專利名稱：一種大尺寸光纖預制棒及其光纖的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖預制棒及其光纖的制造方法，具體涉及一種大尺寸的彎曲不 敏感低水峰單模光纖預制棒及其光纖制造方法，屬于光纖通信領域。
背景技術：
由于光纖中羥基(-0H)在1360nm 1460nm(E波段)波段范圍內所造成的吸收 峰(通常所說的“水峰”)的存在，使得此通信窗口的使用受到極大的限制。為了實現光纖 的全波通信，必須有效地消除此波段的水峰影響。E波段的通信窗口的成功開通將使得光 纖能夠提供接近400nm寬度的通信波段(即1260nm 1625nm)，此類光纖一般稱為“低水 峰光纖”、“零水峰光纖”或“全波光纖”。在ITU-T G. 652. C/D光纖標準中，明確規(guī)定光纖在 1383士3nm波段處的衰減系數不大于0.4dB/km。此類光纖與粗波分復用(CWDM)技術相結 合，可以提供更大的信息容量和更長的無中繼距離。近年來隨著光纖接入網(FTTx)的發(fā)展，光纖的鋪設越來越接近終端的用戶。在考 慮到光纖在樓內或室內的鋪設時，要求光纖具有良好的抗彎曲性能，包含光纖的光學抗彎 曲性能和機械抗彎曲性能。因為光纖在樓內或室內的鋪設過程中會遇到10mm、7.5mm甚至 5mm這種非常小的彎曲半徑，所以光纖必須具有在極小的彎曲半徑的情況下，產生的附加損 耗很低的性能。在小型化的光器件中，同樣要求光纖在小彎曲半徑下具有低的附加損耗值， 以降低光纖所占的空間。同時需要提高光纖的機械性能，以保證光纖處于長期小彎曲半徑 工作狀態(tài)下的機械可靠性。常規(guī)的G. 652. C/D光纖，其允許的最小彎曲半徑一般為30mm。如果在實際應用中， 光纖的彎曲半徑小于30mm，其產生的附加損耗將明顯增加，通信信號會急劇衰減，最為嚴重 的情況甚至會造成通信的中斷。同時，在同樣的彎曲條件下，光纖的宏彎損耗在長波長會明 顯增加，所以光纖在U波段(1625nm 1675nm)的開通使用也會受到限制。因此需要一種 彎曲不敏感的低水峰光纖來滿足光纖接入網的需求，同時為將來U波段的開通做好準備。 ITU-T于2009年年底發(fā)布了修訂后的第二版G. 657光纖標準，即《接入網使用的彎曲損耗 不敏感的單模光纖和光纜的特性》("Characteristics of a bending loss insensitive single modeoptical fibre and cable for the access network，，)。彎曲不敏感白勺/[氏水 峰單模光纖的開發(fā)將有力地推動光纖接入技術的發(fā)展和光纖接入網的建設。目前出現的彎曲性能得到明顯改善的彎曲不敏感單模光纖，主要通過設計不同于 G. 652光纖的波導結構，來達到降低彎曲損耗的目的。研究表明，采用空氣包層的結構設計，可提高光纖的抗彎曲性能，美國專利 US6771865描述了申請人美國康寧提出的一種具有改進了的彎曲性能的光纖，但由于該類 光纖的制造成本偏高，工藝復雜，光纖接續(xù)困難，不利于推廣使用。美國專利US2009/0290841A1描述了申請人美國OFS提出的一種全固結構的彎曲 不敏感單模光纖及其制造方法，該發(fā)明通過復雜的光纖波導結構的設計，實現光纖的良好 的抗彎曲性能。該發(fā)明的光纖波導結構復雜，而且為了實現復雜的光纖波導結構，其預制棒
4的結構復雜，制造工藝繁瑣，造成制造成本的增加。采用下陷包層設計可以有效提高光纖的抗彎曲性能，在歐洲專利EP1978383A1， 美國專禾Ij US7450807B2,4850968, US7620282B2,中國專利 CN1982929A、CN101055331A、 CN101196593A中均采用了該種設計來實現彎曲不敏感的單模光纖，有效地降低了光纖在小 彎曲半徑下的附加損耗。然而，以上專利均沒有考慮到光纖的小彎曲半徑下的機械可靠性 能，也沒有對光纖的制造方法，特別是光纖預制棒的制造方法進行詳細的描述。當光纖彎曲時，光纖外側必然受到張應力的作用，其應力大小可用下列公式表 示
