專利名稱：一種低水峰單模光纖的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種降低光纖預制棒中羥基含量以制備低水峰單模光纖的方法，具體地說是一種主要用等離子體化學氣相沉積法制造光纖預制棒，通過調整工藝參數(shù)和對原料及環(huán)境因素的控制，以較低成本制備低水峰單模光纖的方法。
背景技術：
隨著通信信息量的快速增長，采用波分復用(WDM)技術的光網絡規(guī)模和傳輸容量都在不斷擴大。WDM系統(tǒng)能同時傳輸多個不同波長的光載波，這些光波長相互間有足夠的間隔，依次排列，各個光載波各自受到數(shù)字信號的調制，使多個不同的數(shù)字信號同時在單根光纖上傳輸。顯然，能用于通信的光波范圍越寬，則傳輸容量將越大。
在光纖傳輸中由于羥基(OH)在1360nm～1460nm范圍內吸收峰的存在，使得WDM能利用的波長限制在1310nm和1550nm窗口。因此為了使光纖在全波段范圍內，包括在擴展波段1360nm～1460nm范圍內使用，就必須消除該波段的水峰影響。這樣的光纖可以提供寬達400nm的可用波段，由ITU-TG.652.C規(guī)范，其在1383±3nm范圍內衰耗小于1310nm的規(guī)定值，一般稱為“低水峰光纖”或“無水峰光纖”。
這種低水峰光纖尤其適合城域網的建設，O波段(1260nm～1360nm)可以用于WDM模擬視頻；在E波段(1360nm～1460nm)能實現(xiàn)高比特率(10Gb/s)速率多波段數(shù)據(jù)傳輸；在S、C、L波段(1460nm～1625nm)開通2.5Gb/s密集波分復用(DWDM)傳輸。采用這種光纖的系統(tǒng)可以有很多好處(1)可復用的波長數(shù)大大增加；(2)可以分配不同的業(yè)務給最適合這種業(yè)務的波長傳輸，改進網絡管理；(3)可以使用粗波分復用和更低成本的元器件，降低整個系統(tǒng)的成本。
光纖是由光纖預制棒經高溫拉絲成纖而制成，典型的光纖預制棒制造方法有四種改進的化學氣相沉積法(MCVD)、等離子體化學氣相沉積法(PCVD)、管外氣相沉積法(OVD)和軸向氣相沉積法(VAD)。美國專利US Patent4,292,063中描述的PCVD制造光纖預制棒的方法可以制備適合1310nm和1550nm通信窗口傳輸用光纖，但該專利描述的方法難以消除預制棒中的羥基。公開的中國專利申請CN1285008A描述了改進后的PCVD設備和預制棒制造方法，但仍沒有解決光纖水峰衰耗高的問題。公開的PCT專利申請WO01/05721A1中描述了用電發(fā)熱體取代氫氧焰對PCVD芯棒進行熔縮的工藝，用這種工藝能將熔縮后預制棒表面的羥基從近1000ppm減小到小于10ppm。但該方法沒有公布拉制的光纖水峰衰耗值。
典型的PCVD工藝制備光纖的方法是這樣的沿諧振腔的圓筒軸放置襯管，并且在管內通入(例如)包含O2、SiCl4和GeCl4等的原料氣體混合物；在諧振腔內同時產生局部等離子體，引起Si、Ge和O等的反應，從而在襯底管內側表面上直接沉積形成以摻Ge為主的SiOx，形成芯層和部分包層。諧振腔沿襯管的圓筒軸往復運動，以均勻涂覆其整個長度。當沉積結束后，襯管被熱縮成一根實心芯棒，芯棒具有高摻Ge的氧化硅芯層和環(huán)繞的未摻雜或F-Ge摻雜的氧化硅包層部分。這樣的芯棒通過外加套管或OVD沉積外包層，制成光纖預制棒，可以拉制成用作通信傳輸介質的光纖。
目前已有采用OVD和VAD工藝制備低水峰光纖的公開報道，但OVD和VAD工藝與PCVD具有顯著的不同，不能采用相同的技術路線。OVD和VAD工藝一般采用氫氧焰作為反應熱源，典型的反應式為
(1)
SiO2以粉末狀(Soot)形式存在，由于氫氧氣燃燒產生水(H2O)，在Soot中附有大量各種形式的水(如水分子、羥基)，消除水峰的工作主要集中在用脫水劑來消除水分。
而PCVD采用微波作為能源，直接激發(fā)反應物進行反應，處于無水的反應氛圍，反應式為
(2)
由于反應是在密閉的、負壓條件下進行，因此PCVD工藝消除水峰的工作主要集中在減小乃至消除原料本身攜帶的水，阻止外界的水進入反應區(qū)域以及將反應產生的水脫去等方面。同時利用PCVD工藝的特點，還可以進一步優(yōu)化光纖的性能。
至今尚未見用PCVD工藝制備低水峰光纖的公開報道。本發(fā)明一些術語的定義和說明襯底管管內氣相沉積用的高純石英玻璃管，反應物在管內反應后沉積在玻璃管的內壁。
