CN116639868A - 基于ovd工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，包括以下步骤：S1、芯层的沉积将陶瓷靶棒架设到OVD车床上，以30r/min的转速顺时针旋转，在OVD喷灯中通入O₂和H₂作为燃烧气体，原料气体为汽化的SiCl₄气体和GeCl₄气体，两种原料气体按一定的比例在氢氧焰中发生水解反应生产SiO₂和GeO₂颗粒沉积在陶瓷靶棒上，当沉积的半径达到r₁时，芯层完成沉积。本发明利用OVD工艺精准掺杂的特点，在第一包层中设置折射率下陷层，该结构能将光在光纤芯层中传播的有效面积增大，从而实现增大模场直径的目的；同时，该结构能够将光信号更好的限制在芯层中传播，进一步提高光纤的弯曲性能，改善光纤的零色散斜率。
Description
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，具体为基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法。
背景技术
随着光通信技术的发展，光纤到户已成为现实。由于光纤到户所面对的光纤铺设环境较为复杂，经常出现垂挂、小角度拐弯等情况。普通的G.625.D光纤在面对这些辅设条件时会出现弯曲损耗偏大问题，影响光纤的信号传输和带宽。因此，在光纤到户等辅设环境复杂的区域，需要一种特殊的光纤来克服普通光纤所面临的问题。目前，行业内专门研发出了针对光纤到户所用的光纤，即弯曲不敏感光纤。该光纤能在弯曲半径为5mm的情况下，1550nm处的附加损耗小于0.15dB。很好的解决了普通光纤不耐弯的问题。
弯曲不敏感光纤的特征是具有优秀的抗弯曲性能。通常情况下，要让光纤具有弯曲不敏性，可以通过以下途径实现：1、提高光纤芯层的折射率；2、减小光纤芯层的直径；3、在光纤包层中设计折射率下陷层。
通过上述途径可以得到弯曲性能很好的光纤，但是，也会有新问题的产生。例如，通过提高光纤芯层折射率的方法来制备弯曲不敏感光纤，意味着光纤中掺杂量增多，衰减增大，色散增大。通过减小光纤芯层直径的方法来制备弯曲不敏感光纤，意味着光通过的有效面积减小，即模场直径变小。由于该光纤的模场直径与普通G.652.D光纤相差较大，在熔接时，其熔接损耗很大，影响信号的传输。同时小模场直径会导致严重的非线性效应，影响传输功率的进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，以解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，包括以下步骤：所述大模场直径弯曲不敏感光纤由内而外依次包括：高掺锗的芯层、纯二氧化硅层的第一包层、掺F下陷的第二包层和纯二氧化硅的外包层，其中，在第一包层内紧邻芯层的地方设计有折射率下陷层；
S1、芯层的沉积
将陶瓷靶棒架设到OVD车床上，以30r/min的转速顺时针旋转，在OVD喷灯中通入O2和H2 作为燃烧气体，原料气体为汽化的SiCl4 气体和GeCl4 气体，两种原料气体按一定的比例在氢氧焰中发生水解反应生产SiO2和GeO2颗粒沉积在陶瓷靶棒上，当沉积的半径达到r1时，芯层完成沉积；
S2、第一包层及折射率下陷层沉积
当S1完成后，继续通入SiCl4气体，停止通入GeCl4气体，同时开始通入CF4气体（通入量满足∆n 2的要求），沉积外径达到r2后，停止通入CF4气体，继续保持沉积，当沉积的半径达到r3时，第一包层完成沉积，得到松散体；
S3、芯层和和第一包层的烧结
将松散体中心的陶瓷靶棒抽出后，在烧结炉中烧结为透明的玻璃棒，烧结过程中，向烧结炉中通入He、Cl2 等气体；
S4、第二包层的沉积及烧结
将S3所得的玻璃棒延伸到合适大小，架设到OVD车床上，类似第一步，将SiO2 颗粒沉积到玻璃棒上，沉积厚度为r3-r4；沉积完成后，把松散体放到烧结炉中进行二次烧结。烧结时，除通入He、Cl2气体外，还通入CF4、SF6、C3F8、SiF4中的一种或多种的组合气体，最终烧结成含有折射率下陷层的玻璃棒；
S5、外包层的沉积和烧结
将S4所得的玻璃棒，经过酸洗或抛光处理，架设到OVD外包车床上，类似第一步，沉积纯SiO2的外包层，沉积好后通过烧结炉烧结为透明的预制棒；
S6、预制棒拉丝
将S5所得的预制棒，通过拉丝机拉制成外径125μm的光纤。
如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述芯层的半径为r1=2.8-3.5 μm。
如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述芯层的相对折射率差∆n1最高点为0.51%-0.53 %，从中心位置到r1，折射率高度线性降为0。
如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述第一包层的半径r2满足r2∶r1=1.2-1.5∶1。
