一种喷环光纤及光缆的制作方法

1.本技术涉及光纤技术领域，特别涉及一种喷环光纤及光缆。


背景技术：

2.光纤光栅是一种光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的无源滤波光器件。光纤光栅的制造一般有紫外光写入法和机械应力法。其中应用较多的是紫外光写入法，该方法是利用光纤纤芯材料二氧化硅的光敏性(外界入射光子使纤芯产生的折射率永久性变化)，在纤芯内形成空间相位光栅，从而使光纤具备滤波特性。机械应力法是在光纤外部，通过各种形式的机械外力对光纤施加径向向内的应力，从而引发光栅效应，形成光纤光栅。
3.在一些相关的技术中，公开了一种光纤光栅及其制造方法，其特征为在光纤涂层与着色涂层之间设有沿轴向均匀间隔布置的硬质嵌体，通过硬质嵌体，使得光纤纤芯受到周期性的内应力，从而引起纤芯密度的周期性变化，进而产生光栅效应，形成光纤光栅。
4.通信光缆行业中，已广泛使用一种名为光纤喷环的技术，利用这种喷环技术，在光纤上形成色环，这样就能够对同一个套管单元内不同的光纤进行识别和区分，特别是同一个套管单元内容纳光纤数量较多的情况下，例如同一套管内容纳24芯、36芯甚至48芯的情况。
5.然而，当这种色环附着在光纤上时，因为色环也存在一定的厚度，此时色环类似于上述硬质嵌体，可能会使光纤纤芯受到径向向内的周期性应力，从而引起纤芯密度的周期性变化，进而产生光栅效应，而这种光栅效应，会使得光纤出现衰减增大的现象，对光纤本身的传输性能造成影响。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种喷环光纤及光缆，可以降低甚至尽可能地避免喷环光纤出现光栅效应，保障传输波长范围内的传输性能。
7.第一方面，提供了一种喷环光纤，所述喷环光纤为单模光纤，其包括本色光纤，以及设于所述本色光纤外壁上的喷墨标识；
8.所述喷墨标识包括若干沿所述本色光纤轴线方向周期性间隔分布的墨点；
9.所述墨点的墨点周期λ≤350μm或≥650μm。
10.一些实施例中，所述墨点周期λ≤300μm或≥700μm。
11.一些实施例中，相邻两个所述喷墨标识的间距l1取值范围为35～500mm。
12.一些实施例中，所述喷墨标识所包含的墨点的数量为5～20个。
13.一些实施例中，所述单模光纤的传输波长范围为1200nm～1650nm。
14.一些实施例中，所述墨点周期λ为墨点沿所述本色光纤轴线方向的长度，与相邻两个墨点的间距之和。
15.一些实施例中，采用如下公式计算墨点周期λ：
16.λ＝(d
1-d1)/[n(m
1-1)] (d
2-d2)/[n(m
2-1)] ... (d
i-di)
[0017]
/[n(m
i-1)] ... (d
n-dn)/[n(m
n-1)]
[0018]
其中，n为一段所述喷环光纤上喷墨标识的数量，n≥2；
[0019]di
为第i个所述喷墨标识沿所述本色光纤轴线方向的长度，i＝1、...、n；
[0020]di
为第i个所述喷墨标识中任意一个墨点沿所述本色光纤轴线方向的长度；
[0021]
mi为第i个所述喷墨标识所包含的墨点数量。
[0022]
一些实施例中，所述喷环光纤还包括着色涂覆层，所述着色涂覆层覆盖于所述本色光纤外壁上，且所述喷墨标识位于所述本色光纤与所述着色涂覆层之间；
[0023]
和/或，所述本色光纤包括沿经向由内到外依次布置的纤芯、包层和光纤涂覆层；
[0024]
和/或，所述喷墨标识为单环，或者包括沿所述本色光纤轴线方向间隔分布的至少两个单环；
[0025]
和/或，所述喷墨标识在垂直于所述本色光纤轴线方向的截面的形状具有开口。
[0026]
第二方面，提供了一种喷环光纤，其包括本色光纤，以及设于所述本色光纤外壁上的喷墨标识；
[0027]
所述喷墨标识包括若干沿所述本色光纤轴线方向周期性间隔分布的墨点；
[0028]
所述墨点的墨点周期λ被配置为：使所述喷环光纤在其传输波长范围内，因所述喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗不高于预设值。
[0029]
第三方面，提供了一种光缆，其包括如上任一所述的喷环光纤。
[0030]
本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0031]
