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      低損耗光纖的制作方法

      文檔序號(hào):11757711閱讀:308來源:國知局
      低損耗光纖的制作方法與工藝

      本實(shí)用新型涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種低損耗光纖。



      背景技術(shù):

      隨著光纖市場競爭的日益激烈,提高光纖的制造工藝的生產(chǎn)效率,降低光纖的成本成為光纖發(fā)展的必然趨勢。增大預(yù)制棒的尺寸,延長單根預(yù)制棒的拉絲時(shí)間,提高設(shè)備利用率是提高生產(chǎn)總體效率的一個(gè)有效手段。

      目前,各個(gè)光纖制造商都在最大限度的增大單根光纖預(yù)制棒所對應(yīng)的光纖的拉絲長度。由于光纖中形成包層部分的玻璃占有絕大部分比例,因此降低包層材料的制造成本是一種降低光纖成本的有效手段。用于制造光纖預(yù)制棒外包層的石英原料主要有合成石英料和天然石英砂料。其中,前者有害雜質(zhì)含量低,純度高,但成本很高;后者雜質(zhì)含量較高,但工業(yè)化產(chǎn)量大,成本低廉。

      然而,天然石英料做外包層采用等離子噴涂法,其沉積效率低,工藝路線復(fù)雜,引入質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)率較大,相較于合成法工藝,經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢并不明顯,不適用于規(guī)?;a(chǎn)。

      有鑒于此,針對上述問題,有必要提出進(jìn)一步的解決方案。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本實(shí)用新型的目的在于提供一種低損耗光纖及其生產(chǎn)方法,以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

      為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的,本實(shí)用新型提供一種低損耗光纖,其包括:纖芯層和包層;

      所述包層包括內(nèi)包層、中間隔離層以及外包層,所述內(nèi)包層包覆于所述纖芯層上,所述中間隔離層包覆于所述內(nèi)包層上,所述外包層包覆于所述中間隔離層上;所述纖芯層和內(nèi)包層形成石英芯棒,其包芯比為2.3-5.0,所述中間隔離層為高純石英層,所述外包層為天然石英層。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述纖芯層的相對折射率差大于所述包層的相對折射率差。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述中間隔離層的相對折射率差略高于所述內(nèi)包層和外包層的相對折射率差。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述纖芯層的半徑為4~5μm,相對折射率Δ1=0.35%;所述的內(nèi)包層的厚度為8~12μm,相對折射率差Δ2為0%;所述中間隔離層厚度為20~25μm,相對折射率差Δ3為0.05%,所述外包層的半徑為62.5±0.5μm,相對折射率差Δ4為0%。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述纖芯層的半徑為4.3μm,相對折射率Δ1=0.35%;所述的內(nèi)包層的厚度為9.5μm,相對折射率差Δ2為0%;所述中間隔離層厚度為21.5μm,相對折射率差Δ3為0.05%,所述外包層的半徑為62.4μm,相對折射率差Δ4為0%。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述纖芯層的半徑為5~7μm,相對折射率Δ1ˊ=0.325%;所述的內(nèi)包層的厚度為12~25μm,相對折射率差Δ2ˊ為0%;所述中間隔離層厚度為25~35μm,相對折射率差Δ3ˊ為0.05%,所述外包層的半徑為62.5±0.5μm,相對折射率差Δ4ˊ為0%。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述纖芯層的半徑為5.6μm,相對折射率Δ1ˊ=0.325%;所述的內(nèi)包層的厚度為16.8μm,相對折射率差Δ2ˊ為0%;所述中間隔離層厚度為36.5μm,相對折射率差Δ3ˊ為0.05%,所述外包層的半徑為62.4μm,相對折射率差Δ4ˊ為0%。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的改進(jìn),所述纖芯層、內(nèi)包層、中間隔離層以及外包層同心設(shè)置。

      為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的,本實(shí)用新型提供一種低損耗光纖的生產(chǎn)方法,其包括如下步驟:

      S1、提供SiO2、GeO2粉末,在靶棒上進(jìn)行沉積,得到外徑均勻的二氧化硅粉棒,對所述二氧化硅粉棒進(jìn)行燒結(jié),得到石英芯棒;

      S2、提供高純石英管和天然石英套柱,將石英芯棒、高純石英管和天然石英套柱進(jìn)行組裝,使得所述高純石英管套裝于所述石英芯棒上,所述天然石英套柱套裝于所述高純石英管上;

      S3、將組裝好的石英芯棒、高純石英管和天然石英套柱進(jìn)行高溫拉絲,得到本實(shí)用新型所述的低損耗光纖。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的生產(chǎn)方法的改進(jìn),所述步驟S1中,通過火焰氫化反應(yīng),生成所述SiO2、GeO2粉末,進(jìn)行沉積時(shí),在穩(wěn)定可控的腔體氣流條件下,通過控制火焰噴燈的位置,調(diào)整各反應(yīng)氣體用量,得到外徑均勻的二氧化硅粉棒。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的生產(chǎn)方法的改進(jìn),所述高純石英管采用F300材質(zhì),其中羥基、金屬雜質(zhì)含量均小于1ppm。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的生產(chǎn)方法的改進(jìn),所述天然石英套柱采用連融法制備而成。

