CN111875248B - Vad制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒 - Google Patents

Vad制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒 Download PDF

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Abstract

本申请涉及VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒，包括柱形喷灯体，柱形喷灯体上设有中心供料孔以及围绕中心供料孔的多层环形分布气孔；多层环形分布气孔包括从内向外依次分布的内层火焰气孔和外层火焰气孔；内层火焰气孔包括从内向外依次分布的内层氧气气孔和内层氢气气孔；外层火焰气孔包括从内向外依次分布的外层氢气气孔和外层氧气气孔；外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，且倾斜角度等于外层火焰气孔中心线与中心供料孔中心线的夹角。本申请能够解决相关技术中为了补偿光学包层中的氟元素向芯层扩散而引起芯层折射率下降，通过增加芯层GeO2掺杂，保证芯层折射率符合预期设计，进而引起光纤瑞利散射损耗增大的问题。

Description

VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒
技术领域
本申请涉及光纤预制棒制造技术领域，特别涉及一种VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒。
背景技术
轴向气相沉积法(VAD)是一种高效率的光纤预制棒制造技术，其用于弯曲不敏感光纤预制棒的制备，能够有效地消除折射率剖面中心下陷，提高光纤的抗弯性能。
采用VAD法制备弯曲不敏感光纤预制棒，通常是在光学包层掺入大量氟，以降低光学包层折射率，形成下陷包层折射率剖面结构。但是，预制棒在烧结等高温过程下，光学包层中的氟元素会向芯层发生扩散，氟元素进入芯层后，引起芯层折射率下降。
为了保证芯层折射率符合预期设计，需要进一步增加芯层GeO2掺杂，以控制芯层折射率。但是，芯层GeO2掺杂量增加，会引起光纤瑞利散射损耗增大，其不利于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
因此，提高预制棒疏松体芯包界面密度，抑制在烧结等高温条件下，光学包层中氟元素向芯层扩散，对于制备低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒具有重要意义。
发明内容
本申请提供一种VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒，以解决相关技术中，为了补偿光学包层中的氟元素向芯层扩散而引起芯层折射率下降，通过增加芯层GeO2掺杂，保证芯层折射率符合预期设计，进而引起光纤瑞利散射损耗增大的问题。
第一方面，提供了一种VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其包括柱形喷灯体，所述柱形喷灯体上设置有中心供料孔以及围绕所述中心供料孔的多层环形分布气孔；
多层所述环形分布气孔包括从内向外依次分布的内层火焰气孔和外层火焰气孔；
所述内层火焰气孔包括从内向外依次分布的内层氧气气孔和内层氢气气孔；
所述外层火焰气孔包括从内向外依次分布的外层氢气气孔和外层氧气气孔；
所述外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，且倾斜角度等于所述外层火焰气孔中心线与中心供料孔中心线的夹角。
一些实施例中，所述倾斜角度为1°～5°。
一些实施例中，所述倾斜角度为3°。
一些实施例中，所述内层火焰气孔的气体流速V1与外层火焰气孔的气体流速V2满足条件：V1＞1.5V2。
一些实施例中，所述中心供料孔中的气体流速V0小于内层火焰气孔的气体流速V1。
一些实施例中，所述内层火焰气孔包括1～2层内层氧气气孔和1～2层内层氢气气孔。
一些实施例中，所述外层火焰气孔包括1～2层外层氢气气孔和1～2层外层氧气气孔。
一些实施例中，所述环形分布气孔中的所有气孔呈圆环形分布，且各个气孔为圆形直孔。