式中，E為石英玻璃的楊氏模量、R為彎曲半徑、r為光纖的半徑、Cth為涂覆層厚度。 對于玻璃包層直徑為125μπι和外徑為250μπι的光纖，根據公式(1)可以計算光纖在不同 的彎曲半徑下所承受的應力如圖6所示。由圖6可知，當彎曲半徑減小至6. 5mm時，光纖彎 曲外側將承受0.69Gpa(IOOkpsi)的張應力，已達到光纖的常用篩選張力。光纖彎曲引起的 斷裂一方面會發(fā)生在敷設過程中，將引起敷設成本的增加；更嚴重的是發(fā)生在使用過程中， 這是因為光纖在張應力作用下，微裂紋會擴張并最終導致光纖的斷裂，特別是在FTTx的應 用中將大大增加維護成本和影響系統的可靠性。對于光纖的壽命預測，在ITU-T G.657光 纖標準的附錄中已有介紹，光纖的使用壽命與光纖的抗疲勞參數有關，抗疲勞參數越高，在 同等彎曲半徑和存放長度下，光纖的機械可靠性就越高。因而，需要一種機械性能可靠的彎 曲不敏感單模光纖，以滿足接入網的應用需要。一般通過摻氟處理可以實現下陷包層。目前典型的光纖預制棒制造方法有四種 改進的化學氣相沉積法(MCVD)、等離子體化學氣相沉積法(PCVD)、管外氣相沉積法(OVD) 和軸向氣相沉積法(VAD)。其中MCVD和PCVD的方法屬于管內沉積法，如果制造外下陷包 層，因為受到襯管尺寸的限制，預制棒的尺寸一般很難做大(預制棒直徑大于100mm)，中國 公開專利CN 101585658A就是通過增加一個小套管才能實現大尺寸的預制棒。同時管內法 的沉積速率較低。另一方面，PCVD和MCVD等管內法工藝與OVD和VAD等管外沉積法相比較 而言，其優(yōu)勢在于可以實現較深的摻氟，同時摻氟深度的徑向及軸向均勻性好。對于OVD和 VAD工藝，因為其屬于外部沉積法，相比而言，其優(yōu)勢在于沉積速率較高，尺寸不受管材的限 制。但是如果要在沉積芯層和內包層過程中制造摻氟包層，不僅工藝控制上有難度，而且在 燒結過程中由于氟的擴散將很難對折射率剖面進行有效控制，能用于實際生產的方法是先 沉積具有一定厚度包層的芯棒，經脫水燒結后再在玻璃芯棒上沉積摻氟包層，可采用沉積 過程直接摻氟或在燒結中摻氟，美國專利5895515和美國專利4579571中就分別介紹了這 兩種方法，但由于OVD和VAD均屬于火焰(H2/02)水解方法，在玻璃芯棒上沉積摻氟層時，將 不得不直接暴露在氫/氧焰(H2A)2)中，吐/02焰產生的大量羥基會向芯層中擴散致使所拉 光纖水峰衰減的增加，因而需要玻璃芯棒中的包層足夠厚以阻擋羥基向內的擴散。但一旦 包層過厚，形成的摻氟包層因為遠離芯層又起不到提高所拉光纖彎曲性能的作用。而且OVD 和VAD工藝較難實現較深的摻氟，同時摻氟深度的徑向和軸向均勻性都相對較差。在中國公開專利CN101585658A中，需要首先制備尺寸較小的低水峰光纖芯棒，若 采用管內法，則需要使用一根襯管，且需要一臺車床在芯棒沉積完成后再對芯棒進行熔縮，
5同時準備摻氟石英玻璃小套管，然后將光纖芯棒套入小套管中，通過熔縮得到組合芯棒，最 后將組合芯棒進行外包后形成大尺寸預制棒進行拉絲。在此技術方案中，需要一根襯管用 于沉積低水峰芯棒，同時需要對低水峰芯棒進行熔縮、腐蝕、清洗、干燥等處理，對芯棒與小 套管進行熔縮處理等。該大尺寸預制棒需經兩次套接和熔縮形成，不僅加工環(huán)節(jié)多，工藝較 為復雜，而且由于套接界面多，也會影響制作光纖的低水峰性能和抗彎曲性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服上述現有技術存在的不足提供一種大尺寸 光纖預制棒及其光纖的制造方法，它不僅外徑尺寸大，制作功效高，而且可用于制造彎曲附 加損耗小，抗疲勞參數高的低水峰單模光纖；還具有工藝簡單靈活，制造成本低的特點，非 常適合大規(guī)模生產。為方便介紹發(fā)明內容，定義如下術語預制棒是由芯層和包層組成的徑向折射率分布符合光纖設計要求可直接拉制成 所設計光纖的玻璃棒或組合體；芯棒含有芯層和部分包層的預制件；a:光纖芯棒芯層直徑，單位為毫米(mm)；b 光纖芯棒內包層直徑，單位為毫米(mm)；c 光纖芯棒下陷包層直徑，單位為毫米(mm)；d:光纖預制棒的有效直徑，對于實心預制棒即為其外徑，對于RIC預制棒，
