CN111646689A - 一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：a)采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体；芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；所述芯层松散体的密度为1.0～1.25g/cm3，内包层松散体的密度为0.1～0.6g/cm3；b)将步骤a)得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒；芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成；所述芯层的密度大于等于1.3g/cm3，内包层的密度小于等于0.8g/cm3；c)将步骤b)得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。该制备方法通过控制芯层不同阶段的密度，使脱水时氯气能够进入芯层与羟基反应，后续掺氟时氟无法进入芯层，从而解决纯二氧化硅芯光纤预制棒羟基含量偏高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光纤预制棒技术领域，更具体地说，是涉及一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法。
背景技术
拉制光纤的原材料光纤预制棒，其基本结构包括芯层以及具有更低折射率的包层。SiO2是用来制造光纤预制棒主要的玻璃形成体，通过掺杂可以改变其折射率从而形成波导结构。一般在芯层中掺入GeO2，使芯层的折射率高于包层纯石英玻璃的折射率。芯层和包层折射率的相对差值采用相对折射率差Δ来表示，芯层和包层的折射率分别为n1和n2，Δ值由式(1)给出：
有时为了增加光纤的抗弯曲性能，需要通过增加光纤芯层中的GeO2含量来增大Δ值，但随着GeO2含量的提高，会导致光纤瑞利散射的增加；如果掺入的GeO2含量过高，就容易形成GeO气体，随之产生气泡；这对于最终光纤的传输性能和强度都是不利的。由于上述原因，可以通过降低包层的折射率来提高Δ值，掺入B2O3和氟都可以降低折射率。然而，B2O3在1.2μm存在较大的拖尾吸收，不利于损耗的降低，因此，最好采用掺氟来降低包层的折射率。为了获得同样的相对折射率差Δ，通过包层掺氟，可以减少芯层的GeO2含量甚至不掺GeO2，从而进一步减小因掺杂而导致的瑞利散射。
目前，制造光纤预制棒的方法包括管内法(MCVD和PCVD)以及管外法(VAD和OVD)，其中，管外法不受衬管尺寸的限制，沉积速度快，生产效率高，适合于大尺寸光纤预制棒的规模化生产。已经知道，采用火焰水解法可以将气态含氟化合物在沉积时加入石英玻璃中，但该方法存在沉积效率和掺杂浓度低的缺点。
针对以上问题，专利号为US4629485的美国专利公开了一种光纤预制棒松散体玻璃化掺氟的方法，将气相沉积好的含有孔隙的松散体放入玻璃化炉内加热，通入氟化物气体流过松散体表面并使其充分扩散进入松散体，最后将松散体玻璃化成透明的掺氟玻璃，具体步骤为：首先沉积纯SiO2松散体，然后将松散体放入玻璃化炉进行脱水玻璃化，接着将玻璃化后的芯棒进行延伸，再采用OVD法在延伸后的纯二氧化硅芯棒上沉积外包层，沉积得到的松散体在玻璃化炉内脱水后，通入氟化物气体，再经过玻璃化后得到包层掺氟的预制棒。该方法掺氟速度快且掺杂浓度高，然而经该方法制造的光纤预制棒芯层羟基含量偏高，拉制的光纤1383nm波长的传输损耗达到2dB/km以上。其原因在于：(1)玻璃化后的纯二氧化硅芯棒在延伸过程中表面被OH-污染，OH-在高温下扩散进入芯棒；(2)延伸后的芯棒经火焰水解反应沉积包层，水解反应产生的OH-在后续的高温环境(玻璃化和拉丝)下扩散进入芯层。为了减小OH-的污染，生产芯棒时，不仅制造芯层也制造部分包层；并且采用火焰水解法外包制造低水峰光纤预制棒时必须将包芯比(芯棒包层直径与芯层直径的比值)控制在4.0以上。但是，由此所带来的问题是：由于沉积好的芯棒的芯层和包层都是含有大量孔隙的松散体，玻璃化掺氟时，氟不但扩散进入包层，而且也进入芯层，造成氟难以选择性地掺入包层形成折射率剖面结构。
为此专利号为US4610709的美国专利提出了在VAD沉积时将芯棒的芯包界面处的密度增大，在玻璃化掺氟时，氟仅扩散进入芯棒的内包层而无法扩散进入芯层。但是，该方法虽然避免了氟扩散进入芯层，也造成了脱水时氯气无法进入芯层，从而使芯层的羟基含量急剧增大，拉制的光纤1383nm水峰吸收能高达100dB/km以上。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，本发明提供的制备方法通过控制芯层的初始密度，使脱水时氯气能够进入芯层与羟基反应，之后通过预烧结步骤，增大芯层的密度使后续掺氟时氟无法进入芯层，从而形成纯二氧化硅芯结构，最终解决纯二氧化硅芯光纤预制棒羟基含量偏高的问题。
本发明提供了一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