本技术实施例提供了一种喷环光纤及光缆，通过控制墨点的墨点周期λ≤350μm或≥650μm，可以降低因喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗，从而可以降低甚至尽可能地避免喷环光纤出现光栅效应，保障传输波长范围内的传输性能。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1为本技术实施例提供的喷环光纤衰减产生原理图；
[0034]
图2为本技术实施例提供的喷环光纤制造示意图；
[0035]
图3为本技术实施例提供的喷环光纤截面示意图；
[0036]
图4为本技术实施例提供的喷环光纤中喷墨标识的放大图；
[0037]
图5为本技术实施例提供的喷环光纤示意图(单环)；
[0038]
图6为本技术实施例提供的喷环光纤示意图(双环)；
[0039]
图7为本技术实施例提供的墨点周期为250μm的喷环光纤的附加衰减谱；
[0040]
图8为本技术实施例提供的墨点周期为350μm的喷环光纤的附加衰减谱；
[0041]
图9为本技术实施例提供的墨点周期为450μm的喷环光纤的附加衰减谱；
[0042]
图10为本技术实施例提供的墨点周期为550μm的喷环光纤的附加衰减谱；
[0043]
图11为本技术实施例提供的墨点周期为650μm的喷环光纤的附加衰减谱。
[0044]
图中：1、本色光纤；10、纤芯；11、包层；12、光纤涂覆层；2、喷墨标识；20、墨点；3、着
色涂覆层；4、放线单元；5、喷码设备；6、着色油墨涂覆模具；7、着色油墨固化炉；8、收线单元。
具体实施方式
[0045]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0046]
申请人在对喷环光纤研究过程中，无意中地对本色光纤以及喷环光纤做了衰减谱测试，在对比二者的附加衰减谱中发现，在光纤的传输波长范围内，某一些波段出现了衰减增大的现象。
[0047]
对于发现喷环光纤存在衰减这一现象，申请人随后翻阅了大量文献和书籍，都未能发现本领域、行业内有人提及这一现象，更没有对这一现象进行解释以及如何去避免这种衰减现象。
[0048]
随后申请人对上述现象做了更为深入的研究，并结合光纤光栅的原理，弄清楚了上述衰减产生的原因，具体参见图1所示，位于着色涂覆层3下方的墨点20因为存在一定的厚度，再加上墨点20是周期性地间隔分布，使得光纤纤芯受到径向向内不均匀的周期性应力，进而引起光纤纤芯折射率的变化，从而引发光栅效应，影响了喷环光纤的传输衰减。
[0049]
找到衰减增大产生的原因后，申请人将研究的方向瞄准了如何降低甚至避免这种衰减增大对喷环光纤的传输性能造成的影响。
[0050]
由于喷环光纤上的喷环是用来对同一个套管单元内不同的光纤进行识别和区分的，为了避免喷环带来的衰减增大，最简单方案是直接不使用喷环，换用另一种方式进行识别和区分，然而，这种方案，还是未能从根本上进行解决上述问题，也即如何既能使用喷环对同一个套管单元内不同的光纤进行识别和区分，同时也能够降低甚至避免因喷环带来的衰减增大对喷环光纤的传输性能造成的影响。
[0051]
经过大量的研究之后，申请人发现，在喷环光纤技术中，与喷环相关的工艺参数比如墨点周期、单个环中的墨点数量、环数、间距等中，申请人发现墨点周期对喷环光纤传输波段范围内是否会出现光栅效应存在影响。
[0052]
也就是，可以通过控制墨点周期，来降低甚至避免因喷环带来的衰减增大对喷环光纤的传输性能造成的影响。
[0053]
鉴于此，参见图2、图3、图4、图5和图6所示，本技术实施例提供了一种喷环光纤，该喷环光纤为单模光纤，其包括本色光纤1，以及设于本色光纤1外壁上的喷墨标识2；本色光纤1通常包括沿经向由内到外依次布置的纤芯10、包层11和光纤涂覆层12；在光纤涂覆层12外侧，还会涂覆一层着色涂覆层3，使得喷墨标识2位于本色光纤1与着色涂覆层3之间；从图3中可以看到，喷墨标识2在垂直于本色光纤1轴线方向的截面的形状具有开口，也就是说，经过着色涂覆层3的包覆，使得喷墨标识2变成了弧形，如同是开口环，当然了，也可能被包覆成闭环，由于喷墨标识2仅做标识作用，在喷墨时，如图2所示，会在一侧进行喷涂，故通常是如图3所示的开口环。
[0054]
其中，喷墨标识2包括若干沿本色光纤1轴线方向周期性间隔分布的墨点20，墨点
20的形态一般为铺展在光纤圆周曲面上的近似椭圆形，并具有一定厚度；其颜色一般为黑色或与着色涂覆层3和光纤涂覆层12形成鲜明对比的颜色，在光纤表面肉眼可见；且墨点20的墨点周期λ≤350μm或≥650μm。
[0055]
