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一種光纖預制棒及其制備方法和應用與流程

文檔序號:11095505閱讀:3253來源:國知局
一種光纖預制棒及其制備方法和應用與制造工藝

本發(fā)明涉及特種光纖應用領域,尤其是涉及一種光纖預制棒及其制備方法和應用。



背景技術:

偏振保持光纖(Polarization Maintaining Optical Fiber)簡稱保偏光纖(PMF),由于將雙折射引入到光纖中,使簡并的HEx11與HEy11兩正交模式的傳播常數(shù)差別增大,兩模式耦合幾率減小,從而線偏振光能保持其偏振態(tài)在光纖中進行傳輸。保偏光纖對于線偏振光具有很強的偏振保持能力,主要用于偏振光干涉型角度轉動測量中,其典型應用是用于制造光纖陀螺、光纖水聽器及相干光通信系統(tǒng)中。

保偏光纖通常是通過光纖預制棒拉制而成,但是對于傳統(tǒng)的光纖預制棒而言,如采用刻觸法制成的光纖預制棒,刻觸法通常會破壞反應管中的圓對稱,造成了“先天不足”,使得光纖預制棒自身的予制棒芯通常均為異型(如杏核形),導致拉制得到的圓保偏光纖等的旋端圓度均無法達標,從而使得保偏光纖的連接耦合難度增大。

中國專利201110123043.5公開了一種光纖預制棒的制造方法,包括:(1)采用軸向氣相沉積VAD工藝制備光纖芯棒;(2)采用等離子化學氣相沉積PCVD工藝制備摻氟下陷包層,與(1)中制備的光纖芯棒熔縮成光纖芯棒預制件;(3)采用外部氣相沉積OVD工藝制備光纖芯棒預制件的外包層,最終燒結成透明的光纖預制棒。該專利雖然提高了彎曲不敏感單模光纖預制棒的制造效率,但是其光纖預制棒的棒芯無法做成正圓,從而導致拉制得到的圓保偏光纖等的圓度不達標。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種光纖預制棒及其制備方法和應用。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):

一種光纖預制棒的制備方法,包括以下步驟:

(1)往石英基管內通入SiCl4和O2,加熱反應,并沉積得到SiO2外包層;

(2)外包層沉積好后,通入SiCl4、BBr3和O2,加熱進行反應,在外包層上沉積SiO2/B2O3應力區(qū)層;

(3)通入刻蝕氣體,以石英基管圓心為對稱點,刻蝕除去應力區(qū)層對稱兩邊的部分應力區(qū),使得剩余部分的應力區(qū)層的對稱兩邊互不連接,并替換刻蝕除去的應力區(qū),沉積與外包層組分相同的填充層;

(4)再次通入刻蝕氣體,刻蝕除去沉積在應力區(qū)層上的填充層;

(5)刻蝕完成后,通入SiCl4、SF6和O2,加熱反應,沉積得到內包層;

(6)內包層沉積完成后,通入SiCl4、GeCl4和O2,加熱進行反應,沉積得到棒芯層;

(7)沉積完成后,加熱石英基管對各層進行燒結,即收縮得到光纖預制棒。

步驟(1)中所述的SiCl4和O2的通入量的摩爾比為(1~1.2):1,反應溫度為1850℃,沉積得到的外包層的厚度為0.8~2mm。

步驟(2)中所述的SiCl4、BBr3和O2的通入量的摩爾比為(82~85):(30~36):150,其反應溫度為1650~1850℃,沉積得到的應力區(qū)層的厚度為4~6mm。

步驟(3)和步驟(4)中所述的刻蝕氣體為SF6,刻蝕溫度為1450~1850℃;

步驟(3)中刻蝕除去的應力區(qū)占整個應力區(qū)層的體積百分比為30~40%。

步驟(5)中所述的SiCl4、SF6和O2的通入量的摩爾比為(30~40):1:(80~100),其加熱反應溫度為1850~2050℃,沉積得到的內包層的厚度為2.1mm。

步驟(6)中所述的SiCl4、GeCl4和O2的通入量的摩爾比為(2~3):1:(10~20),其加熱反應溫度為1850~2050℃,沉積得到的棒芯層的厚度為0.8~1.2mm。

步驟(7)中所述的燒結溫度為2250~2450℃。

一種光纖預制棒,該光纖預制棒的棒芯為正圓形,棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

一種光纖預制棒的用于拉制圓保偏光纖或寬帶光纖波片。

拉制得到圓保偏光纖的纖芯模場的圓度大于90%。

與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明中沉積得到的應力區(qū)層成分為SiO2和B2O3,其中B2O3的摩爾分數(shù)約為15~18%,其楊氏模量E2≈4800kg/mm2,遠小于成分為SiO2/F 的內包層的楊氏模量E1≈7200kg/mm2,從而使得光纖預制棒在收縮成型過程中,收內包層保護的棒芯層的抗變形能力遠大于應力區(qū)層,則可保證光纖預制棒的棒芯的“正圓”,采用此方法制成的圓保偏光纖,其圓度能達到90%以上,圓度高,有效的減小了光纖連接耦合的難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備光纖預制棒時的沉積膜層的結構示意圖;

圖中,1-石英基管,2-外包層,3-應力區(qū)層,4-內包層,5-棒芯層。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

一種光纖預制棒的制備方法,包括以下步驟:

