伴有基管除去的等離子體沉積工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過內部等離子體沉積工藝，例如內部等離子體化學氣相沉積(PCVD)工藝制造光纖用初級預制品的前體的方法。此外，本發(fā)明涉及一種通過內部等離子體沉積工藝制造光纖用初級預制品的方法。
[0002]本發(fā)明涉及光纖領域。更具體地，本發(fā)明涉及通過化學氣相沉積制造光纖的領域。存在幾種已知的化學氣相沉積法(CVD)，例如外部氣相沉積法(OVD)、氣相軸向沉積法(VAD)、改良式化學氣相沉積法(MDVD)和等離子體增強的化學氣相沉積法(PECVD或PCVD)。等離子體增強的化學氣相沉積法(PECVD或PCVD)是用于在基底上從氣態(tài)(氣相)向固態(tài)沉積薄膜的工藝。在這些工藝中包括化學反應，它們發(fā)生在反應氣體的等離子體產生之后。
【背景技術】
[0003]通常，在光纖領域，多層玻璃薄膜沉積在基管的內表面上?；苁侵锌盏膹亩试S內部沉積。基管可以是玻璃的，優(yōu)選是石英玻璃的(S12)。將玻璃形成氣體(即，包含用于形成玻璃的氣體和任選的摻雜劑前體的反應性氣體)從一端(被稱作基管的“供給側”)引入基管的內部。將摻雜或無摻雜的玻璃層(分別取決于具有或不具有一種或多種摻雜劑前體的反應性氣體的使用)沉積在基管的內表面上。剩余氣體從被稱作基管的“排出側”的基管另一端排出或除去。該除去可選地通過真空栗進行。真空栗具有在基管內部產生降低的壓力的作用，該降低的壓力通常包含范圍在5和50mbar之間的壓力值。
[0004]通常，等離子體通過利用電磁輻射例如微波來誘導。通常，來自發(fā)生器的電磁輻射通過波導管指向施加器(applicator)，所述施加器圍繞基管。所述施加器親合電磁能量而成為在基管內產生的等離子體。將施加器沿基管的縱向往復移動。因此，形成的等離子體(也稱作“等離子體反應區(qū)”)也往復移動。作為移動的結果，伴隨著每個沖程或行程，在基管的內部沉積了薄的玻璃化氧化硅層。
[0005]施加器和基管通常被加熱爐圍繞，以便在等離子體沉積工藝期間將基管的溫度維持在900和1300°C之間。
[0006]因此，施加器在加熱爐邊界內在基管長度上平移，所述加熱爐圍繞基管并且施加器在加熱爐內往復。隨著施加器的平移，等離子體也以相同的方向移動。當施加器到達接近基管的一端的加熱爐內壁時，將施加器的移動反向，使得它朝向加熱爐的另一內壁移動到基管的另一端。施加器和因此得到的等離子體沿著基管的長度以往返運動的方式迀移。每個往返運動被稱作“行程”或“沖程”。伴隨每一行程，玻璃化的氧化硅材料的薄層沉積在基管的內側上。
[0007]等離子體引發(fā)供給到基管內側的玻璃形成氣體(例如02、SiCljP例如摻雜劑前體如GeCl4或其它氣體)的反應。玻璃形成氣體的反應使Si (硅)、0(氧)與例如摻雜物Ge(鍺)反應，使得由此進行例如鍺摻雜的310:(在基管內表面上的直接沉積。
[0008]通常，只在基管的一部分(即由施加器圍繞的部分)中產生等離子體。施加器的尺寸小于加熱爐和基管的尺寸。只有在等離子體的位置，反應性氣體才被轉化成固態(tài)玻璃并沉積在基管的內表面。由于等離子體反應區(qū)沿著基管的長度移動，玻璃沿著基管的長度大體均勻地沉積。
[0009]當行程的數(shù)量增加時，這些薄膜(即沉積材料)的累積厚度增加；因此導致基管的剩余內徑減小。換言之，伴隨每一行程，基管內側的中空空間逐漸變小。
[0010]在將玻璃化氧化硅層沉積在基管的內部之后，隨后通過加熱將基管緊縮成實心棒(“收縮”)。得到的實心棒稱作初級預制品。在一個具體的實施方案中，對實心棒或初級預制品可以進一步地外部設置額外量的玻璃，例如通過外部氣相沉積工藝或直接玻璃包覆(所謂的“包覆”)，或者通過使用一個或多個預制的玻璃管(所謂的“套管”)，從而獲得被稱作最終預制品的復合預制品。從由此生產的一端被加熱的最終預制品，通過在拉伸架上拉伸獲得光纖。加固的(最終的)預制品的折射率分布對應于由這樣的預制品拉伸的光纖的折射率分布。
[0011]由美國專利4，314，833已知一種通過PCVD工藝制造光學預制品的方式。根據(jù)由該文獻已知的工藝，利用在玻璃基管中的低壓等離子體，將一層或多層摻雜或無摻雜的玻璃層沉積在基管的內部上。
[0012]根據(jù)國際申請WO 99/35304，來自微波發(fā)生器的微波通過波導管直接指向施加器，所述施加器圍繞基管。施加器將電磁能量耦合成等離子體。
[0013]基管嵌入生產的光纖中。玻璃層沉積在中空基管的內部上，中空基管本身和沉積在中空基管或預制品外部上的玻璃層均嵌入所得的最終預制品中，并且在拉伸后存在于生產的光纖中。
[0014]公開包覆工序的現(xiàn)有技術文獻的實例如下。在各篇文獻中，基管將嵌入最終預制品O
