RU2724076C1 - Method of manufacturing quartz fibre guides - Google Patents

Method of manufacturing quartz fibre guides Download PDF

Info

Publication number
RU2724076C1
RU2724076C1 RU2019118202A RU2019118202A RU2724076C1 RU 2724076 C1 RU2724076 C1 RU 2724076C1 RU 2019118202 A RU2019118202 A RU 2019118202A RU 2019118202 A RU2019118202 A RU 2019118202A RU 2724076 C1 RU2724076 C1 RU 2724076C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
quartz
burner
workpiece
glass
evaporation
Prior art date
Application number
RU2019118202A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Артемьевич Ероньян
Кирилл Юрьевич Кузнецов
Иван Сергеевич Никитин
Александр Александрович Реуцкий
Александр Алексеевич Унтилов
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority to RU2019118202A priority Critical patent/RU2724076C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724076C1 publication Critical patent/RU2724076C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to a method of producing blanks of quartz light guides. Proposed method comprises heating of quartz tube by means of oxygen-hydrogen burner at its compression into bar stock at temperature of 2200–2300 °C. Flame of burner with products of quartz glass evaporation is directed along billet by means of screen arranged above billet and made of quartz glass.EFFECT: technical result is reduction of mass redox of quartz light guides and high strength of light guides.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления оптических волокон, в частности, к способу изготовления заготовок кварцевых волоконных световодов модифицированным методом химического парофазного осаждения (modified chemical vapor deposition - MCVD).The invention relates to a technology for manufacturing optical fibers, in particular, to a method for manufacturing billets of quartz fiber optical fibers by the modified chemical vapor deposition (MCVD) method.

В процессе изготовления заготовок кварцевых волоконных световодов (далее - заготовок) нагрев кварцевой трубы производится кислородно-водородной горелкой (далее - горелка), как в процессе осаждения стеклообразных слоев на ее внутреннюю поверхность, так и при высокотемпературном сжатии кварцевой трубы в штабик (патент США №8495896).In the process of manufacturing billets of quartz fiber optical fibers (hereinafter referred to as billets), the quartz tube is heated by an oxygen-hydrogen burner (hereinafter referred to as the burner), both during the deposition of glassy layers on its inner surface and during high-temperature compression of the quartz tube into a staff (US patent No. 8495896).

Наиболее существенный недостаток этого метода изготовления заготовок заключается в испарении кварцевого стекла в процессе высокотемпературного сжатия кварцевой трубы с осажденными слоями стекла в штабик при ее нагреве кислородно-водородной горелкой. Уменьшение величины поперечного сечения исходной кварцевой трубы при этом может достигать 30%. Количество испарившегося стекла зависит от вязкости осажденных слоев стекла, их толщины и величины площади поперечного сечения кварцевой трубы.The most significant drawback of this method of manufacturing billets is the evaporation of quartz glass during the high-temperature compression of a quartz tube with deposited layers of glass into a stack during its heating by an oxygen-hydrogen burner. The decrease in the cross section of the original quartz tube can reach 30%. The amount of evaporated glass depends on the viscosity of the deposited glass layers, their thickness and the cross-sectional area of the quartz tube.

В качестве прототипа принят MCVD способ изготовления заготовок кварцевых световодов, включающий нагрев кварцевой трубы с помощью кислородно-водородной горелки (патент США №4597785). В этом случае степень массоуноса контролируется изменением состава пламени. С увеличением соотношения потоков кислорода к водороду в горелке концентрация кремнийсодержащих газообразных продуктов испарения кварцевого стекла в пламени снижается, а количество испарившегося с заготовки стекла уменьшается.As a prototype, the MCVD adopted a method of manufacturing billets of quartz fibers, including heating the quartz tube using an oxygen-hydrogen burner (US patent No. 4597785). In this case, the degree of mass loss is controlled by a change in the composition of the flame. As the ratio of oxygen to hydrogen flows in the burner increases, the concentration of silicon-containing gaseous products of quartz glass evaporation in the flame decreases, and the amount of glass evaporated from the billet decreases.

Недостаток этого способа заключается в том, что при стехиометрическом соотношении кислорода к водороду в горелке, необходимом для нагрева кварцевой трубы до 2300°С, происходит значительная потеря стекломассы за счет ее испарения. При этом поверхностный слой заготовки обогащается труднолетучими примесями (например, тугоплавким оксидом кальция, который является одним из основных компонентов пыли окружающей среды), снижающими прочность кварцевого волоконного световода.The disadvantage of this method is that when the stoichiometric ratio of oxygen to hydrogen in the burner is necessary to heat the quartz tube to 2300 ° C, there is a significant loss of glass due to its evaporation. At the same time, the surface layer of the preform is enriched with refractory impurities (for example, refractory calcium oxide, which is one of the main components of environmental dust), which reduce the strength of the silica fiber.

