一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺的制作方法

本发明涉及一种光纤制造领域，特别涉及一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺。

背景技术：

中国“ 十二五” 规划中，将新一代信息通信纳入七大新兴战略产业， 要求加快泛在、宽带融合的信息网络基础设施建设、加快推进三网融合、加快重要基础设施的智能化改造， 推动新一代移动通信和下一代互联网设备，促进物联网、云计算的研发和示范应用。光纤光缆的应用热点是宽带中国和智能电网建设。

城域网通信建设促进了光缆的大规模敷设。对于运营商而言， 城市中敷设通信光缆用的地下管道及槽道路由资源逐渐稀缺。新建路由会引发拆迁、资金、时间进度、城市密集区域管道资源无法拓展、与其他基础设施抢路由的情况。若能够充分利用稀缺路由资源敷设更大量的光纤，无疑是对城市建设的促进。在这种尺寸受限的环境下，采用更小尺寸的单模光纤，可以在有限的空间资源中，引入更多芯数的光缆，以节省空间、管道资源。将单模光纤涂层直径电常规下降到小尺寸的研究就是满足此种新型光缆应用模式。

随着国家“宽带中国”、“互联网+”等技术不断发展，城市中敷设通信光缆用的地下管道及槽道路由资源逐渐稀缺，这就对当前的光纤、光缆提出了新的要求。单模光纤涂层直径由常规降到小尺寸的需求应运而生，即在保证当前性能的前提下，缩小光缆尺寸。而光纤作为光缆的核心材料，其尺寸的缩小，尤其是多芯数光缆，如96芯、128芯、256芯等，可以有效减小光缆尺寸；由于涂层变薄，对光纤性能带来严重影响，因此，需要通过对预制棒折射率剖面结构调整、拉丝设备和拉丝工艺条件改进，能够生产出涂层直径稳定的小尺寸光纤。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种明显地减小光缆结构尺寸，而光缆性能不会出现下降的小直径弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺，其创新点在于：该小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺步骤如下：

（1）熔融拉丝：将前期加工好的预制棒放入加热炉内，预制棒融化，在拉丝张力为100~190g的作用下以一定的速度被抽细成为玻璃光纤；

（2）退火：抽拉成丝后的光纤进入退火程序，退火程序依次包括退火高温炉、加热炉以及保温管三个部分，通过三级退火工序，光纤已缓慢冷却至表面假定温度，有效的消除了光纤残余内应力，且降低了光纤的衰减；

（3）测径：玻璃光纤的外径通过纤经测量仪进行测量，测量结果反馈给PLC控制单元，PLC控制单元根据光纤直径数据对预制棒进料速度和拉丝速度进行调整，起到光纤拉丝过程的整体控制作用；

（4）涂覆：光纤进入涂覆工序，涂覆模具为一中空的柱状结构，中空内腔内盛有丙烯酸树脂涂料，在光纤的运动过程中，中空内腔中的涂料均匀的粘覆在光纤外表面上，形成一定厚度的涂覆层，涂覆层包括低模量内涂层以及高模量外涂层，内涂层与外涂层的尺寸比例为0.8~1.2:1；

（5）固化：光纤进入固化灯照射范围，根据涂覆层厚度变薄的情况，固化灯固化功率调整为1800~3000W；

（6）筛选：由于光纤尺寸的减小，调整筛选复绕机的导轮速度，为牵引光纤提供0.35~0.85g的收线拉力。

进一步的，所述步骤（1）中加热炉内温度控制在1800℃~2200℃。

进一步的，所述步骤（2）中加热炉温度在900℃~1200℃。

进一步的，所述步骤（2）中，加热炉位于退火高温炉下方15cm处，保温管位于加热炉下方20~25cm处。

进一步的，所述步骤（4）中，涂覆模具内部包括上大下小设置的圆锥状内腔以及连接在圆锥状内腔下端的涂覆孔，圆锥状内腔的锥度为3~25°，涂覆孔长度为0.8~5mm。

本发明的优点在于：

（1）玻璃预制棒在拉丝过程中注意张力控制，改善光纤的弯曲损耗；采用PLC控制，实测玻璃光纤的外径大小，将测量结果反馈给PLC控制单元，通过调整预制棒进料速度和拉丝速度进行动态控制，实现加工过程的自动控制；采用改进的涂覆模具在光纤上涂覆聚丙烯酸树脂，且采用试验过的最佳的涂层比例，不但减小了光纤的涂覆层厚度，而且保护了内部光纤，且对光纤的性能影响很小；由于涂层变薄，在固化单元调整固化功率，节能降耗，获得最优的固化功率匹配，减少光纤固化过程产生的附件损耗。

（2）采用改进的涂覆模具，调整了模具的锥度和长度，获得了适合小尺寸光纤用压力梯度范围，保证了涂覆质量和同心度要求。

附图说明

图1为本发明一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺的小直径弯曲不敏感单模光纤截面图。

图2为本发明一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺的流程图。

图3为本发明一种小直径低损耗弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺的涂覆模具示意图。

具体实施方式

如图1所示，小直径弯曲不敏感单模光纤的标称直径为200mm，从内部到外部依次包括纤芯1、包层以及涂覆层，纤芯1层为掺锗二氧化硅玻璃层，包层包括内包层2以及外包层3，内包层2为掺F的下陷内包层，在制备该光纤的预制棒中减少锗掺量以降低芯层内的瑞利散射，同时包层采用深掺氟使折射率剖面的内包层2形成下陷，并控制径向折射率均匀分布和折射率剖面斜率。

