[发明专利]涂有非晶体硼保护层的光纤及其沉积该层的方法

说明书

本发明涉及一种涂有非晶体硼保护层的光纤及其沉积该保护层的方法。

传统的光纤结构是众所熟知的：光纤包括包围在光纤包层中，用以导传大部分光波的纤芯，纤芯和包层由以很大程度或较小程度掺杂在纤芯和包层区内的基于二氧化硅的材料制成。这里从广义上定义“光纤包层”，即光纤包层包括所有包围纤芯的基于二氧化硅的层，而不考虑其所获取的方法。

在某些已知的光纤中，光纤包层直接由树脂涂层覆盖，以部分地避免由光纤轻微弯曲引起的后果，特别是当光纤安置在光缆中时，在安装和使用过程中，光纤受弯曲力和牵引力的影响，导致其长期的机械疲劳，即导致其机械特性变坏，从而导致其传输特性的变坏。

在其它所知的光纤中，主要设计用在受水和氢氧基离子的影响的潮湿的环境(特别是在水下)中使用的光纤，保护层直接放置在树脂涂层下的光纤包层上。光纤受压力的影响导致机械疲劳，从而在其表面引起微缝，受潮湿和OH-离子的作用，致使在其表面的微缝变大，削弱了光纤，从而使其破裂。

在已知的方法中，提供在光纤上的保护层，例如，一般由非晶体或湍层碳做成(即具有一种结构，能使其提供好于石墨碳所能提供的密封)，碳由蒸气相化学沉积在光纤上。

然而，这样的碳保护层不是完全令人满意的：虽然它对光纤提供足够的密封，但是因为不够坚硬，表现出对磨损较差的抵抗低。因此当许多光纤装在光缆中时，光纤的摩擦或由于光纤与安装光缆的内壁的摩擦，它不能长期地保护光纤不受磨损。不幸的是，磨损引起在光纤的表面出现微缝，从而导致光纤有破裂的危险。

为避免光纤的磨损，光纤的树脂涂层必须很厚，实际上不小于60微米，但不幸的是，这是很不利的，如在目前的情况下，当希望增加光纤电缆的容量时，使其容纳50-100根光纤。这样在可提供的空间很小情况下使用光纤时必须的紧凑，但因为很厚的树脂涂层而难以做到。

专利US 4 319 803提出一种非晶体硼保护层，认为可以消除上述的缺点。

此外，从发表在1976年2月的《电化学会-固态科学和技术》，题为“在大规模基片上的硼化学蒸气沉积”的文章中得知一种硼沉积方法，该方法用氢气H₂的方法，通过还原气态氮化硼(BCl₃)，在对三氮化硼惰性的基片上，即不与其发生化学反应，由蒸气相化学沉积硼。

使用氯化硼或任何其他卤化硼，例如氟化硼BF₃或BBr₃的方法，简单并便宜于实现。特别是，它避免了作为起始反应物的氢化物(例如SiH₄，专利US-4319803所推荐的)的使用，氢化物，特别是氢化硼B₂H₆毒性很大，暴露在空气中易于爆炸，并且不能获得高沉积速度。

然而，不可能用所述的方法直接将非晶硼沉积在二氧化硅SiO₂上，因为二氧化硅相对于硼卤化物不是惰性的，即它与其发生化学反应。

因此本发明的目的提出一种具有现今所知的最便宜和最简单的方法做成的硼保护层的光纤，同时避免了硼卤化物和光纤的二氧化硅之间的任何相互反应。

鉴于此，本发明提出一种包括包围在光纤包层中的纤芯的光纤，光纤包层和纤芯由基于氧化硅的材料制成，并且保护层由非晶硼构成。光纤的特征是硼保护层直接沉积在非晶体碳层上，碳层本身沉积在光纤包层上。

碳相对于硼卤化物是惰性的，即它不与其发生化学反应，因此碳层作为保护阻止层，来避免在硼沉积期间，硼卤化物和光纤包层的二氧化硅之间的任何反应。而且，碳层使所得到光纤易于拆卸和密封。

本发明的光纤上沉积非晶硼的方法，该光纤包括由光纤包层包围的光纤芯，二者均由基于氧化硅的材料制成，该方法的特征在于它包括一个在光纤上沉积碳层的步骤，然后跟随一个通过用氢气H₂还原硼卤化物，由蒸气相在碳层上化学沉积非晶硼的步骤。

本发明的光纤，用所知最简单和最便宜的方法，使非晶硼沉积在光纤上，同时避免了硼卤化物和光纤的二氧化硅之间的可能出的反应。

硼沉积的温度是可选择的，例如在1050-1250℃范围之间。

有利地硼卤化物和氢气的摩尔浓度比R位于1/20-2/3之间。

根据本发明的另一个特征，硼涂层的施加与光纤拉制一起进行，在涂硼层时，光纤的运行速度不小于100m/min。