CN105891947A - 一种多空气包层的抗弯曲光纤及其制造方法 - Google Patents

一种多空气包层的抗弯曲光纤及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多空气包层的抗弯曲光纤及其制造方法，所述光纤由内至外依次包括：纤芯（1）、第一包层（2）、第二包层（3）、第三包层（4）、第四包层（5）和第五包层（6）；所述第一包层（2）为外壁呈多边形的全固二氧化硅玻璃包层；所述第三包层（4）为内设有多个等间距分布的第一空气孔（7）的环形空气包层；所述第二包层（3）为形成于第一包层（2）和第三包层（4）之间的空气包层，所述第一包层（2）的每个角均与第三包层（4）的内壁固定连接；所述第四包层（5）为内设有至少一对对称分布的双螺旋支撑柱（8）的环形空气包层。本发明所提出的光纤适用于光纤到户的应用环境，具有更高的弯曲特性，便于布线、收纳和卷曲。

Description

一种多空气包层的抗弯曲光纤及其制造方法
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其是一种多空气包层的抗弯曲光纤及其制造方法。
背景技术
光纤一般由纤芯、包层和涂覆层构成，包层的折射率一般低于纤芯，以提供反射面或光隔离，同时也起一定的机械保护。抗弯曲光纤相对于普通光纤而言，通过优化设计，极大地改善了弯曲性能，随着光纤到户的逐渐普及,抗弯曲光纤受到了越来越多的关注。光纤到户建设的光纤位于拥挤和狭窄的通道，通常会反复弯曲布置及存放于被连接的线路终端，因此对光纤的弯曲性能提出了更高的要求，要求组网工作更容易实现、更有效率，所采用的光纤具有在小弯曲半径下附加损耗小、机械强度高等特性，便于布线施工和卷曲。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多空气包层的抗弯曲光纤，还提出了该抗弯曲光纤的制造方法，适用于光纤到户的应用环境，具有更高的弯曲特性，便于布线、收纳和卷曲。
本发明采用的技术方案如下：一种多空气包层的抗弯曲光纤，所述光纤由内至外依次包括：纤芯、第一包层、第二包层、第三包层、第四包层和第五包层。
所述第一包层为外壁呈多边形的全固二氧化硅玻璃包层。
所述第三包层为内设有多个等间距分布的第一空气孔的环形空气包层。
所述第二包层为形成于第一包层和第三包层之间的空气包层，所述第一包层的每个角均与第三包层的内壁固定连接。
所述第四包层为内设有至少一对对称分布的双螺旋支撑柱的环形空气包层。
所述第五包层用于稳固第四包层的结构，第四包层和第五包层之间通过双螺旋支撑柱固定连接。
本发明中，第三包层的结构可为以下两种：
其一，所述第三包层内仅包括一层环形空气包层，该环形空气包层中的第一空气孔的直径需小于第三包层的内外壁间距。
其二，所述第三包层内包括两层环形空气包层，每层环形空气包层均设有多个等间距分布的第一空气孔，且两层环形空气包层中的第一空气孔相互间错开排列，所述第一空气孔的直径小于第三包层的内外壁间距的一半。
基于上述任一实施例，进一步的，所述纤芯、第一包层、第二包层、第三包层和第四包层的相对折射率差依次降低，所述第五包层的相对折射率差高于纤芯。
基于上述任一实施例，进一步的，所述支撑柱的横截面的中部设有对称的凹部。
基于上述任一实施例，进一步的，所述第五包层内设有多个呈正多边形排列的第二空气孔，所述第二空气孔的直径小于第一空气孔。
基于上述任一实施例，进一步的，所述第一包层的外壁呈凹边六边形或凹边正八边形。
基于上述任一实施例，进一步的，所述光纤还包括设置在最外层的塑料外包层，包括丙烯酸树脂外包层。
基于上述任一实施例，进一步的，所述第一包层的内外壁间距大于第四包层的内外壁间距，第二包层的内外壁间距小于第四包层的内外壁间距，第三包层的内外壁间距大于或等于第四包层的内外壁间距，第五包层的内外壁间距大于第四包层的内外壁间距，第四包层的内外壁间距大于纤芯的间距。
