專利名稱：一種低水峰光纖的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低水峰光纖的制造方法，，尤其涉及采用改進的化學氣相沉積(MCVD)工藝通過降低光纖預制棒中羥基含量從而制造出低水峰光纖的方法。
背景技術：
常規(guī)單模光纖(G.652A)在1360nm～1460nm波長范圍內的傳輸損耗較高，影響了光通信系統(tǒng)在該工作波段的應用，其原因是羥基(OH)基團系列諧波振動吸收造成該波段內損耗增大。由于1383nm左右波長為OH主要振動吸收峰，習慣上將1383±3nm吸收峰稱為水峰。ITU-T稱1360nm～1460nm波段為擴展波段(即E波段)，G.652C規(guī)范要求在光纖經過光纖氫損后，其1383±3nm的最大衰減系數必須小于或等于1310nm規(guī)定的衰減系數，一般稱這種光纖為“低水峰光纖”。
這種低水峰光纖的技術優(yōu)勢在于(1)工作波長范圍比常規(guī)單模光纖展寬了100nm，可復用的波長數和傳輸容量大大增加；(2)可以使用粗波分復用(CWDM)和較低成本的元器件，降低通信系統(tǒng)成本；(3)在1360-1460nm波長范圍的色散只有常規(guī)單模光纖在1550nm色散值的1/2以下，這意味著在不需色散補償情況下的傳輸距離可增加一倍多，這有利于降低系統(tǒng)費用。(4)可在不同的波段分配不同的業(yè)務，如在O波段(1260nm～1360nm)進行WDM(波分復用)模擬視頻業(yè)務、在E波段進行高速(10Gbit/s)多波段數據傳輸業(yè)務、在S+C+L波段(1460nm～1625nm)進行2.5Gbit/s的密集波分復用傳輸業(yè)務，實現不同傳輸制式、不同傳輸速率、不同傳輸內容的同一條光纖傳輸，既方便又經濟。隨著波分復用(WDM)技術、光放大技術、高功率激光器等技術與器件的開發(fā)及應用，如何消除OH吸收峰，打開1360nm-1460nm的第五窗口，從而使得單模光纖的工作波長從1260nm一直延伸到1625nm具有重要的意義。
石英光纖的制造方法都經過光纖預制棒的制備，然后在拉絲設備中拉絲成預定尺寸和要求的光纖。光纖預制棒的制造方法主要有四種外部氣相沉積法(OVD)、軸向氣相沉積法(VAD)、改進的化學氣相沉積法(MCVD)、以及等離子體化學氣相沉積法(PCVD)。
對于管外法(OVD和VAD)沉積工藝制造光纖預制棒，都將氯化物(硅與鍺的氯化物)在氫氧焰熱源的作用下發(fā)生水解，生成的產物以粉末狀(Soot)的形式存在。由于氫氧焰燃燒產生水，在Soot中附有大量各種形式的水(包括化學形式的羥基與物理吸附的水分子)，消除水峰的主要工作集中在采用脫水劑進行脫水。OVD和VAD制造低水峰光纖的專利已有報道，如在美國專利文獻US6131415中描述，將外包后形成的沉積的粉末(Soot)預制棒安置在燒結爐中，在1200℃條件下通入氯氣與氦氣的混合氣體進行脫水，使預制棒中的羥基質量含量低于0.8ppb，從而制造出低水峰光纖。
對于管內法(PCVD和MCVD)沉積工藝制造光纖預制棒工藝，由于原材料鹵化物中的含氫雜質與羥基雜質，載流氣體的水汽，以及沉積用的石英基管管壁中羥基向內部擴散，同時預制棒熔縮工藝采用的氫氧焰產生的水分子也向管內擴散，使得羥基含量較高。為了制造出低水峰光纖，光纖制造商通過提高原材料純度(低OH含量的石英玻璃基管與套管)、純化載氣及各種參與反應氣體所含有的水分，并提高管內法的系統(tǒng)密封性能，利用新型電感應爐融縮成棒技術等方法，來降低預制棒中的羥基含量，制造低水峰光纖。US5692087將MCVD車床改造成無氫火焰車床，即采用等離子體火焰進行預制棒的沉積與熔縮，該射頻等離子體采用O2、Ar、N2等無水氣體，避免了由于氫氧焰燃燒產生的水分子向管內擴散，同時在縮棒工序通入CCl4與O2的混合氣體，脫去芯層內部的部分羥基，該發(fā)明專利制造的單模光纖在1383nm處的羥基峰損耗低于0.40dB/km，拉絲光纖長度僅0.7km，而且沒有提及氫老化試驗后光纖衰減的變化量。
傳統(tǒng)MCVD工藝的沉積與燒結都是在一次平移中完成的，每一次平移之后就得到一層透明的玻璃沉積層。對于這種已經透明化的沉積層驅除其中的OH，與對SOOT結構狀態(tài)的沉積層驅除OH相比，顯然，前者要困難得多。這就是為什么通常MCVD光纖的水峰總比OVD/VAD光纖高的原因之一。
因此，需要針對管內法的特點開發(fā)出適合MCVD工藝的制造低水峰光纖工藝與設備，本發(fā)明就是采用MCVD工藝制造低水峰光纖的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種低水峰光纖的制造方法，改方法利用現有MCVD光纖預制棒設備，采用改進的化學氣相沉積工藝制造出低水峰光纖，并可打通擴展波段(1360nm-1460nm)的通信窗口，提高單模光纖的通信容量，降低系統(tǒng)成本。該方法克服了傳統(tǒng)MCVD光纖預制棒制造工藝的缺陷，可降低光纖預制棒中羥基的含量，提高光纖的抗氫老化性能。