芯棒含有芯層和部分包層的預制件。
折射率剖面光纖或光纖預制棒(包括芯棒)玻璃折射率與其半徑之間的關系。
套管符合一定截面積要求的厚壁高純石英玻璃管。
RIT工藝將芯棒插入套管中組成光纖預制棒的制作工藝。
OVD外包沉積工藝用外部氣相沉積工藝在芯棒表面沉積需要厚度的SiO2玻璃。
b/a值定義為在管內沉積的下陷包層直徑與芯層直徑的比值。詳見圖5和圖7所示。
氧硅比(O/Si值)定義為沉積時導入襯底管的全部氧氣與(SiCl4+GeCl4)的比值。
相對折射率Δ%=[(n12-n02)/2n12]×100%,]]>n1和n0分別為兩種玻璃材料的折射率。
相對折射率差Δ+如上式，在本申請中當n1為芯層折射率，n0為純二氧化硅玻璃折射率時定義Δ+；相對折射率差Δ-如上式，在本申請中當n1為下陷包層折射率，n0為純二氧化硅玻璃折射率時定義Δ-。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是通過對傳統(tǒng)的PCVD工藝進行改進，提供一種低水峰單模光纖的制備方法，所制備的單模光纖在1383nm處的衰耗低于1310nm的規(guī)定值。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術方案如下采用PCVD工藝對襯底管進行沉積，在襯底管內壁沉積一定結構設計的沉積層，按熔縮工藝將襯底管熔縮成實心的芯棒，用RIT工藝將芯棒與低羥基套管組合成光纖預制棒，或通過OVD工藝在芯棒外表面沉積外包層制成光纖預制棒，將光纖預制棒送入拉絲爐拉絲成纖，其不同之處在于在PCVD工藝中，混合氣體原料雜質的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率大等于90％，O2中的水含量要求小等于100ppb，C2F6中的水含量要求小等于1000ppb，襯底管的羥基含量要求小等于1000ppb，沉積車床的動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-5mbar.l/s；襯底管熔縮時，熔縮車床的動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-5mbar.l/s；低羥基套管的羥基含量要求小等于10ppm；制備過程中環(huán)境的相對濕度小等于25％；光纖的波導結構中包層直徑/芯層直徑比值(b/a值)為2.0到7.0。
按上述方案，在PCVD工藝中參加反應的混合氣體原料包括SiCl4、GeCl4、C2F6、O2，其中SiCl4中雜質SiCl3OH的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率為90％～100％，較佳的要求是透過率大等于95％，更佳的要求是透過率大等于99％；GeCl4中雜質GeCl3OH的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率為90％～100％，較佳的要求是透過率大等于95％，更佳的要求是透過率大等于99％；C2F6中的水含量要求小等于1000ppb，進一步的要求是小等于100ppb，更進一步的要求是小等于10ppb；混合氣體原料中氧硅比(O/Si值)在1.5至3.0；硅原料也可以是其它不含氫的SiF4、SiO、Si3N4、SiBr4、(SiO2).Si(NCO)4等。
制備過程中，加工的環(huán)境溫度控制在15℃至30℃；在25℃時，相對濕度小等于25％，較好的環(huán)境相對濕度小等于15％，更優(yōu)的環(huán)境相對濕度小等于5％，最優(yōu)的環(huán)境相對濕度為0；這種環(huán)境不限于干燥的空氣提供，還可以是充有干燥的氮氣，或氬氣，或氦氣，或二氧化碳，或是它們的組合。
光纖的波導結構中，包層摻雜氟里昂的折射率貢獻值在-0.05％至-0.20％；摻氟/鍺的包層Δ-值在-0.03％至0.01％；芯層摻雜氟里昂的折射率貢獻值在-0.05％至-0.20％；摻氟/鍺的芯層Δ+值在0.30％至0.40％。
從下面所給出的詳細描述以及附圖可以更加全面地理解本發(fā)明。
