CN112551883A - 一种降低光纤损耗的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低光纤损耗的制造方法，该光纤制造采用光棒拉丝工艺；本发明制造方法通过增加光棒拉丝过程中的纵向热区的长度，并在加长区域同时通入惰性气体形成稳定的气流。本发明通过增加光棒的纵向受热高度（即加热炉的纵向热区长度），使得光棒直径缩小的过程变得平缓；平缓的外径过渡使得在光棒直径不断缩小成裸纤直径的过程中，分子排列更加有序，可以有效降低光纤拉丝对施加在光纤上的拉丝张力，进一步提高了光纤拉丝过程中分子排列有序性，进而降低光纤损耗。

Description

一种降低光纤损耗的制造方法
技术领域
本发明涉及光纤产品的制造方法，具体涉及一种降低光纤损耗的制造方法。
背景技术
光纤的损耗是光纤传输的主要性能,损耗大传输距离短,为了长距离传输以及成本考虑，光纤的损耗要求越来越高,光纤的损耗分为本征损耗和制造损耗。
本征损耗是指光纤材料固有的一种损耗，是无法避免的，它决定了光纤瑞利散射的损耗极限。石英光纤的本征损耗包括光纤的本征吸收和瑞利散射造成的损耗。
光纤制造损耗是在制造光纤的工艺过程中产生的，主要由光纤中不纯成分的吸收(杂质吸收)和光纤的结构缺陷引起。杂质吸收中影响较大的是各种过渡金属离子和OH-离子导致的光的损耗。其中OH-离子的影响比较大，它的吸收峰分别位于950nm，1240mm和1390nm，对光纤通信***影响较大。随着光纤制造工艺的日趋完善，过渡金属的影响已不显著，最好的工艺已可以使OH-离子在1390nm处的损耗降低到0.04dB/km，甚至小到可忽略不计的程度。光纤结构的不完善也会带来散射损耗，主要是光纤内部的晶体结构会影响到光纤的损耗。
如图2所示，光纤制备过程中，随着光棒外径越来越大，拉丝速度越来越高，要求光棒在更短的时间内从光棒外径缩小到光纤外径，受限于加热炉结构和工艺条件，加之光纤的外径标准并没有变化，光棒的纵向热区的长度相较以往没有增加，反倒相对有所缩短，这就要求在拉丝过程中提高加热炉温度，施加更大的拉丝张力以实现拉丝的顺利进行，这使得拉丝过程中从光棒外径变成光纤外径的这一过程是急剧变化的，更大的拉丝张力使得成型光纤内有较大应力，由于疲劳效应，光纤更容易断裂，同时大的拉丝张力会造成光纤结构中分子键断裂，光纤的恶分子排列相对无序，造成光纤损耗偏大。
在拉丝工艺中，低损耗光纤的研发经过将近20年的研发，降低光纤损耗仍是现在许多光纤厂家都在致力研究的方向。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效降低因制备过程中造成的光纤结构缺陷所导致的光纤损耗。
为了达到上述目的，本发明提供了一种降低光纤损耗的制造方法，该光纤制造采用光棒拉丝工艺；本发明制造方法通过增加光棒拉丝过程中的纵向热区的长度，并在加长区域同时通入惰性气体形成稳定的气流。
通过增加光棒拉丝过程中的纵向热区长度，光棒直径缩小的过程变得平缓许多，这样在光棒直径不断缩小成裸纤直径的过程中分子排列更加有序，同时其变径过程以及直径达到预期(例如单模光纤的125μm)后的一段距离仍然处于高温状态，通过上述方法降低裸光纤内的应力，进而降低光纤的损耗。
同时，在加长区域内通入惰性气体，在加长区域内同样形成稳定的气流，由此使得光纤的成型点(光纤直径变成标称直径的位置)下移，从光棒外径到光纤外径的过程变得平缓，平缓的外径过渡可以降低光纤拉丝对施加在光纤上的拉丝张力，进一步提高了光纤拉丝过程中分子排列有序性，进而降低光纤损耗。
更为具体的，光棒在加热炉中加热，光棒达到熔融温度后在重力作用下垂下，光纤经过冷却、涂覆、固化后收线到盘具上。
在部分实施例中，优选的，纵向热区的长度增加至3460～4960mm，最佳为4460mm。
本发明在对不同的纵向热区长度进行试验时发现，当纵向热区总长度在3460mm以上时才会对光纤的损耗产生良性改善，理论上纵向热区的长度越长，光纤的损耗越好，实际测试中发现，纵向热区的长度增加到一定长度(4960mm)后，对于光纤的损耗的影响几乎可以忽略不计。从成本角度考虑，最佳纵向热区长度选择4460mm。
在部分实施例中，较为优选的，纵向热区的全程共设有5个惰性气体通入口，分别位于距纵向热区起始点50～70mm、660～680mm、875～895mm、932～952mm、4450～4470mm处；惰性气体的通入流速分别为3L/min～5L/min、3L/min～4L/min、3L/min～5L/min、5L/min～11L/min、6L/min～9L/min。
