專利名稱：制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光波導(dǎo)光纖領(lǐng)域，尤其涉及一種光波導(dǎo)預(yù)制棒和制備該光波導(dǎo)預(yù)制棒的方法，由所述制備光波導(dǎo)預(yù)制棒的方法制備低水峰光波導(dǎo)光纖。
背景技術(shù)：
電信行業(yè)的主要目標(biāo)是以更短的時(shí)間在更長(zhǎng)的距離上傳輸更大量的信息。用戶和系統(tǒng)資源對(duì)電信系統(tǒng)的使用逐漸有了顯著的增加。這導(dǎo)致需要增大用于長(zhǎng)距離攜帶信息的介質(zhì)中的帶寬，尤其是包含在電信電纜中的光波導(dǎo)光纖。光波導(dǎo)光纖的帶寬與多種因素有關(guān)，諸如透射(transmission)波長(zhǎng)處光纖的衰減。由于吸收了透射光，光纖的導(dǎo)光區(qū)域中出現(xiàn)的雜質(zhì)將提高光纖的衰減。其中尤其明顯 的是由羥自由基(OH)導(dǎo)致的衰減，其在制備過程中能與光纖結(jié)構(gòu)鍵合。光纖的導(dǎo)光區(qū)域中出現(xiàn)的OH鍵能夠?qū)е滤p增加，衰減的峰值(通常也可稱為水峰)在約1380nm的窗口中。通常將1380nm的窗口的波長(zhǎng)限定在約1330nm到約1470nm的范圍內(nèi)，其中峰值衰減效應(yīng)通常出現(xiàn)在1383nm附近。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及以高生產(chǎn)效率制備大的低水玻璃態(tài)光波導(dǎo)芯預(yù)制棒(core perform)的方法。玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒用于制備低水峰光波導(dǎo)光纖。還描述了摻雜型娃質(zhì)產(chǎn)品的制備。此處所描述的所有方法都同樣可以用于制備非摻雜型硅質(zhì)產(chǎn)品，在該情況中二氧化硅基的反應(yīng)產(chǎn)物不包含摻雜物。一方面涉及制備多孔芯體的方法，該方法包括步驟在氧化介質(zhì)中使流動(dòng)的流體混合物的至少一些成分與至少一個(gè)玻璃形成的前體化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)形成二氧化硅基的反應(yīng)產(chǎn)物。收集或沉積包含氫氧鍵的至少一部分反應(yīng)產(chǎn)物，以形成二氧化硅基的多孔芯體，該多孔芯體優(yōu)選地包括諸如二氧化鍺的摻雜物。通常將形成的多孔芯體放置到爐子中進(jìn)行熱處理，在該過程中，可使氣體混合物通過該爐子，從而烘干和壓緊多孔芯體。在另一個(gè)方面中，將兩種二氧化硅基的煙塵涂覆沉積到餌棒上，以形成多孔芯預(yù)制棒，其中第一種包含摻雜物，第二種不包含摻雜物。隨后將多孔芯預(yù)制棒進(jìn)行化學(xué)烘干和燒結(jié)以形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒。在另一方面，制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法包括多個(gè)步驟。第一，將二氧化硅基的芯材料沉積到包括轉(zhuǎn)動(dòng)餌棒的沉積靶標(biāo)上，從而優(yōu)選形成基本為固態(tài)的、圓柱形的初始芯煙塵預(yù)制棒。優(yōu)選地，初始芯預(yù)制棒的一端由該餌棒夾持、其相對(duì)端是自由端。隨后，通過往復(fù)式(例如，沿著靶標(biāo)的縱向長(zhǎng)度來(lái)回往復(fù))沉積在靶標(biāo)上沉積其它二氧化硅基的芯材料。隨后通過往復(fù)式沉積在靶標(biāo)上沉積包覆材料，以形成最終芯預(yù)制棒。隨后，烘干和燒結(jié)最終芯預(yù)制棒的至少一部分，以形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒。優(yōu)選地，在初始軸向沉積之后且在往復(fù)式沉積之前，靠近或臨近初始芯預(yù)制棒的相對(duì)端設(shè)置手柄。