CN101654328B - 一种生产低水峰单模光纤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效生产低水峰单模光纤的方法。其降低光纤氢损的方法是：预制棒拉制成光纤后，进行第一次树脂涂覆，涂覆后进入UV灯箱进行第一次光照固化，尔后进行第二次树脂涂覆，涂覆后再进入UV灯箱进行第二次光照固化，其中光纤固化是在石英管容器内含氘的混合气体中进行，所述混合气中氘的浓度为1～2％，其余为氮气或其他惰性气体，气体流量为30～50L/min，灯箱内部UV灯光照强度100～150mW，温度保持在100～300℃，并使石英管容器内部温度保持在170～200℃。本发明将石英管作为氘化反应的容器，进行在线的光纤同含氘气混合气体反应，利用管内温度和UV灯的光照，来提高氘气的扩散速率，使氘与光纤缺陷反应，反应接触时间短，提高了氘气的处理效果，大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光纤，更具体地说涉及一种高效生产低水峰单模光纤的方法。
背景技术
光纤通信的窗口在1260nm到1675nm范围内，但常规光纤在1383nm附近存在高的水吸收峰，使得在1350～1550nm的频谱区因衰减太高而无法使用。
石英玻璃中的氢氧根对光纤吸收损耗影响很大。如石英玻璃中含水1×10-6在2.72μm波长处引起强烈的吸收，从而造成的10000dB/km的衰减。究其原因是由氢氧根的基本伸长振动模引起的。氢氧根离子有很大的变形性，易产生振动吸收，其影响程度和范围均很大。石英玻璃中如有-Si-OH，基本振动产生的吸收峰值为2.73μm，它的二次谐波吸收峰值为1.38μm，三次谐波在0.95μm附近，由这些引起的吸收损耗在红外区影响是严重的。并且氢氧根离子还和石英玻璃的分子振动引起吸收叠加，影响更大。石英玻璃光纤中如果含水1×10-6，在0.95μm的吸收损耗为1.0dB/km；而在1μm以上时，氢氧根引起的吸收损耗急剧增大，在1.38μm处为65dB/km，对波长为1.0～1.35μm和1.45～1.8μm两个波段的吸收损耗影响最大。由此可知，要制作在工作波长为1260nm～1675nm低损耗的单模光纤，我们必须彻底去除石英玻璃中的水分。
目前，光纤都通过预制棒的制备，再在高温下拉制。制造光纤预制棒的方法包括外部气相沉积法(OVD)、改进的化学气相沉积法(MCVD)、气相轴向沉积法(VAD)、微波等离子体化学气相沉积法(PCVD)。对于管外法(OVD和VAD)，利用火焰水解原理，不可避免地会形成水汽，通过高温化学脱水可以有效消除未固化的二氧化硅中的水汽；对于管外法(PCVD和MCVD)，由于原材料卤化物中的含氢杂质与羟基杂质，载流气体的水汽，以及石英玻璃管中的OH扩散，又没有化学脱水的步骤，使得OH含量相对于OVD和VAD法要高，但可以通过控制原材料气体的纯度，衬底管的感应炉加热技术，来降低预制棒中氢氧根含量。
光纤预制棒在拉丝炉中加热到2000℃以上的高温时出于熔融状态，在牵引的作用下形成颈缩直至形成纤维。在高温并被施加高的拉丝张力条件下，预制棒玻璃体中会产生大量断键(Si-O··O-Si)，该缺陷称为非桥氧空心缺陷(NBOHCs)。当大气环境中或者光缆材料析出的氢气扩散渗透入光纤内时，与热力学不稳定态的缺陷结构发生反应，形成硅羟基，
Si-O··O-Si+H2→Si-O-H+H-O-Si
这造成了氢损后附加损耗的增加。通过拉丝工艺的优化，如改变拉丝温度和收线张力等，可以适量减少缺陷。
为了使光纤在整个寿命期间都不会因氢气的存在而导致氢损的增加，就需要一种能够制造氢不敏感性光纤的方法。
