制造预制坯料的方法技术

一种制造预制坯料的方法，从该预制坯料中可以拉制单模光导纤维。该方法包含两阶段的制造过程，其中应用内部沉积法在石英管内部沉积石英层和掺杂的石英层。在沉积后续层之前固化每一掺杂的石英层，以使在层之间的掺杂剂的扩散最小。然后热收缩包含沉积材料的石英管以形成固体芯棒；通过外部沉积法在芯棒的外面包覆以基本均匀的石英材料。对该包层芯棒进行固化加热以完成预制坯料的制造。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造一种预制坯料的方法，从该预制坯料中可以拉制单模光导纤维。本专利技术特别应用于预制坯料的制造，从该预制坯料中可以拉制出扩散漂移(包括非零的扩散漂移)的和稀土掺杂的光导纤维，但可以理解的是本专利技术的确具有很广阔的应用。通常应用以下两种不同的方法中的一种制造预制坯料1．内部方法，包括改进的化学气相沉积法(MCVD)、等离子体活化化学气相沉积法(PCVD)或如果是稀土掺杂预制坯料，则有溶液掺杂法。2．外部方法，包括外部化学气相沉积法(OVD)或轴向化学气相沉积法(AVD)。在一给定条件下所采用的方法主要取决于从预制坯料中拉出的光纤所要求的长度和特性。在本说明书中将要描述本专利技术的内容。一般来说外部沉积法(OVD或AVD)提供的是对较大的预制坯料较便宜的方法，而内部沉积法(MCVD、PCVD或溶液掺杂)一般用于制造相对较昂贵且较小的预制坯料。应用内部法制造的预制坯料有时带有玻璃套管以实现最终的足够大的预制坯料的直径，这样才能拉制出较长长度的光纤。然而，在符合纤芯的同轴度的技术参数的范围内安装套管是一种很昂贵的方法，并且拉出的光纤的外径要求所装的套管在其几何结构上具有很低的公差。在由其拉制光纤的预制坯料制造过程中，各种专用的单模光纤具有最小掺杂剂扩散的指数(折射率)分布。在非零型漂移扩散纤维中，相对于标准的纤维的分布，纤芯必须具有复合分布。一般地，纤芯包括由具有可交替的高和低的折射率的许多环和内区组成的复合结构。设计方案包括如下结构内区具有高的折射率而附近的环具有低的折射率的结构以及内区具有低的折射率和附近的环具有高的折射率的结构。这些方案使漂移、光点直径、弯曲半径以及其它的特性比如非线性相互作用等最优化，以满足预期的应用。在优选的设计中，纤芯的中心区域具有相对较高的折射率，而在纤芯内由具有较低的折射率的环包围(即“成环形”)着纤芯的中心区域，并且通过一中间芯区域将环从中心区域分离开，该中间芯区域的折射率低于中间区域和包围环的折射率。理想地，中间芯区域的折射率低于纤维包层的折射率，这就要求应用具有较高的电位的掺杂剂(例如，氟)以在层之间扩散。在稀土元素掺杂的纤维中，要求能够精细地控制掺杂剂的沉积以得到具有不同掺杂剂浓度的区域。然而，可以认为的是，如果包含有掺杂剂的单个沉积层在沉积随后的层之前没有固化，则稀土离子通过扩散趋于聚集。本专利技术基于这样的理解，与外部沉积法(OVD或AVD)相比较，内部沉积法(MCVD、PCVD或溶液掺杂)能够有效地控制在沉积层之间的掺杂剂的扩散。因此，内部沉积法有利于精细地控制指数(折射率)分布，或如果是稀土掺杂光纤则便于精细地控制掺杂剂的分布。此外，本专利技术体现了混合应用内部和外部沉积方法的概念。这就使得能够制造这样一种预制坯料，其具有精细控制的折射率或掺杂剂分布，并且比完全通过内部法常规地生产装有套管的、尺寸相当的预制坯料便宜。广义上，本专利技术提供一种，从该预制坯料中可以拉制出单模光导纤维，该方法包括如下步骤a)应用内部沉积方法在石英管的内面上沉积掺杂的石英层，b)在沉积后续层之前固化每一掺杂的石英层，以使掺杂剂在层之间的扩散最小，c)热收缩石英管并使沉积的材料形成固体芯棒，d)通过外部汽相沉积法在芯棒的外面包覆基本均匀的石英材料，和e)对该包层芯棒进行固化加热以完成预制坯料的制造。当应用上述方法进行生产预制坯料时本专利技术还可以依据预制坯料进行限定，而当从该预制坯料拉制光纤时本专利技术还可以根据光纤进行限定。本专利技术有效地涉及一种混合制造方法。在形成预制坯料芯的过程中它具有最小的掺杂剂的层间扩散，而同时允许相对较经济地制造较大直径的预制坯料。在应用内部沉积法的过程中通过固化每一掺杂的石英层，掺杂剂的扩散基本限制在各自的层内。