光纤通信课件第四讲

光纤制造工艺

以石英光纤为例，实用的制造方法有内气相氧化法(IVPO)、外气相氧化法(OVPO)、改进的化学气相沉积法(MCVD)、气相轴向沉积法(VAD)及等离子化学气相沉积法(PCVD)等。欧美及我国主要采用改进的化学气相沉积法MCVD法，该法提高了反应物浓度使沉积速率，比化学气相沉积(CVD)法快100倍以上，并且可在数小时内将预制件拉成几公里长的多模纤维，由于简单实用，已成为常规的光纤生产方法。日本则开发气相轴向沉积法VAD工艺，除回收率高外，还可制成大型预制件(达2500g，可拉制50µm芯径的光纤580km)，可采用低纯原料。

1许多厂家均以SiCl4为原料生产石英光纤，原因是Fe、Ni、Cu等氯化物易于用精馏法除去。某些多晶硅生产厂家在用SiHCl3氢还原生产多晶硅的过程中产生大约30％的副产物SiCl4，用这种副产物生产光纤显著降低了成本。为了获得纤芯与包层折射指数呈阶跃变化(SI型)或梯度变化(GI型)的光纤，生产芯料时皆在高纯SiCl4(99.9999％)中加入百分之几的GeCl4，也有掺锗烷的。2表：MCVD和VAD工艺水平比较方法最高沉积速率（g/min）沉积效率（%）拉丝长度（km）MCVDVAD2.3950%(SiO2)15%(GeO2)70%4030034.1.1光纤的制造光纤光缆制造流程图材料提纯预制棒熔炼材料分析检验拉丝套塑成缆预制棒检验光纤测试一、光纤材料的提纯工艺制造石英光纤的主体原料是四氯化硅，掺杂材料主要是四氯化锗辅助原料：高纯氧(用于氧化成二氧化硅)；氦(增强热传导，提高沉积效率)；氯气(脱水用)杂质：铁，钴，铜，锰，铬，钒，氢氧根等。(影响光纤损耗，必须使其总浓度下降到几个ppb,即负6次方量级)44.1.2光纤的制造提纯方法：多次精馏+选择性吸附以四氯化硅的提纯为例，说明其提纯原理四氯化硅中可能存在的杂质有金属氧化物，非金属氧化物，含氢化合物。金属氧化物和非金属氧化物的沸点与四氯化硅(57.6度)相差很大，可用精馏法提纯；含氢化合物沸点与其接近，但一般有极性，容易被吸附，适当的吸附剂可以实现分离精馏：利用原料和杂质沸点不同，通过反复蒸馏，达到提纯目的(可达到99.9999%)高纯四氯化硅提纯工艺示意图一级精馏塔二级精馏塔简单蒸馏塔三级精馏塔四级精馏塔精料槽活性氧化铝吸附柱活性硅胶吸附柱54.1.3光纤的制造二、熔炼工艺：将超纯的化学原料经过高温化学反应，合成一个具一定折射率分布的预制棒。常用方法：MCVD法(改进的化学汽相沉积法)；PCVD(微波等离子体法)；VAD和OVD法等(汽相轴向沉积法和管外汽相沉积法)MCVD法熔炼过程：MCVD法熔炼工艺示意图计算机流量控制高纯氧四氯化硅四氯化锗辅助掺杂剂配好比例的反应物混合气体移动火焰旋转石英反应管同步卡盘排气64.1.4光纤的制造MCVD法熔炼过程：分为3个阶段1、混合阶段：高纯氧以一定的流量在四氯化硅和四氯化锗中鼓泡，使其以适当的比例配送到石英反应管2、沉积阶段：高纯氧和四氯化硅和四氯化锗进行反应，沉积在石英管子内壁，先沉积包层，改变掺杂剂，再沉积纤芯。包层沉积过程中，常使用的掺杂剂有三溴化硼，三氯化硼等，反应方程式为：74.1.5光纤的制造纤芯材料的反应方程式为：3、缩棒过程：经过外包层，纤芯的沉积，形成一根中空壁厚的石英管，此时升高火焰温度到1700-2000摄氏度，保持石英管旋转，软化，在表面张力作用下收缩而将管子中心填满，形成中心区折射率较高而包层折射率较低的预制棒84.1.6光纤的制造三、拉丝工艺：示意图预制棒高温炉测温仪炉温控制非接触式测径仪固化炉调速设备收线轮(拉丝机)94.1.7光纤的制造三、套塑工艺：套上一层尼龙。目的：进一步保护光纤，提高光纤的机械强度分为松套和紧套：松套：光纤可以在套管中松动，机械性能好(套管先承受压力)；防水性能好(光纤与外套之间有油膏，因此可以防水)紧套：不能活动，结构相对简单104.2.1光光缆缆的结结构和和种类类2.4.1光光缆缆的结结构1．