CN109608031B - 一种pcvd工艺制备光纤预制棒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，用纯石英玻璃衬管为基管，经清洗干燥后，装夹于PCVD沉积机床上，基管穿过微波谐振腔并置于保温炉内，两端由旋转夹头装夹，保温炉提供800~1200℃的沉积环境温度，谐振腔产生高频功率沿基管轴向往复移动进行PCVD沉积，参与沉积的混合气体持续从基管的一端进入管内，基管的另一端为出气端，出气端通过管道连接真空泵，沉积完成后，将沉积完衬管进行熔缩得到实心预制棒，其特征在于所述的沉积前的基管内孔全部或部分为锥孔段。本发明实施简便，实用性强，能弥补管内沉积物质分布差异导致的PCVD沉积不均匀，提高光纤预制棒轴向参数均匀性，从而提升光纤性能。

Description

一种PCVD工艺制备光纤预制棒的方法
技术领域
本发明涉及一种光纤预制棒的制备方法，具体涉及一种PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，属于光纤制造技术领域。
背景技术
随着光纤市场与应用技术的发展，对光纤指标要求越来越高，光纤性能一致性愈加重要，光纤性能主要取决于光纤预制棒的参数，光纤预制棒的轴向参数波动直接影响光纤性能一致性，因此必须提高光纤预制棒轴向参数均匀性。
PCVD工艺沉积制备光纤预制棒，每一层沉积层厚度可控制在微米级，能非常精确控制折射率剖面分布，预制棒轴向参数均匀性也可以有效优化。但PCVD工艺作为管内法的一种，混合气体在管内由进气端向出气端运动，管内轴向分布上各点的组分、压力、密度存在细微差异，从而影响预制棒轴向参数一致性，随着大直径、高沉积速率的预制棒制备，这种影响更加明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足提供一种PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，它能弥补管内沉积物质分布差异导致的PCVD沉积不均匀，提高光纤预制棒参数轴向均匀性。
本发明的为解决上述提出的问题所采用的技术方案如下：
用纯石英玻璃衬管为基管，经清洗干燥后，装夹于PCVD沉积机床上，基管穿过微波谐振腔并置于保温炉内，两端由旋转夹头装夹，保温炉提供800～1200℃的沉积环境温度，谐振腔产生高频功率沿基管轴向往复移动进行PCVD沉积，参与沉积的混合气体持续从基管的一端进入管内，基管的另一端为出气端，出气端通过管道连接真空泵，沉积完成后，将沉积完衬管进行熔缩得到实心预制棒，其特征在于所述的沉积前的基管内孔全部或部分为锥孔段。
按上述方案，所述的基管内孔为部分锥孔段，包括等径直孔段和锥孔段，所述的等径直孔段位于基管内孔的进气端，锥孔段从等径直孔段终端延伸至基管内孔的出气端。
按上述方案，所述的混合气体用于沉积掺氟为主的沉积层时，锥孔段的小端在前，大端在后位于出气端。
按上述方案，所述的混合气体用于沉积掺锗为主的沉积层时，锥孔段的大端在前，小端在后位于出气端。
按上述方案，所述的锥孔段的锥孔锥度比为1︰1000～1500。
按上述方案，所述的基管外径为31～36mm，内径为25～32mm，管长1.5～1.8m。
按上述方案，所述的等径直孔段轴向长度为50～500mm。
按上述方案，所述的微波谐振腔产生3kw-6kw的高频沉积功率；谐振腔相对基管做轴向往复运动，移动速度12～30m/min，沉积时控制基管内的压力为8～18mbar。
按上述方案，所述的混合气体包括有四氯化硅蒸气、四氯化锗蒸气、纯氧气以及氟利昂蒸气。
按上述方案，所述的纯石英玻璃衬管管外径和内孔同轴线。
本发明的有益效果在于：1、通过将内孔部分均匀变化的纯石英玻璃衬管做基管，弥补了混合气体在管内因分布状态细微差异导致的PCVD沉积不均匀，优化了光纤预制棒轴向参数均匀性，进一步提高了PCVD沉积精度，从而提升光纤性能；2、本发明制备操作流程和其它工艺参数与内径相同衬管的工艺相一致，实施简便，无需设备改进，适用性强。
附图说明
图1是本发明石英玻璃衬管一个实施例正剖视图。
图2是本发明一个实施例的芯棒折射率剖面示意图。
图3是本发明石英玻璃衬管另一个实施例正剖视图。
图4是本发明另一个实施例的芯棒折射率剖面的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
为方面介绍实施例内容，定义如下术语：
D:石英玻璃衬管外径，单位为毫米(mm)；
d1:进气端衬管内径，单位为毫米(mm)；
d2:出气端衬管内径，单位为毫米(mm)；
L0:石英玻璃衬管长度，单位为毫米(mm)；
L:锥孔部分长度，单位为毫米(mm)；
相对折射率差Δni：
Figure BDA0001973717180000021
其中ni和n0，i＝1,2,3...ni和n0分别为两种玻璃材料的折射率，在本发明中，n0为纯石英玻璃折射率；
折射率分布指数g：
渐变多模芯棒折射率n(r)分布满足下列公式
Figure BDA0001973717180000031
其中n1为芯层轴心的折射率，r为离开芯层轴心的距离，r0为渐变多模芯棒芯层半径，Δ渐变多模为芯/包相对折射率，g为分布幂指数。
本发明第一个实施例如图1、2所示，纯石英玻璃衬管的外径D为31mm，管长L0为1.5米，进气端内径d1为25～26mm，出气端内径d2为26～27mm，基管内孔为部分锥孔段，前小后大，锥孔段长度L为1.0～1.1米，进行PCVD沉积，制备得到光纤预制棒长1米，预制棒折射率剖面如图2所示，为阶跃型分布，其中芯棒最外层为衬管形成的纯石英玻璃包层，向内为沉积的高掺氟内包层，相对折射率Δn2为-1.0～-1.5％，再向内为沉积的纯石英或掺锗芯层，相对折射率Δn1为0～0.3％，内包层直径和芯层直径比值在1.05～3之间。
比较例：使用外径D为31mm，管长L0为1.5米，进气端与出气端内径一致，内径25～27mm的纯石英玻璃衬管，相同工艺条件与操作流程下，进行PCVD沉积，制备得到光纤预制棒棒长1米，预制棒折射率剖面也如图2。
针对使用内径均匀变化与内径一致衬管所制得1米长的预制棒，轴向上从距棒一端50mm开始，每100mm测试预制棒芯层直径、内包层直径、内包层相对折射率Δn2；结果对比，使用内径锥孔的衬管在预制棒轴向上的数据的标准偏差均小于等于使用内径一致衬管的预制棒结果，预制棒参数轴向均匀性得到提高。
制备预制棒部分工艺参数对比如下表1：
表1.实施例1预制棒制备部分工艺参数
Figure BDA0001973717180000032
内径一致衬管制备预制棒轴向多点测试参数结果如下表2：
表2.实施例1内径一致衬管制备预制棒多点测试参数结果
Figure BDA0001973717180000033
Figure BDA0001973717180000041
内径部分为锥孔段的衬管制备预制棒轴向多点测试参数结果如下表3：
表3.实施例1内径均匀变化衬管制备预制棒多点测试参数结果
Figure BDA0001973717180000042
本发明第二个实施例如图3、4所示，纯石英玻璃衬管的外径D为36mm，管长L0为1.2米，进气端内径d1为32～31mm，出气端内径d2为31～30mm，基管内孔为部分锥孔段，前大后小，锥孔段长度L为1.1～1.2米，进行PCVD沉积，制备得到光纤预制棒长1米，预制棒折射率剖面如图4所示，其中预制棒最外层为衬管形成的纯石英玻璃外包层，向内沉积的纯石英或氟锗共掺的内包层，相对折射率Δn2为-0.1～0.1％，最内为掺锗或氟锗共掺的渐变折射率芯层，最大相对折射率Δn1为0.8～2.1％，分布幂指数g为1.8～2.2％，该预制棒包层直径和芯层直径之比在1.2～1.6之间。
比较例：使用外径D为36mm，管长L0为1.2米，进气端与出气端内径一致，内径30～31mm的纯石英玻璃衬管，相同工艺条件与操作流程下，进行PCVD沉积，制备得到光纤预制棒棒长1米，预制棒折射率剖面也如图4。
针对使用内径均匀变化与内径一致衬管所制得1米长的预制棒，轴向上从距棒一端50mm开始，每100mm测试预制棒芯层直径、外包层直径、芯层相对折射率Δn1、分布幂指数g；结果对比，使用内径锥孔衬管在预制棒轴向上的数据的标准偏差均小于等于使用内径一致衬管的预制棒结果，预制棒参数轴向均匀性有提高。
制备预制棒部分工艺参数对比如下表2：
表4.实施例2预制棒制备部分工艺参数
Figure BDA0001973717180000051
内径一致衬管制备预制棒轴向多点测试参数结果如下表5：
表5.实施例2内径一致衬管制备预制棒多点测试参数结果
Figure BDA0001973717180000052
内径部分为锥孔段的衬管制备预制棒轴向多点测试参数结果如下表6：
表6.实施例2内径均匀变化衬管制备预制棒多点测试参数结果
Figure BDA0001973717180000053
Figure BDA0001973717180000061

