高传输能力紫外光纤及其制作方法和含有高羟基光纤预制棒的沉积装置制造方法及图纸

本发明专利技术述及一种高传输能力紫外光纤的制造方法和含有高羟基光纤预制棒的沉积装置，属光学玻璃纤维制造工艺技术领域。本发明专利技术方法包括以下各步骤：（１）制作具有高羟基含量的紫外光纤预制棒，（２）紫外光免疫照射处理高羟基含量的光纤预制棒，（３）进入拉丝作业系统及光纤的热处理，（４）光纤涂层及加热固化。本发明专利技术方法提出了一种具有高羟基含量的紫外光纤的免疫制作技术，即先用紫外光故意照射含有高羟基成分的光纤预制棒石英玻璃材料，使产生色心缺陷和多层的结构异变，然后再用热处理方法消除这种缺陷，由此增加了光纤的紫外光抗御能力，在一定程度上消除了石英玻璃光纤对紫外光的阻止作用，从而提高了紫外光在石英光纤中的传输能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术述及一种光纤制作方法及其设备，特别是一种高传输能力紫外光纤的制作方法及其含有高羟基光纤预制棒的沉积装置。
技术介绍
紫外光纤传输紫外光，可应用于光刻技术、紫外固化、生物医学、机械微加工、国防等领域。当光纤用来传输紫外光时，在许多场合传输的是短波长、高能量的紫外光。但是，短波长、高能量的紫外光在石英光纤中传输时，由于这个紫外光束与石英玻璃的作用，在石英玻璃中产生了色心缺陷使其发生了结构变化，这将阻止紫外光的传输，增加了损耗，大大地降低了紫外光的传输性能。当一个标准的高羟基紫外石英光纤，用一个未滤波的氘灯连续照射24小时后，它的传输性能将下降约50％。紫外光的波长越短，并且功率越高，那么这种降低紫外光传输性能的问题就越突出，这可称为光纤紫外抑制效应。所以，当一个准分子激光器被用来作为光源时，石英光纤的传输性能就要发生异变，特别是KrF准分子激光器(波长248nm)，F2准分子激光器(波长157nm)和ArF准分子激光器(波长193nm)作为光源时更为明显。为了克服紫外光在石英玻璃光纤中传输性能异变的缺点，或改进石英玻璃光纤对紫外光的阻止作用。目前，在制作高性能紫外石英玻璃光纤时，主要采用下面两种方法(1)在石英玻璃光纤芯中增加羟基含量(大于500ppm)。但是用这种方法，当羟基的含量增高时，紫外线吸收边缘的波长会加长，结果短波长(特别是真空紫外区域)的紫外光不能在光纤中传输。另外，并不是羟基越高效果越好，它的改进能力是有限的，当羟基含量浓度高出一定值(如2000ppm)时，它的损耗也会加大。(2)另一种方法是在紫外光纤中进行载氢处理，这样也会改进短波长、高能量紫外光在光纤中的传输性能，然而，载氢需要1019cm-3浓度的氢气，并且要在高压容器中几个星期才能完成，它不仅投资大、时间长，而且由于温度等环境的变化会使一部分载氢逸出光纤，仍会降低它的传输性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服紫外光在石英玻璃光纤中传输性能异变的缺点，提供一种改进的高传输能力紫外光纤，阻止紫外光对其作用。本专利技术的另一个目的是提供一种高传输能力掺杂高羟基紫外光纤制作方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下构思所谓高掺杂羟基含量与免疫制作技术相结合的方法就是先用紫外光故意照射具有高羟基含量的石英玻璃光纤，产生色心缺陷和多层的结构异变，即“接种”色心缺陷；然后再用热处理的方法消除这种缺陷，增加了光纤的紫外光抗御能力，从而使这种紫外光纤在传输短波长、高能量的紫外光时，就存在免疫力，即不会再出现严重的缺陷。根据上述构思，本专利技术采用下述技术方案一种高传输能力紫外光纤，包括掺杂羟基的石英玻璃光纤，其特征在于羟基含量为300-800ppm；经过紫外免疫处理而具有抗御紫外线性能。一种上述的高传输能力紫外光纤的制作方法，其特征在于，该方法的制作步骤为a.制作具有高羟基含量的紫外光纤预制棒采用石英罩内管外化学气相沉积法，使光纤石英预制棒直接在氢氧高温火焰中合成，制作高羟基含量的预制棒；制作的光纤预制棒中羟基的含量为300-800ppm，预制棒的直径为9-15mm；b.紫外光免疫照射处理高羟基含量的光纤预制棒将预制棒放在一个旋转装置上，使其沿预制棒轴心旋转，以波长为100-300nm位于顶部的紫外光均匀照射整个预制棒，照射能量为10-100mJ/cm2范围，使其产生多层结构异变和色心缺陷；c.