本發(fā)明方法有兩種，具體闡述如下本發(fā)明的第一種低水峰光纖的制造方法，包括步驟將高純氧、含氟氣體，在氫氧焰的作用下與石英基管內壁發(fā)生反應，進行火焰拋光及腐蝕，降低甚至消除石英基管內壁的羥基含量并形成清潔、平滑的管內表面；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入石英基管，在1500至2000攝氏度溫度下發(fā)生反應，直接在石英基管內壁上沉積并玻璃化以形成低羥基含量的阻擋層；用高純氦氣對沉積管內進行吹掃，然后通入含氘氣體和氦氣進行氘氫置換反應，同時氘原子占據阻擋層內石英玻璃中的非橋氧懸鍵，減少阻擋層內羥基擴散的幾率；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入沉積管，在1500至2000攝氏度溫度下發(fā)生反應，在沉積管的阻擋層內直接形成玻璃化的低羥基含量并具有適當厚度的包層；將含氟氣體、SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入已經形成包層的沉積管，在1200至1500攝氏度溫度下發(fā)生反應，在包層內沉積一定厚度的疏松結構粉末狀石英材料；然后向沉積管內通入氯氣和氦氣對粉末狀石英材料進行脫水處理；經過高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，在1100至1200攝氏度溫度下進行氘氫置換反應，同時氘原子占據粉末狀石英材料中的非橋氧懸鍵；對疏松結構的粉末狀石英材料在1500至2000攝氏度溫度下進行玻璃化；反復進行上述沉積疏松粉末狀石英材料、脫水、氦氣吹掃、氘氫置換、玻璃化步驟，直至形成極低羥基含量的適當厚度的芯層；在高純氦氣、與含氘氣體或氯氣混合氣體的環(huán)境下，及2000至2300攝氏度溫度下，將已經形成阻擋層、包層、芯層的沉積管進行熔融處理，形成實心的光纖預制件；采用套管工藝或外部氣相沉積(OVD)工藝經過脫水燒結后在光纖預制件外形成保護層，形成光纖預制棒；將光纖預制棒拉絲形成預定尺寸的低水峰光纖。
本發(fā)明的第二種低水峰光纖的制造方法，包括步驟將高純氧、含氟氣體，在氫氧焰的作用下與石英基管內壁發(fā)生反應，進行火焰拋光及腐蝕，降低甚至消除石英基管內壁的羥基含量并形成清潔、平滑的管內表面；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入石英基管，在1200至1500攝氏度溫度下發(fā)生反應，石英基管內壁上沉積一定厚度的疏松粉末狀石英材料；用高純氦氣對沉積管內疏松粉末狀石英材料進行吹掃，然后通入含氘氣體和氦氣，在1100至1200攝氏度溫度下進行脫水和氘氫置換反應，氘原子占據粉末狀石英材料中的非橋氧懸鍵，減少阻擋層內羥基擴散的幾率；在1500至2000攝氏度溫度下對粉末狀石英材料進行玻璃化處理，形成低羥基含量阻擋層；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入沉積管，在1500至2000攝氏度溫度下發(fā)生反應，在沉積管的阻擋層內直接形成玻璃化的低羥基含量并具有適當厚度的包層；將含氟氣體、SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入已經形成包層的沉積管，在1200至1500攝氏度溫度下發(fā)生反應，在包層內沉積一定厚度的疏松結構粉末狀石英材料；然后向沉積管內通入氯氣和氦氣對粉末狀石英材料進行脫水處理；經過高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，在1100至1200攝氏度溫度下進行氘氫置換反應，氘原子占據粉末狀石英材料中的非橋氧懸鍵；對疏松結構的粉末狀石英材料在1500至2000攝氏度溫度下進行玻璃化；將上述沉積疏松粉末狀石英材料、脫水、氦氣吹掃、氘氫置換、玻璃化步驟反復進行，直至形成極低羥基含量的適當厚度的芯層；在高純氦氣、與含氘氣體或氯氣混合氣體的環(huán)境下，及2000至2300攝氏度溫度下，將已經形成阻擋層、包層、芯層的沉積管進行熔融處理，形成實心的光纖預制件；采用套管工藝或外部氣相沉積(OVD)工藝經過脫水燒結后在光纖預制件外形成保護層，形成光纖預制棒；將光纖預制棒拉絲形成預定尺寸的低水峰光纖。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在沉積基管的內壁用含氟氣體進行腐蝕之后，通入含氘氣體進行處理，以消除或降低內壁的羥基含量，并與石英玻璃網絡中的非橋氧懸鍵結合，消除網絡結構缺陷。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在沉積管熔融形成光纖預制件步驟中，當沉積管中心孔的口徑縮小到適當大小時，向中心孔通入高純氧和含氟氣體對中心孔進行腐蝕，腐蝕厚度為0.10至0.20毫米，然后繼續(xù)熔融直至形成實心的光纖預制件。
根據上述兩種制造方法，其特征在于所形成的沉積管中包層與芯層直徑比例為3至6。