光光缆的的结构构光缆由由缆芯芯、护护层和和加强强芯组组成。。（1））缆芯芯缆芯由由光纤纤的芯芯数决决定，，可分分为单单芯型型和多多芯型型两种种。（2））护层层护层主主要是是对已已成缆缆的光光纤芯芯线起起保护护作用用，避避免受受外界界机械械力和和环境境损坏坏。护护层可可分为为内护护层（（多用用聚乙乙烯或或聚氯氯乙烯烯等））和外外护层层（多多用铝铝带和和聚乙乙烯组组成的的LAP外外护套套加钢钢丝铠铠装等等）。。（3））加强强芯加强芯芯主要要承受受敷设设安装装时所所加的的外力力。114.2.2光缆缆的结结构和和种类类2．各各种典典型结结构的的光缆缆（1））层绞绞式结结构光光缆把经过过套塑塑的光光纤绕绕在加加强芯芯周围围绞合合而构构成。。层绞绞式结结构光光缆类类似传传统的的电缆缆结构构，故故又称称之为为古典典光缆缆。图2-20～图图2-24所示示是目目前在在市话话中继继和长长途线线路上上采用用的几几种层层绞式式结构构光缆缆的示示意图图（截截面））。124.2.3光缆缆的结结构和和种类类图2-2112芯芯松套套层绞绞式直直埋光光缆图2-206芯芯紧套套层绞绞式光光缆134.2.4光光缆的的结构构和种种类图2-2212芯芯松套套层绞绞式直直埋防防蚁光光缆144.2.5光光缆的的结构构和种种类图2-236～～48芯松松套层层绞式式水底底光缆缆154.2.6光缆缆的结结构和和种类类图2-2412芯芯松套套+8芯×2线对对层绞绞式直直埋光光缆164.2.7光缆缆的结结构和和种类类（2））骨架架式结结构光光缆骨架式式结构构光缆缆是把把紧套套光纤纤或一一次涂涂覆光光纤放放入加加强芯芯周围围的螺螺旋形形塑料料骨架架凹槽槽内而而构成成。骨架结结构有有中心心增加加螺旋旋型、、正反反螺旋旋型、、分散散增强强基本本单元元型，，图2-25（（b））为螺螺旋型型结构构，图图2-26为基基本单单元结结构。。目前前，我我国采采用的的骨架架式结结构光光缆，，都是是采用用如图图2-25所示示的结结构。。图2-27所所示是是采用用骨架架式结结构的的自承承式架架空光光缆。。174.2.8光光缆缆的的结结构构和和种种类类图2-2512芯芯骨骨架架式式光光缆缆184.2.9光光缆缆的的结结构构和和种种类类图2-2670芯芯骨骨架架式式光光缆缆194.2.10光光缆缆的的结结构构和和种种类类图2-27骨骨架架式式自自承承式式架架空空光光缆缆204.2.11光光缆的的结构和和种类（3）束束管式结结构光缆缆把一次涂涂覆光纤纤或光纤纤束放入入大套管管中，加加强芯配配置在套套管周围围而构成成。图2-28所示示的光缆缆结构即即属护层层增强构构件配制制方式。。图2-29、2-30所示是是属于分分散加强强构件配配置方式式的束管管式结构构光缆。。另图2-34所所示的浅浅海光缆缆实际上上就是双双层加铠铠装束管管式光缆缆。214.2.12光光缆的结结构和种种类图2-2812芯束管式式光缆224.2.13光光缆的结结构和种种类图2-296～48芯束管式式光缆234.2.14光光缆的的结构和和种类图2-30LEX束管式光光缆244.2.15光光缆的结结构和种种类（4）带带状结构构光缆把带状光光纤单元元放入大大套管中中，形成成中心束束管式结结构；也也可把带带状光纤纤单元放放入凹槽槽内或松松套管内内，形成成骨架式式或层绞绞式结构构。如图图2-31、2-32所示。。图2-31中心束管管式带状状光缆图2-32层绞式带带状光缆缆254.2.16光光缆的结结构和种种类（5）单单芯结构构光缆单芯结构构光缆简简称单芯芯软光缆缆，如图图2-33所示示。这种结构构的光缆缆主要用用于局内内（或站站内）或或用来制制作仪表表测试软软线和特特殊通信信场所用用特种光光缆以及及制作单单芯软光光缆的光光纤。