專利名稱：一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)，具體涉及一種抗彎曲光纖預(yù)制棒制造方法。該方 法制造的光纖預(yù)制棒，能得到較高折射率差(A)，制得的光纖具有優(yōu)異的抗彎 曲、和低水峰吸收損耗的特性，適用于FTTH和局域網(wǎng)接入等應(yīng)用場合。
背景技術(shù)：
光纖到戶接入技術(shù)(FTTH)作為最終的寬帶接入方案，有著高速、高帶寬的 巨大優(yōu)勢，在日本和美國已得到廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用范圍也越來越廣，在我國也 得到了越來越多的關(guān)注。FTTH做為用戶接入的發(fā)展方向，最終光纖接入將替代 銅纜接入，承載各種綜合業(yè)務(wù)，如語音、IPTV (寬帶視頻)、CATV (有線電視)、 網(wǎng)絡(luò)游戲、寬帶接入等，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一，F(xiàn)TTH光纖總需求量將非常龐大。FTTH做為接入的最后一段距離，受復(fù)雜應(yīng)用場合的影響(多為街道、樓宇、 拐角等)，接入點(diǎn)多，且因布線時(shí)的懸拉、折彎因素等影響，光纖存在彎曲的現(xiàn) 象很多。而普通的G.652光纖彎曲半徑大于30mm，如果彎曲半徑小于30mm，在 光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模將由于輻射而損耗光功率，且彎曲半徑越小，光信號的衰減 就越大；普通G. 652光纖的彎曲半徑小于7. 5mm時(shí)，彎曲損耗將達(dá)2dB/Km@1550nm 以上，使光通信不能正常進(jìn)行。故普通G. 652光纖在實(shí)際的FTTH工程應(yīng)用存在 很大限制，需要一種彎曲半徑小、彎曲損耗小的抗彎光纖，才能滿足FTTH接入 的工程需要。目前制造抗彎光纖預(yù)制棒的工藝主要有VAD、 MCVD和PCVD， VAD屬于外部 沉積法，而MCVD和PCVD均屬于管內(nèi)沉積法。管內(nèi)沉積法受工藝所限，水峰吸 收衰減大，只能制造G. 652A和G. 652B常規(guī)光纖，在實(shí)際應(yīng)用中，G. 652C和G. 652D 正逐漸取代常規(guī)光纖，成為市場的主流和趨勢。而光纖是由光纖預(yù)制棒為母材， 同比例拉制而成，故光纖的性能取決于光纖預(yù)制棒。要使光纖預(yù)制棒所拉制的 光纖獲得更好的抗彎性能，主要有二種方法， 一是對常規(guī)的G.652光纖預(yù)制棒
改進(jìn)，適當(dāng)增加纖芯和包層的折射率差(A)。得到的抗彎光纖最小彎曲半徑改進(jìn)到10mm，彎曲損耗《0. 75dB/Km(gl550nm(國際電信聯(lián)盟IUT.T標(biāo)準(zhǔn)，參見圖4 中的a曲線，該曲線代表G.657A的彎曲損耗標(biāo)準(zhǔn)，其中Al、 A2兩點(diǎn)的坐標(biāo)分 別是(15， 0.025)、 (10， 0.75))。 二是全新設(shè)計(jì)的光纖折射率剖面，纖芯直徑 更小，纖芯和包層的折射率差(A)更高。具有超強(qiáng)的抗彎性能，得到的抗彎 光纖最小彎曲半徑達(dá)7. 5mm，彎曲損耗《0. 5dB/Km@1550nm。彎曲半徑為10mm 時(shí)，彎曲損耗《0. ldB/Km肌550nm(國際電信聯(lián)盟ITU. T標(biāo)準(zhǔn)，參見圖4中的b 曲線，該曲線代表G.657B的彎曲損耗標(biāo)準(zhǔn)，其中B1、 B2、 B3三點(diǎn)的坐標(biāo)分別 是(15， 0.003), (10， 0.1)， (7.5， 0.5))。 二種方法均需不同程度的增加纖芯和 包層的折射率差(A)。前述兩種提高光纖抗性能的方法，均需不同程度的增加纖芯和包層的折射 率差(A)。而隨著纖芯和包層的折射率差(A)提高，因材料不同，其收縮比也不一致，在制作過程中，纖芯和包層間易出現(xiàn)錯位，表現(xiàn)為存在大量的氣泡， 嚴(yán)重影響產(chǎn)品合格率。且纖芯摻雜材料Ge02易揮發(fā)，簡單地增加Ge02原料流量， 并不能得到較高的折射率差(A )。