專利名稱：一種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一歩普及，視頻以及其他高帶寬應(yīng)用對(duì)包括無(wú)線寬帶在內(nèi)的寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展都具有巨大的促進(jìn)作用，市場(chǎng)對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)的需求持續(xù)增長(zhǎng)。在光纖骨干網(wǎng)建設(shè)基本就緒的背景下，為滿足寬帶市場(chǎng)以及3G建設(shè)的需求，近幾年，運(yùn)營(yíng)商都把光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)放在光纖城域網(wǎng)和光纖接入網(wǎng)上。運(yùn)營(yíng)商也紛紛推出自己的寬帶發(fā) 展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)FTTx的建設(shè)，這一方面帶動(dòng)了我國(guó)光纖光纜需求的持續(xù)增長(zhǎng)，另一方面也對(duì)光纖光纜性能提出了更高的要求，市場(chǎng)對(duì)適合城域網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展的新型光纖的需求呈不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。彎曲不敏感光纖光纜要求具有與普通G. 652光纖不同的傳輸特性，特別要求光纖在極小的彎曲半徑下，產(chǎn)生的附加損耗很小的性能。市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)Heavy Reading日前發(fā)表的題為“FTTH在全世界的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展”的報(bào)告預(yù)計(jì)，到2012年全球5%的家庭將實(shí)現(xiàn)FTTH, FTTH用戶總數(shù)有望從2000萬(wàn)增至9000萬(wàn)。對(duì)于單模光纖，模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)對(duì)光纖的宏彎損耗起主要作用，可用MAC值來(lái)衡量光纖的彎曲性能，其中=MAC定義為模場(chǎng)直徑與截止波長(zhǎng)的比值。MAC越小，則光纖的彎曲不敏感性能越好。顯然，降低模場(chǎng)直徑、增大截止波長(zhǎng)能達(dá)到降低MAC的目的，所以需要在模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)兩個(gè)參數(shù)上做出平衡，以滿足實(shí)際使用需要。研究表明，采用雙包層下陷型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(圖I)在降低光纖截止波長(zhǎng)的同時(shí)可提高光纖的彎曲不敏感性能，而且光學(xué)部分可維持G. 652光纖的設(shè)計(jì)，因而為當(dāng)前G. 657光纖的較優(yōu)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)發(fā)明專利ZL200410061392.9公開(kāi)了ー種彎曲不敏感光纖及其制備方法，采用PCVDエ藝制備光纖預(yù)制棒，但其エ藝要求需分別制造五個(gè)包層，因此折射率剖面難以控制，而且在熔縮過(guò)程中需通入大氣臭氧層的破壞元兇氟利昂氣體，目前已被禁止生產(chǎn)和使用，同時(shí)采用PCVDエ藝制備的光纖預(yù)制棒尺寸較小，拉絲效率較低。國(guó)內(nèi)發(fā)明專利ZL200910062855. 6公開(kāi)了ー種單模光纖及其制造方法，只是提到了ー種彎曲不敏感光纖的設(shè)計(jì)方法，而沒(méi)有具體提及光纖預(yù)制棒的制造方法，其制棒エ藝要求較高，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中難以實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的裝置，該裝置包括沉積設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備，沉積設(shè)備包括芯層噴燈、芯層內(nèi)包層噴燈、芯層外包層噴燈，用于將初始靶棒沉積為芯棒松散體，其中芯棒松散體包括芯層、芯層內(nèi)包層、芯層外包層；燒結(jié)設(shè)備包括加熱爐、進(jìn)氣口和排氣ロ，用于將芯棒松散體燒結(jié)為具有內(nèi)包層的玻璃芯棒；對(duì)上述制備的玻璃芯棒沉積外包層，再通過(guò)脫水燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒，或者將上述制備的玻璃芯棒插入純石英套管中組裝好光纖預(yù)制棒。
進(jìn)ー步，所述的芯層通過(guò)摻鍺控制其相對(duì)折射率差A(yù)1在0.419Γ0.50%之間；所述芯層內(nèi)包層在沉積過(guò)程中通過(guò)摻鍺控制其相對(duì)折射率差A(yù)2在O. 259Γ0. 35%之間；所述的芯層外包層是在沉積過(guò)程中通過(guò)摻氟控制其相對(duì)折射率差Λ 3在-O. 059Γ-0. 20%之間；所述的內(nèi)包層是在脫水燒結(jié)過(guò)程中摻氟控制其相對(duì)折射率差Λ 4在-O. 029Γ-0. 07%之間；所述的外包層是純Si02玻璃。進(jìn)ー步，所述芯層噴燈將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至初始靶棒的端面附近，最終沉積在初始靶棒端面上，由此形成芯棒松散體的芯層。
