CN104118987B - 用于制造光纤用初级预制品的pcvd方法 - Google Patents

用于制造光纤用初级预制品的pcvd方法 Download PDF

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Abstract

通过PCVD工艺制造光纤用初级预制品的方法，包括以下步骤：提供具有供给侧和排出侧的中空玻璃基管；经由中空玻璃基管的供给侧将气体流供给到所述中空基管的内部，所述气体流包括包含至少一种形成玻璃的气体的主气体流，和包含至少一种掺杂剂的至少一种副气体流；在所述中空基管内部通过微波辐射产生等离子体反应区，以在所述中空基管的内表面上进行玻璃层的沉积，所述反应区沿着所述中空基管的纵轴在位于所述中空基管的供给侧附近的换向点与位于排出侧附近的换向点之间往返移动，以得到在其内表面上沉积有玻璃层的基管；和任选地将步骤iii)中得到的在其内表面上沉积有玻璃层的基管进行收缩处理，以形成实心初级预制品。

Description

用于制造光纤用初级预制品的PCVD方法
技术领域
本发明涉及通过内部等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺制造光纤用初级预制品的方法，该方法包括以下步骤：i)提供具有供给侧和排出侧的中空玻璃基管；ii)将气体流经由中空玻璃基管的供给侧供给于所述中空玻璃基管的内部，所述气体流包括包含至少一种形成玻璃的气体的主气体流和包含至少一种掺杂剂用前体的至少一种副气体流；iii)通过微波辐射在所述中空玻璃基管的内部产生等离子体反应区，用于进行在所述中空玻璃基管的内表面中沉积玻璃层，所述反应区被沿着所述中空玻璃基管的纵轴，在所述中空玻璃基管的位于供给侧附近的换向点和位于排出侧附近的换向点之间往返移动，从而获得具有玻璃层沉积于内表面的基管；iv)任选地将步骤iii)中获得的具有玻璃层沉积于内表面的基管进行收缩(collapsing)处理，从而形成实心初级预制品。
本发明涉及光纤领域。更具体地，本发明涉及通过化学气相沉积制造光纤的领域。存在几种已知的化学气相沉积法(CVD)，例如外部气相沉积法(OVD)、气相轴向沉积法(vapour axial deposition)(VAD)、改良式化学气相沉积法(MDVD)和等离子体增强的化学气相沉积法(PECVD或PCVD)。等离子体增强的化学气相沉积法(PECVD或PCVD)是用于在基底上从气态(气相)向固态沉积薄膜的工艺。在这些工艺中包括化学反应，它们发生在反应气体的等离子体产生之后。
背景技术
通常，在光纤领域，多层玻璃薄膜沉积在基管的内表面上。基管是中空的从而使得进行内部沉积。基管可以是玻璃的，优选是石英玻璃的(SiO2)。将形成玻璃的气体(即，包括形成玻璃的气体和任选的掺杂剂前体的反应性气体)从一端(被称作基管的“供给侧”)引入基管的内部。将掺杂或未掺杂的玻璃层(分别依赖于具有或不具有一种或多种掺杂剂前体的反应性气体的使用)沉积在基管的内表面上。剩余气体从被称作基管的“排出侧”的基管另一端排出或除去。该除去任选地通过真空泵进行。真空泵具有在基管内部产生降低的压力的作用，该降低的压力通常包括范围在5和50mbar之间的压力值。
通常，等离子体通过利用微波来诱导。通常，来自微波发生器的微波通过波导管指向施加器(applicator)，所述施加器围绕基管。所述施加器耦合高频能量而成为在基管内侧产生的等离子体。将施加器沿基管的纵向往复移动。因此，形成的等离子体(也称作“等离子体反应区”)也往复移动。作为移动的结果，伴随着每个冲程(stroke)或行程(pass)，在基管的内部沉积了薄的玻璃层。
因此，施加器在加热炉边界内在基管长度上平移，所述加热炉围绕基管并且施加器在加热炉内往复。随着施加器的平移，等离子体也以相同的方向移动。当施加器在接近基管的一端到达加热炉内壁时，将施加器反向移动，使得它朝向加热炉的另一内壁移动到基管的另一端。施加器和因此的等离子体沿着基管的长度以往返运动的方式迁移。每个往返运动被称作"行程"或"冲程"。伴随每一行程，将薄的玻璃材料层沉积在基管的内侧上。
