專利名稱：大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，屬于光纖制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖預(yù)制棒制備是光纖制造技術(shù)的主要工序。采用大尺寸光纖預(yù)制棒拉絲可以有效提高原材料利用率，同時(shí)可以有效節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間提高生產(chǎn)效率，大尺寸光纖預(yù)制棒已經(jīng)成為當(dāng)前市場主流趨勢。目前大尺寸光纖預(yù)制棒分為大尺寸實(shí)心預(yù)制棒和套管加芯棒預(yù)制棒形式。當(dāng)前占主流的大型低水峰光纖預(yù)制棒的方法為套管法，如US005837334A、US007089765B2。目前套管法是先制造出芯棒，再將該芯棒插入尺寸匹配的石英玻璃管，經(jīng)高溫加熱使芯棒與套管同步熔化融合延長成為光導(dǎo)纖維。套管法存在以下不足之處大尺寸的套管要求的幾何精度高，制造工藝復(fù)雜，套管加工過程中的材料損失導(dǎo)致成本增加。芯棒與套管的界面增加了光纖拉絲工藝的復(fù)雜程度，界面的清洗和干燥變得更加嚴(yán)格，而且界面增加了光纖機(jī)械強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生的幾率，增加了單位長度光纖斷裂的可能性，界面也對光纖水峰(光纖傳輸中由于輕基在1360nnTl460nm范圍內(nèi)吸收峰稱為水峰)產(chǎn)生不利影響，等離子蝕洗等消除界面附加影響附加的工藝流程增加了預(yù)制棒的生產(chǎn)成本，并且套管價(jià)格昂貴。OVD法通過多個(gè)噴燈將水解的SiO2顆粒沉積在旋轉(zhuǎn)且相對移動(dòng)的芯棒上。沉積速率高，但是這種沉積方法容易形成螺紋狀或波紋狀表面，芯棒兩端不均勻使得整個(gè)沉積棒形成紡錘形，進(jìn)而造成整根棒拉制成的光纖幾何參數(shù)和光學(xué)參數(shù)不均勻不穩(wěn)定。VAD法與OVD法具有相同的火焰水解機(jī)理。沉積速率慢是VAD的最大缺陷，但是，其優(yōu)點(diǎn)在于工藝穩(wěn)定，沉積得到的疏松體組成結(jié)構(gòu)與幾何尺寸均勻。管內(nèi)法PCVD和MCVD適于制備高精度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但是兩者沉積速率更低，不到3g/min，且管內(nèi)法無法單獨(dú)制備出大規(guī)格的預(yù)制棒，對原料氣體的純度要求達(dá)到99. 9999%，高成本使得應(yīng)用受到限制。APVD沉積速率較高，但是其原料高純天然石英砂成本高昂且均勻性不易控制使得該工藝不易廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的一些術(shù)語的定義為
沉積原材料在一定的條件下發(fā)生物理化學(xué)變化生成石英玻璃的工藝過程；
折射率剖面預(yù)制棒/芯棒/光纖玻璃折射率與其半徑之間的關(guān)系曲線；
厚壁石英管壁厚相對管徑而言比例較大的石英玻璃管，比例通常大于10%，壁厚通常大于3mm ；
VAD :軸向氣相沉積；
OVD :外部氣相沉積
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，它不僅能有效提高光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)效率，降低成本，而且工藝性能穩(wěn)定，光纖光學(xué)參數(shù)優(yōu)異，便于規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為
