CN102153275B - 一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，属于光通信技术，现有技术制得的弯曲不敏感光纤预制棒存在弯曲性能不足、光纤衰减大、OH^-含量高、光纤机械强度低,且工艺复杂等缺陷，本发明是在用VAD工艺制作芯棒时，根据设计的光纤预制棒的剖面增加1～2路喷灯同步进行掺杂层的沉积，此后用OVD工艺或套管工艺在玻璃化后的芯棒上制作包层，最后得到弯曲不敏感光纤预制棒。该方法制得的光纤预制棒具有光纤衰减低、OH^-含量低、机械强度高等优点，该方法可根据需要制作所需要的结构类型，所制造光纤预制棒拉制的光纤，具有优异的弯曲性能，适用于FTTH接入、小型化光器件、有小弯曲半径要求的光缆等应用场合。

Description

一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法

技术领域

本发明属于光通信技术，具体涉及一种弯曲不敏感光纤预制棒制造方法。该方法制造的弯曲不敏感光纤预制棒，具有优异的弯曲性能,且衰减低、OH^-含量低、机械强度高，适用于FTTH接入、小型化光器件、有小弯曲半径要求的光缆等应用场合。

背景技术

随着骨干网、长途通信网等网络的逐渐完善，以及日本、美国等国对FTTH建设的需求，2003年后，接入网用光纤光缆的需求已成为最主要的需求。而因接入网的特点，其光纤的使用量将是城域网的5～10倍，光缆干线的25～50倍，每年的市场容量高达上千亿元，FTTH将无可争议地将成为光纤光缆产业的首推动力，将成为继骨干用缆之后开辟的又一个大蛋糕。中国的FTTH刚进入起步阶段，根据日本、美国等发展FTTH的经验来看，在接下来的5~10年即将迎来爆发式的增长，其市场应用前景广阔，具有非常强的现实意义。

而日本的FTTH光纤发展较早，2003年就开始大量布设，那时最新的ITUG.657标准尚未正式公布，故FTTH使用的多是旧的2006年版G.657A标准(相当于2009年新标准中的G.657A1)，弯曲损耗相对较大，性能并不是最优的。美国FTTH采用的Coring FTTH光纤采用辅空结构，其光纤强度并不能满足国内运营商的严格要求。中国运营商因为起步较晚，故希望采用兼容且技术上最新的G657光纤，这对光纤的设计提出了更高的要求。

接入网用的光纤光缆主要用于建筑物内小弯曲半径布线场合，为了保证有良好的信号传输，要求光纤必须有较低的弯曲损耗，同时为了防止光纤光缆处于长期小弯曲半径状态下发生光纤断裂，还要求光纤同时具有较高的疲劳强度。故FTTH对光纤的弯曲损耗和机械强度提出了更高的要求。基于此，国际电信联盟ITU于2009年11月，发布了最新版的“接入网用弯曲损耗不敏感光纤”标准，其主要特性就是在更小的弯曲半径下弯曲损耗不增加,对弯曲性能的要求进一步大幅提高。

目前制造光纤不敏感光纤预制棒的工艺主要有VAD、OVD、MCVD、PCVD，VAD和OVD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,且制造成本高，不适合于规模化制造。要使光纤预制棒所拉制的光纤获得更好的弯曲性能，满足2009年版 国际电信联盟IUT.T标准(参见图3中的b曲线，该曲线代表G.657 A2/B2的弯曲损耗标准),现有的普通的阶跃型光纤已不能满足要求，必须进行全新的光纤折射率剖面设计，使之具备更优的弯曲性能，得到的光纤最小弯曲半径达7.5mm，弯曲损耗≤0.5dB/Km/Km1550nm，弯曲半径为10mm时，弯曲损耗≤0.1dB/Km/Km1550nm,且与普通G.652DC/D光纤完全兼容。

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技术制造弯曲不敏感光纤预制棒存在的弯曲性能不足、光纤衰减大、OH^-含量高、光纤机械强度低, 且工艺复杂等问题。提供一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，以使制得的光纤预制棒拉制的光纤具有优异的弯曲性能,且衰减低、OH^-含量低、机械强度高，且易于工艺实现。

为此实现本发明的目的，本发明弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法采用的技术方案是：用VAD工艺制作芯棒时，根据设计的光纤预制棒的剖面增加1～2路喷灯同步进行掺杂层的沉积，此后用OVD工艺或套管工艺在玻璃化后的芯棒上制作包层，最后得到弯曲不敏感光纤预制棒。该方法制得的光纤预制棒，衰减及OH-含量低、机械强度高；且通过喷灯的设置可以得到各种不同的结构类型，可获得优异的弯曲性能。

