Φ200um小尺寸G.657光纤的开发与应用

一、前言
      随着IPTV、网络游戏等高带宽业务的出现，用户对接入带宽的需求进一步增加，现有的以ADSL为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的需求。FTTH被视为下一代宽带接入技术的代表，是未来“最后一公里”的最终形式。
      FTTX技术具有提高无限的带宽、能够保证传输的安全性等优势，FTTX带给人们最大的优点是低成本和高收益。经过数十年的发展，FTTX技术日趋成熟。欧美、亚太、中东等国家把建立全光纤网络作为宽带发展的目标。我国目前也已经发布实施“宽带中国”战略，“宽带中国”战略不仅给通信设备商带来了商机，更为制造商科技创新提供了广阔的舞台。
 
二、光纤光缆发展趋势
      随着光纤到户和局域网的不断发展，由于受到小区区域位置、管道铺设等多方面限制，在实际工程应用中，则需要一种弯曲半径较小的G.657光纤来制造成光纤跳线或室内光缆。因此适用于目前通信网络的光纤光缆则需满足以下要求：
     （1）优越的弯曲性能，光纤在小区布线中，能够承受负荷的拐角、U型钉的固定或多余光缆储存在密封有限的空间等实际弯曲条件下，弯曲损耗较低，确保网络的性能。即市场中常用的G.657A2光纤、或更好弯曲性能的G.657B3光纤；
      （2）近几年光通信的飞速发展，城域网的建设对光缆的需求持续增长，由于各大运营商大规模的敷设光缆，这将导致同一区域内地下敷设光缆用的管道资源稀缺。在今后的发展中，光缆结构必然向小尺寸、大芯数的方向发展。
      在不降低光纤光缆性能的基础上，采用新工艺及新材料等方式，降低光纤、光缆尺寸，以满足未来网络建设的需要，同时降低日趋严峻的生产成本压力。
 
三、Φ200um小尺寸G.657光纤的研究
1、光纤弯曲损耗特性
      弯曲损耗是光纤应用于通信网络中不可避免的一个问题。如光纤器件中，不可避免的发生弯曲。从而使光纤中传导模式中的一部分转变为辐射模式，光功率发生损耗，及产生弯曲损耗。根据弯曲程度的不同，弯曲损耗分为宏弯损耗和微弯损耗。在光纤到户未真正实施前，光纤主要被制为室外光缆，室外环境对光纤的弯曲半径要求相对宽松，因此弯曲损耗影响较小。然而随着FTTX的迅猛发展，使得对光纤的弯曲损耗要求越来越高。目前市场中的G.657光纤则主要改善光纤了的宏弯损耗。实现宏弯光纤低弯曲损耗性能的方法主要有小模场直径、凹陷包层、多孔包层、微结构等，其中目前广泛应用的主要为凹陷包层折射率分布的光纤。
2、小尺寸光纤的实现方法
      通过降低光纤尺寸来使光缆尺寸降低，即光纤涂覆层尺寸由原先的245um降低为200um左右。光纤涂覆层的降低则可能会引起一些光纤其他性能的改变。光纤涂覆层的作用主要为了保护光纤表面不会受到机械损伤或潮气的侵蚀，由于涂覆树脂与石英玻璃直接接触，使用树脂的质量、涂覆质量的好坏则会直接对光纤强度有较大影响。同时由于第一层涂覆树脂相对较软，主要起缓冲作用，降低光纤的涂覆尺寸后，必然也会引起一次涂覆层尺寸变薄，这将导致光纤在弯曲时，涂覆层的缓冲作用降低，光纤的微弯损耗则可能会发生变化。
      基于以上分析，本文主要研究光纤涂覆尺寸降低后，光纤在弯曲损耗和机械强度方面的性能变化。验证光纤涂覆尺寸降低后，光纤性能能否满足使用要求。表1为Φ200um小尺寸G.657光纤宏弯性能，图1和图2为不同涂覆树脂生产的Φ200um小尺寸G.657光纤在1550nm和1625nm处的微弯损耗。

项目	R=15mm，10圈		R=10mm，1圈		R=7.5mm，1圈
	1550nm	1625nm	1550nm	1625nm	1550nm	1625nm
ITU-T标准	≤0.03	≤0.10	≤0.10	≤0.20	≤0.50	≤1.0
典型值	0.01	0.01	0.01	0.04	0.14	0.20