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)制得的預(yù)制棒 制作過程中纖芯和包層間易出現(xiàn)錯位、表現(xiàn)為存在大量的氣泡、嚴(yán)重影響產(chǎn)品 合格率的缺陷，提供一種抗彎曲光纖預(yù)制棒制造方法，以使制得的光纖預(yù)制棒 拉制的光纖兼具優(yōu)異的抗彎曲性能和極低的水峰吸收衰減。為此，本發(fā)明采用 以下技術(shù)方案一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是用VAD工藝制作多孔芯棒，在制作多孔芯棒時(shí)，在第一噴燈和第二噴燈間增加加熱預(yù)收縮噴燈，在多孔芯棒脫水制作玻璃化的芯棒時(shí)，增加加熱預(yù)收縮過程；此后用OVD工藝在玻璃化的芯棒上制作多孔包層，最后得到玻璃化的光纖預(yù)制棒。使用該方法能容易的得到較高折射率差(A)，并消除玻璃化的芯棒的氣泡 缺陷，從而大幅提高VAD工藝制作抗彎曲光纖預(yù)制棒的成品率，降低成本。且 所制造光纖預(yù)制棒拉制的光纖，兼具優(yōu)異的抗彎曲、以及低水峰吸收損耗的特 性，適用于FTTH和局域網(wǎng)接入等應(yīng)用場合。作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征所述的加熱預(yù)收縮噴燈與第一噴燈、第二噴燈的指向夾角為0 360。。 所述的加熱預(yù)收縮噴燈數(shù)量為1 2個。在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上設(shè)置原料氣體噴射流道、可燃?xì)怏w噴射體流道 和助燃?xì)怏w噴射流道，三個噴射流道均指向多孔芯棒中心線上的一點(diǎn)。在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上設(shè)置可燃?xì)怏w噴射體流道和助燃?xì)怏w噴射流 道，兩個噴射流道均指向多孔芯棒中心線上的一點(diǎn)。在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上僅設(shè)置可燃?xì)怏w噴射流道，助燃?xì)怏w采用空氣， 可然噴射流道指向多孔芯棒中心線上的一點(diǎn)。加熱預(yù)收縮噴燈由石英、陶瓷、或金屬制成，其外形為圓形、橢圓形或矩形。經(jīng)過加熱預(yù)收縮噴燈處理后，多孔芯棒的密度達(dá)到0. 2 0. 6g/cm3。 制作玻璃化的芯棒時(shí)，經(jīng)過加熱預(yù)收縮，多孔芯棒的密度達(dá)到0.25 0.6g/cm3。光纖預(yù)制棒的剖面為階躍型。本發(fā)明為解決前述提出問題所采取的制造方法在第一噴燈和第二噴燈間 增加加熱預(yù)收縮噴燈，使多孔芯棒在較低的反應(yīng)溫度下進(jìn)行沉積，得到較高的 折射率差(A)。然后通過增加的噴燈提供的熱量，使纖芯多孔芯棒的密度達(dá)到 0.2 0.6g/cm3，達(dá)到預(yù)收縮的效果，減少纖芯和包層間收縮比不同出現(xiàn)的錯位。 在制作玻璃化的芯棒時(shí)，也同時(shí)增加加熱預(yù)收縮過程，使多孔芯棒的密度進(jìn)一 步達(dá)到0.25 0.6g/cm3，最終得到高折射率差(A )、無氣泡缺陷的抗彎光纖預(yù)帝條。根據(jù)上述方案，通過對光纖折射率分布的精確調(diào)整，可以得到優(yōu)異抗彎曲 特性、并具有極低的水峰吸收衰減。本發(fā)明方法制造的光纖預(yù)制棒折射率差(A ) 可達(dá)0. 3 1. 0%之間，水峰吸收衰減《0. 35dB/Km。本發(fā)明的積極效果在于 1、 本發(fā)明的制造方法，可有效消除玻璃化的芯棒的氣泡缺陷，容易進(jìn)行生 產(chǎn)和質(zhì)量控制，大幅提高VAD工藝制作抗彎曲光纖預(yù)制棒的成品率，降低成本。2、 本發(fā)明的制造方法，可以容易獲得較高折射率差(A)，結(jié)合對折射率 分布的精確控制能力，可高效率地得到所設(shè)計(jì)的光纖性能，所制造光纖預(yù)制棒 拉制的光纖，兼具優(yōu)異的抗彎曲、以及低水峰吸收損耗的特性。3、 本發(fā)明的制造方法，兼顧了光纖材料的組成和處理，通過預(yù)加熱處理， 對材料的粘度和應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化匹配，改善應(yīng)力分布，對光纖的PMD性能進(jìn)行改 善。4、 本發(fā)明方法制造的抗彎光纖預(yù)制棒，其光纖特性全面滿足FTTH和局域 網(wǎng)接入的應(yīng)用。且與常規(guī)光纖熔接時(shí)具有低的熔接損耗，熔接性能極好。


