RU2790075C1 - Method for manufacturing optical fiber preforms from quartz support tubes with the presence of volumetric defects (variants) - Google Patents

Method for manufacturing optical fiber preforms from quartz support tubes with the presence of volumetric defects (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2790075C1
RU2790075C1 RU2022113346A RU2022113346A RU2790075C1 RU 2790075 C1 RU2790075 C1 RU 2790075C1 RU 2022113346 A RU2022113346 A RU 2022113346A RU 2022113346 A RU2022113346 A RU 2022113346A RU 2790075 C1 RU2790075 C1 RU 2790075C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
preform
core
deposition
quartz
diameter
Prior art date
Application number
RU2022113346A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Вадимович Буралкин
Александр Сергеевич Чернов
Original Assignee
Максим Вадимович Буралкин
Filing date
Publication date
Application filed by Максим Вадимович Буралкин filed Critical Максим Вадимович Буралкин
Application granted granted Critical
Publication of RU2790075C1 publication Critical patent/RU2790075C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical fiber production.
SUBSTANCE: method for manufacturing an optical fiber preform from quartz support tubes with the presence of volumetric defects (variants) is claimed. The invention relates to fiber optics. The method according to the first variant includes the manufacture of the optical part of the preform by chemical internal vapor phase deposition (MCVD), or by chemical vapor phase deposition using a furnace (FCVD), or by plasma internal deposition from the gas phase (PCVD) with a modified proportion between the diameter of the shell and the core, in which for further complete etching of the quartz support tube in in a solution of hydrofluoric acid, after deposition of all layers of glass and the procedure of “collapsing” the workpiece, the diameter of the core is reduced by the value X, which is determined by the formula: X=D tube/K, where D tube is the thickness of the quartz support tube, K is the proportion between the shell and the core, calculated by the formula: K=D geometric cladding/D core, where D geometric cladding is the diameter of the geometric shell area of the preform, D core is the diameter of the core area of the preform. By the method for the second variant, after the manufacture of the optical part of the preform by the MCVD, or FCVD, or PCVD method, the complete etching of the quartz support tube in a solution of hydrofluoric acid is additionally carried out, after the deposition of all layers of glass and the procedure of “collapsing” the workpiece, as an intermediate step before the process of external deposition from the gas phase (OVD), or the process of jacketing, or by the process of fusing a rod blank in the center of a quartz pipe filled with quartz sand (”SAND”).
EFFECT: improvement in the quality of optical preforms made with the help of quartz support tubes in the presence of a significant number of volumetric defects located at an arbitrary depth.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к волоконной оптике и является дополнением к способам изготовления оптической части преформы (заготовки) модифицированным методом химического внутреннего парофазного осаждения (MCVD) или методом химического парофазного осаждения с помощью печи (FCVD) или методом плазменного внутреннего осаждения из газовой фазы (PCVD), и его можно эффективно сочетать с методом жакетирования («нахлопывания» дополнительной кварцевой трубки поверх оптической оболочки) или методом внешнего осаждения из газовой фазы (OVD) или методом сплавления стержневой заготовки в центре кварцевой трубы, заполненной кварцевым песком «SAND», и оно может быть использовано в технологическом процессе производства оптических волокон на стадии изготовления оптической преформы. В дальнейшем, оптические волокна используются на заводах по производству волоконно-оптического кабеля.The invention relates to fiber optics and is an addition to methods for manufacturing the optical part of a preform (blank) by a modified chemical internal vapor deposition (MCVD) method or a furnace chemical vapor deposition (FCVD) method or a plasma internal vapor deposition (PCVD) method, and it can be effectively combined with the jacketing method (“flopping” an additional quartz tube over the optical cladding) or the external vapor deposition (OVD) method or the core blank fusion method in the center of a quartz tube filled with “SAND” quartz sand, and it can be used in the technological process of production of optical fibers at the stage of manufacturing an optical preform. Further, optical fibers are used in factories for the production of fiber optic cables.

Классические методы MCVD, FCVD, PCVD, OVD и жакетирования хорошо известны из уровня техники. The classic MCVD, FCVD, PCVD, OVD and jacketing techniques are well known in the art.

Под оптической частью преформы понимается область сердцевины и небольшая часть оболочки, по которой распространяется оптическая мощность. Оптическая часть преформы в заявленном изобретении ограничивается размерами опорной кварцевой трубы, используемой в методах MCVD/FCVD/PCVD. The optical part of the preform is understood as the region of the core and a small part of the shell, through which the optical power propagates. The optical part of the preform in the claimed invention is limited by the dimensions of the supporting quartz tube used in the MCVD/FCVD/PCVD methods.

