專利名稱：高強度大盤長海底光纜用單模光纖的制備方法
技術領域：
本發明高強度大盤長海纜用單模光纖的制備方法涉及一種光纖 海底光纜用單模光纖的制備，尤其涉及高強度大盤長單模光纖的制 備方法。該單模光纖的光學特性、幾何參數、環境性能等滿足通用 的單模光纖標準，尤其具有優異的高強度性能、且盤長較長。
背景技術：
自1985年世界上第一條海底光纜問世以來，海底光纜的建設在全 世界得到了蓬勃的發展。海底光纜以其大容量、高可靠性、優異的 傳輸質量等優勢，在通信領域，尤其是國際通信中起到重要的作用。 由于海底光纜特殊的使用環境，施工和維護的成本非常高，所以海 底光通信系統的穩定性一直是該領域內的研究重點之一。其中作為 通訊的主要傳輸媒質——光纖，也相對于普通光纜用光纖，有著自 己特殊的要求。在海底光纜的敷設、使用、打撈以及受到意外外力 等過程中，光纖雖然受到了光纜外部結構的保護，但是還是要承受 一定的應變和殘余應力。目前普通光纖標準盤長為25km左右，光纖 強度控制篩選應變為1%。因此為了防止敷設、維護以及意外張力對 光纖單元的破壞性影響，海底光纜用光纖必須要有較普通光纜用光 纖更高的強度；而大盤長則是為了減少中繼距離內的接頭數目，盡 量做到光纜盤長和系統的中繼距離一致。海底光纜以其大容量、高可靠性、優異的傳輸質量等優勢，在通 信領域，尤其是國際通信中起到重要的作用。因此，海底光纜用的 大長度高強度單模光纖因為減少了中繼距離內的接頭數目，且有著 適合海底光纜用的強度，將有著及其良好的市場前景。
發明內容
本發明目的是針對上述不足之處提供的一種高強度大盤長海底 光纜用單模光纖的制備方法，通過該法可制備出比常規非色散位移
單模光纖G.652光纖(I-TUT國際標準)的強度更高，篩選應變達 2%以上，為普通G.652光纖的二倍以上(高強度)，盤長達到100km 以上(大盤長)的單模光纖，且該光纖能夠滿足所有光學特性。 高強度大盤長海底光纜用單模光纖的制備是采用以下方案實現
的
高強度大盤長海底光纜用單模光纖結構包括纖芯、內外包層、 兩層紫外固化涂料層。在纖芯外部包裹有內包層、外包層，外包層 外部有兩層紫外固化涂料層，外包層外部經過兩次涂覆，采用紫外 固化涂料。紫外固化涂層具有低模量、低折射率的特點。
該光纖的零色散波長為1300 —1324nm之間，零色散斜率不大于 0.092ps/ (nm2km)，光纜截止波長不大于1260nm，該光纖的模場直 徑(MFD)是9. 2±0. 4 y m。光纖在1310nm的衰減不大于0. 35dB/km， 在1550nm的衰減不大于0. 21 dB/km。該光纖的指標能夠滿足國家電 信行業通用G.652標準。國家電信行業通用G.652標準1310nm處 衰減不大于0. 36 dB/km，在1550nm的衰減不大于0. 22dB/km，零色散波長范圍1300-1324nm，零色散斜率不大于0. 093 ps/ (nm2. km)， MFD為(8.6 9. 5) ±0. 7um，光纜截止波長不大于1260nm。該光纖 的特殊性能可以描述如下高強度大盤長海底光纜用2%的篩選張力， 稱為高強度，單盤盤長達到100km以上，稱為大盤長。
針對目前海底光纜用光纖強度的高要求，本發明提供了一種制 作方法，通過在預制棒預處理階段進行工藝控制，生產過程中工藝 調整，選纖時進行嚴格把關，設備進行改造等一系列措施，生產出 符合海底光纜用的光纖產品。
高強度大盤長海底光纜用單模光纖的制備方法