根據上述兩種制造方法，其特征在于含氘氣體為氘氣(D2)或重水(D2O)與氦氣(He)、氬氣(Ar)、氮氣(N2)中的一種或多種的混合氣體。
根據上述兩種制造方法，其特征在于含氘氣體中氘氣(D2)的體積含量為0.5％至4％。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在所述光纖預制件外形成所述保護層是通過在光纖預制件外加套羥基含量小于或等于1ppm的石英套管形成。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在所述光纖預制件外形成所述保護層是通過采用外部氣相沉積法在光纖預制件外形成粉末狀材料層，然后經過脫水燒結形成。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在所述沉積芯層的步驟中，每次所述脫水和氘氫置換步驟的時間為30至180分鐘。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在使用所述低水峰光纖制造方法時，環(huán)境溫度控制在15至30攝氏度。
根據上述兩種制造方法，其特征在于在環(huán)境溫度控制為25℃情況下，空氣的相對濕度控制在小于或等于20％的范圍內。
根據上述兩種制造方法，其特征在于所述低水峰光纖制造方法用于降低羥基峰值損耗，不僅適用于制造單模光纖，也適用于制造多模光纖或其它種類光纖。
根據上述兩種制造方法，其特征在于所述低水峰光纖制造方法所制造的低水峰光纖在1310nm波長處的衰減小于0.320dB/km，經過氫老化試驗后測量1383nm波長處的羥基峰值衰減小于1310nm波長處的衰減，其衰減小于0.310dB/km。
根據上述兩種方法，其特征在于所述低水峰光纖制造方法所制造的光纖進行氫老化試驗后，1383nm衰減系數增加量小于0.010dB/km。
本發(fā)明低水峰光纖制造方法的原理如下該制造方法分為兩步過程，首先是沉積，然后是成棒。采用MCVD(改進的化學氣相沉積)工藝技術，在一定的環(huán)境溫度(15℃～30℃)和濕度(25℃時，相對濕度小于或等于20％)與潔凈度(1000級，即美國聯邦標準設定的潔凈級別M4.5)的條件下，將一定比例和流量的原材料氣體SiCl4、GeCl4、O2、POCl3、氟利昂/SF6、含氘氣體(或氯氣)、氦氣等高純氣體通過密封的純凈導管引入安置在MCVD車床上的低羥基含量的石英玻璃基管中，在氫氧火焰的高溫激發(fā)下原材料氣體發(fā)生化學反應，在石英基管的內壁沉積預定結構的沉積物，然后在一定的脫水劑和(或)腐蝕劑與高純氧氣(或高純氦氣)等混合氣體的作用下熔縮成棒，將具有沉積物的空心玻璃管熔縮為實心的光纖芯棒。利用管套棒(RIT)工藝或者OVD(外部氣相沉積)工藝將芯棒制造成預定尺寸的光纖預制棒。將光纖預制棒送入拉絲爐體中拉絲成預定尺寸的光纖。
本發(fā)明低水峰光纖制造方法其與傳統(tǒng)MCVD工藝的不同之處在于
(1)在沉積開始之前，通入高純氧氣、含氟氣體(氟利昂/SF6)，在氫氧焰的高溫作用下與石英基管發(fā)生反應，降低或甚至消除石英基管內壁的羥基含量；(2)在沉積基管的內壁用含氟氣體進行腐蝕之后，通入含氘氣體與氦氣進行處理，以消除或降低內壁的羥基含量，并與石英玻璃網絡中的非橋氧懸鍵結合，消除網絡結構缺陷；(3)沉積基管的內壁經含氟氣體腐蝕后，在含氯氣與氦氣的混合氣氛下，在1200℃～1500℃溫度范圍內沉積一定厚度的疏松結構的粉末(soot)，高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，在1100℃～1200℃溫度下進行30分鐘～180分鐘的脫水及氘氫(D-H)交換，然后在1500℃～2000℃溫度范圍內將Soot玻璃化，從而制造低羥基含量及低結構缺陷的高質量阻擋層，以阻止羥基由外部向內部的擴散。
(4)向石英基管中通入SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣、氦氣等混合氣體，在1500℃～2000℃溫度下發(fā)生反應，直接生成玻璃化的低羥基含量的包層材料。沉積的包層直徑2b與芯層直徑2a的比值(2b/2a)在3～6之間。
(5)在沉積過程中，通入氧氣、含氟氣體、SiCl4、POCl3、GeCl4、含氯氣體及氦氣等氣體的混合物，在1200℃～1500℃溫度下在反應管內壁沉積一定厚度的粉末(Soot)，然后在Cl2與氦氣的作用下，對沉積的Soot進行脫水與降低羥基含量；高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體進行氘氫交換與消除網絡缺陷；經過充分脫水干燥、及氘與氫的交換后，在1500℃～2000℃溫度下使干燥后的Soot玻璃化(即形成透明的玻璃)。在沉積光纖芯層時尤其采用該“三步法工藝”(即先沉積Soot--脫水氘氫交換(D-H)--再玻璃化(vetrification))沉積極低羥基的含量高質量芯層，以保證低水峰光纖的實現。
(6)在預制棒熔縮工藝過程中，當預制棒中心的孔徑縮小到適當大小的時候，通入由高純氧氣和含氟氣體組成的混合氣體對中心孔的內壁進行腐蝕，腐蝕沉積層厚度控制在0.10～0.20mm。