При использовании недорогих опорных кварцевых труб, которые не обладают высоким уровнем чистоты (в них содержится значительное количество объемных включений: микропузырьков, примесей (содержание гидроксильных групп > 1 ppm) и т.д.), в FCVD или MCVD или PCVD методах изготовления заготовок возможно возникновение целого ряда проблем в уже изготовленных оптических волокнах. Проблемы могут быть связаны не только с очевидным увеличением оптических потерь, но также с прочностью оптических волокон. Оптические волокна из заготовок, полученных на дешевых опорных кварцевых трубах с наличием включений, обладают высокой обрывностью при процедуре пруф-тестирования (перемотке оптического волокна под натяжением), из-за чего становится невозможным изготовление прочных оптических волокон требуемой длины. Как правило, для телекоммуникационных оптических волокон (например, типа G.652.D), общепринятыми являются длины 50,4 км, и, в некоторых случаях 25,2 км, для многомодовых волокон (например OM2) – типичными являются длины порядка 17,6 км. Все остальные длины являются малоликвидными для заводов-производителей волоконно-оптического кабеля и могут приводить к значительному количеству перезапусков линии по изготовлению оптического модуля и волоконно-оптического кабеля, что приводит к повышению издержек производства. В этой связи, необходимо стремиться производить оптические волокна стандартизованными длинами 25,2/50,4 или 17,6 км с прочностью не ниже 8,8 Н (0,69 ГПа). When using inexpensive reference quartz tubes that do not have a high level of purity (they contain a significant amount of volumetric inclusions: microbubbles, impurities (hydroxyl group content > 1 ppm), etc.), in FCVD or MCVD or PCVD blank manufacturing methods it is possible the occurrence of a number of problems in already manufactured optical fibers. Problems can be associated not only with the apparent increase in optical loss, but also with the strength of the optical fibers. Optical fibers from blanks obtained on cheap reference quartz tubes with inclusions have high breakage during the proof testing procedure (rewinding the optical fiber under tension), which makes it impossible to manufacture strong optical fibers of the required length. Typically, for telecommunications optical fibers (e.g. G.652.D type), lengths of 50.4 km are common, and in some cases 25.2 km for multimode fibers (e.g. OM2) - lengths of the order of 17 are typical, 6 km. All other lengths are of little liquidity for fiber optic cable manufacturers and can lead to a significant number of restarts of the optical module and fiber optic cable production line, which leads to an increase in production costs. In this regard, it is necessary to strive to produce optical fibers with standardized lengths of 25.2/50.4 or 17.6 km with a strength of at least 8.8 N (0.69 GPa).

Из уровня техники известны классические способы изготовления заготовки оптического волокна методами MCVD/FCVD/PCVD, однако эти методы не детализируют принципы/методы/приемы работы с некачественным (невысокочистым) сырьем для производства оптических преформ. Для заявленного изобретения из перечня сырья для производства оптических преформ важно сосредоточиться на опорных кварцевых трубах, в связи с импортной составляющей этого вида сырья.From the prior art, classical methods for manufacturing an optical fiber preform are known by MCVD/FCVD/PCVD methods, however, these methods do not detail the principles/methods/techniques for working with low-quality (low-purity) raw materials for the production of optical preforms. For the claimed invention, from the list of raw materials for the production of optical preforms, it is important to focus on supporting quartz tubes, due to the import component of this type of raw material.

Наиболее близким техническим решением к первому варианту заявленного решения является способ химического травления труб из кварцевого стекла, включающем их обработку в растворе фтористоводородной кислоты с последующей промывкой в дистиллированной воде. Трубу располагают горизонтально толстой стенкой книзу реактора, кислоту заливают до уровня, равного предпочтительно 1/2 диаметра трубы, после чего кислоту равномерно сливают, при этом время контакта трубы с кислотой в процессе ее слива равно отношению величины окружной разнотолщинности к удвоенной скорости травления кварцевого стекла (RU 2477713, МПК C03C15/00, опубл. 20.03.2013). The closest technical solution to the first variant of the claimed solution is a method of chemical etching of quartz glass pipes, including their treatment in a solution of hydrofluoric acid, followed by washing in distilled water. The pipe is placed horizontally with a thick wall down the reactor, the acid is poured to a level preferably equal to 1/2 of the pipe diameter, after which the acid is evenly drained, while the time of contact of the pipe with the acid in the process of draining it is equal to the ratio of the value of the circumferential thickness difference to the double rate of quartz glass etching ( RU 2477713, IPC C03C15/00, published 03/20/2013).

Недостатком прототипа является то, что способ травления рассматривает только один вид дефекта опорных кварцевых труб – окружную разнотолщинность. В этой связи, этот способ стравливает слой стекла величиной, необходимой только для устранения окружной разнотолщинности кварцевой трубы. Однако опорные кварцевые трубы могут обладать дефектами/включениями, располагающимися во всем их объеме. The disadvantage of the prototype is that the etching method considers only one type of defect in the supporting quartz tubes - circumferential thickness variation. In this regard, this method bleeds off a layer of glass with a value only necessary to eliminate the circumferential thickness variation of the quartz tube. However, reference quartz pipes may have defects/inclusions located throughout their entire volume.

Наиболее близким техническим решением ко второму варианту заявленного решения является способ наращивания технологической оболочки – это сочетание методов MCVD и OVD, где сердцевина и светоотражающая оболочка формируется методом MCVD, а основная масса технологической оболочки – методом OVD (Режим доступа: https://siblec.ru/telekommunikatsii/fiziko-tekhnologicheskie-osnovy-volokonno-opticheskoj-tekhniki/3-metody-polucheniya-zagotovok-kvartsevykh-ov Дата обращения: 06.05.2022). Также о комбинации методов MCVD+OVD описано в способе наращивания технологической оболочки, в котором осуществляют сочетание метода MCVD, которым формируются сердцевина и светоотражающая оболочка, а основная масса технологической оболочки – методом OVD, APVD и «SAND» (Режим доступа: https://op.vlsu.ru/fileadmin/Programmy/Magistratura/12.04.05/Metod_doc/Metod_samostASTL_120305LT_120405LTm.pdf Дата опубликования: 2014).The closest technical solution to the second variant of the claimed solution is the method of building up the technological shell - this is a combination of the MCVD and OVD methods, where the core and the reflective shell are formed by the MCVD method, and the bulk of the technological shell is formed by the OVD method (access mode: https://siblec.ru /telekommunikatsii/fiziko-tekhnologicheskie-osnovy-volokonno-opticheskoj-tekhniki/3-metody-polucheniya-zagotovok-kvartsevykh-ov Date of access: 05/06/2022). Also, the combination of MCVD + OVD methods is described in the method of increasing the technological shell, in which the combination of the MCVD method is carried out, by which the core and the reflective shell are formed, and the bulk of the technological shell is formed by the OVD, APVD and "SAND" methods (access mode: https:// op.vlsu.ru/fileadmin/Programmy/Magistratura/12.04.05/Metod_doc/Metod_samostASTL_120305LT_120405LTm.pdf Publication date: 2014).