1、 預制棒表面預處理
將待處理預制棒進行兩步預處理，首先將預制棒表面進行清潔 處理，清洗法采用氫氟酸與硝酸混合溶液對預制棒表面進行清洗， 硝酸與氫氟酸重量配比在l: 2 8，硝酸與氫氟酸的混合酸液濃度保 持在30% 80%。
清洗結束后，再將預制棒進行火焰拋光處理，高溫下氫氧焰中 富裕的氫氣和二氧化硅反應產生易蒸發的一氧化硅和水，繼而被高 速的氫氧焰氣流帶走，同時將預制棒表面的污染物帶走。因為在拋 光的過程中實際上是利用氫氧焰將預制棒表面拋去了10 100um的
二氧化硅，將預制棒表面的微裂紋愈合，同時將表面的雜質處理完全。
2、 拉絲
將預制棒裝在拉絲爐上，設定參數開始拉絲，溫度控制在2000。C 2300。C。
拉絲爐部分作為預制棒熔縮為光纖的場所，由石墨加熱部件和 不銹鋼爐體部件組成。其中對石墨件的揮發物數量以及表面粗糙度 都進行了嚴格的規定石墨件灰分要求《20ppm;石墨件表面粗糙度 Rc《6.3。并且對進到拉絲爐前的惰性保護氣體進行了二次過濾，保 證了氣體的潔凈度。同時對拉絲爐中的氣流進行了流量控制 10-50L/rain，在石墨加熱爐上安裝有上中下三路進氣管道，使氣體 嚴格的按照層流方式運動，以使石墨件產生的顆粒在氣流的吹掃下， 以不與熔融玻璃和光纖相接觸的軌跡被帶出爐外或者附著在拉絲爐 下部的內壁；同時避免氣流直接吹到玻璃的熔融區及光纖形成區， 極大的提高了裸纖的穩定性和均勻性，為后續工序控制減小偏振模 色散(PMD)值起到良好的基礎保證。
拉絲過程中，保證拉絲速度波動小于20m/min。裸光纖出爐后， 經過冷卻裝置后，采用紫外固化涂料，進行一次、二次涂覆，每次 涂覆后經過紫外光固化裝置固化。對于涂覆環境進行嚴格控制，采 用空氣高效過濾裝置，保證其潔凈狀況。定期測量粒子數，使空氣 中粒子含量達到百級凈化效果。固化后光纖采用正弦扭轉搓動輪對 光纖進行正弦搓動，經搓動后，光纖經雙收線系統收線，進入下一 道工序。
3、光纖選擇
經過拉絲工序后，生產出來的光纖要進行選擇，選取一根預制 棒中間生產的光纖，拉絲速度比較穩定，速度波動小于20km/niin。改變篩選工藝，將原來的1%篩選應變調整到2%的篩選應變(ITUT國 家標準1%篩選應變相當于0. 69GPa的篩選應力)，防止光纖薄弱點進 入后道工序，從而產生不必要的損失。 4、光纖性能檢測確認
經過本發明制備方法制得的光纖，采用光纖性能測試儀表PK系 列儀器(PK2400、 PK2200、 0TDR、 PK2800)進行性能測試，該光纖 的零色散波長為1300 — 1324nm之間，零色散斜率不大于0. 092 ps/ (nm2km)，光纜截止波長不大于1260nm，該光纖的模場直徑(MFD) 是9. 2±0. 4 u m。光纖在1310nm的衰減不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰減不大于0.21 dB/km。該光纖的指標能夠滿足國家電信行業通 用G. 652標準。國家電信行業通用G. 652標準1310nm處衰減不大于 0.36 dB/km，在1550nm的衰減不大于0. 22dB/km，零色散波長范圍 1300-1324nm，零色散斜率不大于0. 093 ps/ (nm2' km)， MFD為 (8.6 9. 5) ±0. 7um，光纜截止波長不大于1260nm。