(7)在熔縮過程中通入氧氣、含氘氣體(或Cl2)的作用下，將沉積完成的石英管熔縮為實心的光纖預制棒。
(8)該低水峰光纖具有較強的抗氫致衰減的能力，氫老化后1383nm衰減系數增加量小于0.010dB/km，且1383nm衰減系數低于1310nm波長處的衰減系數。
(9)該含氘混合氣體，可以是氘氣(或重水D2O)與氦氣(He)、氮氣(N2)、氬氣(Ar)中的一種或多種。
本發(fā)明低水峰光纖制造方法中的氘氫置換原理如下羥基峰本質上是由于羥基(O-H)化學鍵伸縮或彎曲振動引起的諧波造成的吸收峰，O-H鍵的伸縮振動可以近似認為是簡諧振動，根據簡諧振動的頻率計算公式v=12πKμ-----(4)]]>其中μ是成鍵兩原子的約化質量，μ＝m1*m2/(m1+m2)，m1和m2分別是兩原子的質量；K是兩原子所成鍵的鍵力常數，可以近似地認為與鍵能的大小成正比。
分子中的氫原子(H)被它的同位素氘(D)原子取代后，幾乎不影響原子間距離和化學鍵力常數(K)，用較重的D原子代替H原子，使約化質量增加，振動基頻降低，各次諧波的頻率都隨之降低，即振動吸收波長增大。氘原子替代氫原子后，水峰向長波長方向移動，其振動吸收峰移到了1600nm以上的波長范圍內，O-H與O-D的振動吸收峰見表1。
表1 OH和OD的振動吸收峰的對比

制造光纖預制棒所用原材料如四氯化硅、四氯化鍺、三氯氧磷、以及各種反應氣體都不可避免地含有一定量的羥基(包括物理吸附的水分子H2O和化學吸附水β-OH)，為此，在沉積過程中，通入石英基管中的脫水氣體及可替代氫的含氘氣體，與各種形式的水發(fā)生化學反應。具體化學反應如下(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)以上只表示了硅羥基的化學反應，鍺羥基存在類似的化學反應，在氟化物與含氘氣體與OH反應時，一方面與氫反應生成氣體排出，另一方面取代氫原子的位置，減少石英玻璃中的羥基含量。
本發(fā)明的另一目的，消除石英玻璃網絡中的結構缺陷，提高石英玻璃光纖的抗氫致衰減能力。在石英玻璃光纖內的主要的缺陷結構是Si-O··O-Si，被稱為非橋氧空心缺陷，當大氣環(huán)境中或者光纜材料析出的氫氣擴散滲透入光纖內時，與熱力學不穩(wěn)定態(tài)的缺陷結構發(fā)生反應，形成硅羥基，反應如下(8)這造成了氫損后附加損耗的增加。含氘氣體一方面可以降低或消除石英玻璃中的羥基，另一方面可以與玻璃網絡中的非橋氧的懸鍵結合，減少或消除石英玻璃中的結構缺陷，避免了氫原子與非橋氧懸鍵的結合，從而提高光纖的抗氫致衰減能力。
本發(fā)明的有益效果在于第一，用本發(fā)明提供的方法制造的單模光纖在1310nm波長處的衰減系數小于0.320dB/km，氫老化試驗后測量1383nm波長處的羥基峰衰減系數小于1310nm波長處的衰減，其衰減系數小于0.310dB/km。第二，用本發(fā)明提供的方法制造的單模光纖具有優(yōu)越的抗氫致衰減特性，按照IEC氫損測試規(guī)范進行光纖氫損試驗，氫老化后該光纖1383nm衰減系數增加量小于0.010dB/km，具有優(yōu)良的抗環(huán)境氫氣的影響能力。第三，本發(fā)明利用MCVD光纖預制棒制造設備的優(yōu)越性，特別適合降低沉積物中的羥基含量，尤其適合沉積極低羥基含量的芯層，制造低水峰光纖。第四，該光纖大大拓展了光通信系統(tǒng)的工作波長范圍與傳輸容量，可降低系統(tǒng)成本。第五，該方法適于大規(guī)模生產低水峰光纖，制造方法簡單，生產成本低。


圖1本發(fā)明方法所采用的改進化學氣相沉積(MCVD)設備的示意圖；圖2本發(fā)明方法所采用的改進化學氣相沉積(MCVD)另一設備的示意圖；圖3采用本發(fā)明方法制造的低水峰單模光纖預制棒的折射率剖面示意圖；圖4采用本發(fā)明方法制造的低水峰光纖的衰減譜；圖5采用本發(fā)明方法制造的低水峰光纖經過氫老化試驗后的衰減譜圖形。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細的描述本發(fā)明的低水峰光纖制造方法和所使用的設備本發(fā)明所涉及的MCVD光纖預制棒制造設備示意圖如圖1、圖2所示，其中容器1、容器2、容器3中分別盛裝SiCl4(標記為D)、GeCl4(標記為E)、POCl3(標記為F)高純原材料，在載氣高純氧A的攜帶下與其它反應氣體，如容器4中的含氘氣體(標記為B)或容器10中的含氘氣體(標記為H)、含氟氣體(標記為C)等氣體，混合后通過潔凈密封的管道11與旋轉密封接頭6進入安置在MCVD車床5上的石英基管9中。在從燈具7中噴出的氫氧火焰8的高溫作用下，含氟氣體與石英管內壁中的羥基進行反應，脫去石英基管內壁中的羥基，降低基管內壁羥基含量，以消除或降低石英管內壁中羥基向沉積層中的擴散。