Однако в известных комбинированных способах не осуществляют полное стравливание опорной кварцевой трубы после изготовления оптической части преформы методом MCVD или FCVD или PCVD как промежуточный этап перед процессом OVD или PCVD или «SAND» с целью улучшения качества преформы.However, the known combined methods do not completely bleed the reference quartz tube after the optical preform is made by MCVD or FCVD or PCVD as an intermediate step before the OVD or PCVD or "SAND" process in order to improve the quality of the preform.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества оптических преформ, изготовленных с помощью опорных кварцевых труб с наличием значительного количества объемных включений (с невысоким уровнем чистоты, содержанием микропузырьков и примесей (содержание гидроксильных групп > 1 ppm) и т.д.), располагающихся на произвольной глубине. The technical result of the claimed invention is to improve the quality of optical preforms made using supporting quartz tubes with a significant amount of volumetric inclusions (with a low level of purity, the content of microbubbles and impurities (hydroxyl group content> 1 ppm), etc.), located on an arbitrary depth.

Под качеством преформы понимается ее оптическая чистота, позволяющая изготавливать оптические волокна наилучшего качества, соответствующего целому ряду критериев, предъявляемых к телекоммуникационным оптическим волокнам соответствующей категории (IEC 60793-2-50 или ГОСТ Р МЭК 60793-2-50). Среди группы требований для заявленного изобретения особенно важны коэффициент затухания и прочность оптических волокон. The quality of a preform is understood as its optical purity, which makes it possible to manufacture optical fibers of the best quality that meets a number of criteria for telecommunication optical fibers of the corresponding category (IEC 60793-2-50 or GOST R IEC 60793-2-50). Among the group of requirements for the claimed invention, the attenuation coefficient and strength of optical fibers are especially important.

Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления преформы оптического волокна из опорных кварцевых труб с наличием объемных дефектов по первому варианту включает изготовление оптической части преформы методом MCVD или FCVD или PCVD с измененной пропорцией между диаметром оболочки и сердцевины (фиг. 3). В свою очередь, пропорция между диаметром оболочки и сердцевины (далее по тексту - пропорция) изменена таким образом, чтобы после этапа осаждения всех внутренних слоев стекла и процедуры «схлопывания» заготовки, посредством химического травления (в растворе плавиковой кислоты), можно было стравить всю опорную кварцевую трубу и получить пропорцию, которая требуется согласно профилю показателя преломления на изготавливаемый тип оптического волокна.The essence of the invention lies in the fact that the method for manufacturing an optical fiber preform from reference quartz tubes with volumetric defects according to the first variant includes manufacturing the optical part of the preform by the MCVD or FCVD or PCVD method with a changed proportion between the diameter of the cladding and the core (Fig. 3). In turn, the proportion between the diameter of the shell and the core (hereinafter referred to as the proportion) is changed in such a way that after the stage of deposition of all the inner layers of the glass and the “collapse” procedure of the workpiece, it is possible to etch off all reference quartz tube and obtain the proportion required according to the refractive index profile of the type of optical fiber being manufactured.

Измененная пропорция, о которой шла речь выше, достигается за счет уменьшения диаметра сердцевины на величину X, которую определяют по формуле:The modified proportion discussed above is achieved by reducing the diameter of the core by the value X, which is determined by the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где D tube – толщина опорной кварцевой трубы, where D tube is the thickness of the reference quartz tube,

K – требуемая изготавливаемым типом оптического волокна пропорция между оболочкой и сердцевиной, рассчитываемая по формуле:K is the ratio between the cladding and the core required by the type of optical fiber being manufactured, calculated by the formula:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где D geometric cladding – диаметр области геометрической оболочки преформы; D core – диаметр области сердцевины преформы. where D geometric cladding is the diameter of the preform geometric shell area; D core is the diameter of the preform core area.

Для многомодовых оптических волокон категорий OM2-OM5 параметр K=125 мкм/50 мкм=2,5.For multimode optical fibers of categories OM2-OM5, the parameter K=125 µm/50 µm=2.5.

В справедливости формулы по определению X можно убедиться, выразив X из следующего уравнения:The validity of the formula for the definition of X can be verified by expressing X from the following equation:

Figure 00000003
Figure 00000003

На фиг. 3 представлена структура преформы (принятые обозначения: D core – диаметр области сердцевины преформы; D optical cladding – диаметр области оптической оболочки преформы; D tube – толщина опорной кварцевой трубы в методах MCVD/FCVD/PCVD; D geometric cladding – диаметр области геометрической оболочки преформы; X – величина, на которую требуется уменьшить диаметр сердцевины, чтобы после стравливания опорной кварцевой трубы толщиной (D tube) пропорция (K) между оболочкой и сердцевиной не изменилась).In FIG. Figure 3 shows the structure of the preform (conventional designations: D core – diameter of the preform core area; D optical cladding – diameter of the preform optical shell area; D tube – thickness of the supporting quartz tube in MCVD/FCVD/PCVD methods; D geometric cladding – diameter of the preform geometric shell area ; X is the amount by which it is required to reduce the diameter of the core so that after etching the supporting quartz tube with a thickness (D tube) the proportion (K) between the shell and the core does not change).

