光纤预制棒的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤预制棒的制造方法。该方法包含如下内容：第一激光仪上激光测量芯层直径d，下激光测量粉末预制棒的顶端形状P，系统根据顶端形状P确定粉末预制棒提拉速度；第二激光仪上下激光分别测量包覆层上下不同点处直径，进而计算沉积包覆层斜率K。分析系统对比实际沉积粉末预制棒参数d1，P1和K1与设定参数d0，P0和K0的差异。粉末预制棒沉积过程中，测量系统(激光测径仪)、控制系统、分析系统处于闭路循环中，系统处于实时的测量，分析，调整过程中，通过K值可以在包覆层沉积偏离控制中值的起始阶段对沉积过程进行控制从而可以获得外径均匀的包覆层，从而提高粉末预制棒质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气相轴向法制备大尺寸超低水峰光纤预制棒的方法，具体涉及一种；
技术介绍
光纤是现代通讯的基础，光纤预制棒是拉丝光纤的主要原材料；目前，商用预制棒的制备方法一般采用“两步法”的制造工艺，即第一步，芯棒的制备；第二步，芯棒外包包层和成棒；其中，典型的芯棒制造工艺包括:PCVD(plasma chemical vapor deposit1n)等离子体激发化学气相沉积法，MCVD(modified chemical vapor deposit1n)改进的化学气相沉积法，0VD(outside vapor deposit1n)外部气相沉积法和VAD(vapor axialdeposit1n)气相轴向沉积法；其中，PCVD和MCVD统称为管内法，OVD和VAD统称为管外法；外包技术目前典型的技术包括套管法，soot直接外包法，APVD等离子体喷涂法和sol-gel溶胶凝胶法；芯棒质量决定了光纤的传输特性如:衰耗，截止波长，色散特性，模场直径，有效面积等；芯棒的外包技术决定了光纤预制棒的制造成本； 目前市场上主要使用的是G652单模光纤，其折射率剖面采取简单阶跃匹配包层型和简单阶跃下凹内包层型；简单阶跃匹配包层型光纤，一般采用在芯层掺杂Ge来提高芯层折射率； 简单阶跃下凹内包层型光纤，一般它的内包层采用掺杂F产生下凹折射率，这样可以减少芯层Ge的惨杂量，提闻光纤性能； 就生产G652光纤而言，芯棒的外沉积技术(0VD, VAD)优于内沉积技术(PCVDjMCVD),外沉积技术主要优势在于:不用使用价格昂贵的合成石英管，沉积速率，沉积层数不用受到沉积管直径的限制，特别有利于以高沉积速率沉积大型预制棒；而其中，VAD法更适合做低水峰G652光纤； 目前的VAD工艺是先做出大直径芯棒，然后将大直径芯棒拉制成很多根小芯棒，然后再用外包法沉积包层； 鉴于VAD的工艺要求，需要将沉积的大直径芯棒拉制成小直径芯棒，为了保证光纤光学特性如模场直径能的稳定性以及芯棒拉伸难度，需要保证沉积芯棒的芯层直径d和包覆层直径D的稳定； 传统VAD制造方法是只利用激光控制粉末预制棒顶端形状P，如图1所示的第一激光仪下测量点，对于沉积的芯棒直径和包覆层直径则只能通过沉积结束后的测量结果，利用经验来调整喷灯反应物流量，燃料流量和喷灯相对位置来调整，因此每台VAD设备前期调试工作工作量浩大，而且其工艺参数相对单一，无法利用快速的转换生产的光纤预制棒类型；此外，如沉积过程中设备状态有改变，如喷灯位置有轻微偏移，必须等沉积结束后才能判断对沉积的影响，造成生产过程的浪费； 美国专利(US20120103023A1) “制造光纤预制棒的方法”披露了一种采取两盏喷灯，喷灯一在与轴线成直线的粉末预制棒的末端上沉积粉末，从而长出芯层；喷灯二在芯层的外周围沉积粉末，从而长出内包层；通过C⑶成像仪检测粉末预制棒尾端的几何形状-圆柱状包覆层直径D，圆柱状芯层直径d以及包覆层和芯层所成夹角Θ，通过图像分析软件分析检测几何与设定几何之间的差异，利用控制系统调节喷灯气体流量和组成，喷灯位置来控制粉末预制棒的整体质量，获得D/d具有较小波动的高质量光纤预制棒； 这样的方法具有如下问题: 