本發(fā)明涉及一種光纖制造領(lǐng)域，特別涉及一種小直徑低損耗彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝。

背景技術(shù)：

中國“ 十二五” 規(guī)劃中，將新一代信息通信納入七大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)， 要求加快泛在、寬帶融合的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、加快推進三網(wǎng)融合、加快重要基礎(chǔ)設(shè)施的智能化改造， 推動新一代移動通信和下一代互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，促進物聯(lián)網(wǎng)、云計算的研發(fā)和示范應(yīng)用。光纖光纜的應(yīng)用熱點是寬帶中國和智能電網(wǎng)建設(shè)。

城域網(wǎng)通信建設(shè)促進了光纜的大規(guī)模敷設(shè)。對于運營商而言， 城市中敷設(shè)通信光纜用的地下管道及槽道路由資源逐漸稀缺。新建路由會引發(fā)拆遷、資金、時間進度、城市密集區(qū)域管道資源無法拓展、與其他基礎(chǔ)設(shè)施搶路由的情況。若能夠充分利用稀缺路由資源敷設(shè)更大量的光纖，無疑是對城市建設(shè)的促進。在這種尺寸受限的環(huán)境下，采用更小尺寸的單模光纖，可以在有限的空間資源中，引入更多芯數(shù)的光纜，以節(jié)省空間、管道資源。將單模光纖涂層直徑電常規(guī)下降到小尺寸的研究就是滿足此種新型光纜應(yīng)用模式。

隨著國家“寬帶中國”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)不斷發(fā)展，城市中敷設(shè)通信光纜用的地下管道及槽道路由資源逐漸稀缺，這就對當前的光纖、光纜提出了新的要求。單模光纖涂層直徑由常規(guī)降到小尺寸的需求應(yīng)運而生，即在保證當前性能的前提下，縮小光纜尺寸。而光纖作為光纜的核心材料，其尺寸的縮小，尤其是多芯數(shù)光纜，如96芯、128芯、256芯等，可以有效減小光纜尺寸；由于涂層變薄，對光纖性能帶來嚴重影響，因此，需要通過對預(yù)制棒折射率剖面結(jié)構(gòu)調(diào)整、拉絲設(shè)備和拉絲工藝條件改進，能夠生產(chǎn)出涂層直徑穩(wěn)定的小尺寸光纖。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種明顯地減小光纜結(jié)構(gòu)尺寸，而光纜性能不會出現(xiàn)下降的小直徑彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種小直徑低損耗彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝，其創(chuàng)新點在于：該小直徑低損耗彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝步驟如下：

（1）熔融拉絲：將前期加工好的預(yù)制棒放入加熱爐內(nèi)，預(yù)制棒融化，在拉絲張力為100~190g的作用下以一定的速度被抽細成為玻璃光纖；

（2）退火：抽拉成絲后的光纖進入退火程序，退火程序依次包括退火高溫爐、加熱爐以及保溫管三個部分，通過三級退火工序，光纖已緩慢冷卻至表面假定溫度，有效的消除了光纖殘余內(nèi)應(yīng)力，且降低了光纖的衰減；

（3）測徑：玻璃光纖的外徑通過纖經(jīng)測量儀進行測量，測量結(jié)果反饋給PLC控制單元，PLC控制單元根據(jù)光纖直徑數(shù)據(jù)對預(yù)制棒進料速度和拉絲速度進行調(diào)整，起到光纖拉絲過程的整體控制作用；

（4）涂覆：光纖進入涂覆工序，涂覆模具為一中空的柱狀結(jié)構(gòu)，中空內(nèi)腔內(nèi)盛有丙烯酸樹脂涂料，在光纖的運動過程中，中空內(nèi)腔中的涂料均勻的粘覆在光纖外表面上，形成一定厚度的涂覆層，涂覆層包括低模量內(nèi)涂層以及高模量外涂層，內(nèi)涂層與外涂層的尺寸比例為0.8~1.2:1；