一些实施例中，所述中心供料孔的孔径为1.5～6mm，所述内层火焰气孔的孔径为0.6～1.2mm，所述外层火焰气孔的孔径为0.8～1.6mm。
第二方面，提供了一种光纤预制棒，其采用如上任一所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯制备而成，且所述光纤预制棒芯包界面密度范围为0.8～1.2g/cm3。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯及光纤预制棒，由于采用VAD法制备弯曲不敏感光纤预制棒时，通常在光学包层掺入大量氟，以降低光学包层折射率，形成下陷包层折射率剖面结构。但是，预制棒疏松体在烧结等高温过程下，光学包层中的氟元素会向芯层发生扩散，氟元素进入芯层后，引起芯层折射率下降。为了保证芯层折射率符合预期设计，需要进一步增加芯层GeO2掺杂，以控制芯层折射率。但是，芯层GeO2掺杂量增加，会引起光纤瑞利散射损耗增大，其不利于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
基于此，在本申请中喷灯提及改善弯曲不敏感光纤预制棒疏松体的预烧结效果，即是在沉积时提高疏松体芯包界面密度，以抑制其在后续高温烧结时，光学包层中氟元素向芯层扩散，降低芯层GeO2掺杂量，从而降低瑞利散射损耗。
申请人在经过反复的试验和验证后发现，当进行VAD沉积时，由于实际芯层较大，如果使火焰比较集中，则最终与芯层接触的火焰面积较小，通常火焰仅仅能够灼烧到芯层的底部，此时火焰无法包裹芯包界面，即无法对芯包界面进行预烧结以提高芯包界面密度，从而不利于抑制光学包层中氟元素向芯层扩散，不适合用于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
因此，为了能够有效地对芯包界面进行预烧结，本申请提供的喷灯上设置内层火焰气孔和外层火焰气孔，同时调整外层火焰气孔的朝向，使外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，倾斜角度等于外层火焰气孔中心线与中心供料孔中心线的夹角θ，通过调整外层火焰的角度，控制外层火焰方向，使得外层火焰灼烧点由芯层底部转移至芯包界面处，直接对芯包界面进行预烧结，从而有效地提高芯包界面的密度，由此，来抑制后续高温烧结时光学包层中氟元素向芯层扩散，进而减少芯层锗含量的掺杂，降低瑞利散射损耗，降低生产成本。
本申请在使用时，内层火焰气孔的气体流速大于外层火焰气孔的气体流速，使得外层火焰速度较内层火焰速度慢，有利于火焰发散，提高火焰与芯层的接触面积，保证火焰对芯层的充分包裹，从而进一步地提高芯包界面的密度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯正视图；
图2为本申请实施例提供的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯侧剖图；
图3为本申请实施例提供的外层火焰气孔中心线与中心供料孔中心线的夹角示意图。
图中：1、中心供料孔；2、内层氧气气孔；3、内层氢气气孔；4、外层氢气气孔；5、外层氧气气孔；A、进料管；B、内层氧气管路；C、内层氢气管路；D、外层氢气管路；E、外层氧气管路。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其能解决相关技术中，为了补偿光学包层中的氟元素向芯层扩散而引起芯层折射率下降，通过增加芯层GeO2掺杂，保证芯层折射率符合预期设计，进而引起光纤瑞利散射损耗增大的问题。
图1是本申请实施例提供的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯正视图，从图中可以看到，VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯包括柱形喷灯体，柱形喷灯体上设置有中心供料孔1以及围绕中心供料孔1的多层环形分布气孔；多层环形分布气孔包括从内向外依次分布的内层火焰气孔和外层火焰气孔；
参见图1和图2所示，中心供料孔1的作用是用于通入四氯化硅和四氯化锗，在使用时，中心供料孔1与进料管A相连通。
参见图1和图2所示，内层火焰气孔包括从内向外依次分布的内层氧气气孔2和内层氢气气孔3；内层氧气气孔2的作用是用于通入氧气，设置在内侧，在使用时，内层氧气气孔2与内层氧气管路B相连通；内层氢气气孔3的作用是用于通入氢气，设置在外侧，在使用时，内层氢气气孔3与内层氢气管路C相连通。
