一种低损耗光纤的制造方法及制造设备与流程

本发明涉及光纤制造领域，尤其涉及一种低损耗光纤的制造方法及制造设备。

背景技术：

随着光纤技术的发展，光纤的长距离传输越来越大，现有的光纤由于衰耗较高，传输的距离短，在长距离传输过程中需要增加中继站进行信号的增强，但是由于中继站的价格昂贵，运营商希望有在长距离传输过程即能降低建设成本又不影响正常的传输损耗较小的光纤。光纤的损耗分本征损耗和制造损耗，本征损耗是光纤材料固有的损耗，是无法避免的。光纤的制造损耗是制造光纤过程产生的，主要是在制造过程中引入的一些不纯成分(杂质吸收)和结构缺陷造成的，杂质吸收主要是过渡金属离子和OH^-导致的光的损耗。

随着光棒制造工艺的完善，过渡金属离子和OH^-导致的光的损耗已经微乎其微，但是光纤的结构缺陷带来散射损耗却始终存在。光纤的结构缺陷主要受光纤内部的晶体结构影响，光纤内部晶体的结构主要受光纤的制造工艺影响，现有的光纤生产工艺包括熔融拉丝工序、定型冷却工序、退火工序、拉丝冷却工序、涂覆工序和固化工序，其中退火工序对光纤内部结构的影响至关重要。

在现有技术中，已提出一些用来降低辐射引发的光功率衰减的退火技术方案，比如利用热退火降低被动单模光纤的辐射引发的光功率衰减。然而，热退火的方法须要加温至200℃到300℃才能有效降低辐射引发的衰减，如此高温的环境可能会损害或降低元件其周遭元件组的功能。

此外，在现有技术中，光致退火方法虽已提出用来降低被动单模光纤，例如玻璃光纤和掺锗光纤，以及掺铒光纤的辐射引发的衰减，但成效不彰。

技术实现要素：

本发明通过优化光纤的制造工序及制造设备，改造光纤内部晶体的结构，达到降低光纤散射损耗的目的。本发明的目的具体是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供一种低损耗光纤的制造方法，包括以下步骤：

在拉丝炉外设置水蒸汽环境的步骤，使拉丝炉内生成的热光纤由拉丝炉口伸出后，经过水蒸汽环境。

其中，还包括设置水蒸汽环境的步骤前，在拉丝炉外拉丝炉口附近设置隔绝环境的步骤，以隔绝水蒸汽进入拉丝炉内。

其中，设置的水蒸汽环境的湿度为20％～30％。

其中，设置隔绝环境的步骤包括，在拉丝炉外炉口的下方设置两端相通的有机玻璃管，在有机玻璃管内靠近拉丝炉口的一端充入气封气体。

设置水蒸汽环境的步骤包括，在有机玻璃管的中间部分充入水蒸汽，使热光纤由拉丝炉口伸出后进入有机玻璃管，依次经过气封气体和水蒸汽环境。

其中，设置隔绝环境的步骤包括，在拉丝炉的出口下方40～60cm处设置有机玻璃管，有机玻璃管的长度为50～60cm，直径为4～6cm，在有机玻璃管靠近拉丝炉口的一端15～20mm处充入气封气体，充入的气封气体的流量为15～25L/min。

设置水蒸汽环境的步骤包括，在有机玻璃管的距离充入气封气体处10～15mm处充入水蒸汽，充入的水蒸汽的流量为15～30L/min。

其中，制造方法还包括使热光纤经过水蒸汽环境后的固化工序和收线工序。

根据本发明的另一方面，提供一种低损耗光纤的制造设备，包括拉丝炉、拉丝塔架和水蒸汽退火系统，水蒸汽退火系统包括有机玻璃管、可活动支架组件、气封气体流量控制装置和可调流量的水蒸汽供给设备，拉丝炉和可活动支架组件均设置于拉丝塔架上，有机玻璃管通过可活动支架组件可活动地架设于拉丝炉的下方拉丝炉的出口的对应位置，有机玻璃管的位置可沿拉丝炉的高度和高度垂直方向调节。

有机玻璃管的靠近拉丝炉的出口的部分管壁设有多个气封气孔和多个水蒸汽孔，多个气封气孔与气封气体流量控制装置通过管路连通，多个水蒸汽孔与可调流量的水蒸汽供给设备通过管路连通，多个气封气孔比多个水蒸汽孔靠近拉丝炉的出口。

还包括套设于有机玻璃管(15)两端的金属套管(13)；

可活动支架组件包括两根导轨和两根支架，两根导轨沿拉丝塔架的高度方向平行设置并固定于拉丝炉的下方，每根导轨上均设有滑块，两根支架的两端分别与两个滑块固定。

每根支架还设置有调节螺丝，调节螺丝穿过支架的中间部分，并可沿垂直于导轨和支架所在的平面的方向螺旋移动，调节螺丝的端部固定设置有调节螺丝夹头，金属套管被调节螺丝夹头固定夹持。

