專利名稱：采用mcvd制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖預(yù)制棒的制造方法，特別是涉及利用改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法制造芯層含摻雜劑的光纖預(yù)制棒的方法。
背景技術(shù)：
目前，光纖預(yù)制棒的制造普遍采用氣相沉積技術(shù)，包括軸向氣相沉積法(vapor axial deposition, VAD)、外部氣相沉積法(outside vapor deposition, 0VD)、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(modified chemical vapor deposition, MCVD)和等離子體化學(xué)氣相沉積法 (plasma chemical vapor deposition, PCVD)。制造預(yù)制棒的原料 SiCl4 和摻雜劑 GeCl4 具有較高的蒸汽壓，通過加熱或鼓泡的方式蒸發(fā)后與氧氣反應(yīng)生成S^2和GeO2, SiO2是預(yù)制棒的主要成分，GeO2摻入預(yù)制棒的芯層提高其折射率形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。但制造稀土摻雜預(yù)制棒所需的摻雜劑稀土氯化物，由于稀土外層電子層多，外層電子云容易被極化，稀土離子與氯離子的結(jié)合增強(qiáng)，因此，稀土離子氯化物基本上是固體，常溫下蒸汽壓非常低，一般性的加熱也很難提高其蒸汽壓，并且其蒸汽容易在輸送途中凝固。因此采用常規(guī)的預(yù)制棒制造技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)稀土摻雜?，F(xiàn)有技術(shù)中用于制造稀土摻雜光纖預(yù)制棒的方法包括氣相摻雜法、溶液摻雜法、納米粒子直接沉積法(Direct Nanoparticle Deposition, DND)、溶膠凝膠法和溶液霧化法。其中應(yīng)用最廣泛的為溶液摻雜法。
如圖1所示，溶液摻雜法是利用MCVD法在石英沉積管12內(nèi)沉積內(nèi)包層13和疏松煙灰芯層14之后，取下沉積管12，豎直放入裝有稀土溶液S的容器11中，此時，稀土溶液S 剛好浸沒沉積管12內(nèi)壁的疏松煙灰芯層14。取下沉積管12時一般帶有首管9(MCVD沉積管12兩端連接的兩根石英管，進(jìn)氣端石英管叫首管9，出氣端石英管叫尾管10，見圖4)，浸泡時水平放置會導(dǎo)致首管9中的雜質(zhì)污染稀土溶液S。如果去掉首管9浸泡，溶液浸泡后需要重新接首管9，不但造成首管9的損耗，而且增加操作的時間。浸泡一小時后，取出沉積管 12重新安裝到車床1上，升溫通入Cl2進(jìn)行脫水干燥，燒結(jié)疏松煙灰芯層14為透明玻璃層， 最后在高溫下熔縮成實(shí)心的預(yù)制棒。然而該方法的溶液浸泡過程中稀土溶液容易受到沉積管外壁雜質(zhì)的污染，同時浸泡需要大量的稀土氯化物溶液(稀土溶液浸泡后由于受到污染一般不能重復(fù)使用)，造成稀土溶液的浪費(fèi)。另外，溶液浸泡時豎直放置沉積管，其內(nèi)壁各縱向位置由于受溶液壓力的不同以及溶液濃度縱向分布的不均導(dǎo)致稀土離子摻雜的縱向不均勻。
國際專利申請?zhí)枮镻CT/KR02/00417，公開號為WO 02/074708 Al公開了一種稀土溶液浸泡裝置和方法。如圖2所示，采用MCVD法在沉積管12內(nèi)沉積疏松芯層14之后，將沉積管12豎直放置，下端通過一個特氟龍連接器17連接到裝有稀土溶液S的錐形瓶15。 當(dāng)氣體(如氬氣)注入錐形瓶15上部的充/排氣口 16時，錐形瓶15內(nèi)的稀土溶液S就會受到氣體壓力作用通過特氟龍連接器17進(jìn)入沉積管12。維持氣體壓力恒定，使稀土溶液S浸沒沉積管12內(nèi)壁的疏松層14 (氣體壓力不可過大，防止溶液S進(jìn)入首管9引入雜質(zhì))。溶液浸泡一定的時間之后，錐形瓶15內(nèi)的氣體通過充/排氣口 16排出，進(jìn)入沉積管12的稀土溶液S通過特氟龍連接器17返回到錐形瓶15內(nèi)。然后將沉積管12重新安裝到MCVD車床1上干燥、燒結(jié)，最后熔縮成實(shí)心的預(yù)制棒。該方法雖然需要的稀土氯化物溶液較前述的方法要少，且稀土溶液不會受到沉積管外壁雜質(zhì)的污染，但溶液浸泡裝置復(fù)雜，而且溶液浸泡時豎直放置同樣會造成預(yù)制棒摻雜的縱向不均勻性。