進(jìn)ー步，所述芯棒松散體中的芯層內(nèi)包層也是芯層內(nèi)包層噴燈將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至芯層端面附近，最終沉積在芯層端面上形成的一層摻鍺的SiO2疏松體。進(jìn)ー步，所述芯棒松散體中的芯層外包層是芯層外包層噴燈通過(guò)摻雜CF4的SiCl4將生成摻氟的SiO2微粒沉積在芯層內(nèi)包層表面上而形成的疏松體。進(jìn)ー步，在沉積設(shè)備中，初始靶棒由伺服電機(jī)緩慢提升并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，提升速率與沉積速率相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分鐘，提速為O. 85毫米/分鐘。本發(fā)明還提供了ー種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的方法，該方法包括步驟(I)芯層噴燈(6)將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至初始靶棒的端面附近，最終沉積在初始靶棒端面上，由此形成芯棒松散體的芯層，芯層相對(duì)折射率差Λ i在O. 419ΓΟ. 50%之間；步驟(2)芯層內(nèi)包層噴燈(7)將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至芯層端面附近，最終沉積在芯層端面上形成的一層摻鍺的SiO2疏松體，形成芯層內(nèi)包層，芯層內(nèi)包層相對(duì)折射率差A(yù)2在O. 25% O. 35%之間;步驟(3)芯層外包層噴燈(8)通過(guò)摻雜CF4的SiCl4將生成摻氟的SiO2微粒沉積在芯層內(nèi)包層表面上而形成的疏松體，從而形成芯層外包層，芯層外包層相對(duì)折射率差Λ 3在-O. 059Γ-0. 20%之間；步驟(4)將上述形成的芯棒松散體，放在燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行脫水燒結(jié)，形成內(nèi)包層，控制其相對(duì)折射率差在-O. 029Γ-0. 07%之間；步驟
(5)對(duì)形成了內(nèi)包層的玻璃芯棒沉積外包層，再通過(guò)脫水燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒。進(jìn)ー步，在本發(fā)明方法中還可以通過(guò)RIC方法將上述制備的玻璃芯棒插入純SiO2套管中組裝好光纖預(yù)制棒。進(jìn)ー步，在步驟(4)脫水燒結(jié)中，燒結(jié)設(shè)備的進(jìn)氣ロ分別通入氯氣、四氟化碳和氦氣的混合氣體，氯氣流量控制在O. 2^2. O 1/mim,四氟化碳流量控制在10(Tl000 ml/min，氦氣流量控制在1(T40 1/min，脫水溫度控制在1000 1350で，大約脫水2飛h。進(jìn)ー步，初始靶棒由伺服電機(jī)緩慢提升并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，提升速率與沉積速率相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分鐘，提速為O. 85毫米/分鐘。采用該發(fā)明方法制備的光纖預(yù)制棒，采用沉積、燒結(jié)分步降低折射率的エ藝，完成了雙包層下陷型折射率剖面的設(shè)計(jì)。其制造設(shè)備、生產(chǎn)エ藝簡(jiǎn)單合理，制備成本和風(fēng)險(xiǎn)降到最低，所生產(chǎn)的光纖，參數(shù)完全符合ITU-T G. 657標(biāo)準(zhǔn)，兼具優(yōu)異的彎曲不敏感、以及低水峰吸收損耗的特性，且與常規(guī)光纖熔接時(shí)具有低的熔接損耗以及可靠的機(jī)械性能。


圖I為本發(fā)明的雙包層下陷型的光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，其中，I為芯層，2為芯層內(nèi)包層，3為芯層外包層，4為內(nèi)包層，5為純SiO2外包層。
圖2為本發(fā)明的沉積設(shè)備圖，其中，6為芯層噴燈，7為芯層內(nèi)包層噴燈，8為芯層外包層噴燈，9為芯棒松散體。圖3為本發(fā)明的燒結(jié)設(shè)備圖，其中，10為爐芯管，11為加熱爐，12為玻璃芯棒，13為進(jìn)氣ロ，14為排氣ロ。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說(shuō)明書附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說(shuō)明。本發(fā)明的目的是提供ー種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的裝置及方法。本發(fā)明提供了ー種新型的大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的制備方法，采用雙下陷外包層設(shè)計(jì)，其制備エ藝簡(jiǎn)單，材料組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，在保證優(yōu)異的彎曲不敏感性能的同時(shí)，同時(shí)具有很高的機(jī)械可靠性，提高了光纖的彎曲不敏感性能及其使用壽命。為方便介紹本發(fā)明內(nèi)容，定義部分術(shù)語(yǔ)
光纖預(yù)制棒制備光纖的母材，是由芯層和包層組成的徑向折射率分布符合光纖設(shè)計(jì)要求可直接拉制成設(shè)計(jì)光纖的玻璃棒或組合體。芯棒松散體含有芯層或者部分包層的玻璃體。折射率剖面光纖或者光纖預(yù)制棒玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系。相對(duì)折射率差
權(quán)利要求