，單位為毫米(mm)；襯管管狀的基底管，符合一定幾何要求的摻氟或者純石英玻璃管；套管符合一定幾何要求的純石英玻璃管；相對折射率差
分別為兩種玻璃材料的折射 率，在本發(fā)明中，Iitl為純石英玻璃的折射率；壁厚管狀玻璃材料的單邊的厚度，即壁厚=(外徑_內孔徑)/2，單位為毫米 (mm)；CSA (Cross Section Area)橫截面積,單位為平方毫米(mm2)；OVD工藝用外部氣相沉積和燒結工藝制備所需厚度的石英玻璃；VAD工藝用軸向氣相沉積和燒結工藝制備所需厚度的石英玻璃；APVD工藝用高頻等離子體焰將天然或合成石英粉熔制于芯棒表面制備所需厚 度的石英玻璃；RIC(Rodin Cylinder)工藝將芯棒和套管經過處理包括拉錐、延長、腐蝕、清洗 和干燥等后，將芯棒插入套管中所組成的大尺寸光纖預制棒的制造工藝。裸光纖指光纖中不含涂覆層的玻璃絲。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為將襯管作為基底管，使用PCVD或MCVD工藝進行摻雜沉積，所述的襯管為摻氟 石英玻璃襯管或純石英玻璃襯管；對于純石英玻璃襯管，其外徑為45mm 55mm，壁厚為2mm 4mm ；對于摻氟石英玻璃襯管，內孔孔徑為25mm 40mm，CSA為250mm2 1800mm2， 襯管內界面的相對折射率差Δ31為-0.2% -0. 35%，襯管外界面的相對折射率差Δ32 為-0. 2% -0. 35% ；所述的襯管羥基含量小于或等于0. IOppm ；用PCVD或MCVD工藝進行摻雜沉積，在反應氣體四氯化硅(SiCl4)和氧氣(O2)中， 通入含氟的氣體，引入氟(F)摻雜，通入四氯化鍺(GeCl4),引入鍺(Ge)摻雜，通過微波使襯 管內的反應氣體離子化變成等離子體，并最終以玻璃的形式沉積在襯管內壁，根據所述光 纖波導結構的摻雜要求，通過改變混合氣體中摻雜氣體的流量，依次沉積各包層和芯層；沉積完成后，用電加熱爐將沉積襯管熔縮成實心芯棒；將實心芯棒套入純石英玻璃套管采用RIC工藝制得光纖預制棒，套管的內孔孔徑 與實心芯棒直徑的差值為1. 5mm 4mm ；或者在芯棒上直接沉積純SiO2玻璃外包層制得光 纖預制棒；光纖預制棒的有效直徑d為95mm 205mm。按上述方案，在沉積襯管熔縮成實心芯棒后對實心芯棒進行腐蝕處理，實心芯棒 腐蝕前后的直徑差值達到0. 5mm 4. 5mm。按上述方案，所述的光纖預制棒的芯棒內包層直徑b與芯層直徑a的比值b/a為
1.8 2. 8，芯棒下陷包層直徑c與內包層直徑b之差與芯層直徑的比值(c_b) /a為1. 0
2.8，光纖預制棒的有效直徑d為95mm 205mm，其與光纖芯棒下陷包層直徑c的比值d/c 為3. 5 5。按上述方案，所述的摻氟石英玻璃襯管，其內界面的相對折射率差Δ31與外界面 的相對折射率差A32之間的關系為A31= Δ32，或者Δ31> Δ32，或者Δ31< Δ32，I A31-A32 在0% 0. 之間。按上述方案，所述的襯管羥基含量的進一步要求小于或等于0. 05ppm，再進一步的 要求小于或等于0. 03ppm。按上述方案，對于摻氟石英玻璃襯管，當其CSA小于所設計的芯棒中下陷包層所 在的圓環(huán)面積，在沉積內包層之前，使用PCVD工藝沉積一部分摻氟的下陷包層，使得PCVD 工藝沉積的摻氟下陷包層的CSA與摻氟襯管CSA之和等于所設計的芯棒中下陷包層所在的 圓環(huán)面積，PCVD工藝沉積的摻氟下陷包層的相對折射率差用A3tll來表示，要求A3tll < A31， 且 A301 為-0. 