[发明专利]一种纯二氧化硅松散体玻璃化掺氟方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤预制棒的制造方法，特别是涉及一种纯二氧化硅松散体玻璃化掺氟方法。

背景技术

光纤预制棒为拉制光纤的原材料，其基本结构包括芯层以及具有更低折射率的包层。SiO₂是用来制造光纤预制棒的主要的玻璃形成体，通过掺杂可以改变其折射率从而形成波导结构。一般在芯层中掺入GeO₂，使芯层的折射率高于包层纯石英玻璃的折射率。芯层和包层折射率的相对差值采用相对折射率差Δ来表示，芯层和包层的折射率分别为                                                和，相对折射率差Δ的值由式（1）确定：

…………（1）

有时为了增加光纤的抗弯曲性能，需要通过增加光纤芯层中的GeO₂含量来增大Δ值。但随着GeO₂含量的提高，会导致光纤瑞利散射的增加，从而引起光纤的衰减增加。如果掺入的GeO₂含量过高，就容易形成GeO气体，随之产生气泡。这对于最终光纤的传输性能和强度都是不利的。

由于上述原因，为了进一步降低光纤的衰减，纯二氧化硅芯光纤是目前最佳的方案，为了获得与普通单模光纤同样的相对折射率差Δ，需要降低光纤包层的折射率，掺入硼和氟都可以降低二氧化硅的折射率，然而，B₂O₃在1.2μm存在较大的拖尾吸收，不利于损耗的降低，因此，最好采用掺氟来降低构成光纤外包层的二氧化硅的折射率。

目前制造光纤预制棒的方法包括管内法（MCVD法和PCVD法，MCVD法叫改进的化学汽相沉积法，是Modified Chemical Vapour Deposition的简称，PCVD法叫等离子体激活化学汽相沉积法，是Plasma activated Chemical Vapour Deposition的简称）以及管外法（VAD法和OVD法，VAD法叫轴向汽相沉积法，是Vapour phase Axial Deposition的简称，OVD法叫棒外化学汽相沉积法，是Outside Chemical Vapour Deposition的简称）。管外法不受衬管尺寸的限制，沉积速度快，生产效率高，适合于大尺寸光纤预制棒的规模化生产。已经知道，采用火焰水解法可以将气态含氟化合物在沉积时加入石英玻璃中，但该方法存在沉积效率和掺杂浓度低的缺点。其原因可能为：首先，含氟的SiO₂颗粒并不是在喷灯火焰中马上生成的，而是随着氟从喷灯到预制棒松散体迁移的过程中扩散进入SiO₂颗粒的。扩散需要一定的时间，同时由于进入火焰反应的氟容易扩散到周围环境中导致SiO₂颗粒周围的氟分压非常低。其次，SiO₂颗粒周围的一部分氟与火焰中的OH^-反应生成HF，因此仅有少部分的氟掺入到了SiO₂颗粒中。此外，HF对玻璃颗粒具有腐蚀作用，容易与火焰水解反应生成的SiO₂颗粒反应：

SiO₂（s）+2HF（g）→SiOF₂（g）+H₂O（g）…………（2）

SiO₂（s）+4HF（g）→SiF₄（g）+2H₂O（g）…………（3）

式中的（s）和（g）分别表示固态和气态。

这些反应阻止了SiO₂颗粒的生长，同时降低了SiO₂颗粒的沉积量。因此，随着含氟化合物流量的增加，沉积效率和沉积速度逐步降低，最终将不产生沉积。另一方面，由于氟的高扩散性，沉积得到的含氟松散体在烧结过程中，将流失40%-50%的氟，使折射率剖面结构遭到破坏，严重影响拉制后光纤的性能。