(1)往石英基管1內按摩爾比1.1:1通入SiCl4和O2,加熱至1850℃進行反應,并沉積得到厚度為1.4mm的SiO2外包層2;

(2)外包層2沉積好后,按摩爾比為83:33:150通入SiCl4、BBr3和O2,加熱至1750℃進行反應,在外包層2上沉積得到厚度為5mm的SiO2/B2O3應力區(qū)層3;

(3)通入刻蝕氣體SF6,以石英基管1圓心為對稱點,在1650℃下刻蝕除去應力區(qū)層3對稱兩邊的占總量體積分數(shù)為35%的部分應力區(qū),使得剩余部分的應力區(qū)層3的對稱兩邊互不連接,并替換刻蝕除去的應力區(qū),沉積與外包層2組分相同的填充層;

(4)再次通入刻蝕氣體SF6,在1650℃下刻蝕除去沉積在應力區(qū)層3上的填充層;

(5)刻蝕完成后,按摩爾比35:1:90通入SiCl4、SF6和O2,加熱至1950℃進行反應,沉積得到厚度為2.1mm的SiO2/F內包層3;

(6)內包層3沉積完成后,按摩爾比2.5:1:15通入SiCl4、GeCl4和O2,加熱至1950℃進行反應,沉積得到厚度為1.0mm的SiO2/GeO4棒芯層4;

(7)沉積完成后,加熱石英基管1至2350℃對各層進行燒結,即收縮得到光纖預制棒。

按上述方法制備得到的光纖預制棒,棒芯為正圓形,棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

對制得的光纖預制棒的結構性能進行檢測,具體檢測結果見下表1:

表1

注:芯/包同心度差指棒芯與包覆棒芯的沉積層的同心度差。

采用上述光纖預制棒的拉制圓保偏光纖,拉制得到圓保偏光纖的纖芯模場的圓度大于90%,其結構尺寸如下表2所示:

表2

實施例2

一種光纖預制棒的制備方法,包括以下步驟:

(1)往石英基管1內按摩爾比1:1通入SiCl4和O2,加熱至1850℃進行反應,并沉積得到厚度為0.8mm的SiO2外包層2;

(2)外包層2沉積好后,按摩爾比為82:30:150通入SiCl4、BBr3和O2,加熱至1650℃進行反應,在外包層2上沉積得到厚度為4mm的SiO2/B2O3應力區(qū)層3;

(3)通入刻蝕氣體SF6,以石英基管1圓心為對稱點,在1450℃下刻蝕除去應力區(qū)層3對稱兩邊的占總量體積分數(shù)為30%的部分應力區(qū),使得剩余部分的應力區(qū)層3的對稱兩邊互不連接,并替換刻蝕除去的應力區(qū),沉積與外包層2組分相同的填充層;

(4)再次通入刻蝕氣體SF6,在1450℃下刻蝕除去沉積在應力區(qū)層3上的填充層;

(5)刻蝕完成后,按摩爾比30:1:80通入SiCl4、SF6和O2,加熱至1850℃進行反應,沉積得到厚度為2.1mm的SiO2/F內包層3;

(6)內包層3沉積完成后,按摩爾比2:1:10通入SiCl4、GeCl4和O2,加熱至1850℃進行反應,沉積得到厚度為0.8mm的SiO2/GeO4棒芯層4;

(7)沉積完成后,加熱石英基管1至2250℃對各層進行燒結,即收縮得到光纖預制棒。

按上述方法制備得到的光纖預制棒,棒芯為正圓形,棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

采用上述光纖預制棒用于拉制寬帶光纖波片。

實施例3

一種光纖預制棒的制備方法,包括以下步驟:

(1)往石英基管1內按摩爾比1.2:1通入SiCl4和O2,加熱至1850℃進行反應,并沉積得到厚度為2mm的SiO2外包層2;

(2)外包層2沉積好后,按摩爾比為85:36:150通入SiCl4、BBr3和O2,加熱至1850℃進行反應,在外包層2上沉積得到厚度為6mm的SiO2/B2O3應力區(qū)層3;

(3)通入刻蝕氣體SF6,以石英基管1圓心為對稱點,在1850℃下刻蝕除去應力區(qū)層3對稱兩邊的占總量體積分數(shù)為40%的部分應力區(qū),使得剩余部分的應力區(qū)層3的對稱兩邊互不連接,并替換刻蝕除去的應力區(qū),沉積與外包層2組分相同的填充層;

(4)再次通入刻蝕氣體SF6,在1850℃下刻蝕除去沉積在應力區(qū)層3上的填充層;

(5)刻蝕完成后,按摩爾比40:1:100通入SiCl4、SF6和O2,加熱至2050℃進行反應,沉積得到厚度為2.1mm的SiO2/F內包層3;

(6)內包層3沉積完成后,按摩爾比3:1:20通入SiCl4、GeCl4和O2,加熱至2050℃進行反應,沉積得到厚度為1.2mm的SiO2/GeO4棒芯層4;

(7)沉積完成后,加熱石英基管1至2450℃對各層進行燒結,即收縮得到光纖預制棒。

按上述方法制備得到的光纖預制棒,棒芯為正圓形,棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

采用上述光纖預制棒用于拉制圓保偏光纖,拉制得到的圓保偏光纖的纖芯模場的圓度大于90%。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改,并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此,本發(fā)明不限于上述實施例,本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示,不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。

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