[发明专利]用于执行PCVD沉积工艺的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于执行PCVD沉积工艺的方法，所述方法包括以下步骤：i)设置玻璃基管(substrate tube)；ii)向该玻璃基管供给一种或多种玻璃形成气体；iii)通过对该基管的至少一部分进行微波辐射来诱导等离子体以使一个或多个玻璃层沉积到该玻璃基管的内表面上。

本发明还涉及一种用于执行PCVD沉积工艺的设备，其中使一个或多个掺杂或未掺杂的玻璃层沉积到具有供给侧和排出侧的玻璃基管的内部上，该设备包括微波施加器和用于引导微波的微波引导件，该施加器能够沿着所述基管在位于供给侧的换向点和位于排出侧的换向点之间移动。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(PECVD或PCVD)是用于使从气态(蒸汽)到固态的薄膜沉积在基质上的工艺。该工艺中包括了在创建了反应气体的等离子体之后发生的化学反应。

通常，在光纤领域，多个玻璃薄膜沉积在基管的内表面上。玻璃形成气体(即，掺杂或未掺杂的反应气体)从一端(基管的供给侧)被导入基管的内部。掺杂或未掺杂的玻璃层沉积到基管的内表面上。可选地，通过使用真空泵使这些气体从基管的另一端(基管的排出侧)排出或去除。该真空泵具有在基管的内部形成减压的作用，其中该减压通常包括5~50mbar的压力值。

通常，经由波导将来自微波发生器的微波引向包围玻璃基管的施加器。该施加器将高频能量耦合到等离子体内。该施加器(以及由该施加器所形成的等离子体)在基管的纵向方向上往返移动，结果通过每次行程(stroke)或通过(pass)来将薄玻璃层沉积到基管的内部上。

因而，在加热炉的边界内，施加器沿着基管的长度平移移动。随着谐振器的该平移移动，等离子体也在相同方向上移动。随着谐振器到达加热炉在基管的一端附近的内壁，使谐振器的移动换向以使得其向着加热炉的另一内壁移动至基管的另一端。谐振器以及等离子体沿着基管的长度往返移动。每一次的往返移动被称为一次“通过”或一次“行程”。利用每次通过将薄层的玻璃材料沉积在基管的内部上。

通常，仅在基管的一部分、即由微波施加器包围的部分中产生等离子体。微波施加器的尺寸小于加热炉和基管的尺寸。仅在等离子体的位置处，反应气体被转换成实心玻璃并且沉积在基管的内表面上。

在通过次数使这些薄膜、即沉积材料的累积厚度增加的情况下，该增加由此导致基管的剩余内径减小。换句话说，基管内侧的中空空间随着每次通过而不断变小。

在沉积工艺期间，施加器和基管通常由加热炉包围从而使基管维持为900~1300°C的温度。

根据本申请人的美国专利4，314，833已知一种通过PCVD工艺来制造光学预制件的方法。根据通过该文献已知的处理，使用玻璃基管内的低压等离子体来使一个或多个掺杂或未掺杂的玻璃层沉积到基管的内部上。在玻璃层已沉积到玻璃基管的内部上之后，随后通过加热使该玻璃基管收缩成实心棒(“径向收缩(collapsing)”)。在特定实施例中，例如通过外部气相沉积工艺或者通过使用一个或多个预制玻璃管来进一步从外部向该实心棒配置附加量的玻璃，由此获得复合预制件。通过拉制来利用如此制造出的一端被加热的预制件获得光纤。

根据本申请人的国际申请WO 99/35304，经由波导将来自微波发生器的微波引向包围玻璃基管的施加器。该施加器将高频能量耦合至等离子体内。

根据本申请人的欧洲专利EP 1 550 640(还公开为US2005/0172902)，已知一种用于执行PCVD沉积工艺的设备，其中位于施加器内的、具有特定长度和宽度的扼流器以该设备的柱轴为中心并且其形状为环形。已经选择了该扼流器的尺寸以使整个沉积工艺期间的高频能量的损耗最小，这导致高效的能量消耗。该文献涉及微波泄漏及其缩减。

US 4，741，747涉及用于减少PCVD工艺内的光学和几何端部锥形的方法。通过使等离子体在至少一个换向点的区域内随着时间非线性地移动以及/或者通过随着时间改变等离子体的纵向范围来减少预制件的端部处非恒定的沉积几何形状的区域(锥形)。

US4，857，091涉及制造光纤的PCVD方法，其中这些光纤的折射率分布表现出特定外周和/或径向和/或轴向光学调制结构。参数发生改变，从而影响到以下：(a)向着管的内壁的材料传输的均匀性和/或玻璃在管周围的沉积产量、以及/或者(b)局部沉积区相对于产生等离子体的反应器的轴向位置。

GB2068359涉及PCVD工艺，其中通过改变针对装置的功率输入来沿着基管对等离子体列进行扫描，从而对玻璃层沿着该管的扫描和加热区域的直接形成产生影响。