在隨后的往復(fù)式沉積中，將位于預(yù)制棒的相對(duì)端處的手柄和棒隨后作為靶標(biāo)的一部分進(jìn)行處理。在另一方面中，制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法包括多個(gè)步驟。第一，將二氧化硅基的芯材料沉積到包括轉(zhuǎn)動(dòng)餌棒的沉積靶標(biāo)上，以形成優(yōu)選的基本為圓柱形的、固態(tài)的初始芯煙塵預(yù)制棒。優(yōu)選地，初始芯預(yù)制棒的一端由餌棒夾持、而其相對(duì)端是自由端。在圓柱形的、固態(tài)的初始芯預(yù)制棒形成的同時(shí)，沉積其它二氧化硅基的芯材料到靶標(biāo)上。如果需要，通過往復(fù)式沉積將其它二氧化硅基的芯材料沉積到靶上。隨后，通過往復(fù)式沉積沉積包覆材料到靶標(biāo)上，以形成最終煙塵芯預(yù)制棒。隨后，烘干和燒結(jié)最終煙塵芯預(yù)制棒的至少一部分，以形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒。在另一方面中，制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法包括多個(gè)步驟。第一，沉積二氧化硅基的材料到包括轉(zhuǎn)動(dòng)餌棒的沉積靶標(biāo)上，以形成基本為圓柱形的初始芯預(yù)制棒。優(yōu)選地，初始芯預(yù)制棒的一端由餌棒夾持、而其相對(duì)端是自由端。隨后，通過往復(fù)式沉積沉積包覆材料到靶標(biāo)上，以形成最終芯預(yù)制棒。隨后，烘干和燒結(jié)最終芯預(yù)制棒的至少一部分，以形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒。在使得光纖在1380nm波長(zhǎng)處的衰減小于O. 35dB/km、優(yōu)選小于O. 31dB/km的條件下實(shí)施烘干和燒結(jié)步驟。在另一方面中，將玻璃態(tài)芯預(yù)制棒回火形成玻璃態(tài)芯棒，其用作襯底，用于通過OVD方法進(jìn)一步沉積包覆二氧化硅煙塵，以形成多孔光波導(dǎo)預(yù)制棒。化學(xué)烘干和燒結(jié)多孔光波導(dǎo)預(yù)制棒，以形成玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒，從而使得由這些預(yù)制棒制成的光波導(dǎo)光纖在··1380nm的測(cè)量波長(zhǎng)處的光衰減小于O. 35dB/km、優(yōu)選小于O. 31dB/km。在另一方面中，玻璃態(tài)芯預(yù)制棒包括摻雜的中心線區(qū)域，設(shè)置該中心線區(qū)域的尺寸以適用于形成能夠回火形成光波導(dǎo)光纖的玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒，其中，由這些預(yù)制棒制成的光波導(dǎo)光纖在1380nm的測(cè)量波長(zhǎng)處的光衰減小于O. 35dB/km、優(yōu)選小于O. 31dB/km。與本領(lǐng)域的已知方法相比，此處所公開的方法能夠產(chǎn)生多個(gè)有益效果，包括如下所示I.用于芯預(yù)制棒生產(chǎn)的傳統(tǒng)OVD方法要求使用可拆裝的襯底，該襯底形成中心線孔；在烘干和燒結(jié)之后，這些孔仍保留在玻璃態(tài)芯預(yù)制棒中。水峰大部分由光纖制備過程中玻璃中所捕獲的水造成，在OVD工藝的情況下，在孔關(guān)閉之前，在中心線孔區(qū)域中捕獲了大部分的水。在中心線孔中捕獲水的最主要的原因是，當(dāng)玻璃暴露在包含了含氫化合物(例如但不限于水)的氛圍中時(shí)，玻璃回潮。本發(fā)明生產(chǎn)的芯預(yù)制棒在芯區(qū)域中沒有中心線孔，消除了回潮產(chǎn)生的可能。2.在用于芯棒生產(chǎn)的傳統(tǒng)OVD方法中，在芯棒回火處理過程中，通過沿中心線孔應(yīng)用真空來(lái)關(guān)閉芯預(yù)制棒中的中心線孔。