等离子体引发供给到基管内侧的形成玻璃的气体(例如O2、SiCl4和例如掺杂剂前体如GeCl4或其它气体)的反应。形成玻璃的气体的反应使Si(硅)、O(氧)与例如掺杂物Ge(锗)反应，使得由此进行例如锗掺杂的SiOx在基管内表面上的直接沉积。
通常，只在基管的一部分(即由微波施加器围绕的部分)中产生等离子体。微波施加器的尺寸比加热炉和基管各自的尺寸要小。只有在等离子体的位置，反应性气体才被转化成固态玻璃并沉积在基管的内表面。由于等离子体反应区沿着基管的长度移动，玻璃沿着基管的长度大体均匀地沉积。
当行程的数量增加时，这些薄膜(即：沉积材料)的累积厚度因而增加导致基管的剩余内径的减少。换言之，伴随每一行程，基管内侧的中空空间逐渐变小。
施加器和基管通常被加热炉围绕，以便在沉积工艺期间将基管的温度维持在900-1300℃。
在将玻璃层沉积在玻璃基管的内部之后，随后将玻璃基管通过加热而紧缩(“收缩”)成实心棒。该所得实心棒被称作初级预制品。在一个具体的实施方案中，将实心棒或初级预制品可以进一步地例如通过以下方式外部设置有额外量的玻璃：外部气相沉积工艺，或直接玻璃覆盖(所谓的“覆盖”)或者通过使用一个或多个预制的玻璃管(所谓的“套管”)，从而获得被称作最终预制品的复合预制品。通过在拉伸架上拉伸，从由此生产的一端被加热的最终预制品获得光纤。加固的(最终的)预制品的折射率图对应于由这样的预制品拉伸的光纤的折射率图。
由以本申请人的名义的美国专利4,314,833已知一种通过PCVD工艺制造光学预制品的方式。根据由该文献已知的方法，利用在玻璃基管中的低压等离子体，将一层或多层掺杂或未掺杂的玻璃层沉积在基管的内部上。
根据本申请人的国际申请WO99/35304，来自微波发生器的微波通过波导管指向施加器，所述施加器围绕基管。施加器耦合高频能量而成为等离子体。
本发明人已观察到：这些现有PCVD技术的工艺导致在初级预制品的供给侧的粉尘沉积(表现为被称为“粉尘环”的中空基管内表面上的不透明圈)。在初级预制品的排出侧，观察到趋于裂化的具有较高掺杂的氧化硅的区域。不希望受各种特定理论的约束，认为此粉尘沉积是由于在粉尘沉积发生的区域中等离子体的强度相对低而产生的。进一步认为，在换向点处的中空基管的内表面上的温度在此类粉尘环的形成中起着重要的作用。此类粉尘环的存在对于预制品的有效长度具有不利的影响。总之，在基管中的粉尘环的区域不能形成满足产品规格的光纤。粉尘沉积的另一缺点是存在玻璃层破裂的重大风险，这意味着不期望的整个预制棒的损失。
层裂化归因于在玻璃中的任何凹凸位置处高应力水平将造成破裂的事实，该凹凸尤其在粉尘环中发生。
在制造光纤预制品时由于目前的商业趋势是趋于更大(更厚的预制品)，因此要求更多的冲程或行程。这导致在沉积后(收缩前)具有更小的内径和更厚粉尘环的管。基管裂化(特别是在供给侧的附近)的问题越来越紧迫。
先前已意识到该问题，在现有技术中已提出几种方案。这些方法中的一些讨论如下。
在本领域通常已知的方案如下。当在收缩处理期间在粉尘环的区域中观察到裂化时，在供给侧或在排出侧或者在供给侧和在排出侧两侧，用于随后沉积的PCVD加热炉的温度升高(依赖于裂化发生的位置)。该温度升高仅能部分地解决问题。对于温度升高的量以及PCVD加热炉的中部和一端或两端(供给侧和/或排出侧)之间的温度差存在限制。
另一方案由本发明人在EP1988064提出。该文献涉及玻璃沉积的不同阶段(行程)期间换向点的轴向变化。换言之，粉尘环的沉积分布在更大的区域，因而降低了裂化的机会。对于沉积工艺的每个阶段(例如对于纤芯的沉积和对于覆盖层的沉积)，供给侧的换向点被移动，从而提供粉尘环的不同布置。该方法非常有用，但是可导致大量相邻的粉尘环，这可能降低预制品的有效长度。
再一方案由本发明人在EP1801081中提出。该专利的方案是利用所谓的插入管，即在中空基管的内侧在基管的供给侧插入的管。效果在于粉尘部分地沉积在所述插入管的内侧，并且能够通过所述插入管的移除而容易地除去。该方法非常有用，但是在一些情况下可能导致不期望的所谓的沉积波动。