本發(fā)明所涉及的PCVD工藝沉積車床如圖1所示，參加反應的混合氣體原料(例如)SiCl4、GeCl4、C2F6、O2等通過進氣管道1和密封旋轉夾頭2進入襯底管8。微波發(fā)生裝置4產生的微波通過波導體5傳入諧振腔6，諧振腔是圍繞其中心軸成圓筒狀對稱的，襯底管8穿過諧振腔6并與諧振腔保持同心。諧振腔6將微波耦合到襯底管8中激活反應原料氣體，在負壓條件下形成局部等離子體，產生大量的Si·、O·和SiO·等自由基，反應產物直接以玻璃態(tài)的形式沉積在襯底管內壁。諧振腔沿襯底管方向往復運動，在襯底管內壁沉積所需量的沉積層，形成具一定折射率的芯層和部分包層。這種反應的效率很高，原料利用率接近100％，少量的尾氣通過尾氣管道9進入尾氣吸收裝置(未示出)。由于微波直接耦合在襯底管里，不需要從外界傳導熱量進去反應，因此保溫爐7的溫度只有1000℃～1200℃，不僅能防止襯底管變形，還能減緩外界可能的水份向管內的擴散。沉積結束后襯底管的橫截面如圖2所示，由于PCVD每層的厚度非常小，可以沉積上千層，因此沉積層10可以實現(xiàn)任意折射率剖面的設計要求。
在本發(fā)明中，考慮到各種原料所需的量和所起的作用不同，因此對它們提出的純度要求也不同，以在保證光纖質量的同時，最大限度的降低生產成本。
在PCVD工藝沉積時，混合氣體原料中，O2中的水含量要求小等于100ppb，進一步的要求是小等于10ppb，更進一步的要求是小等于1ppb。除了反應原料外，對襯底管和套管的羥基含量也有要求。由于襯底管直接與沉積層接觸，并作為包層的一部分，因此需要選用羥基含量極低的襯底管。一般要求羥基含量小等于1000ppb，進一步的要求小等于100ppb，更進一步的要求小等于10ppb。為了減小拉絲過程中套管的羥基向芯層擴散，低羥基套管的羥基含量要求小等于10ppm，進一步的要求小等于1ppm，更進一步的要求小等于100ppb。
此外在沉積前可對襯底管進行除水處理，這包含兩個步驟一是在準備階段，用氫氟酸(HF)對襯底管進行腐蝕，腐蝕深度在2～5um，然后干燥處理；二是在開始沉積前，通入O2和C2F6在等離子體作用下對襯底管內表面進行腐蝕，以消除襯底管內表面的羥基。美國專利US Patent 4,493,721描述了這種等離子體腐蝕工藝。
沉積后的襯底管通過熔縮工藝熔縮成實心的芯棒，圖3示意了該過程。將沉積后的襯底管8置于熔縮車床上，通過真空裝置使管內為負壓，由熱源11將襯底管8逐步軟化，并最終熔縮成無空隙的實心芯棒12。根據(jù)不同需要，芯棒具有不同的折射率剖面。
由于熔縮時溫度很高，如果采用傳統(tǒng)的氫氧焰作為熱源，將會有大量的水及氫分子從襯底管外表面向內擴散，從而增加了芯棒的羥基(OH)含量。因此在本發(fā)明中，對氫氧焰熔縮的芯棒用氫氟酸(HF)腐蝕，將芯棒表面富含羥基的玻璃部分除去，腐蝕深度在0.5mm～1.5mm。
為了進一步降低芯棒的羥基含量，在本發(fā)明中還采用無“水”熱源，如電加熱裝置作為熔縮加工的熱源，電加熱裝置可為石墨電加熱爐，這種裝置可以將芯棒外表面的羥基含量由1000ppm減小到小等于10ppm，相應的也減小了芯層的羥基含量。還可用更加不含水的等離子體作為熱源。這樣得到的芯棒用氫氟酸(HF)腐蝕，腐蝕深度在0.1mm～1.0mm。
將芯棒12與低羥基含量的套管13通過RIT工藝組合在一起，如圖6所示，可以作為光纖預制棒直接送到拉絲爐中，軟化后拉成光纖。由于間隙14的存在，需要對芯棒12的外表面和套管13的內表面做潔凈處理。在拉絲過程中需要將間隙14抽成真空，除了促進套管和芯棒的熔縮外，還可以防止間隙14內可能的水分在拉絲的高溫作用下向芯層擴散。在把芯棒12和低羥基套管13加工成錐時，不用氫氧焰而采用等離子體作為熱源，以減小羥基的導入。
在采用RIT工藝時可以將芯棒12和低羥基含量的套管13組合后熔縮成實心預制棒進行拉絲，以減少芯棒12外表面和套管13內表面與外界水分接觸的機會。
作為另一種選擇，還可以采用OVD沉積外包層的方法，在芯棒12外表面沉積需要量的純二氧化硅材料。為了減少外包層的羥基含量，在燒結工藝中用氯氣或其它脫水劑(如SOCl2等)將外包層中的水分脫去。在我們公開的中國專利申請CN1337367A中描述了這種用OVD方法在PCVD芯棒上沉積外包層的工藝。
為了進一步減少光纖中羥基含量，可以采取氘氣(D2)來處理襯底管。在沉積開始前，將含氘的混合氣體通入襯底管8中，使D2滲入襯底管內表面，形成一富含氘的阻擋層，以阻止后續(xù)熔縮和拉絲過程中外界羥基向內的擴散。因為在高溫下，D2可以和羥基發(fā)生D/H置換反應(3)在本發(fā)明中，進一步的處理是在沉積結束后，將含氘的混合氣體通入襯底管8對沉積層10進行處理?；诜磻匠淌?3)，可以將由原料氣體引入或反應生成，并已結合在沉積層10中的羥基置換成OD，從而減小羥基含量。