Решаемой технической проблемой настоящего изобретения является снижение степени испарения кварцевых заготовок при высокотемпературной пламенной обработке.The technical problem of the present invention to be solved is the reduction in the degree of evaporation of quartz blanks during high-temperature flame processing.

Достигаемый технический результат - уменьшение массоуноса заготовок кварцевых световодов и повышение прочности световодов.Achievable technical result is a decrease in the weight loss of the blanks of quartz optical fibers and an increase in the strength of optical fibers.

Технический результат достигается тем, что при операции сжатия кварцевой трубы в штабик при температуре 2200-2300°С пламя горелки с продуктами испарения кварцевого стекла с помощью защитного экрана направляют вдоль заготовки (фиг. 1).The technical result is achieved by the fact that during the operation of compressing a quartz tube into a head at a temperature of 2200-2300 ° C, the flame of the burner with the products of evaporation of quartz glass is directed along the workpiece with a protective shield (Fig. 1).

На фиг. 1 представлена принципиальная схема операции высокотемпературного сжатия кварцевой трубы в штабик, где приняты следующие обозначения:In FIG. 1 is a schematic diagram of the operation of high-temperature compression of a quartz pipe into a staff, where the following notation is adopted:

1 - кварцевая труба;1 - quartz tube;

2 - экран;2 - screen;

3 - часть заготовки-штабика без внутреннего канала (далее - штабик);3 - part of the workpiece-staff without an internal channel (hereinafter - the staff);

4 - пористый слой, осаждающийся перед горелкой (далее - пористый слой из диоксида кремния);4 - a porous layer deposited in front of the burner (hereinafter - a porous layer of silicon dioxide);

5 - кислородно-водородная горелка;5 - oxygen-hydrogen burner;

6 - пористый слой, осаждающийся за горелкой (далее - пористый слой из продуктов испарения кварцевого стекла).6 - a porous layer deposited behind the burner (hereinafter - the porous layer from the products of evaporation of silica glass).

Пламя газовой горелки, содержащее продукты испарения кварцевого стекла, направляют вдоль заготовки экраном 2 из кварцевого стекла, расположенным над заготовкой.The flame of a gas burner containing quartz glass vaporization products is directed along the workpiece by a quartz glass screen 2 located above the workpiece.

Способ приводит к осаждению на поверхности кварцевой трубы пористого слоя 4 из чистого диоксида кремния, который при последующем проходе горелки 5 спекают до прозрачного состояния при температуре не более 1700°С. Повышение температуры спекания нецелесообразно, так как приведет к испарению кварцевого стекла.The method leads to the deposition on the surface of the quartz tube of a porous layer 4 of pure silicon dioxide, which upon subsequent passage of the burner 5 is sintered to a transparent state at a temperature of not more than 1700 ° C. Increasing the sintering temperature is impractical, as it will lead to the evaporation of quartz glass.

Формирование пористого слоя 6 на заготовке из продуктов испарения кварцевого стекла приводит к увеличению диаметра заготовок и повышению прочности световодов из-за снижения содержания тугоплавких и труднолетучих примесей на их поверхности.The formation of the porous layer 6 on the workpiece from the products of evaporation of quartz glass leads to an increase in the diameter of the workpieces and increase the strength of the optical fibers due to a decrease in the content of refractory and hardly volatile impurities on their surface.

Ниже описаны примеры принципа работы предлагаемого способа.The following describes examples of the principle of operation of the proposed method.

Пример №1. Способ реализован с использованием технологического оборудования, предназначенного для изготовления заготовок MCVD способом с использованием кварцевой трубы 1 с наружным диаметром 25 мм, толщиной стенки 3 мм и длиной 1 м. На ее внутреннюю поверхность наносили стеклообразные слои оболочки и сердцевины при нагреве трубки пламенем перемещающейся кислородно-водородной горелки 5. В процессе операции высокотемпературного сжатия кварцевой трубы в штабик она нагревалась горелкой до 2250-2300°С при соотношении потоков О2/Н2, равном 2, и скорости перемещения горелки 5 мм/мин. Пламя газовой горелки, содержащее продукты испарения кварцевого стекла, направляли вдоль заготовки экраном 2 из кварцевого стекла, расположенным над заготовкой. На поверхности заготовки осаждался пористый слой 4 диоксида кремния, который спекали при последующем проходе горелки при температуре 1600°С. Наружный диаметр в центральной части заготовки составил 16,3 мм., а диаметр отражающей оболочки из осажденного внутри трубки легированного кварцевого стекла составлял 6,65 мм. При таком процессе изготовления заготовки площадь поперечного сечения исходной кварцевой трубы уменьшилась на 16%.Example No. 1. The method is implemented using technological equipment intended for the manufacture of MCVD blanks using a quartz tube 1 with an outer diameter of 25 mm, a wall thickness of 3 mm, and a length of 1 m. Glassy layers of the shell and core were applied to its inner surface when the tube was heated with a flame of moving oxygen hydrogen burner 5. During the operation of high-temperature compression of the quartz tube to the head, it was heated by the burner to 2250-2300 ° C with a flow ratio of O 2 / H 2 equal to 2 and a burner speed of 5 mm / min. The flame of a gas burner containing the products of the evaporation of silica glass was directed along the workpiece by a screen 2 of quartz glass located above the workpiece. A porous layer of silicon dioxide was deposited on the surface of the workpiece, which was sintered during subsequent passage of the burner at a temperature of 1600 ° C. The outer diameter in the central part of the preform was 16.3 mm., And the diameter of the reflective shell from the alloyed quartz glass deposited inside the tube was 6.65 mm. With such a manufacturing process, the cross-sectional area of the original quartz tube decreased by 16%.

