一种单模光纤及其制备方法技术

一种单模光纤及其制备方法，裸光纤包括芯层和包层，芯层包括第一芯层、第二芯层、内包层，第一芯层相对折射率差值为0.2％≤Δ

【技术实现步骤摘要】
一种单模光纤及其制备方法
本专利技术涉及一种单模光纤及其制备方法。
技术介绍
众所周知，随着光纤通信技术的快速发展，现有的常规G.652光纤已无法满足400G甚至1T等高速光通信干线传输，长途骨干网建设不断向超长距离、超高速率和超大容量方向发展。作为光纤信号传输的主要指标和症候所在，降低光纤损耗和增大有效面积被业界普遍认为是提高光纤传输容量和增加传输距离的关键因素。目前，业内用于制备低损耗、大有效面积光纤时，大多采用VAD法、PCVD法制作芯棒，而VAD法制作的光纤折射率较难控制，PCVD法由于受衬管尺寸的影响无法提高单根产能。而在调研中发现，通过外部气相沉积法(OVD)制作掺氟芯棒鲜有报道。针对通信光纤的衰减，除SiO2的本征吸收外，掺杂GeO2的吸收和散射是通信光纤衰减的最主要来源，减少芯层GeO2含量是降低光纤衰减的有效手段和主要方向，于此同时，通过合理配比光纤芯层和包层的粘度、降低光纤内应力、较少界面缺陷、降低瑞利散射等因素，来降低光纤衰减。中国专利ZL201310409732公开了一种利用纯硅芯方案制备低损耗光纤的方法，但此方法由于采用纯硅芯设计，芯层与包层粘度匹配难度极大，径向折射率均匀性较差，且采用PCVD管内法制备，工艺复杂且对光纤拉丝要求极高，不利于实现批量化生产。201510355895.5公开了一种锗氟共掺芯子下制备低损耗大有效面积高强度单模光纤的方法，虽然采用VAD法制备芯棒，但折射率剖面设计非常复杂，步骤繁琐，不利于大批量规模生产。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的以上问题，开发设计了一种低损耗大有效面积高强度单模光纤，以及通过外部气相沉积法(OVD)制备该光纤芯棒的方法，利用OVD工艺制备芯棒，在沉积过程中在各层掺入掺杂元素控制芯棒折射率及粘度，来实现芯包粘度的合理配置，通过多次退火工艺，有效降低光纤内部应力和消除残余应力。此外，本申请进一步设计了采用两级套管与制备的芯棒在线组装拉丝的方法，在拉丝过程中进行多次光纤退火，在光纤表面内涂低模量、外涂高模量的涂层，制备低损耗大有效面积高强度光纤。此方法简单，芯棒可根据需求进行粘度调整，无需采用纯硅芯方案来降低光纤衰减，有利于规模化生产。本专利技术实现上述目的所采用的技术方案为：一种单模光纤，包括第一芯层，截面为圆形，材料为石英基的掺锗材料，半径为R1，折射率为n1，相对于纯石英折射率差值为Δ1＝0.20％～0.35％；所述第一芯层外侧为第二芯层，材料为石英基的掺磷材料，截面为环形，半径为R2，折射率为n2，相对于纯石英折射率差值Δ2＝0.15％～0.25％；所述第二芯层外侧为内包层，材料为石英基的掺氟材料，截面为环形，半径为R3，折射率为n3，相对于纯石英折射率差值Δ3＝-0.12％～0；所述第一芯层、第二芯层和内包层共同构成光纤的芯棒，其中，第二芯层与内包层的高温粘度匹配：在1900℃～2060℃范围的粘度比值为1～1.3；所述内包层外侧为凹陷包层，材料为石英基的掺氟材料，截面为环形，半径为R4，折射率为n4，相对于纯石英折射率差值Δ4＝-0.40％～-0.28％；所述凹陷包层外侧为外包层，材料为纯石英材料，半径为R5，折射率为n5，相对于纯石英折射率差值Δ5＝0～0.02％。