[发明专利]增强的颗粒沉积系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于将化学蒸气沉积至工件上的沉积系统，其包括具有用于在所述工件上进行化学气相沉积的多个部件的沉积室。所述工件由车床保持，所述车床使所述工件相对于在所述工件上沉积二氧化硅烟灰的化学燃烧器旋转。所述沉积系统具有用于调节进入所述沉积室中的气体和蒸气的流动的气体面板，以及用于控制所述气体面板和所述沉积室中的所述部件的操作的计算机。多组化学燃烧器沿所述工件的长度纵向布置。每组燃烧器与其它组分隔开，使得每组燃烧器将二氧化硅颗粒沉积至工件的一般不同的部分上。所述各个部分包括重叠区段，其中一组燃烧器中的一个或多个燃烧器与另一组燃烧器中的一个或多个燃烧器将二氧化硅颗粒沉积于所述工件的相同部分上。

本申请为一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2016年 01月13日、申请号为201680005449.4、发明名称为“增强的颗粒沉积系统和方法”。

技术领域

以下公开内容涉及用于将化学品沉积至工件上的系统和方法，以及来自其的产品。更具体地，公开了用于在用于制造光纤预制件、熔融二氧化硅棒和其它光学部件的起始棒上沉积二氧化硅烟灰的系统和方法。

背景技术

当今，熔融二氧化硅(SiO₂)的通信级光纤按照三个基本步骤来制造：1) 制造芯预制件或“起始棒”，2)制造具有包层的芯预制件，以及3)纤维拉制。预制件的芯和包层与从预制件拉制的最终玻璃纤维的芯和包层在比率和几何尺寸方面相对应。

第一步骤是构建起始棒，将其形成最终将变成纤维的芯并且在一些情况下也是纤维的包层的一部分的玻璃。起始棒是由二氧化硅(SiO₂)制成的玻璃棒，其中构成芯的起始棒的部分掺杂有少量的掺杂剂，通常为氧化锗 (GeO₂)。与周围外部层(包层)相比，芯中掺杂剂的存在增加了玻璃材料的折射率。在第二步骤中，在起始棒上构建包层。该步骤的结果是具有芯和包层的预制件，其通常直径为约160mm并且长约1米。第三步骤是纤维拉制，其中将预制件加热并拉伸，并且通常产生约400km的光纤。

制造玻璃预制件的主要原始成分是四氯化硅(SiCl₄)，其通常呈液体形式。然而，如上所述，通常将呈玻璃烟灰的形式的SiO₂沉积于起始棒上。玻璃烟灰的形成所涉及的化学反应是复杂的，涉及SiCl₄、氧气(O₂)和燃料气体燃烧产物。在所有这些技术中，二氧化硅(SiO₂)通常根据以下反应构成预制件的包层：

SiCl₄+O₂＝SiO₂+2Cl₂。

通常，有四种不同的技术用于制造芯预制件。这些技术包括改进的化学气相沉积(MCVD)、外部气相沉积(OVD)、气相轴向沉积(VAD)和等离子体化学气相沉积(PCVD)。所有这些技术的所得产品通常是相同的，即通常大约长1米并且直径为20mm的“起始棒”。芯的直径通常为约5mm。

类似地，通常有四种技术用于执行添加包层的步骤。这些技术包括管套管(概念上类似于MCVD)、OVD烟灰外包层(概念上类似于OVD)、VAD 烟灰外包层(概念上类似于VAD)和等离子体(概念上类似于PCVD)。在该步骤中，将纯的或基本上纯的熔融二氧化硅的附加包层沉积于起始棒上，以制得可制备用于纤维拉制的最终预制件。

在MCVD中，制造起始棒的步骤在管的内部进行。类似地，当进行包层步骤时，较大的管被套至起始棒上并与起始棒熔合。目前，Heraeus公司生产用于生产起始棒和用于套至起始棒上并与起始棒熔合以制造预制件的管。

在OVD中，当制造起始棒时，在“烟灰”沉积方法中将玻璃沉积至旋转的芯棒上。通过首先沉积掺杂锗的芯，然后沉积纯二氧化硅层来缓慢地构建起始棒。当芯沉积完成时，通常将芯棒移除，然后将剩余的主体烧结成玻璃起始棒。