进入拉丝和光纤的热处理由拉丝机牵引进行拉丝，同时由加热炉加热进行光纤热处理，拉丝与热处理温度为1650-2000℃；d.光纤涂层和固化光纤通过涂覆杯涂上涂层，并进入固化炉，采用紫外固化方式，使涂层固化，所用的紫外灯的功率在500-2500瓦范围内，最终制得紫外光纤。上述的光纤预制棒的材料为石英玻璃或多组分玻璃，光纤的涂层为环氧丙烯树脂涂层或塑包层。一种用于上述的高传输能力紫外光纤的高羟基光纤预制棒的沉积装置，包括一台车床，其特征在于车床的车头夹持一根支撑管或靶片，支撑管或靶片用一个石英罩罩住，石英罩一侧固定安装一个石英喷灯，石英喷灯的出口喷射气流与支撑管或靶片成45°-50°角度，石英喷灯有氧气进口、氢气进出口和四氯化硅加料口。上述的紫外光预照射时还存在着一个紫外光如何照射的问题。当用高功率的紫外光反复的照射光纤的一个端面时，引起了结构缺陷，这仅仅发生在被照射端面，而紫外光不能到达另一个端面。所以，除了短光纤外，不可能产生长光纤。如用低功率的紫外光照射，处理时间会太长，这也不太现实。再者，如果用紫外光侧面照射成品的光纤，就会导致用合成树脂生成的绝缘涂覆层(一个外保护涂覆层)由于紫外光加热而熔化，这种照射方式将损坏紫外光纤。如果一个金属涂覆层的紫外光纤则阻止紫外光的通过，这种照射方式将对此没有照射效果。为此，本专利技术专利用紫外光照射的不是紫外光纤而是紫外光纤预制棒，随后在拉丝操作系统中将石英光纤预制棒进行拉丝，并同时进行热处理。本专利技术方法的原理如下所述本专利技术方法中，用紫外光照射一个具有高羟基含量的石英玻璃预制棒，使石英玻璃材料中的SiO2的初始结构(≡Si-O-Si≡)和初始缺陷粒子(≡Si-Si≡，≡Si-O-O-Si≡)中产生多层结构变异及色心缺陷如E′色心(≡Si.)和NBOH色心(≡Si-O.)，然后靠拉丝机加热炉拉制紫外光纤时产生的热量对石英玻璃材料一边拉丝一边进行热处理，热处理时一部分断键的Si-O将恢复，从而使E′色心和NBOH色心缺陷消除，即；另外，热处理后的石英玻璃材料的≡Si-O-Si≡网状组织的平均价键角会比热处理前加大，这种结构的松弛也为石英材料提供了一个稳定的结构形式，从而再遇紫外光照射时，就会阻止结构缺陷的再次发生，起到了免疫的功能，改进了紫外光的传输性能。本专利技术的优点和效果是该光纤具有紫外光传输性能高，并比无羟基含量或含量微小的光纤传输能量有明显提高，传输稳定，制作简单，易于实现等特点。另外，本专利技术的方法是在常规的光纤拉丝操作系统中进行，不需要增加设备，故有利于光纤的批量生产，并节约了成本。附图说明图1是光纤预制棒羟基沉积装置的结构示意2是本专利技术实施例的高传输能力紫外光纤与低羟基、非紫外免疫处理的光纤进行性能比较曲线图。具体实施例方式本专利技术的实施例是本高传输能力紫外光纤包括掺杂羟基的石英玻璃光纤，其羟基含量为300-800ppm；经过紫外免疫处理而具有抗御紫外线性能。本高传输能力紫外光纤的制作方法是a.制作具有高羟基含量的紫外光纤预制棒传统的工艺方法，如改进的化学气相沉积法，制作的预制棒羟基含量低，因此，用石英罩内的管外化学气相沉积法(喷涂法)可以制作高羟基含量的预制棒，这种方法是光纤石英预制棒直接在氢氧高温火焰中合成。制作的光纤预制棒中羟基的含量在300-800ppm，预制棒的直径为9-15mm。具体的高羟基光纤预制棒制作方法如下把一根空心支撑管或一块石英靶片固定在光纤预制棒羟基沉积装置的车床车头3上做均匀旋转，支撑管或靶片1外部用一只石英罩2把其与外界空间隔离，以防预制件表面沾污，如图1所示。石英罩2一侧固定装一石英喷灯4，并使喷射气流与支撑管或靶片1成45度角。喷灯的进口是四氯化硅加料口7，使四氯化硅与氧气5和氢气6混合，并相互作用后注入喷灯，在喷灯的出口燃烧，并在高温区发生反应生成高羟基的二氧化硅材料。在喷灯上下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高传输能力紫外光纤，包括掺杂羟基的石英玻璃光纤，其特征在于羟基含量为３００－８００ｐｐｍ；经过紫外免疫处理而具有抗御紫外线性能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王廷云，郭小勇，陈振宜，范峥，包华育，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]