該方法包括以下步驟采用軸向氣相沉積法(VAD)并經(jīng)后續(xù)處理制備透明實(shí)心石英棒，所述的透明實(shí)心石英棒包含芯層和部分包層；將透明實(shí)心石英棒套裝于高純厚壁石英管中通過高溫熔縮成一根結(jié)構(gòu)均勻的初級光纖預(yù)制棒；以該初級光纖預(yù)制棒作為靶棒，用外部氣相沉積法(OVD)沉積SiO2外包層，沉積完成后，將其燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒。按上述方案，所述的透明實(shí)心石英棒的包層/芯層直徑比(b/a)為I. 8 3。按上述方案，所述的軸向氣相沉積法的后續(xù)處理是將軸向氣相沉積法制成的疏松體經(jīng)過脫水燒結(jié)之后轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯膶?shí)心石英棒，然后進(jìn)行整形處理，包括熔融、拉伸、研磨、拋光、化學(xué)溶蝕、清洗，使其直徑均勻，表面光潔，透明實(shí)心石英棒表面粗糙度小于或等于20Mm。按上述方案，所述軸向氣相沉積法制備的SiO2疏松體沿軸線方向的有效長度占疏松體軸向總長的超過2/3的部分為有效部分,該有效部分的直徑波動(dòng)范圍小于4%。按上述方案，所述的高純厚壁石英管內(nèi)孔表面粗糙度小于或等于20Mffl，羥基含量小于或等于lOOppb，外徑與內(nèi)孔直徑之比為1.5 1.8。按上述方案，所述的光纖預(yù)制棒直徑D為12(T200mm。按上述方案，所述的光纖預(yù)制棒前端經(jīng)熔融拉錐處理，使光纖預(yù)制棒前端成圓錐形或近似圓錐形，圓錐形的高度H與光纖預(yù)制棒直徑D之比Η/D為O. 2^1. 1，較優(yōu)比值為
0.3 O. 4。按上述方案，外部氣相沉積法沉積SiO2外包層后燒結(jié)成的透明光纖預(yù)制棒除錐部以外為有效部分的直徑波動(dòng)小于1_。本發(fā)明的有益效果在于1、結(jié)合了 VAD法和OVD法的優(yōu)點(diǎn)，其中VAD沉積速率適中，易于控制預(yù)制棒中的羥基含量，能獲得了最大的光纖芯層材料重量，OVD法沉積速率最高，制備要求較低的外包層部分使得預(yù)制棒成本降低。用厚壁石英管套裝熔合工藝避開了兩者的缺點(diǎn)，不僅有效提高光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)效率，降低成本，而且工藝性能穩(wěn)定，光纖光學(xué)參數(shù)優(yōu)異，便于規(guī)?；a(chǎn)；2、將透明實(shí)心石英棒的包層/芯層直徑比(b/a)控制在
1.8 3，同時(shí)采用高純厚壁石英套管厚的方式，雖然多了一道套裝熔縮工序，但是可以獲得較多的芯層玻璃重量，避免羥基擴(kuò)散引入透明實(shí)心石英棒的芯包層，使得最終的光纖預(yù)制棒可以重達(dá)70千克，獲得質(zhì)量更好的大尺寸光纖預(yù)制棒；3、光纖預(yù)制棒前端錐部整形可進(jìn)一步節(jié)省了拉絲加工時(shí)間和材料成本。本發(fā)明采用的技術(shù)方案避開了套管法制備光纖的諸多中間工序，使光纖預(yù)制棒制造成本降至最低。


圖I是本發(fā)明光纖預(yù)制棒制備方法的工藝流程框圖。圖2是本發(fā)明光纖預(yù)制棒的軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖，I表示VAD法沉積的芯層部分，2表示VAD法沉積的包層部分，3表示厚壁管對應(yīng)的石英玻璃部分，4表示OVD法沉積制備的石英玻璃部分。D值表示最終產(chǎn)品光纖預(yù)制棒的直徑，H表示預(yù)制棒錐體的高度。
圖3是本發(fā)明光纖預(yù)制棒的徑向剖視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的a和b分別表示芯層和包層部分直徑，D值表示最終產(chǎn)品光纖預(yù)制棒的直徑。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明適于制備大型低水峰光纖預(yù)制棒，在所述的VAD法中設(shè)置原料氣體的組成(Ge，F(xiàn)，Cl)可以獲得各種摻雜組成的石英玻璃，在厚壁管中摻入F、C1、P等可以獲得不同熔體粘度和折射率，從而可以調(diào)整光纖預(yù)制棒的剖面折射率結(jié)構(gòu)(RIP)，這對熟悉本領(lǐng)域的人員來說是顯而易見的。