專利名稱：一種降低光纖氫損的處理方法以及該方法所使用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低光纖氫損的處理方法以及該方法所使用設(shè)備，具體地說(shuō)涉及光纖的氘處理工藝以及該工藝所使用的氘處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，光纖通信技術(shù)繼續(xù)朝著高速率大容量方向發(fā)展。具體技術(shù)發(fā)展途徑主要包括提高單信道的傳輸速率和增加波分復(fù)用(WDM)的信道數(shù)目。為了增加WDM復(fù)用的信道數(shù)目，有兩條途徑，其一，減小信道間隔；其二，擴(kuò)展光纖的可用頻帶。光纖制造技術(shù)一直在為擴(kuò)展光纖的可用頻帶而努力。
從1970年美國(guó)康寧公司制造出第一根損耗低于20dB/km的石英玻璃單模光纖以來(lái)，光纖的工作波長(zhǎng)(也稱為“窗口”)不斷擴(kuò)展。在1990年之前，光纖主要有3個(gè)窗口即850nm、1310nm和1550nm，分別稱為第一、第二和第三窗口。這3個(gè)窗口是被位于950nm、1250nm和1385nm的羥基(OH)離子吸收峰(也稱為“水峰”)所分隔。1995年前后，開(kāi)拓了1625nm的L波帶，稱為第四窗口。隨著波分復(fù)用(WDM)、放大器以及激光源等方面技術(shù)的新進(jìn)展，如何消除OH離子吸收峰，打開(kāi)1350-1450nm的第五窗口，從而使得單模光纖的工作波長(zhǎng)從1260nm一直延伸到1625nm日益顯得重要起來(lái)。
這種低水峰光纖的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于第一，工作波長(zhǎng)范圍比常規(guī)單模光纖展寬了100nm，這意味著更多的WDM信道或較寬的信道間隔，將有利于降低系統(tǒng)費(fèi)用。第二，在1350-1450nm波長(zhǎng)范圍的色散只有常規(guī)單模光纖在1550nm色散值的1/2以下，這意味著在不需色散補(bǔ)償情況下的傳輸距離可增加一倍多，這有利于降低系統(tǒng)費(fèi)用。第三，利用低水峰光纖，可在不同的波段進(jìn)行不同的傳輸，提供多種服務(wù)。例如，不同傳輸制式——數(shù)字/模擬，不同的傳輸速率——低速/高速，不同的傳輸內(nèi)容——語(yǔ)音/圖象等，將可以被分配到最適宜的波段，通過(guò)一條光纖傳輸，既方便又經(jīng)濟(jì)。
對(duì)于低水峰光纖，IEC 60793-2-50標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的規(guī)定，即光纖經(jīng)過(guò)光纖氫損在1383±3nm的最大衰減系數(shù)，必須小于或等于1310nm規(guī)定的衰減系數(shù)。ITU-T標(biāo)準(zhǔn)也參照了IEC60793-2-50標(biāo)準(zhǔn)。
目前，光纖都通過(guò)預(yù)制棒的制備，再在高溫下拉為光纖。制造光纖預(yù)制棒的方法包括外部氣相沉積法(OVD)、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)、軸向氣相沉積法(VAD)以及等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)。對(duì)于管外法(OVD和VAD)，通過(guò)高溫化學(xué)脫水，可以降低OH基團(tuán)的含量；對(duì)于管內(nèi)法(PCVD和MCVD)，由于原材料鹵化物中的含氫雜質(zhì)與羥基雜質(zhì)，載流氣體的水氣，以及石英玻璃管中的OH擴(kuò)散，又沒(méi)有化學(xué)脫水的步驟，使得OH含量相對(duì)于OVD和VAD法要高，但可以通過(guò)精致原材料、純化載氣以去除氣體所含有的水分，封閉系統(tǒng)，采用低OH含量的石英玻璃管和感應(yīng)爐融縮成棒等方法，來(lái)降低預(yù)制棒中的OH含量。