在很多已公开的专利中提出通过特定的条件和工艺，用氘原子预先占据缺陷位置，使以后的氢原子无法与缺陷结合形成羟基，从而达到降低氢不敏感性的目的。如烽火通信的专利200410008654.5描述了一种方法，它是将光纤在一定温度的密闭容器中同含氘气的混合气体反应接触10至30h，使光纤缺陷转化为OD基团，从而避免OH离子的形成。中天科技的专利200410041056.8描述了一种生产工艺，它也是将拉制后的光纤再通过氘气工艺，从而得到低水峰光纤。这些方法都属于离线处理办法，需要较长的反应时间，而且需要专门的反应容器和设备，使工艺复杂。长飞的专利200410061240.9描述了一种在线处理方法，在拉丝过程中持续向光纤预制棒的套管、拉丝炉和保温炉中通入含氘混合气，这样氘气可以更充分进入到光纤芯层中参与反应。这里需要考虑氘气属于易燃物，引燃温度在400℃，而加热炉内部温度高达2000℃，生产过程中存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效生产低水峰单模光纤的方法，该方法实施时不需要对整个抽丝设备进行结构上的改变。
上述的目的通过下述技术方案得以实施：
其降低光纤氢损的方法是：预制棒拉制成光纤后，进行第一次树脂涂覆，涂覆后进入UV灯箱进行第一次光照固化，尔后进行第二次树脂涂覆，涂覆后再进入UV灯箱进行第二次光照固化，其特征在于光纤固化是在石英管容器内含氘的混合气体中与氘化同时进行，所述混合气中氘的浓度为1～2％，其余为氮气或其他惰性气体，灯箱内部UV灯光照强度100～150mW/cm2，温度保持在200～300℃，并使石英管容器内部温度保持在150～200℃。
上述方法中的进一步的方案是：预制棒拉丝过程中的速度800～1200m/min，预制棒拉制成光纤后的光纤直径124～126微米，第一次涂覆后直径192～198微米，第二次涂覆后直径243～250微米。
上述方法中的进一步的方案还在于：石英管的一端连接一进气元件，该进气元件包括一进气室和一光纤管，进气室为圆柱体空心结构，其一端与石英管连接，在进气室两圆形的端面中心设有同轴线的光纤管孔，光纤管从与石英管连接端相对的一端面上的光纤管孔穿入，连接在与石英管连接端端面的光纤管孔上，在与石英管连接端端面上布有若干气孔，进气口设置在进气室周向的沿径向方向上。
上述方法中的更优选的方案是：预制棒拉丝过程中的优选速度1000m/min，预制棒拉制成光纤后的光纤优选直径125微米，第一次涂覆后的光纤优选直径195微米，第二次涂覆后的光纤优选直径245微米。
上述方法中更优选的方案还有：第一次光照固化的光照强度优选130mW/cm2，第二次光照固化的光照强度优选120mW/cm2。
本发明将石英管作为氘化反应的容器，进行在线的光纤同含氘气混合气体反应，利用管内高温，来提高氘气的扩散速率，并且UV灯的光照刺激可加快氘与光纤缺陷的反应，反应接触时间短，提高了氘气的处理效果，大大提高了生产效率，且安全性能好。本发明的有益效果还在于可以降低光纤在1383nm的氢损，氘处理后的光纤具有很好的抗氢老化性能，光纤的氢损≤0.005dB/km。
附图说明
图1、2是本发明提供的拉丝过程中降低光纤氢损的装置示意图。
图中，1光纤管，2进气口，3光纤管孔，4气孔，5进气室，6石英管。
具体实施方式
本发明所设置进气元件如图1、图2，该进气元件与石英管6都呈空心圆柱形状，进气元件与石英管6的光纤进入端连接。进气元件主要由一进气室5和一光纤管1组成，进气室5的一端与石英管6连接，在进气室两圆形的端面中心设有同轴线的光纤管孔3，光纤管1从与石英管连接端相对的一端面上的光纤管孔3穿入，连接在与石英管连接端端面的光纤管孔3上，在与石英管连接端的端面上相对于中心的光纤管孔3的周向均布有6个气孔4，进气口2设置在进气室5的周向的沿径向方向上，即进气口2的轴线与光纤管1的轴线垂直。
将含氘气的混合气源与进气元件上的进气口2连接，就可利用原有光纤生产设备进行在线的光纤同含氘气混合气体反应。下面是具体实施例：
实施例1