申請?zhí)枮镹O. 694795，專利號為US 5711782(A)的美國發(fā)明專利提出了一種沉積管水平放置的溶液浸泡方法。采用MCVD法在沉積管12內(nèi)沉積疏松煙灰芯層14之后，將噴燈3移動到沉積管12的一端，固定噴燈3位置加熱沉積管12使其直徑收縮，同樣地，沉積管12另一端也收縮到相同的直徑，從而使疏松層位于沉積管的兩處收縮位置19之間，如圖 3所示。沉積管12冷卻后，用一根特氟龍送料管18將一定量的稀土溶液S (以溶液S不溢出沉積管12縮口處19為限)加入沉積管12中的疏松煙灰芯層14。撤出送料管18，旋轉(zhuǎn)沉積管12—定的時間，使稀土溶液S均勻的滲入到疏松孔隙中。浸泡完成后，通入氮?dú)馐钩练e管12內(nèi)的溶劑(水或乙醇)揮發(fā)完全，然后升高溫度通入Cl2和&進(jìn)行脫水干燥，燒結(jié)疏松煙灰芯層14為透明玻璃層，最后在高溫下熔縮成實(shí)心的預(yù)制棒。該方法可以大大節(jié)省稀土氯化物溶液，從而降低預(yù)制棒的制造成本，同時采用水平旋轉(zhuǎn)沉積管浸泡，增加了稀土離子摻雜的縱向均勻性。但是溶液浸泡完成后，采用氣體吹掃或加熱的方法使沉積管內(nèi)溶液揮發(fā)完全需要較長的時間，增加了預(yù)制棒制造的時間。另一方面，芯層沉積之后，尾管中殘留有未沉積的玻璃粉塵，此時，從尾管處通入送料管勢必會將尾管中的粉塵帶入沉積管中， 造成疏松芯層燒結(jié)后氣泡的產(chǎn)生以及稀土摻雜預(yù)制棒性能的惡化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)采用MCVD結(jié)合溶液摻雜法制造摻稀土光纖預(yù)制棒所存在的稀土溶液消耗量大，稀土摻雜縱向不均勻等問題， 提供制造摻稀土光纖預(yù)制棒溶液浸泡的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法是按照下述步驟實(shí)施(1)將沉積管橫向安裝在車床上，在沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；(2)在車床上縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于所述疏松煙灰芯層內(nèi)徑；(3)在車床上加熱并拉斷沉積管尾端，使所述沉積管尾端封閉；(4)向所述沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡所述的疏松煙灰芯層；(5)在車床上燒結(jié)所述的疏松煙灰芯層為玻璃層；(6)在車床上熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法還可以是按照下述步驟實(shí)施(1)將沉積管橫向安裝在車床上，縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于第(2) 步驟欲沉積的疏松煙灰芯層的內(nèi)徑；(2)在車床上向沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；(3)在車床上加熱并拉斷沉積管尾端，使所述沉積管尾端封閉；(4)向所述沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡所述的疏松煙灰芯層；(5)在車床上燒結(jié)所述的疏松煙灰芯層為玻璃層；(6)在車床上熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。
作為上述兩種技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)措施，所述沉積管的進(jìn)氣口端連接首管，實(shí)施所述的第(4)步驟時將所述沉積管連同首管一起從車床上取下注入所述的溶液，之后再將所述沉積管連同首管一起安裝到車床上旋轉(zhuǎn)進(jìn)行所述的浸泡。進(jìn)一步的，實(shí)施所述第(4)步驟后，取下所述沉積管，排出剩余的溶液，再次將所述沉積管安裝到車床上。
作為上述兩種技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)措施，實(shí)施所述第(4)步驟后，取下所述沉積管，排出剩余的溶液，再次將所述沉積管安裝到車床上。
作為上述兩種技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)措施，所述的疏松煙灰芯層是將氧氣和四氯化硅氣體通入石英沉積管內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化硅并沉積形成。進(jìn)一步的，沉積所述的疏松煙灰芯層時在所述的氧氣和四氯化硅氣體中包含摻雜氣體，所述的摻雜氣體為四氯化鍺或三氯氧磷或二者的混合氣體。
