[发明专利]执行等离子化学气相沉积工艺的设备和制造光纤的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于执行等离子化学气相沉积工艺的设备，通过该设备能够将一层或多层掺杂或不掺杂的二氧化硅沉积在细长玻璃基管的内部，该设备包括细长的微波波导管，该波导管伸入一个共振腔，该共振腔围绕一圆柱轴线呈大致圆柱形对称地形成，所述基管沿着该圆柱轴线设置，其中所述共振腔为大致环形并具有圆柱形内壁和圆柱形外壁，并且其中所述圆柱形内壁包括围绕所述圆柱轴线以整个圆形延伸的狭槽，并且所述微波波导管具有纵向轴线，该纵向轴线大致垂直于所述圆柱轴线延伸，以形成同轴波导管，还具有相对于所述纵向轴线以一个角度延伸的轴线，以形成馈电波导管，天线可沿着所述纵向轴线在所述同轴波导管中运动。

本发明还涉及一种通过这样一种设备制造光纤的方法。

背景技术

从美国专利US 5,223,308可知一种沉积设备，该设备包括微波发生器，一个矩形微波波导管用于在细长中空管连续运动的空间中产生强微波能的电磁场。这种管由合成树脂(例如尼龙材料)形成，其中通过前述设备涂覆二氧化硅、氮化硅或硅碳氧化物(siliconoxycarbide)涂层，所述管用作汽车中的液压空调系统，以便使流体冷却剂(诸如氟利昂)进入大气中的损耗最小化。

美国专利申请US 2003/0104139涉及一种将等离子化学气相沉积(PCVD)涂层沉积在中空玻璃管内部的设备，其中使用包括波导管和涂覆器头部的涂覆器，该波导管用于将微波从微波发生器引导到涂覆器头部。所述波导管具有细长轴线和矩形横截面，该矩形横截面具有长轴和短轴并且垂直于波导管的细长轴线。玻璃管位于涂覆器头部内，并且涂覆器头部在所述中空玻璃管上方沿着管的纵向轴线运动，涂层沉积在该中空玻璃管中。

美国专利申请US 2003/0115909涉及一种将一层或多层玻璃层沉积在中空基管内部的设备，其中微波涂覆器的激励空间(activatorspace)围绕着中空基管，并且微波在该中空基管内部产生等离子区，从而导致玻璃形成先质(glass-forming precursor)将SiO₂沉积到基管内部。

可从授予本发明人的美国专利US 6,849,307了解到在前面介绍部分中提及的制造光纤的设备，该设备可用于制造拉制光纤的所谓预制件。根据已知的用于制造这种预制件的方法，细长的玻璃基管(例如包括石英)在其内部圆柱形表面涂覆有多层掺杂的二氧化硅(例如掺锗的二氧化硅)。这可通过如下方式实现，即，将基管沿着共振腔的圆柱轴线定位，并且用例如包括O₂、SiCl₄和GeCl₂的气态混合物冲刷管的内部。局部定位的等离子区同时在腔中生成，导致Si、O和Ge的反应，以便使得掺锗的SiO_x直接沉积在基管的内表面上。由于这种沉积只发生在局部定位的等离子区附近，共振腔(和等离子)必须经过管的圆柱轴线，以便在整个长度上均匀涂覆。当涂覆完成时，管热收缩成一根杆，所述杆具有掺锗的SiO₂芯部和围绕的未掺杂的二氧化硅.覆层部分。如果所述杆的一端加热到其熔融，可从该杆拔出细的玻璃纤维并将玻璃纤维绕在卷轴上；所述纤维的芯和覆层部分对应于所述杆的芯和覆层部分。由于掺锗的芯的折射率高于未掺杂的覆层的折射率，所述纤维可用作光信号的波导管，例如用于传播光通信信号。应该理解的是，冲刷所述基管的气态混合物还可包括其它成分；例如C₂F₆的添加导致掺杂的二氧化硅的折射率减小。还应该理解的是，在拉拔工序之前，实心预制件可置于所谓的套管(包括未掺杂的二氧化硅)中，以便在最终的纤维中增加未掺杂二氧化硅相对于掺杂二氧化硅的量。另一种可能的涂覆过量二氧化硅的方法是通过等离子工艺或者外部气相沉积(OVD)工艺进行的所谓的外包层。

这种用于通信目的的光纤的使用要求光纤基本上没有瑕疵(例如掺杂剂的比例不均、不期望的横截面椭圆率等等)，因为在考虑很长一段光纤时，这种瑕疵可能导致被传输的信号的显著衰减。因此，实现非常均匀和可复现的PCVD工艺是很重要的，因为沉积的PCVD层的品质将最终决定光纤的品质；因此重要的是，在共振腔中产生的等离子区应该是(围绕腔的圆柱轴线)旋转对称的。另一方面，如果能使预制件具有较大的直径，生产工艺成本将会受到有利地影响，因为可从单个预制件获得较长的纤维长度。如果为了能够使用较厚的基管而增大共振腔的直径，这将导致等离子区具有退化的旋转对称性，并且只能使用更高的微波功率来产生这种等离子区。