如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述第一包层折射率下陷层的折射率差∆n2= -0.12% ~ -0.2%。
如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述折射率下陷层的半径r3满足r3∶r1=3-4∶1。如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述第二包层的掺F源为CF4、SF6、C3F8、SiF4中的一种或多种的组合。如上所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，所述第二包层的半径r4满足r4∶r1=4-5∶1。
本发明的优点在于：
本发明利用OVD工艺精准掺杂的特点，在第一包层中设置折射率下陷层，该结构能将光在光纤芯层中传播的有效面积增大，从而实现增大模场直径的目的；同时，该结构能够将光信号更好的限制在芯层中传播，进一步提高光纤的弯曲性能，改善光纤的零色散斜率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 说明本发明中弯曲不敏感光纤的折射率剖面结构示意图。
图2 沉积过程示意图，其中1为松散体；2为沉积喷灯；3为陶瓷靶棒；4为含有SiO2颗粒的火焰。
图3 烧结过程示意图，其中12为烧结炉芯管；5为松散体；6为烧结炉加热体。
图4 沉积过程中，GeCl4 流量随时间的变化过程。
图5 沉积中掺F流量与时间的关系。
图6 模场直径接近的光纤熔接示意图，其中7为熔接电解；8为光纤包层；9为光纤芯层。
图7 模场直径不同的光纤熔接示意图，其中10为模场直径小的光纤芯层，11为模场直径大的光纤芯层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在制备高掺锗的芯层时，通入GeCl4气体，使得芯层的折射率差∆n1的最高点为0.51%，沉积折射率下陷层时，通入CF4气体，使得下陷的折射率差∆n2为-0.12%，第二包层的折射率差∆n3控制为-0.35%，沉积各层的厚度为r1=2.8μm，r2∶r1=1.2∶1，r3∶r1=3∶1，r4∶r1=4∶1。
由以上参数所得光纤，测得光纤的模场直径为9.45μm，成缆截止波长为1252nm，零色散斜率为0.075ps/(nm²•km)，弯曲半径为5mm时1550nm处附加损耗小于0.138dB，1625nm处的附加损耗小于0.37 dB；在该条件下制备的光纤与普通G.652.D光纤的熔接损耗为0.15dB/km。
实施例2
在制备高掺锗的芯层时，通入GeCl4气体，使得芯层的折射率差的最高点∆n1为0.52%，沉积折射率下陷层时，通入CF4气体，使得下陷的折射率差∆n2为-0.15%，第二包层的折射率差∆n3控制为-0.32%，沉积各层的厚度为r1 =3μm，r2∶r1 =1.3∶1，r3∶r1 =3.2∶1，r4∶r1=4.25∶1。
由以上参数所得光纤，测得光纤的模场直径为9.33μm，成缆截止波长为1256 nm，零色散斜率为0.062 ps/(nm²•km)，弯曲半径为5mm时1550nm处附加损耗为0.131dB，1625nm处的附加损耗为0.36dB。在该条件下制备的光纤与普通G.652.D光纤的熔接损耗为0.13dB/km。
实施例3
在制备高掺锗的芯层时，通入GeCl4气体，使得芯层的折射率差的最高点∆n1为0.53%，沉积折射率下陷层时，通入CF4气体，使得下陷的折射率差∆n2为 -0.18%，第二包层的折射率差∆n3控制为-0.28%，沉积各层的厚度为r1 =3.2μm，r2∶r1 =1.4∶1，r3∶r1 =3.5∶1，r4∶r1 =4.5∶1。
由以上参数所得光纤，测得光纤的模场直径为9.4μm，成缆截止波长为1230nm，零色散斜率为0.065ps/(nm²•km)，弯曲半径为5mm时1550nm处附加损耗为0.12dB，1625nm处的附加损耗为0.32dB。在该条件下制备的光纤与普通G.652.D光纤的熔接损耗为0.17 dB/km。
实施例4
在制备高掺锗的芯层时，通入GeCl4气体，使得芯层的折射率差的最高点∆n1为0.53%，沉积折射率下陷层时，通入CF4气体，使得下陷的折射率差∆n2为-0.2%，第二包层的折射率差∆n3控制为-0.28%，沉积各层的厚度为r1 =3.5μm，r2∶r1 =1.4∶1， r3∶r1 =3.5∶1，r4∶r1 =4.5∶1。
由以上参数所得光纤，测得光纤的模场直径为9.48μm，成缆截止波长为1255nm，零色散斜率为0.058ps/(nm²•km)，弯曲半径为5mm时1550nm处附加损耗为0.088dB，1625nm处的附加损耗为0.29dB。在该条件下制备的光纤与普通G.652.D光纤的熔接损耗为0.14 dB/km。
实施例5