（5）固化：光纖進入固化燈照射范圍，根據(jù)涂覆層厚度變薄的情況，固化燈固化功率調(diào)整為1800~3000W；

（6）篩選：由于光纖尺寸的減小，調(diào)整篩選復(fù)繞機的導(dǎo)輪速度，為牽引光纖提供0.35~0.85g的收線拉力。

進一步的，所述步驟（1）中加熱爐內(nèi)溫度控制在1800℃~2200℃。

進一步的，所述步驟（2）中加熱爐溫度在900℃~1200℃。

進一步的，所述步驟（2）中，加熱爐位于退火高溫爐下方15cm處，保溫管位于加熱爐下方20~25cm處。

進一步的，所述步驟（4）中，涂覆模具內(nèi)部包括上大下小設(shè)置的圓錐狀內(nèi)腔以及連接在圓錐狀內(nèi)腔下端的涂覆孔，圓錐狀內(nèi)腔的錐度為3~25°，涂覆孔長度為0.8~5mm。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

（1）玻璃預(yù)制棒在拉絲過程中注意張力控制，改善光纖的彎曲損耗；采用PLC控制，實測玻璃光纖的外徑大小，將測量結(jié)果反饋給PLC控制單元，通過調(diào)整預(yù)制棒進料速度和拉絲速度進行動態(tài)控制，實現(xiàn)加工過程的自動控制；采用改進的涂覆模具在光纖上涂覆聚丙烯酸樹脂，且采用試驗過的最佳的涂層比例，不但減小了光纖的涂覆層厚度，而且保護了內(nèi)部光纖，且對光纖的性能影響很小；由于涂層變薄，在固化單元調(diào)整固化功率，節(jié)能降耗，獲得最優(yōu)的固化功率匹配，減少光纖固化過程產(chǎn)生的附件損耗。

（2）采用改進的涂覆模具，調(diào)整了模具的錐度和長度，獲得了適合小尺寸光纖用壓力梯度范圍，保證了涂覆質(zhì)量和同心度要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種小直徑低損耗彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝的小直徑彎曲不敏感單模光纖截面圖。

圖2為本發(fā)明一種小直徑低損耗彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝的流程圖。

圖3為本發(fā)明一種小直徑低損耗彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝的涂覆模具示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，小直徑彎曲不敏感單模光纖的標稱直徑為200mm，從內(nèi)部到外部依次包括纖芯1、包層以及涂覆層，纖芯1層為摻鍺二氧化硅玻璃層，包層包括內(nèi)包層2以及外包層3，內(nèi)包層2為摻F的下陷內(nèi)包層，在制備該光纖的預(yù)制棒中減少鍺摻量以降低芯層內(nèi)的瑞利散射，同時包層采用深摻氟使折射率剖面的內(nèi)包層2形成下陷，并控制徑向折射率均勻分布和折射率剖面斜率。

如圖2所示，該小直徑彎曲不敏感單模光纖的拉絲涂覆工藝步驟如下：

（1）熔融拉絲：將前期加工好的預(yù)制棒放入加熱爐內(nèi)，預(yù)制棒融化，在拉絲張力為100~190g的作用下以一定的速度被抽細成為玻璃光纖；

（2）退火：抽拉成絲后的光纖進入退火程序，退火程序依次包括退火高溫爐、加熱爐以及保溫管三個部分，通過三級退火工序，光纖已緩慢冷卻至表面假定溫度，有效的消除了光纖殘余內(nèi)應(yīng)力，且降低了光纖的衰減；

（3）測徑：玻璃光纖的外徑通過纖經(jīng)測量儀進行測量，測量結(jié)果反饋給PLC控制單元，PLC控制單元根據(jù)光纖直徑數(shù)據(jù)對預(yù)制棒進料速度和拉絲速度進行調(diào)整，起到光纖拉絲過程的整體控制作用；

（4）涂覆：光纖進入涂覆工序，如圖3所示，涂覆模具6為一中空的柱狀結(jié)構(gòu)，涂覆模具6內(nèi)部包括上大下小設(shè)置的圓錐狀內(nèi)腔7以及連接在圓錐狀內(nèi)腔7下端的涂覆孔9，圓錐狀內(nèi)腔7的錐度為3~25°，涂覆孔9長度為0.8~5mm；圓錐狀空腔7內(nèi)盛有丙烯酸樹脂涂料，光纖依次穿過涂覆模具7的圓錐狀內(nèi)腔以及涂覆孔9，在光纖的運動過程中，圓錐狀的內(nèi)腔7中的涂料均勻的粘覆在光纖8外表面上，通過下端的涂覆孔9，形成一定厚度的涂覆層，涂覆層包括低模量內(nèi)涂層以及高模量外涂層，內(nèi)涂層與外涂層的尺寸比例為0.8~1.2:1；

