CN1528691A

CN1528691A - 管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法

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Publication number: CN1528691A
Application number: CNA2003101061112A
Authority: CN
Inventors: 迟玉山; 刘礼华; 卞进良
Original assignee: FA'ERSHENG PHOTON Co Ltd JIANGSU
Current assignee: Jiangsu Fa'ershang Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: CN1330597C

Abstract

管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，在传统的MCVD或PCVD工艺中引入氢同位素置换工艺，在MCVD或PCVD法制备光纤预制棒的同时利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，制备过程中的反复间断的利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，置换方法是：先向基管内通入氦气或氮气，驱除基管内氧气，然后停止向管内通入氦气或氮气，开始通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换基管由内表面向外一定深度内的氢元素；停止通入氘气，向管内通入氦气或氮气驱除管内氢气与氘气混合气体，并开始升高温度；然后停止氦气或氮气输入，开始通入携带原料的输送气体与辅助气体。本发明可以获得羟基含量很低的光纤预制棒及光纤。

Description

管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法

一、技术领域

本发明涉及一种利用管内化学汽相沉积法结合氢同位素的置换工艺制作低羟基含量光纤预制棒，尤其涉及一种MCVD与PCVD等管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，从而获得低水峰或无水峰光纤的工艺方法，属于光纤制造领域。

二、背景技术

二氧化硅单模光纤所能传送的光波长在短波长端受到单模光纤截止波长(约1260nm)的限制，在长波长端受到光纤本身二氧化硅材料本征吸收限制，若工作波长超过1650nm，本征吸收中的远红外吸收损耗将迅速增加，因此单模光纤的理论传送波长范围为1260nm～1650nm之间的390nm。通常我们将单模光纤的传输谱分为以下四个窗口：1)1280～1350nm，简称为1310nm窗口，也称第二波段(windows 2)；2)1530nm～1560nm，简单可称为1550nm窗口，也称为第三波段(windows 3)或C波段；3)1560nm～1620nm，称为第四波段(window 4)或L波段；4)1350～1530nm，也称为第五波段(window 5)。但目前常用的波长范围只有该理论值的三分之一左右，这主要是由于1385nm处的水吸收峰引起的。

二氧化硅单模光纤在1385nm波长附近存在羟基吸收峰，只要在光纤内部有几个ppb(parts per billion)羟基就足以导致在1385nm附近产生几分贝的衰减，使1350～1450nm中约100nm宽的频谱内衰减大约为1dB/km，因此这宽180nm的第五波段一直未能利用，而目前使用的第二、第三、第四波段之和也只不过160nm。若能设法消除这一水峰，则可以充分利用光纤的第五波段，基本实现二氧化硅单模光纤的全波段利用。

为此，各公司都致力于消除羟基吸收峰，开发“无水峰光纤”。除了没有水峰以外，全波光纤与普通的标准G.652匹配包层光纤一样。然而，由于没有了水峰，光纤可以开放第5个低损传输窗口，从而带来一系列好处。

1)可用波长范围增加100nm，相当于125个波长通道100GHz通道间隔，使光纤可以提供从1280nm到1625nm的完整传输波段，全部可用波长范围比常规光纤增加约一半，可复用的波长数大大增加。

2)由于在上述波长范围内，光纤的色散仅为1550nm波长区的一半，因而，容易实现高比特率长距离传输。例如在1400nm波长附近，10Gbps速率的信号可以传输200km而无需色散补偿。

3)可以分配不同的业务给最适合这种业务的波长传输，改进网络管理。例如可以在1310nm波长区传输模拟图像信号，在1350～1450nm波长区传输高速信号(高达10Gbps)，在1450nm以上波长区传输其他信号。

4)当可用波长范围大大扩展后，容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降，降低了整个系统的成本。

例如，通过增加波长间隔，网络可以使用较便宜的无制冷直接调制激光器，避免了昂贵的外调制激光器。对于薄膜滤波器而言，波长间隔从100GHz增加到200GHz后，滤波器成本可以降低50％左右，波长间隔进一步增加到400GHz后，滤波器成本可以降低70％左右。

