一种超低损耗大有效面积光纤及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种超低损耗大有效面积光纤及其制备工艺，从内到外依次包括芯层、包层以及涂层，芯层为纯二氧化硅玻璃层，其半径为5~7μm，内包层为掺氟内包层，其半径r2为5~12μm，相对折射率差为‑0.4~‑0.2%，所述中包层半径r3为12~25μm，所述外包层为纯石英玻璃层，其半径r4为25~45μm，涂层材料采用聚丙烯酸酯，包括内涂层以及外涂层，内涂层直径为192μm，外涂层直径为245μm。其制备工艺包括预制棒制备，光纤熔融退火工艺以及光纤拉丝固化工艺。本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术的截止波长，弯曲损耗，色散等综合性能参数在应用波段良好，可以作为超跨越戈壁、深海等恶劣条件的长距离光纤通讯使用，且光纤各层圆度情况良好，保证外形成型圆润，该光纤的应变可达到2%甚至以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤领域，特别涉及一种超低损耗大有效面积光纤及其制备工艺。
技术介绍
光纤强度是超低损耗光纤关键指标之一，主要体现在筛选应变上，普通光纤的应变一般在1%左右来应对来自敷设和热胀冷缩引起的张力，而超低损耗光纤应用在超长距离光通讯链路中，常常需要跨越戈壁、深海等恶劣环境，从考虑敷设或环境温度变化时，所受到的张力相比于普通光缆更大，综合考虑《深海光缆》国家标准、敷设难度和使用寿命等方面，希望超低损耗光纤的应变达到2%甚至以上，能够完全满足光纤成缆和敷设的需要。光纤的强度主要取决于裸光纤表面的微裂纹。光纤中为微裂纹主要来自拉丝炉内的杂质粒子。杂质粒子附着在光纤表面，在冷却过程中，形成裂纹和应力集中，光纤表面裂纹受大气环境中水分子作用而逐渐侵蚀，导致硅氧四面体结构被破坏，硅氧键的断裂会扩大微裂纹的范围，影响光纤强度。拉丝炉长期工作后，炉内石墨件表面发生少量氧化使拉丝炉炉体表面变得粗糙，预制棒在高温下产生少量二氧化硅升华与拉丝炉炉体内表面反应生成坚硬的碳化硅微粒，并随炉内气流的影响在炉内漂浮。减少光纤拉丝炉内灰尘对光纤的影响。光纤衰减系数除了受限于预制棒的制备过程，同时也受石英玻璃假想温度的影响。当石英光纤从软化温度降低到假想温度时，石英玻璃内部结构向平衡态转化。当石英温度低于假想温度后，光纤内部结构就被定型，很难再改变。如果光纤在到达假想温度时没有充分释放内应力，那么光纤由密度不均造成的瑞利散射则会显著影响光纤的衰减系数。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种超低损耗大有效面积光纤及其制备工艺。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种超低损耗大有效面积光纤，其创新点在于：从内到外依次包括芯层、包层以及涂层，其特征在于：所述芯层为纯二氧化硅玻璃层，其半径为5~7μm，其不圆度为1.5%，所述包层包括内包层、中包层以及外包层，所述内包层为掺氟内包层，其半径r2为5~12μm，相对折射率差为-0.4~-0.2%，所述中包层半径r3为12~25μm,所述外包层为纯石英玻璃层，其半径r4为25~45μm，该包层整体不圆度为0.2%，所述涂层材料采用聚丙烯酸酯，包括内涂层以及外涂层，所述内涂层直径为192μm，其不圆度为0.6%，所述外涂层直径为245μm，其不圆度为0.8%。进一步的，所述光纤在1550nm处的衰减系数小于等于0.165dB/km，在1625处的衰减系数小于等于0.19dB/km。进一步的，所述光纤在1550nm处的不连续性小于等于0.05dB。进一步的，所述光纤在1550nm处的模场直径为11.9~13.9μm，模场面积大于等于110μm2。