CN117486480A - 一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：烟灰棒制备；纯化处理；氟掺杂1：降低炉温，通入氟气体1和He；氟掺杂2：升高炉温，通入氟气体1和He；氟掺杂3：升高炉温，通入氟气体1和氟气体2；玻璃化处理：于玻璃化温度下，通入氟气体1、氟气体2和He，完成烟灰棒的玻璃化；保温处理。本发明在现有设备基础上，将氟掺杂过程分解为低、中、高温三种不同温度下三步进行，可最大限度的减少氟分解，有利于工艺推广；引入氟气体2，用以实现抑制高温时氟分解，有效提升掺氟量；深掺氟材料的外径尺寸为90‑120mm，相对折射率为‑0.80％～‑0.65％，相对于目前的掺氟材料，在尺寸及折射率方面优势明显。
Description
技术领域
本发明属于光纤制备技术领域，具体涉及一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法。
背景技术
低折射率的掺氟材料已经成为光纤制备的关键材料和核心技术，当前占市场绝地优势的抗弯光纤、G657.A2、G657.B3光纤、低损耗光纤(LL)以及超低损耗光纤(ULL)产品均采用掺氟材料制备。在抗弯型和低损耗结构光纤设计时，低折射率的掺氟结构作为下陷包层，抑制传输能量损耗，降低浓度波动引起的损耗，已成为新型光纤的主流设计方案。但是，可用于光纤预制棒的深掺氟材料一度成为光棒制备技术的难点，大规模批量生产只有Heraeus等极少数厂商掌握，国内深掺氟材料长期依赖于进口。随着光纤、光棒技术的发展，有必要进行深掺氟材料的研究与突破。
目前国内厂家已经通过不同的技术方案制备各种掺氟深度和尺寸的掺氟材料。中国发明专利，公开号CN112266162A，公开了一种适用于大尺寸光纤预制棒的掺氟石英管制备方法，在产品尺寸和折射率深度方面，基本可以满足大部分的产品需求，但其相对折射率最小值为-0.65％，未有提及是否能够达到更深的折射率。中国发明专利，公开号CN103553320A，公开了一种用于大尺寸光纤预制棒芯棒的石英套管及其制造方法，其相对折射率最低值为-1.5％，但是其尺寸相对较小，限制其使用范围。中国发明专利，公开号CN104402213A，公开了一种纯二氧化硅松散体玻璃化掺氟方法，通过VAD工艺，选择性制备芯、包密度差异明显的致密层和疏松层，使氟选择性进入疏松层，形成相对折射率在-0.362％的掺氟包层，此工艺明显的缺点是：由于芯、包密度差异太大，造成玻璃化时气体很难排出，容易形成气泡缺陷。
随着光纤性能的升级，对于掺氟材料的掺氟深度和尺寸提出了更高的要求，要求相对折射率达到-0.80％～-0.65％，然而目前还没有特别有效的制备方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过气相沉积法制备多孔烟灰棒；
2)纯化处理：将步骤1)所得烟灰棒置于烧结炉中，通入Cl2和He，再升高炉温，通入Cl2和He；
3)氟掺杂1：降低炉温，通入氟气体1和He；
4)氟掺杂2：升高炉温，通入氟气体1和He；
5)氟掺杂3：升高炉温，通入氟气体1和氟气体2；
6)玻璃化处理：升高炉温至玻璃化温度，通入氟气体1、氟气体2和He，完成烟灰棒的玻璃化，得到玻璃棒；
7)保温处理；
步骤2)至步骤6)中，所述烟灰棒始终保持匀速旋转。
进一步的，步骤2)中，纯化处理的步骤包括：
将烟灰棒置于1000-1200℃的烧结炉中，第一步通入0.5-1.5L/min的Cl2，处理时间60-100min，第二步通入10-30L/min的He，持续时间60-100min；之后，炉温升高50-100℃，循环上述第一、二步至少1次。
进一步的，步骤3)中，氟掺杂1的步骤包括：
结束步骤2)中烟灰棒的纯化处理，将烧结炉温度降低至1000±50℃，通入2-5L/min的氟气体1，通入10-20L/min的He，处理时间100-250min。
进一步的，步骤4)中，氟掺杂2的步骤包括：
步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1200±50℃，通入3-5L/min的氟气体1，通入10-20L/min的He，处理时间100-250min。
进一步的，步骤5)中，氟掺杂3的步骤包括：
步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1300±50℃，通入3-8L/min的氟气体1，通入0.2-2L/min的氟气体2，通入10-20L/min的He，处理时间150-250min。
进一步的，步骤6)中，玻璃化处理的步骤包括：
步骤5)结束后，将烧结炉温度升高至1450±20℃，通入3-8L/min氟气体1，通入2-5L/min氟气体2，通入10-30L/min的He，处理时间250-450min，完成烟灰棒的玻璃化。
进一步的，步骤7)中，保温处理的步骤包括：
