[发明专利]一种光纤预制棒芯棒的熔缩制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂石英衬管熔缩成光纤预制棒芯棒的熔缩制备方法，属于光纤制造技术领域。

背景技术

目前公知的光纤预制棒的制造工艺，典型的有管内法气象沉积工艺，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。

采用管内沉积法制备光纤预制棒（芯棒）均需要将沉积完的掺杂石英衬管进行熔缩得到实心棒。熔缩的过程是在高于玻璃软化温度下进行，当温度较高时，挥发性掺加剂（如Ge等成分）容易从沉积层中挥发出来，一部分随废气被抽走，一部分沿气流方向在较冷部位沉积下来，导致光纤剖面出现不希望产生的变化，较为常见的是出现折射率下陷（见附图1），对多模光纤的带宽等性能指标有严重的影响。

欧洲专利1035083，描述了这种避免光纤中间折射率出现凹陷的方法，具体采用三步熔缩的方法来进行：第一步在一定的温度和速度下加热管材，使沉积后的管材管径熔缩变小；然后在比第一步温度低200-400℃的条件下通入SF6和氧气，腐蚀掉折射率发生变化的部分沉积层；第三步在较高的温度下实现玻璃管材的完全烧实。该法主要是在较低的温度下进行腐蚀，避免高温下掺杂物的大量挥发，腐蚀完后高温进行烧实，这种分步单独腐蚀的方法可以缓解掺杂物的挥发，但是在腐蚀的过程中孔径又会变大，在最后一步高温烧实预制棒的过程中由于孔径大，有可能会加快挥发物的挥发，仍然可能存在较明显芯层折射率下陷。

美国专利US7069749意识到这种问题，提出要在芯棒腐蚀前将孔径限制在1.5-2.5mm之间，但此问题依然会存在。

同时，对于这种采用单独步骤来进行芯棒内层腐蚀的方法，都存在一个不利的问题，就是会延长预制棒（芯棒）熔缩时间，不仅不利于芯棒熔缩产能，还会影响光纤质量。对于管内沉积工艺（MCVD或者PCVD）而已，烧结设备进气端和出气端的密封性对相应光纤的水峰影响非常大（Att_1383nm），环境中的湿气会很快渗入到管内，引入OH成分。熔缩烧结时间越长，环境中湿气向管内扩散的时间就越长，不利于光纤水峰的稳定性，对光纤衰减稳定性控制也有不利影响。

美国专利US2006/0230793提出在衬管熔熔缩烧实之前最后一趟引入腐蚀性气体，在衬管熔熔缩的同时进行内壁的腐蚀，以避免在单独腐蚀的过程中再使内径变大，造成掺杂成分挥发。这种方法可以减少因为预制棒管材孔径变大而引起在烧实趟的掺杂物挥发，但是由于此时孔径较小，且只有一趟腐蚀，存在腐蚀量不足的风险，这种风险在加热炉行走返程点的地方由于热源移动速度较快（避免重复加热而烧实），将更为明显。同时较低的腐蚀量也容易使芯棒水峰变得不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题旨在针对以上现有技术存在的不足，提出一种光纤预制棒芯棒的熔缩制备方法，它不仅能有效避免芯层折射率下陷，保障光纤水峰的稳定性，而且加工效率高。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

将沉积后的掺杂石英衬管安装在熔缩车床上，以15~30rad/min（转/分）转速转动，用加热炉套作为加热设备为熔缩提供热源，加热温度为1900~2250℃，加热炉套沿掺杂石英衬管轴向以20~45mm/min（毫米/分）速度从衬管一端至另一端往复移动，将掺杂石英衬管逐渐熔缩，最后进行烧实；在熔缩过程的同时，掺杂石英衬管两端密闭并通入混合气体对衬管内壁进行腐蚀，混合气体从衬管的一端进入管内，从衬管的另一端排出，混合气体的种类和流量为：O₂ 250～2000sccm，含F腐蚀性气体5～60sccm，所述的含F腐蚀性气体为C₂F₆ 、C3F8或n-C4F10 。

按上述方案，所述的掺杂石英衬管熔缩前的规格为：外径35~60mm，单边壁厚3.5~22mm，长度1.0-2.5m；所述的衬管内层含有一种或一种以上挥发性掺杂物质，如GeO2等。

按上述方案，所述的加热炉套为石墨电阻加热炉套，发热的轴向区域为100~350mm，加热炉套与掺杂石英衬管之间的周向间隙充满保护气体。所述的保护气体为惰性气体。

按上述方案，从熔缩开始至烧实全程连续通入混合气体，熔缩过程中混合气体中O₂的流