在本發(fā)明中，還進一步的處理是沉積進行中，將含氘的混合氣體通入襯底管8參與反應過程。由于氘比氫更易于與氧結合，因此阻止了羥基的形成，從而獲得極低羥基含量的沉積層。
在本發(fā)明中，更進一步的處理是在熔縮過程中通入含氘的混合氣體對襯底管8進行處理。因為熔縮是在高溫下進行的，D/H的置換反應更為迅速和有效，能更為徹底的降低芯棒中的羥基含量。
含氘的混合氣體中包含有1％至100％的氘，優(yōu)選范圍在1％～5％。混合氣體中還包含氦氣(He)、氮氣(N2)和氬氣(Ar)中的一種或幾種。處理時間根據(jù)階段不同從10分鐘到10小時不等，在沉積前和沉積后對襯底管的處理中，優(yōu)選的處理時間為30分鐘到1小時，處理溫度為500℃～1100℃，優(yōu)選的溫度范圍為900℃～1100℃。
由于OD鍵的吸收峰在1.9μm附近，在1.3μm到1.6μm的通信窗口范圍內沒有任何吸收峰，因此用OD鍵取代OH鍵能消除1383±3nm處的水峰，開放所有的通信窗口。
在熔縮過程中當中心孔徑縮小到適當?shù)拇笮r候，通入由O2和C2F6組成的混合氣體對中心孔進行腐蝕。腐蝕的沉積層一般控制在0.05～0.20mm。這一方面能消除由于摻雜劑揮發(fā)引起的折射率下陷，另一方面還能消除中心孔羥基對芯棒的影響。
作為本發(fā)明的一種選擇性辦法，可以在熔縮過程中對襯底管8通入氯氣(Cl2)進行同步處理。由于Cl2能與羥基反應生成HCl而被排放，從而也可以降低芯棒的羥基含量。
在本發(fā)明中還通過摻氟來降低羥基含量，由于氟里昂的高揮發(fā)性，前述四種光纖預制棒制造方法中只有PCVD方法可以有效地摻雜氟里昂。美國專利USPatent 4,468,413和4,802,733描述了在PCVD工藝中摻氟里昂(C2F6)的方法。氟里昂降低羥基含量的作用體現(xiàn)在兩個方面，一是和氫反應生成氟化氫被排出，二是取代氫的位置，減少玻璃體中羥基含量。在等離子體狀態(tài)下，相應的化學反應方程式為
(4)
在微波作用下水分子分解成具有高度活性的離子態(tài)，與氟里昂作用產生氟化氫和二氧化碳被排放出去。
此外，研究表明增加芯層和包層折射率差可以降低光纖的彎曲衰耗。但對單純芯層摻鍺的光纖來說，通過增加芯層的鍺含量來提高折射率差雖然可以降低彎曲衰耗，由于鍺的瑞利散射系數(shù)遠大于純硅，使得光纖的本征衰耗也增加。因此單純摻鍺光纖難以同時兼顧傳輸衰耗和彎曲衰耗的降低。由于玻璃體中摻氟可以降低玻璃的折射率，因此在芯棒中摻氟降低包層的折射率，在不改變芯/包層折射率差的條件下，可以相應的降低芯層的折射率以減少芯層鍺的摻雜量，從而降低光纖的本征衰耗，芯棒的折射率剖面如圖5所示。
在本發(fā)明中，摻氟還可以使芯層和包層材料粘度更匹配，降低材料應力以降低光纖的瑞利散射，也能有效降低光纖的本征衰耗。
在芯層和包層同時摻雜氟和鍺，通過調整摻雜量的不同來實現(xiàn)不同的折射率要求。優(yōu)化工藝后，包層摻雜氟里昂的折射率貢獻值在-0.05％～-0.20％之間，摻氟/鍺的包層Δ-值在-0.03％～0.01％范圍內；芯層摻雜氟里昂的折射率貢獻值在-0.05％～-0.20％之間，摻氟/鍺的芯層Δ+值在0.30％～0.40％范圍內。
在包層摻氟還可以阻止熔縮和拉絲過程中外部羥基向芯層的擴散，配合一定的b/a設計，能有效的防止外部羥基對芯層的侵蝕，維持芯層的低羥基狀態(tài)。在本發(fā)明中，利用PCVD工藝的優(yōu)點設計了氟摻雜的下陷包層，如圖5所示。當b/a值大等于2.0時，足以保證外部的羥基不擴散到芯層。原則上b/a值越大越有利于阻擋羥基的擴散，但相應的生產成本會增加，因此綜合衡量阻擋效果和成本，控制b/a值在2.0到7.0為佳，更佳的b/a值范圍為2.0～4.0。
在本發(fā)明中控制氧硅比(O/Si)以減小羥基含量，結合PCVD的工藝特點，它主要從兩個方面起作用。首先適當減小氧硅比能減少玻璃中過氧鍵的數(shù)量，從而減小羥基的形成機會；其次從反應方程式(2)中可知，原料反應會產生大量的氯氣，而氯氣可以捕獲水分生成氯化氫被排放。減小氧硅比相應的增大了氯氣濃度，從而增加了氯氣對水分的捕獲能力。此外，氯含量的增加能提高玻璃折射率，可以降低鍺的摻雜量，能降低玻璃的瑞利散射使本征衰耗減小。在本發(fā)明中氧硅比范圍控制在1.5至3.0之間。