进一步的，所述光纤在1550nm处的色散斜率小于等于0.07ps/nm2*km，色散系数小于等于22ps/nm*km。进一步的，所述光纤在温度20~28之内，相对湿度在40%~60%之内，光纤抗疲劳参数大于25。本专利技术的另一种技术方案为：一种超低损耗大有效面积光纤的制备工艺，步骤如下：（1）预制棒制备：采用VAD+MCVD+OVD工艺，其中VAD工艺沉积芯棒，实现芯棒的快速沉积，显著降低光纤衰减；MCVD工艺实现包层折射率的下陷结构，采用OVD工艺沉积外包层，沉积速率高，有效降低生产成本；（2）光纤熔融退火工艺：预制棒从拉丝炉炉顶进入拉丝炉，拉丝炉炉体内部的温度设定为2000~2200℃，预制棒在拉丝炉炉体内熔融拉丝，牵引速度大于2000m/min，拉丝炉内的参数实时反馈给控制单元；炉顶气盘上的进气孔供应惰性气体进入拉丝炉；风向倾斜向下的进风孔能减小炉灰与光纤接触的几率；风向竖直向下的进气孔，吹扫拉丝炉炉体内壁，防止炉灰沉积在拉丝炉炉体；退火管中采用多孔分散式排气方式，漏斗形的设计有效防止炉灰沉积影响光纤强度，排出的炉灰通过软管连接至炉灰回收装置；光纤在退火管出口温度为1730°；光纤进入保温退火炉，保温退火炉中的每个加热元件由控制单元独立控制，每个加热元件的温度为900~1300℃，加热元件的温度自动反馈给控制单元；在退火保温炉内形成800~1200℃的梯度温场，光纤在保温退火炉内逐渐降温，基本释放内应力；（3）光纤涂覆固化工艺：光纤进入涂覆机进行涂层后，随即进入紫外光固化炉，环境温度20~28℃，环境湿度40~60%，紫外光固化炉功率控制在70~95%，紫外光固化炉内使用抽风系统，将光纤表面涂层固化挥发物抽出，并抽走有害气体，温度探测仪检测到紫外光固化炉内的温度，同时将温度反馈至控制单元，固化抽风管道中的风速检测仪检测到的风速流量也反馈至控制单元，如果紫外光固化炉内温度及固化抽风管道中的风速流量全部在设定范围内，则光纤正常生产；如果反馈至控制单元的紫外光固化炉内的温度波动，且固化抽风管道中的风速流量也产生对应的波动，则控制单元 将控制调节自动调节阀门，改变抽风效果，若调节无效，或波动异常，则对外提示对设备进行保养维修；固化后的光纤经过筛选工序，即可完成加工。进一步的，所述拉丝炉自上而下包括同轴设置的炉顶气盘、拉丝炉炉体以及下端退火管，所述炉顶气盘为竖直设置的环形结构，其侧壁上具有若干圈环布的进气孔，所述炉顶气盘侧面上具有一路或者两路向下送风的进气孔，其余进气孔皆平行设置，送风风向与竖直方向呈15~45°夹角；所述拉丝炉炉体为一柱体，其内部具有容纳预制棒加热拉丝的中空孔，所述退火管设置在拉丝炉炉体下端。进一步的，所述退火保温炉具有上下同轴设置的两个，其内部皆包括上下两组独立的加热元件，且两组加热元件分别由独立电源控制线控制，并与控制单元A电连接。进一步的，所述紫外光固化炉上设置有抽风系统，所述抽风系统包括抽风管道、检测装置以及控制单元B,所述检测装置包括安装在紫外光固化炉中的温度探测仪、安装在固化抽风管道内的风速检测仪以及自动调节阀门，所述控制单元B与检测装置电连接。本专利技术的优点在于：（1）本专利技术的截止波长，弯曲损耗，色散等综合性能参数在应用波段良好，可以作为超跨越戈壁、深海等恶劣条件的长距离光纤通讯使用，该光纤的应变可达到2%甚至以上；合理的光纤掺氟包层设计，结合芯层和各包层的合理设计，使得该光纤具有较大的有效面积；在拉丝制备过程中，光纤的圆度保持较好，表面基本无杂质割伤，其强度和抗疲劳参数能够达到恶劣环境的要求，连续使用25年以上；（2）拉丝炉炉顶气盘上设置有多路进气孔，竖直向下的进气孔可以防止拉丝炉炉体内壁沾染附着炉灰，倾斜设置的进气孔可以阻隔炉灰在光纤表面附着，防止其在冷却过程中形成裂纹和应力集中，保证了光纤的强度，使其能够满足恶劣环境的考验；（3）将保温退火炉原先的单一发热元件改为独立的上下两组加热元件，并且通过独立电源控制线对其分别进行控制；并通过数据线与拉丝炉相连，实现远程控制，设置合适的加热元件长度和加热元件之间的距离，每个加热元件皆独立控制，达到保温退火炉内的全覆盖，保证在工作时各个位置实际温度与设置温度相同，光纤在该保温退火炉内的内应力基本得到释放，很好的保证了光纤的衰减系数在理想范围内；（4）紫外光固化炉可以在线监控抽风情况，并且自动进行抽风调节。