一种弯曲不敏感单模光纤的低成本加工工艺的制作方法

1.本发明涉及弯曲不敏感单模光纤的生产领域，具体为一种弯曲不敏感单模光纤的低成本加工工艺。


背景技术：

2.弯曲不敏感单模光纤与普通g.652单模光纤相比，具有在极小的弯曲半径下附加损耗小的特性。在ftth技术的应用中，常会出现5mm～15mm的弯曲半径，实际复杂的铺设环境对光纤的弯曲性能有着更高的需求。常规方案的弯曲损耗不敏感单模光纤采用增加芯层中锗元素(ge)含量，以提高芯层折射率，同时在内包层中掺杂氟(f)，以降低内包层折射率。
3.如公告号为cn102730961b的中国发明专利公开了一种在沉积中在芯层掺锗元素(ge)、烧结过程中通入四氟化碳(cf4)增加内包下陷深度的方法，该方法芯棒制备工艺流程长，但在烧结中通入cf4会降低烧结炉使用寿命，增加制造成本；又如公开号cn112904474a的中国发明专利申请公开了一种pcvd/vad+套衬管熔缩+ovd方案，该方案易于获得稳定的折射率剖面，但是其芯棒制造工艺复杂，芯棒外面熔缩掺f管，掺f管制备材料利用率低，造成其成本高昂，不利于企业降低制造成本；因此，现有弯曲不敏感单模光纤加工工艺普遍存在工艺复杂、制造成本高的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种弯曲不敏感单模光纤的低成本加工工艺，其能解决现有方法存在的工艺复杂、制造成本高的问题。
5.一种弯曲不敏感单模光纤的低成本加工工艺，其先制备光纤预制棒、再对所述光纤预制棒进行拉丝处理即得到弯曲不敏感光纤；所述弯曲不敏感单模光纤包括中心的芯层、围绕并与所述芯层接触的包层，所述包层自内而外包括内包层和外包层；其特征在于：
6.所述内包层至少包括两层且至少两层内包层自内而外形成至少一个类阶梯式的凹陷结构；
7.所述光纤预制棒的制备包括：步骤(1)，应用vad工艺通过沉积设备沉积得到由所述芯层和内包层形成的芯棒松散体；步骤(2)，将所述芯棒松散体依次经过烧结脱水处理、拉伸处理后得到透明玻璃芯棒；步骤(3)，应用ovd工艺在所述芯棒外表面沉积形成所述外包层，最后经过烧结得到所述光纤预制棒；
8.所述步骤(1)中，所述沉积设备包括腔体、以及设置于所述腔体内的芯层喷灯、内包层喷灯，所述内包层喷灯至少设有两个且每一个所述内包层喷灯分别与一内包层一一对应，所述芯层喷灯、内包层喷灯均为环状多层喷孔结构；初始靶棒从顶部伸入到所述腔体内并由控制系统控制其以设定的速度旋转并向上提升，所述控制系统控制所述芯层喷灯先以预设的沉积气体流量在所述初始靶棒的末端沉积形成所述芯层，所述控制系统根据光纤内包层折射率剖面结构自内而外依次控制每一所述内包层喷灯以预设的每一内包层气体流量在所述芯层的末端沉积形成每一层所述内包层。
9.进一步的，所述沉积设备还包括进风系统和抽风系统，所述腔体的一侧设置有所述进风系统、相对的另一侧设置有所述抽风系统。
10.进一步的，所述内包层包括自内而外的第一内包层和第二内包层，所述第一内包层与第二内包层之间形成一所述类阶梯式的凹陷结构；所述芯层的相对折射率差
△
n1为0.35％～0.45％，所述第一内包层的相对折射率差
△
n2为0.02％～0.04％，所述第二内包层的相对折射率差
△
n3为0.1％～0.18％。
11.进一步的，所述内包层喷灯包括用于沉积所述第一内包层的第一内包层喷灯和用于沉积所述第二内包层的第二内包层喷灯；所述芯层喷灯、第一内包层喷灯、第二内包层喷灯均为环状八层喷孔结构，其自内而外依次包括中心喷孔、第一环形喷孔、第二环形喷孔、第三环形喷孔、第四环形喷孔、第五环形喷孔、第六环形喷孔和第七环形喷孔。
12.更进一步的，所述芯层喷灯的中心喷孔通有预设流量为0.4～0.8slpm的sicl4气体与预设流量为0.02～0.06slpm的gecl4气体；所述芯层喷灯的第一环形喷孔通有预设流量为3～6slpm的氢气，所述芯层喷灯的第二环形喷孔通有预设流量为2～4slpm的氩气，所述芯层喷灯的第三环形喷孔通有预设流量为18～26slpm的氧气，所述芯层喷灯的第四环形喷孔通有预设流量为3～4.6slpm的氩气，所述芯层喷灯的第五环形喷孔通有预设流量为18～24slpm的氢气，所述芯层喷灯的第六环形喷孔通有预设流量为3.2～4.8slpm的氩气，所述芯层喷灯的第七环形喷孔通有预设流量为18～22slpm的氧气。
13.更进一步的，所述第一内包层喷灯自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为3～4.2slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为6～8slpm的氢气和预设流量为0.4～0.6slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为3～5slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为25～45slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为4～6slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为60～80slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为4～6slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为25～45slpm的氧气；所述第一内包层松散体密度控制范围为0.35～0.38g/cm3。
