上式中P_入和P_出分别为光纤输入端和输出端所测得的光功率。

光纤的弯曲衰减，指光纤弯曲时，如成缆、现场敷设(管道转弯)、光缆接头等场合下引起的，光从纤芯渗透包层而造成的光功率损耗。弯曲衰减的由以下方程式定义：

A_b＝Ae^-BR (3)

上式中R是弯曲半径，A、B是与光纤参数(纤芯半径r1，光纤外径R，折射率差Δ有关的常数)。

水峰吸收衰减，指光纤材料中含有OH^-，吸收光能产生振动，使光功率以热的形式散失掉，造成就光功率损耗。

光纤的抗弯曲性能是指在规定测试条件下的附加损耗。测试过程是，在正常条件下测试光纤的损耗，再按照标准要求将光纤绕在芯轴上，测量损耗值，两种测量的差值即为弯曲导致的附加弯曲损耗。其规定的标准测试条件包括在半径15mm的芯轴上绕10圈、在10mm的芯轴上绕1圈、和在7.5mm的芯轴上绕1圈。通常，弯曲导致的最大许可损耗以1310nm或1550nm的附加弯曲损耗为准，单位为dB。

VAD是Vapor Axial Deposition，汽相轴向沉积的缩写。

MCVD是Modified Chemical Vapor Deposition，改进的化学汽相沉积的缩写。

PCVD是Plasma Chemical Vapor Deposiotn，等离子体化学汽相沉积的缩写。

FTTH是Fiber TO The Home，光纤到户的缩写。

Claims

1、一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是用VAD工艺制作多孔芯棒(1)，在制作多孔芯棒(1)时，在第一喷灯和第二喷灯间增加加热预收缩喷灯，在多孔芯棒(1)脱水制作玻璃化的芯棒(2)时，增加加热预收缩过程；此后用OVD工艺在玻璃化的芯棒上制作多孔包层，最后得到玻璃化的光纤预制棒。

2、根据权利要求1所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是所述的加热预收缩喷灯与第一喷灯、第二喷灯的指向夹角为0～360°。

3、根据权利要求1所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是所述的加热预收缩喷灯数量为1～2个。

4、根据权利要求1、2或3所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是在所述的加热预收缩喷灯上设置原料气体喷射流道、可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，三个喷射流道均指向多孔芯棒(1)中心线上的一点。

5、根据权利要求1、2或3所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是在所述的加热预收缩喷灯上设置可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，两个喷射流道均指向多孔芯棒(1)中心线上的一点。

6、根据权利要求1、2或3所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是在所述的加热预收缩喷灯上仅设置可燃气体喷射流道，可然喷射流道指向多孔芯棒(1)中心线上的一点。

7、根据权利要求1所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是所述的加热预收缩喷灯由石英、陶瓷、或金属制成，其外形为圆形、椭圆形或矩形。

8、根据权利要求1所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是经过加热预收缩喷灯处理后，多孔芯棒(1)的密度达到0.2～0.6g/cm³。

9、根据权利要求1或8所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是制作玻璃化的芯棒(2)时，经过加热预收缩，多孔芯棒(1)的密度达到0.25～0.6g/cm³。

10、根据权利要求2所述的一种制造抗弯光纤预制棒的方法，其特征是所述光纤预制棒的剖面为阶跃型。