[发明专利]一种VAD制备高掺锗芯棒的装置及方法

说明书

本发明公开了一种VAD制备高掺锗芯棒的装置及方法，该装置包括沉积容腔、转轴、吊杆、靶棒、芯灯和包灯，转轴设置在沉积容腔上部可绕自身轴线转动并沿竖直方向上下移动，转轴下部装有吊杆，吊杆上安装有靶棒，芯灯和包灯安装在沉积容腔下部，所述芯灯和包灯的喷嘴为八层同心环结构，每层通有不同的气体。本发明提供的一种采用VAD工艺制造高掺锗芯棒的装置及方法，解决了现有技术中VAD工艺制备高掺锗芯棒时出现的松散体开裂，芯包折射率差不达标的问题，从而可通过VAD工艺制得高掺锗芯棒，提高制造弯曲不敏感光纤预制棒的直径。

技术领域

本发明涉及一种VAD制备高掺锗芯棒的装置及方法，属于光纤通信技术领域。

背景技术

弯曲不敏感光纤因为其不仅具有高带宽的特性，更有更加优异的抗弯曲性能，在数据中心以及中心机房等特殊布置条件更能发挥其自身优势，所以逐步成为各个光纤光缆制造企业的研发重点。

随着光纤预制棒技术的发展，目前均使用两步法制造光纤预制棒，即先制造芯棒(包括芯层和光学包层)，然后在芯棒外采取沉积包层或套管的方式而制得光纤预制棒。光纤预制棒芯棒的制造方法主要有轴向化学气相沉积法(VAD)、改进的化学气相沉积法(MCVD)、等离子体化学气相沉积法(PCVD)和管外气相沉积法(OVD)。其中OVD和VAD沉积速度快，原料纯度要求低；MCVD折射率控制较好，便于操作；PCVD折射率控制很好，原料利用率高。而VAD方法因具有原料纯度要求较低，沉积速率高，脱水效果好，可连续制造大尺寸预制棒以及折射率剖面中心不存在凹陷等优势得到广泛应用。

目前主流的弯曲不敏感光纤所使用的芯棒都为高掺锗芯棒。但由于VAD工艺是一次成型，高掺杂不易控制，对掺杂量较高的芯棒制备一般采用MCVD法或PCVD法。但MCVD和PCVD的方法属于于管内沉积法，如果制造外下陷包层，因为受到衬管尺寸的限制，预制棒的尺寸一般很难做大。由于受到衬管的限制，使用管内一次沉积的弯曲不敏感多模光纤预制棒直径一般小于等于40mm。

VAD工艺虽然不受衬管的限制，预制棒的尺寸不受限制，但现有VAD工艺一般是应用于G.625D光纤芯棒的制备，该光纤芯棒对芯包折射率差要求在0.34％左右，而弯曲不敏感光纤对芯包折射率差的要求是大于0.6％，因此，需要在G.652D的基础上增大芯层的掺锗量。但沉积时，喷灯单纯增大GeCl₄的量，在现工艺参数的情况下，会出现许多问题。例如：由于芯层掺入较多锗，应力增大，沉积时会出现松散体开裂的情况；即使增大GeCl₄的量，在现有工艺条件下，GeO₂粉末颗粒也不易掺入到SiO₂松散体中，芯包折射率差也达不到0.6％。同时，喷灯的喷嘴结构设计、原料流量、排气流量、火焰温度、沉积体表面温度和旋转速度，以及沉积体端部的位置等都会影响到预制棒母体的外径和折射率分布的精度。

因此，有必要设计一种VAD制备高掺锗芯棒的装置及方法。

发明内容

有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本发明提供一种VAD制备高掺锗芯棒的装置及方法，以便提高制造弯曲不敏感光纤预制棒的直径。

为方便介绍本发明内容，定义如下术语：

预制棒：是由芯棒和外包层组成的径向折射率分布符合光纤设计要求可直接拉制成所设计光纤的玻璃棒或组合体；

芯棒：含有芯层和光学包层的预制件，芯层为含有锗元素的高折射率部分，光学包层为除芯层外的低折射率部分；

沉积容腔：提供化学反应场所的反应容腔；

靶棒：沉积容腔内作为靶子的石英玻璃种棒，用于沉积粉尘形成芯棒松散体；

芯棒松散体：光纤预制棒生产过程中SiO₂、GeO₂粉尘堆积形成的柱状松软体；