再一方案由本发明人在EP2008978提出。该方法在两个单独的阶段之间采用蚀刻步骤，在该蚀刻步骤期间，从基管中去除任何不均匀。尽管该文献公开了沉积工艺的中断，但根据EP2008879的方法不同于本发明的方法。该蚀刻通过蚀刻气体进行。该方法在大量应用中非常有用。然而，对于仅仅去除粉尘环，该方法费力且昂贵。
因此，存在对于上述问题的可选方案的需求。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的是提供一种用于制造光纤用预制品的方法，其中将玻璃层的不期望的破裂的发生最小化。
本发明的另一目的是提供一种制造光纤用预制品的方法，通过该方法，获得用于由此拉伸光纤的具有最大有效预制品长度的预制品。
本发明的另一目的是提供一种制造光纤用预制品的方法，通过该方法，在几乎没有裂化变化的情况下获得用于拉伸光纤的具有最大厚度的预制品。
这些目的的一个或多个通过本发明得以实现。
用于解决问题的方案
本发明涉及一种通过内部等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺制造光纤用初级预制品的方法，所述方法包括以下步骤：
i)提供具有供给侧和排出侧的中空玻璃基管；
ii)将气体流经由中空基管的供给侧供给到所述中空玻璃基管的内部，所述气体流包括包含至少一种形成玻璃的气体的主气体流和包含至少一种掺杂剂前体的至少一种副气体流；
iii)通过微波辐射在所述中空玻璃基管的内部产生等离子体反应区，用于在所述中空玻璃基管的内表面上进行玻璃层的沉积，所述反应区沿着所述中空玻璃基管的纵轴，在所述中空玻璃基管的位于供给侧附近的换向点和位于排出侧附近的换向点之间往返移动，从而获得具有玻璃层沉积于内表面的基管；
iv)任选地将步骤iii)中获得的具有玻璃层沉积于内表面的基管进行收缩处理，从而形成实心初级预制品；
其中，在步骤iii)期间，当等离子体反应区处在位于供给侧附近的换向点和/或位于排出侧附近的换向点的附近时，中断所述至少一种副气体流的供给。
在一个实施方案中，所述副气体流中存在的掺杂剂前体是锗或硼，优选锗(例如以二氯化物或四氯化物的形式)。
在另一实施方案中，在步骤ii)中引入第二副气体流，其包含氟作为掺杂剂前体。
在另一实施方案中，不中断所述包含氟的第二副气体流。
在另一实施方案中，当等离子体反应区到达中断点时中断所述副气体流，并且当等离子体反应区到达恢复点时再恢复所述副气体流。换言之，副气体流在中断点和恢复点之间中断。
在另一实施方案中，中断点和/或恢复点距离换向点20-100毫米，优选距离换向点30-60毫米。或者30-50毫米，例如35-45毫米。中断点优选在与恢复点相同的纵向位置。
下面将更详细地描述本发明。
本说明书中使用的定义
以下定义用于本说明书和权利要求书，从而定义所述的主题。以下未列出的其它术语意味着具有本领域中通常接受的含义。
在本说明书中使用的"中空基管"意指：内部具有空腔的延长管；通常，在预制品的制造期间，在所述管的内侧提供(或涂覆)有多个玻璃层。
在本说明书中使用的"空腔"意指：由基管的壁围绕的空间。
在本说明书中使用的“气体供给侧”或“供给侧”意指：基管的一侧，其为用作气体入口的基管的开口端。供给侧是与排出侧相对的一侧。
在本说明书中使用的“气体排出侧”或“排出侧”意指：基管的一侧，其为用作气体出口的基管的开口端。排出侧是与供给侧相对的一侧。
在本说明书中使用的"内表面"意指：中空基管的内侧表面或内部表面。
在本说明书中使用的"主气体流"意指：主要包含一种或多种形成玻璃的气体和一种或多种载气而不存在掺杂剂前体的气体流(有时被称为未掺杂的形成玻璃的气体)。在沉积工艺期间，将主气体流的流速优选设定在基本恒定值，并优选具有基本恒定的组成。
在本说明书中使用的"副气体流"意指：主要包含一种或多种掺杂剂前体的气体流。副气体流的流速可以在沉积工艺期间中断或者可以改变，从而提供所要求的结果和所要求的折射率图。可以存在超过一种的副气体流，各自具有独立的组成和独立的流速。
