CN1455274A - 高性能紫外光纤的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明述及一种高性能紫外光纤的制造方法，属光学玻璃纤维制造工艺技术领域。本发明方法包括以下各步骤：(1)制作紫外光纤预制棒，(2)紫外光免疫照射处理光纤预制棒，(3)进入拉丝作业系统及光纤的热处理，(4)光纤涂层及加热固化。本发明方法提出了一种紫外光纤的免疫制作技术，即先用紫外光故意照射石英玻璃材料，使产生色心缺陷和多层的结构异变，然后再用热处理方法消除这种缺陷，由此增加了光纤的紫外光抗御能力，在一定程度上消除了石英玻璃光纤对紫外光的阻止作用，从而提高了紫外光在石英光纤中的传输能力。

Description

高性能紫外光纤的制造方法
技术领域
本发明述及一种高性能紫外光纤的制造方法，属光学玻璃纤维制造工艺技术领域。
背景技术
紫外激光具有波长短、能量高、无热效应、与物质相互作用直接断键等特点。用光纤传输紫外激光，可将紫外激光引入到远距离的复杂工作目标上，大大扩展了紫外激光的应用范围。例如，借助于紫外光纤，可以进行紫外线淬火树脂固化、机械微加工和制造、医学治疗、光栅制造、紫外光探测、环境保护等领域。
当一个光纤被用来传输紫外光时，在许多场合要求传输波长短、高能量的紫外光，但是波长短、高能量的紫外光在石英光纤中传输时，由于这个紫外光束与石英玻璃的作用，在石英玻璃中产生了色心缺陷使其发生了结构变化，这将阻止紫外光的传输，并增加了损耗，大大地降低了紫外光的传输性能。当一个标准的高OH-紫外石英光纤，用一个未滤波的氘灯连续照射24小时后，它的传输性能将下降约50％。紫外光的波长越短，并且功率越高，那么这种降低紫外光传输性能的问题就越突出，这可称为光纤紫外抑制效应。所以，当一个准分子激光器被用来作为光源时，石英光纤的传输性能就要发生异变，特别是KrF准分子激光器(波长：248nm)，F2准分子激光器(波长：157nm)和ArF准分子激光器(波长：193nm)等作为光源时更为明显。
为了克服紫外光在石英玻璃光纤中传输性能异变的缺点，或改进石英玻璃光纤对紫外光的阻止作用，目前，在制作高性能紫外石英玻璃光纤时，主要采用下面两种方法：
(1)在石英玻璃光纤芯中增加氢氧根含量(大于500ppm)。但是用这种方法，当氢氧根的含量增高时，紫外线吸收边缘的波长会加长，结果短波长(特别是真空紫外区域)的紫外光不能在光纤中传输。另外，并不是氢氧根越高效果越好，它的改进能力是有限的，当氢氧根含量浓度高出一定值(如2000ppm)时，它的损耗也会加大。
(2)在紫外光纤中进行载氢处理，这样也会改进短波长、高能量紫外光在光纤中的传输性能，然而，载氢需要1019cm-3浓度的氢气，并且要在高压容器中几个星期才能完成，它不仅投资大、时间长，而且由于温度等环境的变化会使一部分载氢逸出光纤，仍会降低它的传输性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服紫外光在石英玻璃光纤中传输性能异变的缺点，改进石英玻璃光纤对紫外光的阻止作用。本发明的另一目的是针对现有技术中存在的问题，提出一种高性能紫外光纤的免疫制作技术。
本发明的目的是通过以下手段来实现的：
所谓免疫制作技术就是先用紫外光故意照射石英玻璃材料，使产生色心缺陷和多层的结构异变，即“接种”色心缺陷；然后再用热处理的方法消除这种缺陷，增加了光纤的紫外光抗御能力，从而使这种紫外光纤在传输短波长、高能量的紫外光时，就存在免疫力，即不会再出现严重的缺陷。
但是在上述的紫外光预照射时还存在着一个紫外光如何照射的问题。当用高功率的紫外光反复的照射光纤的一个端面时，引起了结构缺陷，这仅仅发生在被照射端面，而紫外光不能到达另一个端面。所以，除了短光纤外，不可能产生长光纤。如用低功率的紫外光照射，处理时间会太长，这也不太现实。再者，如果用紫外光侧面照射成品的光纤，就会导致由合成树脂生成的绝缘涂覆层因紫外光加热而熔化，这种照射方式将损坏紫外光纤。为此，本发明中利用紫外光照射的不是紫外光纤而是紫外光纤预制棒，随后在拉丝操作系统中将石英光纤预制棒进行拉丝并同时进行加热处理。
本发明方法的特点就是应用紫外光预照射石英光纤预制棒并将其制成的石英光纤进行热处理的免疫制作技术。
本发明方法的原理如下所述：
本发明方法中，用紫外光预先照射石英玻璃光纤预制棒，使石英玻璃材料中SiO2的初始结构(≡Si-O-Si≡)和初始缺陷粒子(≡Si-Si≡，≡Si-O-O-Si≡)中，产生多层结构变异及色心缺陷如E色心(≡Si.)和NBOH色心(≡Si-O.)，然后靠拉丝机加热炉拉制紫外光纤时产生的热量对石英玻璃材料一边拉丝一边进行热处理，热处理时一部分断键的Si-O将恢复，从而使E色心和NBOH色心缺陷消除，即≡Si-O..Si≡→≡Si-O-O-Si≡；另外，热处理后的石英玻璃材料的≡Si-O-Si≡网状组织的平均价键角会比热处理前加大，这种结构的松弛也为石英材料提供了一个稳定的结构形式，从而再遇紫外光照射时，就会阻止结构缺陷的再次发生，起到了免疫的功能，改进了紫外光的传输性能。
本发明方法的优点和效果是该光纤具有较高的紫外光纤传输性能，输出能量比以往未经免疫处理的光纤有明显提高，传输稳定，而且制作简单，易于实现。另外，本发明方法又在常规的拉丝操作系统中进行，不需增加传统设备，故有利于光纤的生产并节约了成本。
实施例一：现将本发明方法的实施例叙述于后，本发明的一种高性能紫外光纤的制造方法，其特征是包括以下各步骤：
a.制作紫外光纤预制棒：用改进的化学气相沉积法来制作紫外光纤预制棒，在石英玻璃管内按一定比例通入SiCl4、POCl3、C2F6、BBr3化合物，并与H2、O2气体混合在一起，在高温下进行化学气相反应，在管内形成了烟炱，这种烟炱生成SiO2、P2O5、B2O3等粉末状氧化物沉积在石英管的内壁，另外，在棒芯内还会有适量的OH-生成；然后提高温度将石英管加热到2000℃左右进行缩棒，使含有沉积层的石英管塌缩成实芯的预制棒；一般预制棒的直径为9-15mm。
b.紫外光免疫照射处理光纤预制棒：首先故意用紫外光照射预制棒，使其产生多层结构异变和色心缺陷，将预制棒放在一个旋转装置上，其轴心沿预制棒的轴心旋转，使位于端部的紫外光能均匀地照射整个预制棒；紫外光的照射波长最佳值为100-250nm之间，紫外光对预制棒的照射能量一般在10-60mJ/cm2范围内。
紫外光的照射要连续，照射时间要与照射的波长、强度等参数相匹配，一般波长短、能量大，所需的光照时间就可短一些，一般为几十分钟。为了能使整个棒都有好的光照效果，预制棒最好要小于1米，并要分别在两端照射。
紫外光源可用F2(157nm)、ArF(193nm)、KrF(248nm)准分子激光器，也可以用氘灯、汞灯等。
c.进入拉丝作业系统及光纤的热处理：将上述紫外光免疫照射处理后的光纤预制棒预制棒放入夹持装置内，缓慢送入加热炉内，由牵引轮牵引拉丝，同时利用加热炉产生的热量对光纤进行热处理，拉丝和热处理是同时进行的，拉丝温度为1600～2000℃；
d.光纤涂层及加热固化：在同一拉丝作业系统中进行，光纤通过涂覆杯涂上环氧丙烯树脂涂层材料，并进入固化炉加热固化，最终制得紫外石英玻璃光纤。
该方法不但适用于上述石英玻璃，也可适用于多组分玻璃，塑包硅芯等紫外光纤的制作。