為了阻礙外部羥基向沉積物內部的擴散，本發(fā)明向石英基管中通入SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣、氦氣等混合氣體，在1500℃～2000℃溫度下發(fā)生反應，直接生成玻璃化的低羥基含量阻擋層。高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，進行氘氫交換，氘原子占據了石英玻璃網絡中非橋氧懸鍵，避免了或減少了氫原子占據網絡中結構缺陷的機會，減小了羥基向內部擴散的幾率。
為了進一步阻礙外部羥基向沉積物內部的擴散，為了更好地脫去石英沉積物網絡中的羥基，本發(fā)明方法調整沉積溫度在1200℃～1500℃左右，SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣、氦氣等混合氣體反應后在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的粉末(Soot)。高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體、氦氣對Soot進行脫水及氘氫交換，脫水溫度在1100℃～1200℃范圍內。充分脫水與氘氫交換后的Soot在1500℃～2000℃溫度下進行玻璃化，形成致密的羥基阻擋層。
為了阻礙外部羥基向沉積物內部的擴散，減小羥基對光纖芯層的影響，本發(fā)明沉積足夠厚度的低羥基包層，向石英基管中通入SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣、氦氣等混合氣體，在1500℃～2000℃溫度下發(fā)生反應，直接生成玻璃化的低羥基含量的包層材料。該包層材料直徑為圖3中2b，它與芯層直徑2a的比值(2b/2a)在3～6之間。
為了獲得極低羥基含量、高質量的光纖芯層，本發(fā)明方法在沉積光纖芯層時采用“三步法工藝”，即生成粉末狀(Soot)材料、脫水與氘氫交換、玻璃化(Vetrification)。具體步驟為先在1200℃～1500℃左右溫度下，通入SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧、氯氣、氦氣等混合氣體反應后在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的粉末(Soot)。高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，在1100℃～1200℃溫度下進行30分鐘～180分鐘的脫水及氘氫(D-H)交換。充分脫水后的疏松結構的粉末在1500℃～2000℃溫度下進行玻璃化，形成極低羥基含量的高質量芯層材料。
為了保證低羥基含量的沉積層不被污染，在隨后的熔縮工藝過程中，為進一步減少沉積物及原材料中的羥基含量，在2000℃～2300℃的溫度下，在高純氦氣、含氘氣體或氯氣等混合氣體作用下進行熔縮成棒，直到空心預制件熔縮為實心的光纖預制件。
為了確保芯層最中間部分的質量，即低羥基含量，本發(fā)明在沉積管熔縮工藝過程中，當沉積管中心的孔徑縮小到適當大小的時候，通入由高純氧和含氟氣體組成的混合氣體對中心孔的內表面進行腐蝕，腐蝕沉積層厚度控制在0.10～0.20mm。
實心的光纖預制件選擇合適純度例如羥基含量小于或等于1ppm的石英套管，或采用外部氣相沉積(OVD)工藝外包一層粉末狀材料(Soot)，經過脫水燒結后，形成本發(fā)明的光纖預制棒。然后拉絲成預定尺寸的光纖即為低水峰光纖。
本發(fā)明中含氘氣體包括高純氘氣(D2)或重水(D2O)，與高純氦氣(He)、高純氬氣(Ar)、高純氮氣(N2)中的一種或多種的混合。圖2中重水的載氣(標記為I)為氦氣或高純氧氣或氬氣等氣體中的一種或多種。本發(fā)明反應中生成的尾氣由輸氣管道(標記為G)導入尾氣處理裝置，不會對環(huán)境產生污染。
圖4為本發(fā)明制造的低水峰光纖的衰減譜，該光纖1310nm的衰減系數為0.311dB/km，1383nm的衰減系數為0.298dB/km，1550nm的衰減系數為0.188dB/km。按照IEC氫老化測試規(guī)范，在室溫條件下將光纖置于氫氣分壓為0.01的氣氛中，連續(xù)監(jiān)測光纖在1240nm波長處的衰減變化。當1240nm波長處的衰減增加大于或等于0.03dB/km后將光纖從氫老化試驗裝置中取出，14天后測試1383nm波長處的衰減系數。該光纖經過氫老化試驗后測試的衰減譜見圖5，測試表明，1383nm衰減系數為0.305dB/km，即1383nm的附加損耗為0.008dB/km，具有較強的抗氫致衰減能力。
實施例一在溫度為25℃、干燥空氣提供的相對濕度為5％、潔凈度為1000級(即美國聯邦標準設定的潔凈級別M4.5)的生產車間中，將高純原材料氟利昂/SF6、高純氧氣混合氣體通過密封管道導入安置在MCVD沉積車床上的羥基含量為10ppb的石英基管中，在1800℃溫度下對石英基管的內壁進行腐蝕與脫羥基反應，以降低石英基管內壁的羥基含量。然后，通入高純SiCl4、POCl3、高純氧氣、氯氣、氦氣的混合氣體，在1350℃溫度下混合氣體發(fā)生反應在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的粉末(Soot)。隨后，在1180℃溫度下，高純氦氣吹掃后，通入4％體積含量的氘氣(4％D2+96％He)混合氣對沉積在石英基管內壁的Soot進行脫水及氘氫交換，處理時間為30分鐘。充分脫水與氘氫交換后的Soot在1950℃溫度下進行玻璃化，形成致密的羥基阻擋層。
