塑料光纤的制造方法.pdf

随着宽带业务向着公司和家庭发展，世界各网络运营商都在进行光纤接入网建设。如何降低网络成本是决定光纤接入网建设速度的根本。第2期塑料光纤的制造方法3一步法主要用于生产 SI-POF,两步法则用于生产GIL=1 mxcm」2=2.5kmPOF。本文以图1所示的POF制造方法为主线,简要mt阐述了POF各种制造方法的工艺步骤、关键技术和此计算实例得到的启示是,OF预制棒制造方主要特点,以便于读者比较不同制造方法生产出的法的研究重点在于如何生产出大直径、大长度的预制POF的性能差异。棒通信业内人士都清楚,目前POF的制造方法有也可以采用预制棒法首先制造出POF纤芯,然预制棒法和坩埚熔融法。预制棒法是首先制造预制后采用挤塑法在圆柱体纤芯外挤制一个包层生产出棒然后将预制棒加热拉制成包层直径为125m的具有完整纤芯包层结构的POF。这种预制棒法+挤邇信光纤。坩埚熔融法则是利用内外同心的坩埚分塑法混合方法的最大优点在于既可以精确控制纤芯别熔融作为纤芯和包层材料的多组分玻璃,直接拉制的聚合过程,使得纤芯呈现的折射率分布几乎与设计成光纤。结构完全一致,又可以采用挤塑法来提高POF的生预制棒法的优点是,首先利用化学方法制造出具产效率。有所设计折射率分布(传输性能)结构的大直径预制22.4生产技末棒,然后将大预制棒置于高温炉内,加热使之软化,拉2.2.4.1SPOF的生产技术制成符合直径要求的细光纤。简而言之,通过制棒过SPOF是指纤芯包层界面的折射率分布呈现程获得POF的传输性能,而拉丝只是由粗棒到细纤阶跃变化的POF。由于SPOF纤芯与包层界面的折的变径过程。为了直观形象地描述,图2示出由POF射率具有简单的阶跃特点,所以SPOF的生产可以预制棒拉制成POF的工艺过程示意图。对此,值得采用非常简单、只有一步生产工艺的挤塑法。 SI-POF强调的是,在拉丝过程中应确保纤芯的折射率分布不中纤芯包层折射率分布的形成是分别借助安装在变,只是由粗棒变化到细纤,即直径按比例减小。利条生产线的两个不同部位的两台挤塑机完成的。如用公式(1)可以计算出一根POF预制棒可以拉制的图3所示,一台挤塑机完成纤芯材料的挤出任务,而POF长度。另外一台挤塑机完成包层材料的挤出任务。 SI-POF(a)(1)挤塑法采用的是连接生产工艺。单体引发剂式中,L是拉制的POF长度;为POF预制棒的长度;聚合控制器D是POF预制棒的直径;d为POF的直径反应签预制棒包层挤塑机加热炉输送纤芯挤塑机收线盘田3典型 SI-POF挤塑法生产工艺示意图测径仪【吧E这条连续生产线由一个需要加热的化学反应釜、收线盘个输送泵、一台纤芯挤塑机、一台包层挤塑机和个收线盘等组成。具体工艺生产过程是,首先将作为拉丝轮(③纤芯的液体原料(如单体、聚合引发剂和链转移剂等)放人加热反应釜中混合,通过聚合控制器控制混图2由POF预制棒拉制成POF的工艺过程示意图合液体的聚合(单体在反应金中完成80%的聚合);然后用输送泵注人纤芯挤塑机,挤出纤芯;再利用包鉴于POF制造技术水平的限制,目前一根POF层挤塑机在已经形成的纤芯外挤一层包层,经过快速预制棒只能拉制出几公里的POF。例如,POF预制棒冷却,最后制成 SI-POF。长度为1m,其直径是5cm,计算由该预制棒可以拉 SI-POF挤塑生产工艺方法的优点是,由该生产出的POF长度:工艺引起的聚合物污染非常小。随着研究的深人,人4光纤光缆传输技术2010年们又对上述挤塑工艺方法进行了一些改进使其更加应活性与MMA匹配。他们采用界面凝胶聚合法首完善。对该工艺方法的具体改进如下所述:1)使用先制得一根直径为15~22mm的 PMMA-GI-POF预固定颗粒原料。