Следует учитывать, что после уменьшения диаметра сердцевины изготавливаемой преформы на величину X (для сохранения пропорции между сердцевиной и оболочкой), остается меньшее количество слоев для «записи» необходимого профиля показателя преломления. В этой связи, необходимо использовать опорные кварцевые трубы максимального допустимого диаметра, чтобы не столкнуться с необходимостью «записи» профиля показателя преломления безальтернативно методом PCVD. Чтобы стравливание опорной трубы не вносило никакого вклада в технологический процесс изготовления преформы возможно использовать внутренний диаметр опорной трубы с процессом полного стравливания равным внешнему диаметру опорной трубы без процесса стравливания опорной трубы после процесса синтеза преформы. Однако следует учитывать, что использование опорных кварцевых труб большого диаметра ограничивается размерами печи в методе FCVD. Типичное значение опорных труб для создания оптической части преформы составляет значение (44 +/- 1,5) мм. Использование кварцевых труб бóльшего диаметра может повлечь за собой техническую модернизацию (увеличение размеров) печи.It should be taken into account that after reducing the diameter of the core of the manufactured preform by the value X (to maintain the proportion between the core and the shell), there remains a smaller number of layers to “record” the required refractive index profile. In this regard, it is necessary to use supporting quartz tubes of the maximum allowable diameter, so as not to face the need to “record” the refractive index profile without alternative using the PCVD method. In order for the bleed of the support tube to make no contribution to the preform manufacturing process, it is possible to use the internal diameter of the support tube with the full bleed process equal to the outer diameter of the support tube without the bleed process of the support tube after the preform synthesis process. However, it should be noted that the use of large diameter quartz support tubes is limited by the size of the furnace in the FCVD method. The typical size of the support tubes for creating the optical part of the preform is (44 +/- 1.5) mm. The use of larger diameter quartz tubes may entail technical modernization (increase in size) of the furnace.

Способ изготовления преформы оптического волокна из опорных кварцевых труб с наличием объемных дефектов по второму варианту включает изготовление оптической части преформы методом MCVD или FCVD или PCVD без изменения пропорции в связи с тем, что стравливаемый объем стекла опорной трубы компенсируется за счет метода OVD или метода жакетирования или метода «SAND». То есть после этапа осаждения всех внутренних слоев стекла, процедуры «схлопывания» заготовки и после стравливания опорной трубы, возможно, увеличить (компенсировать) толщину геометрической оболочки, например, за счет метода OVD или метода жакетирования или метода «SAND». В этом случае, изменять пропорцию между диаметром оболочки и сердцевины не потребуется. The method for manufacturing an optical fiber preform from reference quartz tubes with the presence of volumetric defects according to the second variant includes manufacturing the optical part of the preform by the MCVD or FCVD or PCVD method without changing the proportion due to the fact that the bleed glass volume of the reference tube is compensated by the OVD method or the jacketing method or the SAND method. That is, after the stage of deposition of all the inner layers of the glass, the procedure of "collapsing" the workpiece and after etching the support tube, it is possible to increase (compensate) the thickness of the geometric shell, for example, due to the OVD method or the jacketing method or the "SAND" method. In this case, there is no need to change the proportion between the diameter of the shell and the core.

Включения в опорных кварцевых трубах в обоих вариантах могут располагаться на произвольной глубине (фиг. 1 и 2). На фиг. 1 и 2 представлены типичные снимки под микроскопом места обрыва (торца оптического волокна) после процедуры пруф-тестирования, а на фиг. 2 дополнительно показана подсвеченная область, демонстрирующая область сердцевины оптического волокна. На фиг. 1 видны микропузырьки, локализованные в кварцевой оптической оболочке (так называемые «внутренние» обрывы) оптического волокна, вытянутого из преформы, изготовленной с помощью кварцевых труб с включениями. На фиг. 2 микропузырек локализован внутри опорной кварцевой трубы (это видно по области «зеркала», локализованного в оболочке).Inclusions in the supporting quartz pipes in both versions can be located at an arbitrary depth (Figs. 1 and 2). In FIG. 1 and 2 show typical microscopic images of the breakage site (the end of the optical fiber) after the proof testing procedure, and Fig. 2 additionally shows a highlighted area showing the region of the core of the optical fiber. In FIG. Figure 1 shows microbubbles localized in the quartz optical cladding (the so-called "internal" breaks) of an optical fiber drawn from a preform made using quartz tubes with inclusions. In FIG. 2, the microbubble is localized inside the reference quartz tube (this can be seen from the “mirror” area localized in the shell).

В обоих вариантах используется практическая концепция о том, что чистота опорной кварцевой трубы осаждения обычно не такая высокая, как чистота стекла, осажденного методами MCVD/FCVD/PCVD, и опорная кварцевая труба с включениями не будет входить в состав будущей преформы, а является только временным основанием/базой для осаждения слоев стекла.Both options use the practical concept that the purity of the deposition quartz reference tube is usually not as high as the purity of glass deposited by MCVD/FCVD/PCVD methods, and the reference quartz tube with inclusions will not be part of the future preform, but is only temporary. base/base for deposition of glass layers.

В обоих вариантах предварительная обработка опорных кварцевых труб в водном растворе особо чистой фтористоводородной кислоты хоть и обеспечивает более эффективную очистку их поверхности, содержащей повышенное количество примесей в слое толщиной 10-15 мкм (Леко В.К., Комарова Л.А. Исследование распределения примесей в поверхностных слоях труб из кварцевого стекла. Оптико-механическая промышленность, 1974, № 6, с. 33-35), однако такая обработка не может гарантировать того, что микропузырьки и другие включения не встретятся на больших глубинах. По этой причине, в заявленном изобретении рекомендуется полное стравливание опорной кварцевой трубы после осаждения всех слоев стекла и процедуры «схлопывания» заготовки.In both cases, preliminary treatment of supporting quartz tubes in an aqueous solution of highly pure hydrofluoric acid, although it provides more effective cleaning of their surface, containing an increased amount of impurities in a layer 10-15 μm thick (Leko V.K., Komarova L.A. Study of the distribution of impurities in the surface layers of quartz glass pipes (Optico-mechanical industry, 1974, No. 6, pp. 33-35), however, such treatment cannot guarantee that microbubbles and other inclusions will not occur at great depths. For this reason, the claimed invention recommends complete etching of the reference quartz tube after deposition of all layers of glass and the billet "collapse" procedure.