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，以便在实施上述技术方案时根据需要选用。

所述增加的喷灯的指向与芯棒的中心线夹角为0～90°。

所述增加的喷灯的位置在芯棒圆周的任意位置。

控制所述增加的喷灯相对于所述芯棒的位置和角度来控制形成的掺杂层接近或远离芯棒的芯层。

在所述增加的喷灯上设置原料气体喷射流道、掺杂气体喷射流道、可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，各喷射流道均指向芯棒中心线上的同一点，通过各喷射流道喷射原料气体、掺杂气体、可燃气体和助燃气体。

所述增加的喷灯由石英或陶瓷或金属制成，其外形为圆形或椭圆形或矩形。

所述光纤预制棒的剖面为凹陷包层型或者包层下陷型或者双包层下陷型。

根据上述方案，通过对光纤折射率分布的精确控制和调整，可以得到优异弯曲性能、并具有极低的衰减和OH^-吸收衰减。本发明方法制造的光纤预制棒拉制的光纤，最小弯曲半径7.5mm时，弯曲损耗≤0.5dB/Km/Km1550nm，弯曲半径为10mm时，弯曲损耗≤0.1dB/Km/Km1550nm，且1310nm衰减≤0.35dB/Km/Km, 1550nm衰减≤0.21dB/Km/Km,OH^-吸收衰减≤0.35dB/Km/Km。

本发明的有益效果是：

1、本发明的制造方法，VAD工艺制作芯棒时，增加1～2路喷灯同步进行掺杂层的沉积,工艺简单，容易进行生产和质量控制，大幅提高VAD工艺制作弯曲不敏感光纤预制棒的制造效率，适合于批量制造。

2、本发明的制造方法，掺杂层可以根据需要接近或远离芯层，可以容易地获得所需的光纤结构，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，兼具优异的弯曲性能、以及低衰减和低OH^-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，通过对材料的粘度和应力进行优化匹配，应力残留小，对光纤的机械强度进行改善。

4、本发明方法制造的弯曲不敏感光纤预制棒，其光纤特性全面满足2009年版最新标准要求，适合于小型化光器件、有小弯曲半径要求的光缆等应用场合。且与常规光纤熔接时具有低的熔接损耗，兼容性能良好。

附图说明

图1是本发明方法设置1～2掺杂喷灯的示意图。

图2a是常规阶跃型光纤结构的示意图。

图2b是本发明凹陷包层型光纤结构的示意图。

图2c是本发明包层下陷型光纤结构的示意图。

图2d是本发明双包层下陷型光纤结构的示意图。

图3是本发明实施例弯曲性能分布曲线示意图。

图中标号说明：1-芯棒，2-芯层喷灯，3-包层喷灯，4-第一掺杂喷灯，5-第二掺杂喷灯，6-常规阶跃型光纤结构，7-凹陷包层型光纤结构，8-包层下陷型光纤结构，9-双包层下陷型光纤结构。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。

本发明的弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，如图1所示，是用VAD工艺制作芯棒时，根据设计的光纤预制棒的剖面增加1～2路喷灯同步进行掺杂层的沉积，此后用OVD工艺或套管工艺在玻璃化后的芯棒上制作包层，最后得到弯曲不敏感光纤预制棒。

实施上述方法时，同时选用下述一项或者多项措施：

增加的喷灯的指向与芯棒的中心线夹角为0～90°。

增加的喷灯的位置在芯棒圆周的任意位置。

控制增加的喷灯相对于芯棒的位置和角度来控制形成的掺杂层接近或远离芯棒的芯层。

在增加的喷灯上设置原料气体喷射流道、掺杂气体喷射流道、可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，各喷射流道均指向芯棒中心线上的同一点，通过各喷射流道喷射原料气体、掺杂气体、可燃气体和助燃气体。