Из заготовки вытянули волокно диаметром 125 мкм в однослойном ультрафиолетовом (УФ) отверждаемом эпоксиакрилатном покрытии толщиной 40 мкм. Полученный световод длиной 5 км выдержал испытание перемоткой под нагрузкой 25 Н.A fiber with a diameter of 125 μm was pulled from the preform in a single layer ultraviolet (UV) curable epoxy acrylate coating with a thickness of 40 μm. The resulting fiber with a length of 5 km passed the test by rewinding under a load of 25 N.

Пример 2. Изготовлен контрольный световод по аналогии с примером №1, но без использования кварцевого экрана в процессе высокотемпературного сжатия заготовки. Массоунос стекла оказался более значительным, так как наружный диаметр заготовки был существенно меньше - 15,3 мм. Площадь поперечного сечения исходной кварцевой трубы уменьшилась на 28%.Example 2. A control fiber was made by analogy with example No. 1, but without using a quartz screen in the process of high-temperature compression of the workpiece. The massounos of the glass turned out to be more significant, since the outer diameter of the billet was significantly smaller - 15.3 mm. The cross-sectional area of the original quartz tube decreased by 28%.

Из заготовки вытянули волокно диаметром 125 мкм в однослойном УФ отверждаемом эпоксиакрилатном покрытии толщиной 40 мкм. Полученный световод длиной 5 км при перемотке под нагрузкой 25 Н имел три обрыва.A fiber with a diameter of 125 μm was drawn from the preform in a single-layer UV curable epoxy acrylate coating with a thickness of 40 μm. The resulting fiber with a length of 5 km when rewinding under a load of 25 N had three breaks.

Из сопоставления степени испарения стекла опорной трубы до (28%) и после использования предлагаемого технического решения (16%) массоунос сократился на 50%, при этом использование нового технического решения приводит к повышению прочности длинномерных отрезков волокна (световодов).Comparing the degree of evaporation of the glass of the support pipe to (28%) and after using the proposed technical solution (16%), the weight loss was reduced by 50%, while the use of a new technical solution leads to an increase in the strength of long lengths of fiber (optical fibers).

Таким образом, предложенный способ изготовления заготовок кварцевых световодов позволяет увеличивать диаметр заготовки за счет снижения массоуноса при испарении кварцевого стекла. Формирование на поверхности заготовки слоя из чистого кварцевого стекла способствует повышению прочностных свойств световодов.Thus, the proposed method for the manufacture of preforms of quartz optical fibers allows to increase the diameter of the preform by reducing the weight loss during the evaporation of quartz glass. The formation of a layer of pure quartz glass on the surface of the workpiece helps to increase the strength properties of the optical fibers.

Изложенные сведения подтверждают промышленную применимость предлагаемого способа изготовления световодов из кварцевого стекла.The above information confirms the industrial applicability of the proposed method for the manufacture of optical fibers from quartz glass.

Claims (2)

1. Способ изготовления заготовок кварцевых световодов, включающий нагрев кварцевой трубы с помощью кислородно-водородной горелки при ее сжатии в штабик при температуре 2200-2300°С, отличающийся тем, что пламя горелки с продуктами испарения кварцевого стекла направляют вдоль заготовки с помощью экрана, расположенного над заготовкой и изготовленного из кварцевого стекла.1. A method of manufacturing blanks of quartz optical fibers, comprising heating the quartz tube using an oxygen-hydrogen burner when it is compressed into a head at a temperature of 2200-2300 ° C, characterized in that the flame of the burner with the products of evaporation of silica glass is directed along the workpiece using a screen located above the workpiece and made of quartz glass. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образующийся на поверхности заготовки пористый слой спекают до прозрачного состояния при последующем проходе горелки при температуре не более 1700°С.2. The method according to p. 1, characterized in that the porous layer formed on the surface of the workpiece is sintered to a transparent state upon subsequent passage of the burner at a temperature of not more than 1700 ° C.
RU2019118202A 2019-06-11 2019-06-11 Method of manufacturing quartz fibre guides RU2724076C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118202A RU2724076C1 (en) 2019-06-11 2019-06-11 Method of manufacturing quartz fibre guides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118202A RU2724076C1 (en) 2019-06-11 2019-06-11 Method of manufacturing quartz fibre guides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724076C1 true RU2724076C1 (en) 2020-06-19

