光纤技术及应用第六章
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2018/11/23
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不同类型光纤的制备工艺有所不同。 石英光纤多采用预制棒拉丝工艺制备，其从原材料提纯到制成光 缆，已形成一整套成熟的工艺流程，如图所示：
本章重点介绍石英光纤光缆的制备。包括光纤材料介绍及提纯、
光纤预备棒的制备方法、拉丝、涂覆与套塑工艺、光纤成缆技 术。
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石英光纤 石英光纤（Silica Fiber）是以二氧化硅（SiO2）为主要原料， 并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。
紧套：是在一次涂覆的光纤上紧套上一层尼龙或聚乙烯塑料，套
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6.2 光纤预制棒的制备 制造光纤时，首先将提纯的原材料制成一根满足一定要求 的玻璃棒，称之为光纤预制棒或坯棒。 1、制备光纤预制棒的方法 常采用“化学气相沉积”（chemical vapor deposition)-----CVD; 广泛应用的CVD方法有：
改进的化学气相沉积（modified chemical vapor deposition)
---------MCVD； 气相轴向沉积(vapor axial deposition)-----VAD; 外气相沉积(outside vapor deposition)----OVD; 等离子体化学气相沉积(plasma chemical vapor deposition)--
Байду номын сангаас
PCVD
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和其他腐蚀性其他的破坏，必须在清洁的环境中对刚从热区处理的 裸光纤进行被覆，是拉丝过程中不可缺少的一道工序，经过被覆的 光纤强度可以提高20倍。 一次被覆（涂覆）的作用：
(a) 保护光纤表面不受水汽和其他化学物的腐蚀；
(b) 防止机械擦伤； (c) 可以减少光纤微弯损耗；
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涂覆材料具有的特点; (a)具有良好的化学稳定性，防化学腐蚀，耐摩擦；
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（1）拉丝过程
预制棒制作完成，第二阶段是 将预制棒拉丝成为光纤。石英 光纤拉丝机的结构示意图 如图所示。在拉丝过程中，
可以基本保持原预制棒的
折射率分布不变。
图
石英光纤拉丝机的结构示意图
（2）要拉出均匀的光纤，两个参量必须控制：
预制棒的馈送速度与气体的流速；
（3）影响光纤损耗的拉丝工艺条件： 拉丝的速度、温度、张力，涂覆材料的紫外吸收等； （4）影响光纤直径均匀性的因素; 预制棒直径的不均匀程度、预制棒的馈送速度、收线速度、
光纤的设计核心：都是合理地进行光纤折射率分布的设计；
遵循的设计原则：衰减系数最小、色散特性合理、工作波长宽、 折射率分布结构合理。 2、光纤材料与提纯 （1）选取（考虑主要因素）：成形方便、纯度高、材料透明、
性能兼容、材料成本低等，同时具有良好的化学稳定性和机械
强度。
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（2）理想的光纤材料-----玻璃 特别是由二氧化硅（SiO2）组成的石英玻璃具有高的可见光
(b)有低的弹性模量及低的玻璃化温度； (d)较高的耐热性，能经受住二次被覆；
(e)要能够剖除。 涂覆材料： 硅树脂、聚氨基甲酸乙酯、环氧树脂、丙烯酸树脂等。 涂覆方法：
(c ）对光纤表面有好的浸润性，这样固化后才能得到平稳的涂层；
常采用压力涂覆器涂覆方法
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影响涂层质量的因素：P127 与涂覆层的设计和涂层材料的关系极大。 (3)二次被覆-----套塑 二次被覆的目的：
机械和声振动，以及周围环境的热起伏，都会影响光纤直径的
起伏。 （5）采用伺服系统可以对光纤直径控制： 伺服系统组成：电机和收线机构、拉丝装置、光纤直径测量系 统、控制回路。光纤直径变化由4微米降到01.微米。
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（2）一次被覆-----涂覆
在预制棒被拉成光纤之后，为了使光纤的强度不受周围的水汽
