專利名稱：一種具有氫不敏感性光纖的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖的制造方法，具體地說(shuō)是一種具有氫不敏感性光纖的制造方法。
背景技術(shù)：
光纖通信的窗口在1260nm到1675nm范圍內(nèi)，但由于常規(guī)的光纖制造工藝難以消除光纖在1383±3nm的水峰，實(shí)際使用的是1310nm附近的O-波段和1460～1625nm范圍內(nèi)的S-、C-、L-波段。近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步和通信發(fā)展的要求，一種消除1360～1460nm范圍內(nèi)(E-波段)水吸收峰的所謂低水峰光纖得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。
這種低水峰光纖由于消除了E-波段的水峰，可以實(shí)現(xiàn)光纖在整個(gè)通信窗口內(nèi)全波段的應(yīng)用，與常規(guī)單模光纖相比，增加了50％的可用波段，并由此可以帶來(lái)諸多好處，如大大增加可復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)；可以分配不同的業(yè)務(wù)給最適合這種業(yè)務(wù)的波長(zhǎng)傳輸，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理；可以使用粗波分復(fù)用(CWDM)和更低成本的元器件，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。E-波段的開(kāi)通使低水峰光纖的氫敏感性受到更加重視。
衡量光纖氫敏感性的指標(biāo)是光纖的氫損(氫致?lián)p耗)，即光纖成纜后在實(shí)際使用過(guò)程中，由于光纖接觸到氫氣而導(dǎo)致的損耗增加。氫損越大，光纖對(duì)氫越敏感。氫氣可能來(lái)源于環(huán)境濕氣與光纜中金屬構(gòu)件反應(yīng)生成，也可能是由光纜填充材料析出的氫。由于氫分子小，即使是很少量的氫也能擴(kuò)散進(jìn)光纖中，造成光纖損耗的增加，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此必須使光纖具有良好的抗氫老化性能。
氫致?lián)p耗的增加可以分為兩大類一類是氫氣分子導(dǎo)致的損耗，這種損耗機(jī)理是可逆的，能在一定條件下通過(guò)脫除氫氣而消除；另一類是由氫原子與光纖中缺陷反應(yīng)形成的，是不可逆、永久性的。由于這種永久性的氫損強(qiáng)烈影響著光纖的傳輸性能，因此，為了保證光纖在使用壽命里損耗隨時(shí)間的穩(wěn)定性，就要求消除光纖中這種永久性損耗的增加，即消除光纖氫敏感性的缺陷。
光纖的這種缺陷與氫氣反應(yīng)通常有兩類。第一類是OH型，吸收峰在1383nm處；第二類是SiH型，吸收峰在1530nm處，而且往往伴隨發(fā)生在1383nm處的OH吸收峰增加。光纖中的缺陷與光纖制造工藝有關(guān)，一是芯棒制造工藝，如不同的氧/硅比會(huì)影響到缺陷數(shù)量的多少；一是拉絲工藝，如拉絲速率越高，氫損越大。
為了降低光纖的氫敏感性，在很多公開(kāi)的專利中報(bào)道了通過(guò)特定的條件和工藝，用氘原子預(yù)先占據(jù)缺陷位置，使將來(lái)的氫原子無(wú)法與缺陷結(jié)合形成羥基，從而達(dá)到降低氫敏感性的目的。如美國(guó)專利USPatent 4,685,945介紹了將光纖置于氘氣氣氛中，通過(guò)強(qiáng)光激活過(guò)氧鍵與氘氣的反應(yīng)。
公開(kāi)日為2002年3月20日、公開(kāi)號(hào)為CN 1340471A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書公開(kāi)了一種減少光纖氫敏感性的方法，它是將光纖在密閉容器中同氘氣混合氣體接觸反應(yīng)一天至兩周，使光纖反應(yīng)缺陷被轉(zhuǎn)化成OD基團(tuán)，因此阻止了反應(yīng)點(diǎn)同氫的進(jìn)一步反應(yīng)。這些方法均屬于離線處理方法，需要專門的反應(yīng)容器和設(shè)備，處理時(shí)間長(zhǎng)，而且增加了生產(chǎn)工序，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，本方法是在拉絲過(guò)程中對(duì)光纖及光纖預(yù)制棒進(jìn)行減少光纖氫敏感性的在線處理，以提高氫不敏感性的處理效果，減少后續(xù)處理工序，提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