В заявленном изобретении в обоих вариантах возможно применение раствора фтористоводородной кислоты без особых требований к ее чистоте с последующей их промывкой дистиллированной водой (Sommer R.G., Deluca R.D., Burke G.E. New glass system for low-loss optical waveguides. Elecron. lett., 1976, v.12, № 16, p.408-409).In the claimed invention, in both cases, it is possible to use a solution of hydrofluoric acid without special requirements for its purity, followed by washing with distilled water (Sommer R.G., Deluca R.D., Burke G.E. New glass system for low-loss optical waveguides. Elecron. lett., 1976, v .12, No. 16, p.408-409).

В обоих вариантах процесс стравливания опорной кварцевой трубы с готовой преформы происходит путем размещения преформы в вертикальном положении внутри герметично закрывающейся трубы-реактора, изготовленного из полимерных материалов. В реактор заливается концентрированный 40 %-ный раствор фтористоводородной кислоты и дистиллированной воды до уровня, полностью покрывающего преформу, и чтобы раствор не выливался за пределы реактора. Скорость травления кварцевого стекла в кислоте при комнатной температуре составляет ориентировочно 50-100 мкм/ч. В конце процесса травления раствор фтористоводородной кислоты сливается, а преформа промывается в дистиллированной воде. Толщину готовой преформы возможно контролировать с помощью анализатора преформ серии 2600 или штангенциркуля.In both versions, the process of etching the supporting quartz tube from the finished preform occurs by placing the preform in a vertical position inside a hermetically sealed reactor tube made of polymeric materials. A concentrated 40% solution of hydrofluoric acid and distilled water is poured into the reactor to a level that completely covers the preform, and so that the solution does not spill out of the reactor. The rate of etching of quartz glass in acid at room temperature is approximately 50-100 µm/h. At the end of the etching process, the hydrofluoric acid solution is drained off and the preform is washed in distilled water. Finished preform thickness can be controlled using the 2600 Series Preform Analyzer or caliper.

Настоящее изобретение в первом варианте имеет недостаток прироста времени синтеза оптической части преформы и увеличения трудоемкости из-за необходимости процесса травления. Несмотря на то, что заявленными способами предлагается изготавливать только оптическую часть преформы, прирост времени синтеза преформы может быть значительным, что является особенностью методов внутреннего осаждения. Ниже приведена оценка времени синтеза оптической части преформы для многомодового оптического волокна категории OM2 методом FCVD. При типичной скорости движения коретки в 125 мм/мин, для преформы длиной 500-600 мм, один слой обычно осаждается в течение 6-7 мин. Для диаметра оптической оболочки готовой преформы в 21 мм и диаметре сердцевины порядка 8,4 мм (закладываемая пропорция 2,5) для случая, когда опорная кварцевая труба формирует оптическую оболочку, при потоке кислорода через кремний порядка 802 slm, имеем экспериментальный Cross Section Area для одного слоя CSAlayer= 1.65 мм2. Площадь сердцевины CSAcore=55,40 мм2, площадь оптической оболочки CSAoptical_cladding = 346,2 мм2, количество слоев для осаждения сердцевины:The present invention in the first embodiment has the disadvantage of increasing the synthesis time of the optical part of the preform and increasing labor intensity due to the need for the etching process. Despite the fact that the claimed methods suggest manufacturing only the optical part of the preform, the increase in preform synthesis time can be significant, which is a feature of internal deposition methods. Below is an estimate of the synthesis time of the optical part of the preform for a multimode optical fiber of category OM2 by the FCVD method. At a typical carriage speed of 125 mm/min, for a preform 500-600 mm long, one layer is typically deposited within 6-7 minutes. For the optical cladding diameter of the finished preform of 21 mm and the core diameter of about 8.4 mm (proportion to be set 2.5), for the case when the supporting quartz tube forms the optical cladding, with an oxygen flow through silicon of about 802 slm, we have an experimental Cross Section Area for one layer CSA layer = 1.65 mm 2 . CSA core area = 55.40 mm2 , optical cladding area CSA optical_cladding = 346.2 mm2 , number of layers for core deposition:

Figure 00000004
Figure 00000004

количество слоев для осаждения оболочки:number of layers for shell deposition:

Figure 00000005
Figure 00000005

В этой связи, время осаждения оптической сердцевины составляет 7 мин на слой * 34слоя = 238 мин ≈ 4 ч; время синтеза преформы диаметром 21 мм при формировании сердцевины и оболочки методом FCVD составляет 7 мин на слой * 210 слоев=1470 мин = 24,5 ч ≈ 1 сут. Отсюда видим, что наблюдается значительный (в 6 раз) прирост времени синтеза преформы методом FCVD в случае, если пытаться формировать оптическую оболочку такого диаметра, чтобы компенсировать стравленную опорную кварцевую трубу. Поэтому данный метод стравливания опорной кварцевой трубы необходимо комбинировать с методом жакетирования («нахлопывания» дополнительной кварцевой трубки поверх оптической оболочки) или методом OVD или методом «SAND» для формирования геометрической оболочки для компенсации стравленного диаметра. Благодаря этому прирост времени синтеза будет не таким несущественным и компенсируется за счет жакетной трубы бóльшего диаметра или за счет незначительного увеличения времени процесса осаждения более производительным методом OVD или за счет бóльшего объема, занимаемого кварцевой крупкой в методе «SAND». In this regard, the deposition time of the optical core is 7 min per layer * 34 layers = 238 min ≈ 4 h; the synthesis time for a preform with a diameter of 21 mm during the formation of the core and shell by the FCVD method is 7 min per layer * 210 layers = 1470 min = 24.5 h ≈ 1 day. Hence, we see that there is a significant (6-fold) increase in the preform synthesis time by the FCVD method in the case when one tries to form an optical shell of such a diameter as to compensate for the etched reference quartz tube. Therefore, this method of etching the reference quartz tube must be combined with the jacketing method (“flopping” an additional quartz tube over the optical cladding) or the OVD method or the “SAND” method to form a geometric shell to compensate for the etched diameter. Due to this, the increase in synthesis time will not be so insignificant and is compensated by a larger diameter jacket tube or by a slight increase in the deposition time by a more productive OVD method or by a larger volume occupied by quartz grains in the SAND method.

В обоих вариантах скорость травления можно увеличить, увеличив концентрацию фтористоводородной кислоты в растворе (выше 40 %) или осуществляя подогрев раствора (скорость травления кварцевого стекла может быть увеличена в 3 раза при повышении температуры раствора до 40–50 °С).In both versions, the etching rate can be increased by increasing the concentration of hydrofluoric acid in the solution (above 40%) or by heating the solution (the etching rate of quartz glass can be increased by a factor of 3 when the solution temperature is raised to 40–50 °C).

Кроме того, настоящее изобретение в первом варианте имеет недостаток малой массы изготавливаемой преформы из-за чего сокращается потенциал вытянутого километража оптического волокна. Для примера изготавливаемой многомодовой заготовки: пусть длина преформы составляет 600 мм, а внешний диаметр преформы составляет 21 мм, при плотности кварцевого стекла 2201 кг/м3, имеем массу одной преформы порядка 0,457 кг, что составляет порядка 16,93 км оптического волокна с одной преформы (в среднем вес 1 км волокна составляет 27 грамм). После стравливания опорной трубы с преформы до 16 мм, масса преформы сократится до 0,265 кг, что составляет порядка 9,83 км оптического волокна с одной преформы. В то же время, для преформы длиной 900 мм, вес преформы составит 0,686 кг, что составит порядка 25,40 км оптического волокна с одной преформы. После стравливания опорной трубы с преформы до 16 мм, масса преформы сократится до 0,398 кг, что составляет порядка 14,74 км оптического волокна с одной преформы. Следовательно, для преформы длиной 600 мм потеря потенциального выхода волокна с преформы составит (16,93-9,83) км=7,1 км, то есть (7,1км/16,93км)*100%=41.9%, а для преформы длиной 900 мм потеря потенциального выхода волокна с преформы составит (25,40-14,74) км= 10,66 км , то есть те же (10,66км/25,40км)*100%=41.9%.Отсюда видно, что потерю массы преформы, и, следовательно, потерю максимального километража оптического волокна не удастся компенсировать за счет увеличения длины изготавливаемой преформы. Тем не менее, настоящее изобретение во втором варианте не испытывает описанного недостатка.In addition, the present invention in the first embodiment has the disadvantage of a small mass of the produced preform, due to which the potential of the stretched mileage of the optical fiber is reduced. For an example of a manufactured multimode blank: let the preform length be 600 mm, and the outer diameter of the preform be 21 mm, with a quartz glass density of 2201 kg/m 3 , we have a mass of one preform of about 0.457 kg, which is about 16.93 km of optical fiber with preforms (on average, the weight of 1 km of fiber is 27 grams). After etching the support tube from the preform up to 16 mm, the mass of the preform will be reduced to 0.265 kg, which is about 9.83 km of optical fiber from one preform. At the same time, for a preform with a length of 900 mm, the weight of the preform will be 0.686 kg, which will be about 25.40 km of optical fiber from one preform. After etching the support pipe from the preform up to 16 mm, the mass of the preform will be reduced to 0.398 kg, which is about 14.74 km of optical fiber from one preform. Therefore, for a preform 600 mm long, the loss of the potential exit of the fiber from the preform will be (16.93-9.83) km=7.1 km, i.e. (7.1 km/16.93 km)*100%=41.9%, and for preforms with a length of 900 mm, the loss of the potential output of the fiber from the preform will be (25.40-14.74) km \u003d 10.66 km, that is, the same (10.66 km / 25.40 km) * 100% \u003d 41.9%. that the loss of mass of the preform, and, consequently, the loss of the maximum mileage of the optical fiber, cannot be compensated by increasing the length of the manufactured preform. However, the present invention in the second embodiment does not experience the described disadvantage.

Второй вариант способа позволяет частично компенсировать увеличение времени синтеза заготовки за счет жакетной трубы бóльшего диаметра или за счет незначительного увеличения времени процесса осаждения более производительным (по сравнению с методами MCVD/FCVD/PCVD) методом OVD или за счет большего объема, занимаемого кварцевой крупкой в методе «SAND». Дополнительно, вторым вариантом способа можно изготовить из одной преформы бóльший объем оптического волокна, чем в первом варианте. The second variant of the method makes it possible to partially compensate for the increase in preform synthesis time due to a jacket tube of larger diameter or due to a slight increase in the time of the deposition process by the more productive (compared to the MCVD/FCVD/PCVD methods) OVD method or due to the larger volume occupied by quartz grains in the method SAND. Additionally, the second version of the method can produce a larger volume of optical fiber from one preform than in the first version.

