Page 17 - 网络电信2024年12月刊

耗。此外，退火过程能有效降低光纤冷却速率，从而降低光纤 退火工艺优化主要从退火与光纤的匹配性的角度出发，使
的假想温度，进而降低瑞利散射对衰减的影响。 光纤在温度更高时参与退火过程，避免因光纤温度过低形成回
火，造成能源浪费。另外，从丝径调控的角度出发，可将其与
图2：丝径调控方案及新型退火方案示意图 退火进行结合，形成复合式退火工艺。总之，通过在光纤温度
更高时进行退火，可以更有效地利用光纤的热状态，使结构调
整和应力释放更为彻底。结合丝径控制，即通过调整拉丝炉的
设计，如截短金属和石墨延伸管并将保温炉置于较高位置，允
许光纤在较高的温度下开始退火过程，同时通过精确控制保温
炉的温度，可实现更精细的温度梯度控制。这种做法不仅优化
了退火效果，而且通过准确控制丝径，进一步提升了光纤的结
构一致性和光学性能。

如图4a所示，新型退火装置结合了丝径调控的优势，3σ
也有明显下降，由0.83下降至0.66。在衰减数据表现上，如图
4b-c所示，新型退火装置较常规退火装置有明显提升，合格光
纤衰减均值降低幅度为0.0021dB/km。此外，小提琴图及箱型图
更能直观的感受到新型退火装置带来的这种变化。其一，合格
光纤衰减分布区域更集中且整体衰减水平呈明显下降趋势；其
二，新型退火装置对应的小提琴图呈现尖头型，在衰减高值范
围内的分布明显弱化，这是证明了新型退火工艺的有效性。

图4

通过这些综合的措施，不仅可以在生产过程中降低光纤的 a 两种退火装置的3σ值；b 使用新型退火装置前后合格光纤衰减正态分布图；c 使用新型退火
损耗，还可以确保光纤在后续的处理和使用中保持最佳的性能。 装置前后合格光纤衰减小提琴图（含箱图）

2.1 丝径调控 综上所述，新型退火装置的使用对衰减降低带来明显的正
丝径调控的主要策略是通过精确调节气体流量，并在拉丝 向作用，从原理分析的角度来说，这证实了工作的传递性及有效性。
炉石墨延伸管下端安装石英延伸管。这一措施延长了Ar气体流
向下稳定流动的路径，旨在延迟光纤受到气流扰动的时间，从 2.3 拉曼光谱分析
而减少在光纤成型过程中因气流扰动而产生的抖动，更好地调 在硅基光纤中，常见的分子振动模式包括Si-O-Si桥键的伸
控光纤的直径的一致性。 缩振动和弯曲振动，不同的振动模式对应不同的拉曼位移（以
图3 波数cm-1表示）。在具体的拉曼光谱中，特定的峰可以表示材料
中的缺陷，如氧空位或其他结构缺陷。同时，SiO2中特定的波
a 两种延伸管的3σ值；b 加装石英延伸管前后合格光纤衰减正态分布图；c 加装石英延伸管前 数范围内产生特定的拉曼峰，这些峰可以推断材料的环结构及
后合格光纤衰减小提琴图（含箱型图） 其密度波动。典型拉曼光谱峰标定如图5所示：
为分析G.654光纤衰减特性，取具有不同衰减值的光纤进行
图3a为加装石英延伸管前后3σ产生明显变化，由0.85降 拉曼光谱测试，测试结果如图所示。图6a展示了梯度衰减值的
至0.67，可间接证明这一措施有效提高了光纤直径的均匀性。 拉曼光谱曲线，可以明显区分出其典型拉曼峰，但是从峰强的
从衰减数据表现上，如图3b所示，使用石英延伸管后合格光纤 角度无法找到规律性。通过积分拉曼峰对应面积，换算得出每
衰减降低幅度为0.0011 dB/km。从另一角度去解读，如图3c所 种衰减条件下光纤的缺陷比例，如图6b所示，整体规律表现为
示，小提琴图所展示的合格光纤1550nm衰减分布可以看出，两 缺陷比例与衰减值呈正相关，及缺陷比例越高，衰减越大。
种条件下数据分布的结构近乎类似，但是使用石英延伸管参与 为了进一步就新型退火工艺的可靠性使用拉曼光谱进行辅
丝径调控后的衰减分布具有明显的集中性，在衰减值偏大的区 助判断。选取同根光棒不同退火温度下的光纤进行拉曼光谱测
域呈现弱化的趋势。 试，如图7a所示，三种条件下呈现出明显不同的特征。图中绿
框所表示的为SiO2六元环所对应的ω3拉曼峰，较低退火温度
总之，这一措施能显著提高光纤的质量和直径的一致性， 条件下均有分峰现象，而现有最高退火温度下分峰现象更弱。
从而在理论上减少由于密度波动带来的瑞利散射，造成衰减水 从光纤微观结构角度来说，六元环SiO2键长键角的不同可能会
平的上升。 造成拉曼峰分裂。此外，材料中的化学缺陷（氧空位）和结构
不均匀性（相分离、不同尺寸的六元环）会引起不同的振动模
2.2 退火工艺优化

网络电信 二零二四年十二月 15