专利名称：高强度大盘长海底光缆用单模光纤的制备方法
技术领域：
本发明高强度大盘长海缆用单模光纤的制备方法涉及一种光纤 海底光缆用单模光纤的制备，尤其涉及高强度大盘长单模光纤的制 备方法。该单模光纤的光学特性、几何参数、环境性能等满足通用 的单模光纤标准，尤其具有优异的高强度性能、且盘长较长。
背景技术：
自1985年世界上第一条海底光缆问世以来，海底光缆的建设在全 世界得到了蓬勃的发展。海底光缆以其大容量、高可靠性、优异的 传输质量等优势，在通信领域，尤其是国际通信中起到重要的作用。 由于海底光缆特殊的使用环境，施工和维护的成本非常高，所以海 底光通信系统的稳定性一直是该领域内的研究重点之一。其中作为 通讯的主要传输媒质——光纤，也相对于普通光缆用光纤，有着自 己特殊的要求。在海底光缆的敷设、使用、打捞以及受到意外外力 等过程中，光纤虽然受到了光缆外部结构的保护，但是还是要承受 一定的应变和残余应力。目前普通光纤标准盘长为25km左右，光纤 强度控制筛选应变为1%。因此为了防止敷设、维护以及意外张力对 光纤单元的破坏性影响，海底光缆用光纤必须要有较普通光缆用光 纤更高的强度；而大盘长则是为了减少中继距离内的接头数目，尽 量做到光缆盘长和系统的中继距离一致。海底光缆以其大容量、高可靠性、优异的传输质量等优势，在通 信领域，尤其是国际通信中起到重要的作用。因此，海底光缆用的 大长度高强度单模光纤因为减少了中继距离内的接头数目，且有着 适合海底光缆用的强度，将有着及其良好的市场前景。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处提供的一种高强度大盘长海底 光缆用单模光纤的制备方法，通过该法可制备出比常规非色散位移
单模光纤G.652光纤(I-TUT国际标准)的强度更高，筛选应变达 2%以上，为普通G.652光纤的二倍以上(高强度)，盘长达到100km 以上(大盘长)的单模光纤，且该光纤能够满足所有光学特性。 高强度大盘长海底光缆用单模光纤的制备是采用以下方案实现
的
高强度大盘长海底光缆用单模光纤结构包括纤芯、内外包层、 两层紫外固化涂料层。在纤芯外部包裹有内包层、外包层，外包层 外部有两层紫外固化涂料层，外包层外部经过两次涂覆，采用紫外 固化涂料。紫外固化涂层具有低模量、低折射率的特点。
该光纤的零色散波长为1300 —1324nm之间，零色散斜率不大于 0.092ps/ (nm2km)，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的模场直 径(MFD)是9. 2±0. 4 y m。光纤在1310nm的衰减不大于0. 35dB/km， 在1550nm的衰减不大于0. 21 dB/km。该光纤的指标能够满足国家电 信行业通用G.652标准。国家电信行业通用G.652标准1310nm处 衰减不大于0. 36 dB/km，在1550nm的衰减不大于0. 22dB/km，零色散波长范围1300-1324nm，零色散斜率不大于0. 093 ps/ (nm2. km)， MFD为(8.6 9. 5) ±0. 7um，光缆截止波长不大于1260nm。该光纤 的特殊性能可以描述如下高强度大盘长海底光缆用2%的筛选张力， 称为高强度，单盘盘长达到100km以上，称为大盘长。
针对目前海底光缆用光纤强度的高要求，本发明提供了一种制 作方法，通过在预制棒预处理阶段进行工艺控制，生产过程中工艺 调整，选纤时进行严格把关，设备进行改造等一系列措施，生产出 符合海底光缆用的光纤产品。
高强度大盘长海底光缆用单模光纤的制备方法
1、 预制棒表面预处理
将待处理预制棒进行两步预处理，首先将预制棒表面进行清洁 处理，清洗法采用氢氟酸与硝酸混合溶液对预制棒表面进行清洗， 硝酸与氢氟酸重量配比在l: 2 8，硝酸与氢氟酸的混合酸液浓度保 持在30% 80%。
清洗结束后，再将预制棒进行火焰抛光处理，高温下氢氧焰中 富裕的氢气和二氧化硅反应产生易蒸发的一氧化硅和水，继而被高 速的氢氧焰气流带走，同时将预制棒表面的污染物带走。因为在抛 光的过程中实际上是利用氢氧焰将预制棒表面抛去了10 100um的
二氧化硅，将预制棒表面的微裂纹愈合，同时将表面的杂质处理完全。
2、 拉丝
将预制棒装在拉丝炉上，设定参数开始拉丝，温度控制在2000。C 2300。C。