眾所周知，光纖預(yù)制棒在拉絲爐中加熱到2000多度的高溫時(shí)變軟，被拉成光纖，在高溫并被施加高的拉絲張力條件下，預(yù)制棒玻璃體中會(huì)產(chǎn)生大量斷鍵(Si-O··O-Si)，缺陷越多光纖對(duì)氫越敏感。
已經(jīng)知道，氘氣在石英玻璃體中的擴(kuò)散系數(shù)與溫度有關(guān)。常溫下(25℃)擴(kuò)散系數(shù)為1.14×10-11，900℃為5.55×10-6，1200℃為1.39×10-5，1900℃為4.41×10-5，2200℃為5.91×10-5。高溫下氘氣的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)比常溫時(shí)大(2200℃時(shí)的擴(kuò)散速率為常溫下的500萬(wàn)倍)。因此在拉絲過(guò)程中，可以利用爐子及光纖的高溫條件促進(jìn)氘氣的擴(kuò)散，使氘氣原子與缺陷反應(yīng)，提高氘氣的處理效果。
當(dāng)氘氣擴(kuò)散進(jìn)光纖及光纖預(yù)制棒的玻璃體后，會(huì)與玻璃體中的缺陷反應(yīng)生成-OD鍵，而且是不可逆反應(yīng)。O-D的鍵能為466kJ/mol，O-H的鍵能為460kJ/mol，從能量角度上講OD鍵比OH鍵更穩(wěn)定，因此能有效地阻止在光纖使用壽命內(nèi)氫與光纖玻璃體中缺陷的結(jié)合，達(dá)到降低光纖氫敏感性的目的?；谇笆龅睦碚摶A(chǔ)，本發(fā)明對(duì)拉絲系統(tǒng)進(jìn)行改造，提供在拉制光纖過(guò)程中引入氘氣混合氣體的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的在預(yù)制棒拉制成光纖的工藝過(guò)程中通入含氘混合氣對(duì)光纖和光纖預(yù)制棒進(jìn)行在線處理。含氘混合氣可以從拉絲爐中通入，也可以從保溫爐中通入；最好的方法是在拉絲過(guò)程中持續(xù)向光纖預(yù)制棒的套管、拉絲爐和保溫爐中通入含氘混合氣。所述的光纖預(yù)制棒為帶套管的預(yù)制棒，含氘混合氣通過(guò)導(dǎo)管通入到光纖預(yù)制棒的套管內(nèi)；光纖預(yù)制棒的直徑可以從60毫米到150毫米；拉絲前光纖預(yù)制棒在拉絲爐含氘氣氛中處理0.5至5小時(shí)，處理溫度為1600至2000℃；處理時(shí)間優(yōu)選為1至2小時(shí)，處理溫度優(yōu)選為1900至2000℃；保溫爐的溫度可以在900℃至1200℃之間。含氘混合氣體包含1％至10％的氘，其余為惰性氣體中的一種或多種；含氘混合氣體優(yōu)選2％至5％的氘，其余為氦氣、氬氣、氮?dú)庵械囊环N或多種。預(yù)制棒拉絲過(guò)程中的拉絲速度最高可以達(dá)到1200米/分鐘。
本發(fā)明所介紹的方法不局限于制造具有抗氫老化性能的低水峰光纖，對(duì)其他非低水峰光纖也具有相同的作用。本發(fā)明的所介紹的方法也不局限于由芯棒和套管組合制成的光纖預(yù)制棒，從事本領(lǐng)域的人很容易理解，這個(gè)方法對(duì)實(shí)心預(yù)制棒也具有相同的作用。
本發(fā)明在拉絲過(guò)程中通入含氘混合氣對(duì)光纖和光纖預(yù)制棒進(jìn)行在線處理，因此可以利用拉絲爐及光纖的高溫條件促進(jìn)氘氣的擴(kuò)散，使氘氣原子與缺陷反應(yīng)，提高氘氣的處理效果；本發(fā)明將含氘混合氣通過(guò)導(dǎo)管直接通入到光纖預(yù)制棒的套管內(nèi)，氘氣可以更充分進(jìn)入到光纖芯層中參與反應(yīng)，大大提高了氘氣處理效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行在線處理，因此減少了后續(xù)處理工序，提高了生產(chǎn)效率，適合大規(guī)模生產(chǎn)的需要。