参见图1和图2所示，外层火焰气孔包括从内向外依次分布的外层氢气气孔4和外层氧气气孔5；外层氢气气孔4的作用是用于通入氢气，设置在内侧，在使用时，外层氢气气孔4与外层氢气管路D相连通；外层氧气气孔5的作用是用于通入氧气，设置在外侧，在使用时，外层氧气气孔5与外层氧气管路E相连通。
参见图3所示，外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，且倾斜角度等于外层火焰气孔中心线与中心供料孔1中心线的夹角θ。
由于采用VAD法制备弯曲不敏感光纤预制棒时，通常在光学包层掺入大量氟，以降低光学包层折射率，形成下陷包层折射率剖面结构。但是，预制棒疏松体在烧结等高温过程下，光学包层中的氟元素会向芯层发生扩散，氟元素进入芯层后，引起芯层折射率下降。为了保证芯层折射率符合预期设计，需要进一步增加芯层GeO2掺杂，以控制芯层折射率。但是，芯层GeO2掺杂量增加，会引起光纤瑞利散射损耗增大，其不利于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
基于此，在本申请中喷灯提及改善弯曲不敏感光纤预制棒疏松体的预烧结效果，即是在沉积时提高疏松体芯包界面密度，以抑制其在后续高温烧结时，光学包层中氟元素向芯层扩散，降低芯层GeO2掺杂量，从而降低瑞利散射损耗。
申请人在经过反复的试验和验证后发现，当进行VAD沉积时，由于实际芯层较大，如果使火焰比较集中，则最终与芯层接触的火焰面积较小，通常火焰仅仅能够灼烧到芯层的底部，此时火焰无法包裹芯包界面，即无法对芯包界面进行预烧结以提高芯包界面密度，从而不利于抑制光学包层中氟元素向芯层扩散，不适合用于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
因此，为了能够有效地对芯包界面进行预烧结，本申请提供的喷灯上设置内层火焰气孔和外层火焰气孔，同时调整外层火焰气孔的朝向，使外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，倾斜角度等于外层火焰气孔中心线与中心供料孔1中心线的夹角θ，通过调整外层火焰的角度，控制外层火焰方向，使得外层火焰灼烧点由芯层底部转移至芯包界面处，直接对芯包界面进行预烧结，从而有效地提高芯包界面的密度，由此，来抑制后续高温烧结时光学包层中氟元素向芯层扩散，进而减少芯层锗含量的掺杂，降低瑞利散射损耗，降低生产成本。
在一些优选的实施例中，倾斜角度为1°～5°。在效果较优的一个实施例中，倾斜角度设置为3°。
在一些优选的实施例中，内层火焰气孔的气体流速V1与外层火焰气孔的气体流速V2满足条件：V1＞1.5V2，使得外层火焰速度较内层火焰速度慢，有利于火焰发散，提高火焰与芯层的接触面积，保证火焰对芯层的充分包裹，有效地提高芯包界面密度。
在一些优选的实施例中，中心供料孔1中的气体流速V0小于内层火焰气孔的气体流速V1，实现内层火焰对原料的包裹，保证原料充分反应，提高原料利用率。
在一些优选的实施例中，内层火焰气孔包括1～2层内层氧气气孔2和1～2层内层氢气气孔3。
在一些优选的实施例中，外层火焰气孔包括1～2层外层氢气气孔4和1～2层外层氧气气孔5。
参见图1所示，外层氢气气孔4设置有两层，且两层的气孔交错设置。
在一些优选的实施例中，环形分布气孔中的所有气孔呈圆环形分布，且各个气孔为圆形直孔。
在一些优选的实施例中，中心供料孔1的孔径为1.5～6mm，内层火焰气孔的孔径为0.6～1.2mm，外层火焰气孔的孔径为0.8～1.6mm。
本申请实施例还提供了一种光纤预制棒，其采用上述任一VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯制备而成，且光纤预制棒芯包界面密度范围为0.8～1.2g/cm3。
参见表1，为本实施例中各气孔数量、气体流量、流速等参数进行设置的结果。
表1
Figure BDA0002579711810000071
Figure BDA0002579711810000081
本申请的原理如下：
由于采用VAD法制备弯曲不敏感光纤预制棒时，通常在光学包层掺入大量氟，以降低光学包层折射率，形成下陷包层折射率剖面结构。但是，预制棒疏松体在烧结等高温过程下，光学包层中的氟元素会向芯层发生扩散，氟元素进入芯层后，引起芯层折射率下降。为了保证芯层折射率符合预期设计，需要进一步增加芯层GeO2掺杂，以控制芯层折射率。但是，芯层GeO2掺杂量增加，会引起光纤瑞利散射损耗增大，其不利于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
