專利名稱：多孔光纖預(yù)制棒的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，特別是涉及一種多孔光纖預(yù)制棒的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光纖到戶的飛速發(fā)展，如何解決最后一百米的光纖接入問題成為人們關(guān)注的目標。常規(guī)光纖在小彎曲環(huán)境下，其光纖彎曲損耗急劇增大。這是制約光纖在最后一百米得到應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。常規(guī)通信光纖無法實現(xiàn)現(xiàn)有高速光纖通信系統(tǒng)下的小彎曲損耗的光信號的信息傳輸；常規(guī)G. 657光纖在極小彎曲直徑(5mm以下)損耗較大,不能夠任意彎曲，在復(fù)雜而狹小的終端用戶環(huán)境中的應(yīng)用受到限制，因此，迫切需要開發(fā)出新型的超高抗彎能力的前沿光纖技術(shù)。多孔微結(jié)構(gòu)光纖，由于其具有良好的彎曲性能，被人們寄予厚望。常規(guī)的多孔微結(jié)構(gòu)光纖主要采用毛細管堆積法、毛細管聚束法等工藝方法制備。在常規(guī)的微孔光纖制造過程中，采用的毛細管聚束等方法很容易引入新的雜質(zhì)，造成毛細管的污染，使光纖預(yù)制棒還未開始拉制成光纖就在內(nèi)部受到了污染，從而使形成的光纖預(yù)制棒本身就受到各種影響光纖衰減的雜質(zhì)的污染。當(dāng)采用這樣制備而成的光纖預(yù)制棒拉制光纖時，所得的光纖的傳輸損耗將比常規(guī)的通信光纖大幅增加，從而難以應(yīng)用于實際通信系統(tǒng)中。如果分布在芯棒周圍的微孔如果分布不均勻，則會一方面造成光的泄漏，使拉制的光纖的彎曲損耗特性變差，另一方面會使光纖在原纖芯直徑方向所處平面上的圓周受力存在不對稱，造成光纖的偏振模特性不良，從而影響光纖的正常使用。由于毛細管在堆積和聚束過程中會存在過程無法精確控制，毛細管在拉制過程中，會相互間擠壓造成微孔變形，從而造成最后拉制出的微孔的精度無法得到保證。這些問題不僅會引起光纖衰減的增加，還會造成光纖偏振模色散的異常，甚至?xí)砉饫w機械性能的急劇下降，影響光纖的正常使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，能實現(xiàn)多孔光纖制造過程中微孔的精確定位，改善多孔型光纖的偏振模特性和彎曲損耗特性；能減少多孔光纖預(yù)制棒制造過程中雜質(zhì)的污染，改善多孔型光纖的衰減特性。本發(fā)明提供的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，包括以下步驟SI、采用常規(guī)通信光纖制備方法制備出芯棒，芯棒包含摻鍺的石英芯層和位于芯層外圍的純硅石英包層，二者為同心圓，石英芯層半徑為rl，石英包層半徑為r3;S2、根據(jù)多孔型彎曲不敏感光纖的設(shè)計要求，在芯棒外邊沿等角度開一定數(shù)量的弧形槽，將有弧形槽的芯棒用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水洗凈，烘干；S3、在開有弧形槽的芯棒外套上石英套管；S4、在各弧形槽中塞入毛細管，形成所需的微孔，制備出多孔光纖預(yù)制棒。在上述技術(shù)方案中，步驟SI中所述常規(guī)通信用光纖預(yù)制棒制造方法包括PCVD法、MCVD法和VAD法。
在上述技術(shù)方案中，步驟S2包括以下步驟當(dāng)需要數(shù)量為N的微孔時，N為正整數(shù)，沿芯棒的石英包層的外沿定位N個點，相鄰兩點與石英包層的圓心之間形成的夾角為360/N度，確定弧形槽的半徑r2，以各個點為圓心，在石英包層的外沿開出N個半徑為r2的弧形槽。在上述技術(shù)方案中，所述石英套管的內(nèi)徑比2r3+2r2之和大1mm，以便開有弧形槽的芯棒塞入石英套管中。在上述技術(shù)方案中，所述石英套管的外徑R根據(jù)所需芯棒的摻鍺石英芯層直徑2ri和待制光纖的芯包比n來確定，計算公式為待制光纖的芯包比n =待制光纖的芯層直徑/待制光纖的包層直徑，石英套管外徑R =(r2+r3+0. 5)2+(rl/ n)21/2。在上述技術(shù)方案中，所述毛細管與石英套管的間隙為1_。