光纤中的羟基来源主要包括光纤制备、光纤成缆、光缆安装和使用等过程引入的氢或羟基杂质。在实际应用中，人们很难保证在光缆安装和使用的整个寿命期间完全不产生或不接触氢气。氢气与光纤本身的缺陷反应产生损耗，通常分为两类。第一类是OH型损耗，在光缆的安装和使用的整个寿命期间出现的氢气残量与光纤中各种硅或锗缺陷之间的氢反应会形成SiOH和GeOH吸收峰，其中心波长恰好在1385nm，这导致光纤损耗吸收峰增加。第二类是SiH型损耗，发尘在1530nm处，而且往往伴随发生1385nm处的OH吸收峰增加。在室温下，大部分的SiH吸收峰和小部分的伴随OH吸收峰会在几天或几个月后自动消失，即SiH引起的损耗增加是暂时的，其危害性远不及OH型损耗。因而设计性能优良的无水峰光纤的关键是：光纤需要具备低羟基含量并且在随后的整个寿命期间都不会因氢气的存在而产生OH型损耗。

为了防止低羟基含量光纤在使用过程中受到氢损的影响而增加水峰，可以采用对光纤进行处理。这其中就包括对光纤进行渗氘的方法，因为OD基团的吸收谱段不在光纤通信窗口范围内，因此在一定工艺条件下由外层向内层的逐渐向玻璃光纤内渗透进一定浓度分布的氘原子，使其与光纤本身的缺陷发生反应，从而使光纤使用过程中的外来氢原子难以进入光纤的缺陷位置，从而就可以避免羟基型损耗的产生。

相对于光纤通过氘化处理来防止氢损的增加而言，低羟基含量光纤则是制备低水峰或无水峰光纤的前提，而低羟基含量光纤则来源于低羟基含量光纤预制棒，即要求预制棒芯层与靠近芯层一定厚度内的包层内羟基含量必须很低。这就对光纤预制棒的制备提出了苛刻的要求。对于OVD、VAD等工艺，通过烧结前对疏松体的脱羟工艺可以较容易的制得低羟基含量的光纤预制棒，但对于MCVD、PCVD等管内化学汽相沉积工艺而言，由于在沉积的过程中即实现了疏松体的烧结，不能采用类似于OVD与VAD等工艺的脱羟工艺，烧结后的玻璃体中的羟基是很难排除的。因此，MCVD与PCVD等管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的理想方法是在保证生产过程中不引入氢或羟基，或者在逐层的沉积过程中即进行脱羟处理。

MCVD等管内化学汽相沉积工艺制备的光纤中OH的主要来源包括如下方面：一是光纤制备原料中的含氢杂质及反应气体所带进的水分；二是沉积基管本身的少量OH在高温下向光纤芯层扩散；三是MCVD工艺过程中由于系统密封性能不够而造成环境中的水气进入反应空间，包括氢氧焰的污染。

MCVD与PCVD工艺所用原料主要是卤化物，如SiCl₄、GeCl₄等。SiCl₄中的主要含氢杂质为三氯氢硅(SiHCl₃)。SiHCl₃可以通过多次蒸馏予以消除，但SiCl₄中还含有其它的含氢杂质如HCl、CH₄和H₂O等，正是这些杂质造成了光纤中OH的污染。因此必须严格控制原料中的含氢杂质浓度，一般控制在0.5ppm以内。卤化物的载流气体如氧气中的含氢杂质也是造成羟基污染的一个重要原因，为了去除其中的水蒸气，必须对气体进行多级纯化。同时，整个系统的密封性能也是十分重要的，这包括所有气体管道的连接处、质量流量计及电磁阀等部位，特别是沉积基管原料输入端的旋转接头更是造成泄漏的重要原因。

在沉积和熔缩过程中，基管本身所含有的OH会扩散到沉积层中。据估算，在成棒之前，其扩散长度达约为40-50μm。所以，为了防止OH进入芯层部位，在芯层沉积之前，先沉积足够厚度的阻挡是十分必要的。降低沉积温度和熔缩温度也有助于降低基管中OH向芯层的扩散。但上述两种方法都会降低沉积速率，延长了沉积时间，增加了生产成本。

在采用高纯原料、高纯气体和高纯石英基管后，光纤内的羟基含量能够得到很好的控制，但仍然难以达到无水峰光纤在1385nm处损耗低于0.31dB/km的要求。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种降低管内化学汽相沉积工艺的基管中羟基含量的方法。本发明的第二个目的是提供一种降低管内化学汽相沉积的预制棒内包层与芯层内羟基含量的方法，尤其是MCVD与PCVD等管内化学汽相沉积的预制棒内包层与芯层内低羟基含量的工艺。本发明的第三个目的是提供一种管内化学汽相沉积法制备低羟基含量光纤预制棒的方法。本发明的第四个目的是提供一种管内化学汽相沉积法制备低水峰或无水峰光纤的方法。

