專利名稱：利用mcvd法制作光纖預制體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及核心層基本不含羥基基團的光纖預制體的制作方法，其是通過采用改 進的化學氣相沉積法(MCVD)來完成的。
背景技術：
傳統(tǒng)的MCVD方法，將一石英管放置在車床上，然后一面旋轉石英管一面將反應氣 體與氧氣一起流入石英管，從而形成Si04、GeC14、和P°C 13等粉塵。同時，噴燈在管外沿著 管的軸線方向往復運動，從而提供高于1600°C的溫度，使得流過管的氣體充分反應。然而， 在傳統(tǒng)的MCVD方法中，當形成多個包覆層和核心層之后，則產(chǎn)生了其中摻有雜質成分羥基 基團(OH)這一問題。實際上，流過管的反應氣體通常包含少量的水蒸氣，在高溫下，該水蒸 氣被管內生成的沉積層的表面所吸附，從而使Si和OH產(chǎn)生結合。然而，現(xiàn)有技術中粉塵的沉積和燒結是通過在MCVD中利用噴燈的連續(xù)過程來實 現(xiàn)的，因此，如果不進行單獨的脫水處理，則幾乎不可能除去包覆層或核心層中作為雜質的 羥基基團(OH)。原因在于盡管MCVD方法在高溫下進行，但通過化學反應得到的粉塵中含有 作為雜質的羥基基團(OH)，其與Si穩(wěn)定結合并存在于其中。另一方面，對光纖必不可少的光學損失包括由于密度和光纖預制體構造的差別 造成的瑞里散射損失、原子水平的電子躍遷能量吸收造成的紫外吸收損失、晶格振動中的 能量吸收造成的紅外線吸收損失、由于羥基基團(OH)振動造成的羥基基團吸收損失、以及 宏觀彎曲損失(bending loss)。

發(fā)明內容
為了解決上述弊端，提供一種利用MCVD法制作光纖預制體的方法，該方法包括下 述步驟(1)通過在石英管內表面沉積含有Si02和Ge02的粉塵，形成具有相對較低折射 率的包覆層；以及( 在包覆層上形成具有相對較高折射率的核心層，其中核心層的形成 步驟包括(a)基礎核心層形成步驟，該步驟包括堆積步驟對石英管進行加熱使得石英管 中的溫度達到1000°C 1400°C，同時引入用于形成粉塵的反應氣體和載體氣體，然后在 包覆層上堆積粉塵，從而產(chǎn)生粉塵；脫水步驟加熱石英管使石英管的溫度達到600°C 1200°C，并將脫水氣體引入石英管中，從而除去粉塵和管中所含的羥基和水蒸氣；以及燒 結步驟加熱粉塵沉積的石英管使石英管內的溫度超過1700°C，從而燒結粉塵并使之玻璃 化；以及(b)補充核心層形成步驟通過至少重復一次(a)中的堆積步驟、脫水步驟以及燒 結步驟從而形成至少一層補充的核心層。
具體實施例方式1.包覆層的形成步驟首先旋轉羥基基團(OH)的濃度小于500ppb的石英管，將用于形成諸如SiC14、GeC14和PC13粉塵的反應氣體和氧氣相混合的混合氣體吹入管中。當將混合氣體吹入管中 時，利用熱源加熱管，使得管中溫度高于1700°C。由于石英管表面的熱量使得引入的反應氣體被氧化從而制備粉塵30a。粉塵30a 在管內朝著具有相對較低溫度的區(qū)域移動，然后通過熱遷移的方式在管的內表面堆積。至 少一層包覆的粉塵粒子層在石英管的內表面上堆積。此外，熱源移動，從而在堆積過程之后 燒結堆積在管內表面的粉塵使其玻璃化，形成燒結成層。上述的堆積和燒結過程形成了單 個包覆層，重復上述步驟直至得到所需厚度的包覆層。這時，石英管優(yōu)選以20rpm IOOrpm 的旋轉速度進行旋轉。如果石英管的旋轉速度小于等于20rpm，則粉塵不能以均勻的厚度進 行堆積。此外，如果石英管的旋轉速度大于等于lOOrpm，則粉塵的堆積速度將降低。還優(yōu)選 熱源以小于500mm/min的速度沿石英管的縱向移動。如果熱源20的速度大于500mm/min， 則在管內表面沉積的粒子不能均勻地燒結，從而導致沉積表面變形。2.核心層的形成步驟(1)基礎核心層的形成將用于形成諸如SiC14、GeC14和P°C 13粉塵的反應氣體與氧氣的混合氣體吹入已 經(jīng)形成包覆層的石英管中，同時用熱源加熱管，使得管內溫度在1000°c 1400°C范圍內。同時，優(yōu)選熱源以小于500mm/min的速度沿石英管的縱向移動。如果熱源的速度 大于500mm/min，則引入管中的氧氣和反應氣體不能充分反應，從而不能充分生成Si02和 Ge02以形成沉積層。引入反應氣體通過石英管傳導的加熱方式而生成粉塵。然后該粉塵移 動至管中溫度相對較低的區(qū)域，然后通過熱遷移方式堆積在包覆層上。這時，石英管優(yōu)選以 20rpm IOOrpm的旋轉速度進行旋轉。如果石英管的旋轉速度小于等于20rpm，則粉塵不 能以均勻的厚度堆積。此外，如果石英管的旋轉速度大于等于lOOrpm，則粉塵的堆積速度將 降低。在石英管內表面上形成粉塵的基礎核心層之后，進行脫水步驟。將包括氦氣(He)、氯氣(Cl》和氧氣(0 的脫水氣體吹入粉塵堆積的石英管中， 同時熱源一面沿著脫水氣體吹入的方向移動一面加熱。這時，石英管的溫度優(yōu)選保持在 600°C 1200°C范圍內。