RU2546711C1 - Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием - Google Patents
Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2546711C1 RU2546711C1 RU2014113032/28A RU2014113032A RU2546711C1 RU 2546711 C1 RU2546711 C1 RU 2546711C1 RU 2014113032/28 A RU2014113032/28 A RU 2014113032/28A RU 2014113032 A RU2014113032 A RU 2014113032A RU 2546711 C1 RU2546711 C1 RU 2546711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deuterium
- aircraft
- glass
- quartz glass
- tube
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к методам химического парофазного осаждения для изготовления кварцевых световодов с малыми оптическими потерями. Согласно способу внутрь трубки заготовки волоконного световода вводят сухие, содержащие дейтерий газы, например пары диметилсульфоксида Д6. Легирование осаждаемых слоев стекла сердцевины и оболочки малыми добавками дейтерия производят как в процессе осаждения слоев, так и при высокотемпературном сжатии трубки. Технический результат - снижение оптических потерь световода и массоуноса заготовок, сокращение длительности процесса их изготовления. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к изготовлению волоконных световодов (ВС) модифицированным методом химического парофазного осаждения (modified chemical vapor deposition - MCVD). Оптические волокна, получаемые таким способом, отличаются дополнительными оптическими потерями в спектральной области прозрачности кварцевого стекла (1300-1550 нм) из-за поглощения излучения примесными гидроксильными группами, в которых атомы водорода содержатся в виде широко распространенного в природе изотопа - протия (Н).
Сердцевина ВС, изготавливаемых MCVD методом, окружена синтетической отражающей оболочкой, изолирующей сердцевину от примесей материала опорных кварцевых трубок промышленного производства. Примесь водорода создает основные проблемы в технологии ВС, так как он обладает наиболее высокой диффузионной подвижностью по сравнению с другими примесями. Когда протий проникает в германосиликатную сердцевину, происходит реакция восстановления GeO2:
При этом возникают дополнительные оптические потери на всем участке спектра прозрачности стекла, особенно на длине волны 1.38 мкм, соответствующей положению пика поглощения основным обертоном колебаний связанных атомов протия и кислорода (Iino A., Kuwabara М., Kokura К. Mechanism of hydrogen-induced loss in silica-based optical fibers. - Journal of lightwave technology. 1990, v. 8, No 11, p. 1675-1679).
Обработка дейтерием исходных кварцевых труб, используемых в MCVD процессе изготовления ВС, устраняет в оптических волокнах поглощение на длине волны 1.38 мкм, смещая эту полосу поглощения в область 1.9 мкм за счет изотопного обмена протия на дейтерий (Shang Н.Т., Stone J., Burrus С.A. Low - ОН MCVD fibers without a barrier layer using OH-OD exchange substrate tubes. - Electronics letters. 1983, v 19, No 3, p. 95-96). Однако дополнительные оптические потери из-за восстановления GeO2 не устраняются: дейтерий, так же как и протий, при высокой температуре диффундирует в германосиликатное стекло сердцевины и восстанавливает диоксид германия.
Наиболее близкий к предлагаемому техническому решению «Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями» по патенту РФ на изобретение №2462737, опубликованному 03.03.2011 по индексу МПК G02B 6/024; С03В 37/18, принят за прототип. Этим способом изготавливаются ВС MCVD методом на основе кварцевого стекла, дополнительно легированного малыми добавками оксида дейтерия в процессе высокотемпературного сжатия трубки. При этом устраняются оптические потери из-за восстановления GeO2. Дейтерий внедряется в сетку стекла по реакции:
Образующиеся по реакции (2) OD группы разрывают регулярные Si-О связи стекла, понижая его вязкость, и смещают реакцию (1) в левую сторону, снижая тем самым степень восстановления GeO2 и дополнительные оптические потери.
Использование этого технического решения для MCVD метода изготовления ВС имеет существенный недостаток:
- рекомендуемые этим патентом добавки оксида дейтерия могут быть использованы только в процессе высокотемпературного сжатия трубки, обеспечивая тем самым желаемый эффект только для одномодовых ВС с малым диаметром сердцевины. Введение оксида дейтерия в парогазовую смесь (ПГС) при осаждении легированных слоев оболочки и сердцевины неосуществимо, так как реагенты взаимодействуют с D2O при комнатной температуре и блокируют линию подачи ПГС твердыми продуктами гидролиза.