Claims (2)

1.一种高性能紫外光纤的制造方法，其特征是包括以下各步骤：
a.制作紫外光纤预制棒：用改进的化学气相沉积法来制作紫外光纤预制棒，即在石英玻璃管内按一定的比例通入SiCl4、POCl3、C2F6、BBr3化合物，并与H2、O2气体混合在一起，在高温下进行化学气相反应，在管内形成了烟炱，这种烟炱生成SiO2、P2O5、B2O3等粉末状氧化物沉积在石英管的内壁，另外，在棒芯内还会有适量的OH-生成；然后提高温度将石英管加热到2000℃左右进行缩棒，使含有沉积层的石英管塌缩成实芯的预制棒；一般预制棒的直径为9-15mm；
b.紫外光免疫照射处理光纤预制棒：首先故意用紫外光照射预制棒，使其产生多层结构异变和色心缺陷，将预制棒放在一个旋转装置上，其轴心沿预制棒的轴心旋转，使位于端部的紫外光能均匀地照射整个预制棒；紫外光的照射波长最佳值为100-250nm之间，紫外光对预制棒的照射能量一般在10-60mJ/cm2范围内；
c.进入拉丝作业系统及光纤的热处理：将上述紫外光免疫照射处理后的光纤预制棒放入夹持装置内，缓慢送入加热炉内，由牵引轮拉丝机牵引拉丝，同时利用加热炉产生热量对光纤进行热处理，拉丝和热处理是同时进行的，拉丝温度为1600～2000℃；
d.光纤涂层及加热固化：在同一拉丝作业系统中进行，光纤通过涂覆杯涂上环氧丙烯树脂涂层材料，并进入固化炉加热固化，最终制得紫外石英玻璃光纤。
2.根据权利要求1所述的一种高性能紫外光纤的制造方法，其特征在于，该方法不但适用于上述石英玻璃，也可适用于多组分玻璃，塑包硅芯等紫外光纤的制作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1317573C (zh) * 2004-10-27 2007-05-23 上海大学 高传输能力紫外光纤及其制作方法和含有高羟基光纤预制棒的沉积装置
CN102185252A (zh) * 2011-03-15 2011-09-14 中国科学技术大学 单nv色心封装方法和一种单nv色心装置

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