圖1是本發(fā)明方法設(shè)置加熱預(yù)收縮噴燈的示意圖。 圖2是本發(fā)明脫水玻璃化預(yù)收縮示意圖。 圖3是本發(fā)明多孔包層和光纖預(yù)制棒的示意圖。 圖4是本發(fā)明實(shí)施例抗彎性能分布曲線示意圖。l-多孔芯棒，2-玻璃化的芯棒，3-第一噴燈，4-第二噴燈，5-加熱預(yù)收縮 噴燈，6-加熱爐體，7-工藝氣體，8-多孔包層，9-光纖預(yù)制棒。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本說明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。按照下述方法實(shí)施用VAD工藝制作多孔芯棒1，在制作多孔芯棒1時(shí)，在 第一噴燈3和第二噴燈4間增加加熱預(yù)收縮噴燈5 (參見圖1)，在加熱爐體6 內(nèi)將多孔芯棒1脫水制作玻璃化的芯棒2時(shí)(其間向加熱爐體6內(nèi)通入工藝氣 體7)，增加加熱預(yù)收縮過程；此后用0VD工藝在玻璃化的芯棒2上制作多孔包 層8，最后得到玻璃化的光纖預(yù)制棒9。同時(shí)選用下述一項(xiàng)或者多項(xiàng)措施加熱預(yù)收縮噴燈5與第一噴燈3、第二噴燈4的指向夾角為0 360。。 加熱預(yù)收縮噴燈數(shù)量為1 2個(參見圖1)。
在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上設(shè)置原料氣體噴射流道、可燃?xì)怏w噴射體流道 和助燃?xì)怏w噴射流道，三個噴射流道均指向多孔芯棒1中心線上的一點(diǎn)；或者 在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上設(shè)置可燃?xì)怏w噴射體流道和助燃?xì)怏w噴射流道，兩 個噴射流道均指向多孔芯棒1中心線上的一點(diǎn)；或者在所述的加熱預(yù)收縮噴燈 上僅設(shè)置可燃?xì)怏w噴射流道，助燃?xì)怏w采用空氣，可然噴射流道指向多孔芯棒l 中心線上的一點(diǎn)。加熱預(yù)收縮噴燈由石英、陶瓷、或金屬制成，其外形為圓形、橢圓形或矩形。經(jīng)過加熱預(yù)收縮噴燈處理后，多孔芯棒1的密度達(dá)到0. 2 0. 6g/cm3。 制作玻璃化的芯棒2時(shí)，經(jīng)過加熱預(yù)收縮，多孔芯棒1的密度達(dá)到0. 25 0. 6g/cm3。光纖預(yù)制棒的剖面為階躍型，即折射率對直徑的分布曲線上表現(xiàn)為臺階狀。 上述方法得到的光纖預(yù)制棒制成光纖，按照光纖彎曲性能測量方法，在4> 30mm芯軸繞10圈的測試中，彎曲引起的附加損耗在1550nm和1625nm處均小于 0. 03dB;在4> 20mm芯軸繞1圈的測試中，彎曲引起的附加損耗在1550nm和1625nm 處均小于0.05dB;在d)15mm芯軸繞l圈的測試中，彎曲引起的附加損耗在1550nm 和1625mn處均小于0.05dB。本發(fā)明的抗彎光纖預(yù)制棒性能介于圖4中曲線c、 d之間的區(qū)域。以下通過幾個實(shí)施例的具體數(shù)據(jù)說明本發(fā)明的效果 實(shí)施例1:采用l只加熱預(yù)收縮噴燈，制作玻璃化的芯棒2時(shí)，增加加熱預(yù)收縮過程。 纖芯和包層的折射率差(A ) = 0. 362%，纖芯半徑a = 7. 80±0. 1 y m。 所得的抗彎光纖預(yù)制棒特性如下 加熱預(yù)收縮后多孔芯棒1密度0. 25 0. 6g/cm3。 氣泡缺陷無。 模場直徑8. 8 8. 9um。 零色散波長1300 1310nm。 光纖截止波長1300士3nm。 水峰吸收衰減0. 30 0. 31dB/km。 宏彎4)30腿繞10圈在1550nm的附加損耗值0. 010 0. 018dB。 在1625nm的附加損耗值0. 03 0. 04dB。 宏彎d)20mm繞1圈在1550nm的附加損耗值0. 04 0. 05dB。 