a)采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体；所述芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；所述芯层松散体的密度为1.0g/cm3～1.25g/cm3，所述内包层松散体的密度为0.1g/cm3～0.6g/cm3；
b)将步骤a)得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒；所述芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成；所述芯层的密度大于等于1.3g/cm3，所述内包层的密度小于等于0.8g/cm3；
c)将步骤b)得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。
优选的，步骤a)中所述气相轴向沉积法的过程具体为：
采用VAD装置，首先将种棒垂直固定在夹具上；然后将原料气体SiCl4输送至氢氧焰喷灯燃烧，在氢氧焰的高温下进行水解反应，产生大量的SiO2颗粒沉积到种棒上；利用芯层喷灯向种棒的中心部位喷射火焰在种棒的末端形成芯层松散体，利用包层喷灯向种棒的周围部分喷射火焰在上述芯层上形成内包层松散体，同时种棒不断向上提升和旋转，得到芯棒松散体。
优选的，所述芯层喷灯的SiCl4流量为10g/min～20g/min，包层喷灯的SiCl4流量为50g/min～70g/min；
所述芯层喷灯的沉积温度为1250℃～1450℃。
优选的，步骤b)中所述脱水的过程具体为：
采用玻璃化炉，首先将芯棒松散体以2rpm～8rpm的旋转速度逐渐下降进入温度为1000℃～1300℃的高温区；然后通入Cl2和He进行脱水，以除去芯棒松散体中的OH-。
优选的，所述Cl2的流量为0.5L/min～1.5L/min，所述He的流量为10L/min～30L/min；
所述脱水的时间为8h～12h。
优选的，步骤b)中所述预烧结的温度为1150℃～1400℃，移动速度为1mm/min～15mm/min。
优选的，步骤b)中所述掺氟的通入气体为含氟气体和He，其中含氟气体的流量为0.1L/min～3L/min，He的流量为0.4L/min～12L/min；
所述掺氟的温度为1100℃～1300℃，时间为0.5h～5h。
优选的，步骤b)中所述玻璃化的温度为1400℃～1600℃，时间为0.5h～8h。
优选的，步骤c)中所述包覆外包层的过程具体为：
首先采用OVD沉积车床在芯棒的周围部分沉积外包层松散体，然后放入玻璃化炉内依次进行脱水、掺氟和玻璃化，得到芯层为纯SiO2、内包层和外包层均掺氟的光纤预制棒。
优选的，所述掺氟的通入气体为含氟气体和He，其中含氟气体的流量为0.075L/min～2.25L/min，He的流量为0.425L/min～12.75L/min。
本发明提供了一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：a)采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体；所述芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；所述芯层松散体的密度为1.0g/cm3～1.25g/cm3，所述内包层松散体的密度为0.1g/cm3～0.6g/cm3；b)将步骤a)得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒；所述芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成；所述芯层的密度大于等于1.3g/cm3，所述内包层的密度小于等于0.8g/cm3；c)将步骤b)得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。与现有技术相比，本发明提供的制备方法通过控制芯层的初始密度，使脱水时氯气能够进入芯层与羟基反应，之后通过预烧结步骤，增大芯层的密度使后续掺氟时氟无法进入芯层，从而形成纯二氧化硅芯结构，最终解决纯二氧化硅芯光纤预制棒羟基含量偏高的问题。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒拉制成光纤，其1550nm的衰减为0.175dB/km，1310nm的衰减为0.35dB/km，1383nm的衰减为0.51dB/km，而现有技术(US4610709)拉制的光纤1383nm水峰吸收能高达100dB/km以上；并且光纤其他各项性能满足实际应用需求，其包层直径为125.1μm，芯/包同心度误差为0.15μm，包层不圆度为0.07％，模场直径(1550nm)为12.3μm，光纤截止波长为1483nm，色散系数(1550nm)为20.5ps/(nm·km)。