采用粉碎的PMMA颗粒作为纤芯原制棒,然后将该棒放入高温炉中,加热到190~280料,并在挤塑之前认真清洗。2)采用非金属挤塑头。℃,拉制成直径为0.2~1.5mm的GPOF。图4示这样做可以避免仟何金属杂质的污染。3)使用涡轮出界面凝胶聚合法形成渐变折射率分布的反应过程。泵。涡轮泵特别适合输送聚合的混合液体。应该强调的是,PMMA管扮演着 GI-POF包层的角2.2.4.2GⅠPOF的生产技术色,而MMA与BA混合溶液聚合形成的渐变折射虽然SPOF的生产方法简单,但是 SI-POF本身率分布部分则构成GPOF的纤芯。存在着严重的模间色散,使得其传输带宽(容量)非PMMA管常窄。为了提高POF的传输带宽,人们将对POF的●MMA研究由 SI-POF转向(l-POF。所谓G-PQF,是指从纤芯中心到包层的折射率分布呈现连续逐渐减小的O BZAPOF。由于GⅠPOF纤芯剖面的折射率呈现连续变化的渐变分布,所以G-POF制造方法的研究重点是如何获得精确的折射率渐变分布。为了确保获得最佳的渐变折射率分布,日本、德国、韩国等发达国家的研究人员一直在不懈地努力研究,积极探索能够以最小图4界面凝胶聚合法形成渐变折射率分布的反应过程投入连续生产 GI-POF的制造方法。迄今为止,已经研究出的GⅠ-POF的制造方法有界面凝胶聚合法、离为了提高聚合速度,降低生产成本,1995年,小池康博对上述制造方法进行了一些必要的改进,将静心聚合法、连续生产法以及扩散与旋转组合法。下面态聚合变换为动态聚合。所谓的动态聚合就是将单对这些制造方法进行详细介绍。体MMA放入一个玻璃反应器中,在70℃3000(1)界面凝胶聚合法r/min的高速旋转条件下制得高纯PMMA管。纤芯1992年,日本庆应大学的小池康博教授发明了的动态聚合过程则是在95℃、50r/min的旋转条件界面凝胶聚合法。该方法首先用PMMA制造出一个下,需要24h才能完成。为了改善 PMMA-GI-POFPMMA管,再在这根PMMA管中放人由两种不同单体组成的混合溶液,其中一种单体M1的折射率高、的弯曲特性并使光的注入更容易,采用DPS作为掺杂剂,可以使 PMMA-GI-POF的数值孔径提高到分子量大,另一种单体M2的折射率低、分子量小。0.29。将盛有由M1和M2组成的混合溶液的PMMA管放入烘干箱,通常加热至80℃,混合溶液的作用使PM表2不同单体/聚合物的密度和折射率nMA管的内壁开始液化,产生一层凝胶层,并由PM折射率nMA管壁向管的中心加速聚合反应。分子量小的M2单体或聚合物密度(g·cm很容易扩散进入该凝胶层,这使得M1的浓度(折射MMA0.9361.490率)由PMMA管边缘向中心逐渐增大,所得到的浓度DOP0.9811.486渐变分布其实就形成了一个渐变折射率分布结构。BIE0.9821.564在界面凝胶聚合法中,采用的两个具有不同折射率BZMA1.0401.568(n1>n2)的单体必须满足下列条件:1)第一个单体Ve1.070l578的反应速度r1>1,带有掺杂剂的第二个单体的反应BB1.1201.568速度r2<1;2)如果r1=r2=1,第一个单体的分子应PMMA1.1901.490比带有掺杂剂的第二个单体分子小得多。1992年,小池康博研究小组以甲基丙烯酸甲酯TEPMA1.2541.373(MMA)为M1,再添加单体如ⅤB、VPAc、BzAPTFPMA1.4961.422PhMA和BzMA为M2,研制出 PMMA-GI-POF。PMDBML2.1801.538MA-GI-POF最终选择BzA作为M2,这是因为其反第2期塑料光纤的制造方法(2)离心聚合法POF,然后使这个SPOF通过一个加热管,利用纤芯2003年韩国的HKm等人采用离心聚合法生中所包含的掺杂剂受热扩散,从而生产出GPOF产出GⅠPOF。