由于在孔的不完全關(guān)閉過程中沿中心線將產(chǎn)生空洞或氣泡，因此常規(guī)的方法能導(dǎo)致芯棒損失。另外，孔關(guān)閉過程可能是非圓形的，從而有可能影響光纖質(zhì)量。本發(fā)明沒有這些問題。3.芯預(yù)制棒中心線孔的常規(guī)關(guān)閉通常需要使用中空的二氧化硅手柄、磨口玻璃接頭、真空泵以及相關(guān)的管件。在本發(fā)明中，由于不存在孔要關(guān)閉，因此可以省去與孔關(guān)閉有關(guān)的成本和難題。4.中心線孔的關(guān)閉通常導(dǎo)致芯棒的折射率分布出現(xiàn)陡降。此處公開的方法產(chǎn)生更加均勻的折射率分布，因?yàn)槠淇梢韵凵渎史植嫉闹行奶幊霈F(xiàn)的陡降。5.在一個(gè)方面，通過連續(xù)實(shí)施VAD芯沉積、OVD芯沉積、OVD包覆沉積步驟后獲得的玻璃態(tài)預(yù)制棒可以直接回火形成光纖，而不需要額外的回火為棒以及進(jìn)一步再包覆的步驟。該方法減少了一系列處理步驟，相應(yīng)地減少了制備成本。
所公開的方法結(jié)合了在中心線區(qū)域通過VAD方法與在非中心線區(qū)域中通過OVD方法制備芯預(yù)制棒的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括高沉積速率、預(yù)制棒穩(wěn)定性、大的預(yù)制棒尺寸、以及預(yù)制棒的中心線區(qū)域外的高沉積效率。而且，多孔芯預(yù)制棒為多孔結(jié)構(gòu)，沒有中心線孔，這使得芯預(yù)制棒能夠整體進(jìn)行化學(xué)烘干，不會(huì)出現(xiàn)芯預(yù)制棒的中心線區(qū)域內(nèi)的回潮問題。相應(yīng)地，由該光波導(dǎo)預(yù)制棒制成的光波導(dǎo)光纖在1380nm處的水峰非常小，從而與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)OVD方法制備的光波導(dǎo)光纖相比，在1380nm附近的窗口中表現(xiàn)出低得多的衰減，而通常只有通過VAD芯預(yù)制棒制成的光纖才能達(dá)到該值。由本發(fā)明的光波導(dǎo)預(yù)制棒制成的光波導(dǎo)光纖的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，該制備能夠在約1300nm到1680nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的任一選定波長(zhǎng)處進(jìn)行，而不會(huì)出現(xiàn)過度的光衰減。



因此，在已概括描述本發(fā)明后，下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明，該附圖不需要按比例繪制，附圖中圖I是用于制備多孔芯預(yù)制棒的沉積系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該多孔芯預(yù)制棒適用于制備低水峰光纖；以及圖2示出了使用圖I中的沉積系統(tǒng)制備光纖的優(yōu)選方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式電信系統(tǒng)通常避免使用水峰區(qū)域，部分是由于缺少具有低水峰的光波導(dǎo)光纖。目前光纖制造商已經(jīng)通過各種方法生產(chǎn)了低水峰光纖。生產(chǎn)低水峰光纖的方法的發(fā)展與電信系統(tǒng)的發(fā)展一致，該電信系統(tǒng)逐漸使用1300nm到1650nm之間的所有波長(zhǎng)。為了電信系統(tǒng)充分使用該波長(zhǎng)范圍，則需要從光波導(dǎo)光纖去除水峰。通常使用中有三種主要的方法來(lái)制備光波導(dǎo)預(yù)制棒。這三種技術(shù)具有相似的蒸汽生成和氧化方法，但是氧化物煙灰(oxide soot)沉積其上的襯底的幾何形狀不同(i)管方法(Tube Method)中的沉積這些方法包括的技術(shù)諸如MCVD (改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積)和PCVD (等離子化學(xué)氣相沉積)。