如图2所示，本色光纤1经由着色设备上的放线单元4放出，依次经过喷码设备5、着色油墨涂覆模具6、着色油墨固化炉7，最后经由着色设备上的收线单元8收在专用盘具上，形成喷环光纤。
[0056]
其中，喷环光纤中的喷墨标识2主要依靠喷码设备5来形成。喷码设备5是将极细微的碳黑颗粒溶解于有机溶剂中，并使用晶振元件使其分散为直径为微米级的带电小液滴，最后通过带有电场的偏转板控制碳黑小液滴的下落轨迹，使其以一定的间隔沿光纤的轴向方向落在本色光纤1表面。
[0057]
实际生产中，通过喷码设备5联动着色设备，匹配碳黑小液滴的下落间隔与光纤着色生产的线速度，即可控制喷环光纤中墨点20及喷墨标识2的形态特征。
[0058]
因此，可以通过控制墨点20的下落间隔以及光纤着色生产的线速度，进而控制墨点20的墨点周期λ，以降低因喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗，最终降低甚至尽可能地避免喷环光纤出现光栅效应，保障传输波长范围内的传输性能。
[0059]
参见图5所示，喷墨标识2可以是单环，参见图6所示，喷墨标识2也可以是多环，也即包括沿本色光纤1轴线方向间隔分布的至少两个单环。
[0060]
其它环数的喷环光纤形态可参照图5、图6以此类推。
[0061]
喷环光纤中单个喷墨标识的形态及结构特征如图4所示。大虚线方框中的一个喷墨标识2由8个单个墨点20构成，小虚线方框中的一个墨点20沿本色光纤1轴线方向的长度，与两个相邻墨点20之间的间距，共同构成了一个墨点周期λ。
[0062]
根据长周期光纤光栅理论，有如下第一公式：
[0063]
λn＝(n
core(01)-n
clad(n)
)*λ0[0064]
其中，λn是被从基模耦合到n阶包层模的光波波长，即光栅效应所影响的波长；n
core(01)
和n
clad(n)
分别是纤芯基模和n阶包层模的折射率，λ0是光栅周期。
[0065]
当使用墨点周期λ替代上述第一公式中的光栅周期λ0，并结合光纤纤芯和包层的折射率，可用上述第一公式计算出不同墨点周期所影响的传输波长的理论值。
[0066]
通过进一步的实验，申请人分析了不同墨点周期对于普通单模光纤1200nm～1650nm波长衰减谱的影响。发现墨点周期小于等于300μm或大于等于700μm时，不会对1200nm～1650nm波长的衰减造成明显影响，而当墨点周期介于300μm和700μm之间时，则会使1200nm～1650nm范围内的某些波段出现衰减增大的现象，具体影响的波段与墨点周期直接相关，即对光纤的传输性能带来了负面影响。
[0067]
实际制造中，喷码设备5对于碳黑小液滴的下落控制精度有限，墨点周期λ的实测值会在一定范围内波动，因此，采用上述l2与l3计算墨点周期λ，会存在一定误差，为了尽可能地降低误差，在计算中使用平均墨点周期作为墨点周期，即取多个墨点周期的平均值。
[0068]
具体方法为：首先从光缆任意处开剥光缆，裸露出任意一段光纤，取一段包含连续多个个喷墨标识2的喷环光纤，将其表面清洁干净。随后将第一个喷墨标识2置于高精度的光学显微镜下，测量喷墨标识长度d，墨点数量m；以此类推，测量所有的喷墨标识长度d以及墨点数量m。最后采用如下第二公式计算墨点周期λ：
[0069]
λ＝(d
1-d1)/[n(m
1-1)] (d
2-d2)/[n(m
2-1)] ... (d
i-di)
[0070]
/[n(m
i-1)] ... (d
n-dn)/[n(m
n-1)]
[0071]
其中，n为选取的一段喷环光纤上喷墨标识2的数量，n≥2；
[0072]di
为第i个喷墨标识2沿本色光纤1轴线方向的长度，i＝1、...、n；
[0073]di
为第i个喷墨标识2中任意一个墨点20沿本色光纤1轴线方向的长度；
[0074]
mi为第i个喷墨标识2所包含的墨点20数量。
[0075]
根据第一公式推算常规单模光纤在传输窗口1200nm～1650nm范围内出现光栅效应的临界墨点周期需要知道纤芯基模和n阶包层模的折射率的差值，但考虑到对于不同厂家、不同工艺生产的光纤，该差值较难获取，而且不同波长下这一差值也存在一定差异，因此，申请人在实际测试中，使用了相关文献(《光纤光缆的设计和制造》(第四版)，陈炳炎著，浙江大学出版社，2020.6，p167，图1-5，全波光纤的折射率破面图)中g.652d单模光纤纤芯与包层折射率差值的典型值0.48％来进行粗略的计算，用来指导实验中平均墨点周期临界值的设定。
[0076]