隨后，高純SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧氣、氯氣、氦氣的混合氣體在1950℃溫度下，在基管內壁沉積一定厚度的包層，達到預定的包層直徑與芯層直徑比例。
然后，降低溫度到1350℃，通入高純SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧氣、氯氣、氦氣的混合氣體，在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的光纖芯層粉末(Soot)。高純氦氣吹掃后，在1180℃溫度下，通入4％體積含量的氘氣混合氣對沉積在石英基管內壁的Soot進行脫水與氘氫交換，處理時間為60分鐘。充分脫水與氘氫交換后的Soot在2050℃溫度下進行玻璃化，形成低羥基含量的光纖芯層。采用該“三步法工藝”反復沉積直到達到預定要求的芯層沉積厚度。
芯層沉積、脫水完成后，進入沉積管熔縮工序，在熔縮工序中，為進一步減少沉積物及原材料中的羥基含量，在2000℃～2300℃的溫度下，在高純氦氣、含氘氣體(或氯氣)的混合氣體的保護與作用下，逐漸熔縮空心沉積管。當沉積管中心的孔徑縮小到適當大小(1.5mm左右)的時候，通入由高純氧氣和氟利昂組成的混合氣體對中心孔的內表面進行腐蝕，腐蝕沉積層厚度控制在0.10～0.20mm。然后，迅速將其熔縮成實心的光纖預制件。該光纖預制棒芯層相對折射率差(％)為Δ+＝0.33，Δ-＝-0.06，2b/2a＝5.2。
選擇羥基含量小于或等于1ppm的合適尺寸的石英套管將實心的光纖預制件組合成預定要求的光纖預制棒。然后在拉絲設備上拉絲成預定尺寸的光纖。該光纖的部分技術指標如表2所示表2

實施例二在溫度為25℃、干燥空氣提供的相對濕度為10％、潔凈度為1000級(即美國聯邦標準設定的潔凈級別M4.5)的生產車間中，將高純原材料氟利昂/SF6、高純氧氣的混合氣體通過密封管道導入安置在MCVD沉積車床上的羥基含量為10ppb的石英基管中，在1800℃溫度下對石英基管的內壁進行腐蝕與脫羥基反應，以降低石英基管內壁的羥基含量。然后，通入高純SiCl4、POCl3、高純氧氣、氯氣、氦氣的混合氣體，在1380℃溫度下混合氣體發(fā)生反應在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的粉末(Soot)。高純氦氣吹掃后，在1200℃溫度下，通入以氦氣為載氣的重水(D2O)混合氣，對沉積在石英基管內壁的Soot進行脫水，脫水時間為45分鐘。充分脫水后的Soot在1980℃溫度下進行玻璃化，形成致密的羥基阻擋層。
隨后，高純SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧氣、氯氣、氦氣的混合氣體在1980℃溫度下，在基管內壁沉積一定厚度的低羥基石英包層，達到預定的包層直徑與芯層直徑比例。
然后，降低溫度到1350℃，在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的芯層粉末(Soot)。高純氦氣吹掃后，在1180℃溫度下，通入以氦氣為載氣的重水混合氣對沉積在石英基管內壁的Soot進行脫水與氘氫交換，處理時間為90分鐘。充分脫水與氘氫交換后的Soot在2080℃溫度下進行玻璃化，形成低羥基含量的光纖芯層。采用該“三步法工藝”反復沉積直到達到預定要求的芯層沉積厚度。
芯層沉積、脫水、氘氫交換完成后，進入沉積管熔縮工序，在熔縮工序中。為進一步減少沉積物及原材料中的羥基含量，在2000℃～2300℃的溫度下，在高純氦氣、以氦氣為載氣的重水混合氣(或氯氣)的混合氣體的保護與作用下，逐漸熔縮空心沉積管。當沉積管中心的孔徑縮小到適當大小(2.0mm左右)的時候，通入由高純氧氣和氟利昂組成的混合氣體對中心孔的內表面進行腐蝕，腐蝕沉積層厚度控制在0.10～0.20mm。然后，迅速將其熔縮成實心的光纖預制件。該光纖預制棒芯層相對折射率差(％)為Δ+＝0.32，Δ-＝-0.08，2b/2a＝4.5。
選擇羥基含量小于或等于1ppm的合適尺寸的石英套管將實心的光纖預制件組合成預定要求的光纖預制棒。然后在拉絲設備上拉絲成預定尺寸的光纖。該光纖的部分技術指標如表3所示表3

實施例三在溫度為25℃、干燥空氣提供的相對濕度為15％、潔凈度為1000級(即美國聯邦標準設定的潔凈級別M4.5)的生產車間中，將高純原材料氟利昂/SF6、高純氧氣的混合氣體通過密封管道導入安置在MCVD沉積車床上的羥基含量為10ppb的石英基管中，在1800℃溫度下對石英基管的內壁進行腐蝕與脫羥基反應，以降低石英基管內壁的羥基含量。隨后，在1200℃溫度下，高純氦氣吹掃后，通入2％體積含量的氘氣(2％D2+98％He)混合氣對沉積在石英基管內壁的Soot進行脫水及氘氫交換，處理時間為30分鐘。充分脫水與氘氫交換后的Soot在1950℃溫度下進行玻璃化，形成致密的羥基阻擋層。