由于該種光纖具有大盤長的特殊性，而儀表測試的動態范圍較 小，100km的光纖不能完全打通，所以光纖不能測出數據，根據測試 原理，本發明采用分段測試求平均法，準確得出了光纖的測試數據。
經檢測該光纖在1310nm的衰減不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰減不大于0. 21 dB/km。零色散斜率不大于0. 092ps/nm2'km，光 纜截止波長不大于1260nm，該光纖的指標等同于常規G. 652指標。
本發明高強度大盤長海底光纜用單模光纖的制備方法，由于采 用兩步預處理法，優化石墨爐爐內氣流方式，控制石墨件規格成分，可制備出強度性能優異，篩選應變達到2%，盤長可達100km以上，同 時其它性能均能滿足海底光纜用的光纖，將制備成本和風險都降到 最低。研發和生產成本較低，制備方法可操作性強，參數可控性強， 性能優越，節省后道工序，尤其適合于海底光纜使用的服務要求。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖1是本發明制備方法的工藝流程圖 圖2為本發明制備方法生產出的光纖的結構圖 圖中1.纖芯，2.內包層，3.外包層，4.一次紫外固化涂層， 5.二次紫外固化涂層。
具體實施例方式
參照附圖1-2，高強度大盤長海底光纜用單模光纖結構包括纖芯 1、內包層2、外包層3、 一次紫外固化涂層4、 二次紫外固化涂層5。 在纖芯1外部包裹有內包層2、外包層3，外包層3外部有兩層紫外固 化涂料層分別為一次紫外固化涂層4、 二次紫外固化涂層5，外包層 外部經過兩次涂覆，采用紫外固化涂料。紫外固化涂層具有低模量、 低折射率的特點。該光纖的指標基本等同于常規G.652指標該光纖 的零色散波長為1300 — 1324nm之間，零色散斜率不大于O. 092ps/ (nm2km)，光纜截止波長不大于1260nm，該光纖的模場直徑(MFD) 是9. 2土0.4um。光纖在1310nm的衰減不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰減不大于0.21 dB/km。該光纖的指標能夠滿足國家電信行業通 用G.652標準。國家電信行業通用G.652標準1310nm處衰減不大于0.36 dB/km，在1550nm的衰減不大于0.22dB/km，零色散波長范圍 1300-1324nm，零色散斜率不大于0. 093 ps/ (nm2. km)，MFD為(8. 6 9.5) 士0.7um，光纜截止波長不大于1260nm)。該光纖的特殊性能可 以描述如下高強度大盤長海底光纜用2%的篩選張力，單盤盤長達 到100km以上。
本發明提供了一種新型的預制棒預處理方法，在光纖拉制過程 中，調整設備，修正工藝參數設定，來達到生產該光纖的目的，可 以大大提高可操作性，降低研制成本。
高強度大盤長海底光纜用單模光纖的制備方法
1、 預制棒表面預處理
將待處理預制棒進行兩步預處理，首先將預制棒表面進行清潔 處理，清洗法采用氫氟酸與硝酸混合溶液對預制棒表面進行清洗，
硝酸與氫氟酸重量配比在l: 2 8，硝酸與氫氟酸的混合酸液濃度保
持在30% 80%。
清洗結束后，再將預制棒進行火焰拋光處理，高溫下氫氧焰中 富裕的氫氣和二氧化硅反應產生易蒸發的一氧化硅和水，繼而被高 速的氫氧焰氣流帶走，同時將預制棒表面的污染物帶走。因為在拋 光的過程中實際上是利用氫氧焰將預制棒表面拋去了10 100um的
二氧化硅，將預制棒表面的微裂紋愈合，同時將表面的雜質處理完全。