其中，有机玻璃管竖直位于拉丝炉口的下方，多个气封气孔位于有机玻璃管的上部，多个水蒸汽孔位于有机玻璃管的中间部分。气封气孔的个数为2个，对称设置在有机玻璃管的管壁上，水蒸汽孔的个数为4个，均匀设置在有机玻璃管的管壁上。

其中，可调流量的水蒸汽供给设备包括水箱和控制柜。

光纤制造的熔融拉丝工序中，预制棒直径的增加和拉丝速度的提高带来光纤内部应力增大，本发明通过水蒸汽环境对拉丝定型后的热光纤进行保温退火。

本发明的优点在于：

1.本制造方法利用水蒸汽退火的方式，改善光纤内部晶体结构，使内部晶体结构达到最优，降低光纤的瑞利散射，从而降低损耗。

2.本制造方法方案简单，设备成本低，降低损耗明显，可将光纤损耗降低到0.18db/km。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的一种低损耗光纤的制造方法的过程示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的一种低损耗光纤的制造设备的水蒸汽退火系统的示意图；

图3示出了根据本发明实施方式的一种低损耗光纤的制造设备的有机玻璃管和可活动支架组件的连接示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然本说明中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种低损耗光纤的制造方法，本方法包括熔融拉丝工序、冷却定型工序、水蒸汽退火工序、拉丝冷却工序、涂敷工序、固化工序、收线工序。如图1所示，光纤的预制棒1进入拉丝炉2内，熔融拉丝并经氮气冷却定型形成光纤3，光纤3由于重力作用，从拉丝炉2的炉口下降伸出，进入水蒸汽退火系统4内遇水蒸汽环境退火，然后依次经过冷却装置、固化系统5，最后进入收线系统6并缠绕成团。

以上制造工艺使用的制造装置包括拉丝炉2、拉丝塔架和水蒸汽退火系统4。如图2所示，水蒸汽退火系统包括有机玻璃管15、可活动支架组件、气体流量控制装置9和可调流量的水蒸汽供给设备，拉丝炉2和可活动支架组件均设置于拉丝塔架上，有机玻璃管15通过可活动支架组件可活动地架设于拉丝炉2的下方拉丝炉的出口的对应位置，有机玻璃管15的位置可沿拉丝炉的高度和高度垂直方向调节。

有机玻璃管的靠近拉丝炉2的出口的部分管壁设有多个气封气孔和多个水蒸汽孔，多个气封气孔与气体流量控制装置9管道连通，多个水蒸汽孔与可调流量的水蒸汽供给设备管路连通，多个气封气孔比所述多个水蒸汽孔靠近所述拉丝炉的出口。

有机玻璃管竖直位于拉丝炉的出口的下方，多个气封气孔位于玻璃管壁的上部，多个水蒸汽孔位于玻璃管壁的中间部分，连接气孔的个数为2个，对称设置在玻璃管壁上，连接水蒸汽孔的个数为4个，环绕设置在玻璃管壁上。

可调水蒸汽供给设备包括水箱11和加热水箱并控制水箱温度的控制柜12，控制柜12和水箱11电连接。气体流量控制装置9上设有与气体供给源连通的进气口。控制柜12可以精确控制水箱11产生的水蒸汽流量，保证水蒸汽不会对光纤强度产生影响，气体流量控制装置9可以精确控制气体的流量，这样在玻璃管上方起到气封作用，保证水蒸汽不会从上方流出。

如图2-图3所示，可活动支架组件包括两根导轨7和两根支架8，两根导轨7沿拉丝塔架的高度方向平行设置并固定于拉丝炉2的下方，每条导轨7上设有两个滑块，同一导轨上的两个滑块分别与两个支架同侧的一端连接，使得两根支架分别被固定在两根导轨上。

每根支架8还设置有调节螺丝14，调节螺丝14穿过支架8的中间部分，并可沿垂直于导轨7和支架8所在的平面的方向螺旋移动，调节螺丝14的端部固定设置有调节螺丝夹头16，光纤制造设备还包括两根金属套管13，两根金属套管13套在有机玻璃管15的外部两端，有机玻璃管15通过两个金属套管13架设于可活动支架组件上，有机玻璃管15通过金属套管被位于可活动支架的两根支架8上的两个调节螺丝夹头16分别从两端固定夹持。

有机玻璃管安装在拉丝炉2下方，并通过调节螺丝14沿垂直于导轨7和支架8所在的平面的方向精确地调节位置，导轨7固定在拉丝塔架上，导轨7的长度1米，上端起始于拉丝炉2下口，支架8在导轨7上下移动，可以沿拉丝炉的高度方向精确地调节位置。