在1625nm的附加損耗值0. 07 0. 09dB。實(shí)施例1所述光纖特性的模場直徑與常規(guī)光纖接近，熔接損耗小，且彎曲 衰減和水峰吸收衰減性能良好。 實(shí)施例2:采用l只加熱預(yù)收縮噴燈，制作玻璃化的芯棒2時(shí)，增加加熱預(yù)收縮過程。 纖芯和包層的折射率差(△) = 0.601%，纖芯半徑a = 5.84±0. 1 um。 所得的抗彎光纖預(yù)制棒特性如下 加熱預(yù)收縮后多孔芯棒(1)密度0. 2 0. 6g/cm3。氣泡缺陷無。模場直徑6. 5 6. 7ym。 零色散波長1340 1360nm。 光纖截止波長1300土3nm。 水峰吸收衰減0. 29 0. 30dB/km。 宏彎4)30mm繞10圈 在1550nm的附加損耗值OdB。 在1625nm的附加損耗值OdB。 宏彎4 20mm繞1圈在1550nm的附加損耗值0. 001 0. 003dB。 在1625nm的附加損耗值0. 001 0. 003dB。 宏彎(H5mm繞1圈在1550nm的附加損耗值0. 003 0. 005dB。 在1625nm的附加損耗值0. 003 0. 005dB。
實(shí)施例3:采用2只加熱預(yù)收縮噴燈，制作玻璃化的芯棒2時(shí)，增加加熱預(yù)收縮過程。 纖芯和包層的折射率差(A) = 0.61%，纖芯半徑a 二 5.80±0. 1 y m。 所得的抗彎光纖預(yù)制棒特性如下 加熱預(yù)收縮后多孔芯棒(l)密度0. 3 0. 6g/cm3。 氣泡缺陷無。 豐莫場直徑6. 5 6. 7ixm。 零色散波長1340 1360nm。 光纖截止波長1300土3nm。 水峰吸收衰減o. 285 0. 30dB/km。 宏彎4)30mm繞10圈 在1550nm的附加損耗值-0. 003dB。 在1625nm的附加損耗值0. 003dB。 宏彎d)20mm繞1圈 在1550nm的附加損耗值-0. 005dB。 在1625nm的附加損耗值OdB。 宏彎小15mm繞1圈 在1550nm的附加損耗值-0. 003dB。 在1625nm的附加損耗值-0. 002dB。備注(本發(fā)明的一些術(shù)語的定義) 折射率差A(yù)由以下方程式定義-折射率差△ (%) = [(m2—n22)/2 m2] (1) 其中為m為纖層的材料折射率，n2為外包層的材料折射率。 折射率分布的定義是指在光纖的選定部分上折射率或折射率差(A )與其相對光纖中心位置ri (半徑)的關(guān)系。光纖的衰減，是指當(dāng)從光纖的一端射入，而從另一端射出時(shí)，光強(qiáng)會減弱，即光在纖維中傳播時(shí)被衰減了，稱為光纖的衰減。光纖衰減的大小由以下方程式定義<formula>formula see original document page 10</formula> (2) 上式中P A和P出分別為光纖輸入端和輸出端所測得的光功率。 光纖的彎曲衰減，指光纖彎曲時(shí)，如成纜、現(xiàn)場敷設(shè)(管道轉(zhuǎn)彎)、光纜接 頭等場合下引起的，光從纖芯滲透包層而造成的光功率損耗。彎曲衰減的由以 下方程式定義Ab= Ae—BR (3) 上式中R是彎曲半徑，A、 B是與光纖參數(shù)(纖芯半徑rl，光纖外徑R，折射 率差A(yù)有關(guān)的常數(shù))。水峰吸收衰減，指光纖材料中含有0H—，吸收光能產(chǎn)生振動，使光功率以熱 的形式散失掉，造成就光功率損耗。光纖的抗彎曲性能是指在規(guī)定測試條件下的附加損耗。測試過程是，在正 常條件下測試光纖的損耗，再按照標(biāo)準(zhǔn)要求將光纖繞在芯軸上，測量損耗值， 兩種測量的差值即為彎曲導(dǎo)致的附加彎曲損耗。其規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測試條件包括在 半徑15匪的芯軸上繞10圈、在10匪的芯軸上繞1圈、和在7. 5mm的芯軸上繞 1圈。通常，彎曲導(dǎo)致的最大許可損耗以1310nm或1550nm的附加彎曲損耗為準(zhǔn)， 單位為dB。VAD是Vapor Axial D印osition，汽相軸向沉積的縮寫。MCVD是Modified Chemical V即or D印osition,改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積的縮寫。PCVD是Plasma Chemical Vapor D印osiotn，等離子體化學(xué)汽相沉積的縮寫。 FTTH是Fiber TO The Home,光纖到戶的縮寫。