本发明还提出了一种上述任一实施例所述抗弯曲光纤的制造方法，包括以下多个步骤：
S1，将所述纤芯与所述第一包层加工成多边形的二氧化硅玻璃棒；
S2，将S1所得玻璃棒套入第一薄壁套管内，该玻璃棒的各个角与第一薄壁套管的内壁相接触，第一薄壁套管和玻璃棒之间形成第二包层3；
S3，采用管棒堆积方式将多个用于形成第一空气孔7的纤细管围绕在第一薄壁套管的周围，再套入第二薄壁套管内，第一薄壁套管和第二薄壁套管之间形成第三包层；
S4，在第二薄壁套管的外壁上包裹至少一对对称分布的双螺旋支撑柱，并在支撑柱外套上第三薄壁套管，该支撑柱的两侧分别与第二薄壁套管和第三薄壁套管相接触，并在第二薄壁套管和第三薄壁套管之间形成第四包层；
S5，将S4制备的玻璃棒套入第五包层，形成预制棒；
S6，通过拉丝塔对预制棒进行拉丝处理，且控制各包层内的压力在5-25Pa，以控制第二包层、第三包层和第四包层的形状；
S7，在拉丝处理后的光纤外表面涂覆塑料外包层。
进一步的，所述第五包层内设有多个子包层，其中，内子包层堆叠有多个呈正多边形排列的第二空气孔，外子包层为全固二氧化硅玻璃包层。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提出了一种多空气包层的抗弯曲光纤，至少包括第一至第五五个包层，其中，第一包层可设计为外壁呈凹边状的多边形包层，第二包层为第一包层和第三包层之间形成的多区域空气包层，第三包层为具有多个空气孔的空气包层，第四包层为具有双螺旋状支撑柱的空气包层，第五包层可设计多层子包层，其中内子包层可设计成六边形的空气包层，外子包层为相对折射率差依次增大的包层。
本发明适用于光纤到户的应用环境，还可用于传输大功率激光，并在保障光纤具有高机械强度的基础上，具备更高的弯曲特性，便于布线、收纳和卷曲。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明抗弯曲光纤的实施例一的结构示意图；
图2为本发明抗弯曲光纤的实施例二的结构示意图；
图3为本发明抗弯曲光纤的实施例三的结构示意图；
图4为本发明光纤各包层的半径和相对折射率的示意图。
图中，1-纤芯，2-第一包层，3-第二包层，4-第三包层，5-第四包层，6-第五包层，7-第一空气孔，8-支撑柱，9-第二空气孔，10-凹部。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，图1描述了一种多空气包层的抗弯曲光纤，其由内至外依次包括：纤芯1、第一包层2、第二包层3、第三包层4、第四包层5和第五包层6。其中：
所述纤芯1一般为离子掺杂的二氧化硅玻璃纤芯。
所述第一包层2为外壁呈多边形的全固二氧化硅玻璃包层。
所述第三包层4为内设有多个等间距分布的第一空气孔7的环形空气包层。
所述第二包层3为形成于第一包层2和第三包层4之间的空气包层，所述第一包层2的每个角均与第三包层4的内壁固定连接。
所述第四包层5为内设有至少一对对称分布的双螺旋支撑柱8的环形空气包层。
所述第五包层6用于稳固第四包层5的结构，第四包层5和第五包层6之间通过双螺旋支撑柱8固定连接。
进一步的，所述支撑柱8的横截面的中部设有对称的凹部10，该凹部的形状可呈三角形，也可呈凹边的三角形状，在保障光纤的机械强度的基础上，进一步增强光纤的扭曲能力。
本发明中，第三包层4的结构可为以下两种：
其一，所述第三包层4内仅包括一层环形空气包层，该环形空气包层中的第一空气孔7的直径需小于第三包层4的内外壁间距。基于该实施例，本发明光纤的直径相对要小一些，并具有高弯曲特性，其第一空气孔7的直径可为0.8微米至2.5微米，可优选为0.8微米、1.0微米、1.2微米、1.6微米，第一空气孔7的间距为0.4微米至2.5微米，第一空气孔7的占空比设置在30％到60％。