Задача настоящего изобретения заключается в усовершенствовании технологии изготовления кварцевых волоконных ВС, легированных дейтерием, при которой возможно изготовление многомодовых и одномодовых световодов с более низкими оптическими потерями, повысить производительность изготовления заготовок с увеличением их диаметра.
Технический результат достигается тем, что дейтерий вводят в стекло как в процессе осаждения слоев, так и при сжатии трубки. В результате этого:
- понижается вязкость стекла сердцевины и оболочки для многомодовых и одномодовых ВС, что приводит к снижению оптических потерь на рэлеевское рассеяние;
- за счет сокращения длительности процесса высокотемпературного сжатия повышается производительность процесса изготовления заготовок и увеличивается диаметр заготовок из-за снижения массоуноса стекла.
Поставленная задача решается новым способом изготовления ВС на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием, включающим процессы изготовления световода MCVD методом с легированием осаждаемых слоев стекла дейтерием и последующую вытяжку ВС, в котором, в отличие от прототипа, дейтерий вводят как в процессе осаждения слоев оболочки и сердцевины, так и при высокотемпературном сжатии трубки, причем в качестве дейтерийсодержащих реагентов используют сухие (с точкой росы менее -50°C) дейтерийсодержащие газы или пары легколетучих веществ, например диметилсульфоксида Д6 (C2D6SO), содержание которых в кислороде ниже предела взрываемости этой смеси.
Усовершенствование технологии изготовления ВС заключается в том, что введение таких добавок обеспечивает решение указанных проблем, позволяя легировать дейтерием как одномодовые, так и многомодовые световоды. Образующиеся в осажденном стекле OD группы снижают его вязкость, обеспечивая тем самым снижение оптических потерь на рэлеевское рассеяние и сокращение длительности высокотемпературного процесса сжатия трубки. Ограничение содержания влаги в дейтерийсодержащих веществах (до точки росы менее -50°C) обусловлено тем, что при введении их в ПГС галогениды (SiCl4, GeCl4, POCl3, BCl3) взаимодействуют с влагой при комнатной температуре и блокируют линию подачи реагентов твердыми продуктами гидролиза (SiO2, GeO2, Р2О5 и В2О3).
Совокупность изложенных признаков и анализ отличий от прототипа по существующему уровню техники позволяет сделать вывод о «новизне» и «изобретательском уровне» нового способа.
Предлагаемое новое техническое решение реализовано экспериментально в следующих примерах способа изготовления ВС.
Пример №1. По известной MCVD технологии изготовлен многомодовый ВС при нагреве исходной вращающейся трубки кислородо-водородной горелкой, совершающей возвратно-поступательные движения. На внутреннюю поверхность метровой трубы из кварцевого стекла с наружным диаметром 22 мм, толщиной стенки 2,1 мм методом MCVD наносили 10 слоев защитной оболочки (0,963SiO2-0,03Р2О5-0,007F), 4 слоя изолирующей оболочки (0,973SiO2-0,02GeO2-0,007F) и 2 слоя сердцевины (0,948SiO2-0,05GeO2-0,002F). В процессе осаждения слоев стекла и сжатия трубки в линию подачи реагентов вводили байпасный кислород после его барботажа через жидкий диметилсульфоксид Д6 (ДМС Д6) при 25°C. Его содержание в ПГС при осаждении всех слоев было на уровне 0.05 об. %, а в процессе сжатия - 0.1 об. %. Высокотемпературное сжатие трубки в штабик производили за два прохода горелки при температурах 2000°C и 2150°C. На втором проходе горелки при обратном направлении ее движения и скорости перемещения 10 мм/мин внутренний канал захлопывался. Получена круглая заготовка с наружным диаметром, равным 12,5 мм и диаметром германосиликатной сердцевины ≈0,7 мм. Показатель преломления (ПП) всех оболочек соответствовал ПП кварцевого стекла опорной кварцевой трубы. Разность ПП сердцевины и изолирующей оболочки, измеренная на рефрактометре Р-101, равна 0,0065.