拉丝炉部分作为预制棒熔縮为光纤的场所，由石墨加热部件和 不锈钢炉体部件组成。其中对石墨件的挥发物数量以及表面粗糙度 都进行了严格的规定石墨件灰分要求《20ppm;石墨件表面粗糙度 Rc《6.3。并且对进到拉丝炉前的惰性保护气体进行了二次过滤，保 证了气体的洁净度。同时对拉丝炉中的气流进行了流量控制 10-50L/rain，在石墨加热炉上安装有上中下三路进气管道，使气体 严格的按照层流方式运动，以使石墨件产生的颗粒在气流的吹扫下， 以不与熔融玻璃和光纤相接触的轨迹被带出炉外或者附着在拉丝炉 下部的内壁；同时避免气流直接吹到玻璃的熔融区及光纤形成区， 极大的提高了裸纤的稳定性和均匀性，为后续工序控制减小偏振模 色散(PMD)值起到良好的基础保证。
拉丝过程中，保证拉丝速度波动小于20m/min。裸光纤出炉后， 经过冷却装置后，采用紫外固化涂料，进行一次、二次涂覆，每次 涂覆后经过紫外光固化装置固化。对于涂覆环境进行严格控制，采 用空气高效过滤装置，保证其洁净状况。定期测量粒子数，使空气 中粒子含量达到百级净化效果。固化后光纤采用正弦扭转搓动轮对 光纤进行正弦搓动，经搓动后，光纤经双收线系统收线，进入下一 道工序。
3、光纤选择
经过拉丝工序后，生产出来的光纤要进行选择，选取一根预制 棒中间生产的光纤，拉丝速度比较稳定，速度波动小于20km/niin。改变筛选工艺，将原来的1%筛选应变调整到2%的筛选应变(ITUT国 家标准1%筛选应变相当于0. 69GPa的筛选应力)，防止光纤薄弱点进 入后道工序，从而产生不必要的损失。 4、光纤性能检测确认
经过本发明制备方法制得的光纤，采用光纤性能测试仪表PK系 列仪器(PK2400、 PK2200、 0TDR、 PK2800)进行性能测试，该光纤 的零色散波长为1300 — 1324nm之间，零色散斜率不大于0. 092 ps/ (nm2km)，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的模场直径(MFD) 是9. 2±0. 4 u m。光纤在1310nm的衰减不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰减不大于0.21 dB/km。该光纤的指标能够满足国家电信行业通 用G. 652标准。国家电信行业通用G. 652标准1310nm处衰减不大于 0.36 dB/km，在1550nm的衰减不大于0. 22dB/km，零色散波长范围 1300-1324nm，零色散斜率不大于0. 093 ps/ (nm2' km)， MFD为 (8.6 9. 5) ±0. 7um，光缆截止波长不大于1260nm。
由于该种光纤具有大盘长的特殊性，而仪表测试的动态范围较 小，100km的光纤不能完全打通，所以光纤不能测出数据，根据测试 原理，本发明采用分段测试求平均法，准确得出了光纤的测试数据。
经检测该光纤在1310nm的衰减不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰减不大于0. 21 dB/km。零色散斜率不大于0. 092ps/nm2'km，光 缆截止波长不大于1260nm，该光纤的指标等同于常规G. 652指标。
本发明高强度大盘长海底光缆用单模光纤的制备方法，由于采 用两步预处理法，优化石墨炉炉内气流方式，控制石墨件规格成分，可制备出强度性能优异，筛选应变达到2%，盘长可达100km以上，同 时其它性能均能满足海底光缆用的光纤，将制备成本和风险都降到 最低。研发和生产成本较低，制备方法可操作性强，参数可控性强， 性能优越，节省后道工序，尤其适合于海底光缆使用的服务要求。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图1是本发明制备方法的工艺流程图 图2为本发明制备方法生产出的光纤的结构图 图中1.纤芯，2.内包层，3.外包层，4.一次紫外固化涂层， 5.二次紫外固化涂层。
具体实施例方式