14.更进一步的，所述第二内包层喷灯自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为4～5.4slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为8～10.6slpm的氢气和预设流量为1～1.6slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为3～5slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为25～45slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为4～6slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为60～80slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为4～6slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为25～45slpm的氧气；所述第二内包层松散体密度控制范围为0.26～0.3g/cm3。
15.进一步的，所述步骤(2)中进行烧结脱水处理中通入氯气和氦气。
16.本发明弯曲不敏感单模光纤的低成本加工工艺，其采用vad工艺+ovd工艺来进行光纤预制棒的制备，尤其是在采用vad工艺进行芯层与内包层沉积时芯层、每一层内包层沉积均对应由芯层喷灯、一内包层喷灯进行，同时其芯层喷灯、各内包层喷灯均采用环状多层喷孔结构，并且根据光纤内包层折射率剖面结构自内而外依次控制每一内包层喷灯以预设的每一内包层气体流量在芯层的末端沉积形成内包层，从而能大大简化光纤预制棒的生产流程以及整个光纤生产工艺、提高生产效率、降低生产成本；另外，其在光纤预制棒的加工过程中一方面通过将弯曲不敏感单模光纤的内包层设计成至少包括两层且至少两层内包
层自内而外形成至少一个类阶梯式的凹陷结构从而能够达到内包层折射率差异要求，同时通过在松散体沉积过程中芯层喷灯和各内包层喷灯的流量适配，使得松散体能获得更好的宏弯性能，以使得所生产的光纤满足itu-t g.657光纤标准。
附图说明
17.图1为本发明实施例的弯曲不敏感光纤折射率剖面示意图；
18.图2为本发明实施例的弯曲不敏感光纤的径向剖面结构示意图；
19.图3为本发明实施例中芯层喷灯和内包层喷灯所采用的环状多层喷孔结构示意图；
20.图4为本发明实施例中的芯层喷灯与两个内包层喷灯的沉积示意图。
21.附图标记：10-芯层，21a-第一内包层，21b-第二内包层，22-外包层，23-芯棒松散体，30-沉积设备，31-腔体，32-芯层喷灯，33a-第一内包层喷灯，33b-第二内包层喷灯，34a-中心喷孔，34b-第一环形喷孔，34c-第二环形喷孔，34d-第三环形喷孔，34e-第四环形喷孔，34f-第五环形喷孔，34g-第六环形喷孔，34h-第七环形喷孔，35-进风系统，36-抽风系统，36-初始靶棒
具体实施方式
22.实施例一：
23.一种弯曲不敏感单模光纤的低成本加工工艺，其先制备光纤预制棒、再对所述光纤预制棒进行拉丝处理即得到弯曲不敏感光纤；见图1和图2，弯曲不敏感单模光纤包括中心的芯层10、围绕并与芯层接触的包层，包层自内而外包括内包层和外包层22；本实施例中，内包层包括两层，分别为第一内包层21a和第二内包层21b且第一内包层与第二内包层自内而外形成一个类阶梯式的凹陷结构；芯层10的相对折射率差
△
n1为0.35％～0.45％，第一内包层21a的相对折射率差
△
n2为0.02％～0.04％，第二内包层21b的相对折射率差
△
n3为0.1％～0.18％。
24.其中，光纤预制棒的制备包括：
25.步骤(1)，应用vad工艺通过沉积设备沉积得到由芯层和内包层形成的芯棒松散体23；见图4，沉积设备30包括腔体31、以及设置于腔体31内的芯层喷灯32、第一内包层喷灯33a、第二内包层喷灯33b，第一内包层喷灯33a用于沉积第一内包层21a，第二内包层喷灯33b用于沉积第二内包层21b；芯层喷灯32、第一内包层喷灯33a、第二内包层喷灯33b均为环状多层喷孔结构，本实施例中芯层喷灯32、第一内包层喷灯33a、第二内包层喷灯33c均为环状八层喷孔结构，见图3，其自内而外依次包括中心喷孔34a、第一环形喷孔34b、第二环形喷孔34c、第三环形喷孔34d、第四环形喷孔34e、第五环形喷孔34f、第六环形喷孔34g和第七环形喷孔34h；初始靶棒37从顶部伸入到腔体31内并由控制系统控制其以设定的速度旋转并向上提升，控制系统控制芯层喷灯32先以预设的沉积气体流量在初始靶棒的末端沉积形成芯层10，控制系统根据光纤内包层折射率剖面结构自内而外依次控制每一内包层喷灯以预设的每一内包层气体流量在芯层10的末端沉积形成相应的第一内包层21a和第二内包层21b。
26.沉积设备30还包括进风系统35和抽风系统36，腔体31的一侧设置有进风系统35、
相对的另一侧设置有抽风系统36。
27.本实施例中，芯层喷灯32的中心喷孔34a通有预设流量为0.46slpm的sicl4气体与预设流量为0.035slpm的gecl4气体；芯层喷灯32的第一环形喷孔34b通有预设流量为4.1slpm的氢气，芯层喷灯32的第二环形喷孔34c通有预设流量为2.6slpm的氩气，芯层喷灯32的第三环形喷孔34d通有预设流量为18.2slpm的氧气，芯层喷灯32的第四环形喷孔34e通有预设流量为3.6slpm的氩气，芯层喷灯32的第五环形喷孔34f通有预设流量为20.4slpm的氢气，芯层喷灯32的第六环形喷孔34g通有预设流量为4slpm的氩气，芯层喷灯32的第七环形喷孔34h通有预设流量为19.3slpm的氧气。