1.一種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的裝置，該裝置包括沉積設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備，其特征在于 沉積設(shè)備包括芯層噴燈(6)、芯層內(nèi)包層噴燈(7)、芯層外包層噴燈(8)，沉積設(shè)備用于將初始靶棒沉積為芯棒松散體，其中芯棒松散體包括有芯層、芯層內(nèi)包層、芯層外包層；燒結(jié)設(shè)備包括加熱爐(11 )、進(jìn)氣口( 13)和排氣口( 14)，燒結(jié)設(shè)備用于將芯棒松散體燒結(jié)為具有內(nèi)包層的玻璃芯棒； 對(duì)上述制備的玻璃芯棒沉積外包層，再通過(guò)脫水燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒，或者將上述制備的玻璃芯棒插入純石英套管中組裝好光纖預(yù)制棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于 所述的芯層通過(guò)摻鍺控制其相對(duì)折射率差A(yù)1在0. 419TO. 50%之間； 所述芯層內(nèi)包層在沉積過(guò)程中通過(guò)摻鍺控制其相對(duì)折射率差A(yù)2在0. 259T0. 35%之間； 所述的芯層外包層是在沉積過(guò)程中通過(guò)摻氟控制其相對(duì)折射率差A(yù) 3在-0. 05% -0. 20% 之間； 所述的內(nèi)包層是在脫水燒結(jié)過(guò)程中摻氟控制其相對(duì)折射率差八4在-0. 029T-0. 07%之間；所述的外包層是純Si02玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于 芯層噴燈(6)將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至初始靶棒的端面附近，最終沉積在初始靶棒端面上，由此形成芯棒松散體的芯層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于 所述芯棒松散體中的芯層內(nèi)包層也是芯層內(nèi)包層噴燈(7)將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至芯層端面附近，最終沉積在芯層端面上形成的一層摻鍺的SiO2疏松體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于 所述芯棒松散體中的芯層外包層是芯層外包層噴燈(8)通過(guò)摻雜CF4的SiCl4將生成摻氟的SiO2微粒沉積在芯層內(nèi)包層表面上而形成的疏松體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于在沉積設(shè)備中，初始靶棒由伺服電機(jī)緩慢提升并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，提升速率與沉積速率相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分鐘，提速為0. 85暈米/分鐘。
7.—種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于該方法包括 步驟(I)芯層噴燈(6)將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至初始靶棒的端面附近，最終沉積在初始靶棒端面上，由此形成芯棒松散體的芯層，芯層相對(duì)折射率差A(yù)1在0.41% 0. 50% 之間； 步驟(2)芯層內(nèi)包層噴燈(7)將生成的SiO2和GeO2微粒由火焰送至芯層端面附近，最終沉積在芯層端面上形成的一層摻鍺的SiO2疏松體，形成芯層內(nèi)包層，芯層內(nèi)包層相對(duì)折射率差A(yù) 2在0. 25% 0. 35%之間； 步驟(3)芯層外包層噴燈(8)通過(guò)摻雜CF4的SiCl4將生成摻氟的SiO2微粒沉積在芯層內(nèi)包層表面上而形成的疏松體，從而形成芯層外包層，芯層外包層相對(duì)折射率差A(yù) 3在-0. 05% -0. 20% 之間； 步驟(4)將上述形成的芯棒松散體，放在燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行脫水燒結(jié)，形成內(nèi)包層，控制其相對(duì)折射率差在-0. 029T-0. 07%之間； 步驟(5)對(duì)形成了內(nèi)包層的玻璃芯棒沉積外包層，再通過(guò)脫水燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于 還可以通過(guò)RIC方法將上述制備的玻璃芯棒插入純SiO2套管中組裝好光纖預(yù)制棒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于 在步驟(4)脫水燒結(jié)中，燒結(jié)設(shè)備的進(jìn)氣口分別通入氯氣、四氟化碳和氦氣的混合氣體，氯氣流量控制在0.2 2.0 1/mim，四氟化碳流量控制在10(Tl000 ml/min，氦氣流量控制·在10 40 1/min，脫水溫度控制在100(Tl35(rC，大約脫水2 6 h。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于初始靶棒由伺服電機(jī)緩慢提升并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，提升速率與沉積速率相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分鐘，提速為0. 85毫米/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造大尺寸彎曲不敏感光纖預(yù)制棒的裝置及方法，該裝置包括沉積設(shè)備和燒結(jié)設(shè)備，制備的光纖預(yù)制棒包括芯層、芯層內(nèi)包層、芯層外包層、內(nèi)包層、純二氧化硅包層。采用本發(fā)明的制造裝置和方法，設(shè)備工藝簡(jiǎn)單合理，制備成本和風(fēng)險(xiǎn)降到最低，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C03B37/018GK102730961SQ20121024397
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者張建波, 李曉東, 柳錦煒, 沈震強(qiáng), 肖華, 錢建林, 陸學(xué)剛, 馬建強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇亨通光電股份有限公司