[发明专利]一种PCVD工艺制作大直径光纤芯棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤芯棒的制造方法，具体涉及一种具有较高沉积速率和沉积效率的 PCVD工艺制造大直径光纤芯棒的方法，属于光纤通信领域。

背景技术

光纤预制棒的制造是光纤制造的第一步。作为光波导管，光纤在整个结构划分上可按区 域分为纤芯、光学包层、机械包层以及涂覆层，石英光纤的母体即预制棒相应划分为芯层、 光学包层、机械包层三个部分。在预制棒的大规模生产领域，预制棒的这种多层结构往往以 分步法工艺进行制造，即先独立地制造芯棒和机械包层套管，通过芯棒和机械包层的组合形 成预制棒整体。芯棒包括芯层和光学包层的全部以及机械包层的少部分，是决定光纤传输性 能的核心部分。芯棒制造方法依照沉积反应发生位置来划分，可分为为管内法和管外法。PCVD 工艺即等离子体化学气相沉积一直是芯棒制造管内法的主要工艺之一。相对管外法的外部化 学气相沉积工艺(OVD)和轴向化学气相沉积工艺(VAD)，PCVD工艺优点在于对反应原材料 的利用效率高，同时能够精确控制掺杂成分要求严格、折射率剖面复杂的芯棒。相对管内法 中的另一种改进的化学气相沉积工艺(MCVD)，PCVD工艺又具有沉积速率高的优点。

光纤预制棒制造工艺改进始终朝着经济成本和性能更优化的方向发展。预制棒制造的经 济成本更优化首先表现在套管直径和长度的大型化，直径方面已经可以达到外径120毫米～ 210毫米，长度方面可达3～6米。在制造此种大尺寸或超大尺寸外包层时，一般采用芯棒外 直接包层沉积或包层独立沉积再与芯棒组装两种工艺路线。不论是芯棒外直接外包层沉积还 是外包层独立沉积再与芯棒组装，当外径达到120毫米长度达到3米以上的大尺寸预制棒都 具有了相当大的的包层体积和自重，那么其沉积工艺所需的中心靶棒或芯棒尺寸就不能过小， 一般都要求至少大于30毫米。

在制造大直径尺寸芯棒方面，中国专利ZL200510019304.3提出了将芯棒在拉伸塔上与小 套管熔缩到一起得到组合芯棒，然后将一段或多段组合芯棒插入大套管形成大尺寸光纤预制 棒的方法。这种方法通过对小直径芯棒和小套管的组合熔缩实现了对芯棒直径尺寸的增大。 该发明将芯棒制造工艺过程进行了分步，这种分步方法先制造小直径芯棒，再将芯棒和附加 的小套管组合熔缩成为大直径芯棒，使得芯棒的外径通过附加套管的方法得到增加。但是， 该方法增加了芯棒制造的工序步骤，同时增加了小直径芯棒与附加套管的界面处理和套管工 序，该界面处理和套管工序由于是人工操作，存在一定的杂质污染可能性。另外，芯棒和套 管组合熔缩的过程中，其固有存在的配合间隙存在一定的不均匀性，这将增大熔缩工艺控制方 面的难度，从而对芯棒的芯层圆度产生影响。

芯棒制造的另一方面是PCVD工艺的沉积速率，沉积速率直接决定了芯棒单位重量的制造 时间，成为影响制造成本的重要因素。在提高芯棒沉积速率方面，中国专利ZL200710168384.8 提出了一种将外径36～46毫米、内径32～40毫米、长度1.45～1.85米衬管，通过5.5KW～ 20.5KW的高频功率，得到2.5～4.5克/分的沉积速率进行PCVD加工制造光纤芯棒的方法制 得光纤芯棒。该方法选用提高功率的微波源，在一定程度上增加了所制得芯棒的直径。但是， 随着预制棒大型化的继续发展，由于受其方案设计的衬管CSA限制，其所制芯棒直径尺寸已 达极限，不再能适应大于180毫米的更大尺寸套管对芯棒外径大于40毫米的要求；直径尺寸 受限也会使包层芯层直径比的设计受限，从而使外包工艺特别是OVD外包后预制棒的衰减和 水峰升高。

在预制棒制造工艺不断向大型化发展的同时，通信网络对传输光纤产品性能的要求也不 断提高，具体表现为：对传输承载波段要求越来越宽，对波段衰减要求越来越低，对光纤色 散的易管理性要求越来越高。特别是不断降低光纤传输承载波段的衰减，是光纤性能发展上 的一个长期追求。

为方便介绍本发明内容，定义部分术语：

石英衬管：管状的基底管，其内壁承载PCVD化学反应的玻璃态氧化沉积物；

芯棒：含有芯层、光学包层和部分机械包层的实心预制件；

CSA：横截面积，单位为mm²；

b/a值：芯棒中沉积的光学包层直径与芯层直径的比值；

c/a值：芯棒外径与芯层直径的比值；

d/a值：外包层外径与芯层直径的比值。

发明内容