低损耗光纤及其生产方法与流程

本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种低损耗光纤及其生产方法。

背景技术：

随着光纤市场竞争的日益激烈，提高光纤的制造工艺的生产效率，降低光纤的成本成为光纤发展的必然趋势。增大预制棒的尺寸，延长单根预制棒的拉丝时间，提高设备利用率是提高生产总体效率的一个有效手段。

目前，各个光纤制造商都在最大限度的增大单根光纤预制棒所对应的光纤的拉丝长度。由于光纤中形成包层部分的玻璃占有绝大部分比例，因此降低包层材料的制造成本是一种降低光纤成本的有效手段。用于制造光纤预制棒外包层的石英原料主要有合成石英料和天然石英砂料。其中，前者有害杂质含量低，纯度高，但成本很高；后者杂质含量较高，但工业化产量大，成本低廉。

然而，天然石英料做外包层采用等离子喷涂法，其沉积效率低，工艺路线复杂，引入质量风险的机率较大，相较于合成法工艺，经济上优势并不明显，不适用于规模化生产。

有鉴于此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低损耗光纤及其生产方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供一种低损耗光纤，其包括：纤芯层和包层；

所述包层包括内包层、中间隔离层以及外包层，所述内包层包覆于所述纤芯层上，所述中间隔离层包覆于所述内包层上，所述外包层包覆于所述中间隔离层上；所述纤芯层和内包层形成石英芯棒，其包芯比为2.3-5.0，所述中间隔离层为高纯石英层，所述外包层为天然石英层。

作为本发明的低损耗光纤的改进，所述纤芯层的相对折射率差大于所述包层的相对折射率差。

作为本发明的低损耗光纤的改进，所述中间隔离层的相对折射率差略高于所述内包层和外包层的相对折射率差。

作为本发明的低损耗光纤的改进，所述纤芯层的半径为4～5μm，相对折射率Δ1＝0.35％；所述的内包层的厚度为8～12μm，相对折射率差Δ2为0％；所述中间隔离层厚度为20～25μm，相对折射率差Δ3为0.05％，所述外包层的半径为62.5±0.5μm，相对折射率差Δ4为0％。

作为本发明的低损耗光纤的改进，所述纤芯层的半径为5～7μm，相对折射率Δ1ˊ＝0.325％；所述的内包层的厚度为12～25μm，相对折射率差Δ2ˊ为0％；所述中间隔离层厚度为25～35μm，相对折射率差Δ3ˊ为0.05％，所述外包层的半径为62.5±0.5μm，相对折射率差Δ4ˊ为0％。

为实现上述发明目的，本发明提供一种低损耗光纤的生产方法，其包括如下步骤：

S1、提供SiO₂、GeO₂粉末，在靶棒上进行沉积，得到外径均匀的二氧化硅粉棒，对所述二氧化硅粉棒进行烧结，得到石英芯棒；

S2、提供高纯石英管和天然石英套柱，将石英芯棒、高纯石英管和天然石英套柱进行组装，使得所述高纯石英管套装于所述石英芯棒上，所述天然石英套柱套装于所述高纯石英管上；

S3、将组装好的石英芯棒、高纯石英管和天然石英套柱进行高温拉丝，得到本发明所述的低损耗光纤。

作为本发明的低损耗光纤的生产方法的改进，所述步骤S1中，通过火焰氢化反应，生成所述SiO₂、GeO₂粉末，进行沉积时，在稳定可控的腔体气流条件下，通过控制火焰喷灯的位置，调整各反应气体用量，得到外径均匀的二氧化硅粉棒。

作为本发明的低损耗光纤的生产方法的改进，所述高纯石英管采用F300材质，其中羟基、金属杂质含量均小于1ppm。

作为本发明的低损耗光纤的生产方法的改进，所述天然石英套柱采用连融法制备而成。

作为本发明的低损耗光纤的生产方法的改进，将组装好的石英芯棒、高纯石英管和天然石英套柱通过在线RIC法进行高温拉丝。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的低损耗光纤及其生产方法适合规模化生产，且物理包层采用天然石英材质的套柱，大大降低了生产成本。此外，本发明的低损耗光纤及其生产方法整体衰减较常规方法明显降低，同时在天然石英套柱和芯棒中间增加一层高纯石英管，有效的避免了光纤光学参数的恶化。

附图说明

图1为本发明的低损耗光纤一具体实施方式的径向平面示意图；

图2为本发明的低损耗光纤径向应力分布示意图；

图3为本发明的低损耗光纤一具体实施方式中折射率剖面结构示意图；

图4为本发明的低损耗光纤另一具体实施方式中折射率剖面结构示意图；

图5为本发明的低损耗光纤的生产方法纤一具体实施方式的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明的低损耗光纤包括：纤芯层10和包层20，其中，所述包层20包覆于所述纤芯层10上。

具体地，所述包层20包括内包层21、中间隔离层22以及外包层23。其中，所述内包层21包覆于所述纤芯层10上，所述中间隔离层22包覆于所述内包层21上，所述外包层23包覆于所述中间隔离层22上。优选地，所述纤芯层10、内包层21、中间隔离层22以及外包层23同心设置。所述纤芯层10和内包层21形成石英芯棒，其包芯比为2.3-5.0，所述中间隔离层22为高纯石英层，所述外包层23为天然石英层。