本发明还提供了一种用于降低制备过程中光纤损耗的加热炉，该加热炉内部设有纵向加热区；其中，纵向加热区的长度为3460～4960mm，加热炉外侧在纵向加热区处设有5个惰性气体通入口，分别位于距纵向热区起始点50～70mm、660～680mm、875～895mm、932～952mm、4450～4470mm处。
通过对现有加热炉的纵向热区延长，能有效增加光棒拉丝过程中的纵向热区长度，有效降低光线损耗。同时，一体的炉体对光棒加热的同时也对光纤进行了淬火，降低光纤内应力，降低光纤损耗。
在部分实施例中，较为优选的，纵向加热区的长度为4460mm。
在部分实施例中，较为优选的，纵向加热区包括原热区和纵向增长热区；纵向增长热区内径为40mm～60mm，优选50mm。
在部分实施例中，较为优选的，纵向加热区的下部两侧设有至少一组定位轮，通过定位轮夹持所述纵向加热区的侧壁。
当热区纵向形变时，通过定位轮向下微量延伸，可以确保产生的形变不会导致纵向热区变形，进而避免了热区擦碰到光纤造成光纤强度差的报废。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明通过增加光棒的纵向受热高度(即加热炉的纵向热区长度)，使得光棒直径缩小的过程变得平缓；并在增加区域通入惰性气体，形成内部整体的稳定气流，使得光纤的成型点(光纤直径变成标称直径的位置)下移，从光棒外径到光纤外径的过程变得平缓。
平缓的外径过渡使得在光棒直径不断缩小成裸纤直径的过程中，分子排列更加有序，可以有效降低光纤拉丝对施加在光纤上的拉丝张力，进一步提高了光纤拉丝过程中分子排列有序性，进而降低光纤损耗。
2、通过一体式的炉体热区加长设计，对光棒加热的同时也对光纤进行了淬火，进一步降低了光纤内应力，降低光纤损耗。
3、本发明制造工艺简单，仅需进行惰性气体流量的控制就可以有效实现降低光纤损耗的控制，对制备要求及设备要求均无较高要求，生产成本低。同时制备得到的光纤在在1310nm和1550nm波长上的损耗分别可降低0.002db/km和0.0015db/km及以上，完全能够满足生产要求。
附图说明
图1为现有加热炉进行光棒拉丝的结构示意图；
图2为现有加热炉在进行大外径的光棒拉丝的结构示意图；
图3为本发明加热炉在进行光棒拉丝的结构示意图；
图4为不同纵向增长热区长度1310nm波长损耗降低的变化趋势图；
图5为不同纵向增长热区长度1550nm波长损耗降低的变化趋势图。
图中，1、2、3、4、5-惰性气体通入口，6-熔融段，7-原热区，8-纵向增长热区，9-定位轮，10-纵向热区内径。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，现有加热炉的热区(图3所示原热区7)长度一般在900～1000mm左右，通常在距离热区起点50～70mm、660～680mm、875～895mm、932～952mm处分别设有惰性气体通入口1、2、3、4，通入惰性气体(如氩气等)，保持热区的稳定气流。光棒放在加热炉中加热，光棒达到熔融温度后(熔融段6)靠重力垂下，光纤经过冷却、涂覆、固化后收线到盘具上。
如图2所示，随着光棒外径越来越大，拉丝速度越来越高，要求光棒在更短的时间内从光棒外径缩小到光纤外径，受限于加热炉结构和工艺条件，加之光纤的外径标准并没有变化，光棒的熔融段的长度相较以往没有增加，反倒相对有所缩短，这就要求在拉丝过程中提高加热炉温度，施加更大的拉丝张力以实现拉丝的顺利进行，这使得拉丝过程中从光棒外径变成光纤外径的这一过程是急剧变化的，更大的拉丝张力使得成型光纤内有较大应力，由于疲劳效应，光纤跟更容易断裂，同时大的拉丝张力会造成光纤结构中分子键断裂，光纤的恶分子排列相对无序，造成光纤损耗偏大。
如图3所示，本发明加长加热炉的纵向长度(即增加纵向增长热区8)，即加长光棒的纵向受热高度，同时纵向增长热区8设置惰性气体通入口5，通入惰性气体，通过工艺调试，在加长的区域内同样形成稳定的气流，经过此调整，光纤的成型点(光纤直径变成标称直径的位置)下移，从光棒外径到光纤外径的过程变得平缓，平缓的外径过渡可以降低光纤拉丝对施加在光纤上的拉丝张力，进一步提高了光纤拉丝过程中分子排列有序性，进而降低光纤损耗。同时一体的炉体对光棒加热的同时也对光纤进行了淬火，降低光纤内应力，降低光纤损耗。
实施例1
纵向热区长度筛选例
如图3所示，现用的加热炉的热区长度一般在900-1000mm，本发明申请人采用的加热炉原热区7的高度为960mm，产出光纤的损耗偏高，对纵向增长热区8的长度设置梯度变化分别为2000mm、2100mm、2200mm、……、4000mm，对最终生产的光纤进行性能测试，结果见图4和图5所示。