如前所述，PCVD工藝是在密閉、負壓條件下進行的，因此對系統(tǒng)的密閉性提出了很高的要求。在本發(fā)明中除了要保證管道1和9的氣密性外，尤其要保證密封旋轉夾頭2的氣密性，以防止外界的水分進入系統(tǒng)中。對于沉積車床，一般的要保證動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-5mbar.l/s；進一步的要求為小等于1.0×10-7mbar.l/s，更進一步的要求小等于1.0×10-9mbar.l/s。對于熔縮車床，一般的要保證動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-5mbar.l/s；進一步的要求為小等于1.0×10-7mbar.l/s，更進一步的要求小等于1.0×10-9mbar.l/s。
在本發(fā)明中，還嚴格控制環(huán)境條件來進一步降低外界水分對光纖及光纖預制棒的影響。除了使用無“水”熱源外，還維持沉積和熔縮過程在無“水”環(huán)境中進行。這種無“水”環(huán)境一般由干燥的空氣提供，在25℃時相對濕度小于25％。更好的環(huán)境相對濕度小等于15％，更優(yōu)的環(huán)境相對濕度小等于5％，最優(yōu)的環(huán)境相對濕度為0。環(huán)境溫度控制在15℃～30℃范圍內。這種環(huán)境不限于干燥的空氣提供，還可以是干燥的氮氣，或氬氣，或氦氣，或二氧化碳，或是它們的組合。
此外，整個工藝過程中所有可能的轉運也都在無“水”環(huán)境中進行。這包括將襯底管從沉積車床轉移到熔縮車床，將芯棒與套管組合的RIT過程，以及將光纖預制棒送到拉絲爐的過程中。這種無“水”環(huán)境可以是下面所說的一種或幾種提供，如干燥的空氣，氮氣，氬氣，氦氣，二氧化碳等。
在本發(fā)明中，還提出了一種有利于降低預制棒內羥基含量的方法。制備較大直徑的芯棒，用套管或OVD沉積外包層制成預制棒直接拉絲；或是將較大直徑的預制棒拉伸成較小直徑的預制棒后再進行拉絲。
這種拉伸方法是基于我們提出的“稀釋”原理在原材料純度一定的條件下，由外界引入的水分與襯底管中的各個界面(襯底管內表面與沉積層之間，沉積層與大氣等)大小有關，而與工藝時間關系不明顯。在PCVD工藝中，采用相同的襯底管可以制備更大直徑的芯棒，因此具有相近的水分吸附量，但更大直徑的芯棒單位體積內的水分含量(即羥基)比用PCVD直接制備的小芯棒單位體積內的羥基含量小。
由此原理衍生出兩種降低羥基含量的工藝，一種工藝是將已熔縮的較大直徑的芯棒(直徑大于20mm)拉伸成較小直徑的芯棒(直徑小于或等于20mm)后，再用套管或OVD外包層沉積工藝完成預制棒的制造。另一種是將大直徑的預制棒(直徑超過100mm)拉伸成較小直徑的預制棒(直徑小于80mm)后再直接拉絲。拉伸熱源采用電加熱裝置，也可采用等離子體發(fā)生裝置。在我們公開的中國專利申請CN1396131A中描述了將PCVD制備的大芯棒拉伸為小芯棒的工藝，通過優(yōu)化PCVD工藝，控制芯棒參數(shù)可以在一定程度上降低1383nm處的水峰，同時提高光纖制造效率，降低制造成本。
綜上所述可以看出，本發(fā)明針對傳統(tǒng)的PCVD工藝做了大量改進和創(chuàng)新，首次用PCVD工藝制備出了低水峰單模光纖。本發(fā)明的完整工藝過程為在適當?shù)沫h(huán)境條件下，將一定比例的高純原料氣體(如)SiCl4、GeCl4、O2和C2F6通過密封良好的導管和旋轉夾頭導入低羥基襯底管，在微波作用下激發(fā)反應氣體進行反應，在襯底管內壁沉積一定結構設計的沉積層。
為了進一步消除可能的羥基影響，可在沉積前后及沉積過程中引入D2進行處理。
沉積后的襯底管繼續(xù)在適當?shù)沫h(huán)境條件下進行熔縮，可采用電加熱裝置作為熱源，工藝氣體(如)C2F6、O2通過密封良好的導管和旋轉夾頭導入襯底管，按熔縮工藝將襯底管熔縮成實心的芯棒。為了進一步消除可能的羥基影響，在熔縮過程中引入D2或Cl2進行處理。芯棒用氫氟酸(HF)腐蝕，將芯棒表面富含羥基的玻璃部分除去。
將芯棒與低羥基套管用RIT工藝組合成光纖預制棒，或在芯棒外表面通過OVD方法沉積外包層制成光纖預制棒，將光纖預制棒通過傳動機構送入拉絲爐進行拉絲。