由于所述天然石英层中含有一定的金属杂质，从而在光纤拉丝成型过程中，所述金属杂质可能会扩散到纤芯层中。因此，本发明中设置有中间隔离层22，如此有效的阻挡了外包层23中金属杂质在高温拉丝过程中扩散至纤芯层10中，进而避免光纤性能参数的恶化。同时，由于采用天然石英层作为外包层，大大降低了生产成本。进一步地，为了使得本发明的低损耗光纤的折射率满足使用需求，所述纤芯层10的相对折射率差大于所述包层20的相对折射率差。同时，所述中间隔离层22的相对折射率差略高于所述内包层21和外包层23的相对折射率差。

作为一种实施方式，所述纤芯层10的半径为4～5μm，相对折射率Δ1＝0.35％；所述的内包层21的厚度为8～12μm，相对折射率差Δ2为0％；所述中间隔离层22厚度为20～25μm，相对折射率差Δ3为0.05％，所述外包层23的半径为62.5±0.5μm，相对折射率差Δ4为0％。优选地，所述纤芯层10的半径为4.3μm，相对折射率Δ1＝0.35％；所述的内包层21的厚度为9.5μm，相对折射率差Δ2为0％；所述中间隔离层22厚度为21.5μm，相对折射率差Δ3为0.05％，所述外包层23的半径为62.4μm，相对折射率差Δ4为0％。

针对上述低损耗光纤，利用PK2200对光纤光学参数进行测试确认，并测试光纤在1550nm波长不同弯曲半径下的附加损耗。同时，利用OTDR对光纤衰减进行测量，利用NR9200对光纤折射率剖面进行测试，再利用FSA对光纤进行径向应力分布进行测试。

如图2、3所示，由以上实施例可见本发明所述光纤的光学参数如模场直径、截止波长和光纤损耗等方面可以做到完全符合ITU-TG.652D标准的要求，并且弯曲性能大大优于G.652D标准的要求。在此基础上，1550nm波长处的衰减值≤0.185db/km，典型值0.180db/km。从而，本发明的光纤在全面兼容G.652标准的基础上，衰减性能优于常规G.652光纤。

为了满足不同的使用需求，可替代地，所述纤芯层10的半径为5～7μm，相对折射率Δ1ˊ＝0.325％；所述的内包层21的厚度为12～25μm，相对折射率差Δ2ˊ为0％；所述中间隔离层22厚度为25～35μm，相对折射率差Δ3ˊ为0.05％，所述外包层23的半径为62.5±0.5μm，相对折射率差Δ4ˊ为0％。优选地，所述纤芯层10的半径为5.6μm，相对折射率Δ1ˊ＝0.325％；所述的内包层21的厚度为16.8μm，相对折射率差Δ2ˊ为0％；所述中间隔离层22厚度为36.5μm，相对折射率差Δ3ˊ为0.05％，所述外包层23的半径为62.4μm，相对折射率差Δ4ˊ为0％。

针对上述低损耗光纤，利用PK2200对光纤光学参数进行测试确认，并测试光纤在1550nm波长不同弯曲半径下的附加损耗。同时，利用OTDR对光纤衰减进行测量，利用NR9200对光纤折射率剖面进行测试，再利用FSA对光纤进行径向应力分布进行测试。

如图2、4所示，由以上实施例可见本发明所述光纤的光学参数如模场直径、截止波长和光纤损耗等方面可以做到完全符合ITU-TG.654标准的要求，并且弯曲性能满足G.654标准的要求。在此基础上，1550nm波长处的衰减值≤0.185db/km，，典型值0.180db/km，模场有效面积125μm^{^2}。从而，本发明的光纤在全面兼容G.654标准的基础上，衰减性能优于常规G.654光纤。

如图5所示，基于如上所述的低损耗光纤，本发明还提供一种低损耗光纤的生产方法，其包括如下步骤：

S1、提供SiO₂、GeO₂粉末，在靶棒上进行沉积，得到外径均匀的二氧化硅粉棒，对所述二氧化硅粉棒进行烧结，得到石英芯棒。

其中，为了获得所述SiO₂、GeO₂粉末，通过火焰氢化反应，生成所述SiO₂、GeO₂粉末。进行沉积时，在稳定可控的腔体气流条件下，通过控制火焰喷灯的位置，调整各反应气体用量，得到外径均匀的二氧化硅粉棒。此外，在沉积的过程中，通过控制通入GeCl4的用量，可调整二氧化硅粉棒的折射率分布。

S2、提供高纯石英管和天然石英套柱，将石英芯棒、高纯石英管和天然石英套柱进行组装，使得所述高纯石英管套装于所述石英芯棒上，所述天然石英套柱套装于所述高纯石英管上。

其中，所述高纯石英管采用F300材质，其中羟基、金属杂质含量均小于1ppm。有效的阻挡了外包层23中金属杂质在高温拉丝过程中扩散至纤芯层10中，进而避免光纤性能参数的恶化。同时，由于采用天然石英层作为外包层，大大降低了生产成本。

S3、将组装好的石英芯棒、高纯石英管和天然石英套柱进行高温拉丝，得到本发明所述的低损耗光纤。

其中，所述天然石英套柱采用连融法制备而成。如此，与等离子喷涂法比较，连融法工艺效率高，套柱制备效率大大提升，经济优势更加明显。进一步地，将组装好的石英芯棒、高纯石英管和天然石英套柱通过在线RIC法进行高温拉丝。

综上所述，本发明的低损耗光纤及其生产方法适合规模化生产，且物理包层采用天然石英材质的套柱，大大降低了生产成本。此外，本发明的低损耗光纤及其生产方法整体衰减较常规方法明显降低，同时在天然石英套柱和芯棒中间增加一层高纯石英管，有效的避免了光纤光学参数的恶化。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。