作為上述兩種技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)措施，所述的溶液中含有至少一種稀土元素的氯化物或硝酸鹽以及一種共摻雜劑，所述的稀土元素原子序數(shù)為57-71，所述的共摻雜劑為氯化鋁或硝酸鋁。
作為上述兩種技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)措施，所述溶液的浸泡時間為0. 5-2小時。
本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明的方法，不需要對MCVD裝置進(jìn)行任何改造，也不需要添加溶液浸泡裝置。本發(fā)明采用沉積管水平放置旋轉(zhuǎn)浸泡，只需少量的稀土溶液即可實(shí)現(xiàn)高濃度摻雜的目的。相比于豎直浸泡法，本發(fā)明的方法可減少浸泡的稀土溶液 80%-90%，大大降低了制造成本。同時根據(jù)本發(fā)明的方法，可以使稀土元素在預(yù)制棒芯層縱向上的分布更加均勻，進(jìn)一步提高預(yù)制棒芯層的稀土摻雜濃度。本發(fā)明的方法溶液浸泡完成后，直接倒出溶液，可節(jié)省溶液干燥的時間。本發(fā)明方法，拉斷沉積管尾端使沉積管尾端封閉，再取下沉積管加入溶液，可避免尾管中的粉塵帶入沉積管，燒結(jié)時產(chǎn)生氣泡等問題的發(fā)生。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的沉積管豎直放置的溶液浸泡的示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一種沉積管豎直放置的溶液浸泡的示意圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的沉積管水平放置的溶液浸泡示意圖。
圖4是用于制造摻稀土光纖預(yù)制棒的改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的制造摻稀土光纖預(yù)制棒的溶液浸泡的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，是按照下述步驟實(shí)施(1)將沉積管橫向安裝在車床上，在沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；(2)在車床上縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于所述疏松煙灰芯層內(nèi)徑；(3)在車床上加熱并拉斷沉積管尾端，使所述沉積管尾端封閉；(4)向所述沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡所述的疏松煙灰芯層；(5)在車床上燒結(jié)所述的疏松煙灰芯層為玻璃層；(6)在車床上熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。
或者是按照下述步驟實(shí)施(1)將沉積管橫向安裝在車床上，縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于第(2) 步驟欲沉積的疏松煙灰芯層的內(nèi)徑；(2)在車床上向沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；(3)在車床上加熱并拉斷沉積管尾端，使所述沉積管尾端封閉；(4)向所述沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素(過渡金屬元素如鎳、鈷、鉻， 此外還可以是金屬元素鉍以及半導(dǎo)體量子點(diǎn)的摻雜)的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡所述的疏松煙灰芯層；(5)在車床上燒結(jié)所述的疏松煙灰芯層為玻璃層；(6)在車床上熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。
疏松煙灰芯層具有海綿狀結(jié)構(gòu)，浸泡時能夠吸附部分溶液，因此即使縮細(xì)的沉積管進(jìn)氣口端內(nèi)徑等于疏松煙灰芯層內(nèi)徑，在下述第(4)步驟浸泡時溶液也不會溢出。
