[发明专利]一种制备光纤预制棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备光纤预制棒的方法，该方法包括用外部气相沉积法以硅烷或硅氧烷为原料直接在芯棒的外表面包覆均匀的石英疏松体，形成疏松体预制棒，再将疏松体预制棒缓慢高温加热进行脱水和烧结成透明的光纤预制棒。

背景技术

30多年来，光纤制造工艺一直在不断发展。光纤预制棒制造技术是光纤产业的核心技术。目前商用预制棒的生产一般采用“两步法”的制造工艺，即第一步，芯棒的制造；第二步，外包部分的制造和成棒。其中芯棒的制造工艺典型的有管内法气相沉积工艺，如MCVD(modified chemical vapor deposition)改进化学气相沉积工艺和等离子体化学气相沉积(plasma chemical vapor deposition)等离子体激发化学气相沉积法，以及管外法气相沉积工艺如OVD(outside vapor deposition)外部气相沉积工艺和VAD(vapor axial deposition)外部轴向沉积工艺。外包技术目前典型的工艺包括RIT(rod in tube)和RIC(rod in cylinder)套管法、Soot直接外包法、APVD等离子体喷涂法和溶胶-凝胶法。其中套管法和Soot直接外包法主要采用类似芯棒外部气相沉积工艺特点的实现包层材料的制备，主要区别在于相对芯棒制造工艺，套管法采用的是离线制备方式，Soot直接外包法采用的是在线制备方式。在生产芯棒时，为了确保光纤的光学质量，不仅制造芯棒也必需制造部分的包层。随后可以把芯棒拉细成很多小芯棒，也可以不拉细，这取决于芯棒的大小。接下来，在芯棒上附加外包层(俗称外包技术overcladding)，制成预制棒。拉丝之前，可以把预制棒拉伸缩小直径，也可以不拉伸，这取决于预制棒和拉丝炉的大小。光纤预制棒的光学特性主要取决于芯棒制造技术；光纤预制棒的成本主要取决于外包技术，因此芯棒制造技术和外包技术成为光纤预制棒制造领域的核心技术。

现有的最接近的光纤预制棒的方法为套管法，如US005837334A、US007089765B2。目前套管法是先制造出芯棒，再将该芯棒插入尺寸匹配的石英玻璃管，经高温加热使芯棒与套管同步熔化融合延长成为光导纤维。套管法是用于常规生产的与本发明最接近的技术之一。但是这种套管法存在以下不足之处：大尺寸的套管要求的几何精度高，制造工艺复杂，套管加工过程中的材料损失导致成本增加。芯棒与套管的界面增加了光纤拉丝工艺的复杂程度，界面的清洗和干燥变得更加严格，而且界面增加了光纤机械强度薄弱环节产生的几率，增加了单位长度光纤断裂的可能性，界面也对光纤水峰(光纤传输中由于羟基在1360nm～1460nm范围内吸收峰称为水峰)产生不利影响，避免界面附加的工艺流程增加了预制棒的生产成本。

管外法+Soot直接外包法是目前被行业认为是制造低成本大型预制棒首选的工艺路线，如US005917109A。尤其随着VAD和OVD向多灯结构多组震荡沉积工艺的技术发展，Soot直接外包法显著降低了光纤预制棒的制造成本。由于外部气相沉积法VAD和OVD特点是沉积速率高、原材料容易获得，目前管外法+Soot直接外包技术提供了大部分的商用预制棒，典型的两步法工艺路线为VAD+OVD、OVD+OVD、VAD+VAD。但是为制备低水峰大型预制棒，管外法+Soot直接外包法的技术路线也存在如下不足：众所周知，管外法由于存在Soot制备和玻璃化的分离流程，在实现复杂折射率剖面和Ge/F共掺工艺等方面相对管内法明显不足，因此，工艺稳定性方面面临巨大挑战。

另一种与本发明接近的技术是等离子体化学气相沉积+APVD技术。该技术是以管内化学气相沉积法制成的芯棒为靶棒，在其外采用APVD工艺将石英粉喷涂到石英靶上而制成廉价的复合外包层。合成石英靶棒确保了光纤的质量，外喷技术石英粉具有较高的沉积效率，是一种已经用于常规生产的低成本的技术。但是这种技术有以下问题，由于APVD的沉积效率高且采用廉价的石英粉，这种石英粉的纯度和一致性受原材料影响而波动较大，其中含有的某些杂质对光纤的拉丝强度有不利影响，这种原材料不可提纯和不可再生限制了其生产大尺寸预制棒技术的推广。此外，该技术路线制备的大型预制棒由于材质的一致性显著影响光纤机械性能，拉丝工艺过程中典型断点率是Soot外包工艺制备大型预制棒的两倍以上。