CN111807699A - 一种抗弯曲光纤的制造方法及其对应的光纤 - Google Patents

一种抗弯曲光纤的制造方法及其对应的光纤 Download PDF

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王亚玲
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Abstract

本发明提供了一种抗弯曲光纤的制造方法，其制造形成的抗弯曲光纤适合室内狭窄环境的密集布线。一种抗弯曲光纤的制造方法，包含如下步骤：S1.通过VAD法制备松散体，松散体包含芯层和内包层；S2.松散体完成沉积后转入烧结炉进行脱水和烧结，得到烧结芯棒；S3.烧结芯棒进行延伸，得到第一延伸芯棒；S4.第一延伸芯棒、掺氟套管、合成套管进行酸洗，酸洗后先将掺氟套管插入合成套管中，再将第一延伸芯棒插入掺氟套管中形成组装芯棒；S5.对组装芯棒进行延伸，得到第二延伸芯棒；S6.第二延伸芯棒、不含氯的合成石英套管进行组装得到光纤预制棒，对该光纤预制棒进行拉丝，得到抗弯曲光纤。

Description

一种抗弯曲光纤的制造方法及其对应的光纤
技术领域
本发明涉及光纤通信的技术领域，具体为一种抗弯曲光纤的制造方法，本发明还提供了一种抗弯曲光纤。
背景技术
光纤接入网(Access Network)是信息高速公路的“最后一公里”，实现信息的高速传输以及电信运营商和终端用户之间的高质量、高带宽可靠连接，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键。光纤接入网的应用场景较为复杂，如楼宇、街道、房屋中，光纤节点多、曲折布线多，光纤甚至需要被安放在拥挤的管道中或者经过多次弯曲后被固定在接线盒和插座等具有狭小空间的线路终端设备中，这对光纤的弯曲性能提出更高的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种抗弯曲光纤的制造方法，其制造形成的抗弯曲光纤适合室内狭窄环境的密集布线。
一种抗弯曲光纤的制造方法，包含如下步骤：
S1.通过VAD法制备松散体，松散体包含芯层和内包层，芯层通SiCl4和GeCl4原料，内包层通SiCl4和CF4原料，松散体的密度为0.24～0.26g/cm3，内包层CF4原料通过扩散至芯层，对芯层进行F掺杂；
S2.松散体完成沉积后转入烧结炉进行脱水和烧结，得到烧结芯棒；
S3.烧结芯棒进行延伸，得到第一延伸芯棒，第一延伸芯棒的内包层和芯层的直径比值为2.0～3.0，芯层相对折射率差值为0.29％～0.34％，内包层相对折射率差值为-0.12％～-0.04％，其中F对芯层的折射率贡献为-0.08％～-0.03％；
S4.第一延伸芯棒、掺氟套管、合成套管进行酸洗，酸洗后先将掺氟套管插入合成套管中，再将第一延伸芯棒插入掺氟套管中形成组装芯棒，其中掺氟套管的相对折射率差为-0.50％～-0.25％，合成套管以SiCl4为原料制备，不进行其他掺杂，其相对折射率差为0.01％～0.03％；
S5.对组装芯棒进行延伸，得到第二延伸芯棒，其中，掺氟套管层直径与芯层直径的比值为3.8～4.6，合成套管层直径与芯层直径比值为4.6～5.2；
S6.第二延伸芯棒、不含氯的合成石英套管进行组装得到光纤预制棒，对该光纤预制棒进行拉丝，得到抗弯曲光纤。
优选的，拉丝速度为2000m/min，拉丝采用退火工艺。
一种抗弯曲光纤，其特征在于：其自中心径向而外顺次为芯层、内包层、下陷包层、阻隔层和外包层，所述下陷包层采用掺氟材料，所述阻隔层和外包层均采用合成石英材料，所述阻隔层材料含氯，所述外包层材料不含氯，所述芯层的相对折射率差Δ1为0.29％～0.34％，氟对芯层的折射率贡献为-0.08％～-0.03％，内包层的相对折射率差Δ2为-0.12％～-0.04％，下陷包层的相对折射率差Δ3为-0.50％～-0.25％，阻隔层相对折射率差Δ4为0.01％～0.03％，各层半径满足如下关系：R1＝3.2μm～3.8μm，R2/R1＝2.0～3.0，R3/R1＝3.8～4.6，R4/R1＝4.6～5.2。
其进一步特征在于：
所述芯层所受到的压应力为-50Mpa～-20Mpa；
光纤在1550nm的衰减系数≤0.185dB/km；
光纤在1310nm的模场直径为8.2～8.8μm，成缆截止波长≤1260nm，光纤零色散波长为1300nm～1324nm；