圖1 為本發(fā)明拉絲裝置及過(guò)程示意2 為本發(fā)明中芯棒和套管的組合示意3 為本發(fā)明芯棒和套管界面氘氣分子吸附示意4 為本發(fā)明拉絲爐中含氘混合氣導(dǎo)入示意5 為本發(fā)明保溫爐中含氘混合氣引入方式圖6 為本發(fā)明制備的光纖氫老化實(shí)驗(yàn)衰減譜圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明在預(yù)制棒拉制成光纖的工藝過(guò)程中通入含氘混合氣對(duì)光纖和光纖預(yù)制棒進(jìn)行處理。含氘混合氣可以從拉絲爐中通入，也可以從保溫爐中通入；最好的方法是在拉絲過(guò)程中持續(xù)向光纖預(yù)制棒的套管、拉絲爐和保溫爐中通入含氘混合氣。所述的光纖預(yù)制棒為帶套管的預(yù)制棒，含氘混合氣通過(guò)導(dǎo)管通入到光纖預(yù)制棒的套管內(nèi)；光纖預(yù)制棒的直徑可以從80毫米到150毫米；拉絲前光纖預(yù)制棒在拉絲爐含氘氣氛中處理0.5至5小時(shí)，處理溫度為1600至2000℃；處理時(shí)間優(yōu)選為1至2小時(shí)，處理溫度優(yōu)選為1900至2000℃；保溫爐的溫度可以在900℃至1200℃之間。含氘混合氣體包含1％至10％的氘，其余為惰性氣體中的一種或多種；含氘混合氣體優(yōu)選2％至5％的氘，其余為氦氣、氬氣、氮?dú)庵械囊环N或多種。拉絲爐和保溫爐可以單獨(dú)通入混合氣，也可以在兩個(gè)爐子中同時(shí)通入混合氣以加強(qiáng)反應(yīng)效果，適應(yīng)更高的拉絲速率。預(yù)制棒拉絲過(guò)程中的拉絲速度最好控制在200米/分鐘到1200米/分鐘。
實(shí)施例一本發(fā)明的制造方法和主要裝置如圖1所示，該拉制裝置包括一個(gè)拉絲爐3，直徑為80毫米的預(yù)制棒2在饋送機(jī)構(gòu)1的作用下按一定速率送入拉絲爐3中，預(yù)制棒2在拉絲爐3中被加熱到2000℃，從預(yù)制棒軟化的底部抽出裸光纖，經(jīng)過(guò)保溫爐4后由外徑測(cè)量裝置5測(cè)量其外徑，裸光纖直徑一般為125μm。裸光纖經(jīng)過(guò)冷卻管6后進(jìn)入涂敷器，在光纖周圍涂上樹(shù)脂以保護(hù)光纖不受傷害，該樹(shù)脂涂層由紫外可固化樹(shù)脂制成，由紫外固化爐固化。經(jīng)過(guò)內(nèi)涂層涂敷器7及固化爐8和外涂層涂敷器9及固化爐10固化后涂敷光纖外徑約為250μm，由直徑測(cè)量裝置測(cè)量。然后涂敷光纖經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輪在牽引裝置的作用下纏繞在收絲筒上。
本發(fā)明中，在將光纖預(yù)制棒送入拉絲爐后，從圖2所示的導(dǎo)管15向套管中通入氘氣與氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其中氘氣的濃度為5％，流量為4L/min，對(duì)芯棒201的外表面和套管202的內(nèi)表面進(jìn)行處理。如圖3所示，界面所吸附的氘氣分子17在熱作用下，向玻璃體中擴(kuò)散，并在隨后拉制的光纖中與光纖缺陷作用。氘氣從圖3所示界面向光纖芯層擴(kuò)散的距離遠(yuǎn)比從預(yù)制棒外表面向芯層擴(kuò)散的距離短，因此氘氣可以更充分進(jìn)入到光纖芯層中參與反應(yīng)。
將爐溫升到設(shè)定值后，從圖1所示A位置向拉絲爐中引入含氘混合氣體，光纖預(yù)制棒在拉絲前和拉絲過(guò)程中與含氘混合氣體接觸，使氘氣能擴(kuò)散進(jìn)玻璃體中參與反應(yīng)。其中氘氣的濃度為2％，流量為10L/min。如圖4所示，將拉絲爐的溫度升高到2000℃，光纖預(yù)制棒在拉絲爐中加熱，一端受熱熔融，成13所示錐狀，在錐頂14拉出光纖。為保護(hù)拉絲爐不與空氣接觸，在拉絲爐的上口用石墨氈11或其他材料進(jìn)行密封，也可以采用氣體密封的方式。從A位置導(dǎo)入的含氘混合氣體自上而下接觸預(yù)制棒并逐漸預(yù)熱，其中的氘氣分子擴(kuò)散進(jìn)預(yù)制棒內(nèi)與缺陷反應(yīng)。在缺陷大量產(chǎn)生的變頸區(qū)域13及錐頂14，由于直徑變小，對(duì)擴(kuò)散更為有利。
為了防止光纖從拉絲爐內(nèi)出來(lái)后過(guò)快冷卻而影響衰減性能，在拉絲爐3下方安裝有一個(gè)保溫爐4，溫度控制在1000℃。如圖5所示，在保溫爐的B位置引入含氘混合氣體，其中氘氣的濃度為2％，流量為10L/min。由于裸光纖的直徑只有125微米左右，擴(kuò)散路程的縮短，使氘氣擴(kuò)散所需時(shí)間也大為縮短，因此可以利用保溫爐的高溫使光纖繼續(xù)與氘氣反應(yīng)。
拉絲速率為1000米/分鐘，在拉絲過(guò)程中為了防止芯棒201和套管202之間夾雜氣泡，需要開(kāi)啟真空泵在芯棒和套管之間維持一個(gè)較低的氣壓，從16位置接真空泵。開(kāi)啟真空泵后，繼續(xù)向套管通入混合氣不會(huì)破壞拉絲所需的真空度，氘氣可以繼續(xù)吸附在玻璃表面并擴(kuò)散參與反應(yīng)。