为了达到上述目的，在传统的MCVD工艺与PCVD工艺中引入氢同位素置换工艺，在MCVD法与PCVD法制备光纤预制棒的同时利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，使最终制备预制棒内的大部分OH基团转化为OD基团，降低预制棒内的羟基含量，从而使光纤位于1385nm的吸收损耗降低，获得低水峰光纤或无水峰光纤。

本发明的目的这样实现：管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，在传统的MCVD或PCVD工艺中引入氢同位素置换工艺，在MCVD或PCVD法制备光纤预制棒的同时利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，并且是在开始制备时和制备过程中的反复交替的利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，置换方法是：先向基管内通入一定流量的氦气或氮气，保持一定时间驱除基管内部存在的氧气，然后将基管加热到氢氘置换所需要的合适温度，停止向管内通入氦气或氮气，开始以一定的流速通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换基管由内表面向外一定深度内的氢元素；停止通入氘气，向管内通入一定流速的氦气或氮气驱除管内氢气与氘气混合气体，并开始升高温度；一定时间后停止氦气或氮气输入，开始通入携带原料的输送气体与辅助气体进行沉积。

氢氘置换所需要的合适温度一般在300-1100℃，在沉积过程中反复置换的次数视工艺和沉积工艺参数和尺寸的控制而定，一般在2-10次。驱除残余气体时通入氦气或氮气并保持一定时间，一般在2-20分钟。

本发明就是将氢-氘置换原理应用于MCVD与PCVD等管内化学汽相沉积工艺，通过氢-氘置换(如下式)使预制棒芯层、内包层及基管等位置处的OH基团全部或绝大部分的转变为OD基团，从而使材料吸收波长移到通信窗口以外，从而制备低羟基含量光纤预制棒。

由表1可以看出，通过氢-氘置换以后，原对应于O-H位于光纤通信窗口内产生较大吸收损耗的振动都已偏移到通信窗口以外，这样，光纤位于1385nm处的吸收损耗大大降低。

表1石英玻璃网络中的OH和OD对应的谐波振动

O-H bond Intensity O-D bond

wavelength Identification 强度 wavelength

(nm)OH键谐微观对应 (dB/km (nm)OD键谐

振波长 ppm) 振波长

2730 ν′₃

10,000 3750

2220 ν₁+ν′₃ 256.500 3050

1900 2ν₁+ν′₃ 90.060 2610

1380 2ν′₃ 40.278 1895

1240 ν₁+2ν′₃ 2.083 1700

1125 2ν₁+2ν′₃ 0.047 1545

1030 3ν₁+2ν′₃ 0.006 1410

940 3ν′₃ 1.000 1290

880 ν₁+3ν′₃ 0.092 1210

825 2ν₁+3ν′₃ 0.011 1135

775 3ν₁+3ν′₃ 0.001 1065

725 4ν′₃ 0.089 995

685 ν₁+4ν′₃ 0.012 940

585 5ν′₃ 0.007 805

0-D键键能为466kJ/mol，O-H键键能为460466kJ/mol，因此利用氘置换氢的过程需要一定的激发能量。如果利用热量的方式提供此激发能量，需要在300℃以上温度能够获得较好的置换效率。

同时，D₂与H₂都是一种可燃性气体，当H₂、D₂或者两者混合气体与氧气混合时，混合气体里大量的氢分子或氘分子跟氧气分子充分接触，点燃后迅速反应，在极短时间内放出大量的热。如果气体被限制在一个受限制的空间内，气体急剧膨胀，就发生爆炸。常温常压下，空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4％-74.2％，点燃时就会爆炸，这个范围称为氢气的爆炸极限。因此，在氢氘同位素置换过程中，必须避免氢气或氘气与氧气混合，或者避免其含量进入氢气爆炸极限。

本发明制备低水峰或无水峰光纤预制棒的方法包括如下步骤：

1)将经过清洗处理的高纯石英基管固定到夹具上，并利用横向移动的氢氧焰等热源将旋转的石英基管加热到高温，向基管中通入Cl₂、SF₆等气体对基管内表面进行化学刻蚀，除去基管内表面上的杂质；