權(quán)利要求
1、一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是用VAD工藝制作多孔芯棒(1)，在制作多孔芯棒(1)時(shí)，在第一噴燈和第二噴燈間增加加熱預(yù)收縮噴燈，在多孔芯棒(1)脫水制作玻璃化的芯棒(2)時(shí)，增加加熱預(yù)收縮過程；此后用OVD工藝在玻璃化的芯棒上制作多孔包層，最后得到玻璃化的光纖預(yù)制棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述 的加熱預(yù)收縮噴燈與第一噴燈、第二噴燈的指向夾角為0 360。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述 的加熱預(yù)收縮噴燈數(shù)量為1 2個。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特 征是在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上設(shè)置原料氣體噴射流道、可燃?xì)怏w噴射體流道 和助燃?xì)怏w噴射流道，三個噴射流道均指向多孔芯棒(l)中心線上的一點(diǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特 征是在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上設(shè)置可燃?xì)怏w噴射體流道和助燃?xì)怏w噴射流 道，兩個噴射流道均指向多孔芯棒(l)中心線上的一點(diǎn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特 征是在所述的加熱預(yù)收縮噴燈上僅設(shè)置可燃?xì)怏w噴射流道，可然噴射流道指向 多孔芯棒(l)中心線上的一點(diǎn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述 的加熱預(yù)收縮噴燈由石英、陶瓷、或金屬制成，其外形為圓形、橢圓形或矩形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是經(jīng)過 加熱預(yù)收縮噴燈處理后，多孔芯棒(1)的密度達(dá)到0. 2 0. 6g/cm3。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是 制作玻璃化的芯棒(2)時(shí)，經(jīng)過加熱預(yù)收縮，多孔芯棒(l)的密度達(dá)到0.25 0. 6g/cm3。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所 述光纖預(yù)制棒的剖面為階躍型。
全文摘要
一種制造抗彎光纖預(yù)制棒的方法，屬于光通信技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)制得的抗彎預(yù)制棒在制作過程中纖芯和包層間易出現(xiàn)錯位、表現(xiàn)為存在大量的氣泡、嚴(yán)重影響產(chǎn)品合格率，且達(dá)不到較高的折射率差。本發(fā)明是在用VAD工藝制作多孔芯棒時(shí)，在第一噴燈和第二噴燈間增加加熱預(yù)收縮噴燈，然后使多孔芯棒高溫脫水，得到一個玻璃化的芯棒；在制作玻璃化的芯棒時(shí)，也同時(shí)增加加熱預(yù)收縮過程；此后用OVD工藝在玻璃化的芯棒上制作多孔包層，最后得到玻璃化的光纖預(yù)制棒。該方法易于得到較高折射率差，消除氣泡，提高VAD工藝制作抗彎曲光纖預(yù)制棒的成品率；所制造光纖預(yù)制棒拉制的光纖，兼具優(yōu)異的抗彎曲以及低水峰吸收損耗的特性，適用于FTTH和局域網(wǎng)接入等應(yīng)用場合。
文檔編號C03B37/012GK101397186SQ20071015711
公開日2009年4月1日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者利 劉, 盧衛(wèi)民, 吳海港, 李群星, 陳海濱 申請人:富通集團(tuán)有限公司