這樣處理后的光纖進(jìn)行氫老化試驗(yàn)以檢測(cè)光纖的氫敏感性，如圖6所示，光纖在1383nm附近的衰減幾乎沒(méi)有增加，表明光纖具有很好的抗氫老化性能，光纖的氫損為0.002dB/km。
實(shí)施例二將直徑為80毫米的光纖預(yù)制棒2通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1送入拉絲爐3中，在拉絲爐3中從A位置向爐內(nèi)引入氘氣與氬氣和氦氣的混合氣體，其中氘氣的濃度為2％，流量為10L/min。同時(shí)向套管中通入同樣濃度的混合氣，流量為4L/min。將爐溫升高到1900℃，并保溫一小時(shí)。然后保持氣體流量不變，將溫度升到2000℃，按正常拉絲工藝以1200米/分鐘的速率拉絲，所用裝置和其它步驟同實(shí)施例一。
由此方法得到的光纖進(jìn)行氫老化試驗(yàn)，氫損為0.003dB/km。
實(shí)施例三將直徑為120毫米的光纖預(yù)制棒2通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1送入拉絲爐3中，向套管中通入氘氣與氬氣和氦氣的混合氣體，其中氘氣的濃度為4％，流量為4L/min。按正常工藝以1200米/分鐘的速率開(kāi)始拉絲后，保溫爐4的溫度為1100℃，從B位置向爐中引入同樣濃度的混合氣，流量為10L/min，所用裝置和其它步驟同實(shí)施例一。
由此方法得到的光纖進(jìn)行氫老化試驗(yàn)，氫損為0.005dB/km。
實(shí)施例四將直徑為120毫米的光纖預(yù)制棒2通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1送入拉絲爐3中，在拉絲爐3中從A位置向爐內(nèi)引入氘氣與氬氣和氦氣的混合氣體，其中氘氣的濃度為1％，流量為10L/min。向套管中通入同樣濃度的混合氣，流量為4L/min。將爐溫升高到2400℃，并保溫一小時(shí)。按正常拉絲工藝以800米/分鐘的速率拉絲后，在保溫爐4中從B位置向爐中引入同樣濃度的混合氣，流量為10L/min，保溫爐的溫度為1100℃，所用裝置和其它步驟同實(shí)施例一。
由此方法得到的光纖進(jìn)行氫老化試驗(yàn)，氫損為0.002dB/km。
實(shí)施例五在將光纖預(yù)制棒送入拉絲爐后，從圖2所示的導(dǎo)管15向套管中通入氘氣與氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其中氘氣的濃度為5％，流量為4L/min，對(duì)芯棒201的外表面和套管202的內(nèi)表面進(jìn)行處理。如圖3所示，界面所吸附的氘氣分子17在熱作用下，向玻璃體中擴(kuò)散，并在隨后拉制的光纖中與光纖缺陷作用。氘氣從圖3所示界面向光纖芯層擴(kuò)散的距離遠(yuǎn)比從預(yù)制棒外表面向芯層擴(kuò)散的距離短，因此氘氣可以更充分進(jìn)入到光纖芯層中參與反應(yīng)。
將爐溫升到設(shè)定值后，從圖1所示A位置向拉絲爐中引入含氘混合氣體，光纖預(yù)制棒在拉絲前和拉絲過(guò)程中與含氘混合氣體接觸，使氘氣能擴(kuò)散進(jìn)玻璃體中參與反應(yīng)。其中氘氣的濃度為2％，流量為10L/min。如圖4所示，將拉絲爐的溫度升高到2000℃，光纖預(yù)制棒在拉絲爐中加熱，一端受熱熔融，成13所示錐狀，在錐頂14拉出光纖。為保護(hù)拉絲爐不與空氣接觸，在拉絲爐的上口用石墨氈11或其他材料進(jìn)行密封，也可以采用氣體密封的方式。從A位置導(dǎo)入的含氘混合氣體自上而下接觸預(yù)制棒并逐漸預(yù)熱，其中的氘氣分子擴(kuò)散進(jìn)預(yù)制棒內(nèi)與缺陷反應(yīng)。本實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明根據(jù)制造不同光纖的需要，可以只在拉絲爐中通入含氘混合氣體。
本發(fā)明還可以有很多實(shí)施例，根據(jù)制造不同規(guī)格的光纖的需要，含氘混合氣體的含量具體還可以為1％、1.5％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、6％、7％、8％、9％、10％；拉絲爐的溫度可以為1600℃、1700℃、1800℃、1950℃；保溫爐的溫度可以為900℃、1100℃、1200℃。預(yù)制棒拉絲過(guò)程中的拉絲速度可以為200米/分鐘、400米/分鐘、500米/分鐘、600米/分鐘、900米/分鐘、1100米/分鐘。