其中位于有机玻璃管15的靠近拉丝炉的出口一端的金属套管的管壁对应气封气孔和水蒸汽孔的位置均设有通孔，气体流量控制装置9的连通管路穿过通孔与对应气封气孔连通，可调流量的水蒸汽供给设备的连通管路穿过通孔与对应水蒸汽孔连通。金属套管13主要作用为对有机玻璃管15进行防护，降低有机玻璃管15的破碎几率。

水蒸汽退火工序中，从拉丝炉2拉出的光纤3经过通有水蒸汽的有机玻璃管15，有机玻璃管15到拉丝炉2的距离40cm到60cm，有机玻璃管15的中心位置可以通过可调节螺丝14调节，使其与拉丝炉的出口对齐。有机玻璃管15的长度设置为50cm～65cm，直径4cm～6cm。通过控制水蒸汽环境的湿度为20％～30％，使从拉丝炉2出来的光纤3该水蒸汽环境退火，改善光纤3的内部晶体结构，使其达到最优。

下面将通过具体的实施例对本发明的制造方法进行说明。

实施例1

低损耗光纤X1的制造方法

在拉丝炉2的下方40cm处正对拉丝炉的出口的位置竖直设置两端相通的有机玻璃管15，有机玻璃管15的长度为50cm，直径为4cm，在距离上管口15cm处的有机玻璃管壁对向设有气封气孔，每个气封气孔内密封连接有气管，每个气管的末端与提供氮气的氮气源连通，氮气源通过气体流量控制装置9控制进入气管的流量，使进入有机玻璃管15内的氮气量符合气封要求；在气封气孔的下方距离气封气孔10cm的有机玻璃管壁上间隔设有四个水蒸汽孔，每个水蒸孔内密封连接有水蒸汽管，每个水蒸汽管的末端均与水箱11连通，水箱11连接有控制器12，控制器12可以控制流入水蒸汽管的水蒸汽流量。

光纤生产时，氮气通过气管进入有机玻璃管15，使用气体流量控制装置9，控制进入有机玻璃管15的氮气的流量为15L/min；将水箱温度加热到100度以上，产生水蒸汽，水蒸汽通过水蒸汽管进入有机玻璃管15，使用控制器12控制进入有机玻璃管的水蒸汽的流量为30L/min。通过以上两步，使得有机玻璃管15内依次产生持续、稳定的氮气环境和水蒸汽环境，并且使得水蒸汽由于上方氮气的气封作用不会从有机玻璃管15上方流出，进而使得水蒸汽环境的湿度控制在30％。将预制棒放入拉丝炉内，经熔融拉丝和定型冷却后，形成温度约为1300℃的热光纤，热光纤受自身重力由拉丝炉口下降伸出，进入有机玻璃管，经过氮气和水蒸汽环境退火，然后依次进行冷却、涂敷、固化、收线工序，形成光纤X1。经检测，光纤X1的损耗为0.18db/km。

实施例2

低损耗光纤X2的制造方法

在拉丝炉2的下方60cm正对拉丝炉的出口的位置，竖直设置两端相通的有机玻璃管15，有机玻璃管15的长度为60cm，直径为6cm，在距离上管口20cm处的有机玻璃管壁对向设有气封气孔，每个气封气孔孔内密封连接有气管，每个气管的末端与提供氮气的氮气源连通，氮气源通过气体流量控制装置9控制进入气管的流量；在气封气孔的下方距离气封气孔15cm的有机玻璃管壁上间隔设有四个水蒸汽管孔，每个水蒸汽孔内密封连接有水蒸汽管，每个水蒸汽管的末端均与水箱11连通，水箱连接有控制器12，控制器12可以控制水箱11流入水蒸汽管的水蒸汽流量。

光纤生产时，氮气通过气管进入有机玻璃管15，使用气体流量控制装置9，控制进入有机玻璃管15的氮气的流量为25L/min；将水箱11的水温加热至150℃，产生水蒸汽，水蒸汽通过水蒸汽管进入有机玻璃管15，使用控制器12控制进入有机玻璃管15的水蒸汽的流量为15L/min。通过以上两个步骤，使得有机玻璃管15内依次产生持续、稳定的氮气环境和水蒸汽环境，并且使得水蒸汽由于上方氮气的气封作用不会从有机玻璃管上方流出，从而使得水蒸汽环境的湿度控制在20％。将预制棒放入拉丝炉内，经熔融拉丝和定型冷却后，形成温度约为1300℃的热光纤，热光纤受自身重力由拉丝炉口下降伸出，进入有机玻璃管，经过氮气和水蒸汽环境退火，然后依次进行冷却、涂敷、固化、收线工序，形成光纤X2。经检测，光纤X2的损耗为0.20db/km。

综上所述，本发明的优点在于：

1.本制造方法利用水蒸汽退火的方式，改善光纤内部晶体结构，使内部晶体结构达到最优，降低光纤的瑞利散射，从而降低损耗。

2.本制造方法方案简单，成本低，降低损耗明显，可将光纤损耗降低到0.18db/km。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。