在本说明书中使用的"玻璃"或"玻璃材料"意指：通过气相沉积工艺沉积的结晶态的或玻璃质的(玻璃状的)氧化物材料-例如氧化硅(SiO2)或甚至石英。
在本说明书中使用的"氧化硅(silica)"意指：SiOx形式的任何物质，无论其是否是化学计量的，并且无论其是否是结晶的或无定形的。
在本说明书中使用的"形成玻璃的气体"意指：在沉积工艺期间使用以形成玻璃层的反应性气体。
在本说明书中使用的"不存在掺杂剂前体的形成玻璃的气体"意指：没有有意添加掺杂剂而能够反应生成基本上纯的氧化硅玻璃的气体(例如O2和SiCl4的组合)。
在本说明书中使用的"载气"意指：将玻璃形成气体的浓度稀释而不直接与形成玻璃的气体反应的气体。
在本说明书中使用的“掺杂剂前体”意指：当引入玻璃中时变为影响玻璃折射率的掺杂剂的化合物或组合物。掺杂剂前体可以例如是当玻璃化时与形成玻璃的气体中的一种或多种化合物反应而形成掺杂玻璃层的气体。在玻璃沉积期间，将掺杂剂前体引入玻璃层中。
在本说明书中使用的“掺杂剂”意指：存在于光纤的玻璃中并且影响所述玻璃的折射率的化合物或组合物。其可以例如是下降掺杂剂(down dopant)，即降低折射率的掺杂剂，如氟或硼(例如作为前体以F2、C2F8、SF6、C4F8或BCl3的形式被引入)。可以例如是提高掺杂剂(up-dopant)，即提高折射率的掺杂剂，如锗(例如作为前体以GeCl2(二氯化锗)或GeCl4(四氯化锗)的形式被引入)。掺杂剂可以以玻璃的间隙子(interstices)的形式存在于玻璃中(例如在F的情况中)，或者它们可以以氧化物的形式存在(例如在锗、铝、磷或硼的情况中)。
在本说明书中使用的“粉尘”意指：由形成玻璃的化合物的不完全玻璃化而产生的玻璃状物质。
在本说明书中使用的“粉尘沉积”意指：粉尘颗粒在基管内壁上的沉积。粉尘沉积作为白色不透明玻璃状材料对于眼睛是可见的。这被称为粉尘环或粉尘圈(soot collar)。
在本说明书中使用的“反应区域”意指：形成玻璃的反应或沉积发生的区域或轴向位置。该区域通过等离子体形成并沿着基管的纵向长度往复移动。
在本说明书中使用的“等离子体”意指：由在非常高的温度下以导致大体上没有总电荷的比例的正离子和自由电子组成的离子化气体。该等离子体经常由微波引起。
在本说明书中使用的“换向点”意指：施加器的移动往复处的基管上的轴向点或位置。换言之，从前往后或者从后往前变化。它是施加器的折回点(turning point)。
在本说明书中使用的“换向点附近”意指：在距离上靠近换向点的基管上的轴向位置，或者与换向点相同的位置。
在本说明书中使用的“在换向点处”意指：与换向点相同的位置的基管上的轴向位置。
在本说明书中使用的“往返移动”意指：沿直线往复移动或往返移动。
在本说明书中使用的“阶段”意指：沉积具有特定折射率值的玻璃层的沉积工艺的一部分。该特定值可以是恒定的，或者可以展现梯度。例如，对于单一步骤指标纤维，纤芯的沉积和覆盖层的沉积各自被认为是单独的阶段。
在本说明书中使用的“冲程”或“行程”意指：施加器沿着基管的长度各自往返移动。
在本说明书中使用的“裂化”或“破裂”意指：预制品中裂化或破裂的形成。通常，裂化或破裂发生在沉积的玻璃层之间。裂化或破裂可能导致预制品的破损，这会导致预制品的完全损失。
在本说明书中使用的“中断”意指：在一定的时间期间或者在施加器一定的纵向位置上停止气体流。
在本说明书中使用的“中断的点”或者“中断点”意指：中断开始时基管上的纵向位置。这可相对于换向点测量。换向点的具体轴向位置对于本发明是不重要的。对于本发明重要的是，中断点和换向点之间的空间距离。
在本说明书中使用的“恢复的点”或者“恢复点”意指：中断结束和气体流再次恢复时基管上的纵向位置。在一个实施方案中，中断的点和恢复的点在基管上的相同纵向位置。这可相对于换向点测量。对于本发明重要的是，恢复的点和换向点之间的空间距离。换向点的具体轴向位置对于本发明的效果并不重要。
在一个实施方案中，“沉积”可以认为是包括多个单独的“阶段”。这些阶段的每一阶段具有初始折射率值和最终折射率值。这些阶段的每一阶段包括在一定的时间期间在中空基管的内侧上沉积多层玻璃层。