疏松煙灰芯層沉積完成后，首管與旋轉(zhuǎn)密封件連接，首管端無法加料(如圖4)，因此US 5711782(A)專利方法，必須從尾管端利用加料管送入溶液，這樣極易造成尾管中的粉塵帶入沉積管，燒結(jié)時產(chǎn)生氣泡等問題。本發(fā)明采用拉斷沉積管尾端使沉積管尾端封閉， 從沉積管前端向加入溶液，可避免此問題的發(fā)生。
作為對上述兩種技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加的技術(shù)特征，在實(shí)施本發(fā)明時根據(jù)具體作用將它們選用在上段所述的技術(shù)方案上。
首先，沉積管的進(jìn)氣口端連接首管，實(shí)施第(4)步驟時將沉積管連同首管一起從車床上取下注入溶液，之后再將沉積管連同首管一起安裝到車床上旋轉(zhuǎn)進(jìn)行浸泡。
其次，實(shí)施第(4)步驟后，取下沉積管，排出剩余的溶液，可節(jié)省溶液干燥的時間， 再次將沉積管安裝到車床上。
第三，疏松煙灰芯層是將氧氣和四氯化硅氣體通入石英沉積管內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化硅并沉積形成。進(jìn)一步的，沉積疏松煙灰芯層時在氧氣和四氯化硅氣體中包含摻雜氣體，摻雜氣體為四氯化鍺或三氯氧磷或二者的混合氣體。
第四，溶液中含有至少一種稀土元素的氯化物或硝酸鹽以及一種共摻雜劑，稀土元素原子序數(shù)為57-71，共摻雜劑為氯化鋁或硝酸鋁。
第五，溶液的浸泡時間為0. 5-2小時。
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖4為本發(fā)明用于制造摻稀土光纖預(yù)制棒的改進(jìn)化學(xué)汽相沉積(MCVD)裝置示意圖。車床1上裝有一個以恒定速度運(yùn)動的氫氧焰噴燈3，并安裝有輻射高溫計(jì)2隨噴燈3 一起運(yùn)動。沉積管12安裝在車床1上的同步旋轉(zhuǎn)卡盤上(圖中未示出)，一端通過首管9連接到旋轉(zhuǎn)密封件8與氣體傳輸系統(tǒng)，另一端連接到排廢尾管10上，從而使未沉積顆粒和廢氣可以排放到粉塵收集器4內(nèi)。掏灰桿5用于刮除尾管10中未沉積的粉塵，使壓力保持恒定。反應(yīng)原料包括氣體和液體，氣體(SF6、Cl2、He等)分別存儲在鋼瓶(He氣鋼瓶71，SF6 鋼瓶72)中或由氣站供應(yīng)，而液體(SiCl4,GeCl4、P0Cl3)分別盛放在玻璃或不銹鋼的原料罐(SiCl4罐61，GeCl4罐62、POCl3罐63)里，各原料罐又分別放置于恒溫浴(如保持原料罐恒定溫度的油浴)內(nèi)以保持液態(tài)鹵化物所需的溫度。其中液態(tài)鹵化物由于沸點(diǎn)較低，由載氣A (也可以是Ar或He)進(jìn)入原料罐中鼓泡來使液態(tài)鹵化物氣化，氣化的鹵化物將隨化一起進(jìn)入沉積管12內(nèi)。
采用上述MCVD裝置制造稀土摻雜光纖預(yù)制棒的步驟包括高溫火焰拋光，包層沉積，疏松煙灰芯層沉積，溶液浸泡、干燥燒結(jié)、縮棒。首先對石英沉積管12在1800-210(TC下進(jìn)行高溫火焰拋光，用以消除沉積管12表面的劃痕雜質(zhì)、表面不平整以及收縮氣泡。接著在沉積管12內(nèi)表面沉積含SiO2-P2O5-F的內(nèi)包層13，其中P2O5可以降低玻璃粘度，使熔縮更加容易，P2O5的摻雜提高了石英的折射率，摻入F可以降低折射率，從而使內(nèi)包層13的折射率與石英沉積管12的折射率匹配。沉積過程中，通入沉積管12原料氣體的流量的精確控制由進(jìn)入原料罐的載氣流量或者直接控制氣體流量來實(shí)現(xiàn)。沉積管12及流過管內(nèi)的氣體通過外部的氫氧焰噴燈3加熱，為了沉積管12及其內(nèi)的氣體均勻受熱，在沉積過程中沉積管12應(yīng)沿其軸線轉(zhuǎn)動，沉積管12的管壁與噴燈3的距離就能保持一致，從而受熱均勻。沉積管12的溫度通過高溫計(jì)2測量。溫度的控制是基于電腦和MFC (質(zhì)量流量計(jì))對氣體流量的調(diào)節(jié)。當(dāng)反應(yīng)氣體經(jīng)沉積管12的一端(入口端)進(jìn)入通過沉積管12的過程進(jìn)入因氫氧焰噴燈3加熱沉積管12產(chǎn)生的熱區(qū)，達(dá)到反應(yīng)所需要的溫度就會形成玻璃顆粒。這些玻璃顆粒隨加熱氣體向沉積管12的另一端(出口端)流動，達(dá)到沉積管12的低溫區(qū)時，由于徑向上的溫度梯度，從而引起顆粒向管壁熱泳沉積。而未沉積顆粒則隨廢氣流到疏松體顆粒收集器4內(nèi)。沉積過程中，噴燈3從沉積管12的入口端向出口端移動(即氫氧焰噴燈3移動的方向與反應(yīng)氣體的流向相同)，當(dāng)噴燈3到達(dá)沉積管12的末端時，就會快速返回到沉積管 12的氣體入口端。隨著噴燈3的移動，來自噴燈3的熱量將顆粒燒結(jié)成很薄的玻璃層。沉積溫度應(yīng)足夠高從而使沉積顆粒玻璃化透，但應(yīng)保持不使沉積管12發(fā)生變形為限。噴燈3 周期性的來回移動，在沉積管12內(nèi)形成一層一層含特定組分的內(nèi)包層13，作用是防止沉積管12中的雜質(zhì)(如0H_)擴(kuò)散到預(yù)制棒芯部14。