1、在沉积过程中，沉积腔体内充满悬浮的固体小颗粒，会在CCD成像仪获取图像过程中造成较大的背景噪点，影响获取图像的质量，进而降低控制精度； 2、喷灯沉积过程中会有拖尾效应，即在沉积面的远端会沉积大量蓬松的疏松体，而第二喷灯在沉积的芯层外端沉积包覆层，因此，沉积过程中第二喷灯会将第一喷灯沉积面的远端沉积的大量蓬松的疏松体进行烧结，造成实际沉积过程中粉末预制棒端面形状与设定形状偏差较大，而且第二喷灯沉积面的远端沉积的大量蓬松的疏松体因其密度较低，不适合作为粉末预制棒的外径控制参数； 因此，需要开发一种气相轴向沉积方法，所述的气相轴向沉积方法能够既可用在整个沉积过程中长时间稳定的准确获取粉末预制棒的几何尺寸又可以在沉积过程超出控制时自动停止，减少浪费；并且，具有高的大批量生产能力，生产稳定性；
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种，即一种气相轴向沉积方法，能够精确控制粉末预制棒的几何尺寸，并且具有高的大批量生产能量和生产稳定性； 为实现上述目的，本专利技术提供了一种，其包括以下步骤:1、在沉积控制系统输入设定的粉末预制棒的几何参数芯层直径do，顶端形状PO，包覆层沉积斜面外端任意点直径D20和内端任意点直径D10，包覆层斜率KO = (D2-D10)/2h(h为包覆层上下测量点之间垂直高度)，以及d0，PO和KO的控制范围； 2、开始沉积后，第一喷灯在粉末预制棒的末端沉积芯层，第二喷灯在芯层外周围沉积包覆层； 第一激光测径仪上激光测量芯层直径dl，下激光测量粉末预制棒顶端形状PO ;第二激光测径仪上激光测量包覆层沉积斜面外端任意点直径D2和下激光测量内端任意点直径D1，上下激光点垂直距离h，获得包覆层斜率Kl= (D2-Dl)/2h ； 3、激光测径仪实时对粉末预制棒的顶端进行扫描测量，分析系统将沉积粉末预制棒测量结果dl，Pl和Kl与设定的参数d0，PO和KO对比，并将对比结果反馈给控制系统； 4、控制系统通过调节第一喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使沉积的粉末预制棒芯层直径dl处于控制范围内； 控制系统通过调节靶棒提升速度，使得粉末预制棒顶端形状Pl围绕系统控制中值PO波动； 控制系统通过调节第二喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使包覆层沉积斜面斜率Kl处于控制范围内； 5、分析系统对控制系统调节后的结果进行判定，如调节后沉积的粉末预制棒几何参数在系统设定的相应参数控制范围之内，则继续沉积； 6、控制系统继续调节靶棒提升速度使沉积的粉末预制棒顶端形状Pl与设定值PO一致，调节第一喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使沉积的粉末预制棒芯层直径dl与设定值d0 —致；控制系统调节靶棒第二喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使包覆层沉积斜面斜率Kl与设定值KO —致，直至沉积结束； 7、如调节后的粉末预制棒的顶端形状P1，芯层直径dl与包覆层沉积斜面斜率Kl中的任何一项超出系统设定的相应参数控制范围，则沉积停止； 8、沉积结束后将粉末预制棒转移到脱水烧结炉进行脱水烧结，将缩合后的实心棒拉伸至特定的外径，再利用外包法外包包层，即成成品光纤预制棒； 作为优选，所述的步骤I中的设定的粉末预制棒的控制参数包括:沉积粉末预制棒的柱状芯层外径do，顶端形状PO，包覆层沉积斜面外斜率KO ； 作为优选，所述的步骤I中的设定的粉末预制棒的控制参数d0，P0和KO分别具有相应的控制范围； 作为优选，所述的步骤I中的沉积过程中，第一喷灯沉积S12与GeO2混合物，作为芯层；第二喷灯沉积包层为纯S12或S12与F的混合物，作为包覆层； 作为优选，所述的步骤4中的第一喷灯以SiCl4和GeCl4的混合物作为反应物，以H2作为燃料，以O2作为助燃剂，以N2或者Ar作为保护气； 作为优选，所述的步骤4中的第二喷灯以SiCl4或SiCl本文档来自技高网...