从图4和图5可以看出，增长的纵向热区的长度需要超过2500mm，即总热区长度在3460mm以上才会对光纤的损耗产生良性改善，理论上纵向热区的长度越长，光纤的损耗越好，实际测试中发现，纵向热区的长度增加到一定长度后，对于光纤的损耗的影响几乎可以忽略不计。
结合生产实际，我们发现增长的纵向热区的长度在3500mm(即总热区长度在4460mm)左右时对于光纤损耗的正向改善几乎到达了峰值。
当纵向延长热区长度超过2300mm时，纵向热区受热后的形变量会导致变形，我们增加了图3中的定位轮9，该定位轮9可为多组，对称夹持在纵向热区的下部位置处，当热区纵向形变时，通过定位轮9向下微量延伸，可以确保产生的形变不会导致纵向热区变形，进而避免了热区擦碰到光纤造成光纤强度差的报废。
实施例2
如图3所示，在图中的惰性气体通入口1/2/3/4/5，共5个位置通入惰性气体，经过长时间摸索，确定下来通入孔距离加热区最高点的距离分别为50～70mm、660～680mm、875～895mm、932～952mm、4450～4470mm时，产出光纤的的性能最稳定；惰性气体的通入流速分别为3L/min～5L/min、3L/min～4L/min、3L/min～5L/min、5L/min～11L/min、6L/min～9L/min。平均的气体流量组合为4L/min、3.5L/min、4L/min、8L/min、7.5L/min。
与原加热炉(如图2所示)相比：仅在原热区7的惰性气体通入口1/2/3/4，共4个位置通入惰性气体，通入流速分别为5L/min～6L/min、1.5L/min～2.5L/min、2.5L/min～3.5L/min、12L/min～14L/min，平均的气体流量组合为6L/min、2L/min、3L/min、13L/min；两者对光纤生产的性能影响对比如下:
Figure BDA0002828009360000051
备注：前后的数据样本均为15000个；
由以上数据可以看出，经过本发明改善，光纤在1310nm和1550nm波长上的损耗分别可降低0.002db/km和0.0015db/km及以上。
实施例3
如图3所示在确定纵向热区长度后，对纵向增长热区的内径10的设置梯度变化分别为30mm、40mm、……、100mm，经过验证，内径40mm～60mm均满足生产要求，内径偏小时，光纤容易强度差报废，内径偏大时，需要通入更多的气体，考虑到经济性，最终热区的内径确定为50mm。

Claims (10)

1.一种降低光纤损耗的制造方法，所述光纤制造采用光棒拉丝工艺；其特征在于，所述制造方法通过增加光棒拉丝过程中的纵向热区的长度，并在加长的纵向热区部分同时通入惰性气体形成稳定的气流。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述纵向热区的长度增加至3460～4960mm。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述加长区域的惰性气体通入口位于距纵向热区起始点4450～4470mm处。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述纵向热区的全程共设有5个惰性气体通入口，分别位于距纵向热区起始点50～70mm、660～680mm、875～895mm、932～952mm、4450～4470mm处；各惰性气体通入口惰性气体的通入流速分别为3L/min～5 L /min、3 L /min～4 L /min、3 L /min～5 L /min、5 L /min～11 L /min、6 L /min～9 L /min。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述纵向热区的长度增加至4460mm。
6.一种用于降低制备过程中光纤损耗的加热炉，所述加热炉内部设有纵向加热区；其特征在于，所述纵向加热区的长度为3460～4960mm，所述加热炉外侧在纵向加热区处设有5个惰性气体通入口，分别位于距纵向热区起始点50～70mm、660～680mm、875～895mm、932～952mm、4450～4470mm处。
7.根据权利要求6所述的加热炉，其特征在于，所述纵向加热区的长度为4460mm。
8.根据权利要求7所述的加热炉，其特征在于，所述纵向加热区分为原热区和纵向增长热区；纵向增长热区的内径为40mm～60mm。
9.根据权利要求8所述的加热炉，其特征在于，所述纵向增长区的内径为50mm。