附图说明
如下参考附图更详细地说明本发明，其中
图1示出对于基管和施加器的移动的示意图。
图2示出对于本发明所使用的设备(set up)的示意图。
图3示出根据本发明的初级预制品和现有技术的初级预制品的最大折射率相对于轴向位置的图。
具体实施方式
本发明涉及一种通过内部等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺制造光纤初级预制品的方法。
本方法包括以下步骤。
在第一步骤中，提供具有供给侧2和排出侧3的中空玻璃基管(图1和2，附图标记1)。该中空玻璃基管用于在基管内表面上的玻璃层的内部沉积。主气体管线(图2，附图标记11)和至少一个副气体管线(图2，附图标记12)与所述供给侧连接，并且优选地真空泵与所述排出侧连接。
在第二步骤中，气体流供给到所述中空基管的内部。该气体流经由所述基管的供给侧引入。所述气体流包括主气体流和至少一种副气体流。所述主气体流主要包含至少一种形成玻璃的气体。例如，所述主气体流包含氧和四氯化硅。例如，有两种副气体流。一种副气体流包含至少一种掺杂剂例如锗的前体(例如四氯化锗或二氯化锗的形式)。另一种副气体流包含至少一种掺杂剂例如氟的前体(例如C2F6的形式)。
在本发明方法的第三步骤中，在所述中空基管内部产生等离子体反应区。等离子体通过微波辐射产生。该等离子体反应区通过使形成玻璃的气体和任选地一种或多种掺杂剂前体反应，而提供适合于在所述中空基管的内表面上进行玻璃层的沉积的条件。换句话说，等离子体反应区是被基管内的等离子体占据的三维空间。本发明涉及在沉积工艺的特定期间中断至少一种掺杂剂前体流。在沉积工艺的最大部分中，即在每一行程的最大部分中，至少一种掺杂剂前体存在于形成玻璃的气体中。
在该第三步骤期间，反应区在两个换向点之间往复运动，这两个换向点各自位于基管末端处或者附近。这在仅用于说明性目的的图1中示意性示出。图1示出了基管1(其全部长度没有示出，仅示出两端)。施加器6(在两个位置6a和6b处示出)提供等离子体。应该注意的是，施加器同轴地存在于基管上，但出于清楚的原因，在该图中施加器与基管单独地示出。图2示出了同轴地存在于基管上的施加器。形成的等离子体与施加器一起沿着所述中空基管的纵轴往返移动。在供给侧附近的换向点7处的施加器的位置用附图标记6a示出，在排出侧附近的换向点8处的施加器的位置用附图标记6b示出。应该注意，只有一个施加器，但在该图中在两个单独的位置示出。该移动通过从供给侧到排出侧并且返回的箭头示出。该移动在位于所述中空基管1的供给侧(图1中的附图标记7)附近的换向点与位于排出侧(图1中的附图标记8)附近的换向点之间往复。
当从排出侧移动到供给侧时，在施加器到达中断点9时中断至少一种副气体流。施加器然后继续朝向换向点7移动。然后移动反转并且施加器开始离开换向点7朝向恢复点(在该情形中与中断点9相同)移动。一旦施加器经过点9，副气体流恢复。施加器继续朝向排出侧移动并且副气体流仍然流动。
当进一步从供给侧移动到排出侧时，在施加器到达中断点10(在具体实施方案中如果适用的话)时任选地中断副气体流。施加器然后继续朝向换向点8移动。然后移动反转并且施加器开始离开换向点8朝向恢复点(在该情形中与中断点10相同)移动。一旦施加器经过点10，副气体流恢复(如果其中断的话)。施加器继续再次朝向供给侧移动并且行程结束。
该往复运动进行数次(称为行程或冲程)，并且在每一行程或冲程期间沉积玻璃薄层。在沉积工艺以几个阶段进行的情形中，每一阶段包括多个冲程，例如1000至10,000，例如2000至4000个冲程。
在本发明工艺的该第三步骤的末尾，得到具有沉积在基管内表面上的所希望数目的玻璃层的基管。这时，沉积工艺停止。由此停止微波以及主气体流和任何副气体流。
在本发明的任选的第四步骤中，将由此得到的在内表面上具有沉积的玻璃层的基管进行收缩处理，以形成实心的初级预制品。在实心的预制品是本方法所希望的结果的情形下，该步骤是需要的。然而，可以设想将最终中空的预制品运输到另一个设备，在那里进行收缩步骤。在该收缩步骤过程中，通过使用外部热源例如加热炉或燃烧器将中空管加热至1800-2200℃的温度。在几个冲程或收缩行程中，中空管被加热并且自身收缩形成实心棒。