2% -0. 6%。按上述方案，對于純石英玻璃襯管，在沉積內包層之前，使用PCVD工藝沉積全部 的摻氟下陷包層，使得PCVD工藝沉積的摻氟下陷包層的CSA等于所設計的芯棒中下陷包層 所在的圓環(huán)面積，PCVD工藝沉積的摻氟下陷包層的相對折射率差用A3tl2來表示，要求A3tl2 為-0. 2% -0. 6%。按上述方案，所述的直接沉積純SiO2玻璃外包層的方法為OVD或VAD或APVD方 法，對于VAD或OVD方法，芯棒與芯層直徑的比值c/a大于或等于4. 2 ；對于APVD方法，芯 棒與芯層直徑的比值c/a大于或等于3. 5。按上述方案，所述的光纖預制棒芯層的相對折射率差A1為0. 32% 0. 36%，內 包層的相對折射率差Δ2為-0. 07% -0. 02%。本發(fā)明高抗疲勞參數的彎曲不敏感低水峰單模光纖制造方法的技術方案為對于用RIC工藝制備的光纖預制棒，用拉絲爐直接將其拉絲成纖，拉絲過程中，對
7芯棒和套管之間抽真空，其內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa ；或者先在拉伸塔上將純石英玻 璃套管和芯棒熔縮拉伸成小尺寸預制棒，直徑為60mm 100mm，再上拉絲爐拉絲，熔縮拉伸 過程中，對芯棒和套管之間抽真空，其內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa ；拉絲爐的拉絲速度為 1300m/min至1600m/min，拉絲過程中，對裸光纖進行兩層涂料的涂覆，第一次涂覆，所用涂 料的模量為0. SMPa 1. 5MPa，其玻璃化轉變溫度為-55°C _35°C，較小的模量和較低的玻 璃化轉變溫度可以有利于提高光纖的彎曲性能，特別是微彎性能，同時采用特定模量的涂 料，有效阻止裸光纖表面的微裂紋的增長，提高光纖的機械性能。對經過第一次涂覆的光纖 進行第二次涂覆，所用涂料的模量為900MPa llOOMPa，其玻璃化轉變溫度為60°C 80°C， 較高的模量和較高的玻璃化轉變溫度可以使得涂料提供給光纖更好的機械保護，有效阻止 外部環(huán)境和應力對光纖的不利影響。按IEC 60793-1-33，采用兩點彎曲的方法測光纖的抗 疲勞參數值nd值。其中，兩點彎曲的方法接近于實際應用，其結果有利于預估光纖的長期 的最小可彎曲半徑。按上述技術方案制造的光纖的特征在于光纖在1310nm波長的模場直徑在8. 4 μ m 9. 2 μ m之間；光纖在1310nm波長的衰減系數彡0. 344dB/km ；光纖在1383nm波長的衰減系數< 0. 324dB/km ；光纖在1550nm波長的衰減系數< 0. 204dB/km ；光纖在1625nm波長的衰減系數彡0. 214dB/km ；在1625nm波長處，光纖在7. 5mm彎曲半徑一圈的情況下，彎曲附加損耗彡0. 2dB ；在1625nm波長處，光纖在5. Omm彎曲半徑一圈的情況下，彎曲附加損耗彡0. 4dB ；光纖的抗疲勞參數nd值彡27 ；光纖的光纜截止波長< 1260nm ；光纖的零色散波長點在1300nm 1324nm之間；光纖的零色散波長點的斜率彡0. 092pS/nm2*km。本發(fā)明的有益效果在于1·本發(fā)明光纖預制棒的有效直徑d達95mm 205mm， 光纖預制棒由芯棒和套管一次套接而成，或由芯棒直接沉積外包層而成，預制棒結構簡單， 單根預制棒拉絲長度可以達到2000km以上，拉絲速度可達1300m/min以上，從而有效提高 了生產效率，降低了生產成本，本發(fā)明工藝簡單靈活，特別適合于大規(guī)模的生產抗彎曲的低 水峰單模光纖；2.