[发明专利]一种PCVD工艺制作光纤预制棒芯棒的方法

说明书

本发明涉及光纤制造技术领域，具体地说是一种PCVD工艺制作光纤预制棒芯棒的方法，其特征在于，通过通入含F气体在光学芯层之外再沉积出SiO₂‑F玻璃阻挡层；本发明和现有技术相比，避免了空心预制棒在移动至融缩车床过程中环境水汽对光纤芯层的污染，可将PCVD工艺制造预制棒工艺过程中因移棒引入的OH‑污染进行有效的消除，进而降低光纤预制棒中的OH‑吸收损耗，极大的降低了PCVD工艺车间对环境湿度的依赖性，对制造低水峰甚至无水峰光纤提供了一种新的手段，还可防止光纤中心的Ge在融缩过程的过量蒸发，进而引起光纤中心折射率紊乱，对光纤的模式带宽特性有一定的改善作用。

技术领域

本发明涉及光纤制造技术领域，具体地说是一种PCVD工艺制作光纤预制棒芯棒的方法。

背景技术

参见图2，在光纤预制棒芯棒制造工艺中，PCVD工艺是众所周知的一种预制棒芯棒制造工艺，包括沉积工艺过程和熔缩工艺过程两个工序。在SiO₂-GeO₂-F光纤预制棒的沉积工序中，SiCl₄，GeCl₄，O₂及其它如含F掺杂剂气体通入位于温度约1000℃以上预热炉中的衬底管内，在高能微波等离子体的作用下在衬底管内壁进行微波等离子体化学气相沉积反应，形成具有预设波导结构的透明石英玻璃沉积层，最终形成空心预制棒。沉积工序完成后，需要将空心预制棒在维持高温的情况下，将空心预制棒从沉积机床中移出并固定在熔缩机床的卡盘上进行熔缩工序。熔缩工序主要利用往返移动的外部加热热源将空心预制棒玻璃体进行加热至2000～2300℃，在熔融玻璃态的表面张力作用下，将空心预制棒逐步塌缩，并最终烧实成实心的预制棒芯棒。在熔缩工艺进程中，空心预制棒内部还需要通入高纯的氧气保持空心预制棒内部的洁净度并提供一个富氧环境，同时，由于熔缩过程中预制棒芯层中的Ge在高温下容易挥发，还需要在烧实前通入含F气体，将由于Ge挥发造成的折射率下降的玻璃层进行腐蚀，腐蚀去除的玻璃随着熔缩车床尾端的抽风被移除，达到消除芯棒中心折射率剖面凹陷的目的。

显而易见的，由于在沉积完成后，需要将空心预制棒从沉积机床卸下，并转移至熔缩机床上进行后续的熔缩工艺。在这个方法过程中，环境中的水汽将不可避免的吸附在高温的空心预制棒中心内表面，并与玻璃发生反应形成化学健：

SiOH基团：si-O-si+H₂O→SiOH+HOSi

GeOH基团：Ge-O-si+H₂O→GeOH+HOSi

在熔融玻璃中，Si，O，Ge等原子间化学健的断裂和重新结合是连续发生的，随着温度的升高，更多的化学健会断裂，因此并随着熔缩工艺的进行，SiOH基，GeOH基将逐步向玻璃层内部扩散，在现有技术中，在空心预制棒烧实前通入的含F气体，可对玻璃层进行刻蚀，除消除芯棒中心折射率剖面凹陷的作用外，还可对部分含有SiOH基，GeOH的玻璃进行了刻蚀清除：

3·SiO₂+2·C₂F₆+O₂→3·SiF₄+4·CO₂

而事实上，由于SiO₂-GeO₂-F玻璃组份的光纤预制棒中心部位的高GeO₂浓度，OH-的扩散深度远高于GeO₂挥发的带来的折射率下降影响的玻璃厚度。显然，在生产中，我们不会因OH-的扩散而将折射率正常的预制棒芯层进行更深层的刻蚀，这将造成光纤预制棒生产成本的明显增加和生产效率的下降。预制棒中OH-存在将给光纤带来附加的吸收损耗，最终影响到光纤的损耗，对光纤的应用带来不利的影响。