2)降低基管温度，并向基管内通入一定流量的氦气或氮气，保持一定时间以便驱除基管内部存在的氧气，然后将基管加热到氢氘置换所需要的合适温度，停止向管内通入氦气或氮气，开始以一定的流速通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换基管由内表面向外一定深度内的氢元素；

3)停止通入氘气，向管内通入一定流速的氦气或氮气驱除管内氢气与氘气混合气体，并开始升高温度；一定时间后停止氦气或氮气输入，开始通入携带原料的输送气体与辅助气体，进入预制棒的沉积过程；

4)完成一定层数的沉积层时，停止通入携带原料的输送气体与氧气，并开始降温，同时向基管内通入一定流速的氦气或氮气，保持一定时间以便驱除管内存在的氧气，当基管加热到氢氘置换所需要的合适温度，停止向管内通入氦气或氮气，开始以一定的流速通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换管内沉积层由内表面向外一定深度内的氢元素；

5)当设定的同位素置换过程完成后，按照3)到4)的程序循环进行沉积过程与氢氘同位素的置换过程，一直到完成沉积过程；

6)沉积过程完成后，直接在MCVD车床上进行熔缩，或者转移到专门的烧结炉上进行熔缩。此时为了避免中心层锗的挥发，可以继续向管内通入一定流量的GeCl₄与O₂，或者通入含氟气体将中心层刻蚀掉。在后一种工艺中也可以引入氢氘同位素的置换过程。

同时，本方法也适用于PCVD工艺制备低羟基含量光纤预制棒。与MCVD工艺类似，PCVD工艺也是在高纯石英玻璃管管内进行气相沉积和高温氧化反应，所不同之处是热源和反应机理。PCVD工艺是将MCVD法中的氢氧焰加热方式改为了微波加热。在PCVD沉积过程中，也可以向上述改进的MCVD工艺一样，在沉积过程中以一定的间隔增加氢氘同位素置换过程。PCVD沉积过程完成后并不直接在车床上继续熔缩过程，而是将沉积管转移到专门的烧结炉中进行熔缩，而此过程中也可以引入氢氘置换过程以减少芯棒中心层中的H-O含量。

利用上述方法，可以获得羟基含量很低的光纤预制棒，进而拉制获得低羟基含量的光纤。随后考察光纤的氢损情况。试验中发现，在室温下将硅基光纤暴露在0.01氢气压下4天后，不同的光纤类型呈现不同的特性，MCVD法和VAD法制造的光纤在1385nm处的吸收损耗增加小于0.01dB/km，利用混合的VAD过程制造的无OH光纤大约平均增加0.04dB/km，而其他类型光纤的吸收损耗增加都比较明显，范围大致在0.06～0.21dB/km。可见，MCVD法制备的光纤成缆后在使用过程中1385nm处的吸收损耗增加非常小，其1385nm处吸收损耗应该主要来源于光纤制备过程中的氢或羟基污染。因此，通过控制或者消除光纤制备过程中的氢或羟基污染，就有可能制备得低水峰或无水峰光纤。

与一些通过对预制棒成品或光纤成品进行再处理而降低光纤水峰的方法相比，本方法充分利用了MCVD法与PCVD法的工艺设备和技术优点，不仅降低了基管内H-O含量从而能够更加有效地阻止预制棒制备过程和光纤拉制过程中包层或基管内羟基向光纤芯层部的扩散，同时由于降低了预制棒内包层和芯层内的羟基含量，从而使光纤位于1385nm处的吸收峰降低甚至达到无水峰的状态，并且能够保持长期的稳定性。

本发明的其他特征和优点将在下文中详细描述，并且可以通过以下结合附图的说明书和权力要求书中变得明显。

应该理解，以上的概述和下面的详细描述都是举例性和说明性的，旨在对本发明加以进一步地说明，并不想对由所附权力说明书限定的本发明的保护范围有任何的限制。

四、附图说明

图1说明运用MCVD制造光纤预制棒的传统方法

图2说明按照本发明运用MCVD制造低水峰或无水峰光纤预制棒的方法

氘气的存储净化系统与输送系统1、密封旋转接头2、高纯石英基管3、喷灯4、加热区6、沉积区7。

五、具体实施方式

普通的MCVD工艺制备光纤预制棒的方法如图1所示：先在纯石英基管内部从内壁到中心沉积包层和芯层，然后将沉积好芯层的石英玻璃在2100-2300℃高温下熔缩成固体芯棒。为了增加氢氘置换工艺，需要在普通MCVD车床与工艺做一定程度的改进。

