光纤的制备方法、粉末棒烧结设备技术

本发明专利技术提供一种光纤的制备方法和粉末棒烧结设备。该方法通过在光纤成型过程中将粉末棒的芯层掺入氯来降低芯层在退火时结构的弛豫时间；并且在中包层和内包层掺入适量的氟形成低折射率，有效降低宏弯损耗；粉末棒烧结成玻璃棒之后进行退火处理，降低芯层的虚拟温度，降低因为密度的波动带来的瑞利散射；因为氟和氯的掺杂，使得芯层和中包层的粘度随之降低，也降低了拉丝的衰减值。因此本发明专利技术在保证光纤光学参数(截止波长、模场直径、零色散波长)可控范围内有效降低光纤损耗以及弯曲损耗，且制造工艺简单可控，降低了光纤制造成本。降低了光纤制造成本。降低了光纤制造成本。

【技术实现步骤摘要】
光纤的制备方法、粉末棒烧结设备


[0001]本专利技术涉及光通信
，特别是指一种光纤的制备方法、粉末棒烧结设备。

技术介绍

[0002]随着光通信技术的发展，尤其是未来400G及以上传输系统中，如何在保证光纤光学参数(截止波长、模场直径、零色散波长)可控范围内降低光纤损耗以及降低弯曲损耗，同时实现制造工艺的简单可控及其降低光纤制造成本是光纤制造领域的重要课题之一。
[0003]众所周知，光纤的衰减、宏弯、光学参数性能取决于光纤预制棒的性能。对于石英光纤，在600nm～1600nm的衰减主要来自瑞利散射，从预制棒生产的角度考虑，如何有效降低光纤的瑞利散射是本文需要解决的问题所在。