离心聚合法的技术核心是利用不同单具体地讲首先在纤芯挤塑机中添加 CYTOP+掺杂体的密度差,通过高速离心作用来产生渐变折射率分剂原料,由纤芯挤塑机挤制出纤芯;然后向包层挤塑布结构。表2列出不同单体聚合物的密度和机中填充 CYTOP原料,由包层挤塑机挤制出包层折射率n再通过纤芯和包层共挤头挤制出 SI-POF,使该SI离心聚合法也是两步法即先制棒,后拉丝。渐FO通过一个加热管,在加热管中 SI-POF中的掺杂变折射率预制棒的制备过程是将由两种单体组成的剂受热后会由纤芯向包层扩散从而实现折射率分布折射率不同的三种混合液分别装入三根长度和厚度由S向G的转变;接着,在GPOF的外表面施加相同而内径不同的反应管(一根玻璃管和两根塑料500μm厚的PMMA保护层,最后生产出PFGI管)进行加热聚合反应。加热聚合反应的工作条件POF.是:反应炉温度为60℃,反应管的旋转速度为1000图5示出PFGⅠPOF连续生产法的工艺步骤和折射率变化过程示意图。2008年,日本庆应大学的~2000r/min。反应炉的温度和混合液的粘度变化与研究人员比较深入地研究了利用连续生产法制造塑料管的制备相同。最后,为了达到完全聚合的目G:POF的机理。他们探索出,通过控制原料的熔融的使聚合预制棒在60℃加热温度、02毫米汞柱指数,可以轻易地增大掺杂剂的扩散系数,达到制造(mmHg)压力下持续聚合8h。由此可以制备出一根出宽带宽 GI-POF的目的。他们采用MMA为基本原长度为500mm直径为50mm的透明渐变折射率分料、二苯基硫化物为掺杂剂、二叔丁过氧化物为引发布的POF预制棒。只要所选择的单体混合液与塑料剂来制造G-POF。研究发现,通过增大纤芯材料的管的折射率合适,即依靠单体混合液和塑料管的折射分子量和减小包层材料的分子量,缩短扩散时间是获率分布由预制棒中心至边缘呈渐变减小,一定可以制得宽带宽 GI-POF的最佳途径。他们利用自行研发造出满足短距离通信光网络高速传输光信号要求的的计算机软件估算出,采用这种连续生产法制造的GPOF。表3给出制造GPOF预制棒使用的单体 GI-POF,其带宽与长度乘积为2.75GHz:100mo混合液和塑料管的单体比例、单体折射率和(纤芯中)聚合物折射率的具体数据。包层挤塑机共挤头SI-POF加热管表3制造 GI-POF预制棒使用的单体混合液和塑料管的单GI-POF共挤头体比例、单体折射率和聚合物折射率等具体数据塑说明两种单体比例单体折射率柔耷挚PF-GI-POF单体混合液365:351.44411.5145收线盘塑料管280:20;72.7:27.31.43751.5091单体混合液278:221.43291.5054图5连续生产法的工艺步骤和折射率变化过程示意图塑料管180:201,43121.5040(4)扩散与旋转组合法单体混合液190:1042261.49702001年, H. Park等人采用扩散与旋转组合法生产出 PMMA-GI-POF。将单体液体置人一个圆柱形(3)连续生产法玻璃反应筒,筒的中心安放一根作为纤芯用的具有高2006年, P. Polishuk等人报道了PF- GI-POF的连折射率的固体聚合物材料棒。通过旋转和扩散反应,续生产法。与界面凝胶法相比,连续生产法具有两个纤芯高折射率的材料棒缓慢扩散进入周围的单体形显著的优点:1)能够以每分钟数十米的速度连续生成所需要的渐变折射率分布结构。产,降低了 GI-POF的生产成本;2)生产工艺简单,固体聚合物材料棒和玻璃反应筒以不同的速度PF-GI-POF的连续生产法采用的是纤芯/包层原料直旋转。