将烧结炉温度从玻璃化温度降低至设定温度，对完成玻璃化转变的玻璃棒进行退火处理，处理时间6-12h。
进一步的，所述氟气体1为CF4、C2F6、C3F8、SF6的中一种或两种以上的组合，所述氟气体2为SiF4气体。
进一步的，所述深掺氟材料的相对折射率为-0.80％～-0.65％，外径为90-120mm。
本发明还公开了一种如上所述的低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法制备得到的深掺氟材料在低损耗光纤中的应用，所述低损耗光纤的1550窗口衰减≤0.170dB/km。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)在现有设备基础上，通过工艺调整，将氟掺杂过程分解为低温、中温、高温三种不同温度下三步进行，可最大限度的减少氟分解，利于氟掺杂的增加和工艺推广；
2)本发明引入氟气体2，用以实现抑制高温时氟分解，有效提升掺氟量，降低折射率；
3)本发明制备的掺氟材料，外径尺寸为90-120mm，相对折射率为-0.80％～-0.65％，相对于目前的掺氟材料，在尺寸及折射率方面优势明显，尺寸方面的优势效果表现在：在制备光纤预制棒时，大尺寸的掺氟材料生产的预制棒尺寸更大、长度更长、对应拉丝长度更长，成本优势更明显；折射率方面的优势表现在：更深的折射率材料的实现，使得原来难以实现的光波导结构设计得以实现。
附图说明
图1为本发明的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例1的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法的温度控制曲线；
图3为本发明实施例1的深掺氟材料的相对折射率剖面图；
图4为对比例2的掺氟材料的相对折射率剖面图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
掺氟过程是下述方程式的一个平衡过程，以典型的CF4作为氟源为例。CF4和SiO2反应生成SiO1.5F，而SiO1.5F在高温下又会分解成SiF4和SiO2，化学反应后最终氟掺杂的效果可以通过折射率测试得到表征，折射率越深则表示氟掺杂量越多。对于各类烟灰棒的氟掺杂来说，随着掺杂量的增加，其折射率越深，其制备难度越大。
方程式一：CF4+SiO2→CO+CO2+COF2+SiO1.5F
方程式二：
通过以上的平衡反应，预制备深折射率的掺氟材料，需要尽可能阻止逆反应的进行，尽可能多的增加SiO2氟掺杂量，为此，本发明创造性地将氟掺杂过程拆分为3步进行，对应低温、中温、高温三种不同温度，即低温氟掺杂过程、中温氟掺杂过程、高温氟掺杂过程，通过温度和密度的控制，最大限度的增加氟掺杂量，最大限度的减少氟分解，增加正反应的同时，抑制逆反应的发生，特别是高温时的氟的分解，也便于实现工艺推广。
如图1-3所示，本发明公开了一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过气相沉积法制备多孔烟灰棒，烟灰棒可以包含芯层和包层或者只包含其中一部分，其主要反应原料为SiCl4、H2、O2原料并通入Ar作为辅助气体；该步骤采用现有成熟技术即可；
2)纯化处理：将烟灰棒置于1000-1200℃的烧结炉中，第一步通入0.5-1.5L/min的Cl2，处理时间60-100min，第二步持续通入10-30L/min的He，持续时间60-100min；之后，炉温升高50-100℃，循环上述第一、二步至少1次；烟灰棒处理阶段，始终保持1-2mm/min的速度旋转；
3)氟掺杂1，即低温氟掺杂：结束步骤2)纯化处理的烟灰棒，将烧结炉温度降低至1000±50℃，通入2-5L/min的氟气体1，通入10-20L/min的He，处理时间100-250min，烟灰棒始终保持1-2mm/min的速度旋转；
4)氟掺杂2，即中温氟掺杂：步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1200±50℃，通入3-5L/min的氟气体1，通入10-20L/min的He，处理时间100-250min，烟灰棒始终保持1-2mm/min的速度旋转；
5)氟掺杂3，即高温氟掺杂：步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1300±50℃，通入3-8L/min的氟气体1，通入0.2-2L/min的氟气体2，通入10-20L/min的He，处理时间150-250min，烟灰棒始终保持1-2mm/min的速度旋转；
6)玻璃化处理：完成氟掺杂3过程后，将烧结炉温度升高至玻璃化温度(1450±20℃)，通入3-8L/min氟气体1，通入2-5L/min氟气体2，通入10-30L/min的He，处理时间250-450min，完成烟灰棒的玻璃化，烟灰棒始终保持1-2mm/min的速度旋转；
