光纤拉制及成缆技术.pptx

第2章光纤拉制及成缆随着通信技术的进一步发展,光纤光缆已逐步取代电缆成为国家通信的主干线。内容：光纤的种类、材料和制作方式,以及光缆的类型、设计要求和制造工艺、拉制和成缆。2.1光纤的分类阶跃光纤与渐变光纤的横截面和折射率分布多模光纤单模光纤表2.1大芯径阶跃折射率石英光纤的特性*固体材料的光衰减虽然较大,但光学特性稳定,也容易实现对折射率的控制。固体材料可分为非晶体材料和晶体材料。晶体材料(如石英、蓝宝石、碱金属卤化物晶体)的光衰减比非晶体材料低,但晶体材料的大规模生产极为困难,而且晶体材料的折射率也不易控制。非晶体材料中的玻璃是理想的光纤材料,因为某些氧化物玻璃和氟化物玻璃在可见光和红外区域具有很小的光衰减,这些玻璃极易制成纤维,并且可通过改变这些玻璃的组成比例很容易地控制其折射率分布。石英光纤的主要原料是高纯度卤化物,如四氯化硅(SiCl4)、四氯化锗(GeCl4)、三氯化磷(PCl3)、三氯化硼(BCl3)、三氯化铝(AlCl3)等。液态试剂沸点低、易汽化,常含有一些金属氧化物、非金属化合物、含氢化物和络合物等。其中金属杂质的吸收峰值波长区域从紫外波段0.2μm起,经过可见光波段,一直到红外的1.1μm附近,它们将严重影响光纤0.85μm短波长波段的衰减。分类:精馏法、吸附法或精馏吸附混合等方法。过程:在氢氧火焰中燃烧SiCl4,产生氯化物蒸气和二氧化硅,然后沉淀成白色、蓬松的粉尘状物。由于SiCl4的沸点为57.6℃,SiCl4变成蒸气与氧气反应,而其他铁、铜等金属氯化物沸点比SiCl4高得多,在57.6℃时仍然是液态。图2.1精馏吸附混合法提纯流程图图2.2是常用的各种掺杂剂对石英玻璃折射率变化的作用示意图。大部分掺杂剂能使石英的折射率增加,可用于光纤的高折射率纤芯,而纯石英用作较低折射率的包层。最常见的纤芯掺杂剂是锗,它在化学上与硅相似,锗对光的吸收相当低,二氧化锗(GeO2)与石英一样,也能用于制造玻璃。目前常见的匹配包层、凹陷包层、塑料包层阶跃折射率石英光纤都是通过在纯石英中添加不同掺杂剂来实现的。2.3光纤的拉制光纤预制棒的工艺1)化学气相沉积法(CVD)沉积时先将一根空心的石英玻璃管安装在同轴旋转的车床上,将SiCl4、掺杂剂气体和氧气输入石英玻璃管,用氢氧焰喷灯沿轴向匀速移动,加热石英玻璃管外表面。PCVD法工艺流程如图2.6所示。4)棒外气相沉积法(OVD)在沉积过程中,通过改变每层的掺杂剂种类和掺杂浓度可以制成不同折射率分布的光纤预制棒。旋转棒并不是光纤的一部分,仅仅起着衬底的作用。率先沉积的玻璃粉尘将形成光纤的纤芯,随后沉积的玻璃粉尘形成光纤的包层。旋转棒的热膨胀系数与沉积在其上面的玻璃层的不同,因此在玻璃熔结成预制棒之前,可以容易地将旋转棒取出。该阶段结果是产生一个粉尘预制棒。非气相沉积法6)多组分玻璃法8)机械成形光纤预制棒法(MSP)典型的拉丝工艺是管棒法拉制双坩埚拉丝法3.涂敷、塑封和成筒有时为加强对光纤的保护,通常涂层都采用两次以上的涂敷,即对光纤涂敷一层缓冲层。缓冲层可以保护光纤免遭引起微弯损耗的外力作用。里面的一层用折射率比石英玻璃偏大的变性硅酮树脂,可以用来吸收透过包层的多余的光。有利于提高光纤的低温性能和抗微弯性能。一般光纤涂层厚度在50～100μm。两层涂层中层是软的,模量为几千克每平方米,能阻止光纤受外部压力而产生的微弯;第二层是硬的,模量为几百千克每平方米,能防止磨损和提供机械强度。塑封有紧套和松套两种1.成缆原因光缆中采用的高分子材料很多,根据材料的性能不同用于光缆的各个部件。常见的有工程塑料(PBT)、通用聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、黑色聚乙烯或黑色聚烯烃、芳纶纤维(Kevlar)、聚酯带(PET)、热塑性橡胶等。通用聚乙烯按密度的不同有柔顺性和延展性较好的低密度聚乙烯(LDPE),刚性、韧性和耐磨性好的高密度聚乙烯(HDPE),兼有LDPE的柔韧性和HDPE的高强度的中密度聚乙烯(MDPE),以及有较好耐环境应力开裂、刚性、耐热性低温的线性低密度聚乙烯(LLDPE)。黑色聚乙烯或黑色聚烯烃通常用来制作光缆的耐电痕护套。应用于强电场环境中的光缆,由于放电作用会导致光缆表面产生电痕、电蚀,从而造成外护层的损伤和光缆使用寿命的降低,因此必须使用耐电痕的护套。黑色聚烯烃具有很强的耐电痕能力,可适用于110kV以上的电力线路。聚酯带的化学名称是聚对苯二甲酸乙二醇脂,具有良好的耐热性、化学稳定性、尺寸稳定性、低温柔性和绝缘性等优点。聚酯带用于层绞式光缆中松套管的环绕包扎,起到稳定多根松套管几何结构和一定的防护作用。2)金属材料3)复合材料图2.13(4)铝(钢)塑复合带。通常为波纹形状双面覆膜的铝(钢)带。具有径向阻水、防机械损伤、增强抗侧压、抗弯、抗冲击能力和对光缆加以