權(quán)利要求
1.一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是在預(yù)制棒拉制成光纖的工藝過(guò)程中通入含氘混合氣對(duì)光纖和光纖預(yù)制棒進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求1的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是含氘混合氣從拉絲爐中通入。
3.如權(quán)利要求1或2的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是含氘混合氣從保溫爐中通入。
4.如權(quán)利要求1或2的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是所述的光纖預(yù)制棒為帶套管的預(yù)制棒，含氘混合氣通過(guò)導(dǎo)管通入到光纖預(yù)制棒的套管內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是拉絲前光纖預(yù)制棒在拉絲爐含氘氣氛中處理0.5至5小時(shí)，處理溫度為1600到2000℃。
6.如權(quán)利要求5的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是處理時(shí)間為1至2小時(shí)。
7.如權(quán)利要求5的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是處理溫度為1900至2000℃。
8.如權(quán)利要求3的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是保溫爐的溫度在900℃至1200℃之間。
9.如權(quán)利要求1或2或3的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是含氘混合氣體包含1％至10％的氘，其余為惰性氣體中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求1或2或3的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是含氘混合氣體包含2％至5％的氘，其余為氦氣、氬氣、氮?dú)庵械囊环N或多種。
11.如權(quán)利要求4的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是光纖預(yù)制棒的直徑從60毫米到150毫米。
12.如權(quán)利要求1的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是預(yù)制棒拉絲過(guò)程中的拉絲速度從200米/分鐘到1200米/分鐘。
13.如權(quán)利要求1的一種具有氫不敏感性光纖的制造方法，其特征是拉絲過(guò)程中持續(xù)向光纖預(yù)制棒的套管、拉絲爐和保溫爐中通入含氘混合氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖的制造方法，具體地說(shuō)是一種具有氫不敏感性光纖的制造方法。其特征是在預(yù)制棒拉制成光纖的工藝過(guò)程中通入含氘混合氣對(duì)光纖和光纖預(yù)制棒進(jìn)行處理。本發(fā)明在拉絲過(guò)程中通入含氘混合氣對(duì)光纖和光纖預(yù)制棒進(jìn)行在線處理，因此可以利用拉絲爐及光纖的高溫條件促進(jìn)氘氣的擴(kuò)散，使氘氣原子與缺陷反應(yīng)，提高氘氣的處理效果；本發(fā)明將含氘混合氣通過(guò)導(dǎo)管直接通入到光纖預(yù)制棒的套管內(nèi)，氘氣可以更充分進(jìn)入到光纖芯層中參與反應(yīng)，大大提高了氘氣處理效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行在線處理，因此減少了后續(xù)處理工序，提高了生產(chǎn)效率，適合大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
文檔編號(hào)C03B37/02GK1631825SQ200410061240
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者謝康, 黃代勇, 朱坤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司