28.第一内包层喷灯33a自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为4slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为7.2slpm的氢气和预设流量为0.42slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为3.2slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为30slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为76slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为4.8slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为35slpm的氧气；第一内包层松散体密度控制范围为0.365g/cm3。
29.第二内包层喷灯33b自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为4.2slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为10.2slpm的氢气和预设流量为1.4slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为38slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为5.3slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为78slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为5.3slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为42slpm的氧气；第二内包层松散体密度控制范围为0.272g/cm3。
30.制得的芯棒松散体直径210mm，整体密度为0.316g/cm3。
31.步骤(2)，将芯棒松散体依次经过烧结脱水处理、拉伸处理后得到直径为40mm的透明玻璃芯棒，其中在烧结脱水处理中通入氯气和氦气；
32.步骤(3)，应用ovd工艺在透明玻璃芯棒外表面沉积形成外包层，沉积的外包层为纯二氧化硅粉尘，后经过烧结得到光纤预制棒。
33.本实施例制得的光纤的典型参数见下表：
[0034][0035]
采用本实施例工艺制成的上述光纤全部满足itu-t g.657光纤标准。
[0036]
实施例二：
[0037]
本实施例与实施例一的不同之处仅在于应用vad工艺通过沉积设备沉积得到由芯层和内包层形成的芯棒松散体的过程中，芯层喷灯32、第一内包层喷灯33a和第二内包层喷
灯33b的各层喷孔所通气体的预设流量不同：
[0038]
本实施例中：芯层喷灯32的中心喷孔34a通有预设流量为0.4slpm的sicl4气体与预设流量为0.06slpm的gecl4气体；芯层喷灯32的第一环形喷孔34b通有预设流量为4.5slpm的氢气，芯层喷灯32的第二环形喷孔34c通有预设流量为3slpm的氩气，芯层喷灯32的第三环形喷孔34d通有预设流量为18slpm的氧气，芯层喷灯32的第四环形喷孔34e通有预设流量为4.6slpm的氩气，芯层喷灯32的第五环形喷孔34f通有预设流量为21slpm的氢气，芯层喷灯32的第六环形喷孔34g通有预设流量为4.8slpm的氩气，芯层喷灯32的第七环形喷孔34h通有预设流量为18slpm的氧气。
[0039]
第一内包层喷灯33a自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为3.6slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为7slpm的氢气和预设流量为0.4slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为35slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为70slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为6slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为45slpm的氧气；第一内包层松散体密度控制范围为0.38g/cm3。
[0040]
第二内包层喷灯33b自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为4slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为9.3slpm的氢气和预设流量为1.6slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为25slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为80slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为35slpm的氧气；第二内包层松散体密度控制范围为0.28g/cm3。
[0041]
实施例三：
[0042]
本实施例三与实施例一～二的不同之处仅在于应用vad工艺通过沉积设备沉积得到由芯层和内包层形成的芯棒松散体的过程中，芯层喷灯32、第一内包层喷灯33a和第二内包层喷灯33b的各层喷孔所通气体的预设流量不同：
[0043]