7)保温处理：将烧结炉温度从玻璃化温度降低至设定温度1100℃，对完成玻璃化转变的玻璃棒进行退火处理，处理时间6-12h，进一步去除应力、气泡等，最终得到所需低损耗光纤用深掺氟材料。
需要说明的是，本发明的多孔烟灰棒通过VAD、OVD等工艺制备得到，为保证掺氟材料的最终尺寸，烟灰棒直径控制在180-300mm，密度控制在0.20-0.50g/cm3。
氟气体1为CF4、C2F6、C3F8、SF6的中一种或两种以上的组合。
氟气体2为SiF4气体。
纯化处理采用高、低温循环方式进行，一是可使烟灰棒中的金属能充分反应(特别是密度较大的情况下)，二是使烟灰棒孔隙率在纯化前后变化＜10％。
氟掺杂1过程中，在1000±50℃条件下，通入2-5L/min氟气体，通过热扩散，使氟离子能够完全扩散至中心部位，扩散完成后，烟灰棒直径，密度基本保持不变。
氟掺杂2过程中，将烧结炉温度升温至1200±50℃，通入3-5L/min氟气体，增加温度，提升热扩散活化能，化学反应加快，扩散能力进一步提升，与此同时烟灰棒发生收缩，孔隙率减小，扩散完成后，烟灰棒直径相对于初始收缩80±5％，密度增加至0.60-0.85g/cm3；
氟掺杂3过程中，将烧结炉温度升温至1300±50℃，通入3-8L/min氟气体1(如CF4)，通入0.2-2L/min氟气体2(如SiF4)，烟灰棒进一步发生收缩，扩散完成后，烟灰棒直径相对于氟掺杂2收缩60±5％，密度增加至1.0-1.4g/cm3；
玻璃化处理过程中，将烧结炉温度升高至玻璃化温度，通入3-8L/min氟气体1进一步增加氟掺杂量，通入2-5L/min氟气体2(如SiF4)，可减弱高温阶段氟分解，促进化学反应向正向进行。
相对折射率：通过此方案，所得深掺氟材料的掺氟深度进一步降低至-0.80％～-0.65％，掺氟材料外径在90-120mm。
实施例1
如图1-3所示，一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过OVD工艺制备多孔烟灰棒，烟灰棒可包含芯层和包层或者只包含其中一部分，其主要反应原料为SiCl4、H2、O2原料并通入Ar作为辅助气体，采用现有工艺即可；
2)纯化处理：将烟灰棒置于U型烧结炉中进行脱水除杂纯化处理，设置温度T1＝1050℃，第一步通入1.0L/min的Cl2，处理时间60min，第二步持续通入15L/min的He，持续时间60min；之后，炉温升高100℃，达到T2＝1150℃，循环上述第一、二步2次；根据烟灰棒的密度情况，可适当调整处理时间，此过程主要为保证烟灰棒的脱水除杂效果，烟灰棒处理阶段，始终保持2mm/min的速度旋转；
3)氟掺杂1，即低温氟掺杂：结束纯化处理的烟灰棒，将烧结炉温度降低至T3＝1000℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min；该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转。该阶段完成后，烟灰棒直径、密度基本保持不变；
4)氟掺杂2，即中温氟掺杂：步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至T4＝1200℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转。该过程结束后，烟灰棒直径相对于初始收缩80±5％，密度增加至0.60-0.85g/cm3；
5)氟掺杂3，即高温氟掺杂：步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至T5＝1300℃，通入5L/min的氟气体1(CF4)，通入1.0L/min的氟气体2(SiF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转。烟灰棒进一步发生收缩，扩散完成后，烟灰棒直径相对于中温氟掺杂收缩60±5％，密度增加至1.0-1.4g/cm3；
6)玻璃化处理：完成氟掺杂3过程后，将烧结炉温度升高至玻璃化温度T6＝1450℃，通入5L/min氟气体1(CF4)，通入3.5L/min氟气体2(SiF4)，通入30L/min的He，处理时间410min，完成烟灰棒的玻璃化，始终保持2mm/min的速度旋转；
7)保温处理：完成玻璃化转变的玻璃棒，将烧结炉温度从1450℃降低至设定温度T7＝1100℃，进行退火处理，处理时间8h，进一步去除应力、气泡等。
表征测试：对步骤7所得玻璃棒进行外观尺寸及掺杂量表征，其相对折射率为-0.772％，在-0.80％～-0.65％之间，相对折射率剖面图如图3所示，玻璃棒外径为106mm，在90-120mm范围内。
实施例2