Первый вариант применим в тех случаях, когда преформа изготавливается полностью за счет использования методов MCVD/FCVD/PCVD (не комбинируя с другими методами наращивания геометрической оболочки, такими как OVD, SAND или жакетирование). При этом оболочка преформы состоит только из оптической части и сердцевины с пропорционально уменьшенным диаметром на величину X для сохранения масштабных соотношений с требуемым профилем показателя преломления оптического волокна после стравливания трубы. Первый метод во многом уступает второму, однако первый метод безальтернативен в случаях, если отсутствуют установки по типу OVD и SAND и в случаях, когда проведение жакетирования невозможно в связи с отсутствием высокочистых кварцевых жакетных труб.The first option is applicable in cases where the preform is made entirely by using the MCVD/FCVD/PCVD methods (not combined with other methods of building a geometric shell, such as OVD, SAND or jacketing). In this case, the preform cladding consists only of an optical part and a core with a proportionally reduced diameter by X to maintain scale ratios with the required refractive index profile of the optical fiber after the pipe is etched. The first method is inferior to the second in many respects, however, the first method has no alternative in cases where there are no OVD and SAND installations and in cases where jacketing is impossible due to the lack of high-purity quartz jacket pipes.

Изложенные сведения демонстрируют целесообразность применения заявленных способов изготовления оптических преформ (преформ оптического волокна) методами MCVD/FCVD/PCVD, полученных с использованием опорных кварцевых труб с наличием объемных дефектов как часть критически важного процесса импортозамещения. Особенно эффективным представляется настоящее изобретение во втором варианте в силу отсутствия или частичного устранения описанных недостатков прироста времени синтеза и уменьшения массы преформы.The above information demonstrates the feasibility of using the claimed methods for manufacturing optical preforms (optical fiber preforms) using MCVD/FCVD/PCVD methods obtained using reference quartz tubes with volumetric defects as part of a critical import substitution process. The present invention seems to be especially effective in the second variant due to the absence or partial elimination of the described disadvantages of increasing the synthesis time and reducing the mass of the preform.

Заявленные варианты способа связаны единым изобретательским замыслом поскольку позволяют изготавливать качественные преформы оптического волокна из опорных кварцевых труб с наличием значительного количества объемных включений (с невысоким уровнем чистоты, содержанием микропузырьков и примесей (содержание гидроксильных групп > 1 ppm) и т.д.), располагающихся на произвольной глубине. The claimed variants of the method are connected by a single inventive concept, since they make it possible to manufacture high-quality optical fiber preforms from supporting quartz tubes with a significant amount of volumetric inclusions (with a low level of purity, the content of microbubbles and impurities (hydroxyl group content> 1 ppm), etc.), located at an arbitrary depth.

Claims (8)

1. Способ изготовления преформы оптического волокна из опорных кварцевых труб с наличием объемных дефектов, включающий изготовление оптической части преформы методом химического внутреннего парофазного осаждения, или методом химического парофазного осаждения с помощью печи, или методом плазменного внутреннего осаждения из газовой фазы с измененной пропорцией между диаметром оболочки и сердцевины, при которой для дальнейшего полного стравливания опорной кварцевой трубы в растворе фтористоводородной кислоты, после осаждения всех слоев стекла и процедуры «схлопывания» заготовки, диаметр сердцевины уменьшают на величину X, которую определяют по формуле1. A method for manufacturing an optical fiber preform from reference quartz tubes with volumetric defects, including manufacturing the optical part of the preform by chemical internal vapor deposition, or chemical vapor deposition using an oven, or plasma internal vapor deposition from a gas phase with a changed proportion between the cladding diameter and the core, in which for further complete etching of the reference quartz tube in a solution of hydrofluoric acid, after deposition of all layers of glass and the “collapse” procedure of the workpiece, the diameter of the core is reduced by the value X, which is determined by the formula
Figure 00000006
Figure 00000006
где D tube – толщина опорной кварцевой трубы, where D tube is the thickness of the reference quartz tube, K – пропорция между оболочкой и сердцевиной, рассчитываемая по формулеK is the ratio between the shell and the core, calculated by the formula
Figure 00000007
Figure 00000007
где D geometric cladding – диаметр области геометрической оболочки преформы,where D geometric cladding is the diameter of the preform geometric shell area, D core – диаметр области сердцевины преформы.D core is the diameter of the preform core area. 2. Способ изготовления преформы оптического волокна из опорных кварцевых труб с наличием объемных дефектов, включающий изготовление оптической части преформы методом химического внутреннего парофазного осаждения, или методом химического парофазного осаждения с помощью печи, или методом плазменного внутреннего осаждения из газовой фазы, наращивание геометрической оболочки методом жакетирования, или методом внешнего осаждения из газовой фазы, или методом сплавления стержневой заготовки в центре кварцевой трубы, заполненной кварцевым песком, для достижения необходимой пропорции между сердцевиной и оболочкой, отличающийся тем, что после изготовления оптической части преформы методом химического внутреннего парофазного осаждения, или методом химического парофазного осаждения с помощью печи, или методом плазменного внутреннего осаждения из газовой фазы дополнительно осуществляют полное стравливание опорной кварцевой трубы в растворе фтористоводородной кислоты, после осаждения всех слоев стекла и процедуры «схлопывания» заготовки, как промежуточный этап перед процессом внешнего осаждения из газовой фазы, или процессом жакетирования, или процессом сплавления стержневой заготовки в центре кварцевой трубы, заполненной кварцевым песком с целью улучшения качества оптических преформ, изготовленных с помощью опорных кварцевых труб с наличием значительного количества объемных дефектов, располагающихся на произвольной глубине. 2. A method for manufacturing an optical fiber preform from reference quartz tubes with volumetric defects, including manufacturing the optical part of the preform by chemical internal vapor deposition, or by chemical vapor deposition using an oven, or by plasma internal vapor deposition from a gas phase, building up a geometric shell by jacketing , or by the method of external deposition from the gas phase, or by the method of fusion of a rod blank in the center of a quartz tube filled with quartz sand, to achieve the required proportion between the core and the shell, characterized in that after the manufacture of the optical part of the preform by the method of chemical internal vapor deposition, or by the method of chemical vapor-phase deposition using an oven, or by the method of plasma internal vapor deposition, the supporting quartz tube is additionally completely etched in a solution of hydrofluoric acid, after deposition of all layers of the stack preforms, as an intermediate step before the external vapor deposition process, or the jacketing process, or the process of fusion of the core blank in the center of a quartz tube filled with quartz sand in order to improve the quality of optical preforms made using reference quartz tubes with the presence of a significant number of volumetric defects located at an arbitrary depth.
RU2022113346A 2022-05-18 Method for manufacturing optical fiber preforms from quartz support tubes with the presence of volumetric defects (variants) RU2790075C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790075C1 true RU2790075C1 (en) 2023-02-14