在上述技術(shù)方案中，所述芯層的不圓度在0. 8 % I. 2 %，芯層與純石英玻璃的相對折射率差為0. 05 % 0. 35 %。 在上述技術(shù)方案中，步驟S4之后還包括以下步驟將制備出的多孔光纖預(yù)制棒的一端接上尾棒，在拉絲塔上拉制成外徑為125微米、內(nèi)涂層直徑為192微米、外涂層直徑為245微米的多孔光纖。在上述技術(shù)方案中，所述多孔光纖在1550nm波段的衰減為0. 192 0. 201dB/km,多孔光纖的偏振模色散的典型值為0. 05 0. 08ps/km1/2，多孔光纖在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為I 5mm的圈時，彎曲損耗在0. 075 0. 112dB。在上述技術(shù)方案中，采用VAD工藝、開六個弧形角度為320度的弧形槽、芯層的不圓度在0. 8 %、芯層與純石英玻璃的相對折射率差為0. 35 %時制出的多孔光纖，在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為3mm的圈時，彎曲損耗在0. ldB，多孔光纖的偏振模色散系數(shù)為0. 05ps/km1/2，在 1550nm 波段的衰減為 0. 192dB/km。在上述技術(shù)方案中，采用PCVD工藝、開12個半圓形的槽、芯層的不圓度在I. 2%,芯層與純石英玻璃的相對折射率差為0. 25%時制出的多孔光纖，在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為Imm的圈時，彎曲損耗在0. 075dB,多孔光纖的偏振模色散系數(shù)為0. 08ps/km1/2,在1550nm波段的衰減為0. 197dB/km。在上述技術(shù)方案中，采用MCVD工藝、開三個半圓形的槽、芯層的不圓度在1.0%、芯層與純石英玻璃的相對折射率差為0. 05%時制出的多孔光纖，在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為5mm的圈時,彎曲損耗在0. 112dB,多孔光纖的偏振模色散系數(shù)為0. 06ps/km1/2,在1550nm波段的衰減為0. 201dB/km。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下(I)本發(fā)明通過在芯棒周圍利用機械定位的方法，在圓周方向每隔一定等分角度開一個槽，然后在槽中塞入毛細管從而形成拉制而成的多孔光纖的微孔，采用簡單易操作的方法，實現(xiàn)了多孔光纖制造過程中微孔的精確定位，從而可有效改善多孔型光纖的偏振模特性和彎曲損耗特性。(2)本發(fā)明通過利用常規(guī)通信用光纖預(yù)制棒的方法制備芯棒，從而保證了芯棒的低損耗特性；由于毛細管是直接塞入芯棒周圍所開的槽中，避免了其他固定方法所帶來的雜質(zhì)污染問題，從而保證了多孔型光纖預(yù)制棒成型過程中的潔凈度控制；最后在外圍套上一根套管，則當(dāng)光纖預(yù)制棒在放入高溫爐中拉制成光纖時，避免了高溫爐內(nèi)揮發(fā)物對毛細管污染。通過這三個手段保證了制備多孔型光纖預(yù)制棒的高潔凈度控制問題，從而有效實現(xiàn)了拉制成的多孔型光纖的低損耗特性。


圖I是本發(fā)明實施例制備多孔光纖預(yù)制棒的流程圖。圖2是本發(fā)明實施例中芯棒開槽的定位示意圖。圖3是本發(fā)明實施例中塞入毛細管后成型的多孔光纖預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-芯層，2-弧形槽，3-石英包層，4-芯棒，5-毛細管，6-石英套管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。為了降低多孔光纖預(yù)制棒制備過程中雜質(zhì)的引入、改善微孔精確定位，本發(fā)明實施例提供一種多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，參見圖I所示，該制造方法包括以下步驟SI、采用常規(guī)通信光纖制備方法制備出芯棒4，例如PCVD (等離子化學(xué)氣相沉積)法、MCVD (改進的化學(xué)氣相沉積)法和VAD (軸向氣相沉積)法。該芯棒4包含一個摻鍺的石英芯層I和位于芯層I外圍的純硅的石英包層3，二者為同心圓。