其二，所述第三包层4内包括两层环形空气包层，每层环形空气包层均设有多个等间距分布的第一空气孔7，且两层环形空气包层中的第一空气孔7相互间错开排列，所述第一空气孔7的直径小于第三包层4的内外壁间距的一半。如图2所示，基于该实施例，本发明光纤的弯曲能强，且具备较高的机械强度，其第一空气孔7的直径可为0.8微米至1.5微米，可优选为0.8微米、1.0微米、1.2微米，上层环形空气包层中的第一空气孔7的间距为1.5微米至2.5微米，下层环形空气包层的第一空气孔7的间距为0.4微米至2微米，第一空气孔7的占空比设置在30％到60％。
占空比的计算公式为：
式中，η为占空比，S1为第一空气孔的横截面积，N1为第一空气孔的个数，R32为第三包层的外径，R31为第三包层的内径。
基于上述任一实施例，进一步的，所述纤芯1、第一包层2、第二包层3、第三包层4和第四包层5相对于纤芯1的相对折射率差依次降低，所述第五包层6的相对折射率差高于纤芯1。
相对折射率差的计算公式为：
式中，Δn为相对折射率差，nc为纤芯的折射率，nx为第一包层、第二包层、第三包层、第五包层中任一个包层的折射率，x∈[1,5]。
其中，第五包层6可由相对折射率差依次增高的子包层组成，其各个子包层的厚度可设置为相同规格。
本发明可通过提高包层的相对折射率，降低包层半径来获得更好的光纤弯曲性能，其半径及相对折射率也可根据具体使用环境进行设置，本发明首先要保护的是该光纤的结构和构造。
基于上述任一实施例，进一步的，如图3所示，所述第五包层6内设有多个呈正多边形排列的第二空气孔9，所述第二空气孔9的直径小于第一空气孔7。通过该呈正多边形排列的第二空气孔9，使得本发明光纤具有单模双折射特性，确保了X偏振模的限制损耗足够小，增加Y偏振模的限制损耗，使Y偏振模得到足够的衰减，从而实现单模单偏振运用，并且，基于该第二空气孔，也增强了光纤的弯曲特性。
另外，第二空气孔9可以是圆形孔，还可以是三角形孔，当选用三角形孔时，该三角形孔的顶角均指向纤芯1，使光纤形成全反射。
基于上述任一实施例，进一步的，所述第一包层2的外壁呈凹边六边形或凹边正八边形，有效克服光耦合效率低下的问题，减少接触点，降低损耗。
基于上述任一实施例，进一步的，所述光纤还包括设置在最外层的塑料外包层，如采用通过紫外固化的丙烯酸树脂，折射率低，且耐高温。
如图4所示，图4为本发明光纤中各包层的半径和相对折射率关系的示意图，本发明中，纤芯1、第一包层2、第二包层3、第三包层4和第四包层5相对于纤芯1的相对折射率差依次降低，第五包层6的相对折射率差高于纤芯1，其中，第一包层2的内外壁间距大于第四包层5的内外壁间距，第二包层3的内外壁间距小于第四包层5的内外壁间距，第三包层4的内外壁间距大于或等于第四包层5的内外壁间距，第五包层6的内外壁间距大于第四包层5的内外壁间距，第四包层5的内外壁间距大于纤芯1的间距。
另外，第五包层6可设置为多个相对折射率差依次增高的子包层，每个子包层的内外壁间距均大于纤芯1的半径。
本发明还提出了一种上述任一实施例所述抗弯曲光纤的制造方法，包括以下多个步骤：
S1，将所述纤芯1与所述第一包层2加工成多边形的二氧化硅玻璃棒；
S2，将S1所得玻璃棒套入第一薄壁套管内，该玻璃棒的各个角与第一薄壁套管的内壁相接触，第一薄壁套管和玻璃棒之间形成第二包层3；
S3，采用管棒堆积方式将多个用于形成第一空气孔7的纤细管围绕在第一薄壁套管的周围，再套入第二薄壁套管内，第一薄壁套管和第二薄壁套管之间形成第三包层4；
S4，在第二薄壁套管的外壁上包裹至少一对对称分布的双螺旋支撑柱8，并在支撑柱8外套上第三薄壁套管，该支撑柱8的两侧分别与第二薄壁套管和第三薄壁套管相接触，并在第二薄壁套管和第三薄壁套管之间形成第四包层5；
S5，将S4制备的玻璃棒套入第五包层6，形成预制棒；
S6，通过拉丝塔对预制棒进行拉丝处理，且控制各包层内的压力在5-25Pa，以控制第二包层3、第三包层4和第四包层5的形状；
S7，在拉丝处理后的光纤外表面涂覆塑料外包层。