隨后降低溫度，沉積疏松煙灰芯層14。沉積溫度不應(yīng)過高，以避免疏松煙灰芯層 14燒結(jié)成玻璃層，導(dǎo)致芯層14孔隙率過低，無法吸附足夠的含稀土元素的溶液S。同時沉積溫度也不應(yīng)過低，以保證疏松煙灰芯層14具有足夠的強(qiáng)度，防止溶液S浸泡過程中疏松煙灰芯層14脫落。疏松芯層14的組份和折射率通過MFC控制沉積時SiCl4氣體流量與摻雜氣體流量的比例來實(shí)現(xiàn)。
接著將噴燈3移動到沉積管12的進(jìn)氣端，固定噴燈3位置加熱沉積管12使其內(nèi)徑收縮，使縮口處19內(nèi)徑小于或等于沉積管疏松煙灰芯層14的內(nèi)徑。再將噴燈3移動到沉積管12尾端，升高溫度拉斷沉積管12，使沉積管12尾端封閉。從車床1上取下連接有首管9的沉積管12。將少量(5-30ml)含有稀土元素的溶液S緩慢加入(此時可將沉積管 12豎置，利用長頸漏斗加入溶液，防止溶液沿首管內(nèi)壁流入沉積管，污染浸泡溶液；也可采用圖3中的方法，將沉積管12橫置，利用送料管將溶液送入沉積管；與US 5711782(A)專利方法相比，本發(fā)明的方法加溶液時不會帶入尾管中的粉塵)含疏松煙灰芯層14的沉積管12 中(以不溢出縮口處19為限)，然后將連接有首管9的沉積管12重新安裝到車床1的旋轉(zhuǎn)卡盤上。由于浸泡過程沉積管12處于水平旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，稀土溶液S能夠均勻地分布于沉積管的縱向方向，實(shí)現(xiàn)稀土離子的縱向均勻摻雜。溶液S中含有至少一種稀土元素的氯化物或硝酸鹽以及一種共摻雜劑，稀土元素原子序數(shù)為57-71，共摻雜劑為氯化鋁或硝酸鋁。其中溶液的溶劑是水或乙醇。稀土氯化物或硝酸鹽的濃度為0.001-0. 1 mol/L,氯化鋁或硝酸鋁的濃度為0-1. 25 mol/L。浸泡的時間應(yīng)足夠長，以使含稀土元素的溶液S能夠充分進(jìn)入疏松煙灰芯層14的孔隙中。浸泡時間至少為0. 5小時，優(yōu)選為1小時。
溶液浸泡完成之后，取下沉積管12，打開封口端排出(封口端玻璃層較薄，可將沉積管豎置或者斜置，封口端朝下，輕輕敲擊封口端即可打開，溶液可順利排出，與US 5711782(A)專利方法相比，本發(fā)明的方法排出溶液簡單快捷；而US 5711782(A)專利采用氣體吹掃或加熱的方法使沉積管內(nèi)溶液揮發(fā)完全需要較長的時間)剩余的溶液S。再次將沉積管12安裝到車床1上轉(zhuǎn)動沉積管12，通入惰性氣體氮?dú)獯祾撸缓笊邷囟戎?600-1300°C，通入氧氣、氯氣和氦氣脫水干燥，以除去疏松煙灰芯層14中的0H_。干燥時間為0.5-2小時。干燥脫水之后，通入徹、02進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度范圍為1600-1900°C。燒結(jié)步驟中氧氣、氦氣和沉積芯層所含的摻雜氣體的混合氣體通過所述的疏松煙灰芯層14。 例如在疏松煙灰芯層中14摻雜了 P2O5，則在燒結(jié)時通入POCl3流過芯層14與氧氣反應(yīng)生成 P2O5補(bǔ)償P的揮發(fā)。最后在高溫下(2200-2300°C)將沉積管12熔縮成透明實(shí)心玻璃棒。
實(shí)施例1石英沉積管12進(jìn)行高溫(1800-2100°C )火焰拋光，消除沉積管12表面的劃痕雜質(zhì)、表面不平整以及收縮氣泡。1870°C下(一般的在1800-2000°C的溫度范圍內(nèi)均可)在沉積管12 內(nèi)表面沉積10層含SiO2-P2O5-F的內(nèi)包層13 (所述的沉積10層即噴燈3從沉積管12的入口端向出口端移動10次而進(jìn)行10次沉積，實(shí)際所形成的10層內(nèi)包層13在橫斷面上無界限，表現(xiàn)為連續(xù)的一層，以下實(shí)施例述及的沉積10層為同樣概念)。1550°C下采用反向沉積， 通入SiCl4和POCl3氣體沉積疏松煙灰芯層14。