另外，本发明提供的制备方法各工艺步骤的条件易于控制，整体稳定性好，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制备方法制备得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒的截面示意图；
图2为本发明实施例提供的制备方法中VAD装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的制备方法中玻璃化炉的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的制备方法中预烧结前后芯层松散体和内包层松散体的密度变化示意图；
图5为本发明实施例提供的制备方法得到的芯棒的折射率剖面示意图；
图6为本发明实施例提供的制备方法得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒的折射率剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
a)采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体；所述芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；所述芯层松散体的密度为1.0g/cm3～1.25g/cm3，所述内包层松散体的密度为0.1g/cm3～0.6g/cm3；
b)将步骤a)得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒；所述芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成；所述芯层的密度大于等于1.3g/cm3，所述内包层的密度小于等于0.8g/cm3；
c)将步骤b)得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。
本发明首先采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体。在本发明中，所述气相轴向沉积法的过程优选具体为：
采用VAD装置，首先将种棒垂直固定在夹具上；然后将原料气体SiCl4输送至氢氧焰喷灯燃烧，在氢氧焰的高温下进行水解反应，产生大量的SiO2颗粒沉积到种棒上；利用芯层喷灯向种棒的中心部位喷射火焰在种棒的末端形成芯层松散体，利用包层喷灯向种棒的周围部分喷射火焰在上述芯层上形成内包层松散体，同时种棒不断向上提升和旋转，得到芯棒松散体。本发明对所述VAD装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的VAD装置即可。
在本发明中，所述芯层喷灯的SiCl4流量优选为10g/min～20g/min，更优选为12g/min～15g/min；所述包层喷灯的SiCl4流量优选为50g/min～70g/min，更优选为55g/min～65g/min。
在本发明中，所述芯层喷灯的沉积温度优选为1250℃～1450℃，更优选为1300℃～1400℃。本发明采用上述沉积温度，能够使所述芯层松散体的密度达到控制要求。
在本发明中，所述芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；其中，所述芯层松散体的密度为1.0g/cm3～1.25g/cm3，优选为1.2g/cm3；所述内包层松散体的密度为0.1g/cm3～0.6g/cm3，优选为0.2g/cm3～0.4g/cm3。在本发明中，当松散体的密度达到1.3g/cm3以上时，脱水和玻璃化时氯气以及含氟气体无法扩散进去；本发明沉积过程中通过提高芯层松散体的沉积温度使芯层松散体的密度高于内包层松散体的密度，芯层松散体的密度控制在1.0g/cm3～1.25g/cm3；所以芯棒松散体在脱水时，由于芯层松散体的初始密度在1.3g/cm3以下，氯气等脱水剂可以进入芯层松散体与羟基反应；芯层松散体的密度越低，脱水效率越高，可以缩短脱水时间，提高生产效率；但芯层松散体的密度过低，掺氟后，由于芯包密度差较小，氟扩散进入芯层松散体和内包层松散体的浓度差也会变小，从而造成芯包折射率差过小无法形成波导结构。在本发明中，所述内包层松散体的初始密度控制在0.1g/cm3～0.6g/cm3，优选控制在0.2g/cm3～0.4g/cm3，这样有利于掺杂高浓度的氟；内包层松散体的密度太高，则无法有效形成芯包折射率差；而内包层松散体的密度低到一定程度后，松散体容易开裂。
得到所述芯棒松散体后，本发明将得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒。
在本发明中，所述脱水的过程优选具体为：
采用玻璃化炉，首先将芯棒松散体以2rpm～8rpm的旋转速度逐渐下降进入温度为1000℃～1300℃的高温区；然后通入Cl2和He进行脱水，以除去芯棒松散体中的OH-；
更优选为：