本發(fā)明的有益效果在于1、用本發(fā)明提供的方法制備的光纖在1310nm處的衰耗小于0.344dB/km，1383nm處的衰耗小于0.334dB/km，1550nm處的衰耗小于0.224dB/km，1383nm處的損耗低于1310nm的規(guī)定值。按IEC規(guī)定的氫損測試方法，在室溫條件下將光纖置于氫分壓為0.01的氣氛中，連續(xù)監(jiān)測光纖1240nm處的衰耗增加。當1240nm處衰耗增加超過0.03dB/km后將光纖從該氣氛中取出，14天后在正常條件下測試1383nm處的衰耗，該光纖的衰耗增加不超過0.01dB/km。
2、本發(fā)明提出的制備方法充分利用了PCVD工藝的優(yōu)越性，可以較低成本生產低水峰光纖，尤其適于大規(guī)模生產，該光纖符合ITU-TG.652.C標準。
3、利用PCVD的獨特性能，通過優(yōu)化工藝還能有效防止外部羥基對芯層的侵蝕，維持芯層的低羥基狀態(tài)。


圖1是PCVD沉積工藝示意圖。圖2是沉積后襯底管截面示意3是將沉積后的襯管熔縮成實心芯棒的示意圖。圖4是Ge摻雜單模光纖預制棒剖面示意圖。圖5是F/Ge摻雜單模光纖預制棒剖面示意圖。圖6是RIT工藝組合光纖預制棒示意圖。圖7是依本發(fā)明制備的光纖橫截面示意圖。圖8低水峰光纖衰耗譜圖和氫損實驗測試結果。
具體實施例方式
在同樣的環(huán)境濕度和溫度下，用石墨電加熱爐對襯底管進行熔縮，熔縮車床動態(tài)泄漏率為1.0×10-9mbar.l/s，熔縮后的芯棒直徑為20mm，用氫氟酸將芯棒表面腐蝕1.0mm后用羥基含量為80ppb的套管組合后直接進行拉絲。
光纖在1383nm處的水峰值為0.273dB/km，氫損實驗后測得1383nm處的衰耗為0.278dB/km，見圖8。其它參數(shù)均符合G.652.C光纖標準的要求。
在同樣的環(huán)境濕度和溫度下，用石墨電加熱爐對襯底管進行熔縮，熔縮車床動態(tài)泄漏率為1.0×10-7mbar.l/s，熔縮后的芯棒直徑為30mm。將芯棒拉伸成直徑為18mm的較小芯棒，用氫氟酸將芯棒表面腐蝕0.1mm后再用羥基含量為450ppb的套管組合后熔縮成實心光纖預制棒進行拉絲。
光纖在1383nm處的水峰值為0.297dB/km，氫損實驗后測得1383nm處的衰耗為0.300dB/km，其它參數(shù)均符合G.652.C光纖標準的要求。
采用與前兩個實施例相似的方法，反應原料SiCl4、GeCl4、C2F6和O2中，雜質SiCl3OH的紅外透過率為92％，GeCl3OH的紅外透過率為94％，C2F6中含水量為200ppb，O2中水含量為75ppb。襯底管羥基含量為600ppb，套管羥基含量為5ppm。用前述PCVD工藝進行沉積，b/a值為2.0。包層中摻雜氟里昂的折射率貢獻值為-0.05％，包層摻氟里昂和鍺后Δ-值為0.01％，芯層中摻雜氟里昂的折射率貢獻值為-0.05％，芯層摻氟里昂和鍺后Δ+值為0.40％。
沉積車床動態(tài)泄漏率為1.0×10-5mbar.l/s，熔縮車床動態(tài)泄漏率為1.0×10-5mbar.l/s。由干燥空氣提供的環(huán)境相對濕度為25％，溫度為25℃。
制備的芯棒直徑為22mm，用氫氟酸將芯棒表面腐蝕1.5mm后用OVD外包層沉積工藝在芯棒表面沉積所需的二氧化硅粉塵，燒結時通入氯氣進行脫水。這樣制得的光纖預制棒進行拉絲。
光纖在1383nm處的水峰值為0.331dB/km，氫損實驗后測得1383nm處的衰耗為0.336dB/km，其它參數(shù)均符合G.652.C光纖標準的要求。
此外，用本發(fā)明提供的方法不局限于制備G.652.C光纖，任何一種單模光纖都可以用這種方法來實現(xiàn)，都能有效的降低乃至消除光纖的水峰。
權利要求
1.一種低水峰單模光纖的制造方法，采用PCVD工藝對襯底管進行沉積，在襯底管內壁沉積一定結構設計的沉積層，按熔縮工藝將襯底管熔縮成實心的芯棒，用RIT工藝將芯棒與低羥基套管組合成光纖預制棒，或通過OVD工藝在芯棒外表面沉積外包層制成光纖預制棒，將光纖預制棒送入拉絲爐拉絲成纖，其特征在于在PCVD工藝中，混合氣體原料雜質的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率大等于90％，O2中的水含量要求小等于100ppb，C2F6中的水含量要求小等于1000ppb，襯底管的羥基含量要求小等于1000ppb，沉積車床的動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-5mbar.l/s；襯底管熔縮時，熔縮車床的動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-5mbar.l/s；低羥基套管的羥基含量要求小等于10ppm；制備過程中環(huán)境的相對濕度小等于25％；光纖的波導結構中包層/芯層比值(b/a值)為2.0到7.0。