技术实现思路

[0004]鉴于以上内容，有必要提供一种具有低损耗、抗弯曲特性的光纤的制备方法。
[0005]一种光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0006]依次在靶棒表面形成主要由二氧化硅构成的芯层、内包层及中包层，得到粉末棒，其中所述芯层还掺入有锗和氯，所述内包层和所述中包层还掺入有氟；
[0007]将所述粉末棒依序进行脱羟、烧结、玻璃化、退火四个阶段处理以成型具有预设剖面折射率的玻璃棒，其中退火阶段包括若干降温段和若干恒温段；
[0008]采用轴向气相沉积工艺或外部气相沉积工艺在所述玻璃棒的表层成型外包层，然后通过烧结，得到透明的光纤预制棒；
[0009]将所述光纤预制棒拉丝成纤丝，所述纤丝经在退火保温条件下处理，得到光纤。
[0010]进一步地，形成所述芯层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、氯气、四氯化锗、氩气体，其中四氯化锗的通入流量控制在 50-200cc/min，氯气的通入流量控制在300-750cc/min。
[0011]进一步地，形成所述内包层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、氟化物、氩气体，其中四氯化硅的通入流量控制在 20g/min～50g/min，氟化物的通入流量控制在50g/min～400g/min，反应生成的掺氟二氧化硅粉末密度控制在0.5～1.5g/cm3，内包层的厚度是芯层直径的1.5～2.0。
[0012]进一步地，形成所述中包层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、氟化物、氩气体，其中四氯化硅的通入流量控制在 20g/min～50g/min，氟化物的通入流量控制在50g/min～900g/min，反应生成的掺氟二氧化硅粉末密度控制在0.5～1.5g/cm3，中包层的厚度是芯层直径的1.5～2.0。
[0013]进一步地，所述氟化物包括SiF4、CF4、SF6、C2F6、SOF2、C2F2Cl2的一种或至少两种组合。
[0014]进一步地，脱羟阶段中温度控制在1000～1200℃，以 500cc/min～1000cc/min流量通入氯气(Cl2)和以10l/min～30l/min流量通入氦气(He)形成反应气氛；烧结阶段，以脱
羟阶段的温度为起始温度，以3～6℃/min的升温速率升至1300℃～1600℃，保持通入10 l/min～30l/min流量的氦气(He)形成保护气氛；玻璃化阶段，保持烧结阶段结束时温度3～6h，保持通入10l/min～30l/min流量的氦气 (He)形成保护气氛。
[0015]进一步地，所述退火阶段依序包括第一降温段、第一恒温段、第二降温段、第二恒温段、及第三降温段，第一降温段以玻璃化阶段结束时温度为起始温度，线性降温50～75℃；将第一降温段结束时温度作为第一恒温段的温度，保温时长1～3h，期间保持通入5l/min～15 l/min流量的氮气(N2)形成保护气氛；第二降温段以第一恒温段的温度为起始温度，线性降温50～75℃；将第二降温段结束时温度作为第二恒温段的温度，保温时长1～3h，期间保持通入5l/min～15l/min 流量的氮气(N2)形成保护气氛；第三降温段以第二恒温段的温度为起始温度，按照1～3℃/min速率降低到脱羟阶段的温度。
[0016]进一步地，所述拉丝的速度控制在2000m/min～3000m/min之间，所述拉丝的张力控制在100g～200g之间。
[0017]进一步地，所述拉丝过程中处在退火保温条件下的纤丝长度为 2～4m。
[0018]进一步地，所述预设剖面折射率特征为：
[0019]中间芯层，半径4～6μm，相对二氧化硅的折射率为0.25～0.35％；
[0020]内结构包层以及中结构包层，半径10～25μm，相对二氧化硅的折射率为-0.03～-0.06％；
[0021]外包层，半径等于62.5μm，折射率为0-0.1％。
[0022]本专利技术还提供一种粉末棒烧结设备，包括加热体、吊杆、提升机构和容纳粉末棒的中部炉芯管，其中吊杆的一端通过转换连接器伸入中部炉芯管内且连接靶棒，吊杆的另一端连接提升机构，吊杆将附接在靶棒上的粉末棒悬挂于其下方，并由提升机构带动转动或升降；所述加热体设于所述中部炉芯管的外侧，其加热区域辐射覆盖整个粉末棒，所述中部炉芯管的底部设有进气口，所述加热体和所述进气口的气阀由电连接的中控装置调控以实现多段烧结。
[0023]进一步地，所述中控装置根据检测参数实时调整所述中部炉芯管内的温度和/或从所述进气口通入的气体流量。
[0024]进一步地，所述中控装置能够手动调整和/或自动调整所述加热体的功率和/或所述进气口的气阀开度。
[0025]进一步地，所述检测参数包括所述中部炉芯管内的温度、所述粉末棒的棒径或所述粉末棒的透明度中一个或多个。
[0026]进一步地，每一所述加热体电连接有温度监控设备，用以实时检测和反馈所述中部炉芯管内的温度。
[0027]进一步地，每一所述加热体电连接有透明度监控设备，用以检测透明度，反馈玻璃化烧结进程。
[0028]进一步地，每一所述加热体电连接有棒径监控设备，用以实时检测和反馈粉末棒的棒径。
[0029]进一步地，所述棒径监控设备采用直径测量或周长测量方式。
[0030]进一步地，所述加热体设有四组，每一组沿所述中部炉芯管的轴线对称设于相对的外侧。
[0031]进一步地，四组所述加热体沿所述中部炉芯管的轴线并排设置。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的光纤成型时将粉末棒的芯层掺入氯来降低芯层在退火时结构的弛豫时间；并且在中包层掺入适量的氟形成低折射率，有效降低宏弯损耗；粉末棒烧结成玻璃棒之后进行退火处理，降低芯层的虚拟温度，降低因为密度的波动带来的瑞利散射；因为氟和氯的掺杂，使得芯层和中包层的粘度随之降低，也降低了拉丝的衰减值。因此本专利技术在保证光纤光学参数(截止波长、模场直径、零色散波长)可控范围内有效降低光纤损耗以及弯曲损耗，且制造工艺简单可控，降低了光纤制造成本。
附图说明
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0034]图1为本专利技术光纤的制备流程图。
[0035]图2为本专利技术一实施方式中VAD气相沉积工艺设备示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：依次在靶棒表面形成主要由二氧化硅构成的芯层、内包层及中包层，得到粉末棒，其中所述芯层还掺入有锗和氯，所述内包层和所述中包层还掺入有氟；将所述粉末棒依序进行脱羟、烧结、玻璃化、退火四个阶段处理以成型具有预设剖面折射率的玻璃棒，其中退火阶段包括若干降温段和若干恒温段；采用轴向气相沉积工艺或外部气相沉积工艺在所述玻璃棒的表层成型外包层，然后通过烧结，得到透明的光纤预制棒；将所述光纤预制棒拉丝成纤丝，所述纤丝经在退火保温条件下处理，得到光纤。2.根据权利要求1所述的光纤的制备方法，其特征在于：形成所述芯层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、氯气、四氯化锗、氩气体，其中四氯化锗的通入流量控制在50-200cc/min，氯气的通入流量控制在300-750cc/min。3.根据权利要求1所述的光纤的制备方法，其特征在于：形成所述内包层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、氟化物、氩气体，其中四氯化硅的通入流量控制在20g/min～50g/min，氟化物的通入流量控制在50g/min～400g/min，反应生成的掺氟二氧化硅粉末密度控制在0.5～1.5g/cm3，内包层的厚度是芯层直径的1.0～3.0。4.根据权利要求1所述的光纤的制备方法，其特征在于：形成所述中包层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、氟化物、氩气体，其中四氯化硅的通入流量控制在20g/min～50g/min，氟化物的通入流量控制在50g/min～900g/min，反应生成的掺氟二氧化硅粉末密度控制在0.5～1.5g/cm3，中包层的厚度是芯层直径的1.0～3.0。5.根据权利要求3或4所述的光纤的制备方法，其特征在于：所述氟化物包括SiF4、CF4、SF6、C2F6、SOF2、C2F2Cl2的一种或至少两种组合。6.根据权利要求1所述的光纤的制备方法，其特征在于：脱羟阶段中温度控制在1000～1200℃，以500cc/min～1000cc/min流量通入Cl2和以10l/min～30l/min流量通入氦气形成反应气氛；烧结阶段，以脱羟阶段的温度为起始温度，以3～6℃/min的升温速率升至1300℃～1600℃，保持通入10l/min～30l/min流量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建峰，薛济萍，薛驰，沈一春，钱宜刚，
申请(专利权)人：江苏中天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：