优选地，零色散波长为1304nm～1324nm；
优选地，Δ3的取值为-0.34％～-0.26％，R3/R1＝3.8～4.2，该光纤15mm弯曲半径绕10圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；10mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.1dB和0.2dB；7.5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.4dB和0.8dB；
Δ3的取值为-0.46％～-0.38％，R3/R1＝4.2～4.6，该光纤15mm弯曲半径绕10圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；10mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；7.5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.08dB和0.25dB；5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.15dB和0.45dB，1550nm色散≤18ps/(nm·km)，1625nm色散≤22ps/(nm·km)，零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)。
采用本发明所制造的抗弯曲光纤后，其存在如下有益效果：1在芯层不通CF4原料的前提下实现芯层F的少量掺杂，芯层GeO2和F共掺有效降低了芯层粘度，使芯层和内包层的粘度更匹配，减少了光纤过程中产生的缺陷，光纤衰减得到改善；
2先对芯棒、掺氟套管和合成套管进行延伸，减少污染，使光纤衰减得到进一步改善；
3设置合成材料阻隔层并合理设置阻隔层的宽度，避免外包层材料较高的羟基含量对光纤衰减造成影响，此外，合成材料阻隔层含有少量的氯，阻隔层的设置可使光纤下陷包层到外包层的应力有一个过渡，对降低衰减有利；
4合理的光纤剖面结构设计使光纤芯层受到压应力，使芯层GeO2掺杂量进一步降低，衰减进一步降低；
5合理的光纤剖面结构设计保证了光纤优异的弯曲性能和色散性能；
6制造方法简单，适于大规模生产。
附图说明
图1为本发明的单模光纤的横截面的折射率分布的示意图。。
具体实施方式
一种抗弯曲光纤的制造方法，包含如下步骤：
S1.通过VAD法制备松散体，松散体包含芯层和内包层，芯层通SiCl4和GeCl4原料，内包层通SiCl4和CF4原料，松散体的密度为0.24～0.26g/cm3，内包层CF4原料通过扩散至芯层，对芯层进行F掺杂；
S2.松散体完成沉积后转入烧结炉进行脱水和烧结，得到烧结芯棒；
S3.烧结芯棒进行延伸，得到第一延伸芯棒，第一延伸芯棒的内包层和芯层的直径比值为2.0～3.0，芯层相对折射率差值为0.29％～0.34％，内包层相对折射率差值为-0.12％～-0.04％，其中F对芯层的折射率贡献为-0.08％～-0.03％；
S4.第一延伸芯棒、掺氟套管、合成套管进行酸洗，酸洗后先将掺氟套管插入合成套管中，再将第一延伸芯棒插入掺氟套管中形成组装芯棒，其中掺氟套管的相对折射率差为-0.50％～-0.25％，合成套管以SiCl4为原料制备，不进行其他掺杂，其相对折射率差为0.01％～0.03％；
S5.对组装芯棒进行延伸，得到第二延伸芯棒，其中，掺氟套管层直径与芯层直径的比值为3.8～4.6，合成套管层直径与芯层直径比值为4.6～5.2；
S6.第二延伸芯棒、不含氯的合成石英套管进行组装得到光纤预制棒，对该光纤预制棒进行拉丝，得到低损耗弯曲不敏感光纤，其中拉丝速度为2000m/min，拉丝采用退火工艺。
一种抗弯曲光纤：其自中心径向而外顺次为芯层、内包层、下陷包层、阻隔层和外包层，下陷包层采用掺氟材料，阻隔层和外包层均采用合成石英材料，阻隔层材料含氯，外包层材料不含氯，芯层的相对折射率差Δ1为0.29％～0.34％，F对芯层的折射率贡献为-0.08％～-0.03％，内包层的相对折射率差Δ2为-0.12％～-0.04％，下陷包层的相对折射率差Δ3为-0.50％～-0.25％，阻隔层相对折射率差Δ4为0.01％～0.03％，各层半径满足如下关系：R1＝3.2μm～3.8μm，R2/R1＝2.0～3.0，R3/R1＝3.8～4.6，R4/R1＝4.6～5.2。