下文結(jié)合幾種典型的大型光纖預(yù)制棒制造方法對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。實(shí)施例一匹配包層低水峰單模光纖預(yù)制棒。用VAD制備透明實(shí)心石英棒，包含芯層和部分包層，VAD制備的疏松體經(jīng)過脫水燒結(jié)之后轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯膶?shí)心石英棒，然后進(jìn)行整形處理，該透明實(shí)心石英棒整形之后包層/芯層直徑比b/a為2.擴(kuò)3，有效部分長度達(dá)到總長度的2/3，且有效部分直徑波動(dòng)范圍小于4%,透明實(shí)心石英棒表面粗糙度小于20Mm。將該石英棒與外徑45mm、內(nèi)徑28mm、內(nèi)表面粗糙度小于20Mm的高純厚壁石英管套裝熔縮成為一根石英棒，得到結(jié)構(gòu)均勻的初級光纖預(yù)制棒，該厚壁管的羥基含量小于lOOppb。以該光纖預(yù)制棒作為靶棒，用外部法(OVD)沉積SiO2外包層，沉積完成后，將其燒結(jié)成直徑120mm的透明光纖預(yù)制棒。該預(yù)制棒的后端接上延長管作為拉絲機(jī)進(jìn)料器夾持用，前端為懸置端，為便于拉絲起頭，該懸置端經(jīng)熔融拉錐并通過研磨拋光整形成近似圓錐形，錐的高度與預(yù)制棒直徑的比值Η/D為I. I。之后將該光纖預(yù)制棒拉絲成標(biāo)準(zhǔn)匹配包層低水峰單模光纖，連續(xù)的有效拉絲長度約1000km，光纖在1383nm窗口的衰減系數(shù)為O. 268dB/km。實(shí)施例二 下陷包層單模光纖預(yù)制棒。用VAD制備透明實(shí)心石英棒，包含芯層和部分包層，該包層含有F，該透明實(shí)心石英棒整形之后包層/芯層直徑比b/a為2. 4。將該石英棒與外徑45mm、內(nèi)徑28mm、內(nèi)表面粗糙度小于20Mm的高純厚壁石英管套裝熔合成為一根石英棒，得到結(jié)構(gòu)均勻的初級光纖預(yù)制棒，該厚壁管的羥基含量小于lOOppb。以該光纖預(yù)制棒作為靶棒，用外部法(OVD)沉積SiO2外包層，沉積完成后，將其燒結(jié)成直徑150mm的透明光纖預(yù)制棒。該預(yù)制棒一端為懸置端，為便于拉絲起頭，該懸置端經(jīng)熔融拉錐并通過研磨拋光整形成近似圓錐形，錐的高度與底面直徑的比值為O. 2。之后將該光纖預(yù)制棒拉絲成標(biāo)準(zhǔn)下陷包層低水峰單模光纖，連續(xù)的有效拉絲長度約1400km，光纖在1383nm窗口的衰減系數(shù)為O. 274dB/km。實(shí)施例三低水峰抗彎單模光纖預(yù)制棒。用VAD制備透明實(shí)心石英棒，包含芯層和部分包層，該透明實(shí)心石英棒整形之后包芯比b/a為I. 8。將該石英棒與外徑50mm、內(nèi)徑30mm、內(nèi)表面粗糙度小于或等于20Mm的高純厚壁石英管套裝熔縮成為一根石英棒，得到結(jié)構(gòu)均勻的初級光纖預(yù)制棒，該厚壁管含有F且羥基含量小于50ppb。以該光纖預(yù)制棒作為靶棒，用外部法(OVD)沉積SiO2外包層，沉積完成后，將其燒結(jié)成直徑200mm的透明光纖預(yù)制棒，其有效部分的直徑波動(dòng)小于1mm。該預(yù)制棒一端為懸置端，該懸置端經(jīng)熔融拉錐并通過研磨拋光整形成近似圓錐形，錐的高度與底面直徑的比值為O. 3^0. 4。顯而易見地，該預(yù)制棒也可根據(jù)需要進(jìn)行熔融、拉伸、研磨、拋光、化學(xué)溶蝕、清洗整形處理以便滿足拉絲爐腔體內(nèi)徑的要求。之后將該光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲制成低水峰抗彎曲單模光纖，連續(xù)的有效拉絲長度約2400km，光纖在1383nm窗口的衰減系數(shù)為O. 277dB/km，在1550nm窗口 IOmm直徑I圈的條件下附加宏彎損耗為O. 08dB。
權(quán)利要求