2.按權利要求1所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于在PCVD工藝中參加反應的混合氣體原料包括SiCl4、GeCl4、C2F6、O2。
3.按權利要求2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于所述的SiCl4中雜質SiCl3OH的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率為90％～100％。
4.按權利要求3所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于所述的SiCl4中雜質SiCl3OH的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率大等于95％。
5.按權利要求2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于所述的GeCl4中雜質GeCl3OH的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率為90％～100％。
6.按權利要求5所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于所述的GeCl4中雜質GeCl3OH的含量用其紅外光譜的透過率來衡量，要求透過率大等于95％。
7.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于O2中的水含量要求小等于10ppb。
8.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于C2F6中的水含量要求小于100ppb。
9.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于襯底管的羥基含量要求小等于100ppb。
10.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于低羥基套管的羥基含量要求小等于1ppm。
11.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于混合氣體原料中氧硅比(O/Si值)在1.5至3.0。
12.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于包層摻雜氟里昂的折射率貢獻值在-0.05％至-0.20％，摻氟/鍺的包層Δ-值在-0.03％至0.01％。
13.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于芯層摻雜氟里昂的折射率貢獻值在-0.05％至-0.20％，摻氟/鍺的芯層Δ+值在0.30％至0.40％。
14.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于包層直徑/芯層直徑比值在2.0到4.0。
15.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于沉積車床的動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-7mbar.l/s，熔縮車床的動態(tài)泄漏率小等于1.0×10-7mbar.l/s。
16.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于制備過程中環(huán)境溫度控制在15℃至30℃。
17.按權利要求16所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于當環(huán)境溫度在25℃時，相對濕度濕度小等于15％。
18.按權利要求16所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于制備過程中的環(huán)境充有干燥的空氣、或氮氣、或氬氣、或氦氣、或二氧化碳，或是它們的組合。