具体实施方式在高速大容量DWDM（密集波分复用）系统中，传统的G.652D光纤以及超低损耗光纤由于非线性效应，传输距离受到限制。随着各种新型编码方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低损耗大有效面积光纤，从内到外依次包括芯层、包层以及涂层，其特征在于：所述芯层为纯二氧化硅玻璃层，其半径为5~7μm，其不圆度为1.5%，所述包层包括内包层、中包层以及外包层，所述内包层为掺氟内包层，其半径r2为5~12μm，相对折射率差为‑0.4~‑0.2%，所述中包层半径r3为12~25μm,所述外包层为纯石英玻璃层，其半径r4为25~45μm，该包层整体不圆度为0.2%，所述涂层材料采用聚丙烯酸酯，包括内涂层以及外涂层，所述内涂层直径为192μm，其不圆度为0.6%，所述外涂层直径为245μm，其不圆度为0.8%。

【技术特征摘要】
1.一种超低损耗大有效面积光纤，从内到外依次包括芯层、包层以及涂层，其特征在于：所述芯层为纯二氧化硅玻璃层，其半径为5~7μm，其不圆度为1.5%，所述包层包括内包层、中包层以及外包层，所述内包层为掺氟内包层，其半径r2为5~12μm，相对折射率差为-0.4~-0.2%，所述中包层半径r3为12~25μm,所述外包层为纯石英玻璃层，其半径r4为25~45μm，该包层整体不圆度为0.2%，所述涂层材料采用聚丙烯酸酯，包括内涂层以及外涂层，所述内涂层直径为192μm，其不圆度为0.6%，所述外涂层直径为245μm，其不圆度为0.8%。2.根据权利要求1所述的一种超低损耗大有效面积光纤，其特征在于：所述光纤在1550nm处的衰减系数小于等于0.165dB/km，在1625处的衰减系数小于等于0.19dB/km。3.根据权利要求1所述的一种超低损耗大有效面积光纤，其特征在于：所述光纤在1550nm处的不连续性小于等于0.05dB。4.根据权利要求1所述的一种超低损耗大有效面积光纤，其特征在于：所述光纤在1550nm处的模场直径为11.9~13.9μm，模场面积大于等于110μm2。5.根据权利要求1所述的一种超低损耗大有效面积光纤，其特征在于：所述光纤在1550nm处的色散斜率小于等于0.07ps/nm2*km，色散系数小于等于22ps/nm*km。6.根据权利要求1所述的一种超低损耗大有效面积光纤，其特征在于：所述光纤在温度为20~28℃之内，相对湿度在40%~60%之内，光纤抗疲劳参数大于25。7.一种超低损耗大有效面积光纤的制备工艺，其特征在于：步骤如下：（1）预制棒制备：采用VAD+MCVD+OVD工艺，其中VAD工艺沉积芯棒，实现芯棒的快速沉积，显著降低光纤衰减；MCVD工艺实现包层折射率的下陷结构，采用OVD工艺沉积外包层，沉积速率高，有效降低生产成本；（2）光纤熔融退火工艺：预制棒从拉丝炉炉顶进入拉丝炉，拉丝炉炉体内部的温度设定为2000~2200℃，预制棒在拉丝炉炉体内熔融拉丝，牵引速度大于2000m/min，拉丝炉内的参数实时反馈给控制单元；炉顶气盘上的进气孔供应惰性气体进入拉丝炉；风向倾斜向下的进风孔能减小炉灰与光纤接触的几率；风向竖直向下的进气孔，吹扫拉丝炉炉体内壁，防止炉灰沉积在拉丝炉炉体；退火...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹珊珊，刘志忠，沈一春，朱晓邢，王震，张海涛，徐海涛，胡继刚，苏海燕，
申请(专利权)人：中天科技光纤有限公司，中天科技精密材料有限公司，江苏中天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32