参照附图1-2，高强度大盘长海底光缆用单模光纤结构包括纤芯 1、内包层2、外包层3、 一次紫外固化涂层4、 二次紫外固化涂层5。 在纤芯1外部包裹有内包层2、外包层3，外包层3外部有两层紫外固 化涂料层分别为一次紫外固化涂层4、 二次紫外固化涂层5，外包层 外部经过两次涂覆，采用紫外固化涂料。紫外固化涂层具有低模量、 低折射率的特点。该光纤的指标基本等同于常规G.652指标该光纤 的零色散波长为1300 — 1324nm之间，零色散斜率不大于O. 092ps/ (nm2km)，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的模场直径(MFD) 是9. 2土0.4um。光纤在1310nm的衰减不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰减不大于0.21 dB/km。该光纤的指标能够满足国家电信行业通 用G.652标准。国家电信行业通用G.652标准1310nm处衰减不大于0.36 dB/km，在1550nm的衰减不大于0.22dB/km，零色散波长范围 1300-1324nm，零色散斜率不大于0. 093 ps/ (nm2. km)，MFD为(8. 6 9.5) 士0.7um，光缆截止波长不大于1260nm)。该光纤的特殊性能可 以描述如下高强度大盘长海底光缆用2%的筛选张力，单盘盘长达 到100km以上。
本发明提供了一种新型的预制棒预处理方法，在光纤拉制过程 中，调整设备，修正工艺参数设定，来达到生产该光纤的目的，可 以大大提高可操作性，降低研制成本。
高强度大盘长海底光缆用单模光纤的制备方法
1、 预制棒表面预处理
将待处理预制棒进行两步预处理，首先将预制棒表面进行清洁 处理，清洗法采用氢氟酸与硝酸混合溶液对预制棒表面进行清洗，
硝酸与氢氟酸重量配比在l: 2 8，硝酸与氢氟酸的混合酸液浓度保
持在30% 80%。
清洗结束后，再将预制棒进行火焰抛光处理，高温下氢氧焰中 富裕的氢气和二氧化硅反应产生易蒸发的一氧化硅和水，继而被高 速的氢氧焰气流带走，同时将预制棒表面的污染物带走。因为在抛 光的过程中实际上是利用氢氧焰将预制棒表面抛去了10 100um的
二氧化硅，将预制棒表面的微裂纹愈合，同时将表面的杂质处理完全。
2、 拉丝
将预制棒装在拉丝炉上，设定参数开始拉丝，温度控制在2000。C 230(TC。
拉丝炉部分作为预制棒熔縮为光纤的场所，由石墨加热部件和 不锈钢炉体部件组成，其中对石墨件的挥发物数量以及表面粗糙度 都进行了严格的规定石墨件灰分要求《20ppm;石墨件表面粗糙度 Rc《6.3。并且对进到拉丝炉前的惰性保护气体进行了二次过滤，保 证了气体的洁净度。同时对拉丝炉中的气流进行了流量控制 10-50L/min，在石墨加热炉上安装有上中下三路进气管道，使气体 严格的按照层流方式运动，以使石墨件产生的颗粒在气流的吹扫下， 以不与熔融玻璃和光纤相接触的轨迹被带出炉外或者附着在拉丝炉 下部的内壁；同时避免气流直接吹到玻璃的熔融区及光纤形成区， 极大的提高了裸纤的稳定性和均匀性，为后续工序控制减小偏振模 色散(PMD)值起到良好的基础保证。所述的二次过滤是采用市售气 体过滤器对惰性保护气体进行第二次过滤，惰性保护气体在出厂时 已进行第一次过滤。所述的惰性保护气体可以采用氩气或氩气与氦 混合气体。
拉丝过程中，保证拉丝速度波动小于20m/min。裸光纤出炉后， 经过冷却装置后，采用紫外固化涂料，进行一次、二次涂覆，每次 涂覆后经过紫外光固化装置固化。对于涂覆环境进行严格控制，采 用空气高效过滤装置，保证其洁净状况。定期测量粒子数，使空气 中粒子含量达到百级净化效果。固化后光纤采用正弦光纤扭转装置 中的正弦扭转搓动轮对光纤进行正弦搓动，搓动后光纤经双收线系 统收线，结束后进入下一道工序。3、 光纤选择
经过拉丝工序后，生产出来的光纤要进行选择，选取一根预制 棒中间生产的光纤，拉丝速度比较稳定。改变筛选工艺，将原来的
1%筛选应变调整到2%的筛选应变(ITUT国家标准P/。筛选应变相当于 0.69GPa)，防止光纤薄弱点进入后道工序，从而产生不必要的损失。
4、 光纤性能检测确认
经过本发明制备方法制得的光纤，采用进口光纤性能测试仪表 PK系列仪器(PK2400、 PK2200、 0TDR、 PK2800)进行性能测试，i亥 光纤的零色散波长为1300 — 1324nm之间，零色散斜率不大于0. 092 ps/ (nm2km)，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的模场直径(MFD) 是9. 2土0.4um。光纤在1310nm的衰减不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰减不大于0.21 dB/km。该光纤的指标能够满足国家电信行业通 用G. 652标准。