而通過(guò)高溫拉絲得到光纖，存在著缺陷，這些缺陷的存在會(huì)導(dǎo)致光纖在氫損后附加損耗明顯增加，使得氫損后在1383±3nm的衰減系數(shù)大于了1310nm規(guī)定的衰減系數(shù)，不符合低水峰光纖的標(biāo)準(zhǔn)。如何消除缺陷，一時(shí)成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。在光纖內(nèi)，主要的缺陷結(jié)構(gòu)是Si-O··O-Si，被稱為非橋氧空心缺陷(NBOHCs)，當(dāng)大氣環(huán)境中或者光纜材料析出的氫氣擴(kuò)散滲透入光纖內(nèi)時(shí)，與熱力學(xué)不穩(wěn)定態(tài)的缺陷結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)，形成硅羥基，(1)這造成了氫損后附加損耗的增加。雖然通過(guò)拉絲工藝的優(yōu)化，比如說(shuō)降低拉絲溫度、降低收絲張力等，可以降低光纖內(nèi)的缺陷，但氫損后的附加衰減還是超過(guò)了低水峰光纖標(biāo)準(zhǔn)所允許的程度。
因此，需要一種能夠降低光纖內(nèi)缺陷的生產(chǎn)工藝，以及該工藝所使用的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種降低光纖氫損的處理方法。該方法可降低光纖氫損所產(chǎn)生的附加損耗。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供降低光纖氫損處理方法所使用的光纖氘處理設(shè)備。
下面詳細(xì)解釋本發(fā)明的技術(shù)原理。
石英玻璃的透氣性比普通玻璃大得多，相當(dāng)于派萊克斯玻璃的10倍，鈉鈣玻璃的300倍，這說(shuō)明石英玻璃中存在相當(dāng)?shù)奈⒖淄ǖ?。?dāng)D2擴(kuò)散滲透入光纖內(nèi)時(shí)，預(yù)先占據(jù)非橋氧空心缺陷，該化學(xué)反應(yīng)過(guò)程由下列表示(2)在反應(yīng)式(2)所表示的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中形成Si-O-D，該化學(xué)反應(yīng)過(guò)程需要考慮鍵能的變化，該變化主要來(lái)自兩方面，一是離解D2時(shí)吸收能量，二是OD鍵形成時(shí)釋放的能量，從表1的數(shù)據(jù)中，可以計(jì)算得到該反應(yīng)的能量變化是，-498.8kJ/mol，說(shuō)明該反應(yīng)在能量上是相當(dāng)有利的。
表1相關(guān)物質(zhì)的鍵能

在光纖內(nèi)還存在發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng)的可能性(3)在該化學(xué)反應(yīng)中，鍵能的變化為+7.8kJ/mol，即該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在能量上是不利的，所以使得在光纖的使用過(guò)程中，公式(3)所表示化學(xué)反應(yīng)很難進(jìn)行，這些在光纖內(nèi)就無(wú)法形成OH基團(tuán)。
OH的振動(dòng)吸收峰，是由于OH化學(xué)鍵伸縮或彎曲運(yùn)動(dòng)引起的，而且這些振動(dòng)是近似簡(jiǎn)諧的。根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率計(jì)算公式
v=12πKμ----(4)]]>其中μ是成鍵兩原子的約化質(zhì)量，μ＝m1*m2/(m1+m2)，m1和m2分別是兩原子的質(zhì)量；K是兩原子所成鍵的鍵力常數(shù)，可以近似地認(rèn)為與鍵能的大小成正比。OH的振動(dòng)吸收峰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如表2，那么通過(guò)表1和公式(4)可以計(jì)算出OD的振動(dòng)吸收峰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，結(jié)果如表2所示表2OH和OD的振動(dòng)吸收峰的對(duì)比

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可知，OD主要振動(dòng)吸收峰移到了1600nm以上。
在光纖內(nèi)的缺陷濃度其實(shí)是相當(dāng)?shù)偷?，?duì)于預(yù)制棒拉絲后的光纖，通過(guò)氫損的附加損耗可以確定其濃度。在玻璃纖維中，當(dāng)OH基團(tuán)的濃度為10ppb時(shí)，由于它的振動(dòng)吸收所引起的損耗為0.66dB/km。例如當(dāng)附加損耗為0.033dB/km時(shí)，根據(jù)朗伯-比爾定律，其缺陷的濃度為0.5ppb。對(duì)于ppb量級(jí)的缺陷濃度，當(dāng)光纖處于氘氣濃度為0.5～3％的混合氣中，其擴(kuò)散推動(dòng)力是相當(dāng)大的，相當(dāng)于107量級(jí)。另外對(duì)于光纖，其外徑不到0.28mm。所有這些都有利于用D2降低光纖氫損的有效性。