由于光纖預制棒內的芯層部分遠離芯棒與套管之間、或者芯棒與外包沉 積部分之間的界面，足夠的包層厚度可以有效阻擋羥基及雜質向芯層的擴散，有利于降低 水峰處的衰減值以及優(yōu)化光纖的衰減性能，保證光纖的低水峰性能和低衰減性能；3.摻氟 襯管和PCVD沉積工藝可以實現下陷包層的設計，有效降低光纖因彎曲而引起的光損耗，并 且由于預制棒內只存在芯棒表面與套管內壁之間，或者與沉積的外包層之間唯一的一個界 面，因此可以有效降低在界面上形成缺陷的幾率，減小缺陷的數量，加之光纖外層特定模量 涂層的包覆，使得光纖的抗疲勞參數nd值明顯提高，光纖的機械性能和強度得到改善和提 高，光纖的光學抗彎曲性能和機械抗彎曲性能得到進一步優(yōu)化；本發(fā)明的光纖在7. 5mm和 5. Omm彎曲半徑下，在1625nm分別具有0. 2dB/圈和0. 4dB/圈甚至更小的彎曲附加損耗，具 有極低的因彎曲而引起的光損耗，特別適合于光纖在小彎曲半徑下的使用，如應用于光纖 接入網(FTTx)或者小型化的光器件中，同時該光纖保持了與G. 652光纖的兼容。此外，本
8發(fā)明的光纖預制棒的制造方案并不僅僅局限于G. 657光纖，也可用于生產具有摻氟下陷包 層結構的其它類型光纖，例如G. 652光纖或者多模光纖。


圖1 圖5為本發(fā)明的摻氟襯管的折射率剖面示意圖。圖6為光纖彎曲半徑與其引起的張應力之間的關系圖。圖7為本發(fā)明一個實施例的預制棒折射率剖面的示意圖。圖8為本發(fā)明另一個實施例的預制棒折射率剖面的示意圖。圖9為本發(fā)明第三個實施例的預制棒折射率剖面的示意圖。圖10為本發(fā)明采用RIC工藝的預制棒的示意圖。圖中101為芯棒，102為套管， 103為套管的延長管，104為芯棒的延長棒，105為RIC預制棒的堵頭，106為氣壓控制口。圖11為本發(fā)明的芯棒的剖面示意圖之一。圖中111為PCVD沉積的芯層，112為 PCVD沉積的內包層，113為摻氟襯管部分，114為套管部分。圖12為本發(fā)明的芯棒的剖面示意圖之二。圖中121為PCVD沉積的芯層，122為 PCVD沉積的內包層，123為PCVD沉積的部分摻氟下陷包層，124為摻氟襯管部分，125為套
管部分。圖13為本發(fā)明的芯棒的剖面示意圖之三。圖中131為PCVD沉積的芯層，132為 PCVD沉積的內包層，133為PCVD沉積的摻氟下陷包層，134為純石英玻璃襯管部分，135為
套管部分。圖14為本發(fā)明的光纖的微彎損耗的衰減譜。圖15為本發(fā)明的預制棒與光纖的制造工藝流程圖。圖16是本發(fā)明采用OVD和APVD制造外包層時芯棒的c/a與光纖水峰衰減的關系 曲線。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例1 以PCVD工藝制備光纖芯棒，所用的襯管為摻氟襯管，由OVD工藝制備，沉積前對摻 氟襯管進行清洗并充分干燥，將沉積后的摻氟管在電加熱爐中熔縮成實心芯棒，芯棒經腐 蝕、清洗、干燥后采用RIC工藝與高純石英管組裝成RIC工藝預制棒，預制棒的主要參數如 表1所示；將RIC預制棒直接拉絲，采用兩層光纖涂覆材料，拉絲速度為1500m/min，光纖的 絲徑為125士0.7 μ m，控制RIC內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa。所拉光纖的主要性能參數 如表2所示。表1.實施例1的預制棒的基本參數
9 表2.實施例1的所拉光纖的主要性能 在實施例1中，所用摻氟襯管的CSA滿足所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán)的 面積，所以在PCVD沉積時可以直接沉積內包層和芯層。實施例1中，預制棒的折射率剖面示意圖如圖7所示，芯棒的剖面示意圖如圖11 所示。同樣采用PCVD管內法，實施例1與中國公開專利CN 101585658A相比，在玻璃原 材料方面，直接減少了一根襯管的使用量；在設備方面，減少了一次芯棒的熔縮，也就是說 減少了一臺熔縮車床的占用量；在工藝處理方面，減少了對低水峰芯棒的腐蝕、清洗、干燥 等步驟，直接減少了相應的設備、原材料、人工等方面的消耗。同時也優(yōu)化了光纖的衰減性 能、機械性能以及彎曲性能等關等關鍵參數。