1.一種大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于包括如下步驟 采用軸向氣相沉積法并經(jīng)后續(xù)處理制備透明實(shí)心石英棒，所述的透明實(shí)心石英棒包含芯層和部分包層；將透明實(shí)心石英棒套裝于高純厚壁石英管中通過高溫熔縮成一根結(jié)構(gòu)均勻的初級光纖預(yù)制棒；以該初級光纖預(yù)制棒作為靶棒，用外部氣相沉積法沉積SiO2外包層，沉積完成后，將其燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的透明實(shí)心 石英棒的包層/芯層直徑比b/a為I. 8 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的軸向氣相沉積法的后續(xù)處理是將軸向氣相沉積法制成的疏松體經(jīng)過脫水燒結(jié)之后轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯膶?shí)心石英棒，然后進(jìn)行整形處理，包括熔融、拉伸、研磨、拋光、化學(xué)溶蝕、清洗，使其直徑均勻，表面光潔，透明實(shí)心石英棒表面粗糙度小于或等于20Mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述軸向氣相沉積法制備的疏松體沿軸線方向的有效長度占疏松體軸向總長的超過2/3的部分為有效部分，該有效部分的直徑波動(dòng)范圍小于4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的高純厚壁石英管內(nèi)孔表面粗糙度小于或等于20Mm，羥基含量小于或等于lOOppb，外徑與內(nèi)孔直徑之比為L 5 I. 8。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的光纖預(yù)制棒直徑D為12(T200mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于所述的光纖預(yù)制棒前端經(jīng)熔融拉錐處理，使光纖預(yù)制棒前端成圓錐形或近似于圓錐形，圓錐形的高度H與光纖預(yù)制棒直徑D之比Η/D為O. 2^1. I。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于圓錐形的高度H與光纖預(yù)制棒直徑D之比Η/D為O. 3^0. 4。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，其特征在于外部氣相沉積法沉積SiO2外包層后燒結(jié)成的透明光纖預(yù)制棒除錐部以外為有效部分的直徑波動(dòng)小于Imnin
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大尺寸光纖預(yù)制棒的制備方法，包括如下步驟采用軸向氣相沉積法并經(jīng)后續(xù)處理制備透明實(shí)心石英棒，所述的透明實(shí)心石英棒包含芯層和部分包層；將透明實(shí)心石英棒套裝于高純厚壁石英管中通過高溫熔縮成一根結(jié)構(gòu)均勻的初級光纖預(yù)制棒；以該初級光纖預(yù)制棒作為靶棒，用外部氣相沉積法沉積SiO2外包層，沉積完成后，將其燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒。本發(fā)明避開了套管法制備光纖的諸多中間工序，不僅能有效提高光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)效率，降低成本，而且工藝性能穩(wěn)定，光纖光學(xué)參數(shù)優(yōu)異，便于規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C03B37/018GK102923942SQ20121043510
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者曹蓓蓓, 倪先元 申請人:長飛光纖光纜有限公司