增加的喷灯由石英或陶瓷或金属制成，其外形为圆形或椭圆形或矩形。

光纤预制棒的剖面为凹陷包层型或者包层下陷型或者双包层下陷型（参见图2）。

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处≤0.03dB/Km/Km；在1625nm处≤0.1dB/Km/Km；在φ20mm芯轴绕1圈的测试中，弯曲引起的附加损耗在1550nm处≤0.1dB/Km/Km；在1625nm处≤0.2dB/Km/Km；在φ15mm芯轴绕1圈的测试中，弯曲引起的附加损耗在1550nm处≤0.5dB/Km/Km；在1625nm处≤1.0dB/Km/Km。本发明的弯曲不敏感光纤预制棒弯曲损耗极小，在图3中曲线b之下（曲线a为常规阶跃型光纤G.652C/D的弯曲性能，弯曲损耗大，在图3中曲线b之上。b曲线代表G.657 A2/B2的弯曲损耗标准)。

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只掺杂喷灯，制作芯棒1，结构类型参见图2a中的凹陷包层型光纤结构7，然后通过OVD沉积包层。

所得的弯曲不敏感光纤预制棒特性如下：

模场直径：8.8～9.0μm；

零色散波长：1300～1324nm；

光纤截止波长：1320±10nm；

水峰吸收衰减：0.30～0.32dB/Km/km；

宏弯φ30mm绕10圈：

在1550nm的附加损耗值：0.005～0.01dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.05～0.1dB/Km；

宏弯φ20mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.05～0.08dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.1～0.2dB/Km；

宏弯φ15mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.3～0.5dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.5～1.0dB/Km。

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，兼容性好，衰减和水峰吸收衰减性能良好，弯曲性能优于G.657A2/B2标准要求。

实施例2：

采用1只掺杂喷灯，制作芯棒1，结构类型参见图2b中的包层下陷型光纤结构8，然后通过OVD沉积包层。

所得的弯曲不敏感光纤预制棒特性如下：

模场直径：8.4～8.8μm；

零色散波长：1300～1324nm；

光纤截止波长：1300～1350nm；

水峰吸收衰减：0.31～0.33dB/Km/km；

宏弯φ30mm绕10圈：

在1550nm的附加损耗值：0.01～0.02dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.05～0.1dB/Km；

宏弯φ20mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.01～0.02dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.05～0.1dB/Km；

宏弯φ15mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.1～0.2dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.3～0.6dB/Km。

实施例3：

采用1或2只掺杂喷灯，制作芯棒1，结构类型参见图2c中的双包层下陷型光纤结构9，然后通过OVD沉积包层。

所得的弯曲不敏感光纤预制棒特性如下：

模场直径：8.4～8.8μm；

零色散波长：1300～1324nm；

光纤截止波长：1300～1350nm；

水峰吸收衰减：0.31～0.33dB/Km/km；

宏弯φ30mm绕10圈：

在1550nm的附加损耗值：0.001～0.005dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.003～0.008dB/Km；

宏弯φ20mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.005～0.01dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.005～0.01dB/Km；

宏弯φ15mm绕1圈：

在1550nm的附加损耗值：0.005～0.01dB/Km，

在1625nm的附加损耗值：0.01～0.02dB/Km。

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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)/2 n₁ 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 = - 10 log(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1550nm或1625nm的附加弯曲损耗为准，单位为dB/Km/Km。

VAD是Vapor Axial Deposition，汽相轴向沉积的缩写。 

OVD是Outside Vapor Deposition,外部汽相沉积的缩写。

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 (4)

1.一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，其特征是：用VAD工艺制作芯棒时，根据设计的光纤预制棒的剖面增加1～2路喷灯同步进行掺杂层的沉积，此后用OVD工艺或套管工艺在玻璃化后的芯棒上制作包层，最后得到弯曲不敏感光纤预制棒；控制所述增加的喷灯相对于所述芯棒的位置和角度来控制形成的掺杂层接近或远离芯棒的芯层；在所述增加的喷灯上设置原料气体喷射流道、掺杂气体喷射流道、可燃气体喷射体流道和助燃气体喷射流道，各喷射流道均指向芯棒中心线上的同一点，通过各喷射流道喷射原料气体、掺杂气体、可燃气体和助燃气体；所述光纤预制棒的剖面为凹陷包层型或者包层下陷型或者双包层下陷型。

2.根据权利要求1所述的一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，其特征是：所述增加的喷灯的指向与芯棒的中心线夹角为0～90°。

3.根据权利要求1或2所述的一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，其特征是：所述增加的喷灯的位置在芯棒圆周的任意位置。

4.根据权利要求1所述的一种弯曲不敏感光纤预制棒的制造方法，其特征是：所述增加的喷灯由石英或陶瓷或金属制成，其外形为圆形或椭圆形或矩形。

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