一種多空氣包層的抗彎曲光纖及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種多空氣包層的抗彎曲光纖及其制造方法，所述光纖由內至外依次包括：纖芯（1）、第一包層（2）、第二包層（3）、第三包層（4）、第四包層（5）和第五包層（6）；所述第一包層（2）為外壁呈多邊形的全固二氧化硅玻璃包層；所述第三包層（4）為內設有多個等間距分布的第一空氣孔（7）的環形空氣包層；所述第二包層（3）為形成于第一包層（2）和第三包層（4）之間的空氣包層，所述第一包層（2）的每個角均與第三包層（4）的內壁固定連接；所述第四包層（5）為內設有至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱（8）的環形空氣包層。本發明所提出的光纖適用于光纖到戶的應用環境，具有更高的彎曲特性，便于布線、收納和卷曲。
【專利說明】
一種多空氣包層的抗彎曲光纖及其制造方法
技術領域
[0001] 本發明涉及光纖技術領域，尤其是一種多空氣包層的抗彎曲光纖及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 光纖一般由纖芯、包層和涂覆層構成，包層的折射率一般低于纖芯，以提供反射面 或光隔離，同時也起一定的機械保護。抗彎曲光纖相對于普通光纖而言，通過優化設計，極 大地改善了彎曲性能，隨著光纖到戶的逐漸普及，抗彎曲光纖受到了越來越多的關注。光纖 到戶建設的光纖位于擁擠和狹窄的通道，通常會反復彎曲布置及存放于被連接的線路終 端，因此對光纖的彎曲性能提出了更高的要求，要求組網工作更容易實現、更有效率，所采 用的光纖具有在小彎曲半徑下附加損耗小、機械強度高等特性，便于布線施工和卷曲。
【發明內容】
[0003] 本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種多空氣包層的抗彎曲光 纖，還提出了該抗彎曲光纖的制造方法，適用于光纖到戶的應用環境，具有更高的彎曲特 性，便于布線、收納和卷曲。
[0004] 本發明采用的技術方案如下：一種多空氣包層的抗彎曲光纖，所述光纖由內至外 依次包括:纖芯、第一包層、第二包層、第三包層、第四包層和第五包層。
[0005] 所述第一包層為外壁呈多邊形的全固二氧化硅玻璃包層。
[0006] 所述第三包層為內設有多個等間距分布的第一空氣孔的環形空氣包層。
[0007] 所述第二包層為形成于第一包層和第三包層之間的空氣包層，所述第一包層的每 個角均與第三包層的內壁固定連接。
[0008] 所述第四包層為內設有至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱的環形空氣包層。
[0009] 所述第五包層用于穩固第四包層的結構，第四包層和第五包層之間通過雙螺旋支 撐柱固定連接。
[0010] 本發明中，第三包層的結構可為以下兩種：
[0011] 其一，所述第三包層內僅包括一層環形空氣包層，該環形空氣包層中的第一空氣 孔的直徑需小于第三包層的內外壁間距。
[0012] 其二，所述第三包層內包括兩層環形空氣包層，每層環形空氣包層均設有多個等 間距分布的第一空氣孔，且兩層環形空氣包層中的第一空氣孔相互間錯開排列，所述第一 空氣孔的直徑小于第三包層的內外壁間距的一半。
[0013] 基于上述任一實施例，進一步的，所述纖芯、第一包層、第二包層、第三包層和第四 包層的相對折射率差依次降低，所述第五包層的相對折射率差高于纖芯。
[0014] 基于上述任一實施例，進一步的，所述支撐柱的橫截面的中部設有對稱的凹部。
[0015] 基于上述任一實施例，進一步的，所述第五包層內設有多個呈正多邊形排列的第 二空氣孔，所述第二空氣孔的直徑小于第一空氣孔。
[0016] 基于上述任一實施例，進一步的，所述第一包層的外壁呈凹邊六邊形或凹邊正八 邊形。
[0017] 基于上述任一實施例，進一步的，所述光纖還包括設置在最外層的塑料外包層，包 括丙烯酸樹脂外包層。
[0018] 基于上述任一實施例，進一步的，所述第一包層的內外壁間距大于第四包層的內 外壁間距，第二包層的內外壁間距小于第四包層的內外壁間距，第三包層的內外壁間距大 于或等于第四包層的內外壁間距，第五包層的內外壁間距大于第四包層的內外壁間距，第 四包層的內外壁間距大于纖芯的間距。
[0019] 本發明還提出了一種上述任一實施例所述抗彎曲光纖的制造方法，包括以下多個 步驟：
[0020] S1，將所述纖芯與所述第一包層加工成多邊形的二氧化硅玻璃棒；