2、 拉絲
將預制棒裝在拉絲爐上，設定參數開始拉絲，溫度控制在2000。C 230(TC。
拉絲爐部分作為預制棒熔縮為光纖的場所，由石墨加熱部件和 不銹鋼爐體部件組成，其中對石墨件的揮發物數量以及表面粗糙度 都進行了嚴格的規定石墨件灰分要求《20ppm;石墨件表面粗糙度 Rc《6.3。并且對進到拉絲爐前的惰性保護氣體進行了二次過濾，保 證了氣體的潔凈度。同時對拉絲爐中的氣流進行了流量控制 10-50L/min，在石墨加熱爐上安裝有上中下三路進氣管道，使氣體 嚴格的按照層流方式運動，以使石墨件產生的顆粒在氣流的吹掃下， 以不與熔融玻璃和光纖相接觸的軌跡被帶出爐外或者附著在拉絲爐 下部的內壁；同時避免氣流直接吹到玻璃的熔融區及光纖形成區， 極大的提高了裸纖的穩定性和均勻性，為后續工序控制減小偏振模 色散(PMD)值起到良好的基礎保證。所述的二次過濾是采用市售氣 體過濾器對惰性保護氣體進行第二次過濾，惰性保護氣體在出廠時 已進行第一次過濾。所述的惰性保護氣體可以采用氬氣或氬氣與氦 混合氣體。
拉絲過程中，保證拉絲速度波動小于20m/min。裸光纖出爐后， 經過冷卻裝置后，采用紫外固化涂料，進行一次、二次涂覆，每次 涂覆后經過紫外光固化裝置固化。對于涂覆環境進行嚴格控制，采 用空氣高效過濾裝置，保證其潔凈狀況。定期測量粒子數，使空氣 中粒子含量達到百級凈化效果。固化后光纖采用正弦光纖扭轉裝置 中的正弦扭轉搓動輪對光纖進行正弦搓動，搓動后光纖經雙收線系 統收線，結束后進入下一道工序。3、 光纖選擇
經過拉絲工序后，生產出來的光纖要進行選擇，選取一根預制 棒中間生產的光纖，拉絲速度比較穩定。改變篩選工藝，將原來的
1%篩選應變調整到2%的篩選應變(ITUT國家標準P/。篩選應變相當于 0.69GPa)，防止光纖薄弱點進入后道工序，從而產生不必要的損失。
4、 光纖性能檢測確認
經過本發明制備方法制得的光纖，采用進口光纖性能測試儀表 PK系列儀器(PK2400、 PK2200、 0TDR、 PK2800)進行性能測試，i亥 光纖的零色散波長為1300 — 1324nm之間，零色散斜率不大于0. 092 ps/ (nm2km)，光纜截止波長不大于1260nm，該光纖的模場直徑(MFD) 是9. 2土0.4um。光纖在1310nm的衰減不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰減不大于0.21 dB/km。該光纖的指標能夠滿足國家電信行業通 用G. 652標準。
該種光纖具有大盤長的特殊性，由于儀表測試的動態范圍較小， 100km的光纖不能完全打通，所以光纖不能測出數據，根據測試原理， 本發明采用分段測試求平均法，準確得出了光纖的測試數據。
經檢測該光纖在1310nm的衰減不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰減不大于0. 21 dB/km。零色散斜率不大于0. 092ps/nm2'km，光 纜截止波長不大于1260nm，該光纖的指標等同于常規G. 652指標。
權利要求