10.根据权利要求7所述的加热炉，其特征在于，所述纵向加热区的下部两侧设有至少一组定位轮，通过定位轮夹持所述纵向加热区的侧壁。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0321182A2 (en) * 1987-12-14 1989-06-21 AT&T Corp. Methods of and apparatus for making optical fiber having relatively low absorption loss and product produced thereby
US5284499A (en) * 1992-05-01 1994-02-08 Corning Incorporated Method and apparatus for drawing optical fibers
CN1274337A (zh) * 1998-06-13 2000-11-22 阿尔卡塔尔公司 由预成形件拉成光导纤维的设备和方法
JP2003335545A (ja) * 2002-03-15 2003-11-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバの線引き方法および線引き装置
CN1665749A (zh) * 2002-04-30 2005-09-07 康宁股份有限公司 用于玻璃光纤拉丝期间热处理的方法和装置
CN102010123A (zh) * 2010-10-13 2011-04-13 长飞光纤光缆有限公司 一种光纤的热处理方法及装置
CN205099574U (zh) * 2015-11-13 2016-03-23 成都中住光纤有限公司 一种光纤拉丝炉
CN108025943A (zh) * 2015-09-10 2018-05-11 康宁股份有限公司 生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤
CN109996770A (zh) * 2016-10-05 2019-07-09 康宁股份有限公司 使光纤冷却以获得低假想温度的方法
CN111032588A (zh) * 2017-08-28 2020-04-17 住友电气工业株式会社 光纤的制造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0321182A2 (en) * 1987-12-14 1989-06-21 AT&T Corp. Methods of and apparatus for making optical fiber having relatively low absorption loss and product produced thereby
US5284499A (en) * 1992-05-01 1994-02-08 Corning Incorporated Method and apparatus for drawing optical fibers
CN1274337A (zh) * 1998-06-13 2000-11-22 阿尔卡塔尔公司 由预成形件拉成光导纤维的设备和方法
JP2003335545A (ja) * 2002-03-15 2003-11-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバの線引き方法および線引き装置
CN1665749A (zh) * 2002-04-30 2005-09-07 康宁股份有限公司 用于玻璃光纤拉丝期间热处理的方法和装置
CN102010123A (zh) * 2010-10-13 2011-04-13 长飞光纤光缆有限公司 一种光纤的热处理方法及装置
CN108025943A (zh) * 2015-09-10 2018-05-11 康宁股份有限公司 生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤
CN205099574U (zh) * 2015-11-13 2016-03-23 成都中住光纤有限公司 一种光纤拉丝炉
CN109996770A (zh) * 2016-10-05 2019-07-09 康宁股份有限公司 使光纤冷却以获得低假想温度的方法
CN111032588A (zh) * 2017-08-28 2020-04-17 住友电气工业株式会社 光纤的制造方法

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