图2-33单芯软光光缆264.2.17光光缆的结结构和种种类（6）特特殊结构构光缆特殊结构构的光缆缆，主要要有光/电力组组合缆、、光/架架空地线线组合缆缆和海底底光缆和和无金属属光缆。。这里只只介绍后后两种。。①海底底光缆有浅海光光缆和深深海光缆缆两种，，图2-34所示为典典型的浅浅海光缆缆，图2-35所示是较较为典型型的深海海光缆。。②无金属光光缆无金属光光缆是指指光缆除除光纤、、绝缘介介质外（（包括增增强构件件、护层层）均是是全塑结结构，适适用于强强电场合合，如电电站、电电气化铁铁道及强强电磁干干扰地带带。274.2.18光缆的结构构和种类图2-34浅海光缆284.2.19光缆的结构构和种类图2-35深海光缆294.2.20光缆的种种类1．按传输性性能、距离和和用途分可分为市话光光缆、长途光光缆、海底光光缆和用户光光缆。2．按光纤的的种类分可分为多模光光缆、单模光光缆。3．按光纤套套塑方法分可分为紧套光光缆、松套光光缆、束管式式光缆和带状状多芯单元光光缆。4．按光纤芯芯数多少分可分为单芯光光缆、双芯光光缆、四芯光光缆、六芯光光缆、八芯光光缆、十二芯芯光缆和二十十四芯光缆等等。304.2.21光缆的的种类5．按加强件件配置方法分分光缆可分为中中心加强构件件光缆（如层层绞式光缆、、骨架式光缆缆等）、分散散加强构件光光缆（如束管管两侧加强光光缆和扁平光光缆）、护层层加强构件光光缆（如束管管钢丝铠装光光缆）和PE外护层加一一定数量的细细钢丝的PE细钢丝综合合外护层光缆缆。6．按敷设方方式分光缆可分为管管道光缆、直直埋光缆、架架空光缆和水水底光缆。7．按护层材材料性质分光缆可分为聚聚乙烯护层普普通光缆、聚聚氯乙烯护层层阻燃光缆和和尼龙防蚁防防鼠光缆。314.2.22光缆的种种类8．按传输导导体、介质状状况分光缆可分为无无金属光缆、、普通光缆和和综合光缆。。9．按结构方方式分光缆可分为扁扁平结构光缆缆、层绞式结结构光缆、骨骨架式结构光光缆、铠装结结构光缆（包包括单、双层层铠装）和高高密度用户光光缆等。10．目前通通信用光缆可可分为（1）室(野野)外光缆———用于室外外直埋、管道道、槽道、隧隧道、架空及及水下敷设的的光缆。（2）软光缆缆——具有优优良的曲挠性性能的可移动动光缆。（3）室（局局）内光缆———适用于室室内布放的光光缆。（4）设备内内光缆——用用于设备内布布放的光缆。。（5）海底光光缆——用于于跨海洋敷设设的光缆。（6）特种光光缆——除上上述几类之外外，作特殊用用途的光缆。。324.2.23光缆的结结构和种类光缆型号由它它的型式代号（1）光缆型式由五个部分组成，如图2-36所示。图2-36光光缆型式式的组成部分分334.2.24光缆的结构构和种类图中：Ⅰ：分类代号号及其意义为为：GY——通信信用室（野））外光缆；GR——通通信用软光缆缆；GJ——通信信用室（局））内光缆；GS——通通信用设备内内光缆；GH——通信信用海底光缆缆；GT———通信用特殊殊光缆。Ⅱ：加强构件件代号及其意意义为：无符号——金金属加强构件件；F———非金属加加强构件；G——金属重重型加强构件件；H——非金属属重型加强构构件。344.2.25光缆的结结构和种类Ⅲ：派生特征征代号及其意意义为：D——光纤带带状结构；G———骨架槽结结构；B——扁平式式结构；Z——自承承式结构。T——填充式式结构。Ⅳ：护层代代号及其意义义为；Y——聚乙烯烯护层；V——聚聚氯乙烯护层层；U——聚氨酯酯护层；A——铝-聚乙烯粘结结护层；L——铝护套套；G——钢钢护套；Q——铅护套套；S——钢钢-铝-聚乙乙烯综合护套套。354.2.26光缆的结构构和种类Ⅴ：外护层的的代号及其意意义为：外护层是指铠铠装层及其铠铠装外边的外外护层，外护护层的代号及及其意义如表表2-2所示示。表2-2外外护层代号及及其意义代