參見圖2所示，石英芯層I的半徑為rl，石英包層3的半徑為r3。S2、根據(jù)多孔型彎曲不敏感光纖的設(shè)計要求，在芯棒4外邊沿等角度開一定數(shù)量的弧形槽2。例如，當(dāng)需要數(shù)量為N(N為正整數(shù))的微孔時，則沿芯棒4的石英包層3的外沿先定位N個點，相鄰兩點與石英包層3的圓心之間形成的夾角為360/N度，同時確定好合 適的開槽圓半徑r2，以各個點為圓心，在石英包層3的外沿開出N個半徑為r2的弧形槽2。將開有弧形槽2的芯棒4用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水清洗干凈，然后在干凈的烘箱內(nèi)烘干。S3、在開有弧形槽2的芯棒4外套上一根相對應(yīng)尺寸的石英套管6，參見圖3所示，石英套管6的內(nèi)徑比2r3+2r2之和大1mm，以便開槽后的芯棒4能塞入石英套管6中。S4、在各個弧形槽2中塞入毛細管5形成所需的微孔，參見圖3所示。毛細管5與石英套管6之間的間隙控制在Imm左右。石英套管6的外徑R根據(jù)最終所需要的芯棒4的摻鍺石英芯層I直徑2rl和待制光纖的芯包比n來確定，計算公式為待制光纖的芯包比n =待制光纖的芯層直徑/待制光纖的石英包層直徑，石英套管外徑R =(r2+r3+0. 5)2+(rl/n)21/2。制備出多孔光纖預(yù)制棒后，在多孔光纖預(yù)制棒的一端接上尾棒，在拉絲塔上拉制成符合要求的多孔型光纖。采用該工藝制備的彎曲不敏感微結(jié)構(gòu)光纖，1550nm波長的衰減可達到0. 20dB/km，光纖的PMD (偏振模色散)的典型值可達到0. 08ps/km1/2。下面通過3個具體實施例進行詳細說明。實施例I :VAD工藝、開六個弧形角度達到320度的弧形槽采用VAD工藝制備出摻鍺芯棒4，芯棒4的石英包層3的半徑r3為15mm，其中摻鍺的芯層I的半徑rl為5_，芯層I的不圓度在0. 8%以內(nèi)，摻鍺芯層I與純石英玻璃的相對折射率差為0. 35%。參見圖2所示，在摻鍺芯棒4的外邊沿，開六個弧形角度達到320度的弧形槽2,弧形槽2的半徑r2為3mm,六個弧形槽2的圓心構(gòu)成等邊六角形的六個角，圓心距離芯層I的中心距離為12mm。將開有弧形槽2的芯棒4用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水清洗干凈，然后在干凈的烘箱內(nèi)烘干。在開有弧形槽2的芯棒4外套上一根相對應(yīng)尺寸的石英套管6，石英套管6的外徑為120mm、內(nèi)徑為35mm,參見圖3所示,將清洗干凈的內(nèi)徑為2mm、外徑為3mm的6根毛細管
5,塞入6個弧形槽2中，制備出多孔光纖預(yù)制棒。將制備出的多孔光纖預(yù)制棒放置到拉絲塔上，在2200°C左右的高溫下，將其拉絲成外徑為125微米、內(nèi)涂層直徑為192微米、外涂層直徑為245微米的多孔光纖。該多孔光纖在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為3mm的圈時， 彎曲損耗在0. IdB,同時光纖的偏振模色散系數(shù)只有0. 05ps/km1/2，在1550nm波段的衰減為0. 192dB/km,與常規(guī)通信單模光纖的衰減水平相當(dāng)。實施例2 =PCVD工藝、開12個半圓形的槽采用PCVD工藝制備出摻鍺芯棒4，芯棒4的石英包層3的半徑r3為12mm，其中摻鍺的芯層I半徑rl為2. 5_，芯層I的不圓度在I. 2%以內(nèi)，摻鍺芯層I與純石英玻璃的相對折射率差為0. 25%。然后在摻鍺芯棒4的外圍，開12個半圓形的槽，槽的半徑為0. 8mm,12個半圓形槽的圓心構(gòu)成等邊12變形的12個角，圓心位于芯棒4的外沿，與芯棒4中心的距離為12_。將開有半圓形槽的芯棒4用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水清洗干凈，然后在干凈的烘箱內(nèi)烘干。在開有弧形槽2的芯棒4外套上一根相對應(yīng)尺寸的石英套管6，石英套管6的外徑為60mm、內(nèi)徑為26mm,將清洗干凈的內(nèi)徑為0. 7mm、外徑為0. 8mm的12根毛細管5,塞入12個半圓形的槽2中，制備出多孔光纖預(yù)制棒。將制備出的多孔光纖預(yù)制放置到拉絲塔上，在2200°C左右的高溫下，將其拉絲成外徑為125微米、內(nèi)涂層直徑為192微米、外涂層直徑為245微米的多孔形光纖。