采用玻璃化炉，首先将芯棒松散体以4rpm～6rpm的旋转速度逐渐下降进入温度为1100℃～1200℃的高温区；然后通入Cl2和He进行脱水，以除去芯棒松散体中的OH-。本发明对所述玻璃化炉没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的可用于脱水、预烧结、掺氟和玻璃化的玻璃化炉即可。在本发明中，所述高温区指玻璃化炉的加热器加热形成的最高温度区间。
在本发明中，所述脱水的过程通过通入Cl2和He自下而上流过芯棒松散体表面进行；其中，所述He为稀释气体。在本发明中，所述Cl2的流量优选为0.5L/min～1.5L/min，更优选为1L/min；所述He的流量优选为10L/min～30L/min，更优选为20L/min。在本发明中，所述脱水的时间优选为8h～12h，更优选为10h。
在本发明中，所述预烧结的过程同样在上述玻璃化炉中进行，脱水后将玻璃化炉的高温区进行升温至预烧结温度；所述预烧结的温度优选为1150℃～1400℃，更优选为1200℃～1250℃；所述预烧结的移动速度(芯棒松散体再次下降进入高温区)优选为1mm/min～15mm/min，更优选为2mm/min～8mm/min。
本发明在脱水后，为了防止后续掺氟时氟扩散进入芯层松散体，增加了预烧结步骤，其作用是通过加热收缩松散体从而增大芯层松散体的密度，使其达到1.3g/cm3以上，从而确保掺氟时氟仅扩散进入内包层松散体而无法进入芯层松散体。在本发明中，当预烧结的温度较低时，如1150℃，为了使芯层松散体的密度增大，需要尽可能地降低移动速度，如1mm/min；而当预烧结的温度较高时，如1400℃，则需增大移动速度，如15mm/min，以防止内包层松散体的密度变得过大，致使氟无法扩散进入内包层松散体或者扩散进入内包层松散体的氟过少达不到所需的芯包折射率差。
在本发明中，所述掺氟的过程同样在上述玻璃化炉中通过通入气体自下而上流过芯棒松散体表面进行；所述掺氟的通入气体优选为含氟气体和He；其中，所述含氟气体选自SiF4、CF4、SF6、C2F6、C2F2Cl2、F2、C3F8、NF3、SOF2和SO2ClF中的一种或多种，更优选为CF4；所述He为稀释气体。
在本发明中，所述含氟气体的流量优选为0.1L/min～3L/min，更优选为0.5L/min～2L/min；所述He的流量优选为0.4L/min～12L/min，更优选为2L/min～8L/min；保证所述含氟气体的流量占气体总流量的3％～15％。
在本发明中，所述掺氟的温度优选为1100℃～1300℃，更优选为1200℃；所述掺氟的时间优选为0.5h～5h，更优选为2h～4h。在本发明中，掺氟的温度过低，则氟扩散速度慢，生产效率低；而掺氟的温度过高，则会使松散体进一步收缩，密度增大，影响氟扩散的均匀性，甚至氟无法扩散到达芯包界面附近；掺氟的时间应满足使氟充分地扩散进入芯棒松散体的内包层松散体，并均匀地分布在内包层松散体中；本发明采用上述掺氟的过程使氟充分扩散进入内包层松散体中。
在本发明中，所述玻璃化的温度优选为1400℃～1600℃，更优选为1500℃；所述玻璃化的时间优选为0.5h～8h，更优选为2h～6h。在本发明中，由于松散体中掺入了氟，可以使玻璃化温度有所降低。
玻璃化完成后得到实心透明的芯棒，芯棒的t/a(内包层直径与芯层直径的比值)优选为3.0～6.0，更优选为3.5～4.5。在本发明中，所述芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成。
得到所述芯棒后，本发明将得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。在本发明中，所述包覆外包层的过程优选具体为：
首先采用OVD沉积车床在芯棒的周围部分沉积外包层松散体，然后放入玻璃化炉内依次进行脱水、掺氟和玻璃化，得到芯层为纯SiO2、内包层和外包层均掺氟的光纤预制棒。本发明对所述OVD沉积车床没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的能够将芯棒作为外包层松散体沉积的靶棒安装的OVD沉积车床即可。
在本发明中，所述包覆外包层的过程中所述的脱水、掺氟和玻璃化的具体过程优选在玻璃化炉中进行，与上述技术方案中所述的具体过程基本相同，区别在于：所述掺氟的通入气体中含氟气体的流量优选为0.075L/min～2.25L/min，He的流量优选为0.425L/min～12.75L/min；从而使所述含氟气体的流量占气体总流量的2％～10％，略低于之前的水平，从而使外包层的折射率略高于内包层的折射率。在本发明中，其他具体过程在此不再赘述。
本发明提供的制备方法通过控制芯层的初始密度，使脱水时氯气能够进入芯层与羟基反应，之后通过预烧结步骤，增大芯层的密度使后续掺氟时氟无法进入芯层，从而形成纯二氧化硅芯结构，最终解决纯二氧化硅芯光纤预制棒羟基含量偏高的问题。另外，本发明提供的制备方法各工艺步骤的条件易于控制，整体稳定性好，具有较好的应用前景。
