专利名称：Ftth用微结构光纤预制棒的制造方法
技术领域：
本发明涉及新材料领域,特别是涉及一种FTTH (Fiber To The Home,光纤到户)用微结构光纤预制棒的制造方法。
背景技术：
信息技术的爆炸性需求带动了 FTTH的飞速发展。光纤到户的应用需求促使光纤技术向小弯曲半径、低衰减方向发展，同时，小弯曲半径单模光纤的其他光学性能指标仍能与常规通信用单模光纤G. 652光纤相一致。常规G. 657光纤在极小弯曲直径(5_以下)下，光纤的衰减迅速增大。这限制了其应用的范围，目前还很难在光纤到户最后一百米的应用中良好使用。FTTH用微结构光纤，是一种多孔型的微结构光纤，具有良好的弯曲性能，在 极小弯曲直径下(Imm 5mm)下的附加光纤衰减仍能控制在合理范围内，非常适应光纤到户等复杂的应用环境。常规的多孔微结构光纤主要采用毛细管堆积法、毛细管聚束法等方法制备。这些方法的缺点主要是制造过程中难以保证高纯环境和难以保证微孔的精确定型。由于毛细管在制造过程中会直接接触外界环境，难以达到普通单模光纤预制棒制造工艺的高纯特性，使得利用毛细管形成微孔的微结构光纤预制棒的衰减水平难以达到常规通信光纤的衰减水平。这是微结构光纤难以得到规模应用的主要限制因素。同时，由于毛细管在堆积和聚束中，容易发生错位，这可能导致微孔与微孔之间的夹角会不一致，导致模式泄露的偏差，从而造成光纤偏振模色散的异常，使得微结构光纤在常规光学指标如色散以及偏振模色散等特性上也会与常规通信单模光纤的水平存在一定差距。例如，专利号为“ZL200410002286. 3”的中国发明专利，采用多种材料件相结合的方式，制备光子晶体光纤预制件，还达不到通信光纤的制造要求；申请号为“200410093901. 6”的中国发明专利申请中，采用一种飞秒激光的方式，进行微结构光纤预制件的制备，其制备的光纤预制棒的微孔在Imm以下,适合制备复杂结构的微结构光纤,不太适合制备高性能、低成本的FTTH用微结构光纤预制棒。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种高质量、低成本的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，实现了 FTTH用微结构光纤预制棒的微孔高纯制备和微孔精确定型，有效改善FTTH用微结构光纤的偏振模特性和弯曲损耗特性，避免了常见的微结构光纤制造工艺中微孔形成环节所带来的二次杂质引入和污染问题，保障FTTH用微结构光纤的衰减特性。本发明提供的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，包括以下步骤SI、采用常规通信光纤制备方法制备出单模光纤预制棒，所述单模光纤预制棒包括一个掺锗的石英芯层和位于芯层外围的纯硅的石英包层，芯层和石英包层为同心圆；S2、在单模光纤预制棒的外侧沿圆周方向等角度的钻一定数量的直径相同的孔；S3、将钻好孔的单模光纤预制棒用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗净、烘干后，在单模光纤预制棒的一端接续一根尾管，并在尾管接续一根用于夹持的尾棒，在单模光纤预制棒的另一端接续一段便于拉丝熔融的锥形石英头子，至此一根FTTH用微结构光纤预制棒制作完成。在上述技术方案中，步骤SI中所述常规通信光纤制备方法包括VAD法、PCVD法和MCVD 法。在上述技术方案中，步骤S2包括以下步骤在单模光纤预制棒的芯层外的石英包层内，以芯层的中心为圆心，各个孔分布在同一个圆上，每个孔的孔心与芯层中心连线的夹角相等；根据计算出的孔的直径选择钻杆，将单模光纤预制棒放置在钻孔机上，使用钻杆依次钻出所需数量的孔。在上述技术方案中，步骤S2中所钻的各个孔的外边缘与单模光纤预制棒外边缘的距离之间的偏差在Imm以内，使各个孔与芯层的位置保持一致性。在上述技术方案中，步骤S2中所钻的孔的数量为偶数。 在上述技术方案中，步骤S2中所钻的孔的直径在2 12mm之间。在上述技术方案中，所述孔的直径在2 5_之间时，采用高能激光器作为钻杆；孔的直径在5 12mm之间时,米用金属钻杆作为钻杆。在上述技术方案中，步骤S3之后还包括以下步骤将制造出来的FTTH用微结构光纤预制棒悬挂在拉丝塔上，在2200°C的高温下，熔融拉制成FTTH用微结构光纤。在上述技术方案中，所述FTTH用微结构光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在0. 20 0. 25dB,该光纤的偏振模色散系数在0. 045 0. 051ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为0. 191 0. 202dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。在上述技术方案中，步骤SI中采用VAD工艺、步骤S2中钻6个孔制造出的FTTH用微结构光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在0. 22dB，该光纤的偏振模色散系数在0. 048ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为0. 191dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。与现有技术相比，本发明的优点如下(I)本发明采用常规通信光纤预制棒制备单模光纤预制棒，充分保证了利用该单模光纤预制棒拉制成的光纤的全波长低衰减传输特性和色散特性。由于完全采用常规的单模光纤预制棒作为操作对象，各项光学指标以及日常控制也可以很便利的进行，结合全机械化钻孔操作的方法，保证了制备FTTH用微结构光纤预制棒的微孔高纯制备，能够实现高质量、低成本的FTTH用微结构光纤预制棒的制备。(2)本发明采用高精度的机械定位方式，在单模光纤预制棒周围，利用一根钻杆来回操作，实现多孔的钻出成型，每个微孔均是由同一个钻头钻出来的，充分保证了每个微孔的大小一致性和圆度一致性。另外，通过高精度的机械定位，可实现微孔的微米级定位，充分保障了各个微孔之间位置沿圆周方向的均匀分布。不仅定位精确，而且孔与孔之间的尺寸一致性好，孔本身的圆度一致性也很好，通过这三个方面实现了 FTTH用微结构光纤预制棒的微孔精确定型，保证芯层周围的微孔分布一致性，从而可有效改善FTTH用微结构光纤的偏振模特性和弯曲损耗特性，在光纤到户等光纤通信领域的具有广泛应用前景。(3)本发明利用机械钻孔机在单模光纤预制棒的芯层周围，沿圆周方向，等角度地打一定数量的等直径的孔，清洗干净后直接接续尾棒放置在高温炉上拉制成微结构光纤，实现了整个光纤预制棒制造工艺的简易操作和机械化操作，保障已成型的石英层内不会引入新的杂质，从而避免采用毛细管堆积法制备微结构光纤不仅本身会引入新的杂质，而且在熔融的石英层内也会有杂质引入的现象，完全避免了常见的微结构光纤制造工艺中微孔形成环节所带来的二次杂质引入和污染问题，保障FTTH用微结构光纤的衰减特性。
图I是本发明实施例制备FTTH用微结构光纤预制棒的流程图。图2是本发明实施例中单模光纤预制棒的机械定位钻孔示意图。
图3是本发明实施例中接续尾管后成型的FTTH微结构光纤预制棒的结构示意图。图中I-单模光纤预制棒，2-芯层，3-石英包层，4-孔，5-钻杆，6_尾管，7_尾棒，8-石英头子。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。针对小弯曲半径单模光纤的极小弯曲半径的附加衰减和与通信单模光纤级别的光学性能指标要求，同时，从便于规模化生产的角度出发，本发明实施例提供一种FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，参见图I所示，该制造方法包括以下步骤SI、采用常规通信光纤制备方法制备出单模光纤预制棒1，例如PCVD(等离子化学气相沉积)法、MCVD (改进的化学气相沉积)法和VAD (轴向气相沉积)法。该单模光纤预制棒I包含一个掺锗的石英芯层2和位于芯层2外围的纯硅的石英包层3，二者为同心圆。S2、在单模光纤预制棒I的外侧沿圆周方向等角度的钻一定数量(一般为偶数)的直径相同的孔4，孔4的直径大小根据单模光纤预制棒I直径的不同，取值在2 12mm之间。在石英包层3上，以芯层2的中心为圆心，并根据芯层2的直径取合适直径画一个圆，根据需要钻的孔4的数量，例如，要钻6个孔4，参见图2所示，则在圆上取6个点，每个点之间的夹角均为60度，然后根据计算好的孔4的直径大小，选择一根合适的钻杆5，将单模光纤预制棒I放置在钻孔机上，使用这根钻杆5依次打出6个孔4。孔4的直径在2 5mm之间时，采用合适的大口径高能激光器作为钻杆5，将单模光纤预制棒I放置在钻杆5的位置，调节好输出激光束的口径，使之与要钻的孔4的直径相一致，依次打出6个孔4。孔4的直径在5 12mm之间时,米用金属钻杆作为钻杆5。分布在单模光纤预制棒I周围的微孔如果分布不均匀，则会一方面造成光的泄漏，使拉制的光纤的弯曲损耗特性变差，另一方面会使光纤在原纤芯直径方向所处平面上的圆周受力存在不对称，造成光纤的偏振模特性不良，从而影响光纤的正常使用。因此，钻完6个孔4后，还要测量对称的两个孔4的外边缘与单模光纤预制棒I外边缘的距离LI和L2，二者偏差在Imm以内，使各个孔4与芯层2的位置保持一致性，尽量均匀分布。S3、将钻好孔4的单模光纤预制棒I用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗净、烘干，参见图3所示，在单模光纤预制棒I的一端接续一根尾管6，并在尾管6上接续一根用于夹持的尾棒7，在单模光纤预制棒I的另一端接续一段锥形石英头子8，便于拉丝熔融。这样一根完整的FTTH用微结构光纤预制棒便制作完成。