预制棒拉丝过程中的速度控制在800～1200m/min，优选速度为1000m/min，使预制棒拉制成光纤后的光纤直径保持在124～126微米，优选直径125微米。接着进行第一次树脂涂覆，一次涂覆后光纤直径保持在192～198微米，优选直径195微米。涂覆后进入UV灯箱进行第一次光照固化。此时，调节UV灯控制柜，使UV灯的光照强度保持在100～150mW/cm2，优选120mW/cm2。温度保持在200～300℃，UV灯发出的光通过反射板反射到石英管容器内，其内部的温度应保持在150～200℃。氘浓度为1～2％其余为氮气的混合气从石英管6一端的进气元件的六个气孔4均匀连续进入石英管6内，调节控制单元使气体流量为30～50L/min，优选40L/min，混合气从石英管容器6另一端流出被混合气回收装置回收。光纤在石英管6内接触混合气体并与之反应，加之有高温作用，提高了氘气的扩散速率，使氘与光纤缺陷反应，提高氘气的处理效果，同时受到UV灯发出的紫外光的光照固化。光纤穿出石英管容器6进行第二次树脂涂覆，二次涂覆后光纤直径保持在243～250微米，优选直径245微米。二次涂覆后的光纤再次进入UV灯箱，穿过石英管容器6进行如同上述第一次光照固化的过程。通过上述两次氘处理后，降低了光纤在1383nm的氢损，氘处理后的光纤具有很好的抗氢老化性能，光纤的氢损≤0.005dB/km。
实施例2
预制棒拉丝过程中的速度控制在800～1200m/min，优选速度为1000m/min，使预制棒拉制成光纤后的光纤直径保持在124～126微米，优选直径125微米。接着进行第一次树脂涂覆，一次涂覆后光纤直径保持在192～198微米，优选直径195微米。涂覆后进入UV灯箱进行第一次光照固化。此时，调节UV灯控制柜，使UV灯的光照强度为保持在100～150mW/cm2，优选120mW/cm2。温度保持在200～300℃，UV灯发出的光通过反射板反射到石英管内，其内部的温度应保持在150～200℃。氘浓度为1～2％其余为氩气的混合气从石英管6一端的进气元件的六个气孔4均匀连续进入石英管6内，调节控制单元使气体流量为气体流量为30～50L/min，优选40L/min，混合气从石英管容器6另一端流出被混合气回收装置回收。光纤在石英管6内接触混合气体并与之反应，加之有高温作用，提高了氘气的扩散速率，使氘与光纤缺陷反应，提高氘气的处理效果，同时受到UV灯发出的紫外光的光照固化。光纤穿出石英管容器6进行第二次树脂涂覆，二次涂覆后光纤直径保持在243～250微米，优选直径245微米。二次涂覆后的光纤再次进入UV灯箱，穿过石英管容器6进行如同上述第一次光照固化的过程。通过上述两次氘处理后，降低了光纤在1383nm的氢损，氘处理后的光纤具有很好的抗氢老化性能，光纤的氢损≤0.005dB/km。
Claims (5)
1.一种生产低水峰单模光纤的方法，预制棒拉制成光纤后，进行第一次树脂涂覆，涂覆后进入UV灯箱进行第一次光照固化，尔后进行第二次树脂涂覆，涂覆后再进入UV灯箱进行第二次光照固化，其特征在于光照固化是在石英管容器内含氘的混合气体中与氘化同时进行，所述混合气中氘的浓度为1～2％，其余为氮气或其他惰性气体，灯箱内部UV灯光照强度100～150mW/cm2，温度保持在200～300℃，并使石英管容器内部温度保持在150～200℃。
2.根据权利要求1所述的一种生产低水峰单模光纤的方法，其特征在于预制棒拉丝过程中的速度800～1200m/min，预制棒拉制成光纤后的光纤直径124～126微米，第一次涂覆后直径192～198微米，第二次涂覆后直径243～250微米。
3.根据权利要求2所述的一种生产低水峰单模光纤的方法，其特征在于预制棒拉丝过程中的优选速度1000m/min，预制棒拉制成光纤后的光纤优选直径125微米，第一次涂覆后的光纤优选直径195微米，第二次涂覆后的光纤优选直径245微米。
4.根据权利要求2所述的一种生产低水峰单模光纤的方法，其特征在于第一次光照固化的光照强度优选130mW/cm2，第二次光照固化的光照强度优选120mW/cm2。
5.根据权利要求1所述的一种生产低水峰单模光纤的方法，其特征在于所述石英管的一端连接一进气元件，该进气元件包括一进气室和一光纤管，进气室为圆柱体空心结构，其一端与石英管连接，在进气室两圆形的端面中心设有同轴线的光纤管孔，光纤管从与石英管连接端相对的一端面上的光纤管孔穿入，连接在与石英管连接端端面的光纤管孔上，在与石英管连接端端面上布有若干气孔，进气口设置在进气室周向的沿径向方向上。
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