如图1-2所示，一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过OVD工艺制备多孔烟灰棒，烟灰棒包含芯层和包层，其主要反应原料为SiCl4、H2、O2原料并通入Ar作为辅助气体；
2)纯化处理：将烟灰棒置于U型烧结炉中进行脱水除杂纯化处理，设置温度1050℃，第一步通入1.0L/min的Cl2，处理时间60min，第二步持续通入15L/min的He，持续时间60min；之后，炉温升高100℃，达到1150℃，循环上述第一、二步至少1次；根据烟灰棒的密度情况，可适当调整处理时间，此过程主要为保证烟灰棒的脱水除杂效果，烟灰棒处理阶段，始终保持2mm/min的速度旋转；
3)氟掺杂1，即低温氟掺杂：结束纯化处理的烟灰棒，将烧结炉温度降低至950℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min；该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转。该阶段完成后，烟灰棒直径、密度基本保持不变；
4)氟掺杂2，即中温氟掺杂：步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1200℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
5)氟掺杂3，即高温氟掺杂：步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1300℃，通入5L/min的氟气体1(CF4)，通入1.0L/min的氟气体2(SiF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
6)玻璃化处理：完成氟掺杂3过程后，将烧结炉温度升高至玻璃化温度1450℃，通入5.0L/min氟气体1(CF4)，通入3.5L/min氟气体2(SiF4)，通入30L/min的He，处理时间410min，完成烟灰棒的玻璃化，始终保持2mm/min的速度旋转；
7)保温处理：完成玻璃化转变的玻璃棒，将烧结炉温度从1450℃降低至设定温度1100℃，进行退火处理，处理时间8h，进一步去除应力、气泡等。
对步骤7)所得玻璃棒进行外观尺寸及掺杂量表征，其相对折射率为-0.766％，在-0.80％～-0.65％之间，玻璃棒外径为109mm，在90-120mm范围内。
其余同实施例1。
实施例3
如图1-2所示，一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过OVD工艺制备多孔烟灰棒，烟灰棒包含芯层和包层，其主要反应原料为SiCl4、H2、O2原料并通入Ar作为辅助气体；
2)纯化处理：将烟灰棒置于U型烧结炉中进行脱水除杂纯化处理，设置温度1050℃，第一步通入1.0L/min的Cl2，处理时间60min，第二步持续通入15L/min的He，持续时间60min；之后，炉温升高100℃，达到1150℃，循环上述第一、二步至少1次；根据烟灰棒的密度情况，可适当调整处理时间，此过程主要为保证烟灰棒的脱水除杂效果，烟灰棒处理阶段，始终保持2mm/min的速度旋转；
3)氟掺杂1，即低温氟掺杂：结束纯化处理的烟灰棒，将烧结炉温度降低至1000℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min；该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转。该阶段完成后，烟灰棒直径、密度基本保持不变；
4)氟掺杂2，即中温氟掺杂：步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1250℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
5)氟掺杂3，即高温氟掺杂：步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1300℃，通入5L/min的氟气体1(CF4)，通入1.0L/min的氟气体2(SiF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
6)玻璃化处理：完成氟掺杂3过程后，将烧结炉温度升高至玻璃化温度1450℃，通入5.0L/min氟气体1(CF4)，通入3.5L/min氟气体2(SiF4)，通入30L/min的He，处理时间410min，完成烟灰棒的玻璃化，始终保持2mm/min的速度旋转；
7)保温处理：完成玻璃化转变的玻璃棒，将烧结炉温度从1450℃降低至设定温度1100℃，进行退火处理，处理时间8h，进一步去除应力、气泡等。
对步骤7)所得玻璃棒进行外观尺寸及掺杂量表征，其相对折射率为-0.788％，在-0.80％～-0.65％之间，玻璃棒外径为115mm，在90-120mm范围内。
其余同实施例1。
