一种制作大型光纤预制棒的方法技术

本发明专利技术涉及一种制作大型光纤预制棒的方法，该方法的包括：ａ、用管内化学汽相沉积法在石英玻璃管内沉积芯和包层材料，ｂ、将沉积完芯和包层材料的石英玻璃置高温下熔缩成芯棒，ｃ、用外部化学汽相沉积法采用四氯化硅在芯棒上沉积外包层材料，ｄ、将沉积了足够外包层材料的芯棒烧结成透明玻璃棒即成。本发明专利技术的工艺方法灵活、简便，原料来源丰富，既可获得精度较高的芯／包层光波导结构，又可实现高生产速率，可适于制作高质量的大型光纤预制棒。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Method for producing large optical fiber preform

The invention relates to a method of making large optical fiber preform, the method comprises: A, tube chemical vapor deposition in the quartz glass tube core and cladding material, B, will end the deposition of core and cladding materials of quartz glass with high temperature melting into the mandrel, with C external chemical vapor deposition method with four silicon chloride in mandrel deposited on outsourcing layer material, D, depositing enough sintering layer material outsourcing mandrel into a transparent glass rod is formed. The method of this invention is flexible and simple, rich sources of raw materials, core / cladding optical waveguide structure can be obtained with high accuracy, and can achieve high production rate, and is suitable for large-scale production of high quality optical fiber preform rod.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用管内化学汽相沉积法结合外部化学汽相沉积法制作大型光纤预制棒的工艺方法，属于光纤制造领域。用于通信传输的光纤是由光纤预制棒经拉丝而制成，光纤预制棒的制作是光纤生产中的一个重要环节。在现有技术中已存在有几种生产光纤预制棒的工艺方法，如等离子化学汽相沉积法(PCVD)、修正化学汽相沉积法(MCVD)、汽相轴向沉积法(VAD)、外部汽相沉积法(OVD)等。其中VAD法和OVD法属于外部化学汽相沉积法，能够以高速率制作大型光纤预制棒，该大型光纤预制棒通常每米棒长能拉出100公里以上的光纤，但外部化学汽相沉积法对预制棒波导结构的控制精度较低。PCVD法和MCVD法属于管内化学汽相沉积法，它虽能生产出波导结构精度较高的光纤预制棒，但由于受到衬底管直径/壁厚的限制，单独使用时存在着生产成本高、沉积速率较低等问题，难以制作大型光纤预制棒。通常制造的1米长度的光纤预制棒只能产生20多公里光纤。而以高速率制造大型光纤预制棒是全面提高光纤生产速率、降低成本、增强光纤生产企业市场竞争力的关键。为了利用管内化学汽相沉积法以高速率制造精度较高的大型光纤预制棒，已经有公开文献介绍了套管法。该套管法是先用管内化学汽相沉积法制造出芯棒，再将该芯棒插入一根尺寸适当的石英玻璃管(套管)，用高温加热，使芯棒与套管熔为一体，成为大型光纤预制棒。这种套管法已经用于常规生产，是与本专利技术最为接近的技术之一。但是，这种套管法仍有以下不足之处1．所生产的预制棒/光纤的芯-包层同心度误差较大；2．所用的套管，尤其是大尺寸的套管要求的几何精度高，难以制造，价格昂贵；3．套管的尺寸必需按照芯棒的尺寸选配，由于套管的尺寸是有一定的规格的，对于生产的不同尺寸的芯棒往往难以找到尺寸适当的套管。为了改进上述套管法的不足，在1999年12月出版的《光通信论坛、论文集》中已公开了一种APVD技术，该技术是先用管内化学汽相沉积法制造出芯棒，再用高频等离子体喷灯把天然水晶粉末溶制于芯棒外面，成为大型光纤预制棒。这种APVD技术已经用于常规生产。APVD技术是与本专利技术最为接近的技术之二。这种技术弥补了套管法的不足之处。但是，这种技术仍有以下问题1、天然水晶粉末的纯度有限，其中某些杂质对光纤的抗拉强度有影响；2、天然水晶粉末来自优质天然水晶矿产，这种优质天然水晶矿产目前我国还没有，而且，从全世界来说，天然资源总是有限的。本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足而提供一种能够以高生产率制作高质量大型光纤预制棒的工艺方法。