进一步的，所述第五包层6内设有多个子包层，其中，内子包层堆叠有多个呈正多边形排列的第二空气孔9，外子包层为全固二氧化硅玻璃包层。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于，所述光纤由内至外依次包括：纤芯（1）、第一包层（2）、第二包层（3）、第三包层（4）、第四包层（5）和第五包层（6）；
所述第一包层（2）为外壁呈多边形的全固二氧化硅玻璃包层；
所述第三包层（4）为内设有多个等间距分布的第一空气孔（7）的环形空气包层；
所述第二包层（3）为形成于第一包层（2）和第三包层（4）之间的空气包层，所述第一包层（2）的每个角均与第三包层（4）的内壁固定连接；
所述第四包层（5）为内设有至少一对对称分布的双螺旋支撑柱（8）的环形空气包层。
2.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述第一空气孔（7）的直径小于第三包层（4）的内外壁间距。
3.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述第三包层（4）包括两层环形空气包层，每层环形空气包层均设有多个等间距分布的第一空气孔（7），且两层环形空气包层中的第一空气孔（7）相互间错开排列，所述第一空气孔（7）的直径小于第三包层（4）的内外壁间距的一半。
4.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述纤芯（1）、第一包层（2）、第二包层（3）、第三包层（4）和第四包层（5）的相对折射率差依次降低，所述第五包层（6）的相对折射率差高于纤芯（1）。
5.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述支撑柱（8）的横截面的中部设有对称的凹部（10）。
6.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述第五包层（6）内设有多个呈正多边形排列的第二空气孔（9），所述第二空气孔（9）的直径小于第一空气孔（7）。
7.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述第一包层（2）的外壁呈凹边六边形或凹边正八边形。
8.根据权利要求1所述的一种多空气包层的抗弯曲光纤，其特征在于：所述第一包层（2）的内外壁间距大于第四包层（5）的内外壁间距，第二包层（3）的内外壁间距小于第四包层（5）的内外壁间距，第三包层（4）的内外壁间距大于或等于第四包层（5）的内外壁间距，第五包层（6）的内外壁间距大于第四包层（5）的内外壁间距，第四包层（5）的内外壁间距大于纤芯（1）的间距。
9.一种如权利要求1-8任一项所述抗弯曲光纤的制造方法，其特征在于包括以下多个步骤：
S1，将所述纤芯（1）与所述第一包层（2）加工成多边形的二氧化硅玻璃棒；
S2，将S1所得玻璃棒套入第一薄壁套管内，该玻璃棒的各个角与第一薄壁套管的内壁相接触，第一薄壁套管和玻璃棒之间形成第二包层（3）；
S3，采用管棒堆积方式将多个用于形成第一空气孔（7）的纤细管围绕在第一薄壁套管的周围，再套入第二薄壁套管内，第一薄壁套管和第二薄壁套管之间形成第三包层（4）；
S4，在第二薄壁套管的外壁上包裹至少一对对称分布的双螺旋支撑柱（8），并在支撑柱（8）外套上第三薄壁套管，该支撑柱（8）的两侧分别与第二薄壁套管和第三薄壁套管相接触，并在第二薄壁套管和第三薄壁套管之间形成第四包层（5）；
S5，将S4制备的玻璃棒套入第五包层（6），形成预制棒；
S6，通过拉丝塔对预制棒进行拉丝处理，且控制各包层内的压力在5-25Pa，以控制第二包层（3）、第三包层（4）和第四包层（5）的形状；
S7，在拉丝处理后的光纤外表面涂覆塑料外包层。
10.根据权利要求9所述的抗弯曲光纤的制造方法，其特征在于：所述第五包层（6）内设有多个子包层，其中，内子包层堆叠有多个呈正多边形排列的第二空气孔（9），外子包层为全固二氧化硅玻璃包层。
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