芯层所受到的压应力为-50Mpa～-20Mpa；
光纤在1550nm的衰减系数≤0.185dB/km；
光纤在1310nm的模场直径为8.2～8.8μm，成缆截止波长≤1260nm，光纤零色散波长为1300～1324nm；
Δ3的取值为-0.34％～-0.26％，R3/R1＝3.8～4.2，该光纤15mm弯曲半径绕10圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；10mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.1dB和0.2dB；7.5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.4dB和0.8dB；零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)；
Δ3的取值为-0.46％～-0.38％，R3/R1＝4.2～4.6，该光纤15mm弯曲半径绕10圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；10mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；7.5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.08dB和0.25dB；5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.15dB和0.45dB，1550nm色散≤18ps/(nm·km)，1625nm色散≤22ps/(nm·km)，零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)。
具体实施例一，芯层的相对折射率差Δ1为0.32％，内包层的相对折射率差Δ2为-0.067％，下陷包层的相对折射率差Δ3为-0.30％，阻隔层相对折射率差Δ4为0.02％，各层半径满足如下关系：R1＝3.7μm，R2＝8.5μm，R3＝14.5μm，R4＝17.4μm，该光纤主要指标如下，1310nm衰减系数为0.323dB/km、1550nm衰减系数为0.184dB/km、1383nm衰减系数为0.277dB/km、1310nm模场直径为8.42μm、成缆截止波长为1215nm、零色散波长为1311nm、零色散斜率为0.090ps/(nm2·km)、1550nm色散为17.5ps/(nm·km)，1625nm色散为21.8ps/(nm·km)。
具体实施例二，芯层的相对折射率差Δ1为0.305％，内包层的相对折射率差Δ2为-0.042％，下陷包层的相对折射率差Δ3为-0.45％，阻隔层相对折射率差Δ4为0.03％，各层半径满足如下关系：R1＝3.5μm，R2＝9.4μm，R3＝15.8μm，R4＝17.5μm，该光纤主要指标如下，1310nm衰减系数为0.323dB/km、1550nm衰减系数为0.183dB/km、1383nm衰减系数为0.272dB/km、1310nm模场直径为8.55μm、成缆截止波长为1235nm、零色散波长为1317nm、零色散斜率为0.089ps/(nm2·km)、1550nm色散为17.1ps/(nm·km)，1625nm色散为21.6ps/(nm·km)。
其中各层相对折射率差的定义：
Figure BDA0002620534250000071
Δc为外包层折射率。
采用本发明制造的抗弯曲光纤后，其存在如下有益效果：
1在芯层不通CF4原料的前提下实现芯层F的少量掺杂，芯层GeO2和F共掺有效降低了芯层粘度，使芯层和内包层的粘度更匹配，减少了光纤过程中产生的缺陷，光纤衰减得到改善；
优先对芯棒、掺氟套管和合成套管进行延伸，减少污染，使光纤衰减得到进一步改善；
3设置合成材料阻隔层并合理设置阻隔层的宽度，避免外包层材料较高的羟基含量对光纤衰减造成影响，此外，合成材料阻隔层含有少量的氯，阻隔层的设置可使光纤下陷包层到外包层的应力有一个过渡，对降低衰减有利；
4合理的光纤剖面结构设计使光纤芯层受到压应力，使芯层GeO2掺杂量进一步降低，衰减进一步降低；
5合理的光纤剖面结构设计保证了光纤优异的弯曲性能和色散性能；
6制造方法简单，适于大规模生产。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种抗弯曲光纤的制造方法，包含如下步骤：