接著將噴燈3移動到沉積管12的進(jìn)氣端， 固定噴燈3位置加熱沉積管12使其內(nèi)徑收縮，使縮口處19內(nèi)徑小于或等于沉積管疏松煙灰芯層14的內(nèi)徑。再將噴燈3移動到沉積管12尾端，升高溫度拉斷沉積管12，使沉積管12 尾端封閉。從車床1上取下連接有首管9的沉積管12。將含有0. 07 mol/L的％C13 ·6Η20 和0. 5 mol/L的AlCl3 ·6Η20的15ml水溶液S緩慢加入含疏松煙灰芯層14的沉積管12中， 然后將連接有首管9的沉積管12重新安裝到車床1的旋轉(zhuǎn)卡盤上。旋轉(zhuǎn)沉積管12浸泡約 1. 5小時。隨后，取下沉積管12，打開封口端排出剩余的溶液S。再次將沉積管12安裝到車床1上轉(zhuǎn)動沉積管12，通入惰性氣體氮?dú)獯祾?，然后升高溫度?00-130(TC (干燥需要一個升溫區(qū)間，在該溫度區(qū)間均是干燥過程)，通入氧氣、氯氣和氦氣脫水干燥，以除去疏松煙灰芯層14中的Off。干燥時間為2小時。干燥脫水之后，通入He、O2對疏松煙灰芯層14 進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度范圍為1600-1900°C。燒結(jié)過程中通入POCl3氣體流過疏松煙灰芯層 14。2200-2300°C下將沉積管12熔縮成透明實(shí)心玻璃棒。本實(shí)施例光纖預(yù)制棒芯層經(jīng)電子探針(electron probe microanalysis, ΕΡΜΑ)測試得到 P2O5 濃度為 18wt%，YId2O3 的濃度為 4 wt%，拉制成光纖后，其數(shù)值孔徑為0. 15，裸纖直徑為130 μ m，纖芯直徑為10 μ m。
實(shí)施例2石英沉積管12進(jìn)行高溫火焰拋光，消除沉積管12表面的劃痕雜質(zhì)、表面不平整以及收縮氣泡。1870°C下在沉積管12內(nèi)表面沉積10層含SiO2-P2O5-F的內(nèi)包層13。接著將噴燈 3移動到沉積管12的進(jìn)氣端，固定噴燈3位置加熱沉積管12使其內(nèi)徑收縮。降低沉積溫度至1250°C，通入SiCl4、GeCl4和POCl3氣體沉積疏松煙灰芯層14，使沉積管疏松煙灰芯層14的內(nèi)徑大于或等于縮口處19內(nèi)徑。再將噴燈3移動到沉積管12尾端，升高溫度拉斷沉積管12，使沉積管12尾端封閉。從車床1上取下連接有首管9的沉積管12。將含有0. 03 mol/L的TmCl3 · 6H20和0. 3 mol/L的AlCl3 · 6H20的20ml乙醇溶液S緩慢加入含疏松煙灰芯層14的沉積管12中。然后將連接有首管9的沉積管12重新安裝到車床1的旋轉(zhuǎn)卡盤上。旋轉(zhuǎn)沉積管12浸泡約1小時。隨后，取下沉積管12，打開封口端排出剩余的溶液S。 再次將沉積管12安裝到車床1上轉(zhuǎn)動沉積管12，通入惰性氣體氮?dú)獯祾?，然后升高溫度?00-1300°C，通入氧氣、氯氣和氦氣脫水干燥，以除去疏松煙灰芯層14中的0H—。干燥時間為2小時。干燥脫水之后，通入He、O2對疏松煙灰芯層14進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度范圍為 1600-1900°C。燒結(jié)過程中通入GeCl4和POCl3氣體流過疏松煙灰芯層14。2200-2300°C下將沉積管12熔縮成透明實(shí)心玻璃棒。本實(shí)施例光纖預(yù)制棒芯層經(jīng)電子探針測試得到GeA 濃度為5wt%，P2O5濃度為10wt%，Tm2O3的濃度為0. 5wt%,拉制成光纖后，其數(shù)值孔徑為0. 16， 裸纖直徑為130 μ m,纖芯直徑為8 μ m。
需要說明的是，上述實(shí)施例的方式僅限于描述實(shí)施例，但本發(fā)明不只局限于上述方式，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員據(jù)此可在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)方便的進(jìn)行修飾，因此本發(fā)明的范圍應(yīng)包括本發(fā)明所揭示的原理和新特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1.采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是按照下述步驟實(shí)施(1)將沉積管橫向安裝在車床上，在沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；(2)在車床上縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于所述疏松煙灰芯層內(nèi)徑；(3)在車床上加熱并拉斷沉積管尾端，使所述沉積管尾端封閉；(4)向所述沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡所述的疏松煙灰芯層；(5)在車床上燒結(jié)所述的疏松煙灰芯層為玻璃層；(6)在車床上熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。