      基于表1生产的Φ200um的G.657光纤分析，G.657光纤的宏弯损耗主要与预制棒的制造存在较大关系，本文中预制棒全部使用OVD技术沉积的凹陷包层结构，提高了光纤的抗弯曲性能。同时在拉丝过程中，通过MAC值的有效控制，光纤涂覆尺寸降低，但宏弯损耗无明显变化，仍具有较好的弯曲性能。
      为了研究光纤的弯曲损耗，在拉丝过程中，涂覆材料的选择，内涂覆层选择低模量、高弹性的涂覆树脂，外涂覆层选择高模量、低弹性的涂覆树脂，以尽量消除涂覆树脂的影响。在光纤的涂覆固化时，进行最优的固化功率匹配，消除光纤固化过程可能产生的附加损耗。从图（1）（2）分析，不同涂覆树脂生产的Φ200um光纤在微弯损耗方面略有差异。由于光纤的微弯损耗在测试方法等方面略有差异，一般微弯损耗结果仅作拉丝性能参考。
      图3、4、5为不同涂覆树脂生产Φ200um小尺寸G.657光纤的机械性能。       在相同的生产状况下，对不同涂覆树脂生产的Φ200um光纤进行机械性能试验，光纤的机械性能性能略有差异。其中涂覆树脂样品2生产的光纤机械性能较优异。
      综上所述，通过对预制棒剖面结构及折射率的工艺调整，挑选优越的G.657预制棒，同时在拉丝过程中对涂覆树脂、生产工艺进行改善，生产的Φ200um的G.657光纤，具有较低的弯曲损耗，以及稳定的机械性能。通过这些工艺的改进可实现Φ200um光纤的生产，且保证稳定的光纤性能。
 
四、Φ200um小尺寸G.657室外光缆应用
      由于光缆市场环境的激烈竞争，光缆价格趋向走低，为了适应市场的需求，光缆的成本压缩也是大势所趋，各光缆厂家主要从新材料、新品的开发、以及新工艺等方面进行成本的控制。通过新工艺的改进，光纤芯数最大化、光缆小型化是各光缆厂技术发展的主要方向。涂覆尺寸降低的光纤，且满足正常需求的光纤性能，必将会成为光缆小型化发展中的趋势。
      光纤涂覆尺寸的降低，通过光缆工艺的控制，必然都会对光缆的尺寸进行降低，而且随着光纤芯数的增大，光缆尺寸降低也越明显。目前FTTH光缆按照使用条件主要分为FTTH室外光缆、FTTH室内光缆、FTTH接入光缆。FTTH室外光缆其产品及技术需与普通室外光缆完全兼容，FTTH接入光缆敷设距离较短，要求易于光纤分支接续，FTTH室内光缆一般直径较小，便于敷设，光缆尺寸接头和结构与光纤快速接头的要求匹配。表2为利用Φ200um小尺寸G.657在FTTH室外光缆——气吹微缆中的结构尺寸比较。

光缆中 光纤芯数	采用普通G652D光纤的微缆		采用200um的G.657光纤的微缆
	光缆直径 （mm）	适用微管尺寸 （mm）	光缆直径 （mm）	适用微管尺寸 （mm）
72	6.2	10/8	5	10/8
96	7.3	12/10	5.8	10/8
144	9.5	16/13.5	7.5	12/10

      通过表2分析，使用200um的光纤在微缆中应用，光纤芯数越大，则光缆尺寸降低越明显。在实际应用中，如此类微缆尺寸的降低，则会大大节约了管道资源。由于Φ200um的光纤涂覆尺寸降低后，在大芯数的光缆应用中，光缆尺寸降低明显。对于FTTH室内光缆而言，由于本身光缆尺寸及光纤芯数都较小，应用Φ200um光纤生产的光缆尺寸优势较小，但良好的弯曲损耗，较小的尺寸，在实际应用布线中，也会更加的灵活方便。
 
五、结论
      本文主要探讨如何通过生产工艺的调整优化，降低光纤的涂覆尺寸，同时研究该类小尺寸的光纤性能，以及在光缆中的应用。通过该类涂覆尺寸降低的光纤研究，可为今后光缆小型化发展提供一定的依据及帮助。
      光缆的小型化已成为今后发展的趋势，光缆的小型化会减轻光缆的成本压力，促进了管道资源的有效利用。本文介绍的小尺寸光纤也会推动光缆的小型化再次发展，G.657光纤优越的弯曲性能，在小型化室外光缆的应用，会再次开拓G.657光纤的应用空间。