實施例2 在OVD或VAD制造外包層沉積過程中，由于用到H2/02焰，因而對芯棒的羥基污 染是明顯的；在采用APVD工藝時，不僅所沉積的玻璃中羥基含量較高，而且環(huán)境中的羥基 也會被吸附在靶棒上并向內擴散；一旦羥基擴散到芯棒的芯層就會引起光纖水峰的增加， 羥基能否向內擴散到芯棒的芯層主要取決于擴散距離和擴散系數。增加擴散距離的方法 就是增加芯棒的c/a值。采用實施例1中的同樣方法制造c/a值不同的芯棒，并分別采用 OVD和APVD工藝制造外包層，制造外徑為145-155mm的預制棒，再拉成光纖，裸光纖直徑為 125 士 0.7μπι，所得光纖的水峰衰耗與c/a的關系如圖16所示。采用本發(fā)明的技術，利用 OVD或APVD工藝制造外包，同樣可獲得滿足ITU-T G. 652. D和G. 657標準的光纖預制棒和 光纖；由于VAD制造外包的工藝和OVD工藝機理一樣，因而對于OVD或VAD外包，需要芯棒 的c/a大于等于4. 2 ；對于APVD外包，需要芯棒的c/a大于等于3. 5。實施例3 以PCVD工藝制備光纖芯棒，所用的襯管為摻氟襯管，由OVD工藝制備，沉積前對摻 氟襯管進行清洗并充分干燥，將沉積后的摻氟管在電加熱爐中熔縮成實心芯棒，芯棒經腐 蝕、清洗、干燥后采用RIC工藝與高純石英管組裝成RIC工藝預制棒，預制棒的主要參數如 表3所示；將RIC預制棒直接拉絲，采用兩層光纖涂覆材料，拉絲速度為1500m/min，光纖的 絲徑為125士0.7 μ m，控制RIC內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa。所拉光纖的主要性能參數 如表4所示。在實施例3中，所用摻氟襯管的CSA小于所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán)的 面積，所以在PCVD工藝沉積內包層和芯層之前需要沉積部分摻氟下陷包層，使得PCVD工藝 沉積的摻氟下陷包層的CSA與摻氟襯管CSA之和等于所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán) 的面積，然后再依次沉積內包層和芯層。實施例3中，預制棒的折射率剖面示意圖如圖8所示，芯棒的剖面示意圖如圖12 所示。表3.實施例3的預制棒的基本參數 表4.實施例3的所拉光纖的主要性能 從實施例3中可以看出，在摻氟襯管的CSA不能滿足所設計的芯棒中下陷包層所 在的圓環(huán)的面積時，完全可以通過PCVD工藝來沉積摻氟下陷包層，使得PCVD工藝沉積的摻 氟下陷包層的CSA與摻氟襯管CSA之和等于所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán)的面積。 根據實施例3中所采用的技術方案制造的光纖，其抗彎曲性能完全可以滿足ITU-T中G. 657 光纖標準中的指標要求。實施例4 以PCVD工藝制備光纖芯棒，所用的襯管為純石英玻璃襯管，由OVD工藝制備，沉 積前對襯管進行清洗并充分干燥。以襯管為基底，使用PCVD工藝依次沉積摻氟下陷包 層、內包層和芯層。將沉積后的襯管在電加熱爐中熔縮成實心芯棒，芯棒經腐蝕、清洗、干 燥后采用RIC工藝與高純石英管組裝成RIC工藝預制棒，預制棒的主要參數如表5所示； 將RIC預制棒直接拉絲，采用兩層光纖涂覆材料，拉絲速度為1500m/min，光纖的絲徑為 125士0. 7 μ m，控制RIC內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa0所拉光纖的主要性能參數如表6所