本发明是在传统MCVD工艺上作相应的改进，其具体实施方式按照如图2所示的工艺和装置。

在普通MCVD车床的进气端前面增加氘气的存储净化系统与输送系统1。净化后的氘气通过其输送系统进入MCVD车床上的石英管内部，通过精确的质量流量计控制氘气的流量。氘气的具体输送与连接方式可以有多种：一种方法是氘气可以通过单独输送系统连接到沉积基管头部密封旋转接头2处；另一种方法是首先将氘气与MCVD沉积过程中所需要的氦气相混合，然后通过氦气输送系统一起通过密封旋转接头2进入基管内部参加置换反应，但氘气的流量还是需要单独控制，即当MCVD或PCVD沉积过程正在进行时，氘气将被关闭而不进入氦气输送系统。

实际生产中，首先按照光纤折射率剖面设计和工艺参数的设定选用合适尺寸的高纯石英基管3，利用蒸馏水、HF等化学品对其内表面进行清洁并干燥。将基管3安装到MCVD沉积车床上，两端固定到旋转接头2内，利用马达带动基管旋转，然后点燃喷灯4加热基管，喷灯基管长度方向横向运动。检查基管是否存在缺陷，并向基管内通入含氟气体对其内表面进行蚀刻，除去内表面上的杂质。

随后降低基管3的温度，同时向基管3内通入一定流量(如500-10000mL/分钟)的氦气或氮气并保持一定时间(如3-10分钟)以便驱除基管内部存在的氧气，然后将基管3加热到氢氘置换反应所需要的合适温度(300℃-1000℃之间)，停止向管内单独通入氦气或氮气，开始以一定的流量(20mL/分钟-1000mL/分钟之间)通入氘气或者氘气/氦气的混合气体(氘气有效流量在20mL/分钟-1000mL/分钟之间)，同时通过尾管附近的压力平衡装置保持管内气体维持在一定正压力范围内，开始对基管内层进行氢氘同位素的热交换。整个交换过程包括如下内容：1)氘气在石英网络内的吸收、渗透和扩散；2)氢-氘同位素热交换；3)氢扩散并溢出。通过调整氘气的流量、管内压力、反应温度和反应时间可以控制氘气渗透深度和交换效率，而氘气的流量、管内压力、反应温度和反应时间等工艺参数则根据基管内的羟基含量、内包层和芯层半径比(b/a)等设定。同时，为了避免温度降低与管内气体压力变换时管尾部可能存在的水汽进入管内，在氢氘置换的过程中可以向管内通入一定流量的Cl₂气。

对基管进行氘化处理达到工艺目标要求后，停止通入氘气，向管内通入一定流量(如500-10000mL/分钟)的氦气或氮气并保持一定时间(如3-10分钟)以便驱除管内氢气与氘气混合气体，同时开始升高温度。一定时间后停止氦气或氮气的单独输入，开始进入预制棒的沉积过程，一系列的气相化学混合物(SiCl₄，GeCl₄，POCl₃等)在载流氧的带动下，通过鼓泡系统(Bubbler)，并由精确的质量流量控制器控制流量，和其他一些反应气体(He，Cl₂和O₂等)，在氢氧火焰的1400-1900℃左右温度下原料气体在加热区6发生化学反应，产生微粒。生成的微粒沿着载热流体流动方向运动，在热泳力作用下沉积到温度低于加热区温度的沉积区7内，形成沉积层。随着喷灯4的移动，刚刚生成的沉积层逐渐被烧结，形成透明的玻璃层。如此一遍一遍的反复沉积，沉积层逐渐增厚。