实施例4
如图1-2所示，一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过OVD工艺制备多孔烟灰棒，烟灰棒包含芯层和包层，其主要反应原料为SiCl4、H2、O2原料并通入Ar作为辅助气体；
2)纯化处理：将烟灰棒置于U型烧结炉中进行脱水除杂纯化处理，设置温度1050℃，第一步通入1.0L/min的Cl2，处理时间60min，第二步持续通入15L/min的He，持续时间60min；之后，炉温升高100℃，达到1150℃，循环上述第一、二步至少1次；根据烟灰棒的密度情况，可适当调整处理时间，此过程主要为保证烟灰棒的脱水除杂效果，烟灰棒处理阶段，始终保持2mm/min的速度旋转；
3)氟掺杂1，即低温氟掺杂：结束纯化处理的烟灰棒，将烧结炉温度降低至1000℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min；该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转。该阶段完成后，烟灰棒直径、密度基本保持不变；
4)氟掺杂2，即中温氟掺杂：步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1200℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
5)氟掺杂3，即高温氟掺杂：步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1350℃，通入5L/min的氟气体1(CF4)，通入1.0L/min的氟气体2(SiF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
6)玻璃化处理：完成氟掺杂3过程后，将烧结炉温度升高至玻璃化温度1450℃，通入5.0L/min氟气体1(CF4)，通入3.5L/min氟气体2(SiF4)，通入30L/min的He，处理时间410min，完成烟灰棒的玻璃化，始终保持2mm/min的速度旋转；
7)保温处理：完成玻璃化转变的玻璃棒，将烧结炉温度从1450℃降低至设定温度1100℃，进行退火处理，处理时间8h，进一步去除应力、气泡等。
对步骤7)所得玻璃棒进行外观尺寸及掺杂量表征，其相对折射率为-0.796％，在-0.80％～-0.65％之间，玻璃棒外径为116mm，在90-120mm范围内。
其余同实施例1。
对比例1
一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过OVD工艺制备多孔烟灰棒，烟灰棒包含芯层和包层，其主要反应原料为SiCl4、H2、O2原料并通入Ar作为辅助气体；
2)纯化处理：将烟灰棒置于U型烧结炉中进行脱水除杂纯化处理，设置温度1050℃，第一步通入1.0L/min的Cl2，处理时间60min，第二步持续通入15L/min的He，持续时间60min；之后，炉温升高100℃，达到1150℃，循环上述第一、二步至少1次；烟灰棒处理阶段，始终保持2mm/min的速度旋转；
3)氟掺杂1，即低温氟掺杂：结束纯化处理的烟灰棒，将烧结炉温度降低至1000℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min；该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
4)氟掺杂2，即中温氟掺杂：步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1200℃，通入4.5L/min的氟气体1(CF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
5)氟掺杂3，即高温氟掺杂：步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1380℃，通入5L/min的氟气体1(CF4)，通入1.0L/min的氟气体2(SiF4)，通入20L/min的He，处理时间250min。该过程始终保持烟灰棒以2mm/min的速度旋转；
6)玻璃化处理：完成氟掺杂3过程后，将烧结炉温度升高至玻璃化温度1450℃，通入5.0L/min氟气体1(CF4)，通入3.5L/min氟气体2(SiF4)，通入30L/min的He，处理时间410min，完成烟灰棒的玻璃化，始终保持2mm/min的速度旋转；
7)保温处理：完成玻璃化转变的玻璃棒，将烧结炉温度从1450℃降低至设定温度1100℃，进行退火处理，处理时间8h。
余同实施例1。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例只进行了步骤1)、2)、5)、6)、7)，省略了步骤3)和步骤4)，余下步骤与实施例1相同，最后得到的玻璃棒的相对折射率剖面图如图4所示。