隨后，高純SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧氣、氯氣、氦氣的混合氣體在2020℃溫度下，在基管內壁沉積一定厚度的直接玻璃化的包層，達到預定的包層直徑與芯層直徑比例。
然后，降低溫度到1350℃，在石英基管內壁沉積一定厚度的疏松結構的粉末狀(Soot)光纖芯層。高純氦氣吹掃后，在1180℃溫度下，通入2％體積含量的氘氣、氦氣混合氣體對沉積在石英基管內壁的Soot進行脫水與氘氫交換，處理時間為60分鐘。充分脫水與氘氫交換后的Soot在2030℃溫度下進行玻璃化，形成低羥基含量的光纖芯層。采用該“三步法工藝”反復沉積直到達到預定要求的芯層沉積厚度。
芯層沉積、脫水、氘氫交換完成后，進入沉積管熔縮工序，在熔縮工序中，為進一步減少沉積物及原材料中的羥基含量，在2000℃～2300℃的溫度下，在高純氦氣、含氘氣體(或氯氣)的混合氣體的保護與作用下，逐漸熔縮空心沉積管。當沉積管中心的孔徑縮小到適當大小(1.5mm左右)的時候，通入由高純氧氣和氟利昂組成的混合氣體對中心孔的內表面進行腐蝕，腐蝕沉積層厚度控制在0.10～0.20mm。然后，迅速將其熔縮成實心的光纖預制件。該光纖預制棒芯層相對折射率差(％)為Δ+＝0.35，Δ-＝-0.03，2b/2a＝6。
選擇羥基含量小于或等于1ppm的合適尺寸的石英套管將實心的光纖預制件組合成預定要求的光纖預制棒。然后在拉絲設備上拉絲成預定尺寸的光纖。該光纖的部分技術指標如表4所示表4

上述附圖及實施實例僅僅為說明性描述，并不對本發(fā)明的保護范圍形成限制，本發(fā)明保護范圍由權利要求書所限定。
權利要求
1.一種低水峰光纖的制造方法，包括步驟將高純氧、含氟氣體，在氫氧焰的作用下與石英基管內壁發(fā)生反應，進行火焰拋光及腐蝕，降低甚至消除石英基管內壁的羥基含量并形成清潔、平滑的管內表面；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入石英基管，在1500至2000攝氏度溫度下發(fā)生反應，直接在石英基管內壁上沉積并玻璃化以形成低羥基含量的阻擋層；用高純氦氣對沉積管內進行吹掃，然后通入含氘氣體和氦氣進行氘氫置換反應，同時氘原子占據阻擋層內石英玻璃中的非橋氧懸鍵，減少阻擋層內羥基擴散的幾率；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入沉積管，在1500至2000攝氏度溫度下發(fā)生反應，在沉積管的阻擋層內直接形成玻璃化的低羥基含量并具有適當厚度的包層；將含氟氣體、SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入已經形成包層的沉積管，在1200至1500攝氏度溫度下發(fā)生反應，在包層內沉積一定厚度的疏松結構粉末狀石英材料；然后向沉積管內通入氯氣和氦氣對粉末狀石英材料進行脫水處理；經過高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，在1100至1200攝氏度溫度下進行氘氫置換反應，同時氘原子占據粉末狀石英材料中的非橋氧懸鍵；對疏松結構的粉末狀石英材料在1500至2000攝氏度溫度下進行玻璃化；將上述沉積疏松粉末狀石英材料、脫水、氦氣吹掃、氘氫置換、玻璃化步驟反復進行，直至形成極低羥基含量的適當厚度的芯層；在高純氦氣、與含氘氣體或氯氣混合氣體的環(huán)境下，及2000至2300攝氏度溫度下，將已經形成阻擋層、包層、芯層的沉積管進行熔融處理，形成實心的光纖預制件；采用套管工藝或外部氣相沉積(OVD)工藝經過脫水燒結后在光纖預制件外形成保護層，形成光纖預制棒；將光纖預制棒拉絲形成預定尺寸的低水峰光纖。
2.一種低水峰光纖的制造方法，包括步驟將高純氧、含氟氣體，在氫氧焰的作用下與石英基管內壁發(fā)生反應，進行火焰拋光及腐蝕，降低甚至消除石英基管內壁的羥基含量并形成清潔、平滑的管內表面；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入石英基管，在1200至1500攝氏度溫度下發(fā)生反應，石英基管內壁上沉積一定厚度的疏松粉末狀石英材料；用高純氦氣對沉積管內疏松粉末狀石英材料進行吹掃，然后通入含氘氣體和氦氣，在1100至1200攝氏度溫度下進行脫水和氘氫置換反應，氘原子占據粉末狀石英材料中的非橋氧懸鍵，減少阻擋層內羥基擴散的幾率；在1500至2000攝氏度溫度下對粉末狀石英材料進行玻璃化處理，形成低羥基含量阻擋層；將SiCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入沉積管，在1500至2000攝氏度溫度下發(fā)生反應，在沉積管的阻擋層內直接形成玻璃化的低羥基含量并具有適當厚度的包層；將含氟氣體、SiCl4、GeCl4、POCl3、高純氧、氯氣與氦氣的混合氣體按照預定比例和流量通入已經形成