7J\ ο在實施例4中，通過PCVD工藝沉積摻氟下陷包層，使其CSA等于所設計的芯棒中 下陷包層所在的圓環(huán)的面積，然后再依次沉積內包層和芯層。實施例4中，預制棒的折射率剖面示意圖如圖9所示，芯棒的剖面示意圖如圖13 所示。表5.實施例4的預制棒的基本參數
12 表6.實施例4的所拉光纖的主要性能 在實施例4中，通過使用PCVD工藝沉積摻氟下陷包層，實現芯棒設計的要求，所拉 制光纖的抗彎曲性能同樣完全滿足ITU-T中G. 657光纖標準中的指標要求。實施例1 4的結果表明，按本發(fā)明的技術方案，可以制造直徑大于IOOmm的光纖 預制棒，拉絲速度可以高于1300m/min，所拉光纖完全滿足ITU-T G. 652. D和G. 657標準，光 纖具有低水峰、抗疲勞參數高以及宏彎附加損耗小的特性。
權利要求
一種大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于將襯管作為基底管，使用PCVD或MCVD工藝進行摻雜沉積，所述的襯管為摻氟石英玻璃襯管或純石英玻璃襯管；對于純石英玻璃襯管，其外徑為45mm～55mm，壁厚為2mm～4mm；對于摻氟石英玻璃襯管，內孔孔徑為25mm～40mm，CSA為250mm2～1800mm2，襯管內界面的相對折射率差Δ31為 0.2％～ 0.35％，襯管外界面的相對折射率差Δ32為 0.2％～ 0.35％；所述的襯管羥基含量小于或等于0.10ppm；用PCVD或MCVD工藝進行摻雜沉積，在反應氣體四氯化硅(SiCl4)和氧氣(O2)中，通入含氟的氣體，引入氟(F)摻雜，通入四氯化鍺(GeCl4)，引入鍺(Ge)摻雜，通過微波使襯管內的反應氣體離子化變成等離子體，并最終以玻璃的形式沉積在襯管內壁，根據所述光纖波導結構的摻雜要求，通過改變混合氣體中摻雜氣體的流量，依次沉積各包層和芯層；沉積完成后，用電加熱爐將沉積襯管熔縮成實心芯棒；將實心芯棒套入純石英玻璃套管采用RIC工藝制得光纖預制棒，套管的內孔孔徑與實心芯棒直徑的差值為1.5mm～4mm；或者在芯棒上直接沉積純SiO2玻璃外包層制得光纖預制棒；光纖預制棒的有效直徑d為95mm～205mm。
2.按權利要求1所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于在沉積襯管熔縮成 實心芯棒后對實心芯棒進行腐蝕處理，實心芯棒腐蝕前后的直徑差值達到0. 5mm 4. 5mm ；
3.按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于所述的光纖預 制棒的芯棒內包層直徑b與芯層直徑a的比值b/a為1. 8 2. 8，芯棒下陷包層直徑c與 內包層直徑b之差與芯層直徑的比值(c_b) /a為1. 0 2. 8，光纖預制棒的有效直徑d為 95mm 205mm，其與光纖芯棒下陷包層直徑c的比值d/c為3. 5 5。
4.按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于所述的摻氟 石英玻璃襯管，其內界面的相對折射率差Δ31與外界面的相對折射率差Δ32之間的關系為 A31 = A32，或者 Δ31 > Δ32，或者 Δ31 < Δ 32, I Δ31-Δ32| 在 0% 0· 之間。
5.按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于對于摻氟石英 玻璃襯管，當其CSA小于所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán)面積，在沉積內包層之前，使 用PCVD工藝沉積一部分摻氟的下陷包層，使得PCVD工藝沉積的摻氟下陷包層的CSA與摻 氟襯管CSA之和等于所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán)面積，PCVD工藝沉積的摻氟下陷 包層的相對折射率差用Δ3(11來表示，要求A3tll < Δ 31，且A3tll為-0.2% -0.6%。