在這些技術(shù)中，蒸汽流引入到高純度石英管的末端，從而氧化物沉積到管的內(nèi)表面上。(ii) VAD (氣相軸向沉積(Vapor Axial Deposition))在該技術(shù)中，在通常縱向(vertically)安裝的轉(zhuǎn)動(dòng)心軸(mandrel)上進(jìn)行沉積，預(yù)制棒從短的根狀物軸向“生長(zhǎng)”成更長(zhǎng)的圓柱形預(yù)制棒。在文獻(xiàn)號(hào)為No. 5,583, 693、發(fā)行給Sarkar的美國(guó)專利中描述了使用轉(zhuǎn)動(dòng)心軸制備預(yù)制棒以及軸向生長(zhǎng)預(yù)制棒的方法，此處以引用的方式將其全部并入到本文中。(iii) OVD (外部氣相沉積)在該技術(shù)中，二氧化娃基煙灰(silica-based soot)沉積到轉(zhuǎn)動(dòng)的祀棒上。該棒逐漸累積以形成圓柱形的煙灰預(yù)制棒，其經(jīng)燒結(jié)和烘干后形成玻璃態(tài)預(yù)制棒。例如，文獻(xiàn)號(hào)為No. 6，477，305的美國(guó)專利(此處以引用的方式整體并入到本文中)公開了在去除靶棒之后、在預(yù)制棒的摻雜芯部分消除由預(yù)制棒的中心線孔引起的水分的方法。本發(fā)明的方法和實(shí)施例尤其適用于使用VAD工藝制備的光波導(dǎo)預(yù)制棒。
VAD工藝可提供用于制備光波導(dǎo)光纖的低水峰方案，但是由于其所生成的芯預(yù)制棒的尺寸使得它的利用受到限制。該預(yù)制棒的摻雜芯部分的尺寸由一次沉積過程中所能沉積的來(lái)限定。VAD芯預(yù)制棒的尺寸還受到斷裂(break)前沉積的煙灰所能夠支撐的重量的限制?，F(xiàn)代預(yù)制棒要求足夠大以縮減光纖每千米的成本。需要獲得具有摻雜量為800克的最小中心芯的芯預(yù)制棒，以使得能夠制備至少10千米的芯預(yù)制棒。使用VAD方法，芯預(yù)制棒在其完成之前早已斷裂，其中該預(yù)制棒具有近似800克的摻雜中心芯。而且，VAD的沉積速率相對(duì)而言非常慢。一個(gè)原因是靶標(biāo)太小難于捕獲大量的煙灰。造成VAD沉積速率低的另一個(gè)原因是煙灰與生長(zhǎng)的預(yù)制棒之間的熱泳力(thermophoretic force)相對(duì)較低。VAD中沉積的慢移動(dòng)速度將導(dǎo)致更低的熱泳力，從而導(dǎo)致更低的沉積效率。該較慢的速度還將造成更多的錐形預(yù)制棒，該錐形預(yù)制棒具有美國(guó)專利(No. 6，789，401)中所討論的大的無(wú)用部分。VAD中，為了消除這些問題而增大沉積的移動(dòng)速度的做法通常將使煙灰預(yù)制棒斷裂，這是因?yàn)榘殡S著更高的速度將會(huì)出現(xiàn)加速力和減速力。因此需要生產(chǎn)具有低水峰的大預(yù)制棒來(lái)克服這些問題。可采用商用OVD芯制備設(shè)備和工藝，其能夠以大約每預(yù)制棒每分鐘12克的沉積速 率，同時(shí)制備兩個(gè)11千米的具有800克中心芯摻雜量的芯預(yù)制棒。該OVD機(jī)器和工藝生產(chǎn)足夠量的芯預(yù)制棒以滿足每年五百萬(wàn)千米的光纖所需要的芯。還需要以與OVD芯生產(chǎn)類似的速率生產(chǎn)VAD芯。此處所公開的系統(tǒng)和方法解決了上述問題。圖I描繪了用于生成多孔芯預(yù)制棒102的沉積系統(tǒng)100的優(yōu)選實(shí)施例，其中同時(shí)結(jié)合了 VAD工藝和OVD工藝。如圖I所示，在沉積腔101中同時(shí)進(jìn)行VAD和OVD工藝處理。圖I并沒有描繪用于實(shí)施此處所描述的工藝處理所必需的所有組件。相反，圖I僅用來(lái)描繪用于實(shí)施此處所公開的方法的沉積系統(tǒng)的基本元件。例如，本領(lǐng)域已知的沉積系統(tǒng)具有多個(gè)閥門，以用于控制氣體和化學(xué)物的供給。