[0021] S2,將S1所得玻璃棒套入第一薄壁套管內，該玻璃棒的各個角與第一薄壁套管的 內壁相接觸，第一薄壁套管和玻璃棒之間形成第二包層3;
[0022] S3,采用管棒堆積方式將多個用于形成第一空氣孔7的纖細管圍繞在第一薄壁套 管的周圍，再套入第二薄壁套管內，第一薄壁套管和第二薄壁套管之間形成第三包層；
[0023] S4,在第二薄壁套管的外壁上包裹至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱，并在支撐 柱外套上第三薄壁套管，該支撐柱的兩側分別與第二薄壁套管和第三薄壁套管相接觸，并 在第二薄壁套管和第三薄壁套管之間形成第四包層；
[0024] S5,將S4制備的玻璃棒套入第五包層，形成預制棒；
[0025] S6,通過拉絲塔對預制棒進行拉絲處理，且控制各包層內的壓力在5_25Pa，以控制 第二包層、第三包層和第四包層的形狀；
[0026] S7,在拉絲處理后的光纖外表面涂覆塑料外包層。
[0027]進一步的，所述第五包層內設有多個子包層，其中，內子包層堆疊有多個呈正多邊 形排列的第二空氣孔，外子包層為全固二氧化硅玻璃包層。
[0028] 綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:本發明提出了一種多 空氣包層的抗彎曲光纖，至少包括第一至第五五個包層，其中，第一包層可設計為外壁呈凹 邊狀的多邊形包層，第二包層為第一包層和第三包層之間形成的多區域空氣包層，第三包 層為具有多個空氣孔的空氣包層，第四包層為具有雙螺旋狀支撐柱的空氣包層，第五包層 可設計多層子包層，其中內子包層可設計成六邊形的空氣包層，外子包層為相對折射率差 依次增大的包層。
[0029] 本發明適用于光纖到戶的應用環境，還可用于傳輸大功率激光，并在保障光纖具 有高機械強度的基礎上，具備更高的彎曲特性，便于布線、收納和卷曲。
【附圖說明】
[0030] 本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0031] 圖1為本發明抗彎曲光纖的實施例一的結構示意圖；
[0032] 圖2為本發明抗彎曲光纖的實施例二的結構示意圖；
[0033]圖3為本發明抗彎曲光纖的實施例三的結構示意圖；
[0034]圖4為本發明光纖各包層的半徑和相對折射率的示意圖。
[0035]圖中，1-纖芯，2-第一包層，3-第二包層，4-第三包層，5-第四包層，6-第五包層，7- 第一空氣孔，8-支撐柱，9-第二空氣孔，10-凹部。
【具體實施方式】
[0036] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0037] 本說明書(包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可 被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列 等效或類似特征中的一個例子而已。
[0038] 如圖1所示，圖1描述了一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其由內至外依次包括:纖芯 1、第一包層2、第二包層3、第三包層4、第四包層5和第五包層6。其中：
[0039]所述纖芯1 一般為離子摻雜的二氧化硅玻璃纖芯。
[0040]所述第一包層2為外壁呈多邊形的全固二氧化硅玻璃包層。
[0041]所述第三包層4為內設有多個等間距分布的第一空氣孔7的環形空氣包層。
[0042]所述第二包層3為形成于第一包層2和第三包層4之間的空氣包層，所述第一包層2 的每個角均與第三包層4的內壁固定連接。
[0043] 所述第四包層5為內設有至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱8的環形空氣包層。
[0044] 所述第五包層6用于穩固第四包層5的結構，第四包層5和第五包層6之間通過雙螺 旋支撐柱8固定連接。
[0045] 進一步的，所述支撐柱8的橫截面的中部設有對稱的凹部10,該凹部的形狀可呈三 角形，也可呈凹邊的三角形狀，在保障光纖的機械強度的基礎上，進一步增強光纖的扭曲能 力。
[0046] 本發明中，第三包層4的結構可為以下兩種：
[0047]其一，所述第三包層4內僅包括一層環形空氣包層，該環形空氣包層中的第一空氣 孔7的直徑需小于第三包層4的內外壁間距。基于該實施例，本發明光纖的直徑相對要小一 些，并具有高彎曲特性，其第一空氣孔7的直徑可為0.8微米至2.5微米，可優選為0.8微米、 1.0微米、1.2微米、1.6微米，第一空氣孔7的間距為0.4微米至2.5微米，第一空氣孔7的占空 比設置在30 %到60 %。
