[发明专利]在粉末预制棒中控制氟掺杂的方法

说明书

发明的背景

发明的领域

本发明涉及用于光波导的预制棒的制备方法，具体涉及在这种预制棒结构的不同位置控制氟掺杂量的方法。

背景技术

光波导(例如光纤)通常是用不同折射率的材料作为纤芯和包层区而制得的。纤芯区(其中大多数光线发生透射)由折射率高于包层区的区域组成。在石英基光纤中这种折射率差异是通过加入不同的掺杂剂形成的。氟是一种常用的用于降低折射率的掺杂剂，氧化锗通常用于提高折射率。

为了用氟掺杂石英粉末预制棒(例如用OVD、MCVD、VAD或其它气相沉积法制成的粉末预制棒)，可使含氟气体(如SiF₄或CF₄)流过粉末预制棒的表面。此时含氟气体扩散进入粉末预制棒，使氟与粉末反应，从而用氟掺杂石英粉末。过去，掺入粉末中的氟集中在与含氟气流接触的预制棒表面。

业已提出在粉末预制棒与氟掺杂剂气体流过相反的表面上更均匀地掺杂氟或得到更高的氟掺杂量的方法。例如，美国专利5,210,816公开了在玻璃化步骤前改变粉末密度来获得这种结果的方法。该方法主要基于这样的原理即粉末密度越低、氟掺杂量就会越高。需要开发无需沉积具有不同密度的各层的其它方法。

发明的概述

本发明的一个方面涉及一种将氟掺入粉末预制棒内部的方法，它包括将粉末预制棒置于含氟气体中，放置的时间和温度足以使沿与含氟气体接触的粉末预制棒表面具有低的氟含量。较好的是，所述含氟气体是有机含氟气体。本发明方法可用于以这种方式掺杂这种粉末预制棒，无需改变粉末密度并且无需在烧结以使氟逸出的过程中关闭含氟气体。本发明掺杂方法可用于形成采用以前的粉末预制棒掺杂技术难以或不可能形成的各种氟掺杂结构。

本方法尤其适用于掺杂用于形成光纤和其它波导的预制棒。这种预制棒通常是由流动的混合气流的至少部分组分化学反应而成的，所述混合气是由至少一种形成玻璃的前体化合物和一种氧化介质组成的，所述反应形成玻璃质的石英基反应产物。通过将至少部分反应产物沉积在基材上，这种反应产物常用于形成粉末体(即预制棒)。随后用本发明方法掺杂形成的粉末体。

在一个较好的实例中，将粉末体沉积在芯轴上，移去芯轴形成带有轴线通孔的粉末圆柱体。随后轴线气体(如氦)可由上至下流过该孔以便从靠近该孔的粉末预制棒中除去氟掺杂剂，从而提高粉末体内的氟相对浓度。通过沿粉末预制棒轴线孔流动气体(如氦)，并且沿粉末预制棒外表面流动含氟气体，可在该预制棒的外表面和轴线表面之间形成具有最高氟掺杂浓度的位点。

或者，在掺杂步骤以前可将一玻璃棒插入粉末预制棒之中，随后进行掺杂步骤。该玻璃棒可掺杂有各种提高折射率的掺杂剂芯层或者未掺杂这种芯层。

或者，芯轴可以是掺杂或未掺杂各种掺杂剂(如GeO₂)的玻璃棒状的，粉末体沉积在该玻璃棒上。用这种方式可获得折射率分布，它包括高氧化锗掺杂量的纤芯部分和围绕该纤芯部分的掺杂氟的圆环部分。

如上所述，在本发明中使用掺杂剂气体，在掺杂剂气体中放置足够的时间后，导致在最靠近掺杂剂气流的玻璃表面具有低的氟含量。适用于本发明的较好的气体包括氟碳化合物气体，如CF₄、C₂F₆和C₃F₈。但是，本发明不限于这些气体，认为其它气体(例如SF₆)也是合适的。适用于本发明的最好的气体是CF₄。

本发明的其它特征和优点将在下面的详细描述中进行说明。根据这些描述或者本文(包括下面的详细描述、权利要求书和附图)所述的本发明的实施方法，本领域的普通技术人员可容易地得知本发明的部分特征和优点。

可以理解上面的概述和下面的详细描述仅仅是对本发明的举例说明，用于提供概况或框架以便理解要求保护的本发明的本质和特征。附图用于进一步理解本发明，它掺插在本说明书中构成本说明书的一部分。附图说明本发明的各种实例，与说明书一起用于说明本发明的原理和操作。

附图简述

图1说明将粉末沉积在基材上的方法；

图2说明本发明沉积粉末结构的方法；

图3a和3b比较掺杂剂气体SiF₄和CF₄的效果；

图4说明在沉积在玻璃棒上的石英粉上通过改变CF₄气体的掺杂时间获得的变化和氟掺杂剂浓度；