如果石英管的溫度超過1200°C，由于粉塵粒子的集結使得粉塵粒 子的數(shù)目降低，造成粉塵形成一頸圈。結果是粉塵粒子的直徑增加，而存在于粉塵粒子之間 作為羥基基團(OH)的分散通道的孔洞，比石英管的溫度保持在600°C 1200°C范圍內時 消失得更快。換言之，由于粉塵的生長速度比存在于孔洞中的羥基基團(OH)的分散速度更 快，因此羥基基團(OH)未從粉塵中分散出去而是在其中被捕獲。因此，為了有效氣化粉塵，包覆層或石英管中存在的羥基基團(OH)和水蒸氣，并 防止羥基基團(OH)在此被捕獲，脫水溫度優(yōu)選保持在600°C 1200°C范圍內。此外，熱源優(yōu)選以小于500mm/min的速度沿著石英管的縱向移動。如果熱源的速 度大于500mm/min，則引入管中的脫水氣體不能與水蒸氣或羥基基團(OH)充分反應，因而 不能充分除去存在于粉塵堆積層或管中的水蒸氣或羥基基團(OH)。脫水步驟完成后，石英 管經(jīng)過燒結步驟而變成中空的預制體，其中形成了包覆層和基礎核心層。換言之，脫水步驟 完成后，熱源移動，使得管的溫度保持在1700°C以上，這時堆積在包覆層上的粉塵被燒結并 玻璃化，從而形成新的燒結層。(2)補充核心層的形成盡管在基礎核心層上可以只形成一層補充核心層，但優(yōu)選在基礎核心層上形成至少兩層補充核心層。也可利用與形成基礎核心層類似的過程，通過重復進行堆積步驟、脫水 步驟以及燒結步驟來形成補充核心層。中空預制體可通過進行包覆層形成步驟以及核心層 形成步驟來制作，其中核心層形成步驟中的堆積過程、脫水過程和燒結過程要重復幾次。然 后將中空的預制體通過公知的熔縮步驟(collapsing step)制備為光纖預制棒。可利用同 樣的裝置和同樣的熱源相繼完成包覆層的形成步驟、核心層的形成步驟和熔縮步驟。在本發(fā)明中，可對用于包覆層形成步驟、核心層形成步驟和熔縮步驟中使用的熱 源進行多種改進。例如，可采用氧-氫噴燈、等離子噴燈和電阻爐作為熱源。包含于管中的羥基基團(OH)和由于氧/氫噴燈的作用而滲入管中的羥基基團 (OH)可分散進入核心層，因此為避免羥基基團(OH)侵入核心層，優(yōu)選在包覆層沉積步驟中 沉積較厚的包覆層。例如，熔縮步驟后包覆層和核心層的外徑比率優(yōu)選大于2. 0，光纖預制 體的包覆層和核心層的最終直徑比率優(yōu)選大于3.0。這時，核心層優(yōu)選具有不小于6. Omm的厚度，包覆層優(yōu)選具有不小于12. Omm的厚 度，光纖預制體優(yōu)選具有不小于20. Omm的厚度。與傳統(tǒng)的單模光纖相比，按照本發(fā)明的方法制作的光纖中，由羥基基團(OH)在 1385nm波長下造成的光學損失顯著降低至低于0. 33dB/Km，在1310nm和1550nm波長下由 散射造成的光學損失也分別降低至低于0. 34dB/Km和0. 20dB/Km。根據(jù)本發(fā)明的方法制作的光纖預制體中的氫離子濃度小于lppb。因此，利用該預 制體制造的光纖在1340nm 1460nm波長范圍內的光學損失可小于0. 33dB/Km，該值低于在 光學傳輸系統(tǒng)中通常使用的1310nm波長處的光學損失。本發(fā)明不限于上述實施例，在本發(fā)明的構思范圍內，根據(jù)上述說明書的描述，本領 域的普通技術人員還可做出一些顯而易見的改變，但這些改變均應落入本發(fā)明權利要求的 保護范圍之內。
權利要求
1. 一種利用MCVD法制作光纖預制體的方法，該方法包括下述步驟(1)通過在石英 管內表面沉積含有Si02和Ge02的粉塵，形成具有相對較低折射率的包覆層；以及(2)在 包覆層上形成具有相對較高折射率的核心層，其中核心層的形成步驟包括(a)基礎核心 層形成步驟，該步驟包括堆積步驟對石英管進行加熱使得石英管中的溫度達到1000°C 1400°C，同時引入用于形成粉塵的反應氣體和載體氣體，然后在包覆層上堆積粉塵，從而產(chǎn) 生粉塵；脫水步驟加熱石英管使石英管的溫度達到600°C 1200°C，并將脫水氣體引入石 英管中，從而除去粉塵和管中所含的羥基和水蒸氣；以及燒結步驟加熱粉塵沉積的石英 管使石英管內的溫度超過1700°C，從而燒結粉塵并使之玻璃化；以及(b)補充核心層形成 步驟通過至少重復一次(a)中的堆積步驟、脫水步驟以及燒結步驟從而形成至少一層補 充的核心層。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用MCVD法制作光纖預制體的方法，其中光纖預制體的核心層基本不含羥基基團(氫離子濃度小于1ppb)，由該預制體制造的光纖在1340nm至1460nm波長范圍內的光學損失小于0.33dB/km。
文檔編號C03B37/014GK102120684SQ20101050475
公開日2011年7月13日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權日2010年10月13日
發(fā)明者孫義興, 廖鄭洪, 張華 , 張臘生, 李濤, 李炳惠, 許建國, 謝河彬, 譚會良, 陳曲 申請人:成都亨通光通信有限公司