本发明提供了一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：a)采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体；所述芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；所述芯层松散体的密度为1.0g/cm3～1.25g/cm3，所述内包层松散体的密度为0.1g/cm3～0.6g/cm3；b)将步骤a)得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒；所述芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成；所述芯层的密度大于等于1.3g/cm3，所述内包层的密度小于等于0.8g/cm3；c)将步骤b)得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。与现有技术相比，本发明提供的制备方法通过控制芯层的初始密度，使脱水时氯气能够进入芯层与羟基反应，之后通过预烧结步骤，增大芯层的密度使后续掺氟时氟无法进入芯层，从而形成纯二氧化硅芯结构，最终解决纯二氧化硅芯光纤预制棒羟基含量偏高的问题。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒拉制成光纤，其1550nm的衰减为0.175dB/km，1310nm的衰减为0.35dB/km，1383nm的衰减为0.51dB/km，而现有技术(US4610709)拉制的光纤1383nm水峰吸收能高达100dB/km以上；并且光纤其他各项性能满足实际应用需求，其包层直径为125.1μm，芯/包同心度误差为0.15μm，包层不圆度为0.07％，模场直径(1550nm)为12.3μm，光纤截止波长为1483nm，色散系数(1550nm)为20.5ps/(nm·km)。
另外，本发明提供的制备方法各工艺步骤的条件易于控制，整体稳定性好，具有较好的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例
本发明实施例提供的制备方法制备得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒的截面示意图参见图1所示。所述纯二氧化硅芯光纤预制棒由沉积后的松散体玻璃化而形成；该预制棒由芯棒1和外包层4组成，其中芯棒1包含芯层2和内包层3；芯层2的折射率高于内包层3和外包层4的折射率，从而形成波导结构。为了确保光纤具有优良的光学性能，生产芯棒1时，不仅要制造芯层2也必须制造部分包层(内包层3)。
具体制备方法如下：
(1)采用VAD制造芯棒松散体1：
如图2所示，VAD装置5包括反应腔6，用于沉积玻璃粉尘的芯层喷灯7和包层喷灯8，用于固定种棒9的夹具10，用于使种棒9旋转和提升的部件11，补风口12和排风口13。沉积前将种棒9垂直地固定在夹具10上；然后将原料气体SiCl4输送至氢氧焰喷灯燃烧，在氢氧焰的高温下进行水解反应，产生大量的SiO2颗粒沉积到种棒9上；利用芯层喷灯7向种棒9的中心部位喷射火焰在种棒9的末端形成芯层2，利用包层喷灯8向种棒9的周围部分喷射火焰在芯层2上形成内包层3，其中，芯层喷灯7的SiCl4流量为13g/min～14g/min，包层喷灯8的SiCl4流量为60g/min；沉积时控制芯层喷灯7的沉积温度为1300℃～1400℃，从而增大芯层松散体2的密度，使芯层松散体2的密度达到1.2g/cm3；内包层松散体3的密度为0.3g/cm3；种棒9不断地向上提升和旋转，从而得到外径均匀的松散体；沉积结束后芯棒松散体1的外径为150mm，长度为700mm。
(2)将步骤(1)得到的芯棒松散体1下降到玻璃化炉中进行脱水玻璃化：
如图3所示，玻璃化炉由加热体15加热纯石英炉芯管14形成高温区；芯棒松散体1的旋转速度为5rpm，并逐渐下降进入高温区；然后通入Cl2和He脱水，以除去芯棒松散体1中的OH-；脱水气体从供气口16进入玻璃化炉，并由下而上(箭头18)流过芯棒松散体1表面，然后从玻璃化炉排气口17流出；Cl2和He的流量分别为1L/min和20L/min，脱水温度为1100℃，脱水时间为10h。
脱水后进行预烧结，将炉温升至1230℃，芯棒松散体1再次下降进入高温区，移动速度为5mm/min，使芯棒松散体1加热收缩。
预烧结结束后，从供气口16通入CF4气体和He流过芯棒松散体1表面(箭头18)进行松散体掺氟；掺氟的温度为1200℃，CF4气体占气体总流量的10％，具体为1L/min，掺氟的时间为3h，从而使氟充分扩散进入内包层松散体3中；芯棒的芯层松散体2由于预烧结加热收缩，密度从1.2g/cm3增大为1.3g/cm3，同时内包层松散体3的密度从0.3g/cm3增大为0.6g/cm3，如图4所示。因此氟化物气体扩散进入内包层松散体3，但无法扩散进入芯层松散体2。
接着通入He进行玻璃化；玻璃化的温度为1500℃，玻璃化的时间为4h。
玻璃化完成后，经PK2600综合测试仪测试，芯棒1的折射率剖面如图5所示，其中，a为芯棒的芯层直径，t为芯棒直径；Δ值为0.32％。