2.采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是按照下述步驟實(shí)施(1)將沉積管橫向安裝在車床上，縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于第(2) 步驟欲沉積的疏松煙灰芯層的內(nèi)徑；(2)在車床上向沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；(3)在車床上加熱并拉斷沉積管尾端，使所述沉積管尾端封閉；(4)向所述沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡所述的疏松煙灰芯層；(5)在車床上燒結(jié)所述的疏松煙灰芯層為玻璃層；(6)在車床上熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述沉積管的進(jìn)氣口端連接首管，實(shí)施所述的第(4)步驟時將所述沉積管連同首管一起從車床上取下注入所述的溶液，之后再將所述沉積管連同首管一起安裝到車床上旋轉(zhuǎn)進(jìn)行所述的浸泡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是實(shí)施所述第(4)步驟后，取下所述沉積管，排出剩余的溶液，再次將所述沉積管安裝到車床上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是實(shí)施所述第(4)步驟后，取下所述沉積管，排出剩余的溶液，再次將所述沉積管安裝到車床上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述的疏松煙灰芯層是將氧氣和四氯化硅氣體通入石英沉積管內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化硅并沉積形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是沉積所述的疏松煙灰芯層時在所述的氧氣和四氯化硅氣體中包含摻雜氣體，所述的摻雜氣體為四氯化鍺或三氯氧磷或二者的混合氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述的溶液中含有至少一種稀土元素的氯化物或硝酸鹽以及一種共摻雜劑，所述的稀土元素原子序數(shù)為57-71，所述的共摻雜劑為氯化鋁或硝酸鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，其特征是所述溶液的浸泡時間為0. 5-2小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了采用MCVD制造摻雜光纖預(yù)制棒的方法，包括以下步驟在沉積管內(nèi)依次沉積內(nèi)包層、疏松煙灰芯層；縮細(xì)沉積管進(jìn)氣口端，使該端內(nèi)徑小于或等于疏松煙灰芯層內(nèi)徑；加熱并拉斷沉積管尾端，使沉積管尾端封閉；向沉積管內(nèi)注入含有稀土元素或者過渡金屬元素的溶液，并將沉積管橫向安裝在車床上浸泡疏松煙灰芯層；燒結(jié)疏松煙灰芯層為玻璃層；熔縮所述的沉積管、內(nèi)包層、疏松煙灰芯層為實(shí)心預(yù)制棒。本發(fā)明采用沉積管水平放置旋轉(zhuǎn)浸泡，只需少量的稀土溶液即可實(shí)現(xiàn)高濃度摻雜的目的，節(jié)省稀土溶液80%-90%，降低制造成本。同時可以使稀土元素在預(yù)制棒芯層縱向上的分布更加均勻，進(jìn)一步提高預(yù)制棒芯層的稀土摻雜濃度。
文檔編號C03B37/018GK102515501SQ20111038611
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者馮高鋒, 楊軍勇, 章海峰, 葛錫良 申請人:富通集團(tuán)有限公司