Из полученной таким образом заготовки вытягивали одномодовый ВС №1 диаметром 125 мкм и длиной 1 км при нагреве заготовки до 2000°C в печи с графитовым нагревателем. В процессе вытягивания волокно покрывали слоем мягкого и жесткого эпоксиакрилатного полимера, отверждаемого ультрафиолетовым облучением. Диаметр ВС в двойном покрытии составлял 250 мкм. Длина волны отсечки высшей моды ≈1,38 мкм.
Пример №2. Аналогичным образом изготовлен образец ВС №2, отличающийся от предыдущего способа тем, что для получения многомодового ВС осаждали не 2, а 20 слоев сердцевины. Скорость обратного хода горелки при схлопывании внутреннего канала составляла 11 мм/мин. Получена круглая заготовка с наружным диаметром, равным 12,8 мм и аналогичным значением ПП сердцевины и оболочек с диаметром сердцевины ≈2,2 мм.
Из полученной таким образом заготовки вытягивали многоомодовый ВС №2 с диаметром 125 мкм и длиной 2 км. В процессе вытягивания волокно покрывали слоем мягкого и жесткого эпоксиакрилатного полимера, отверждаемого ультрафиолетовым облучением. Диаметр световода в двойном покрытии составлял 250 мкм.
Пример №3. Аналогичным образом изготовлен контрольный образец одномодового ВС №3, отличающийся от примера №1 тем, что ДМС Д6 не использовали в процессе изготовления заготовки. При высокотемпературном сжатии трубка продувалась кислородом, прошедшим каталитическое дожигание водородсодержащих примесей и сушку на молекулярном сите. Концентрация водородсодержащих примесей в кислороде, подвергнутом такой обработке, не превышала 10-4 мол. %. Скорость перемещения горелки при схлопывании внутреннего канала в этом способе оказалась на 40% ниже (6 вместо 10 мм/мин), чем в примере №1. Это обусловлено повышением вязкости материала сердцевины и оболочки из-за отсутствия OD групп в стекле. Наружный диаметр заготовки равен 11,9 мм, что на 0,6 мм меньше, чем в примере №1 из-за повышенного испарения стекла при увеличении длительности процесса высокотемпературного сжатия трубки.
Из заготовки вытягивали одномодовый ВС №3 диаметром 125 мкм и длиной 1 км. В процессе вытягивания волокно покрывали слоем мягкого и жесткого эпоксиакрилатного полимера, отверждаемого ультрафиолетовым облучением. Диаметр ВС в двойном покрытии составлял 250 мкм. Длина волны отсечки высшей моды ≈1,45 мкм.
Пример №4. Аналогичным образом изготовлен контрольный образец многомодового ВС №4 километровой длины, отличающийся от примера №2 тем, что ДМС Д6 не использовали в процессе изготовления заготовки. При высокотемпературном сжатии трубка продувалась кислородом, концентрация водородсодержащих примесей в котором не превышала 10-4 мол. %. Скорость перемещения горелки при схлопывании внутреннего канала в этом способе оказалась на 36% ниже (7 вместо 11 мм/мин), чем в примере №2. Это обусловлено повышением вязкости осажденного стекла из-за отсутствия OD групп в нем. Получена круглая заготовка с наружный диаметром, равным 12,3 мм, и диаметром сердцевины ≈2,2 мм при тех же значениях ПП сердцевины и оболочек.
В таблице сопоставлены оптические потери на длине волны 1,55 мкм для ВС, полученных при разных концентрациях ДМС Д6 в газовой фазе при высокотемпературном сжатии заготовки.
По мере увеличения содержания дейтерия в газовой фазе внутри опорной трубки оптические потери ВС снижаются, что обусловлено снижением вязкости стекла и, как следствие, понижением величины рэлеевского рассеяния. Снижается масса испарившегося стекла ориентировочно на 4-5%.