6.按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于對于純石英玻 璃襯管，在沉積內包層之前，使用PCVD工藝沉積全部的摻氟下陷包層，使得PCVD工藝沉積 的摻氟下陷包層的CSA等于所設計的芯棒中下陷包層所在的圓環(huán)面積，PCVD工藝沉積的摻 氟下陷包層的相對折射率差用Δ3(12來表示，要求Δ皿為-0.2% -0.6%。
7.按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于所述的直接沉 積純SiO2玻璃外包層的方法為OVD或VAD或APVD方法，對于VAD或OVD方法，芯棒與芯層 直徑的比值c/a大于或等于4. 2 ；對于APVD方法，芯棒與芯層直徑的比值c/a大于或等于 3 · 5 ο
8.按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒的制造方法，其特征在于所述的 光纖預制棒芯層的相對折射率差A1為0.32% 0.36%，內包層的相對折射率差Δ2為-0. 07% -0. 02%。
9.一種按權利要求1或2所述的大尺寸光纖預制棒制造光纖的方法，其特征在于對于 用RIC工藝制備的光纖預制棒，用拉絲爐直接將其拉絲成纖，拉絲過程中，對芯棒和套管之 間抽真空，其內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa;或者先在拉伸塔上將純石英玻璃套管和芯棒 熔縮拉伸成小尺寸預制棒，直徑為60mm 100mm，再上拉絲爐拉絲，熔縮拉伸過程中，對芯 棒和套管之間抽真空，其內壓力為1，OOOpa 10，OOOpa;拉絲爐的拉絲速度為1300m/min 至1600m/min，拉絲過程中，對裸光纖進行兩層涂料的涂覆，第一次涂覆，所用涂料的模量為 0. SMPa 1. 5MPa,其玻璃化轉變溫度為_55°C _35°C，對經過第一次涂覆的光纖進行第二 次涂覆，所用涂料的模量為900MPa llOOMPa，其玻璃化轉變溫度為60V 80°C。
10.按按權利要求9所述的大尺寸光纖預制棒制造光纖的方法，其特征在于所制造的 光纖在1310nm波長的模場直徑在8. 4 μ m 9. 2 μ m之間；光纖在1310nm波長的衰減系數 彡0. 344dB/km ；光纖在1383nm波長的衰減系數彡0. 324dB/km ；光纖在1550nm波長的衰減 系數彡0. 204dB/km ；光纖在1625nm波長的衰減系數彡0. 214dB/km。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大尺寸光纖預制棒及其光纖的制造方法，以摻氟襯管作為基底管沉積各包層和芯層并熔縮成實心芯棒，然后將實心芯棒與套管組成預制棒，或者在實心芯棒表面再沉積外包層部分直接形成芯棒在拉絲塔上進行拉絲。也可以對預制棒或實心棒進行拉伸后再拉絲。拉絲過程中對光纖進行兩層涂料的涂覆，得到高抗疲勞參數的彎曲不敏感的低水峰單模光纖。該制造方法的預制棒尺寸大，單根預制棒拉絲長度長，工藝較簡單，成本較低，非常適合規(guī)模化生產。該方法制造的光纖具有低水峰的特性，同時具有極低的因彎曲而引起的光損耗，而且具有較高的抗疲勞參數，特別適合于光纖在小彎曲半徑下的使用，如應用于光纖接入網(FTTx)或者小型化的光器件中。
文檔編號C03B37/018GK101891380SQ20101022912
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者劉泳濤, 楊晨, 童維軍, 羅杰, 韓慶榮 申請人:長飛光纖光纜有限公司