上述相对折射率(Δi)：Δi＝(ni2-n02)/ni2*100％，其中ni为第i层光纤材料的折射率，i为整数；n0为纯石英折射率。优选地，所述第二芯层与内包层在1900℃～2060℃范围的粘度比值为1.1～1.15。优选地，所述第一芯层半径R1为3.5μm～5.5μm，第二芯层半径R2为5.0～7μm，内包层半径R3为24μm～36μm，所述芯棒的包芯比为4.5～6，所述凹陷包层半径R4为40μm～50μm，外包层半径R5为60μm～62.5μm。上述芯棒的包芯比：内包层直径与芯层直径的比值。优选地，所述第一芯层中掺杂的锗占所述芯棒总质量的3％～10％；所述第二芯层中掺杂的磷占所述芯棒总质量的1～3％，所述内包层中氟的掺杂浓度不高于1200ppm。可选地，光纤的折射率剖面上，所述第一芯层的折射率为平顶分布或尖顶分布。可选地，在所述外包层外侧还涂覆有内涂层和外涂层，内涂层模量低于0.5Mpa，外涂层模量高于1000Mpa，涂层为聚丙烯酸酯类涂料。本申请还要提供上述单模光纤的制备方法，包括如下步骤1)在OVD沉积车床上在水平横向设置的靶棒正下方设置垂直喷灯，在靶棒轴向两侧分别设置倾斜喷灯，所述倾斜喷灯的喷射方向与靶棒轴向呈夹角；2)将硅源和锗源通入垂直喷灯，在靶棒外沉积第一芯层疏松体，沉积结束后，开启倾斜喷灯将第一芯层疏松体烧结成致密的第一芯层；3)先开启垂直喷灯，通入硅源，在第一芯层外先沉积二氧化硅，然后关闭垂直喷灯，开启倾斜喷灯，通入硅源和磷源，沉积掺磷的第二芯层疏松体，沉积结束后，开启倾斜喷灯将第二芯层疏松体烧结成致密的第二芯层，并控制第二芯层的烧结密度低于第一芯层的烧结密度；4)先开启垂直喷灯，通入硅源，在第二芯层外先沉积二氧化硅，然后开启倾斜喷灯，通入硅源和氟源，与工作中的垂直喷灯一起沉积掺氟的内包层疏松体，完成沉积后取出靶棒；5)将步骤4)得到的芯棒置入脱水炉，炉中通入He和Cl2对内包层疏松体脱水；脱水结束后，在1500～1650℃温度范围内烧结成透明母棒；6)对透明母棒退火，延伸为子棒，对子棒进行校直、抛光，再进行一次退火，得到透明芯棒，将透明芯棒套入掺氟套管内，熔缩形成组合芯棒，再将组合芯棒塞入纯石英套管内，在拉丝炉内熔融拉丝成石英光纤；7)对石英光纤进行退火；8)表面涂覆。与现有技术相比，本申请具有如下优点(一)本专利技术的单模光纤具有低损耗大有效面积高强度的优点：(1)光纤在1550nm波长衰减值≤0.175dB/km，衰减典型值为0.170dB/km。(2)在上述单模光纤制备方法的基础上，低损耗大有效面积高强度单模光纤的基模光功率分布为平顶分布，该单模光纤在1550nm波长的有效面积为110～140um2。(3)该单模光纤在30mm弯曲半径下卷绕100圈时，在1625nm波长处的宏弯损耗≤0.1dB，优选的宏弯损耗值为≤0.03dB。(二)单模光纤的制备：通过外部气相沉积的方式分别沉积第一芯层、第二芯层和内包层共同组成芯棒部分，第一芯层掺杂锗、第二芯层掺杂磷、内包层掺杂氟，三种掺杂元素分别通过沉积喷灯氢氧焰喷射的方式进入设计区域，芯棒外配有凹陷包层和高硬度纯石英外包层，制备过程中经过粘度匹配和多次退火。