為了更加簡(jiǎn)單和清楚地闡述此處所公開的系統(tǒng)和方法，在圖I中并沒有示出這些閥門。而且，任一示出的閥門可表示實(shí)際沉積系統(tǒng)中的多個(gè)閥門。而且它們也可以設(shè)置在不同于圖中所描繪的其它位置處。圖I中所描繪的性質(zhì)也同樣適用于圖I中其它描繪的元件。第一化學(xué)物源103 (諸如蒸發(fā)器)包含SiO2 ( 二氧化硅)前體材料(諸如SiCl4 (四氯化硅))。設(shè)有第二化學(xué)物源104，諸如包含前體摻雜材料(諸如GeCl4(四氯化鍺))的蒸發(fā)器。通常從SiCl4源103和GeCl4源104分別發(fā)出SiCl4蒸汽和GeCl4蒸汽。在可選的實(shí)施例中，前體SiO2材料可以是OMCTS (八甲基環(huán)四硅氧烷)。系統(tǒng)100包括氣體輸運(yùn)線107，其用于從源111獲取燃料，諸如H2或天然氣和O2。可打開或關(guān)閉閥門106以在需要時(shí)(例如在包覆(clad)沉積進(jìn)行時(shí))開啟或關(guān)閉GeCl4源104。本領(lǐng)域眾所周知的是,一旦將玻璃形成的化合物提供至第一燃燒器108，則使其混合和離解。圖I中，燃燒器108位于相對(duì)沉積區(qū)固定的位置處。燃燒器108生成流線型的煙塵流110，其以相對(duì)預(yù)制棒的縱軸傾斜的角度(諸如65° )向上流動(dòng)。還可垂直于水平旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置燃燒器108。優(yōu)選地，至少在OVD部分的沉積過程中使燃燒器108相對(duì)水平軸垂直設(shè)置，從而增加沉積的煙塵量。位于靶標(biāo)區(qū)域上方的排氣通道112收集沒有沉積到靶標(biāo)上的氣體和微粒。閥門114(例如蝶形閥)優(yōu)選設(shè)置在位于排氣通道112和風(fēng)扇116之間的排氣通路中，并優(yōu)選用于控制排氣的流動(dòng)速率?？砷_啟或關(guān)閉閥門118以控制燃燒器108的使用。二氧化硅餌棒(bait rod) 120沿卡盤122上的參考軸設(shè)置。通過安裝在線性橫移(traverse)機(jī)構(gòu)126上的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)124來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤122和餌棒120。定位控制器126以所需速率運(yùn)行橫移機(jī)構(gòu)126。當(dāng)閥門132開啟時(shí)，使用第一化學(xué)物(例如SiCl4)源103將沉積材料提供至第二燃燒器130。當(dāng)閥門106也開啟時(shí)，燃燒器130選擇性接收來(lái)自第二化學(xué)物源(例如GeCl4)的材料。生成第二煙塵流134，其流向優(yōu)選地與預(yù)制棒的縱軸基本垂直。燃燒炬(torch) 109也提供有來(lái)自源111的、諸如H2或天然氣和O2的燃料，其同樣優(yōu)選設(shè)置在燃燒器108和130之間，以幫助控制沉積的密度。在整個(gè)沉積過程中，燃燒炬109優(yōu)選保持在相對(duì)燃燒器108和130固定的橫向位置處。還可在沿基本呈圓柱形的生長(zhǎng)預(yù)制棒的長(zhǎng)度和/或徑向的不同位置處增設(shè)額外的燃燒炬，以支持該目的?？稍诔练e腔101中使用本領(lǐng)域已知的VAD方法實(shí)施芯預(yù)制棒的形成。在文獻(xiàn)號(hào)為No. 5，583，693、發(fā)行給Sarkar的美國(guó)專利中公開了適合的VAD方法的示例。啟動(dòng)端136在餌棒120的自由端上發(fā)展形成。當(dāng)沉積了足夠多的材料后，端136形成為用于制備固態(tài)煙塵芯圓柱體138的合適基底。 手柄140優(yōu)選沿卡盤142上的參考軸設(shè)置，從而一旦當(dāng)圓柱體139達(dá)到預(yù)定長(zhǎng)度，手柄就能接近或者接觸固態(tài)煙塵芯圓柱體139的自由端。