Claims (8)

1.一种PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，用纯石英玻璃衬管为基管，经清洗干燥后，装夹于PCVD沉积机床上，基管穿过微波谐振腔并置于保温炉内，两端由旋转夹头装夹，保温炉提供800～1200℃的沉积环境温度，谐振腔产生高频功率沿基管轴向往复移动进行PCVD沉积，参与沉积的混合气体持续从基管的一端进入管内，基管的另一端为出气端，出气端通过管道连接真空泵，沉积完成后，将沉积完衬管进行熔缩得到实心预制棒，其特征在于所述的沉积前的基管内孔全部或部分为锥孔段；所述的锥孔段的锥孔锥度比为1︰1000～1500；所述的基管外径为31～36mm，内径为25～32mm，管长1.5～1.8m，基管外径为等直径。
2.按权利要求1所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的基管内孔为部分锥孔段，包括等径直孔段和锥孔段，所述的等径直孔段位于基管内孔的进气端，锥孔段从等径直孔段终端延伸至基管内孔的出气端。
3.按权利要求1或2所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的混合气体用于沉积掺氟为主的沉积层时，锥孔段的小端在前，大端在后位于出气端。
4.按权利要求1或2所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的混合气体用于沉积掺锗为主的沉积层时，锥孔段的大端在前，小端在后位于出气端。
5.按权利要求1或2所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的等径直孔段轴向长度为50～500mm。
6.按权利要求1或2所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的微波谐振腔产生3kw-6kw的高频沉积功率；谐振腔相对基管做轴向往复运动，移动速度12～30m/min，沉积时控制基管内的压力为8～18mbar。
7.按权利要求1或2所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的混合气体包括有四氯化硅蒸气、四氯化锗蒸气、纯氧气以及氟利昂蒸气。
8.按权利要求1或2所述的PCVD工艺制备光纤预制棒的方法，其特征在于所述的纯石英玻璃衬管管外径和内孔同轴线。
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