当完成一定层数的沉积过程后开始沉积层内的氢氘同位素置换，这个沉积层间隔数量是由传统工艺预制棒中对应这些层位置的H-O含量、预制棒最终要求的羟基含量、采用的氢氘置换工艺制度等因素决定，并考虑相应的生产速度与生产效率。氢氘同位素置换过程开始前，停止向管内通入携带原料的载流氧气与其它反应气体，并开始降温，同时改向管内通入一定流量(如500-10000mL/分钟)的氦气或氮气并保持一定时间(如3-10分钟)以便驱除管内存在的氧气，当基管加热到氢氘置换所需要的合适温度(300℃-1000℃之间)时停止向管内单独通入氦气或氮气，开始以一定的流量通入氘气或者氘气/氦气的混合气体(氘气有效流量在20mL/分钟-1000mL/分钟之间)，同时通过尾管附近的压力平衡装置保持管内气体维持在一定正压力范围内。氘气进入管内后，在温度提供的能量下向沉积层以及由沉积层烧结生成的玻璃层渗透并置换其中的氢元素，置换后得到的氢气以及未能参与置换反应的氘气随着氦气等尾气一起进入尾气收集和处理系统。根据光纤设计所需要的1385nm处的吸收强度要求，结合基管厚度、基管内羟基含量、内包层和芯层半径比(b/a)、沉积厚度的变化等信息调整氘气的有效流量。同时，为了避免温度降低与管内气体压力变换时管尾部可能存在的水汽进入管内，在氢氘置换的过程中可以向管内通入一定流量的Cl₂气。

当设定的同位素置换过程完成后，停止通入氘气，向管内通入一定流速(如500-10000mL/分钟)的氦气或氮气并保持一定时间(尤其以3-10分钟更好)以便驱除管内残余的氢气与氘气混合气体，同时开始升高温度。然后停止氦气或氮气单独输入，再次开始通入携带原料的载流氧体与其它反应气体，继续进行预制棒的沉积过程。

按照一定的时间间隔或者沉积层数间隔，反复进行预制棒沉积过程与氢氘同位素的置换过程，一直到完成沉积过程。当预制棒内包层和芯层都沉积完成后，再进行一次氢氘同位素的置换过程，然后在用氦气驱除管内残余的氢气与氘气后，对管子进行高温熔缩。增大喷灯4内燃烧气体流量，提高加热温度，使石英管在2100-2300℃高温下熔缩，并闭合形成最终的光纤预制棒或预制棒芯棒。或者将沉积完成的管子转移到专门的烧结炉中进行熔缩。

在熔缩过程中，管中心层中的GeO₂在高温作用下会产生挥发，从而使预制棒芯棒中心折射率低于预期折射率，此中心折射率凹陷现象将直接影响光纤性能。为了减小或消除此影响，可以在熔缩过程中继续向管内通入含有一定流量GeCl₄的载流氧气与其它反应气体，继续在中心层沉积GeO₂，即补芯；或者在熔缩过程中向管内通入一定流量的含氟气体，将中心沉积层刻蚀掉。在刻蚀工艺中，可以同时通入一定流量的氘气或者氘气/氦气混合气体，继续氢氘同位素置换过程。

PCVD法制备光纤预制棒的过程类似于MCVD法，但PCVD工艺中每层沉积层更薄，总沉积层数更多。在PCVD工艺中引入氢氘置换工序的方法与MCVD工艺相同，在基管刻蚀与沉积过程中，都可以间歇性的引入氘气或含氘气的混合气体，所不同的是，PCVD工艺中必须不间断的引入用于产生等离子体的激发气体(如氦气)。同时，PCVD工艺中的熔缩过程不是在PCVD车床上连续完成的，而是在沉积完成后将管子转移到专门的烧结炉中进行熔缩，在此熔缩过程中，也可以通过专门系统向尚未完全闭合的管内通入氘气或含氘气的混合气体，以降低管中心部位的H-O含量。

通过上述方法，可以获得羟基含量很低的预制棒或者预制棒芯棒。随后利用高温抛光或氢氟酸清洗等方法清洁预制棒表面，获得高质量的预制棒成品，或者获得预制棒芯棒并利用外部汽相沉积法、套管法等外包工艺增加预制棒外包层厚度。

如上所述，按照本发明的具体方案，在MCVD工艺或者PCVD工艺中引入氢-氘同位素置换过程，可以有效的降低光纤预制棒(或者芯棒)的基管内与沉积层内的羟基含量，减少了光纤在1385nm处的吸收损耗。

从所描述的本发明中，很明显还可以许多种方式进行改变，这些改变不应该被认为是脱离本发明的精神和范围的，所有这些修改对于熟悉本领域的人员来说是显而易见的，它们将被包括在权力要求书的范围之内。

