[发明专利]FCVD制备保偏光纤应力棒的方法

说明书

一种FCVD制备保偏光纤应力棒的方法，依次通过上管、刻蚀、沉积光学包层、沉积芯层、熔缩、烧实、抛光和下棒的步骤，FCVD采用石墨电阻炉代替氢氧火焰喷灯来提供加热热源，电流通过石墨产生电阻从而发热，FCVD采用管内化学气相沉积法制备预制棒，利用热区的长度优势，有利于提高沉积及熔缩烧实效率，有利于制备大尺寸、深掺杂应力棒，且沉积和熔缩在同一个设备上完成，减小操作难度和投入成本，有利于大规模应用。

技术领域

本发明专利属于保偏光纤制备技术领域，涉及一种FCVD制备制备保偏光纤应力棒的方法。

背景技术

保偏光纤是一种传输线偏振光的特种光纤，广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域，特别是光纤陀螺领域和光纤激光器领域。保偏光纤按照结构类型主要可分为熊猫型保偏光纤，椭圆包层型保偏光纤，领结型保偏光纤和椭圆芯型保偏保偏，其中熊猫型保偏光纤由于其制作工艺工程化程度高，可适合大批量生产，且生产的光纤一致性高，是目前批量应用最大最广泛的特种光纤。熊猫型保偏光纤主要由纤芯、包层、应力区、涂层组成，采用含有芯棒的打孔棒及应力棒组合拉丝而成。其中光纤应力区主要由应力棒制备而成，应力棒拉丝后主要形成光纤的应力区，其结构参数的设计匹配芯区结构参数后主要决定所拉制光纤的双折射相关性能，如关键的拍长和串音。

应力棒主要由芯层和包层组成，其中芯层主要为掺硼的二氧化硅材料，因此也称硼棒，包层分为过度包层和石英包层，主要由二氧化硅材料组成。优于硼元素的特性，在制备应力棒的过程中，材料的粘度、软化点、应力影响最终的制备过程，如何制度芯径大、掺杂浓度高、不圆度小、有效长度长的应力棒是制备熊猫型保偏光纤的关键工艺。目前应力棒的主要设备为MCVD设备（改进型化学气相沉积法）和PCVD（等离子化学气相沉积法），其中MCVD设备采用氢氧火焰加热，管内法沉积和熔缩，优于其热区较短，因此沉积和熔缩的效率较低，制备的应力棒掺杂浓度低，芯径偏小，有效长度短。PCVD采用等离子化学气相沉积，管内法沉积，沉积效率高，但沉积和熔缩分为两个设备进行，操作难度高，设备投入成本高。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种FCVD制备保偏光纤应力棒的方法，FCVD采用石墨电阻炉代替氢氧火焰喷灯来提供加热热源，电流通过石墨产生电阻从而发热，热区的长度加长，FCVD通过改变石墨电阻发热体的长度，将热区扩大到5cm以上，FCVD采用管内化学气相沉积法制备预制棒，主要是氧化还原反应及热涌效益，利用热区的长度直接影响沉积过程中的沉积量及熔缩过程中的缩进量，通过控制缩进量减少变量因素，并使沉积和熔缩在同一个设备上完成，减小操作难度和投入成本，有利于大规模应用。

为解决上述技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：一种制备保偏光纤应力棒的方法，它包括如下步骤：

步骤1，上管，将两端延接好的高纯石英衬管，一端插入旋转接头，一端采用O型圈密封，放入FCVD车床，并释放应力固定；

步骤2，刻蚀，向衬管内通入SF₆将衬管内壁上附着的污渍腐蚀干净；

步骤3，沉积光学包层，向衬管内通入一定比例的SiCl₄、O₂混合气体，在高温下反应生成SiO₂在衬管低温区沉积并在高温下烧结；

步骤4，沉积芯层，向衬管内通入一定比例的三氯化硼BCl₃、SiCl₄、O₂混合气体，在高温下反应生成SiO₂、B₂O₃在衬管低温区沉积并在高温下烧结；

步骤5，熔缩，将衬管内压力调为微正压或微负压，在高温下由于表面张力的作用，衬管外径会收缩，通过调节温度、炉子移动速度和管内压力来控制衬管缩进量；

步骤6，烧实，将衬管内压力调为微负压，在高温下控制炉子移动速度将衬管烧实；

步骤7，抛光，通过加热炉内的高温使预制棒表面的SiO₂等粉尘挥发，最终使预制棒表面光滑无缺陷；