[发明专利]一种大规格光纤预制棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用外部沉积法成本优势和管内法精度优势制备光纤预制棒的方法，属于光纤制造领域。

背景技术

光纤预制棒用于制备通信传输介质光纤。光纤制造技术包括多个环节和工序，预制棒制造是主要工序之一。随着光纤预制棒技术的发展，为了提高光纤的制作效率，目前商用预制棒正朝着制作较大规格光纤预制棒的方向发展，较大规格（直径）预制棒通常采用“两步法”的制造工艺，第一步为芯棒的制造；第二步是外包的制造和成棒。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PCVD（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RIC(rod in cylinder)套管法、外包法、APVD等离子体喷涂法和溶胶-凝胶法。其中套管法和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，外包法采用的是在线制备方式。芯棒的波导结构和材料组成决定了光纤的传输特性，例如：损耗、带宽、截止波长、模场直径、色散特性、有效面积等，对偏振模色散（PMD）和机械强度等也有决定性作用。

光纤预制棒制造中的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。套管法存在以下不足：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。套管一旦存在偏壁，可能会影响到光纤的同心度，进而影响熔接。套管的材料结成不均匀会影响光纤的翘曲指标。也会增加熔接损耗。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，等离子蚀洗等消除界面附加影响附加的工艺流程增加了预制棒的生产成本。目前套管只有德国Heraeus一家能够生产，制作工艺难和价格高昂是套管的最大问题。

OVD法通过多个喷灯将水解的SiO₂颗粒沉积在旋转且相对移动的芯棒上。沉积速率高达30g/min，但是这种沉积方法容易形成螺纹状或波纹状表面，芯棒两端不均匀使得整个沉积棒形成纺锤形，进而造成整根棒拉制成的光纤几何参数和光学参数不均匀不稳定。OVD法具有沉积速率高的特点。

VAD法与OVD法具有相同的火焰水解机理。其特点在于工艺稳定，沉积得到的疏松体组成结构与几何尺寸均匀。但是，沉积速率相对OVD法较慢。且单独使用VAD法，石英颗粒是粘连在基底上竖直向下生长的，疏松体结构脆弱，在无靶棒的条件下制造出的疏松体尺寸和重量都有限，难以制造大型预制棒。

管内法PCVD和MCVD适于制备高精度的复杂波导结构的预制棒，但是沉积速率低，无法单独制备出大规格的预制棒。

本发明的一些术语的定义为：

衬管：管内气相沉积用的高纯石英玻璃管，反应物在管内反应后沉积在玻璃管的内壁形成薄层玻璃或粉尘。

沉积：原材料在一定的条件下发生物理化学变化生成石英玻璃的工艺过程。

芯棒：PCVD法沉积石英玻璃后熔缩成的实心玻璃棒。

折射率剖面：预制棒/芯棒/光纤玻璃折射率与其半径之间的关系曲线。

套管：符合一定截面积要求的厚壁高纯石英玻璃管。

相对折射率Δi%：                                                ，其中ni为第i层光纤材料的折射率，n₀为纯石英玻璃的折射率。

PCVD：等离子化学气相沉积。

MCVD：改进的化学气相沉积。

VAD：轴向气相沉积。

OVD：外部气相沉积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种大规格光纤预制棒的制备方法，它不仅制造精度高，而且生产效率高，制作成本低，便于规模化生产。

本发明为解决上述提出的技术问题所提供的技术方案为：