本發(fā)明提供的一種降低光纖氫損的光纖氘處理方法，該方法包括下列步驟將拉制成型后待處理的光纖放置在光纖氘處理室中，將惰性氣體通入到光纖氘處理室中吹掃，將光纖氘處理室內(nèi)的溫度加熱到25至50℃，將光纖氘處理室內(nèi)抽真空，將氘氣濃度為0.5％至3％的氘氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w通入光纖氘處理室內(nèi)，并使該室內(nèi)混合氣體壓力達(dá)到1.01×105Pa至2.02×105Pa，維持該室內(nèi)溫度和壓力10至30小時(shí)，將惰性氣體通入光纖氘處理室內(nèi)并將該室內(nèi)溫度冷卻到常溫，將光纖氘處理室內(nèi)的氣體泄放。
本發(fā)明的一種降低光纖氫損的光纖氘處理方法，其中惰性氣體對(duì)光纖氘處理室的吹掃過(guò)程持續(xù)15分鐘，光纖氘處理室內(nèi)溫度加熱并保持在40℃，通入光纖氘處理室的混合氣體中氘氣含量為2％，光纖氘處理室內(nèi)混合氣體壓力為1.15×105Pa，光纖氘處理室維持此溫度和壓力20小時(shí)。
本發(fā)明提供的一種降低光纖氫損的光纖氘處理設(shè)備，該設(shè)備包括氘氣入口，用于將氘氣或氘氣混合氣輸入到氘處理室；流量控制單元，用于計(jì)量和控制輸入到氘處理室的氣體；惰性氣體入口，用于將惰性氣體輸入到氘處理室；測(cè)溫和溫控單元，用于測(cè)量和控制氘處理室內(nèi)氣體的溫度；真空接口，用于對(duì)氘處理室進(jìn)行抽真空處理；壓力顯示單元，用于指示氘處理室內(nèi)氣壓；光纖氘處理室，用于容納拉制成型的光纖并在其中進(jìn)行氘處理；壓力控制單元，用于控制氘處理室內(nèi)氣壓；泄放口，用于排放氘處理室內(nèi)氣體。
本發(fā)明的上述光纖氘處理設(shè)備中，為對(duì)氘處理室內(nèi)溫度進(jìn)行加熱，可以在氘處理室內(nèi)安裝加熱裝置，為使混合氣體的各個(gè)成分在氘處理室內(nèi)均勻分布并與光纖充分接觸，在氘處理室內(nèi)安裝氣體擾動(dòng)裝置，而且氘處理室的泄放口安裝在氘處理室上端。本發(fā)明的上述光纖氘處理設(shè)備也可以用于光纖的氫損處理。
使用惰性氣體，主要目的在于維持光纖處理室的潔凈，和工作場(chǎng)所的安全；在光纖處理室內(nèi)，有加熱裝置和氣體擾動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)均勻加熱和增強(qiáng)氘氣擴(kuò)散的作用；泄放口設(shè)計(jì)在處理室的上端，有利于氘氣等危險(xiǎn)氣體排走。
本發(fā)明的有益效果(1)可以降低光纖在1383nm的氫損，氘處理后的光纖由氫損引起的附加損耗最大值≤0.01dB/km；(2)本發(fā)明在實(shí)施時(shí)不會(huì)額外產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不友好的廢棄物，在實(shí)施過(guò)程中也不會(huì)對(duì)人體造成損傷；(3)本發(fā)明的工藝處理設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，制造成本低，安全性能高；(4)本發(fā)明的設(shè)備也可用于光纖的氫損。


圖1是對(duì)拉制成型光纖進(jìn)行氘處理所使用的設(shè)備。
圖中所示標(biāo)記所表示的設(shè)備部件為標(biāo)記1代表D2或D2混合氣的氘氣入口，標(biāo)記2代表流量控制單元，標(biāo)記3代表其他惰性氣體入口，標(biāo)記4代表測(cè)溫及溫控單元，標(biāo)記5代表真空接口，標(biāo)記6代表閘閥，標(biāo)記7代表壓力顯示單元，標(biāo)記8代表光纖氘處理室，標(biāo)記9代表壓力控制單元，標(biāo)記10代表泄放口。
具體實(shí)施例方式
將拉制成型的光纖，放入到圖1所示的光纖氘處理室8中，由惰性氣體入口3通入純凈的惰性氣體吹掃設(shè)備15分鐘，然后再將光纖氘處理室內(nèi)的溫度加熱到25至50℃，最佳溫度為40℃，隨后將處理室內(nèi)抽真空，由氘氣入口1向氘處理室內(nèi)通入氘氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其中氘氣的濃度為0.5％至3％，最佳氘氣濃度為2％，光纖氘處理室內(nèi)混合氣體的壓力1.01×105Pa至2.02×105Pa，最佳壓力為1.15×105Pa，維持這種狀態(tài)10至30小時(shí)，最佳時(shí)間為20小時(shí)，然后再由惰性氣體入口3通入惰性氣體將氘處理室內(nèi)溫度冷卻到室溫，然后將氘處理室內(nèi)的氣體由瀉放口10泄放到大氣中，以保證工作場(chǎng)所的安全。通過(guò)氘處理后，光纖氫損的附加損耗≤0.01dB/km。