Вышеизложенные сведения подтверждают очевидную промышленную применимость предлагаемого способа изготовления ВС для использования в системах связи и волоконно-оптических датчиках.
Claims (2)
1. Способ изготовления волоконных световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием, включающий процессы изготовления заготовки световода модифицированным методом химического парофазного осаждения легированного кварцевого стекла с легированием осаждаемых слоев стекла дейтерием и последующую вытяжку ВС, отличающийся тем, что дейтерий вводят как в процессе осаждения слоев оболочки и сердцевины, так и при высокотемпературном сжатии трубки, причем используют сухие с точкой росы менее -50°C дейтерийсодержащие газы, содержание которых в кислороде менее нижнего предела взрываемости этой смеси.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дейтерийсодержащего газа используют пары диметилсульфоксида Д6 (C2D6SO).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113032/28A RU2546711C1 (ru) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113032/28A RU2546711C1 (ru) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2546711C1 true RU2546711C1 (ru) | 2015-04-10 |
Family
ID=53295958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014113032/28A RU2546711C1 (ru) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2546711C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222032C2 (ru) * | 2000-06-29 | 2004-01-20 | Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики РАН | Волоконный световод (варианты) и способ его получения |
US6799440B2 (en) * | 2002-02-22 | 2004-10-05 | General Electric Company | Optical fiber deposition tube fused in deuterium atmosphere for attenuation improvement |
RU2462737C1 (ru) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями |
-
2014
- 2014-04-03 RU RU2014113032/28A patent/RU2546711C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222032C2 (ru) * | 2000-06-29 | 2004-01-20 | Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики РАН | Волоконный световод (варианты) и способ его получения |
US6799440B2 (en) * | 2002-02-22 | 2004-10-05 | General Electric Company | Optical fiber deposition tube fused in deuterium atmosphere for attenuation improvement |
US7363776B2 (en) * | 2002-02-22 | 2008-04-29 | Momentive Performance Materials Inc. | Method for forming fused quartz using deuterium |
RU2462737C1 (ru) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113009619B (zh) | 具有氟和氯共掺杂芯区域的低损耗光纤 | |
RU2736023C2 (ru) | Легированное бромом оптическое волокно | |
CN105527675B (zh) | 低损耗光纤及其制造方法 | |
US9919946B2 (en) | Method of making optical fibers in a reducing atmosphere | |
CN108349779B (zh) | 制造光纤用玻璃芯预成形体的方法 | |
KR20070007767A (ko) | 유리 그을음 증착방법 및 장치 | |
JP2017526599A (ja) | 還元雰囲気中で光ファイバを作製する方法 | |
US4327965A (en) | Single mode fibre and method of manufacture | |
CN114994830A (zh) | 一种低损耗抗弯曲单模光纤及其制造方法 | |
KR101057173B1 (ko) | 광섬유 및 그의 모재의 제조방법 | |
CN112062460B (zh) | 低损耗g.652.d光纤及其制作方法 | |
GB2211498A (en) | Method of manufacturing a light guide | |
RU2462737C1 (ru) | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями | |
US11261121B2 (en) | Optical fiber preforms with halogen doping | |
EP3473603B1 (en) | Method of making halogen doped silica | |
RU2546711C1 (ru) | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла, легированного дейтерием | |
JP2021534059A (ja) | 光ファイバ用のハロゲンドープシリカプリフォームの作製方法 | |
Plotnichenko et al. | Influence of molecular hydrogen diffusion on concentration and distribution of hydroxyl groups in silica fibers | |
RU2639560C1 (ru) | MCVD способ изготовления одномодовых световодов с сердцевиной из чистого кварцевого стекла | |
JPS62283845A (ja) | ド−プト石英系光フアイバ | |
CN114040894A (zh) | 具有氢阻障层的石英光纤及其生产方法 | |
RU2272003C1 (ru) | Способ высокотемпературной химической обработки поверхности стекла | |
RU2803758C1 (ru) | Способ изготовления заготовок для световодов | |
US10947149B2 (en) | Halogen-doped silica for optical fiber preforms | |
RU2547032C1 (ru) | Способ изготовления многомодовых малодисперсионных световодов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200404 |