固態(tài)煙塵芯圓柱體139本質(zhì)上是達(dá)到所需長(zhǎng)度的固態(tài)煙塵芯圓柱體138。手柄140優(yōu)選為凹形，且與生長(zhǎng)成的初始芯預(yù)制棒139的自由端的凸曲率相匹配。由于手柄140與預(yù)制棒139之間可能存在空氣間隙，手柄140優(yōu)選包括貫通手柄140端部的孔。通過與驅(qū)動(dòng)124的轉(zhuǎn)動(dòng)同步的第二轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)144來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄140和第二卡盤142。根據(jù)需要，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)144可選擇性地安裝在線性橫移機(jī)構(gòu)146上，其中通過定位控制器128或與定位控制器128同步的第二定位控制器148來(lái)運(yùn)行該線性橫移機(jī)構(gòu)146。還可優(yōu)選地將末端燃燒炬150和152設(shè)置在沉積腔101中。末端燃燒炬150和152優(yōu)選地分別與橫移機(jī)構(gòu)126和146連接。末端燃燒炬150和152也從燃料(例如，H2或天然氣和O2)源111接收燃料。在沉積過程中優(yōu)選激活末端燃燒炬150和152，以保持預(yù)制棒的末端是熱的。這樣做能夠避免預(yù)制棒開裂，這個(gè)現(xiàn)象通常從預(yù)制棒的末端開始，此處的熱擴(kuò)散和密度系數(shù)不匹配是最明顯的。用于制備光波導(dǎo)光纖的固態(tài)、圓柱形的玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒102包括中心芯區(qū)域和環(huán)繞它的摻雜包覆區(qū)域，其中，中心芯區(qū)域包括結(jié)合有摻雜物(優(yōu)選為GeO2 ( 二氧化鍺))的二氧化硅材料(例如玻璃態(tài)SiO2);包覆區(qū)域包括諸如玻璃態(tài)SiO2的二氧化硅材料。芯區(qū)域優(yōu)選沿圓柱形的光波導(dǎo)預(yù)制棒的中心軸縱向延伸。圖2是描繪用于制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法200的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，其中可使用圖I中的沉積系統(tǒng)。在第一步驟202中，通過燃燒器將來(lái)自前體材料的芯煙塵(優(yōu)選為SiCl4結(jié)合GeCl4的形式)沉積到包括轉(zhuǎn)動(dòng)餌棒(諸如圖I中的餌棒120)的靶標(biāo)上，以形成多孔芯體或初始芯預(yù)制棒138?！鞍袠?biāo)”指的是沉積腔101內(nèi)煙塵材料的預(yù)定接受者。例如，參見圖1，靶標(biāo)初始時(shí)是餌棒120。當(dāng)餌棒上有沉積之后，靶標(biāo)是啟動(dòng)端136。隨后，靶標(biāo)是圓柱形的芯預(yù)制棒138。在隨后的徑向沉積中，靶標(biāo)包括與預(yù)制棒139的自由端連接的全長(zhǎng)煙塵預(yù)制棒(full length soot perform) 139、館棒120以及手柄140。優(yōu)選地,第二燃燒器(諸如圖I中的燃燒器130)也在后期(trailing)沉積中沉積煙塵，該后期沉積在初始煙塵芯預(yù)制棒上形成單個(gè)沉積，其中該初始煙塵芯預(yù)制棒通過第一燃燒器產(chǎn)生的沉積在長(zhǎng)度上進(jìn)行生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過與流動(dòng)的流體混合物的至少一些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)形成多孔芯體，該流體混合物包括氧化介質(zhì)中的至少一個(gè)玻璃形成的前體化合物。