该种光纤具有大盘长的特殊性，由于仪表测试的动态范围较小， 100km的光纤不能完全打通，所以光纤不能测出数据，根据测试原理， 本发明采用分段测试求平均法，准确得出了光纤的测试数据。
经检测该光纤在1310nm的衰减不大于0. 35dB/km，在1550nm 的衰减不大于0. 21 dB/km。零色散斜率不大于0. 092ps/nm2'km，光 缆截止波长不大于1260nm，该光纤的指标等同于常规G. 652指标。
权利要求
1、高强度大盘长海底光缆用单模光纤的制备方法，其特征在于(1)预制棒表面预处理将待处理预制棒进行两步预处理，首先将预制棒表面进行清洁处理，清洗法采用氢氟酸与硝酸混合溶液对预制棒表面进行清洗，硝酸与氢氟酸重量配比在1∶2～8，硝酸与氢氟酸的混合酸液浓度保持在30％～80％；清洗结束后，再将预制棒进行火焰抛光处理，高温下氢氧焰中富裕的氢气和二氧化硅反应产生易蒸发的一氧化硅和水，继而被高速的氢氧焰气流带走，同时将预制棒表面的污染物带走，因为在抛光的过程中实际上是利用氢氧焰将预制棒表面抛去了10～100um的二氧化硅，将预制棒表面的微裂纹愈合，同时将表面的杂质处理完全；(2)拉丝将预制棒装在拉丝炉上，设定参数开始拉丝，温度控制在2000℃～2300℃；拉丝炉部分作为预制棒熔缩为光纤的场所，由石墨加热部件和不锈钢炉体部件组成，其中对石墨件的挥发物数量以及表面粗糙度都进行了严格的规定石墨件灰分要求≤20ppm；石墨件表面粗糙度RC≤6.3，并且对进到拉丝炉前的惰性保护气体进行了二次过滤，保证了气体的洁净度，同时对拉丝炉中的气流进行了流量控制10-50L/min，在石墨加热炉上安装有上中下三路进气管道，使气体严格的按照层流方式运动，以使石墨件产生的颗粒在气流的吹扫下，以不与熔融玻璃和光纤相接触的轨迹被带出炉外或者附着在拉丝炉下部的内壁；同时避免气流直接吹到玻璃的熔融区及光纤形成区，极大的提高了裸纤的稳定性和均匀性，为后续工序控制减小偏振模色散值起到良好的基础保证；拉丝过程中，保证拉丝速度波动小于20m/min，裸光纤出炉后，经过冷却装置后，采用紫外固化涂料，进行一次、二次涂覆，每次涂覆后经过紫外光固化装置固化，对于涂覆环境进行严格控制，采用空气高效过滤装置，保证其洁净状况，定期测量粒子数，使空气中粒子含量达到百级净化效果；固化后光纤采用正弦扭转搓动轮对光纤进行正弦搓动，经搓动后，光纤经双收线系统收线，进入下一道工序；(3)光纤选择经过拉丝工序后，生产出来的光纤要进行选择，选取一根预制棒中间生产的光纤，拉丝速度比较稳定，速度波动小于20km/min，改变筛选工艺，将原来的1％筛选应变调整到2％的筛选应变，防止光纤薄弱点进入后道工序；(4)光纤性能检测确认经过本发明制备方法制得的光纤，采用光纤性能测试仪表PK系列仪器进行性能测试，该光纤的零色散波长为1300—1324nm之间，零色散斜率不大于0.092ps/(nm2km)，光缆截止波长不大于1260nm，该光纤的模场直径(MFD)是9.2±0.4μm，光纤在1310nm的衰减不大于0.35dB/km，在1550nm的衰减不大于0.21dB/km，该光纤的指标能够满足国家电信行业通用G.652标准。
全文摘要
本发明高强度大盘长海缆用单模光纤的制备方法涉及一种光纤海底光缆用单模光纤的制备，尤其涉及高强度大盘长单模光纤的制备方法。其特征在于(1)预制棒表面预处理将待处理预制棒进行预处理，首先将预制棒表面进行清洁处理；再将预制棒进行火焰抛光处理，将预制棒表面抛去了10～100um的二氧化硅，将预制棒表面的微裂纹愈合；(2)上塔拉丝将预制棒装在拉丝炉上，裸光纤出炉后，采用紫外固化涂料，进行涂覆，每次涂覆后经过紫外光固化装置固化，光纤经双收线系统收线；(3)光纤选择选取一根预制棒中间生产的光纤，拉丝速度比较稳定，改变筛选工艺，将原来的1％筛选应变调整到2％的筛选应变；(4)光纤性能检测确认。
文档编号B08B3/08GK101533122SQ20091003114
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者明 刘, 庄卫星, 曹珊珊, 朱兆章, 沈一春, 驰 薛, 薛济萍, 薛群山, 陈娅丽 申请人:中天科技光纤有限公司