基于此，在本申请中喷灯提及改善弯曲不敏感光纤预制棒疏松体的预烧结效果，即是在沉积时提高疏松体芯包界面密度，以抑制其在后续高温烧结时，光学包层中氟元素向芯层扩散，降低芯层GeO2掺杂量，从而降低瑞利散射损耗。
申请人在经过反复的试验和验证后发现，当进行VAD沉积时，由于实际芯层较大，如果使火焰比较集中，则最终与芯层接触的火焰面积较小，通常火焰仅仅能够灼烧到芯层的底部，此时火焰无法包裹芯包界面，即无法对芯包界面进行预烧结以提高芯包界面密度，从而不利于抑制光学包层中氟元素向芯层扩散，不适合用于低损耗的弯曲不敏感光纤预制棒制备。
因此，为了能够有效地对芯包界面进行预烧结，本申请从两个方面入手：
其一方面，提供的喷灯上设置内层火焰气孔和外层火焰气孔，同时调整外层火焰气孔的朝向，使外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，倾斜角度等于外层火焰气孔中心线与中心供料孔1中心线的夹角θ，通过调整外层火焰的角度，控制外层火焰方向，使得外层火焰灼烧点由芯层底部转移至芯包界面处，直接对芯包界面进行预烧结，从而有效地提高芯包界面的密度，由此来抑制后续高温烧结时光学包层中氟元素向芯层扩散，进而减少芯层锗含量的掺杂，降低瑞利散射损耗，降低生产成本。
其二方面，调整各气体的流速配比，以控制火焰温度和发散程度，提高火焰与芯层的接触面积，保证火焰对芯层的充分包裹，从而进一步地提高芯包界面的密度，优化对芯包界面的预烧结效果，具体地，内层火焰气孔的气体流速V1与外层火焰气孔的气体流速V2，满足V1>1.5V2。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：其包括柱形喷灯体，所述柱形喷灯体上设置有中心供料孔(1)以及围绕所述中心供料孔(1)的多层环形分布气孔；
多层所述环形分布气孔包括从内向外依次分布的内层火焰气孔和外层火焰气孔；
所述内层火焰气孔包括从内向外依次分布的内层氧气气孔(2)和内层氢气气孔(3)；
所述外层火焰气孔包括从内向外依次分布的外层氢气气孔(4)和外层氧气气孔(5)；
所述外层火焰气孔沿气体喷射方向向外倾斜，且倾斜角度等于所述外层火焰气孔中心线与中心供料孔(1)中心线的夹角；
所述内层火焰气孔的气体流速V1与外层火焰气孔的气体流速V2满足条件：V1＞1.5V2。
2.如权利要求1所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述倾斜角度为1°～5°。
3.如权利要求2所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述倾斜角度为3°。
4.如权利要求1所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述中心供料孔(1)中的气体流速V0小于内层火焰气孔的气体流速V1。
5.如权利要求1所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述内层火焰气孔包括1～2层内层氧气气孔(2)和1～2层内层氢气气孔(3)。
6.如权利要求1所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述外层火焰气孔包括1～2层外层氢气气孔(4)和1～2层外层氧气气孔(5)。
7.如权利要求1所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述环形分布气孔中的所有气孔呈圆环形分布，且各个气孔为圆形直孔。
8.如权利要求1所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯，其特征在于：所述中心供料孔(1)的孔径为1.5～6mm，所述内层火焰气孔的孔径为0.6～1.2mm，所述外层火焰气孔的孔径为0.8～1.6mm。
9.一种光纤预制棒，其特征在于：其采用如权利要求1至8任一所述的VAD制备弯曲不敏感光纤预制棒的喷灯制备而成，且所述光纤预制棒芯包界面密度范围为0.8～1.2g/cm3。
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