(3)芯棒1经过延伸后作为外包层松散体4沉积的靶棒安装到OVD车床上沉积SiO2外包层松散体4，并再次放入玻璃化炉内进行步骤(2)的脱水、掺氟(CF4气体占气体总流量的5％，从而使外包层的折射率略高于内包层的折射率)以及玻璃化，最后得到芯层2为纯SiO2，内包层3和外包层4掺氟的透明光纤预制棒，其折射率剖面如图6所示，其中D为预制棒直径。
经PK2600综合测试仪测试，本发明实施例提供的制备方法制备得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒的折射率剖面如图6所示。将该预制棒拉制成光纤，其1550nm的衰减为0.175dB/km，1310nm的衰减为0.35dB/km，1383nm的衰减为0.51dB/km；光纤包层直径为125.1μm，芯/包同心度误差为0.15μm，包层不圆度为0.07％，模场直径(1550nm)为12.3μm，光纤截止波长为1483nm，色散系数(1550nm)为20.5ps/(nm·km)。
综上所述，羟基含量对应水峰吸收，本发明实施例提供的制备方法制备得到的纯二氧化硅芯光纤预制棒拉制的光纤1383nm水峰吸收低于0.8dB/km，而现有技术(US4610709)拉制的光纤1383nm水峰吸收能高达100dB/km以上。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种纯二氧化硅芯光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
a)采用气相轴向沉积法制作芯棒松散体；所述芯棒松散体由芯层松散体和包覆所述芯层松散体的内包层松散体组成；所述芯层松散体的密度为1.0g/cm3～1.25g/cm3，所述内包层松散体的密度为0.1g/cm3～0.6g/cm3；
b)将步骤a)得到的芯棒松散体依次进行脱水、预烧结、掺氟和玻璃化，得到芯棒；所述芯棒由芯层和包覆所述芯层的内包层组成；所述芯层的密度大于等于1.3g/cm3，所述内包层的密度小于等于0.8g/cm3；
c)将步骤b)得到的芯棒包覆外包层，得到纯二氧化硅芯光纤预制棒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述气相轴向沉积法的过程具体为：
采用VAD装置，首先将种棒垂直固定在夹具上；然后将原料气体SiCl4输送至氢氧焰喷灯燃烧，在氢氧焰的高温下进行水解反应，产生大量的SiO2颗粒沉积到种棒上；利用芯层喷灯向种棒的中心部位喷射火焰在种棒的末端形成芯层松散体，利用包层喷灯向种棒的周围部分喷射火焰在上述芯层上形成内包层松散体，同时种棒不断向上提升和旋转，得到芯棒松散体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述芯层喷灯的SiCl4流量为10g/min～20g/min，包层喷灯的SiCl4流量为50g/min～70g/min；
所述芯层喷灯的沉积温度为1250℃～1450℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述脱水的过程具体为：
采用玻璃化炉，首先将芯棒松散体以2rpm～8rpm的旋转速度逐渐下降进入温度为1000℃～1300℃的高温区；然后通入Cl2和He进行脱水，以除去芯棒松散体中的OH-。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Cl2的流量为0.5L/min～1.5L/min，所述He的流量为10L/min～30L/min；
所述脱水的时间为8h～12h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述预烧结的温度为1150℃～1400℃，移动速度为1mm/min～15mm/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述掺氟的通入气体为含氟气体和He，其中含氟气体的流量为0.1L/min～3L/min，He的流量为0.4L/min～12L/min；
所述掺氟的温度为1100℃～1300℃，时间为0.5h～5h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述玻璃化的温度为1400℃～1600℃，时间为0.5h～8h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述包覆外包层的过程具体为：
首先采用OVD沉积车床在芯棒的周围部分沉积外包层松散体，然后放入玻璃化炉内依次进行脱水、掺氟和玻璃化，得到芯层为纯SiO2、内包层和外包层均掺氟的光纤预制棒。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述掺氟的通入气体为含氟气体和He，其中含氟气体的流量为0.075L/min～2.25L/min，He的流量为0.425L/min～12.75L/min。
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