包層的沉積管，在1200至1500攝氏度溫度下發(fā)生反應，在包層內沉積一定厚度的疏松結構粉末狀石英材料；然后向沉積管內通入氯氣和氦氣對粉末狀石英材料進行脫水處理；經過高純氦氣吹掃后，通入含氘氣體，在1100至1200攝氏度溫度下進行氘氫置換反應，氘原子占據粉末狀石英材料中的非橋氧懸鍵；對疏松結構的粉末狀石英材料在1500至2000攝氏度溫度下進行玻璃化；反復進行上述沉積疏松粉末狀石英材料、脫水、氦氣吹掃、氘氫置換、玻璃化步驟，直至形成極低羥基含量的適當厚度的芯層；在高純氦氣、與含氘氣體或氯氣混合氣體的環(huán)境下，及2000至2300攝氏度溫度下，將已經形成阻擋層、包層、芯層的沉積管進行熔融處理，形成實心的光纖預制件；采用套管工藝或外部氣相沉積(OVD)工藝經過脫水燒結后在光纖預制件外形成保護層，形成光纖預制棒；將光纖預制棒拉絲形成預定尺寸的低水峰光纖。
3.根據權利要求1或2所述的低水峰光纖的制造方法，其特征在于在沉積基管的內壁用含氟氣體進行腐蝕之后，通入含氘氣體進行處理，以消除或降低內壁的羥基含量，并與石英玻璃網絡中的非橋氧懸鍵結合，消除網絡結構缺陷。
4.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于在沉積管熔融形成光纖預制件步驟中，當沉積管中心孔的口徑縮小到適當大小時，向中心孔通入高純氧和含氟氣體對中心孔進行腐蝕，腐蝕厚度為0.10至0.20毫米，然后繼續(xù)熔融直至形成實心的光纖預制件。
5.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于所形成的沉積管中包層與芯層直徑比例為3至6。
6.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于含氘氣體為氘氣(D2)或重水(D2O)與氦氣(He)、氬氣(Ar)、氮氣(N2)中的一種或多種的混合氣體。
7.根據權利要求6的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于含氘氣體中氘氣(D2)的體積含量為0.5％至4％。
8.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于在所述光纖預制件外形成所述保護層是通過在光纖預制件外加套羥基含量小于或等于1ppm的石英套管形成。
9.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于在所述光纖預制件外形成所述保護層是通過采用外部氣相沉積法在光纖預制件外形成粉末狀材料層，然后經過脫水燒結形成。
10.根據權利要求2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于在所述沉積芯層的步驟中，每次所述脫水和氘氫置換步驟的時間為30至180分鐘。
11.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于在使用所述低水峰光纖制造方法時，環(huán)境溫度控制在15至30攝氏度。
12.根據權利要求11的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于在環(huán)境溫度控制為25℃情況下，空氣的相對濕度控制在小于或等于20％的范圍內。
13.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于所述低水峰光纖制造方法用于降低羥基峰值損耗，不僅適用于制造單模光纖，也適用于制造多模光纖或其它種類光纖。
14.根據權利要求1或2的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于所述低水峰光纖制造方法所制造的低水峰光纖在1310nm波長處的衰減小于0.320dB/km，經過氫老化試驗后測量1383nm波長處的羥基峰值衰減小于1310nm波長處的衰減，其衰減小于0.310dB/km。
15.根據權利要求14的所述低水峰光纖制造方法，其特征在于所述低水峰光纖制造方法所制造的光纖進行氫老化試驗后，1383nm衰減系數增加量小于0.010dB/km。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低水峰光纖的制造方法，特別涉及一種采用改進的化學氣相沉積(MCVD)工藝制造低水峰光纖的方法，采用本發(fā)明方法所制造出的單模光纖在1310nm波長處的衰減系數小于0.320 dB/km，氫老化試驗后測量1383nm波長處的羥基峰衰減系數小于1310nm波長處的衰減系數，其衰減系數小于0.310dB/km。
文檔編號C03B37/02GK1569704SQ20041003780
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月10日 優(yōu)先權日2004年5月10日
發(fā)明者陳偉, 唐仁杰, 李詩愈, 李進延, 陸大方, 成煜, 李海清 申請人:烽火通信科技股份有限公司