表征结果分析：
与实施例1相比，对比例1的高温氟掺杂过程的温度较高，对对比例1所得玻璃棒进行外观表征后发现整棒气泡，不满足外观及相对折射率要求，说明此时玻璃化困难，难以得到本发明所需深掺氟材料。
与实施例1相比，对比例2缺少低、中温两步氟掺杂过程，由图4可知，对比例2得到的玻璃棒在剖面结构上出现两边翘起严重问题，形成V型剖面，虽然最低点接近折射率-0.80％，但边缘翘起的部分，其相对折射率浅，表现为掺氟材料径向截面折射率不均匀，不满足使用要求，难以得到本发明所需深掺氟材料。
由上可知，低、中、高温三步氟掺杂过程以及各自采用的氟掺杂温度对于得到相对折射率为-0.80％～-0.65％、外径为90-120mm的深掺氟材料起到决定性作用，低、中、高温三步氟掺杂过程缺一不可，只有同时采用本发明公开的低、中、高温三步氟掺杂过程及各自对应的低、中、高温三种不同温度，才能得到所需深掺氟材料。
本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)烟灰棒制备：通过气相沉积法制备多孔烟灰棒；
2)纯化处理：将步骤1)所得烟灰棒置于烧结炉中，通入Cl2和He，再升高炉温，通入Cl2和He；
3)氟掺杂1：降低炉温，通入氟气体1和He；
4)氟掺杂2：升高炉温，通入氟气体1和He；
5)氟掺杂3：升高炉温，通入氟气体1和氟气体2；
6)玻璃化处理：升高炉温至玻璃化温度，通入氟气体1、氟气体2和He，完成烟灰棒的玻璃化，得到玻璃棒；
7)保温处理；
步骤2)至步骤6)中，所述烟灰棒始终保持匀速旋转。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，纯化处理的步骤包括：
将烟灰棒置于1000-1200℃的烧结炉中，第一步通入0.5-1.5L/min的Cl2，处理时间60-100min，第二步通入10-30L/min的He，持续时间60-100min；之后，炉温升高50-100℃，循环上述第一、二步至少1次。
3.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，氟掺杂1的步骤包括：
结束步骤2)中烟灰棒的纯化处理，将烧结炉温度降低至1000±50℃，通入2-5L/min的氟气体1，通入10-20L/min的He，处理时间100-250min。
4.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，氟掺杂2的步骤包括：
步骤3)结束后，将烧结炉温度升高至1200±50℃，通入3-5L/min的氟气体1，通入10-20L/min的He，处理时间100-250min。
5.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，氟掺杂3的步骤包括：
步骤4)结束后，将烧结炉温度升高至1300±50℃，通入3-8L/min的氟气体1，通入0.2-2L/min的氟气体2，通入10-20L/min的He，处理时间150-250min。
6.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，步骤6)中，玻璃化处理的步骤包括：
步骤5)结束后，将烧结炉温度升高至1450±20℃，通入3-8L/min氟气体1，通入2-5L/min氟气体2，通入10-30L/min的He，处理时间250-450min，完成烟灰棒的玻璃化。
7.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，步骤7)中，保温处理的步骤包括：
将烧结炉温度从玻璃化温度降低至设定温度，对完成玻璃化转变的玻璃棒进行退火处理，处理时间6-12h。
8.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，所述氟气体1为CF4、C2F6、C3F8、SF6的中一种或两种以上的组合，所述氟气体2为SiF4气体。
9.根据权利要求1所述的一种低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法，其特征在于，所述深掺氟材料的相对折射率为-0.80％～-0.65％，外径为90-120mm。
10.一种根据权利要求1-9任一所述的低损耗光纤用深掺氟材料的制备方法制备得到的深掺氟材料在低损耗光纤中的应用。
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- 2023-11-02 CN CN202311447343.8A patent/CN117486480A/zh active Pending
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