扩散长度(即，扩散产生的整个距离)取决于沉积烟尘(soot)的空隙度，最初较大，随着固化的进行和所给定的层在高温中的时间变得越来越小。因此，在内部沉积的过程中通过固化这些沉积层使扩散达到最小，这些沉积层比在固化过程中出现的掺杂剂物质的扩散长度小，并且通过在沉积每个后续层之前固化每一层来确保实现这一目标。在每层固化之后，扩散长度很小，并且随后预制坯料的再加热的影响可以忽略。因此，能够经济地生产较大直径的预制坯料作为混合结构。为生产均匀石英包层通过外部汽相沉积法沉积的烟尘可以在一段时间内、但是分两个步骤熔凝，这段时间可能在掺杂的石英层中引起不能接受的扩散。此外，通过生产混合结构，两个阶段的制造过程允许在沉积外部包层之前对预制坯料的纤芯分布进行光学测量。掺杂剂包括稀土掺杂剂(比如铒和镱)、有利于形成较高稀土元素浓度的掺杂剂(比如铝)和/或影响光纤(它是从预制坯料中拉制的)的折射率的掺杂剂(比如锗、铅、硼和氟)。可取的是，应用外部汽相沉积(OVD)方法在芯棒的外面包以石英。此外，可取的是，形成的芯棒包括纤芯结构和外部区域，该纤芯结构形成从预制坯料中拉制的光纤的芯，而该外部区域形成光纤包层的径向的里面部分。可以控制内部汽相沉积法以形成任何所需的折射率分布的纤芯结构。然而，可取的是，控制该沉积法以在纤芯结构内建立三个理论上可区别的同轴区域具有相对较高折射率n1的中心区域；具有相对较低折射率n2的外环；和具有比外环的折射率更低的折射率n3的内环。最为可取的是，内环的折射率n3低于包层的折射率n4。然而，如先前所指出，可以采纳其它的预制坯料结构以制造非零型扩散漂移光纤，比如具有折射率低于内环的折射率的中心区域的预制坯料。此外，可以控制内部汽相沉积法以某一方式沉积连续的材料层以在纤芯结构的中心、内环和/或外环区域提供一种分级的折射率分布。此外，如前文所述，预制坯料结构设计可以采用根据它们的稀土元素或其它的掺杂剂浓度而具有理论上可区别的同轴区域。从随后的本专利技术的优选实施例的描述中将能够更充分地理解本专利技术。该描述是结合附图进行的。在附图中附图说明图1所示为表示通过本专利技术的方法制造的一种完整预制坯料的示意性的剖面图。图2所示为表示制造预制坯料的第一阶段示意图。图3和4所示为表示在制造预制坯料的第二阶段中所应用的生产工序的示意图。图5所示为表示在从预制坯料中拉制的光纤的纤芯中的折射率图。图6至10所示为表示从变化的光纤以及拉制光纤的预制坯料的参数中导出的光纤特性。参考附图，图1所示为表示通过本专利技术的两阶段法制造的一种预制坯料的示意性剖面图。然而，可以理解的是在图1所示的不同的同轴区域并不能按比例拉制。预制坯料的外径尺寸一般为预制坯料的纤芯尺寸(由内部整环确定)的10到15倍的量级。所示的预制坯料具有理论上可区别的同轴区域，该同轴区域由如下部分构成一纤芯结构10、一径向内包层部分11、一中间包层部分12和一径向外包层部分13，该径向内包层部分11是在形成纤芯结构10时通过内部汽相沉积法沉积的，该中间包层部分12是在制造预制坯料的第一阶段中通过收缩石英管14形成的，该径向外包层部分13是在第二制造阶段过程中沉积的。预制坯料的不同同轴部分(理论上可区别的)一般具有下面的尺寸。直径(mm)纤芯结构(10) 4.60-5.20包层部分(11) 12.42-14.04包层部分(12) 21.45-22.42包层部分(13) 62.10-70.70如在图2中所述，通过用在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造预制坯料的方法，从该预制坯料中可以拉制单模光导纤维，该方法包括如下步骤：应用内部沉积方法在石英管的里面沉积掺杂的石英层，在沉积后续层之前固化每一掺杂的石英层，以使掺杂剂在层之间的扩散最小，热收缩石英管并使沉积的材料形成固 体芯棒，通过外部汽相沉积法在芯棒的外面包覆基本均匀的石英材料，和对该包层芯棒进行熔凝加热以完成预制坯料的制造。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马克G西茨，赵裕兴，阿德里安卡特，
申请(专利权)人：悉尼大学，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]