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2122599A (en) * 1982-06-25 1984-01-18 Nat Res Dev Method of making high birefringence optical fibres and preforms
RU2096355C1 (en) * 1992-11-19 1997-11-20 Син-эцу Кварц Продактс Ко., Лтд Large-size pipe of quarts glass, large-size stock of quarts glass, manufacture of pipe and stock, optical fiber of quarts glass
JP2005154264A (en) * 2003-10-30 2005-06-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Optical fiber preform and its manufacturing method
RU2437129C1 (en) * 2010-03-24 2011-12-20 Закрытое акционерное общество "Профотек" Method of making birefringent microstructured optical fibre
RU2567923C2 (en) * 2010-08-10 2015-11-10 Драка Комтек Б.В. Method of making optical fibre workpiece

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2122599A (en) * 1982-06-25 1984-01-18 Nat Res Dev Method of making high birefringence optical fibres and preforms
RU2096355C1 (en) * 1992-11-19 1997-11-20 Син-эцу Кварц Продактс Ко., Лтд Large-size pipe of quarts glass, large-size stock of quarts glass, manufacture of pipe and stock, optical fiber of quarts glass
JP2005154264A (en) * 2003-10-30 2005-06-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Optical fiber preform and its manufacturing method
RU2437129C1 (en) * 2010-03-24 2011-12-20 Закрытое акционерное общество "Профотек" Method of making birefringent microstructured optical fibre
RU2567923C2 (en) * 2010-08-10 2015-11-10 Драка Комтек Б.В. Method of making optical fibre workpiece

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Технология производства и свойства кварцевых оптических волокон: учеб. пособие / Г.А. Иванов, В.П. Первадчук, Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011 - 171 с.; ISBN 978-5-398-00741-1. PCVD-метод получения высокоапертурных заготовок кварцевых световодов с повышенным содержанием фтора и утолщенной кварцевой оболочкой. Шилов И.П., Кочмарев Л.Ю., Зубков Н.П., Лапшин Д.В., ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА, 2019г.N3. *
Физико-тезнологические основы волоконно-оптической техники, пп.3.1-3.5, https://web.archive.org/web/20220125104909/https://siblec.ru/telekommunikatsii/fiziko-tekhnologicheskie-osnovy-volokonno-opticheskoj-tekhniki/3-metody-polucheniya-zagotovok-kvartsevykh-ov. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5044724A (en) Method of producing optical fiber, and fiber produced by the method
CN101891380B (en) Manufacturing method of large-size optical fiber preform
US8295668B2 (en) Low loss optical fiber designs and methods for their manufacture
US7946134B2 (en) MCVD optical fiber method with partial removal of substrate tube
US8635889B2 (en) Refraction-sensitive optical fiber, quartz glass tube as a semi-finished product for the manufacture-thereof and method for the manufacture of the fiber
CN101811822B (en) Method for manufacturing large-diameter optical fiber mandril through PCVD process
EP0061901A1 (en) Optical waveguide fiber, and methods of forming an optical waveguide fiber, and an optical waveguide preform
JPH044986B2 (en)
JP7380546B2 (en) optical fiber
US20050262876A1 (en) Method for plasma overcladding a fluorine-doped optical fiber preform tube
JP2015193507A (en) Production method of multicore optical fiber
JPH11237514A (en) Optical fiber for grating, optical fiber preform for grating, and production of this optical fiber preform
JP2004505000A (en) Single mode optical fiber and method for manufacturing single mode optical fiber
RU2790075C1 (en) Method for manufacturing optical fiber preforms from quartz support tubes with the presence of volumetric defects (variants)
CN101066834B (en) Process of preparing fiber preformrod
JPS60260430A (en) Manufacture of base material for optical fiber containing fluorine in clad part
KR101720138B1 (en) Method and tubular semi-finished product for producing an optical fiber
JP4463605B2 (en) Optical fiber preform and manufacturing method thereof
US20020000104A1 (en) Methods of making preform and optical fiber
JPS6086047A (en) Manufacture of glass preform for optical fiber
KR100782475B1 (en) The Method of Optical Fiber and Optical Fiber thereof
JPH085685B2 (en) Method for manufacturing base material for dispersion-shifted optical fiber
JP7508233B2 (en) Optical fiber and method for producing optical fiber and optical fiber preform
CN113848608B (en) Single-mode optical fiber and preparation method thereof
JPS63139028A (en) Production of optical fiber glass base material