(1)在第二芯层中掺杂P元素，有效降低石英玻璃粘度，原因是P氧化成P2O5破坏了玻璃内部结构，一方面可以降低粘度，一方面可以提升折射率，有效降低光纤假想温度和瑞利散射系数，进一步降低光纤衰减。这是因为，P有效提高芯层与内包层的粘度匹配值，使二氧化硅的网状结构得到松弛，平衡芯层的结构弛预时间与内包层的结构弛预时间差，减少芯层中心位置应力失配，降低因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单模光纤的制备方法，其特征在于：包括如下步骤/n1)在OVD沉积车床上在水平横向设置的靶棒正下方设置垂直喷灯，在靶棒轴向两侧分别设置倾斜喷灯，所述倾斜喷灯的喷射方向与靶棒轴向呈夹角；/n2)将硅源和锗源通入垂直喷灯，在靶棒外沉积第一芯层疏松体，沉积结束后，开启倾斜喷灯将第一芯层疏松体烧结成致密的第一芯层；/n3)先开启垂直喷灯，通入硅源，在第一芯层外先沉积二氧化硅，然后关闭硅源沉积垂直喷灯，开启倾斜喷灯，通入硅源和磷源，开始沉积掺磷的第二芯层疏松体，沉积结束后，开启倾斜喷灯将第二芯层疏松体烧结成致密的第二芯层，并控制第二芯层的烧结密度低于第一芯层的烧结密度；/n4)先开启垂直喷灯，通入硅源，在第二芯层外先沉积二氧化硅，然后开启倾斜喷灯，通入硅源和氟源，与工作中的垂直喷灯一起沉积掺氟的内包层疏松体，完成沉积后取出靶棒；/n5)将步骤4)得到的芯棒置入脱水炉，炉中通入He和Cl

【技术特征摘要】
1.一种单模光纤的制备方法，其特征在于：包括如下步骤
1)在OVD沉积车床上在水平横向设置的靶棒正下方设置垂直喷灯，在靶棒轴向两侧分别设置倾斜喷灯，所述倾斜喷灯的喷射方向与靶棒轴向呈夹角；
2)将硅源和锗源通入垂直喷灯，在靶棒外沉积第一芯层疏松体，沉积结束后，开启倾斜喷灯将第一芯层疏松体烧结成致密的第一芯层；
3)先开启垂直喷灯，通入硅源，在第一芯层外先沉积二氧化硅，然后关闭硅源沉积垂直喷灯，开启倾斜喷灯，通入硅源和磷源，开始沉积掺磷的第二芯层疏松体，沉积结束后，开启倾斜喷灯将第二芯层疏松体烧结成致密的第二芯层，并控制第二芯层的烧结密度低于第一芯层的烧结密度；
4)先开启垂直喷灯，通入硅源，在第二芯层外先沉积二氧化硅，然后开启倾斜喷灯，通入硅源和氟源，与工作中的垂直喷灯一起沉积掺氟的内包层疏松体，完成沉积后取出靶棒；
5)将步骤4)得到的芯棒置入脱水炉，炉中通入He和Cl2对内包层疏松体脱水；脱水结束后，在1500～1650℃温度范围内烧结成透明母棒；
6)对透明母棒退火，延伸为子棒，对子棒进行校直、抛光，再进行一次退火，得到透明芯棒，将透明芯棒套入掺氟套管内，熔缩形成组合芯棒，再将组合芯棒塞入纯石英套管内，在拉丝炉内熔融拉丝成石英光纤；
7)对石英光纤进行退火；
8...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海瑞，冯术娟，孙周，徐亮，侯树虎，缪振华，卞新海，韩婷婷，
申请(专利权)人：法尔胜泓昇集团有限公司，江苏法尔胜光通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32