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却工艺优化来进行改善。 光纤瑞利散射损耗形成的主要原因是光纤先在高温拉丝炉
3. 光纤内部机械应力对光纤衰减的影响 中进行抽丝时材料的化学键被破坏，而后又在快速降温的冷却
过程中造成本身热缺陷的增加和原有缺陷的扩张。根据研究，
图１ 光纤受力状态示意图
高速拉丝时在拉丝炉下方增加退火保温炉，通过对光纤进行逐
级冷却，减缓光纤冷却时的温度梯度，使光纤从高温拉丝炉拉
出后温度缓慢降低，消除或降低光纤内部的温度梯度，减少光
纤的结构缺陷，同时避免晶体产生，使光纤内部热应力有效释
[9]
放，从而缓解热应力对光纤衰减的影响 ，降低光纤衰减。
[4]
文献 对退火炉长度与光纤衰减的关系进行了研究，在此
基础上，本文对初始退火位置（即退火炉与延伸管之间的距
离）展开了试验研究。初始退火位置的试验研究结果如图2所
光纤在受到外部和内部应力时，光纤涂层及芯层的受力状 示，可见当初始退火位置ｌ为（120±5）cm时，1550nm处光 纤
态如图１所示。可见，光纤在受到内部应力时内部结构产生了 衰 减系数α1550最低，且光纤低损耗级比例η高达60％。这表
形变，从而引起了光纤内部折射率微小突变，影响光纤衰减。 明选择合适的初始退火位置，可以有效地改善拉丝过程中光纤
相关研究表明，光纤结构不合理、光纤涂层不规则、外力作 内部热应力，降低光纤衰减，从而提高光纤低损耗级的比例。
用、低温下光纤涂层材料的收缩等均会造成光纤微弯，使光纤 2.涂覆过程中光纤内部机械应力改善
内部产生机械应力，导致光纤出现微弯损耗 [6-7] 。通过光纤结构 在涂覆过程中，内涂层厚度的合理性对光纤内部机械应力
或光纤涂料涂层的设计可以改善光纤微弯损耗。 的形成最为关键。内涂层主要用于吸收包层多余的光并保护光
纤免受损伤，在光纤的制造和使用过程中，起着缓冲外界机械
二、拉丝工艺中光纤内应力改善 应力的作用。虽然在理论上内涂层厚度越厚，可使光纤的抗冲
击能力越强，受力敏感性越弱，但内涂层厚度超过临界值后，
图２ 初始退火位置的试验结果 将不利于光纤微弯损耗的改善。为此，对内涂层直径展开了试
验研究，试验研究结果如图３所示。
图 3 内涂层直径 din-coat 与光纤低损耗级比例 η 的关系
可见，当光纤内涂层直径为192μm时，光纤低损耗级比
例η高达68％，而当内涂层直径超过192μｍ，则η出现略微
下降，这表明内涂层直径达到一定极限后，会使光纤微弯损耗
在光纤内应力中，结构应力为永久应力，不受工艺影响， 增加。因此，为有效提高拉制的低损耗单模光纤的低损耗级比
而热应力和机械应力则可通过工艺改善，实现缓解甚至消除。 例，在光纤涂覆过程中应将内涂层直径控制在192μm左右。
在拉丝工艺过程中，光纤从加热炉引出，经过拉丝退火保温、
裸光纤直径测量、裸光纤冷却、内／外层涂覆、UV固化、外涂 三、结论
直径测量、主牵引等过程后，完成收线。其中，拉丝退火保温 本文对光纤拉丝过程中影响光纤内部应力的因素进行了
过程、涂覆过程、固化过程及主牵引过程均会直接或间接对光 分析，通过试验对理论进行了验证，在高速拉丝情况下，将
纤内部的热应力和机械应力造成影响，从而影响光纤衰减。因 初始退火位置控制在在(120±5)cm、光纤内涂层直径控制在
此，在不改变波导结构情况下，通过改善低损耗单模光纤拉丝 192μm，可降低光纤内部的热应力和机械应力，有效提高所拉
工艺，以降低光纤内部的热应力和机械应力，减小光纤的瑞利 制光纤的低损耗级占比，这对于优质低损耗单模光纤的制造具
[8]
散射损耗和微弯损耗，从而实现光纤衰减的改善 。 有重要的实际参考意义。
1.拉丝退火保温（冷却）过程中光纤内部热应力改善
网络电信 二零二零年三月 61