【技术保护点】
光纤预制棒的制造方法，其特征在于，其方法步骤为：(1)、在沉积控制系统输入设定的粉末预制棒的几何参数芯层直径d0,顶端形状P0，包覆层沉积斜面外端任意点直径D20和内端任意点直径D10，包覆层斜率K0＝(D2‑D10)/2h(h为包覆层上下测量点之间垂直高度)，以及d0，P0和K0的控制范围；(2)、开始沉积后，第一喷灯在粉末预制棒的末端沉积芯层，第二喷灯在芯层外周围沉积包覆层；第一激光测径仪上激光测量芯层直径d1，下激光测量粉末预制棒顶端形状P0；第二激光测径仪上激光测量包覆层沉积斜面外端任意点直径D2和下激光测量内端任意点直径D1，上下激光点垂直距离h,获得包覆层斜率K1＝(D2‑D1)/2h；(3)、激光测径仪实时对粉末预制棒的顶端进行扫描测量，分析系统将沉积粉末预制棒测量结果d1，P1和K1与设定的参数d0，P0和K0对比，并将对比结果反馈给控制系统；(4)、控制系统通过调节第一喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使沉积的粉末预制棒芯层直径d1处于控制范围内；控制系统通过调节靶棒提升速度，使得粉末预制棒顶端形状P1围绕系统控制中值P0波动；控制系统通过调节第二喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使包覆层沉积斜面斜率K1处于控制范围内；(5)、分析系统对控制系统调节后的结果进行判定，如调节后沉积的粉末预制棒几何参数在系统设定的相应参数控制范围之内，则继续沉积；(6)、控制系统继续调节靶棒提升速度使沉积的粉末预制棒顶端形状P1与设定值P0一致，调节第一喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使沉积的粉末预制棒芯层直径d1与设定值d0一致；控制系统调节靶棒第二喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使包覆层沉积斜面斜率K1与设定值K0一致，直至沉积结束；(7)、如调节后的粉末预制棒的顶端形状P1，芯层直径d1与包覆层沉积斜面斜率K1中的任何一项超出系统设定的相应参数控制范围，则沉积停止；(8)、沉积结束后将粉末预制棒转移到脱水烧结炉进行脱水烧结，将缩合后的实心棒拉伸至特定的外径，再利用外包法外包包层，即成成品光纤预制棒。...

【技术特征摘要】
1.光纤预制棒的制造方法，其特征在于，其方法步骤为: (1)、在沉积控制系统输入设定的粉末预制棒的几何参数芯层直径册，顶端形状？0，包覆层沉积斜面外端任意点直径020和内端任意点直径010，包覆层斜率1(0 =(02-010)/2^?为包覆层上下测量点之间垂直高度)，以及册，？0和1(0的控制范围； (2)、开始沉积后，第一喷灯在粉末预制棒的末端沉积芯层，第二喷灯在芯层外周围沉积包覆层； 第一激光测径仪上激光测量芯层直径41，下激光测量粉末预制棒顶端形状？0 ；第二激光测径仪上激光测量包覆层沉积斜面外端任意点直径02和下激光测量内端任意点直径01，上下激光点垂直距离卜，获得包覆层斜率1(1= (02-01)/2^ ； (3)、激光测径仪实时对粉末预制棒的顶端进行扫描测量，分析系统将沉积粉末预制棒测量结果也，？1和XI与设定的参数册，？0和1(0对比，并将对比结果反馈给控制系统； (4)、控制系统通过调节第一喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使沉积的粉末预制棒芯层直径(11处于控制范围内； 控制系统通过调节靶棒提升速度，使得粉末预制棒顶端形状？1围绕系统控制中值？0波动； 控制系统通过调节第二喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使包覆层沉积斜面斜率XI处于控制范围内； (5)、分析系统对控制系统调节后的结果进行判定，如调节后沉积的粉末预制棒几何参数在系统设定的相应参数控制范围之内，则继续沉积； (6)、控制系统继续调节靶棒提升速度使沉积的粉末预制棒顶端形状？1与设定值？0—致，调节第一喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使沉积的粉末预制棒芯层直径(11与设定值册一致；控制系统调节靶棒第二喷灯的反应物流量，燃料和助燃剂流量以及喷灯的相对位置使包覆层沉积斜面斜率XI与设定值1(0 —致，直至沉积结束； (7)、如调节后的粉末预制棒的顶端形状？1，芯层直径(11与包覆层沉积斜面斜率XI中的任何一项超出系统设定的相应参数控制范围，则沉积停止； (8)、沉积结束后将粉末预...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈小平，王强强，吴仪温，范修远，张亮，李震宇，蒋小强，
申请(专利权)人：江苏通鼎光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32