      作為本實(shí)用新型的低損耗光纖的生產(chǎn)方法的改進(jìn),將組裝好的石英芯棒、高純石英管和天然石英套柱通過在線RIC法進(jìn)行高溫拉絲。

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的低損耗光纖及其生產(chǎn)方法適合規(guī)?;a(chǎn),且物理包層采用天然石英材質(zhì)的套柱,大大降低了生產(chǎn)成本。此外,本實(shí)用新型的低損耗光纖及其生產(chǎn)方法整體衰減較常規(guī)方法明顯降低,同時(shí)在天然石英套柱和芯棒中間增加一層高純石英管,有效的避免了光纖光學(xué)參數(shù)的惡化。

      附圖說明

      圖1為本實(shí)用新型的低損耗光纖一具體實(shí)施方式的徑向平面示意圖;

      圖2為本實(shí)用新型的低損耗光纖徑向應(yīng)力分布示意圖;

      圖3為本實(shí)用新型的低損耗光纖一具體實(shí)施方式中折射率剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖4為本實(shí)用新型的低損耗光纖另一具體實(shí)施方式中折射率剖面結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖5為本實(shí)用新型的低損耗光纖的生產(chǎn)方法纖一具體實(shí)施方式的方法流程示意圖。

      具體實(shí)施方式

      下面結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明,但應(yīng)當(dāng)說明的是,這些實(shí)施方式并非對本實(shí)用新型的限制,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代,均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

      如圖1所示,本實(shí)用新型的低損耗光纖包括:纖芯層10和包層20,其中,所述包層20包覆于所述纖芯層10上。

      具體地,所述包層20包括內(nèi)包層21、中間隔離層22以及外包層23。其中,所述內(nèi)包層21包覆于所述纖芯層10上,所述中間隔離層22包覆于所述內(nèi)包層21上,所述外包層23包覆于所述中間隔離層22上。優(yōu)選地,所述纖芯層10、內(nèi)包層21、中間隔離層22以及外包層23同心設(shè)置。所述纖芯層10和內(nèi)包層21形成石英芯棒,其包芯比為2.3-5.0,所述中間隔離層22為高純石英層,所述外包層23為天然石英層。

      由于所述天然石英層中含有一定的金屬雜質(zhì),從而在光纖拉絲成型過程中,所述金屬雜質(zhì)可能會(huì)擴(kuò)散到纖芯層中。因此,本實(shí)用新型中設(shè)置有中間隔離層22,如此有效的阻擋了外包層23中金屬雜質(zhì)在高溫拉絲過程中擴(kuò)散至纖芯層10中,進(jìn)而避免光纖性能參數(shù)的惡化。同時(shí),由于采用天然石英層作為外包層,大大降低了生產(chǎn)成本。進(jìn)一步地,為了使得本實(shí)用新型的低損耗光纖的折射率滿足使用需求,所述纖芯層10的相對折射率差大于所述包層20的相對折射率差。同時(shí),所述中間隔離層22的相對折射率差略高于所述內(nèi)包層21和外包層23的相對折射率差。

      作為一種實(shí)施方式,所述纖芯層10的半徑為4~5μm,相對折射率Δ1=0.35%;所述的內(nèi)包層21的厚度為8~12μm,相對折射率差Δ2為0%;所述中間隔離層22厚度為20~25μm,相對折射率差Δ3為0.05%,所述外包層23的半徑為62.5±0.5μm,相對折射率差Δ4為0%。優(yōu)選地,所述纖芯層10的半徑為4.3μm,相對折射率Δ1=0.35%;所述的內(nèi)包層21的厚度為9.5μm,相對折射率差Δ2為0%;所述中間隔離層22厚度為21.5μm,相對折射率差Δ3為0.05%,所述外包層23的半徑為62.4μm,相對折射率差Δ4為0%。

      針對上述低損耗光纖,利用PK2200對光纖光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試確認(rèn),并測試光纖在1550nm波長不同彎曲半徑下的附加損耗。同時(shí),利用OTDR對光纖衰減進(jìn)行測量,利用NR9200對光纖折射率剖面進(jìn)行測試,再利用FSA對光纖進(jìn)行徑向應(yīng)力分布進(jìn)行測試。

      如圖2、3所示,由以上實(shí)施例可見本實(shí)用新型所述光纖的光學(xué)參數(shù)如模場直徑、截止波長和光纖損耗等方面可以做到完全符合ITU-TG.652D標(biāo)準(zhǔn)的要求,并且彎曲性能大大優(yōu)于G.652D標(biāo)準(zhǔn)的要求。在此基礎(chǔ)上,1550nm波長處的衰減值≤0.185db/km,典型值0.180db/km。從而,本實(shí)用新型的光纖在全面兼容G.652標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,衰減性能優(yōu)于常規(guī)G.652光纖。