本实施例中，芯层喷灯32的中心喷孔通有预设流量为0.6slpm的sicl4气体与预设流量为0.04slpm的gecl4气体；所述芯层喷灯的第一环形喷孔通有预设流量为3slpm的氢气，所述芯层喷灯的第二环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，所述芯层喷灯的第三环形喷孔通有预设流量为22slpm的氧气，所述芯层喷灯的第四环形喷孔通有预设流量为3.8slpm的氩气，所述芯层喷灯的第五环形喷孔通有预设流量为18slpm的氢气，所述芯层喷灯的第六环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，所述芯层喷灯的第七环形喷孔通有预设流量为20slpm的氧气。
[0044]
本实施例中，第一内包层喷灯33a自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为4.2slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为8slpm的氢气和预设流量为0.5slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为3slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为45slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为60slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为25slpm的氧气；第一内包层松散体密度控制范围为0.363g/cm3。
[0045]
本实施例中，第二内包层喷灯33b自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为4.7slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为8slpm的氢气
和预设流量为1.3slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为35slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为70slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为6slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为25slpm的氧气；所述第二内包层松散体密度控制范围为0.3g/cm3。
[0046]
实施例四：
[0047]
本实施例与实施例一～三的不同之处仅在于应用vad工艺通过沉积设备沉积得到由芯层和内包层形成的芯棒松散体的过程中，芯层喷灯32、第一内包层喷灯33a和第二内包层喷灯33b的各层喷孔所通气体的预设流量不同：
[0048]
本实施例中，芯层喷灯32的中心喷孔通有预设流量为0.8slpm的sicl4气体与预设流量为0.02slpm的gecl4气体；所述芯层喷灯的第一环形喷孔通有预设流量为6slpm的氢气，所述芯层喷灯的第二环形喷孔通有预设流量为2slpm的氩气，所述芯层喷灯的第三环形喷孔通有预设流量为26slpm的氧气，所述芯层喷灯的第四环形喷孔通有预设流量为3slpm的氩气，所述芯层喷灯的第五环形喷孔通有预设流量为24slpm的氢气，所述芯层喷灯的第六环形喷孔通有预设流量为3.2slpm的氩气，所述芯层喷灯的第七环形喷孔通有预设流量为22slpm的氧气。
[0049]
本实施例中，第一内包层喷灯33a自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为3slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为6slpm的氢气和预设流量为0.6slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为25slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为6slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为80slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为4slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为35slpm的氧气；所述第一内包层松散体密度控制范围为0.35g/cm3。
[0050]
本实施例中，第二内包层喷灯33b自内而外各喷孔所通气体及气流流量设置为：中心喷孔通有预设流量为5.4slpm的sicl4气体，第一环形喷孔通有预设流量为10.6slpm的氢气和预设流量为1slpm的四氟化碳气体，第二环形喷孔通有预设流量为3slpm的氩气，第三环形喷孔通有预设流量为45slpm的氧气，第四环形喷孔通有预设流量为6slpm的氩气，第五环形喷孔通有预设流量为60slpm的氢气，第六环形喷孔通有预设流量为5slpm的氩气，第七环形喷孔通有预设流量为45slpm的氧气；所述第二内包层松散体密度控制范围为0.26g/cm3。
[0051]
本发明弯曲不敏感光纤的低成本加工工艺，采用了vad+ovd相结合的工艺流程，通过在芯棒生产过程中在松散体中掺入f，并控制不同喷灯气体流量，进而控制松散体包层密度，配合通入cf4的量，完成外包层折射率的控制，烧结后得到类阶梯式下降凹陷的内包结构，该结构大幅度降低了芯包间黏度匹配问题，并通过ovd进行光棒制备，拉丝后，在光纤性能不变的情况下，光纤宏弯衰减满足itu-t g.657光纤标准。
[0052]
以上对本发明的具体实施进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施方案，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。