将制造出来的FTTH用微结构光纤预制棒悬挂在拉丝塔上经高温熔融拉制，便可成FTTH用微结构光纤。采用该工艺制备的弯曲不敏感微结构光纤，在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在0. 20 0. 25dB，具有优良的小弯曲损耗特性；该光纤的PMD (偏振模色散)系数在0. 045 0. 051ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为0. 191 0. 202dB/km，可达到常规通信单模光纤的水平，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。下面通过3个具体实施例进行详细说明。实施例I :VAD工艺、钻6个孔采用VAD工艺制备出单模光纤预制棒1，单模光纤预制棒I的直径达到150mm，以芯层2中心为圆心，画直径为20 40mm的圆，参见图2所示，确定需要钻6个孔4，每个孔4的孔心与芯层2中心连线的夹角为60度，每个孔4的直径为12mm。选择口径为12mm的钻杆5，将单模光纤预制棒I放置到钻孔机上，利用同一根钻杆，依次在单模光纤预制棒I的 石英包层3内，按照事先确定好的位置将6个孔4钻出来。钻孔完毕后，以单模光纤预制棒I通过芯层2圆心的直径线为轴，测量每个孔4的外边缘与单模光纤预制棒I外边缘的距离，得到6个距离数据，这6个距离之间的偏差需在Imm以内才符合要求。将钻完孔4且经检测合格的单模光纤预制棒I用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗净、烘干，参见图3所示，在单模光纤预制棒I的一端接续一根尾管6，并在尾管6上接续一根用于夹持的尾棒7，在单模光纤预制棒I的另一端接续一段锥形石英头子8，便于拉丝熔融。这样一根完整的FTTH用微结构光纤预制棒便制作完成。将制造出来的FTTH用微结构光纤预制棒悬挂在拉丝塔上，在2200°C左右的高温下，熔融拉制成FTTH用微结构光纤。该光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在0. 22dB,同时光纤的偏振模色散系数只有0. 048ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为0. 191dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。实施例2 =PCVD工艺、钻12个孔采用PCVD工艺制备出单模光纤预制棒1，单模光纤预制棒I的直径为80_，以芯层2中心为圆心,画直径为15 30mm的圆,确定需要钻12个孔4,每个孔4的孔心与芯层2中心连线的夹角为30度,每个孔4的直径为6mm。选择口径为6mm的钻杆5,将单模光纤预制棒I放置到钻孔机上，利用同一根钻杆，依次在单模光纤预制棒I的石英包层3内，按照事先确定好的位置将12个孔4钻出来。钻孔完毕后，以单模光纤预制棒I通过芯层2圆心的直径线为轴，测量每个孔4的外边缘与单模光纤预制棒I外边缘的距离，得到12个距离数据，这12个距离之间的偏差需在Imm以内才符合要求。将钻完孔4且经检测合格的单模光纤预制棒I用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗净、烘干，参见图3所示，在单模光纤预制棒I的一端接续一根尾管6，并在尾管6上接续一根用于夹持的尾棒7，在单模光纤预制棒I的另一端接续一段锥形石英头子8，便于拉丝熔融，这样一根完整的FTTH用微结构光纤预制棒便制作完成。将制造出来的FTTH用微结构光纤预制棒悬挂在拉丝塔上，在2200°C左右的高温下，熔融拉制成FTTH用微结构光纤。该光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在0. 20dB,同时光纤的偏振模色散系数只有0. 045ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为0. 195dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。
实施例3 =MCVD工艺、钻12个孔采用MCVD工艺制备出单模光纤预制棒1，单模光纤预制棒I直径为50mm，芯层2直径为5. Omm,以芯层2中心为圆心，画直径为10 20mm的圆，确定需要钻12个孔4，每个孔4的孔心与芯层2中心连线的夹角为30度，每个孔4的直径为2mm。选择激光束直径为2mm的激光器，将激光器的激光输出端安装到钻孔机的对应位置，将单模光纤预制棒I放置到钻孔机上，利用同一根激光器输出端，依次在单模光纤预制棒I的石英包层3内，按照事先确定好的位置将12个孔4钻出来。钻孔完毕后，以单模光纤预制棒I通过芯层2圆心的直径线为轴，测量每个孔4的外边缘与单模光纤预制棒I外边缘的距离，得到12个距离数据，这12个距离之间的偏差需在Imm以内才符合要求。将钻完孔4且经检测合格的单模光纤预制棒I用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗净、烘干，参见图3所示，在单模光纤预制棒I的一端接续一根尾管6，并在尾管6上接续一根用于夹持的尾棒7，在单模光纤预制棒I的另一端接续一段锥形石英头子8，便于拉 丝熔融，这样一根完整的FTTH用微结构光纤预制棒便制作完成。将制造出来的FTTH用微结构光纤预制棒悬挂在拉丝塔上，在2200°C左右的高温下，熔融拉制成FTTH用微结构光纤。该光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在0. 25dB,同时光纤的偏振模色散系数只有0. 051ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为0. 202dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.ー种FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于包括以下步骤 51、采用常规通信光纤制备方法制备出单模光纤预制棒(I)，所述单模光纤预制棒(I)包括一个掺锗的石英芯层(2)和位于芯层(2)外围的纯硅的石英包层(3)，芯层(2)和石英包层⑶为同心圆； 52、在单模光纤预制棒(I)的外侧沿圆周方向等角度的钻一定数量的直径相同的孔(4)； 53、将钻好孔(4)的单模光纤预制棒(I)用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗浄、烘干后，在单模光纤预制棒(I)的一端接续ー根尾管￠)，并在尾管(6)接续ー根用于夹持的尾棒(7)，在单模光纤预制棒(I)的另一端接续一段便于拉丝熔融的锥形石英头子(8)，至此ー根FTTH用微结构光纤预制棒制作完成。
2.如权利要求I所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤SI中所述常规通信光纤制备方法包括VAD法、PCVD法和MCVD法。
3.如权利要求2所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤S2包括以下步骤在单模光纤预制棒(I)的芯层(2)外的石英包层(3)内，以芯层(2)的中心为圆心，各个孔(4)分布在同一个圆上，每个孔(4)的孔心与芯层(2)中心连线的夹角相等；根据计算出的孔⑷的直径选择钻杆(5)，将单模光纤预制棒⑴放置在钻孔机上，使用钻杆(5)依次钻出所需数量的孔(4)。
4.如权利要求3所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤S2中所钻的各个孔(4)的外边缘与单模光纤预制棒(I)外边缘的距离之间的偏差在Imm以内，使各个孔(4)与芯层(2)的位置保持一致性。
5.如权利要求3所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤S2中所钻的孔(4)的数量为偶数。
6.如权利要求3所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤S2中所钻的孔⑷的直径在2 12mm之间。
7.如权利要求6所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于所述孔(4)的直径在2 5mm之间时，采用高能激光器作为钻杆(5);孔(4)的直径在5 12mm之间时，采用金属钻杆作为钻杆(5)。
8.如权利要求2至7中任一项所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤S3之后还包括以下步骤将制造出来的FTTH用微结构光纤预制棒悬挂在拉丝塔上，在2200°C的高温下，熔融拉制成FTTH用微结构光纤。
9.如权利要求8所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于所述FTTH用微结构光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在O. 20 O. 25dB，该光纤的偏振模色散系数在O. 045 O. 051ps/km1/2，在1550nm波段的衰减为O. 191 O.202dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。
10.如权利要求9所述的FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于步骤SI中采用VADエ艺、步骤S2中钻6个孔(4)制造出的FTTH用微结构光纤在1625nm波段，绕I个弯曲直径为2mm的圈时，弯曲损耗在O. 22dB，该光纤的偏振模色散系数在O. 048ps/km1/2,在1550nm波段的衰减为O. 191dB/km，其他光学性能指标也与常规通信单模光纤G. 652 一致。
全文摘要
本发明公开了一种FTTH用微结构光纤预制棒的制造方法，涉及新材料领域，该方法包括步骤采用常规通信光纤制备方法制备出光纤棒，在该光棒的外侧沿圆周方向等角度的钻一定数量的直径相同的孔，将钻好孔的光棒用酸液清洗干净，再使用去离子水清洗净、烘干后，在光棒一端接续一根尾管，并在尾管接续一根尾棒，在光棒另一端接续一段锥形石英头子。本发明实现了FTTH用微结构光纤预制棒的微孔高纯制备和微孔精确定型，有效改善FTTH用微结构光纤的偏振模特性和弯曲损耗特性，避免了常见的微结构光纤制造工艺中微孔形成环节所带来的二次杂质引入和污染问题，保障FTTH用微结构光纤的衰减特性。
文档编号C03B37/012GK102730959SQ20121018512
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者李诗愈, 柯一礼, 罗文勇, 陈伟 申请人:烽火通信科技股份有限公司