Claims

1、管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是在传统的MCVD或PCVD工艺中引入氢同位素置换工艺，在MCVD或PCVD法制备光纤预制棒的同时利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，并且是在开始制备时和制备过程中的反复交替的利用氘元素置换基管和沉积层内的氢元素，置换方法是：先向基管内通入一定流量的氦气或氮气，保持一定时间驱除基管内部存在的氧气，然后将基管加热到氢氘置换所需要的合适温度，停止向管内通入氦气或氮气，开始以一定的流速通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换基管由内表面向外一定深度内的氢元素；停止通入氘气，向管内通入一定流速的氦气或氮气驱除管内氢气与氘气混合气体；一定时间后停止氦气或氮气输入，开始通入携带原料的输送气体与辅助气体进行制备生长。

2、由权利要求1所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是具体方法是：1)将经过清洗处理的高纯石英基管固定到夹具上，并利用横向移动的氢氧焰等热源将旋转的石英基管加热到高温，向基管中通入Cl₂、SF₆等气体对基管内表面进行化学刻蚀，除去基管内表面上的杂质；2)降低基管温度，并向基管内通入一定流量的氦气或氮气，保持一定时间以便驱除基管内部存在的氧气，然后将基管加热到氢氘置换所需要的合适温度，停止向管内通入氦气或氮气，开始以一定的流速通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换基管由内表面向外一定深度内的氢元素；3)停止通入氘气，向管内通入一定流速的氦气或氮气驱除管内氢气与氘气混合气体，并开始升高温度；一定时间后停止氦气或氮气输入，开始通入携带原料的输送气体与辅助气体，进入预制棒的沉积过程；4)完成一定层数的沉积层时，停止通入携带原料的输送气体与氧气，并开始降温，同时向基管内通入一定流速的氦气或氮气，保持一定时间以便驱除管内存在的氧气，当基管加热到氢氘置换所需要的合适温度，停止向管内通入氦气或氮气，开始以一定的流速通入氘气或者氘气与氦气的混合气体，置换管内沉积层由内表面向外一定深度内的氢元素；5)当设定的同位素置换过程完成后，按照3)到4)的程序循环进行沉积过程与氢氘同位素的置换过程，一直到完成沉积过程；6)沉积过程完成后，直接在MCVD车床上进行熔缩，或者转移到专门的烧结炉上进行熔缩。

3、由权利要求2所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是熔缩时通入含氟气体将中心层刻蚀掉，同时亦引入氢氘同位素的置换。

4、由权利要求1或2所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是制备系统获得的氘气或者由存储系统保存的氘气通过其输送系统进入MCVD沉积过程中的石英基管内部。具体输送与连接方式是氘气可以通过单独输送系统连接到沉积石英基管头部密封旋转接头(2)处。

5、由权利要求1所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是另一种具体输送与连接方式是首先将氘气与MCVD沉积过程中所需要的氦气相混合，然后通过氦气输送系统一起通过密封旋转接头(2)进入基管内部参加置换反应，但氘气的流量还是需要单独控制，即当MCVD或PCVD沉积过程正在进行时，氘气将被关闭而不进入氦气输送系统。

6、由权利要求1所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是氘气有效流量在20mL/分钟-1000mL/分钟之间，氦气或氮气的流量在500-10000mL/分钟，并保持3-10分钟。

7、由权利要求1所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是选用合适尺寸的高纯石英基管(3)，利用蒸馏水、HF等化学品对其内表面进行清洁并干燥，将基管(3)安装到MCVD沉积车床上，两端固定到旋转接头(2)内，利用马达带动基管旋转，然后点燃喷灯(4)加热基管，喷灯基管长度方向横向运动；检查基管是否存在缺陷，并向基管内通入氟气对其内表面进行蚀刻，除去内表面上的杂质；然后用氘元素置换基管内层一定厚度内玻璃中的氢元素。

8、由权利要求1所述的管内化学汽相沉积工艺制备低羟基含量光纤预制棒的方法，其特征是当预制棒内包层和芯层都沉积完成后，增大喷灯(4)内燃烧气体流量，提高加热温度，使石英管在高温下熔缩，并闭合形成最终的光纤预制棒或预制棒芯棒，此过程中通入一定流量的氘气。