該多孔光纖在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為Imm的圈時，彎曲損耗在0. 075dB,同時光纖的偏振模色散系數(shù)只有0. 08ps/km1/2。在1550nm波段的衰減為0. 197dB/km,與常規(guī)通信單模光纖的衰減水平相當(dāng)。實施例3 =MCVD工藝、開三個半圓形的槽采用MCVD工藝制備出摻鍺芯棒4，芯棒4的石英包層3的半徑r3為10mm，其中摻鍺的芯層I半徑rl為2. 0_，芯層I的不圓度在I. 0%，摻鍺芯層I與純石英玻璃的相對折射率差為0.05%。然后在摻鍺芯棒4的外圍，開三個半圓形的槽,槽的半徑為Imm,三個半圓形槽的圓心構(gòu)成等邊三角形的三個角，圓心位于芯棒4的外沿，與芯棒4中心的距離為IOmm0將開有半圓形槽的芯棒4用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水清洗干凈，然后在干凈的烘箱內(nèi)烘干。在開有弧形槽2的芯棒4外套上一根相對應(yīng)尺寸的石英套管6，石英套管6的外徑為45mm、內(nèi)徑為23mm,將清洗干凈的內(nèi)徑為0. 8mm、外徑為Imm的三根毛細管5,塞入3個半圓形的槽2中，制備出多孔光纖預(yù)制棒。將制備出的多孔光纖預(yù)制放置到拉絲塔上，在2200°C左右的高溫下，將其拉絲成外徑為125微米、內(nèi)涂層直徑為192微米、外涂層直徑為245微米的多孔光纖。該多孔光纖在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為5mm的圈時，彎曲損耗在0. 112dB,同時光纖的偏振模色散系數(shù)只有0. 06ps/km1/2。在1550nm波段的衰減為0. 201dB/km,與常規(guī)通信單模光纖的衰減水平相當(dāng)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù) 人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于包括以下步驟 51、采用常規(guī)通信光纖制備方法制備出芯棒(4)，芯棒(4)包括摻鍺的石英芯層(I)和位于芯層(I)外圍的純硅石英包層(3)，二者為同心圓，摻鍺的石英芯層(I)半徑為rl，石英包層⑶半徑為r3 ； 52、根據(jù)多孔型彎曲不敏感光纖的設(shè)計要求，在芯棒(4)外邊沿等角度開一定數(shù)量的弧形槽(2)，將有弧形槽(2)的芯棒(4)用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水洗凈，烘干； 53、在開有弧形槽(2)的芯棒(4)外套上石英套管(6)； 54、在各弧形槽(2)中塞入毛細管(5)，形成所需的微孔，制備出多孔光纖預(yù)制棒。
2.如權(quán)利要求I所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于步驟SI中所述常規(guī)通信用光纖預(yù)制棒制造方法包括PCVD法、MCVD法和VAD法。
3.如權(quán)利要求2所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于步驟S2包括以下步驟當(dāng)需要數(shù)量為N的微孔時，N為正整數(shù)，沿芯棒(4)的石英包層(3)的外沿定位N個點，相鄰兩點與石英包層(3)的圓心之間形成的夾角為360/N度，確定弧形槽(2)的半徑r2，以各個點為圓心，在石英包層(3)的外沿開出N個半徑為r2的弧形槽(2)。
4.如權(quán)利要求3所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于所述石英套管(6)的內(nèi)徑比2r3+2r2之和大1mm，以便開有弧形槽⑵的芯棒⑷塞入石英套管(6)中。
5.如權(quán)利要求4所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于所述石英套管(6)的外徑R根據(jù)所需芯棒(4)的摻鍺石英芯層(I)直徑2rl和待制光纖的芯包比η來確定，計算公式為待制光纖的芯包比Π =待制光纖的芯層直徑/待制光纖的包層直徑，石英套管外徑 R =(r2+r3+0. 5)2+(rl/ η)21/2。