在本发明的任选的第五步骤中，可以例如通过外部气相沉积工艺或直接的玻璃沉积工艺(所谓的“外包层(overcladding)”)，或者通过使用提供在根据本发明方法得到的初级预制品的外表面上的一个或多个预成型的玻璃管，进一步从外部向初级预制品提供额外量的玻璃。该工艺被称为“套管”。由此得到被称为最终预制品的复合预制品。
从由此制得的其的一端被加热的最终预制品上，在拉伸塔上通过拉伸得到光纤。加固的(收缩的)预制品的折射率曲线对应于由该预制品拉伸的光纤的折射率曲线。
在深入研究后本发明人发现，粉尘环中掺杂剂的存在将增加粉尘环位置处裂化的变化。不需要受任何特定理论的束缚，我们设想这跟未掺杂的氧化硅和掺杂的氧化硅之间的膨胀系数差异有关。氧化锗掺杂的氧化硅具有低得多的熔点，并且在管运输到收缩设备期间不同玻璃在不同速率下的冷却造成应力。层之间的该应力或张力导致层的裂化。本发明人发现该不同的加热和冷却行为主要在粉尘环存在的区域造成问题。粉尘环已经在玻璃中提供了缺陷，这些与层的不同热行为一起将导致裂化。
不希望受任何特定理论的束缚，本发明人设想：在基管供给附近的等离子体的强度相对低，导致基管供给侧的内表面的温度相对低，这是出现粉尘沉积和裂化的一个主要原因。在排出侧积聚了掺杂的玻璃，导致额外的应力。粉尘环在图1中用附图标记4示出，高度掺杂的部分在图1中用附图标记5示出。
本发明人发现了本发明对于该问题的解决方案，并且深入研究表明该解决方案在减少裂化出现方面非常有效。
本发明的解决方案是在等离子体反应区位于中断点(图1中的附图标记9和10)与换向点(图1中的附图标记7和8)之间时，在沉积期间中断至少一种副气体流的供给。适用于本发明的设备的例子示于图2中。图2示出了基管1的供给侧，具有以箭头方向移动的施加器6。主气体流用附图标记11示出，用于其的气罐未示出。副气体流用附图标记12示出。副气体流包括阀13和质量流量控制器14以及气罐(未示出)。
当施加器在位于供给侧附近的换向点附近和/或在位于排出侧附近的换向点附近时，阀13关闭。换句话说，在本发明的工艺中，在施加器换向运动或者转向期间，中断副气体流的气体流动。本发明人现已由此发现上述裂化问题的新解决方案。
在一个实施方案中，副气体流掺杂剂的前体是锗。本发明人观察到当锗存在于玻璃层的粉尘环区域中时，裂化的变化极大增加，这是非常不希望的。
在另一个实施方案中，在步骤ii)中引入包含氟作为掺杂剂前体的第二副气体流。在沉积工艺的某些或全部阶段中，可能需要氟的存在以降低中空基管的该部分的折射率。
在另一个实施方案中，不中断包含氟的第二副气体流。不需要中断第二副气体流。然而，取决于情况，可能优选中断第一副气体流和第二副气体流的气体流动。
在另一个实施方案中，当等离子体反应区(或施加器)离换向点20-60毫米，优选离换向点30-50毫米时，中断副气体流。当测量该距离时，将等离子体反应区的前部(与换向点最近的等离子体区一侧)看作是测量的起始点。由此测量在等离子体反应区前部与换向点之间的距离。
取决于基管的长度，粉尘环的位置变化，因此距离开始中断的换向点的距离也有变化。取决于施加器的速度，中断的时间可能变化，但本发明人发现所述范围是特别有用的。中断的时机或位置被选择为落在对应于粉尘环的纵向位置。换句话说，技术人员可以在副气体流中断的时刻选择施加器的位置以与粉尘环的开始一致。
在本发明的一个实施方案中，将用于副气体流的额外的气体管线与基管的供给侧连接。通过阀，例如所谓的高速阀，该气体管线－用于供给前体掺杂剂前体－与形成玻璃的气体的供给系统连接。在本说明书中，高速阀是在100毫秒(ms)或更短内在打开位置与关闭位置之间切换的阀。其可以在主气体流进入基管空腔之前引入主气体流，或者其可以与主气体流单独地进入基管的空腔。