（5）固化：光纖進入固化燈照射范圍，根據(jù)涂覆層厚度變薄的情況，固化燈固化功率調(diào)整為1800~3000W；

（6）篩選：由于光纖尺寸的減小，調(diào)整篩選復(fù)繞機的導(dǎo)輪速度，為牽引光纖提供0.35~0.85g的收線拉力。

在拉絲過程中，注意拉絲張力的控制。光纖損耗和彎曲損耗均受到拉絲張力的影響，拉絲張力增大將增加光纖的損耗，但同時可以改善彎曲損耗，因此，在拉絲過程中，需要摸索合適的拉絲張力，從而可以解決光纖損耗和彎曲損耗的平衡控制，經(jīng)過實驗驗證，當張力在100~190g范圍內(nèi)時，該產(chǎn)品的光纖損耗和彎曲損耗可達到最優(yōu)值。

光纖彎曲損耗可以通過無量綱參數(shù)來表示：

MAC=MFD/λ

其中，MFD為光纖的模場直徑，λ為光纖的截止波長。從研究結(jié)果來看，MAC越小，光纖的彎曲損耗越小。在拉絲過程中，通過MAC值的有效控制，保證光纖的宏彎損耗不隨涂層直徑明顯降低。

在退火過程中，光纖經(jīng)過三次退火，第一次在拉絲爐退火高溫爐中，光纖在退火高溫爐中緩緩降溫，下降到1500度，第二次退火在高溫退火爐下方15cm處的加熱爐中退火，保證光纖在加熱爐內(nèi)的溫度在1000~1200度，第三次退火在加熱爐下方20~50cm處的保溫管內(nèi)，對光纖進行保溫退火，通過上述三次退火，使得光纖的溫度呈梯度變化，當光纖暴露在車間冷空氣環(huán)境中時，已經(jīng)低于表面假定溫度，起到了很好的退火效果。

在涂覆過程中考慮內(nèi)外涂層厚度的匹配性，高模量外涂層承受光纖的徑向和側(cè)向壓力，低模量內(nèi)涂層吸收施加于光纖上的外力，起緩沖作用。涂覆樹脂本身的性能，如粘度、模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等影響光纖彎曲損耗。因此，這款200μm小尺寸光纖選擇不同性能涂覆樹脂以及研究內(nèi)外涂層的厚度比較關(guān)鍵。結(jié)合理論分析，通過設(shè)計不同涂料、內(nèi)涂層厚度、外涂層厚度三因數(shù)的DOE試驗設(shè)計分析，選取兩層丙烯酸樹脂涂層，且內(nèi)外兩層涂層的厚度比為0.8~1.2:1的比例關(guān)系，能夠保證內(nèi)外涂層的厚度足夠起到保護光纖作用，穩(wěn)定光纖性能。

在固化過程中，由于涂層變薄，涂覆層固化速度相比常規(guī)尺寸光纖有顯著提高，原有固化工藝已不適用。從節(jié)能降耗考慮，通過調(diào)整固化功率調(diào)整為1800~3000W，達到滿足外觀、固化度及相關(guān)機械性能要求，獲得最優(yōu)的固化功率匹配，減少光纖固化過程產(chǎn)生的附加損耗。

在篩選工序中，光纖由篩選機施加一定拉力進行纏繞，過程中所受的張力會引起光纖的附加損耗，張力較大時光纖發(fā)生斷裂。同時，由于光纖尺寸的減小，原來的篩選工藝以不能滿足要求，將排線節(jié)距調(diào)整為0.38~0.44mm。排線節(jié)距不佳易造成光纖彎曲損耗，纏繞密度不佳。調(diào)節(jié)篩選機收線張力為0.35~0.85g，控制線速度保持張力穩(wěn)定以及排線節(jié)距的調(diào)整，減少附加衰減，降低彎曲損耗。

通過200μm低損耗彎曲不敏感單模光纖的生產(chǎn)研制，突破了光纖涂覆模具設(shè)計、小尺寸光纖固化工藝、微彎性能改善等關(guān)鍵技術(shù)和制造工藝，填補了國內(nèi)空白。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。