[0048]其二，所述第三包層4內包括兩層環形空氣包層，每層環形空氣包層均設有多個等 間距分布的第一空氣孔7,且兩層環形空氣包層中的第一空氣孔7相互間錯開排列，所述第 一空氣孔7的直徑小于第三包層4的內外壁間距的一半。如圖2所示，基于該實施例，本發明 光纖的彎曲能強，且具備較高的機械強度，其第一空氣孔7的直徑可為0.8微米至1.5微米， 可優選為0.8微米、1.0微米、1.2微米，上層環形空氣包層中的第一空氣孔7的間距為1.5微 米至2.5微米，下層環形空氣包層的第一空氣孔7的間距為0.4微米至2微米，第一空氣孔7的 占空比設置在30 %到60 %。
[0049] 占空比的計算公式為：
[0050] 式中，n為占空比，Si為第一空氣孔的橫截面積，見為第一空氣孔的個數，R32為第三 包層的外徑，R 31為第三包層的內徑。
[0051] 基于上述任一實施例，進一步的，所述纖芯1、第一包層2、第二包層3、第三包層4和 第四包層5相對于纖芯1的相對折射率差依次降低，所述第五包層6的相對折射率差高于纖 芯1。
[0052] 相對折射率差的計算公式為：
[0053]式中，An為相對折射率差，nc為纖芯的折射率，nx為第一包層、第二包層、第三包 層、第五包層中任一個包層的折射率，x e [ 1，5 ]。
[0054]其中，第五包層6可由相對折射率差依次增高的子包層組成，其各個子包層的厚度 可設置為相同規格。
[0055]本發明可通過提高包層的相對折射率，降低包層半徑來獲得更好的光纖彎曲性 能，其半徑及相對折射率也可根據具體使用環境進行設置，本發明首先要保護的是該光纖 的結構和構造。
[0056]基于上述任一實施例，進一步的，如圖3所示，所述第五包層6內設有多個呈正多邊 形排列的第二空氣孔9,所述第二空氣孔9的直徑小于第一空氣孔7。通過該呈正多邊形排列 的第二空氣孔9,使得本發明光纖具有單模雙折射特性，確保了 X偏振模的限制損耗足夠小， 增加Y偏振模的限制損耗，使Y偏振模得到足夠的衰減，從而實現單模單偏振運用，并且，基 于該第二空氣孔，也增強了光纖的彎曲特性。
[0057]另外，第二空氣孔9可以是圓形孔，還可以是三角形孔，當選用三角形孔時，該三角 形孔的頂角均指向纖芯1，使光纖形成全反射。
[0058] 基于上述任一實施例，進一步的，所述第一包層2的外壁呈凹邊六邊形或凹邊正八 邊形，有效克服光耦合效率低下的問題，減少接觸點，降低損耗。
[0059] 基于上述任一實施例，進一步的，所述光纖還包括設置在最外層的塑料外包層，如 采用通過紫外固化的丙烯酸樹脂，折射率低，且耐高溫。
[0060] 如圖4所示，圖4為本發明光纖中各包層的半徑和相對折射率關系的示意圖，本發 明中，纖芯1、第一包層2、第二包層3、第三包層4和第四包層5相對于纖芯1的相對折射率差 依次降低，第五包層6的相對折射率差高于纖芯1，其中，第一包層2的內外壁間距大于第四 包層5的內外壁間距，第二包層3的內外壁間距小于第四包層5的內外壁間距，第三包層4的 內外壁間距大于或等于第四包層5的內外壁間距，第五包層6的內外壁間距大于第四包層5 的內外壁間距，第四包層5的內外壁間距大于纖芯1的間距。
[0061 ]另外，第五包層6可設置為多個相對折射率差依次增高的子包層，每個子包層的內 外壁間距均大于纖芯1的半徑。
[0062] 本發明還提出了一種上述任一實施例所述抗彎曲光纖的制造方法，包括以下多個 步驟：
[0063] S1，將所述纖芯1與所述第一包層2加工成多邊形的二氧化硅玻璃棒；
[0064] S2,將S1所得玻璃棒套入第一薄壁套管內，該玻璃棒的各個角與第一薄壁套管的 內壁相接觸，第一薄壁套管和玻璃棒之間形成第二包層3;
[0065] S3,采用管棒堆積方式將多個用于形成第一空氣孔7的纖細管圍繞在第一薄壁套 管的周圍，再套入第二薄壁套管內，第一薄壁套管和第二薄壁套管之間形成第三包層4;
[0066] S4,在第二薄壁套管的外壁上包裹至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱8,并在支撐 柱8外套上第三薄壁套管，該支撐柱8的兩側分別與第二薄壁套管和第三薄壁套管相接觸， 并在第二薄壁套管和第三薄壁套管之間形成第四包層5;
[0067] S5,將S4制備的玻璃棒套入第五包層6,形成預制棒；
[0068] S6,通過拉絲塔對預制棒進行拉絲處理，且控制各包層內的壓力在5_25Pa，以控制 第二包層3、第三包層4和第四包層5的形狀；
[0069] S7,在拉絲處理后的光纖外表面涂覆塑料外包層。