1、高強度大盤長海底光纜用單模光纖的制備方法，其特征在于(1)預制棒表面預處理將待處理預制棒進行兩步預處理，首先將預制棒表面進行清潔處理，清洗法采用氫氟酸與硝酸混合溶液對預制棒表面進行清洗，硝酸與氫氟酸重量配比在1∶2～8，硝酸與氫氟酸的混合酸液濃度保持在30％～80％；清洗結束后，再將預制棒進行火焰拋光處理，高溫下氫氧焰中富裕的氫氣和二氧化硅反應產生易蒸發的一氧化硅和水，繼而被高速的氫氧焰氣流帶走，同時將預制棒表面的污染物帶走，因為在拋光的過程中實際上是利用氫氧焰將預制棒表面拋去了10～100um的二氧化硅，將預制棒表面的微裂紋愈合，同時將表面的雜質處理完全；(2)拉絲將預制棒裝在拉絲爐上，設定參數開始拉絲，溫度控制在2000℃～2300℃；拉絲爐部分作為預制棒熔縮為光纖的場所，由石墨加熱部件和不銹鋼爐體部件組成，其中對石墨件的揮發物數量以及表面粗糙度都進行了嚴格的規定石墨件灰分要求≤20ppm；石墨件表面粗糙度RC≤6.3，并且對進到拉絲爐前的惰性保護氣體進行了二次過濾，保證了氣體的潔凈度，同時對拉絲爐中的氣流進行了流量控制10-50L/min，在石墨加熱爐上安裝有上中下三路進氣管道，使氣體嚴格的按照層流方式運動，以使石墨件產生的顆粒在氣流的吹掃下，以不與熔融玻璃和光纖相接觸的軌跡被帶出爐外或者附著在拉絲爐下部的內壁；同時避免氣流直接吹到玻璃的熔融區及光纖形成區，極大的提高了裸纖的穩定性和均勻性，為后續工序控制減小偏振模色散值起到良好的基礎保證；拉絲過程中，保證拉絲速度波動小于20m/min，裸光纖出爐后，經過冷卻裝置后，采用紫外固化涂料，進行一次、二次涂覆，每次涂覆后經過紫外光固化裝置固化，對于涂覆環境進行嚴格控制，采用空氣高效過濾裝置，保證其潔凈狀況，定期測量粒子數，使空氣中粒子含量達到百級凈化效果；固化后光纖采用正弦扭轉搓動輪對光纖進行正弦搓動，經搓動后，光纖經雙收線系統收線，進入下一道工序；(3)光纖選擇經過拉絲工序后，生產出來的光纖要進行選擇，選取一根預制棒中間生產的光纖，拉絲速度比較穩定，速度波動小于20km/min，改變篩選工藝，將原來的1％篩選應變調整到2％的篩選應變，防止光纖薄弱點進入后道工序；(4)光纖性能檢測確認經過本發明制備方法制得的光纖，采用光纖性能測試儀表PK系列儀器進行性能測試，該光纖的零色散波長為1300—1324nm之間，零色散斜率不大于0.092ps/(nm2km)，光纜截止波長不大于1260nm，該光纖的模場直徑(MFD)是9.2±0.4μm，光纖在1310nm的衰減不大于0.35dB/km，在1550nm的衰減不大于0.21dB/km，該光纖的指標能夠滿足國家電信行業通用G.652標準。
全文摘要
本發明高強度大盤長海纜用單模光纖的制備方法涉及一種光纖海底光纜用單模光纖的制備，尤其涉及高強度大盤長單模光纖的制備方法。其特征在于(1)預制棒表面預處理將待處理預制棒進行預處理，首先將預制棒表面進行清潔處理；再將預制棒進行火焰拋光處理，將預制棒表面拋去了10～100um的二氧化硅，將預制棒表面的微裂紋愈合；(2)上塔拉絲將預制棒裝在拉絲爐上，裸光纖出爐后，采用紫外固化涂料，進行涂覆，每次涂覆后經過紫外光固化裝置固化，光纖經雙收線系統收線；(3)光纖選擇選取一根預制棒中間生產的光纖，拉絲速度比較穩定，改變篩選工藝，將原來的1％篩選應變調整到2％的篩選應變；(4)光纖性能檢測確認。
文檔編號B08B3/08GK101533122SQ20091003114
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月27日 優先權日2009年4月27日
發明者明 劉, 莊衛星, 曹珊珊, 朱兆章, 沈一春, 馳 薛, 薛濟萍, 薛群山, 陳婭麗 申請人:中天科技光纖有限公司