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所有方法都起源于两种技术： 第一种：采用液体的硅化物，使其蒸气通过氧气火焰得到玻璃
相的石英。
第二种：半导体工业中用来生长SiO2膜的CVD技术。
6.3 拉丝、涂覆和套塑
拉丝是将已制成的光纤预制棒直径缩小、且保持芯包比
和折射率分布不变的操作工艺。 涂覆和套塑则是对裸光纤丝进行机械保护的工艺。 总体目标：低损耗、低色散、高强度、大长度、并且尺寸精 确、大小均匀的光纤。
和近红外光能力，具有良好的化学稳定性和高的机械强度，掺入
不同的掺杂剂，很容易改变其折射率，另外，石英玻璃原材料成 本低。因此是制作光纤的首选材料。 （3）材料提纯： 广泛采用的提纯法：“精馏----吸附----精馏吸附混合提纯法”
精馏法：是利用被提纯物质与杂质的沸点不同来清楚杂质的；
吸附法：是利用被提纯物质与杂质的化学键极性差异，选择适当 的吸附剂进行有效的选择性吸附分离，达到清楚杂质的目的。
光纤的基本结构：纤芯、包层和套层构成。
纤芯是光波的传播介质，由高度透明的介质材料（如石英玻璃
等）经过严格的工艺制成； 包层一方面与纤芯构成光波导，另一方面可以保护纤壁不受污 染或损坏，是一层折射率低于纤芯折射率的介质材料； 套层主要增强机械性能，保护光纤同时抑制串扰，其一般由高
损耗的柔软材料制成。
根据光纤材料构成的不同：一般分为石英（玻璃）系列光纤和 塑料光纤。石英光纤是指掺杂石英芯和掺杂石英包层构成的光 纤。这种光纤有很低的传输损耗和中等程度的传输色散。
优点：具有低耗、宽带的特点；
广泛应用于有线电视和通信系统。 石英玻璃光导纤维的优点是损耗低,当光波长为1.0～1.7μm （约1.4μm附近），损耗只有1dB/km，在1.55μm处最低，只 有0.2dB/km。
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6.1 光纤材料与提纯 1、光纤的设计要求： 世界上第一根实用光纤是1970年美国康宁公式制造的，至 今光纤的性能、品种以及制造技术已飞速发展。
(a)保护一次被覆层；
(b)减少光纤与外界接触时因受力而引起的弯曲； (c )在成缆和架设时使光纤的位置容易确定。 二次被覆通常采用热塑性材料的挤压成型工艺，习惯上称为套塑。 套塑的方式：紧套和松套两种。如图6.3-3
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松套:是在一次涂覆层的外面包上塑料套管，光纤可以在套管中自 由活动；
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不同类型光纤的制备工艺有所不同。 石英光纤多采用预制棒拉丝工艺制备，其从原材料提纯到制成光 缆，已形成一整套成熟的工艺流程，如图所示：
本章重点介绍石英光纤光缆的制备。包括光纤材料介绍及提纯、
光纤预备棒的制备方法、拉丝、涂覆与套塑工艺、光纤成缆技 术。
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石英光纤 石英光纤（Silica Fiber）是以二氧化硅（SiO2）为主要原料， 并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤。
紧套：是在一次涂覆的光纤上紧套上一层尼龙或聚乙烯塑料，套
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6.2 光纤预制棒的制备 制造光纤时，首先将提纯的原材料制成一根满足一定要求 的玻璃棒，称之为光纤预制棒或坯棒。 1、制备光纤预制棒的方法 常采用“化学气相沉积”（chemical vapor deposition)-----CVD; 广泛应用的CVD方法有：
改进的化学气相沉积（modified chemical vapor deposition)
---------MCVD； 气相轴向沉积(vapor axial deposition)-----VAD; 外气相沉积(outside vapor deposition)----OVD; 等离子体化学气相沉积(plasma chemical vapor deposition)--
Байду номын сангаас
PCVD
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和其他腐蚀性其他的破坏，必须在清洁的环境中对刚从热区处理的 裸光纤进行被覆，是拉丝过程中不可缺少的一道工序，经过被覆的 光纤强度可以提高20倍。 一次被覆（涂覆）的作用：
(a) 保护光纤表面不受水汽和其他化学物的腐蚀；
(b) 防止机械擦伤； (c) 可以减少光纤微弯损耗；
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涂覆材料具有的特点; (a)具有良好的化学稳定性，防化学腐蚀，耐摩擦；