如图2所示，该小直径弯曲不敏感单模光纤的拉丝涂覆工艺步骤如下：

（1）熔融拉丝：将前期加工好的预制棒放入加热炉内，预制棒融化，在拉丝张力为100~190g的作用下以一定的速度被抽细成为玻璃光纤；

（2）退火：抽拉成丝后的光纤进入退火程序，退火程序依次包括退火高温炉、加热炉以及保温管三个部分，通过三级退火工序，光纤已缓慢冷却至表面假定温度，有效的消除了光纤残余内应力，且降低了光纤的衰减；

（3）测径：玻璃光纤的外径通过纤经测量仪进行测量，测量结果反馈给PLC控制单元，PLC控制单元根据光纤直径数据对预制棒进料速度和拉丝速度进行调整，起到光纤拉丝过程的整体控制作用；

（4）涂覆：光纤进入涂覆工序，如图3所示，涂覆模具6为一中空的柱状结构，涂覆模具6内部包括上大下小设置的圆锥状内腔7以及连接在圆锥状内腔7下端的涂覆孔9，圆锥状内腔7的锥度为3~25°，涂覆孔9长度为0.8~5mm；圆锥状空腔7内盛有丙烯酸树脂涂料，光纤依次穿过涂覆模具7的圆锥状内腔以及涂覆孔9，在光纤的运动过程中，圆锥状的内腔7中的涂料均匀的粘覆在光纤8外表面上，通过下端的涂覆孔9，形成一定厚度的涂覆层，涂覆层包括低模量内涂层以及高模量外涂层，内涂层与外涂层的尺寸比例为0.8~1.2:1；

（5）固化：光纤进入固化灯照射范围，根据涂覆层厚度变薄的情况，固化灯固化功率调整为1800~3000W；

（6）筛选：由于光纤尺寸的减小，调整筛选复绕机的导轮速度，为牵引光纤提供0.35~0.85g的收线拉力。

在拉丝过程中，注意拉丝张力的控制。光纤损耗和弯曲损耗均受到拉丝张力的影响，拉丝张力增大将增加光纤的损耗，但同时可以改善弯曲损耗，因此，在拉丝过程中，需要摸索合适的拉丝张力，从而可以解决光纤损耗和弯曲损耗的平衡控制，经过实验验证，当张力在100~190g范围内时，该产品的光纤损耗和弯曲损耗可达到最优值。

光纤弯曲损耗可以通过无量纲参数来表示：

MAC=MFD/λ

其中，MFD为光纤的模场直径，λ为光纤的截止波长。从研究结果来看，MAC越小，光纤的弯曲损耗越小。在拉丝过程中，通过MAC值的有效控制，保证光纤的宏弯损耗不随涂层直径明显降低。

在退火过程中，光纤经过三次退火，第一次在拉丝炉退火高温炉中，光纤在退火高温炉中缓缓降温，下降到1500度，第二次退火在高温退火炉下方15cm处的加热炉中退火，保证光纤在加热炉内的温度在1000~1200度，第三次退火在加热炉下方20~50cm处的保温管内，对光纤进行保温退火，通过上述三次退火，使得光纤的温度呈梯度变化，当光纤暴露在车间冷空气环境中时，已经低于表面假定温度，起到了很好的退火效果。

在涂覆过程中考虑内外涂层厚度的匹配性，高模量外涂层承受光纤的径向和侧向压力，低模量内涂层吸收施加于光纤上的外力，起缓冲作用。涂覆树脂本身的性能，如粘度、模量、玻璃化转变温度等影响光纤弯曲损耗。因此，这款200μm小尺寸光纤选择不同性能涂覆树脂以及研究内外涂层的厚度比较关键。结合理论分析，通过设计不同涂料、内涂层厚度、外涂层厚度三因数的DOE试验设计分析，选取两层丙烯酸树脂涂层，且内外两层涂层的厚度比为0.8~1.2:1的比例关系，能够保证内外涂层的厚度足够起到保护光纤作用，稳定光纤性能。

在固化过程中，由于涂层变薄，涂覆层固化速度相比常规尺寸光纤有显著提高，原有固化工艺已不适用。从节能降耗考虑，通过调整固化功率调整为1800~3000W，达到满足外观、固化度及相关机械性能要求，获得最优的固化功率匹配，减少光纤固化过程产生的附加损耗。

在筛选工序中，光纤由筛选机施加一定拉力进行缠绕，过程中所受的张力会引起光纤的附加损耗，张力较大时光纤发生断裂。同时，由于光纤尺寸的减小，原来的筛选工艺以不能满足要求，将排线节距调整为0.38~0.44mm。排线节距不佳易造成光纤弯曲损耗，缠绕密度不佳。调节筛选机收线张力为0.35~0.85g，控制线速度保持张力稳定以及排线节距的调整，减少附加衰减，降低弯曲损耗。

通过200μm低损耗弯曲不敏感单模光纤的生产研制，突破了光纤涂覆模具设计、小尺寸光纤固化工艺、微弯性能改善等关键技术和制造工艺，填补了国内空白。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。