在制备高掺锗的芯层时，通入GeCl4气体，使得芯层的折射率差的最高点∆n1为0.53%，沉积折射率下陷层时，通入CF4气体，使得下陷的折射率差∆n2为-0.2%，第二包层的折射率差∆n3控制为-0.28%，沉积各层的厚度为r1 =3.5μm，r2∶r1 =1.5∶1，r3 ∶r1 =4∶1，r4∶r1 =5∶1
由以上参数所得光纤，测得光纤的模场直径为9.39μm，成缆截止波长为1248nm，零色散斜率为0.07ps/(nm²•km)，弯曲半径为5mm时1550nm处附加损耗为0.011dB，1625nm处的附加损耗为0.31dB。在该条件下制备的光纤与普通G.652.D光纤的熔接损耗为0.09 dB/km。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：所述大模场直径弯曲不敏感光纤由内而外依次包括：高掺锗的芯层、纯二氧化硅层的第一包层、掺F下陷的第二包层和纯二氧化硅的外包层，其中，在第一包层内紧邻芯层的地方设计有折射率下陷层；
S1、芯层的沉积 将陶瓷靶棒架设到OVD车床上，以30r/min的转速顺时针旋转，在OVD喷灯中通入O2 和H2 作为燃烧气体，原料气体为汽化的SiCl4气体和GeCl4气体，两种原料气体按一定的比例在氢氧焰中发生水解反应生产SiO2和GeO2颗粒沉积在陶瓷靶棒上，当沉积的半径达到r1时，芯层完成沉积； S2、第一包层及折射率下陷层沉积 当S1完成后，继续通入SiCl4气体，停止通入GeCl4气体，同时开始通入CF4气体（通入量满足∆n2的要求），沉积外径达到r2后，停止通入CF4气体，继续保持沉积，当沉积的半径达到r3时，第一包层完成沉积，得到松散体； S3、芯层和第一包层的烧结
将松散体中心的陶瓷靶棒抽出后，在烧结炉中烧结为透明的玻璃棒，烧结过程中，向烧结炉中通入He、Cl2等气体；
S4、第二包层的沉积及烧结
将S3所得的玻璃棒延伸到合适大小，架设到OVD车床上，类似第一步，将SiO2 颗粒沉积到玻璃棒上，沉积厚度为r3-r4；沉积完成后，把松散体放到烧结炉中进行二次烧结；
烧结时，除通入He、Cl2气体外，还通入CF4、SF6、C3F8、SiF4中的一种或多种的组合气体，最终烧结成含有折射率下陷层的玻璃棒； S5、外包层的沉积和烧结
将S4所得的玻璃棒，经过酸洗或抛光处理，架设到OVD外包车床上，类似第一步，沉积纯SiO2的外包层，沉积好后通过烧结炉烧结为透明的预制棒； S6、预制棒拉丝 将S5所得的预制棒，通过拉丝机拉制成外径125μm的光纤。
2.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述芯层的半径为r1=2.8-3.5μm。
3.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述芯层的相对折射率差∆n1最高点为0.51%-0.53%，从中心位置到r1，折射率高度线性降为0。
4.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述第一包层的半径r2满足r2∶r1=1.2-1.5∶1。
5.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述第一包层折射率下陷层的折射率差∆n2= -0.12% ~ -0.2%。
6.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述折射率下陷层的半径 r3满足r3∶r1=3-4∶1。
7.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述第二包层的掺F源为CF4、SF6、C3F8、SiF4中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述第二包层的折射率差∆n3=-0.25%~ -0.35%。
9.根据权利要求1所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制造方法，其特征在于：所述第二包层的半径 r4满足r4∶r1=4-5∶1。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的基于OVD工艺的大模场直径弯曲不敏感光纤的制备方法制备得到的大模场直径弯曲不敏感光纤，其特征在于，其模场直径9.2-9.5μm，成缆截止波小于等于1260nm，零色散斜率为0.05~0.082ps/（nm²•km），弯曲半径为5mm时1550nm处附加损耗小于0.14dB，1625nm处的附加损耗小于0.4 dB。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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