為使本發(fā)明的附圖簡(jiǎn)明清楚，在圖1中沒(méi)有表示出光纖氘處理室內(nèi)安裝的加熱裝置和氣體擾動(dòng)裝置。加熱裝置用于對(duì)氘處理室內(nèi)的氣體進(jìn)行加溫、保溫，氣體擾動(dòng)裝置用于使氘處理室內(nèi)的混合氣體不斷對(duì)流，保持氘處理室內(nèi)各個(gè)部位混合氣體成分均勻，并且保證氣體與光纖充分接觸。
權(quán)利要求
1.一種降低光纖氫損的光纖氘處理方法，該方法包括下列步驟將拉制成型后待處理的光纖放置在光纖氘處理室中，將惰性氣體通入到光纖氘處理室中吹掃，將光纖氘處理室內(nèi)的溫度加熱到25至50℃，將光纖氘處理室內(nèi)抽真空，將氘氣濃度為0.5％至3％的氘氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w通入光纖氘處理室內(nèi)，使該室內(nèi)混合氣體壓力達(dá)到1.01×105Pa至2.02×105Pa，維持該室內(nèi)溫度和壓力10至30小時(shí)，將惰性氣體通入光纖氘處理室內(nèi)并將該室內(nèi)溫度冷卻到常溫，將光纖氘處理室內(nèi)的氣體泄放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種降低光纖氫損的光纖氘處理方法，其特征在于惰性氣體對(duì)光纖氘處理室的吹掃過(guò)程持續(xù)15分鐘，光纖氘處理室內(nèi)溫度加熱并保持在40℃，通入光纖氘處理室的氘氣與氮?dú)饣旌蠚怏w中氘氣含量為2％，光纖氘處理室內(nèi)混合氣體壓力為1.15×105Pa，光纖氘處理室維持此溫度和壓力20小時(shí)。
3.一種降低光纖氫損的光纖氘處理設(shè)備，該設(shè)備包括氘氣入口，用于將氘氣或氘氣混合氣輸入到氘處理室；流量控制單元，用于計(jì)量和控制輸入到氘處理室的氣體；惰性氣體入口，用于將惰性氣體輸入到氘處理室；測(cè)溫和溫控單元，用于測(cè)量和控制氘處理室內(nèi)氣體的溫度；真空接口，用于對(duì)氘處理室進(jìn)行抽真空處理；壓力顯示單元，用于指示氘處理室內(nèi)氣壓；光纖氘處理室，用于容納拉制成型的光纖并在其中進(jìn)行氘處理；壓力控制單元，用于控制氘處理室內(nèi)氣壓；泄放口，用于排放氘處理室內(nèi)氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低光纖氫損的光纖氘處理設(shè)備，其特征在于光纖氘處理室內(nèi)安裝加熱裝置，用于對(duì)氘處理室內(nèi)溫度進(jìn)行加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低光纖氫損的光纖氘處理設(shè)備，其特征在于光纖氘處理室內(nèi)安裝氣體擾動(dòng)裝置，用于使混合氣體的各個(gè)成分在氘處理室內(nèi)均勻分布并與光纖充分接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低光纖氫損的光纖氘處理設(shè)備，其特征在于泄放口設(shè)計(jì)在氘處理室的上端。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低光纖氫損的光纖氘處理設(shè)備，其特征在于該設(shè)備也可用于光纖的氫損處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低光纖氫損的光纖氘處理方法以及該方法所使用的設(shè)備，本發(fā)明方法和設(shè)備的主要特點(diǎn)在于在一般溫度下對(duì)拉制成型的光纖進(jìn)行氘處理，降低和消除光纖內(nèi)的缺陷，從而降低光纖氫損。使用本發(fā)明方法和設(shè)備所處理的光纖在1383nm氫損的附加損耗小于等于0.01dB/km。
文檔編號(hào)C03C25/66GK1562844SQ20041000865
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者雷道玉, 陸大方, 李詩(shī)愈, 王冬香, 李海清, 陳偉, 成煜, 嚴(yán)勇虎 申請(qǐng)人:烽火通信科技股份有限公司