优选地，该阀设置在基管与设置于气罐后面的质量流量控制器(MFC)之间。质量流量控制器是用于测量和控制气体流量的仪器。其被设计和校正以在特定的流动速率范围内控制具体的气体类型。可以给予MFC在其全刻度范围的0-100％内的设置点，但其通常在全刻度的10-90％内工作，在其中实现最好的精度。MFC与阀之间的距离优选足够长，使得MFC与阀之间的气体管线可以充当缓冲。换句话说，当阀关闭时，MFC不会注意到任何差异并且仍然允许通过相同量的气体。该气体将积聚在MFC与阀之间的管线内部。该管线的体积被称为缓冲体积。在阀再次打开后，形成的缓冲(管线中积聚的气体)释放。因此，副气体的气体流动中断将不会导致引入的副气体的数量减少，而将主要导致添加形态(additionprofile)的差异。换句话说，流动速率波动。优选地，MFC与阀之间的管线长度为1-10米，优选5-7米。当管线使用1/2英寸(0.5”)的直径时，该长度特别有用。
在一个实施方案中，本发明人使用用于锗的低压质量流量控制器。该MFC对任何压降非常灵敏。在该情形下，足够的缓冲体积对于防止压降非常重要。如果缓冲体积过低，则MFC将受影响，这是不希望的。如果该体积过大，则MFC的反应将过慢。例如，缓冲体积可以为0.2-1.5升，优选0.3-0.8升，例如0.4-0.6，或0.5升。
技术人员将能够基于MFC的设定点来计算阀的孔口尺寸、阀被关闭的持续时间和使用的管线的直径、希望的管线长度以确保缓冲容量或缓冲体积最优。换句话说，技术人员将能够确定使气体流缓冲所需的体积。
用于供给等离子体-反应气体的阀可与具有一定开口尺寸的孔口连接。开口的尺寸对于阀上的压降有直接影响。为了获得低的压降，孔口的Kv值应该为至少0.022(m3n/h)。Kv值是用于流量的公制计量，其被定义为在5-40℃的温度与贯穿阀为1巴的压降下，以立方米/小时计的水的体积流量。
阀(或高速阀)可以任选地与控制器装置，即微型控制器连接，所述微型控制器测量施加器的位置并且控制阀打开的持续时间，并且以该方式控制位置和引入基管的气体的数量。
本发明不需要明显改变已经投入使用的仪器设置或设备。因此，本发明中所示问题的解决方案的实施是容易并且成本有效的。
在一个实施方案中，在每一行程期间提供一个或多个中断。然而，也可以确定不同的中断方案：其中阀只在某些行程中或者某些阶段中关闭，或者对于不同的行程和/或阶段而言在不同的位置打开或者打开不同的持续时间。
在一个实施方案中，如果基管在其两端固定或夹持在设备中的合适位置并且施加器(以及任选的加热炉)可沿着基管的纵轴移动，则是优选的。该结构特别有利，因为现有的PCVD设备可以简单的方式适配。也可以在沉积工艺过程中使基管旋转或者用惰性气体从外部冲洗，以防止加热炉颗粒沉积在基管的外侧。
施加器优选为圆柱形对称的并且环形形状，其包括环绕圆柱形轴而圆柱形对称延伸并且环形形状的空腔或共鸣器空间，该共鸣器空间包括环绕圆柱形轴绕圈延伸的缝隙，所述缝隙充当径向波导，微波能穿过该波导运输到等离子体。原则上，所述缝隙可以与空腔本身一样宽或者更小。
现在将基于一些实施例解释本发明，然而在这点上应该注意本发明决不限于这些实施例。
实施例
比较例
将基管供给到车床中。使用SiCl4、C2F6和O2的混合物作为主气体流和使用GeCl4作为副气体流，启动PCVD工艺。施加器在基管的长度上在基管的气体供给侧附近的换向点与基管的气体排出侧附近的换向点之间往复移动。在管中在移动的施加器的位置产生等离子体反应区，并且进行约10000次行程，副气体流没有任何中断。收缩后得到初级预制品。在由此得到的初级预制品的轴向长度上的极点(或最大)折射率以实线迹线示于图3中。
根据本发明的实施例
按照如上所述用于比较例的工艺。不同在于气体供给侧附近的换向点朝向气体供给侧转移50mm，和在施加器经过中断点(当朝向换向点移动时)与经过恢复点(当移动远离换向点)之间的时间内在每一行程中中断副气体流。中断点位于离气体供给侧附近的换向点50毫米处，并且恢复点位于离气体供给侧附近的换向点40毫米处。收缩后得到初级预制品。使用标准α拟合来拟合折射率，得到每一轴向位置的拟合的最大折射率。在由此得到的初级预制品的轴向长度上所述拟合的最大折射率以条纹线示于图3中。