玻璃反应筒的旋转速度为500~1000r/min,接熔融挤塑的一步法。材料棒的旋转速度为6~60r/min。采用不同的旋转连续生产法的工艺原理是,首先挤制出一个S速度源于旋转速度差可以确定平均浓度变化。这样光纤光缆传输技术2010年的旋转速度还可以产生旋转对称的折射率分布结构。设。降低光纤成本和提高接续速度是光纤接入网研利用扩散与旋转组合法,经过几个小时的热聚合反究的重点。POF制造方法简单,而且具有大芯径、柔应,就可以制造出FMMA- GI-POF预制棒。图6示出韧性强和接续简单等优点,这为光纤接入网的建设开扩散与旋转组合法制造 GI-POF预制棒的原理和折辟了新的思路。射率分布。本文综述了国外一些POF研究单位和制造厂商固体聚合物棒采用的POF制造方法的技术特点,以便于国内从事单体液休POF研究和生产的技术人员及时了解POF研究和生预制棒产的技术水平,从而加快我国POF研究和生产的步伐參考文献图6扩散与旋转组合法制造GI-POF预制棒的原理和折射率分布「1]胡先志.塑料光纡的波分复用传输系统.光通信技术2004(4):11-14将采用扩散与组合法制得的G-POF预制棒放[2]胡先志编著.光纤与光缆技术.北京电子工业出版社入一个高温炉内,加热拉成纤芯直径为1mm的PM20071MA- GI-POF。有关研究人员采用工作波长为650m[3] Olaf Zieman. Jurgen Krauser et al. POF Handbook(Seo的 In GaAsP激光器作为光源,已经在采用扩散与组合 ond edition). Springer.2085法制得的PMAG-POF上实现了50m传输,测得[4] Josep Part. Next-Generation FTTH Passive Optical Net的带宽与长度乘积为1.2GHz·100mcks. Springer. 2008, 6[5]胡先志.短距离高速率传送用塑料光纤.光通信研究3结论200;(2):5356[6]胡先志等编著.塑料光纤通信系统.北京:人民邮电出目前,为了适应视频、多媒体等宽带业务发展的版社.2010,4需要,世界众多国家都在积极开展光纤接入网的建和“+““““·十““““++-“·4"+“+++“"+烸火通信蝶形引入光缆获得行业首张泰尔认证证书近日,烽火通信自主研发的接人网碟形引入光缆成功通过泰尔认证。“泰尔认证”是一种以质量管理体系为基础的产品认证。“泰尔产品认证证书”由隶属于工业与信息化部电信研究院的泰尔认证中心颁发,在通信行业具有极高的认可度,被誉为“通信设备进网证”在认证期间泰尔认证中心专家组对烽火通信的质量管理体系、工艺流程和测试记录等各种资料走行了严格的审核,一致认为烽火通信的生产条件和质量保证能力符合产品认证实施规则的要求,产品的一致性检查得到有效控制,完全符合认证要求。最终,烽火通信成为国内首家通过碟形引人光缆泰尔认证的厂商,充分验证了烽火接入网光缆在业界的领先实力据了解,“蝶型引入光缆”又称“皮线光缆”。随着我国FTH建设的莲勃兴起,该类光缆产品发展十分迅猛。作为我国光纤接人领域的领跑者烽火通信一直致力于接入网光缆的应用研究和产品开发,并获得了累累硕果。早在2005年,烽火通信就在武汉南湖、北京宽 HOUSE和青海油田等一系列重大FrH工程中使用蝶型光缆,积累了大量的工程应用经验。2009年,烽火通信作为牵头起草单位,主持完成了《接入网用蝶形引入光缆》标准的制定工作,进一步规范了接人网蝶型引入光缆的相关技术要求。同年,烽火还在广东电信接入网的蝶形引入光缆首次集中采购项目中包揽全部份额,显示出强劲的发展势头。摘自《中国电线电缆网》2010,5,14