[发明专利]一种光波导轴向均匀的光纤预制棒制作方法

说明书

技术领域

 本发明属于光纤制造领域，具体是一种用管内化学气相沉积法结合外部轴向化学气相沉积法制作光纤波导轴向均匀的光纤预制棒的方法。

背景技术

用于通信传输的光纤是由预制棒经拉丝而制成，光纤预制棒的制作是光纤生产中的一个核心环节,主要决定光纤的结构与光学性能。在现有技术中已存在几种生产光纤预制棒的工艺方法，按光纤折射率剖面的制造方法划分，可以分成两大类：管内沉积法，包括等离子化学气相沉积法（PCVD）与改进的化学气相沉积法（MCVD）；外部沉积法，包括气相轴向沉积法(VAD )和外部气相沉积法（OVD）。其中VAD法和OVD法，能够以高速率制作大型光纤预制棒，但外部化学气相沉积法对光纤波导结构的控制精度较低。PCVD法和MCVD法能生产出波导结构复杂而精度高的光纤预制棒，但由于受到基管直径/壁厚的限制，单独使用时存在着生产成本高、沉积速率较低等不足，难以制作大型光纤预制棒。而以高速制造大型光纤预制棒是全面提高光纤生产速率、降低成本、增强光纤生产企业市场竞争力的关键, 所以光纤预制棒都采用“两步法”制造工艺，第一步采用前述四种工艺中的一种制造芯棒，形成光纤的折射率剖面（光波导），第二步制造外包层，主要采用VAD、OVD或套管法(RIT/RIC)，增加单根预制棒的拉丝长度，提高生产效率，降低光纤生产成本。

改进的化学气相沉积（MCVD）工艺和等离子化学气相沉积（PCVD）工艺对折射率剖面控制精确，适合制造具有复杂折射率剖面形状的光纤，如非零色散位移单模光纤（G.655和G.656光纤）。这两种同属于管内法的工艺，沉积时两端由于反向而形成锥度, 如折射率剖面沿轴向分布不均匀（光学锥度），或沉积厚度沿轴向分布不均匀（几何锥度）。沉积锥度效应影响芯棒的纵向均匀性，减少了芯棒的有效长度。一般通过优化工艺参数和改进控制等方式，可以适当抑制锥度效应引起的不均匀性。但是，对于G.655、G656类光纤而言，芯层剖面采用多层结构的设计，较为复杂，减小锥度效应需要更复杂的参数调整与工艺控制技术，增大了工艺难度，芯棒的利用率很难提高，影响预制棒长度的增加。

RIT/RIC法是将预制棒的芯棒直接放进高纯度石英外套管而组合成预制棒，或对组合预制棒进行高温加热，将石英套管与芯棒熔合一体制成光纤预制棒,或者将组合预制棒直接抽真空拉丝成光纤(如申请号为200510091570.7、公开号为CN1837868A；申请号为20051009304.3、公开号为CN1760150A的中国发明专利申请；申请号为09/515227、专利号为US6460378 B1；申请号为09/581734、专利号为US6484540 B1的美国发明专利申请所述)。从工艺上看，套管法较为简单，已经用于常规生产。但这种方法存在某些缺陷：所生产的预制棒/光纤的芯-包层同心度误差较大；套管的尺寸必需按照芯棒的尺寸匹配；高纯度石英套管难以制造，大尺寸的套管要求的几何精度高，依赖外购或进口，成本相对较高。

外部沉积OVD工艺（如申请号为09/689389、专利号US6546759 B1的美国专利申请，申请号为10/188863、专利号US6941772 B2的美国专利申请；申请号为200410057462.3，授权公告号为CN1275888C的中国专利申请）和VAD沉积工艺（如申请号为10/142466、专利号为US6923024 B2的美国专利申请，申请号为P2006-32686、公开号为P2007-210817A的日本专利申请），采用SiCl₄为原料，通过火焰水解反应沉积疏松多孔的SiO₂粉尘外包层，然后将其脱水致密化形成透明的预制棒。两种方法都具有原材料成本低，工艺调整方便灵活，理论上尺寸可以做得足够大等优势，是适合制备外包层的方法。

利用管内法（MCVD，PCVD）以高速率制造折射率复杂而精度较高的大型光纤预制棒，已经有的文献资料显示，出现了的一些组合工艺制造方法，如改进的化学气相沉积和管外气相沉积组合工艺制造方法（MCVD+OVD制造方法），等离子化学气相沉积和套管法组合工艺制造方法（PCVD+RIT/RIC制造方法）。但是，已有的这些组合工艺方法都没有解决芯棒锥度所带来的均匀性问题，所以预制棒的有效长度和利用率，拉成光纤的均匀性，以及光纤的生产效率都很难进一步提高。

发明内容