      為了滿足不同的使用需求,可替代地,所述纖芯層10的半徑為5~7μm,相對折射率Δ1ˊ=0.325%;所述的內(nèi)包層21的厚度為12~25μm,相對折射率差Δ2ˊ為0%;所述中間隔離層22厚度為25~35μm,相對折射率差Δ3ˊ為0.05%,所述外包層23的半徑為62.5±0.5μm,相對折射率差Δ4ˊ為0%。優(yōu)選地,所述纖芯層10的半徑為5.6μm,相對折射率Δ1ˊ=0.325%;所述的內(nèi)包層21的厚度為16.8μm,相對折射率差Δ2ˊ為0%;所述中間隔離層22厚度為36.5μm,相對折射率差Δ3ˊ為0.05%,所述外包層23的半徑為62.4μm,相對折射率差Δ4ˊ為0%。

      針對上述低損耗光纖,利用PK2200對光纖光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試確認(rèn),并測試光纖在1550nm波長不同彎曲半徑下的附加損耗。同時(shí),利用OTDR對光纖衰減進(jìn)行測量,利用NR9200對光纖折射率剖面進(jìn)行測試,再利用FSA對光纖進(jìn)行徑向應(yīng)力分布進(jìn)行測試。

      如圖2、4所示,由以上實(shí)施例可見本實(shí)用新型所述光纖的光學(xué)參數(shù)如模場直徑、截止波長和光纖損耗等方面可以做到完全符合ITU-TG.654標(biāo)準(zhǔn)的要求,并且彎曲性能滿足G.654標(biāo)準(zhǔn)的要求。在此基礎(chǔ)上,1550nm波長處的衰減值≤0.185db/km,,典型值0.180db/km,模場有效面積125μm^2。從而,本實(shí)用新型的光纖在全面兼容G.654標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,衰減性能優(yōu)于常規(guī)G.654光纖。

      如圖5所示,基于如上所述的低損耗光纖,本實(shí)用新型還提供一種低損耗光纖的生產(chǎn)方法,其包括如下步驟:

      S1、提供SiO2、GeO2粉末,在靶棒上進(jìn)行沉積,得到外徑均勻的二氧化硅粉棒,對所述二氧化硅粉棒進(jìn)行燒結(jié),得到石英芯棒。

      其中,為了獲得所述SiO2、GeO2粉末,通過火焰氫化反應(yīng),生成所述SiO2、GeO2粉末。進(jìn)行沉積時(shí),在穩(wěn)定可控的腔體氣流條件下,通過控制火焰噴燈的位置,調(diào)整各反應(yīng)氣體用量,得到外徑均勻的二氧化硅粉棒。此外,在沉積的過程中,通過控制通入GeCl4的用量,可調(diào)整二氧化硅粉棒的折射率分布。

      S2、提供高純石英管和天然石英套柱,將石英芯棒、高純石英管和天然石英套柱進(jìn)行組裝,使得所述高純石英管套裝于所述石英芯棒上,所述天然石英套柱套裝于所述高純石英管上。

      其中,所述高純石英管采用F300材質(zhì),其中羥基、金屬雜質(zhì)含量均小于1ppm。有效的阻擋了外包層23中金屬雜質(zhì)在高溫拉絲過程中擴(kuò)散至纖芯層10中,進(jìn)而避免光纖性能參數(shù)的惡化。同時(shí),由于采用天然石英層作為外包層,大大降低了生產(chǎn)成本。

      S3、將組裝好的石英芯棒、高純石英管和天然石英套柱進(jìn)行高溫拉絲,得到本實(shí)用新型所述的低損耗光纖。

      其中,所述天然石英套柱采用連融法制備而成。如此,與等離子噴涂法比較,連融法工藝效率高,套柱制備效率大大提升,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢更加明顯。進(jìn)一步地,將組裝好的石英芯棒、高純石英管和天然石英套柱通過在線RIC法進(jìn)行高溫拉絲。

      綜上所述,本實(shí)用新型的低損耗光纖及其生產(chǎn)方法適合規(guī)模化生產(chǎn),且物理包層采用天然石英材質(zhì)的套柱,大大降低了生產(chǎn)成本。此外,本實(shí)用新型的低損耗光纖及其生產(chǎn)方法整體衰減較常規(guī)方法明顯降低,同時(shí)在天然石英套柱和芯棒中間增加一層高純石英管,有效的避免了光纖光學(xué)參數(shù)的惡化。

      對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言,顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié),而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下,能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此,無論從哪一點(diǎn)來看,均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定,因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

      此外,應(yīng)當(dāng)理解,雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述,但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案,說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體,各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合,形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

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