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（1）拉丝过程
预制棒制作完成，第二阶段是 将预制棒拉丝成为光纤。石英 光纤拉丝机的结构示意图 如图所示。在拉丝过程中，
可以基本保持原预制棒的
折射率分布不变。
图
石英光纤拉丝机的结构示意图
（2）要拉出均匀的光纤，两个参量必须控制：
预制棒的馈送速度与气体的流速；
（3）影响光纤损耗的拉丝工艺条件： 拉丝的速度、温度、张力，涂覆材料的紫外吸收等； （4）影响光纤直径均匀性的因素; 预制棒直径的不均匀程度、预制棒的馈送速度、收线速度、
光纤的设计核心：都是合理地进行光纤折射率分布的设计；
遵循的设计原则：衰减系数最小、色散特性合理、工作波长宽、 折射率分布结构合理。 2、光纤材料与提纯 （1）选取（考虑主要因素）：成形方便、纯度高、材料透明、
性能兼容、材料成本低等，同时具有良好的化学稳定性和机械
强度。
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（2）理想的光纤材料-----玻璃 特别是由二氧化硅（SiO2）组成的石英玻璃具有高的可见光
(b)有低的弹性模量及低的玻璃化温度； (d)较高的耐热性，能经受住二次被覆；
(e)要能够剖除。 涂覆材料： 硅树脂、聚氨基甲酸乙酯、环氧树脂、丙烯酸树脂等。 涂覆方法：
(c ）对光纤表面有好的浸润性，这样固化后才能得到平稳的涂层；
常采用压力涂覆器涂覆方法
2018/11/23
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影响涂层质量的因素：P127 与涂覆层的设计和涂层材料的关系极大。 (3)二次被覆-----套塑 二次被覆的目的：
机械和声振动，以及周围环境的热起伏，都会影响光纤直径的
起伏。 （5）采用伺服系统可以对光纤直径控制： 伺服系统组成：电机和收线机构、拉丝装置、光纤直径测量系 统、控制回路。光纤直径变化由4微米降到01.微米。
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（2）一次被覆-----涂覆
在预制棒被拉成光纤之后，为了使光纤的强度不受周围的水汽
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所有方法都起源于两种技术： 第一种：采用液体的硅化物，使其蒸气通过氧气火焰得到玻璃
相的石英。
第二种：半导体工业中用来生长SiO2膜的CVD技术。
6.3 拉丝、涂覆和套塑
拉丝是将已制成的光纤预制棒直径缩小、且保持芯包比
和折射率分布不变的操作工艺。 涂覆和套塑则是对裸光纤丝进行机械保护的工艺。 总体目标：低损耗、低色散、高强度、大长度、并且尺寸精 确、大小均匀的光纤。
和近红外光能力，具有良好的化学稳定性和高的机械强度，掺入
不同的掺杂剂，很容易改变其折射率，另外，石英玻璃原材料成 本低。因此是制作光纤的首选材料。 （3）材料提纯： 广泛采用的提纯法：“精馏----吸附----精馏吸附混合提纯法”
精馏法：是利用被提纯物质与杂质的沸点不同来清楚杂质的；
吸附法：是利用被提纯物质与杂质的化学键极性差异，选择适当 的吸附剂进行有效的选择性吸附分离，达到清楚杂质的目的。
光纤的基本结构：纤芯、包层和套层构成。
纤芯是光波的传播介质，由高度透明的介质材料（如石英玻璃
等）经过严格的工艺制成； 包层一方面与纤芯构成光波导，另一方面可以保护纤壁不受污 染或损坏，是一层折射率低于纤芯折射率的介质材料； 套层主要增强机械性能，保护光纤同时抑制串扰，其一般由高
损耗的柔软材料制成。
根据光纤材料构成的不同：一般分为石英（玻璃）系列光纤和 塑料光纤。石英光纤是指掺杂石英芯和掺杂石英包层构成的光 纤。这种光纤有很低的传输损耗和中等程度的传输色散。
优点：具有低耗、宽带的特点；
广泛应用于有线电视和通信系统。 石英玻璃光导纤维的优点是损耗低,当光波长为1.0～1.7μm （约1.4μm附近），损耗只有1dB/km，在1.55μm处最低，只 有0.2dB/km。
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6.1 光纤材料与提纯 1、光纤的设计要求： 世界上第一根实用光纤是1970年美国康宁公式制造的，至 今光纤的性能、品种以及制造技术已飞速发展。
(a)保护一次被覆层；
(b)减少光纤与外界接触时因受力而引起的弯曲； (c )在成缆和架设时使光纤的位置容易确定。 二次被覆通常采用热塑性材料的挤压成型工艺，习惯上称为套塑。 套塑的方式：紧套和松套两种。如图6.3-3
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松套:是在一次涂覆层的外面包上塑料套管，光纤可以在套管中自 由活动；