[0015]EP O 554 845提供了一種包覆方法，其中防止了玻璃在中空基管內部上的沉積。
[0016]US 6，988，380公開了一種用于包覆的PCVD方法，其中防止了玻璃在中空基管內部上的沉積。
[0017]基管向生產的光纖中的嵌入的缺點是，需要高質量并具有高溫耐受性和對沉積的玻璃材料的良好粘附的基管。為了此原因，在現(xiàn)有技術中常使用石英玻璃基管。
[0018]然而，本發(fā)明人觀察到，所述可商購石英管的純度并不總是充分的。此外，這些管的總體幾何性質并不總是令人滿意的。
[0019]基管向生產的光纖中的嵌入的另一缺點是生產的光纖的折射率分布的限制。例如，如果期望光纖具有被凹陷的外部光學包層直接圍繞的凹槽(即相對于氧化硅的負折射率)，這將導致需要具有相對于氧化硅的負折射率差的基管。這可例如通過氟摻雜的氧化硅基管的使用而獲得。然而，這些管難以生產并且非常昂貴。此外，它們比非摻雜的氧化硅基管更軟，以至于它們更難以在沉積工藝中使用，并更傾向于在工藝中破損和變形。
[0020]另一方面，如果期望具有相對于氧化硅的正折射率分布的外部光學包層的光纖輪廓，則需要提高摻雜(updoped)的氧化硅基管(例如鍺摻雜)。此類管難以生產，非常昂貴，而且當前幾乎不可能通過標準技術進行。
[0021]因此，存在對于上述問題的可選方案的需求。
[0022]本發(fā)明的目標是提供一種制造光纖用預制品的方法，所述方法使最終預制品的折射率更有靈活性。
[0023]本發(fā)明的另一目標是提供一種工藝，其省略了高質量基管的使用。
[0024]本發(fā)明的另一目標是提供一種工藝，其允許非石英基管的使用。
[0025]這些目標的一個或多個通過本發(fā)明得以實現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0026]第一方面，本發(fā)明涉及一種通過內部等離子體沉積工藝制造光纖用初級預制品的前體的方法。在此工藝中，基管從沉積于其內部上的層除去。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，此工藝包括以下步驟:
[0028]i)提供中空基管；
[0029]ii)通過電磁輻射在所述中空基管內部產生具有第一反應條件的第一等離子體反應區(qū)，用于在所述中空基管內表面上進行非玻璃化氧化硅層的沉積，并隨后；
[0030]iii)通過電磁輻射在所述中空基管的內部產生具有第二反應條件的第二等離子體反應區(qū)，用于在步驟ii)中沉積的非玻璃化氧化硅層上進行玻璃化氧化硅層的沉積；
[0031]iv)將中空基管從步驟iii)中沉積的玻璃化氧化硅層和步驟ii)中沉積的非玻璃化氧化硅層除去，以獲得沉積管。
[0032]所述沉積管是初級預制品的前體。所述沉積管實際上是沉積在所述基管內部的材料的層，但沒有所述基管。所述初級預制品可通過直接地或者在外部設置額外的玻璃的步驟之后收縮所述沉積管而獲得。也見下文的第三方面。
[0033]在另一方面，獲得的初級預制品的前體(即沉積管)在隨后的沉積工藝中用作基管。換言之，根據(jù)此實施方案，本發(fā)明涉及生產基管的新工藝。由此，在此方面中，初級預制品的如體是基管。
[0034]在此方面，本發(fā)明涉及一種通過內部等離子體沉積工藝制造用于光纖的基管的方法，所述方法包括以下步驟:i)提供中空基管；ii)通過電磁輻射在所述中空基管的內部產生具有第一反應條件的第一等離子體反應區(qū)，用于在所述中空基管的內表面上進行非玻璃化氧化硅層的沉積，和；隨后iii)通過電磁輻射在所述中空基管的內部產生具有第二反應條件的第二等離子體反應區(qū)，用于在步驟ii)中沉積的非玻璃化氧化硅層上進行玻璃化氧化硅層的沉積4Piv)將中空基管從步驟iii)中沉積的玻璃化氧化硅層和步驟ii)中沉積的非玻璃化氧化硅層除去，以獲得基管。
[0035]第二方面，本發(fā)明涉及將基管從通過內部等離子體沉積工藝沉積在基管內表面上的玻璃化氧化硅層除去的方法。第二方面的工藝包括上文所述步驟i)至iv)。
[0036]第三方面，本發(fā)明涉及通過內部等離子體沉積工藝制造光纖用初級預制品的方法，所述方法包括以下步驟:
[0037]i)提供中空基管；
[0038]ii)通過電磁輻射在所述中空基管的內部產生具有第一反應條件的第一等離子體反應區(qū)，用于在所述中空基管的內表面上進行非玻璃化氧化硅層的沉積，并隨后
[0039]iii)通過電磁輻射在所述中空基管的內部產生具有第二反應條件的第二等離子體反應區(qū)，用于在步驟ii)中沉積的非玻璃化氧化硅層上進行玻璃化氧化硅層的沉積，
[0040]iv)將中空基管從步驟iii)中沉積的玻璃化氧化硅層和步驟ii)中沉積的非玻璃化氧化硅層除去，以獲得沉積管。
[0041]v)使步驟iv)中獲得的沉積管受到收縮處理，以