6.如權(quán)利要求5所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于所述毛細管(5)與石英套管(6)的間隙為1_。
7.如權(quán)利要求6所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于所述芯層(I)的不圓度在O. 8% 1.2%，芯層(I)與純石英玻璃的相對折射率差為O. 05% O. 35%。
8.如權(quán)利要求2至7中任一項所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于步驟S4之后還包括以下步驟將制備出的多孔光纖預(yù)制棒的一端接上尾棒，在拉絲塔上拉制成外徑為125微米、內(nèi)涂層直徑為192微米、外涂層直徑為245微米的多孔光纖。
9.如權(quán)利要求8所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于所述多孔光纖在1550nm波段的衰減為O. 192 O. 201dB/km,多孔光纖的偏振模色散的典型值為O. 05 O.08ps/km1/2,多孔光纖在1625nm波段,繞10個彎曲半徑為I 5mm的圈時,彎曲損耗在O.075 O. 112dB。
10.如權(quán)利要求8所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于采用VAD工藝、開六個弧形角度為320度的弧形槽(2)、芯層(I)的不圓度在0.8%、芯層(I)與純石英玻璃的相對折射率差為O. 35%時制出的多孔光纖，在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為3mm的圈時，彎曲損耗在O. ldB，多孔光纖的偏振模色散系數(shù)為O. 05ps/km1/2，在1550nm波段的衰減為 O. 192dB/km。
11.如權(quán)利要求8所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于采用PCVD工藝、開12個半圓形的槽、芯層(I)的不圓度在1.2%、芯層(I)與純石英玻璃的相對折射率差為O. 25%時制出的多孔光纖，在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為Imm的圈時，彎曲損耗在O.075dB,多孔光纖的偏振模色散系數(shù)為O. 08ps/km1/2，在1550nm波段的衰減為O. 197dB/km ο
12.如權(quán)利要求8所述的多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于采用MCVD工藝、開三個半圓形的槽、芯層(I)的不圓度在1.0%、芯層(I)與純石英玻璃的相對折射率差為O. 05%時制出的多孔光纖，在1625nm波段，繞10個彎曲半徑為5mm的圈時，彎曲損耗在O.112dB,多孔光纖的偏振模色散系數(shù)為O. 06ps/km1/2，在1550nm波段的衰減為O. 20IdB/km ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多孔光纖預(yù)制棒的制造方法，涉及新材料領(lǐng)域，該方法包括步驟采用常規(guī)通信光纖制備方法制備出芯棒，芯棒包含摻鍺的石英芯層和位于芯層外圍的純硅石英包層，二者為同心圓；根據(jù)多孔型彎曲不敏感光纖的設(shè)計要求，在芯棒外邊沿等角度開一定數(shù)量的弧形槽，將有弧形槽的芯棒用酸液浸泡去除雜質(zhì)，并用去離子水洗凈，烘干；在開有弧形槽的芯棒外套上石英套管；在各弧形槽中塞入毛細管，形成所需的微孔，制備出多孔光纖預(yù)制棒。本發(fā)明能實現(xiàn)多孔光纖制造過程中微孔的精確定位，改善多孔型光纖的偏振模特性和彎曲損耗特性；能減少多孔光纖預(yù)制棒制造過程中雜質(zhì)的污染，改善多孔型光纖的衰減特性。
文檔編號C03B37/018GK102730960SQ20121018896
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者羅文勇, 胡福民, 莫琦, 陳偉 申請人:烽火通信科技股份有限公司