图3描绘了示出两个单独线的图。第一条线(实线)是其中未使用本发明的方法的参照线。第二条线(虚线)是根据本发明方法的线。该图示出了相对于沿着基管长度的轴向(纵向)位置，纤芯拟合的最大折射率。
从图3中明显看出，折射率主要在供给侧附近的换向点区域中受到本方法的影响。在一定长度内，由于锗掺杂的前体中断，因此折射率显著较低。在本情形中，中断点和恢复点不与折射率回到参考值的点一致。这归因于积聚的前体气体必须从阀行进到等离子体反应区以作为掺杂剂引入玻璃，并且等离子体反应区约为250mm宽的事实。在这完成的时间内，等离子体反应区已经朝向排出侧略微移动，由此提供所述的滞后。观察到由此得到的初级预制品的合格长度(即符合要求并且批准用于进一步加工的长度)与根据比较例得到的合格长度相同。
本发明人用实验观察到在根据现有技术方法制造的初级预制品中可能出现严重的裂化，导致该预制品总损耗高达由此得到的初级预制品的10％。在根据本发明制造的初级预制品中裂化几乎完全消除。
因此，实现了上述本发明的一个或多个目的。本发明的更多实施方案在附属的权利要求书中描述。

Claims (10)

1.一种通过内部等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺制造光纤用初级预制品的方法，所述方法包括以下步骤：
i)提供具有供给侧和排出侧的中空玻璃基管；
ii)经由所述中空玻璃基管的供给侧将气体流供给到所述中空玻璃基管的内部，所述气体流包括包含至少一种形成玻璃的气体的主气体流，和包含至少一种掺杂剂前体的至少一种副气体流；
iii)在所述中空玻璃基管内部通过微波辐射产生等离子体反应区，以在所述中空玻璃基管的内表面上进行玻璃层的沉积，所述反应区沿着所述中空玻璃基管的纵轴在位于所述中空玻璃基管的供给侧附近的换向点与位于排出侧附近的换向点之间往返移动，以得到在其内表面上沉积有玻璃层的基管；
iv)任选地将步骤iii)中得到的在内表面上沉积有玻璃层的基管进行收缩处理，以形成实心初级预制品；
所述方法的特征在于：在步骤iii)期间当等离子体反应区的位置在位于供给侧附近的换向点和/或位于排出侧附近的换向点的附近或者所述换向点时，中断所述至少一种副气体流的供给。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述副气体流的掺杂剂前体是锗、铝、磷或硼的前体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述掺杂剂前体是四氯化锗或二氯化锗。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述掺杂剂前体是四氯化锗。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中在步骤ii)中引入第二副气体流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二副气体流包含氟作为掺杂剂前体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中不中断所述包含氟的第二副气体流。
8.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中当所述等离子体反应区到达中断点时中断所述副气体流，并且当所述等离子体反应区到达恢复点时再恢复，所述中断点为中断开始时所述基管上的纵向位置，所述恢复点为中断结束和气体流再次恢复时所述基管上的纵向位置，并且所述中断点距离所述换向点20-100毫米，所述恢复点距离所述换向点20-100毫米。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述中断点距离所述换向点30-60毫米。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述恢复点距离所述换向点为30-60毫米。
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