[发明专利]多包层光纤预制棒及制造方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及光纤制造领域一种光纤预制棒及制造方法，具体地说是一种由多层纯度略有差异的石英材质组成的可用于拉制石英光纤的多包层光纤预制棒及制造方法。

                         技术背景

目前世界上制造商用石英光纤预制棒的方法主要为化学汽相沉积法；其中，典型的制造工艺方法有如美国专利U.S.Pat.3932162中介绍的OVD(outsidevapor-phase deposition)工艺与VAD(vapor-phase axial deposition)工艺，中国专利98813827.1中所叙述的PCVD(plasma active chemical vapor-phasedeposition)工艺与如美国专利U.S.Pat.4217027中介绍的MCVD(modifiedchemical vapor-phase deposition)工艺等方法。随着光纤制造技术的不断研究和发展，各种光纤制造技术相互融合，近几年也出现了四种工艺相混合的光纤预制棒的制造方法。采用以上各种工艺制造的光纤预制棒，根据制造过程中所使用的原材料纯度和制造后所形成的石英玻璃的杂质含量的高低可将光纤或预制棒分为以下几层：具有较高折射率的光纤的芯层，以及与光纤的芯层相邻，具有较芯层折射率要低的光纤的内包层；与内包层相邻的，光纤的衬管层和及光纤的外包层。对光纤制造领域来说，现有产品和制造方法相对较成熟，其面临的主要问题是如何有效地降低光纤的制造成本。现在一般降低光纤的制造成本方法是降低光纤芯棒的制造成本，即直接生产出大的芯棒从而提高原材料的利用率和设备的生产效率以降低制造成本。

由光纤的光场分布可知，光几乎集中在光纤的芯层和光纤的内包层中。因而对光纤的芯层和光纤的内包层的纯度要求很高，其采用的工艺制造方法同其余部分也不一样。对此部分，通常我们要采用芯棒的制造工艺来完成。衬管层是芯棒的外表面与外包层的界面，通常因芯棒的外表面极易被污染，故其杂质含量高，非常靠近光纤的芯层与内包层，在加热的过程中，杂质易通过热扩散，进入内包层和芯层，从而影响芯层与内包层的纯度而会导致光纤的衰减增大；对于单模光纤而言，依靠芯棒的制造工艺来完成的部分占光纤中心部分典型值大约为20微米，其所占整个光纤的比例仅为2.56％。占光纤97.64％的部分都是采用非芯棒的制造工艺来完成的。对于管内法工艺而言，衬管层，内包层同芯层总共占光纤中心部分约30微米，其所占整个光纤的比例仅为5.76％。占光纤94.24％的部分为光纤的外包层。

从以上分析可知，要想有效地降低光纤的制造成本，除了要降低光纤芯棒的制造成本，关键在于要降低光纤的包层的制造成本，即要降低非芯棒的制造工艺来完成的部分的成本。光纤的制造成本主要来源于包层的制造成本，尤其是外包层的制造成本。光纤的外包层的典型制造方法有直接管外沉积法，套管法和溶胶-凝胶法。虽然溶胶-凝胶法是很有前途的方法，但目前工艺还不成熟，难以形成规模效益。直接管外沉积法，套管法大多数都是采用OVD工艺，因该工艺使用的主要原材料，高纯度的SiCl4的利用率仅20-30％，原材料的利用率低。对于含量为99.99％至99.999％高纯度的SiCl₄而言，其价格是非常贵的。而且纯度越高其价格也越贵。例如纯度达99.999％量级的SiCl₄与纯度为99.9％量级的SiCl₄的价格相差几倍，由于原材料的利用率低，这样采用OVD工艺制造外包层时，其原材料成本占据了整个成本很大部分。为了有效地降低外包层的制造成本，关键在于降低外包层的原材料的成本。但是若外包层完全使用较低纯度的SiCl₄，因其杂质含量高，在加热的过程中，杂质易通过热扩散，进入内包层和芯层，从而影响芯层与内包层的纯度而会导致光纤的衰减增大；若外包层中靠近纤芯部分具有一层或数层较厚的高纯石英玻璃，在光纤的制造过程中，高纯石英玻璃以外的次高纯石英玻璃层中杂质很难通过热扩散，进入内包层和芯层。这样便可用较廉价的原材料制造的次高纯石英玻璃，部分取代现有的光纤预制棒中外包层最外部的石英玻璃。

                        发明内容

本发明的目的就是提供一种多包层光纤预制棒及制造方法，它解决了现有的光纤制造技术中，光纤预制棒的外包层所使用的高纯原材料比重过大，从而导致高纯原材料占光纤的制造成本比重过高、使得光纤的制造成本高的问题。