S1.通过VAD法制备松散体，松散体包含芯层和内包层，芯层通SiCl4和GeCl4原料，内包层通SiCl4和CF4原料，松散体的密度为0.24～0.26g/cm3，内包层CF4原料通过扩散至芯层，对芯层进行F掺杂；
S2.松散体完成沉积后转入烧结炉进行脱水和烧结，得到烧结芯棒；
S3.烧结芯棒进行延伸，得到第一延伸芯棒，第一延伸芯棒的内包层和芯层的直径比值为2.0～3.0，芯层相对折射率差值为0.29％～0.34％，内包层相对折射率差值为-0.12％～-0.04％，其中F对芯层的折射率贡献为-0.08％～-0.03％；
S4.第一延伸芯棒、掺氟套管、合成套管进行酸洗，酸洗后先将掺氟套管插入合成套管中，再将第一延伸芯棒插入掺氟套管中形成组装芯棒，其中掺氟套管的相对折射率差为-0.50％～-0.25％，合成套管以SiCl4为原料制备，不进行其他掺杂，其相对折射率差为0.01％～0.03％；
S5.对组装芯棒进行延伸，得到第二延伸芯棒，其中，掺氟套管层直径与芯层直径的比值为3.8～4.6，合成套管层直径与芯层直径比值为4.6～5.2；
S6.第二延伸芯棒、不含氯的合成石英套管进行组装得到光纤预制棒，对该光纤预制棒进行拉丝，得到抗弯曲光纤。
2.如权利要求1所述的一种抗弯曲光纤的制造方法，其特征在于：拉丝速度为2000m/min，拉丝采用退火工艺。
3.一种抗弯曲光纤，其特征在于：其自中心径向而外顺次为芯层、内包层、下陷包层、阻隔层和外包层，所述下陷包层采用掺氟材料，所述阻隔层和外包层均采用合成石英材料，所述阻隔层材料含氯，所述外包层材料不含氯，所述芯层的相对折射率差Δ1为0.29％～0.34％，氟对芯层的折射率贡献为-0.08％～-0.03％，内包层的相对折射率差Δ2为-0.12％～-0.04％，下陷包层的相对折射率差Δ3为-0.50％～-0.25％，阻隔层相对折射率差Δ4为0.01％～0.03％，各层半径满足如下关系：R1＝3.2μm～3.8μm，R2/R1＝2.0～3.0，R3/R1＝3.8～4.6，R4/R1＝4.6～5.2。
4.如权利要求3所述的一种抗弯曲光纤，其特征在于：所述芯层所受到的压应力为-50Mpa～-20Mpa。
5.如权利要求3或4所述的一种抗弯曲光纤，其特征在于：光纤在1550nm的衰减系数≤0.185dB/km。
6.如权利要求3或4所述的一种抗弯曲光纤，其特征在于：光纤在1310nm的模场直径为8.2μm～8.8μm，成缆截止波长≤1260nm，光纤零色散波长为1300nm～1324nm。
7.如权利要求6所述的一种抗弯曲光纤，其特征在于：零色散波长为1304nm～1324nm。
8.如权利要求3或4所述的一种抗弯曲光纤，其特征在于：Δ3的取值为-0.34％～-0.26％，R3/R1＝3.8～4.2，该光纤15mm弯曲半径绕10圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；10mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.1dB和0.2dB；7.5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.4dB和0.8dB，零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)。
9.如权利要求3或4所述的一种抗弯曲光纤，其特征在于：Δ3的取值为-0.46％～-0.38％，R3/R1＝4.2～4.6，该光纤15mm弯曲半径绕10圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；10mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.03dB和0.1dB；7.5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.08dB和0.25dB；5mm弯曲半径绕1圈的1550nm和1625nm的宏弯附加损耗分别小于0.15dB和0.45dB，1550nm色散≤18ps/(nm·km)，1625nm色散≤22ps/(nm·km)，零色散斜率小于0.092ps/(nm2·km)。
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