19.按權利要求1所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于在沉積開始前和/或沉積結束后通入含氘的混合氣體通入襯底管對襯底管進行處理。
20.按權利要求1所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于在熔縮過程中通入含氘的混合氣體通入襯底管對襯底管進行處理。
21.按權利要求1所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于在沉積進行中，將含氘的混合氣體通入襯底管參與反應過程。
22.按權利要求19或20或21所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于含氘的混合氣體中還包含氦氣、氬氣和氮氣中的一種或多種。
23.按權利要求19或20或21所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于含氘的混合氣體包含1％至100％的氘。
24.按權利要求19或20或21所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于含氘的混合氣體包含1％至5％的氘。
25.按權利要求19或20或21所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于處理時間為10分鐘至10小時，處理溫度為500至1100℃。
26.按權利要求25所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于處理時間為30分鐘至1小時，處理溫度為900至1100℃。
27.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于在熔縮過程中通入氯氣(Cl2)對襯底管進行同步處理。
28.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于熔縮時采用石墨電加熱爐或等離子體作為熱源。
29.按權利要求28所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于將熔縮后的芯棒用氫氟酸腐蝕，腐蝕深度在0.1至1.0mm。
30.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于熔縮時采用氫氧焰噴燈作為熱源。
31.按權利要求30所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于將熔縮后的芯棒用氫氟酸腐蝕，腐蝕深度在0.5至1.5mm。
32.按權利要求1或2所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于在熔縮過程中當中心孔徑縮小到適當?shù)拇笮r候，通入由O2和C2F6組成的混合氣體對中心孔進行腐蝕，腐蝕的沉積層一般控制在0.05～0.20mm。
33.按權利要求1所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于將已熔縮直徑大于20mm的較大直徑芯棒拉伸成直徑小等于20mm的較小直徑芯棒后，再用套管或OVD外包層沉積工藝完成預制棒的制造。
34.按權利要求1所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于將直徑超過100mm的大直徑預制棒拉伸成直徑小等于80mm的較小直徑預制棒后再直接拉絲。
35.按權利要求33或34所述的低水峰單模光纖的制造方法，其特征在于拉伸熱源采用電加熱裝置或等離子體發(fā)生裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低光纖預制棒中羥基含量以制備低水峰單模光纖的方法，本發(fā)明的工藝過程為在適當?shù)沫h(huán)境條件下，將一定比例的高純原料氣體SiCl
文檔編號C03B37/018GK1472151SQ03128228
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權日2003年6月27日
發(fā)明者謝康, 張樹強, 韓慶榮, 王鐵軍, 涂成厚, 拉吉·馬泰, 謝 康, 馬泰 申請人:長飛光纖光纜有限公司