[0070]進一步的，所述第五包層6內設有多個子包層，其中，內子包層堆疊有多個呈正多 邊形排列的第二空氣孔9，外子包層為全固二氧化硅玻璃包層。
[0071]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1. 一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于，所述光纖由內至外依次包括:纖芯（1)、 第一包層(2)、第二包層(3)、第三包層(4)、第四包層(5)和第五包層(6); 所述第一包層(2)為外壁呈多邊形的全固二氧化硅玻璃包層； 所述第三包層(4)為內設有多個等間距分布的第一空氣孔(7)的環形空氣包層； 所述第二包層（3)為形成于第一包層（2)和第三包層(4)之間的空氣包層，所述第一包 層(2)的每個角均與第三包層(4)的內壁固定連接； 所述第四包層(5)為內設有至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱(8)的環形空氣包層。2. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于:所述第一空氣孔 (7) 的直徑小于第三包層(4)的內外壁間距。3. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于：所述第三包層 (4)包括兩層環形空氣包層，每層環形空氣包層均設有多個等間距分布的第一空氣孔(7)， 且兩層環形空氣包層中的第一空氣孔(7)相互間錯開排列，所述第一空氣孔(7)的直徑小于 第三包層(4)的內外壁間距的一半。4. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于:所述纖芯（1)、第 一包層(2)、第二包層(3)、第三包層(4)和第四包層(5)的相對折射率差依次降低，所述第五 包層(6 )的相對折射率差高于纖芯（1)。5. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于:所述支撐柱(8) 的橫截面的中部設有對稱的凹部(10)。6. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于：所述第五包層 (6)內設有多個呈正多邊形排列的第二空氣孔(9)，所述第二空氣孔(9)的直徑小于第一空 氣孔(7)。7. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于：所述第一包層 (2)的外壁呈凹邊六邊形或凹邊正八邊形。8. 根據權利要求1所述的一種多空氣包層的抗彎曲光纖，其特征在于：所述第一包層 (2)的內外壁間距大于第四包層(5)的內外壁間距，第二包層(3)的內外壁間距小于第四包 層(5)的內外壁間距，第三包層(4)的內外壁間距大于或等于第四包層(5)的內外壁間距，第 五包層(6)的內外壁間距大于第四包層（5)的內外壁間距，第四包層（5)的內外壁間距大于 纖芯（1)的間距。9. 一種如權利要求1-8任一項所述抗彎曲光纖的制造方法，其特征在于包括以下多個 步驟： S1，將所述纖芯（1)與所述第一包層(2)加工成多邊形的二氧化硅玻璃棒； 52, 將Sl所得玻璃棒套入第一薄壁套管內，該玻璃棒的各個角與第一薄壁套管的內壁 相接觸，第一薄壁套管和玻璃棒之間形成第二包層(3); 53, 采用管棒堆積方式將多個用于形成第一空氣孔(7)的纖細管圍繞在第一薄壁套管 的周圍，再套入第二薄壁套管內，第一薄壁套管和第二薄壁套管之間形成第三包層(4); 54, 在第二薄壁套管的外壁上包裹至少一對對稱分布的雙螺旋支撐柱(8)，并在支撐柱 (8) 外套上第三薄壁套管，該支撐柱(8)的兩側分別與第二薄壁套管和第三薄壁套管相接 觸，并在第二薄壁套管和第三薄壁套管之間形成第四包層(5); 55, 將S4制備的玻璃棒套入第五包層(6)，形成預制棒； S6，通過拉絲塔對預制棒進行拉絲處理，且控制各包層內的壓力在5-25Pa，以控制第二 包層(3)、第三包層(4)和第四包層(5)的形狀； S7，在拉絲處理后的光纖外表面涂覆塑料外包層。10.根據權利要求9所述的抗彎曲光纖的制造方法，其特征在于:所述第五包層(6)內設 有多個子包層，其中，內子包層堆疊有多個呈正多邊形排列的第二空氣孔(9)，外子包層為 全固二氧化硅玻璃包層。
【文檔編號】G02B6/036GK105891947SQ201610380406
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】夏燼楚
【申請人】夏燼楚