Family

ID=71095864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118202A RU2724076C1 (en) 2019-06-11 2019-06-11 Method of manufacturing quartz fibre guides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724076C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764240C1 (en) * 2021-04-19 2022-01-14 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for manufacturing anisotropic single-mode fiber-optic guides

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1145923A3 (en) * 1978-12-29 1985-03-15 Мицубиси Метал Корпорейшн (Фирма) Method of manufacturing optical fibre semifinished product
US4597785A (en) * 1984-08-01 1986-07-01 Itt Corporation Method of and apparatus for making optical preforms with a predetermined cladding/core ratio
RU2155359C2 (en) * 1998-07-30 2000-08-27 Ероньян Виктор Артемьевич Process of manufacture of fibrous light guides preserving radiation polarization
RU2178901C2 (en) * 1995-04-13 2002-01-27 Корнинг Инкорпорейтед Single-mode fiber-optical waveguide with controlled dispersion and process of its manufacture ( variants )
RU119115U1 (en) * 2012-05-22 2012-08-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) DEVICE FOR TESTING MATERIALS FOR FLAMMABILITY
RU2591856C1 (en) * 2015-05-12 2016-07-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Method of calibrating pipes made from quartz glass

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1145923A3 (en) * 1978-12-29 1985-03-15 Мицубиси Метал Корпорейшн (Фирма) Method of manufacturing optical fibre semifinished product
US4597785A (en) * 1984-08-01 1986-07-01 Itt Corporation Method of and apparatus for making optical preforms with a predetermined cladding/core ratio
RU2178901C2 (en) * 1995-04-13 2002-01-27 Корнинг Инкорпорейтед Single-mode fiber-optical waveguide with controlled dispersion and process of its manufacture ( variants )
RU2155359C2 (en) * 1998-07-30 2000-08-27 Ероньян Виктор Артемьевич Process of manufacture of fibrous light guides preserving radiation polarization
RU119115U1 (en) * 2012-05-22 2012-08-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) DEVICE FOR TESTING MATERIALS FOR FLAMMABILITY
RU2591856C1 (en) * 2015-05-12 2016-07-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Method of calibrating pipes made from quartz glass

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764240C1 (en) * 2021-04-19 2022-01-14 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for manufacturing anisotropic single-mode fiber-optic guides

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5397372A (en) MCVD method of making a low OH fiber preform with a hydrogen-free heat source
EP0139348B1 (en) Optical fiber and method for its production
US20090126408A1 (en) Methods for making optical fiber preforms and microstructured optical fibers
WO2004109352A1 (en) Optical fiber having reduced viscosity mismatch
US9783450B2 (en) Method of producing glass preform and optical fiber
RU2724076C1 (en) Method of manufacturing quartz fibre guides
RU2335465C2 (en) Method of uncovered optical fibre extract, optical fibre production method and optical fibre
RU2576686C1 (en) Mcvd method of making workpieces for single-mode light guides
US20130025326A1 (en) Methods for manufacturing low water peak optical waveguide
JP4879019B2 (en) Method of manufacturing optical fiber and its preform
KR20070038978A (en) Method of depositing glass soot for making an optical glass
CN112062460B (en) Low-loss G.652.D optical fiber and manufacturing method thereof
US20020186942A1 (en) Low-loss highly phosphorus-doped fibers for Raman amplification
US4564378A (en) Method for producing a preform for light waveguides
KR20070065245A (en) Methods for optical fiber manufacture
RU2668677C1 (en) Mcvd method of manufacturing light-guide fibers with core made from quartz glass ligated with nitrogen
JP2020158349A (en) Method for manufacturing optical fiber
RU2462737C1 (en) Method of making light guides based on low-optical loss quartz glass
RU2639560C1 (en) Mcvd method of manufacturing single-mode lightguides with core from pure quartz glass
RU2649989C1 (en) Method of manufacturing quartz light guide preform
JP2005181414A (en) Method for manufacturing optical fiber
RU2542061C1 (en) Method of producing workpieces for light guides
CN1458099A (en) Method for producing low water peak optic fiber prefabricated piece
RU2803758C1 (en) Method for manufacturing blanks for light guides
RU2385297C1 (en) Method of making pipes from quartz glass