本专利技术的目的由以下的技术方案来实现a、用管内化学汽相沉积法在石英玻璃管内沉积芯和包层材料，b、将沉积完芯和包层材料的石英玻璃置于1800-2200℃高温下熔缩成芯棒，c、用外部化学汽相沉积法采用四氯化硅原料在芯棒上沉积外包层材料，d、将沉积了足够外包层材料的芯棒烧结成透明玻璃棒，即制成所需的大型光纤预制棒。本专利技术技术方案进一步的具体说明为第一、用管内化学汽相沉积法首先在石英玻璃管的内表面上沉积芯和包层材料，石英玻璃管安装在玻璃车床的2个同步旋转卡盘上。用氢-氧焰喷灯作为热源，该喷灯以可控的速度沿石英玻璃管纵向平移对石英玻璃管进行加热。石英玻璃管的一端与化学原料供应系统相连，以便将各种必要的化学原料(SiCl4，GeCl4，POCl3，O2，Cl2，He，CF2Cl2等等)以控制的量进行混合并输入石英玻璃管。化学原料混合物的流动方向与喷灯的正向平移方向一致。当化学原料混合物进入喷灯加热的热区(1300-1800℃)，即发生化学反应，生成亚微米大小的玻璃微料沉积于热区下游的石英玻璃管的内表面上，随后被熔融成一层高光学质量的玻璃膜。喷灯平移到石英玻璃管的出气端就高速返回进气端，开始第2层沉积，可依次进行很多层沉积。按工艺设计要求改变相应沉积层的化学原料混合物的成分就可获得必须的芯/包层光波导结构。重要的是芯材料的沉积量要足够大，使熔缩成芯棒后的芯直径(2A)与芯棒直径(2B)之比C1远大于最终光纤的芯直径(2a)与光纤外包层直径(2b)之比C2。即C1=2A/2B；C2=2a/2b；C1＞C2；C1与C2差值越大，将来的预制棒直径就越大。对于单模光纤预制棒，至少应使C1/C2≥2。也可用微波等离子体替代氢-氧焰喷灯进行管内沉积，工艺过程与上述过程基本相同。第二、将已在管内沉积了芯和包层材料的玻璃石英管置于1800-2200℃的高温下熔缩成一根实心石英玻璃棒，即为芯棒，该芯棒具有导光所必须的芯/包层结构。熔缩时采用的加热方式有多种，如氢-氧焰喷灯、石墨炉、高频等离子炬等等。第三、先用光学仪器对芯棒的质量进行检验。重点是测量C1和芯棒直径2B。根据测量的C1值计算欲达到最终光纤的C2值所要求的预制棒直径D。根据2B和D计算出必需的外包层沉积材料的量(厚度)。然后用外部化学汽相沉积法(OVD)在芯棒上沉积外包层材料，可将芯棒安装在外沉积车床上，作为靶棒；把四氯化硅化学原料蒸汽和燃料气体用不同的管路通入喷灯，喷灯的燃料是氢气或天然气或甲烷及助燃氧气，也可以是高频等离子体。喷灯的火焰喷向架在外沉积车床上的靶棒，即芯棒，该芯棒沿着纵轴边旋转边与喷灯的火焰发生相对平移。原料气体在喷灯火焰中发生化学反应，生成玻璃微粒。这些微粒一层层地沉积在靶棒上，形成多孔质坯棒。当沉积了足够的玻璃微粒材料之后，将芯棒连同沉积的玻璃微粒材料即多孔质坯棒移入下工序。第四、将沉积了足够的玻璃微粒材料的多孔质坯棒装入脱水-烧结炉中，该炉的温度和气氛是可控的。首先，在800-1200摄氏度在炉内通入干燥的氧气和氯气(或氯化亚砜或四氯化碳)，逐步驱除多孔质坯棒所含的有机物、水分和各种金属杂质，然后，用区域烧结方式，在1400-1600摄氏度，在炉内通入干燥的氧气和氦气将多孔质坯棒烧结成无气泡的透明玻璃棒，即大型光纤预制棒。该大型光纤预制棒即可用于拉丝工序中拉制光纤。本专利技术的特点和积极效果为1、由于OVD外包层沉积是以芯棒的中心为轴心对称沉积的，所以，预制棒/光纤的同心度误差比套管法小；2、由于直接在芯棒上制造外包层，省去了制造套管所必须的研磨、抛光、拉管、测量等一系列工序，制造成本比套管法低；3、由于OVD外包层沉积的玻璃微粒材料量是在工艺过程中精确控制的，需要多少就沉积多少，可适于任何芯棒，增加了工艺的灵活性。4、由于沉积外包层所用的原料不是天然水晶粉末，而是四氯化硅，而四氯化硅材料是半导体工业的副产品，国内来源丰富，且采用四氯化硅，加工工艺也较为简便；5、由四氯化硅与氧气反应产生的外包层沉积材料是合成石英玻璃，又经过了在烧结炉内的化学去除杂质，因此，纯度极高，可改善光纤的抗拉强度特性；6、采用管内化学汽相沉积法与外部化学汽相沉积法相结合的方式，既可获得精度较高的芯/包层光波导结构，又可达到高生产速率，可适于制作高质量的大型光纤预制棒，包括多模光纤和单模光纤预制棒，尤其是用于制作长距离传输的单模光纤预制棒。以下详细说明本专利技术的实施例。实施例1制造62.5/125μm梯度多模光纤预制棒，其C2=62.5/125=0.5。先用36mm×2mm×1500mm(外径×壁厚×长度)的石英玻璃管制造芯棒，反应管用电炉加热到1000-1300℃，并维持一定的恒温，从管的一端向管内通入一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作大型光纤预制棒的方法，其特征在于：ａ、用管内化学汽相沉积法在石英玻璃管内沉积芯和包层材料，ｂ、将沉积完芯和包层材料的石英玻璃置１８００－２２００℃高温下熔缩成芯棒，ｃ、用外部化学汽相沉积法采用四氯化硅原料在芯棒上沉积外包层材料，ｄ、将沉积了足够外包层材料的芯棒烧结成透明玻璃棒，即制成所需的大型光纤预制棒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐仁杰，尹红兵，朱明华，魏忠诚，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]