根据计算，1200nm出现光栅效应的理论墨点周期为250μm，1650nm出现光栅效应的理论墨点周期为344μm。于是，对一根常规g.652d光纤按照如下参数设计了喷环实验：
[0077][0078][0079]
随后，将1#～5#喷环光纤样品与喷环前的本色光纤样品取样测试衰减谱，并进行衰减损耗值相减，得到因喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗，进而得到1#～5#喷环光纤的附加衰减谱，如图7～图11(纵坐标的数值
×
10-2
)，可见：
[0080]
平均墨点周期在250μm时，在1200～1650nm波长范围内没有明显附加损耗；
[0081]
平均墨点周期在350μm时，在1260nm波长处有明显附加损耗峰；
[0082]
平均墨点周期在450μm时，在1440nm波长处有明显附加损耗峰；
[0083]
平均墨点周期在550μm时，在1590nm波长处有明显附加损耗峰；
[0084]
平均墨点周期在650μm时，在1200～1650nm波长范围内没有明显附加损耗；
[0085]
由此可见，在上述实验条件下，出现光栅效应的临界平均墨点周期为350μm和650μm左右。考虑到实验精度，以及不同厂家、工艺所生产的本色光纤纤芯及包层折射率差值的差异，此临界值应适当外推，以覆盖主流单模光纤的情况，故优选的墨点周期临界值为300μm和700μm。
[0086]
在实际制造中，相邻两个喷墨标识2的间距l1可按需调整，但一般控制在35～500mm内。当间距l1小于35mm时，光纤轴向方向上喷墨标识2过于密集，即使不出现光栅效
应，位于着色涂覆层3下的墨点20也可能引发密集的光纤微弯，从而增加光纤长波长窗口(靠近1650nm侧)的传输损耗；间距l1超过500mm时，则可能会影响光缆施工时的接续操作。这是因为光缆施工时，接续光纤一般用到的长度为0.5～1m，如果间距l1超过500mm，意味着喷墨标识2在光纤表面更稀疏，接续时可能很难识别喷环光纤。
[0087]
在实际制造中，墨点20的数量可按需调整，但一般控制在5～20个范围内。当单个喷墨标识2中墨点20的数量小于5个时，喷墨标识2的长度过短，会影响喷环光纤上喷墨标识2的可辨识性，因此一般墨点20数量一般大于5个；墨点20的数量为10～15个时，喷墨标识2可具备较好的辨识性；当单个喷墨标识2中墨点20的数量超过20个时，光纤轴向的墨点20的数量可能过于密集，位于着色涂覆层3下的墨点20可能引发密集的光纤微弯，从而增加光纤长波长窗口(靠近1650nm侧)的传输损耗。
[0088]
本技术还提供了一种喷环光纤，其包括本色光纤1，以及设于本色光纤1外壁上的喷墨标识2；喷墨标识2包括若干沿本色光纤1轴线方向周期性间隔分布的墨点20；墨点20的墨点周期λ被配置为：使喷环光纤在其传输波长范围内，因喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗不高于预设值。可见，本技术可以降低甚至尽可能地避免喷环光纤出现光栅效应，保障传输波长范围内的传输性能
[0089]
作为一个示例，在本实施例中，该喷环光纤可以是单模光纤，此时其墨点周期λ≤350μm或≥650μm，单模光纤的传输波长范围为1200nm～1650nm，而对于预设值，可以根据实际对光纤的传输性能要求进行设定，目的是判断是否有明显的因喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗，以满足传输性能要求，如图7～图11所示例的那样，比如，作为示例，从上述附图7至11可知，其将预设值设定为0.2db/km，如果整个传输波长范围内，因喷墨标识的存在所带来的附加衰减损耗都未超过0.2db/km，说明没有明显附加损耗，否则，就有明显附加损耗。
[0090]
作为一个示例，本实施例中，该喷环光纤还可以是其他种类的光纤，比如多模光纤，此时其墨点周期λ，可以重复上述单模光纤的墨点周期的获取原理，根据上述获取单模光纤的墨点周期的方式进行计算获取，在此处就不做详细计算。
[0091]
本技术还提供了一种光缆，其包括上述实施例提供的喷环光纤。
[0092]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0093]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0094]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。