号铠装层（方式）代

号外护层（材料）0无0无1——1纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝——5单钢带皱纹纵包——364.2.27光缆的结结构和种类（2）光缆规规格由五部分分七项内容组组成，如图2-37所示示。图2-37光光缆的规规格组成部分分374.2.28光缆的结结构和种类图中：Ⅰ：光纤数数目用1、2、……，表表示光缆内光光纤的实际数数目。Ⅱ：光纤类类别的代号及及其意义。J——二氧化化硅系多模渐渐变型光纤；；T——二氧化化硅系多模突突变型光纤；；Z——二氧化化硅系多模准准突变型光纤纤；D——二氧化化硅系单模光光纤；X——二氧化硅纤芯芯塑料包层光光纤；S——塑料光纤。Ⅲ：光纤主要尺寸寸参数用阿拉伯数（（含小数点数数）及以μm为单位表示示多模光纤的的芯径及包层层直径，单模模光纤的模场场直径及包层层直径。384.2.29光缆缆的结构和和种类Ⅳ：带宽、、损耗、波波长表示光光纤传输特特性的代号a——表示使用波长的代号，其数字代号规定如下：1——波长在0.85μm区域；2——波长在1.31μm区域；3——波长在1.55μm区域。注意，同一光缆适用于两种及以上波长，并具有不同传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用“/”划开。bb——表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值（dB/km）的个位和十位数字。cc——表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分类数值（MHz·km）的千位和百位数字。单模光纤无此项。394.2.30光缆的的结构和种种类Ⅴ：适用温度代代号及其意意义。A——适用于−40℃～+40℃B——适用于−30℃～+50℃C——适用于−20℃～+60℃D——适用于−5℃～+60℃404.2.31光缆缆的结构和和种类光缆中还附附加金属导导线（对、、组）编号号，如图2-38所示。其符符合有关电电缆标准中中导电线芯芯规格构成成的规定。。图2-38光缆缆中附加金金属导线编编号示意例如，2个线径为0.5mm的铜导线单单线可写成成2×1×0.5；；4个线径为0.9mm的铝导线四四线组可写写成4×4×0.9L；4个内导体直直径为2.6mm，外径为9.5mm的同轴对，，可写成4×2.6/9.5。414.2.32光缆缆的结构和和种类（3）光缆型号号例题设有金属重重型加强构构件、自承承式、铝护护套和聚乙乙烯护层的的通信用室室外光缆，，包括12根芯径

该光缆的型号应表示为：

GYGZL03-12T50/125（21008）C+5×4×0.9。42光纤传输信信息具有许许多优点：：●载频为3×1014Hz，约为为电视通信信所用超高高频的100000倍，从而而使信息载带容容量或带宽宽激增；●传输损耗耗很小，每单位传传输距离只只需要极少少的放大器器或中继站站。与金属属导线比起起来，高频频率下光纤纤损耗低得得多，它可可以传输几几十公里乃乃至上百公公里不必增增加中继器器，而金属属同轴电缆缆没有中继继器只能传传输几公里里。在理论论上，光纤纤可以传送送107路电视或1010路电话，可可以把一个个特大图书书馆储藏的的全部图书书信息在短短时间内全全部传送完完毕，其容容量比金属属同轴电缆缆大5个数数量级。43●光纤是绝缘缘体，不受邻近