反應(yīng)結(jié)果是形成了二氧化硅基的反應(yīng)產(chǎn)物(煙塵)，其可以是摻雜的或非摻雜的。將這一反應(yīng)產(chǎn)物的至少一部分導(dǎo)向餌棒，從而生長(zhǎng)為多孔體。例如，可通過在軸向生長(zhǎng)的預(yù)制棒的自由端上沉積二氧化硅基的反應(yīng)產(chǎn)物形成多孔體，諸如通過本領(lǐng)域已知的VAD工藝。由此，從餌棒生長(zhǎng)出初始芯預(yù)制棒。使用圖I的沉積系統(tǒng)使初始芯煙塵預(yù)制棒水平或垂直生長(zhǎng)。優(yōu)選地，使芯煙塵預(yù)制棒以該方式生長(zhǎng)，直到達(dá)到特定的預(yù)定長(zhǎng)度，優(yōu)選為約I米。為了達(dá)到該長(zhǎng)度，進(jìn)行沉積以生長(zhǎng)出具有最小煙塵密度的預(yù)制棒，從而避免斷裂， 其中該密度有時(shí)大于O. 3克/cm3。優(yōu)選地，在該階段的初始芯預(yù)制棒的質(zhì)量近似為100克。一旦達(dá)到預(yù)定的芯煙塵預(yù)制棒長(zhǎng)度，在下一步驟204中，優(yōu)選將手柄設(shè)置在臨近預(yù)制棒的自由端的位置處，從而支承可能導(dǎo)致預(yù)制棒斷裂的任何應(yīng)力。該手柄優(yōu)選與軸向生長(zhǎng)的預(yù)制棒的末端的曲率匹配，并優(yōu)選與芯煙塵預(yù)制棒以相同的速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并始終保持與預(yù)制棒的自由端最接近。在下一步驟206中，將額外的芯材料沉積到靶標(biāo)上。此時(shí)的沉積不再是上個(gè)步驟中通過燃燒器108產(chǎn)生的軸向沉積，而是使用一個(gè)或多個(gè)燃燒器進(jìn)行的徑向沉積，該一個(gè)或多個(gè)燃燒器優(yōu)選地在往復(fù)式靶標(biāo)上進(jìn)行沉積，該過程與本領(lǐng)域已知的OVD技術(shù)一致。例如，采用圖I的沉積系統(tǒng)，燃燒器108和130的取向優(yōu)選與沉積的水平軸垂直。在該示例中，優(yōu)選地，燃燒器108和130都用于實(shí)施芯煙塵粒材料的往復(fù)式沉積，其中采用與本領(lǐng)域已知的OVD工藝一致的方式。可在該步驟206和下個(gè)步驟208的OVD處理中采用圖I中描繪的雙-燃燒器(two-burner)配置，可以理解的是也可采用其它的燃燒器配置。諸如美國(guó)專利(No. 5，116,400)中所描述的，該配置中一次所采用的燃燒器的數(shù)量可以是三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)，該專利在此全文引用、以供參考。在這些多燃燒器配置中，實(shí)施OVD工藝的往復(fù)式沉積。因采用多個(gè)燃燒器，該往復(fù)式沉積更具體地描述成脈動(dòng)沉積(dithering deposition)過程，其中相對(duì)于預(yù)制棒的長(zhǎng)度，每個(gè)燃燒器行進(jìn)相對(duì)小的距離。優(yōu)選地，用于往復(fù)式沉積的靶標(biāo)包括芯預(yù)制棒102和138、手柄140以及餌棒120。在手柄和餌棒上的沉積要求手柄和餌棒能夠隨著預(yù)制棒質(zhì)量的增加而支撐住預(yù)制棒的重量。美國(guó)專利(No. 7，930，905)中描述了低水峰光纖預(yù)制棒的制備過程中手柄上的附著和沉積，此處以引用的方式整體合并闡述。在該階段采用OVD工藝的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，OVD工藝能夠獲得相對(duì)預(yù)制棒為縱向的沉積層，其與徑向沉積相對(duì)，該徑向沉積是步驟202中通過VAD沉積方法所生成的。該縱向沉積層能夠獲得更堅(jiān)固的預(yù)制棒，該預(yù)制棒更能抵抗斷裂，因?yàn)槠滟|(zhì)量隨著煙塵的進(jìn)一步沉積而增加。在水平方向上進(jìn)行OVD工藝時(shí)尤為重要，因?yàn)樵谠撨^程中，當(dāng)預(yù)制棒的質(zhì)量隨著通過手柄生成的預(yù)制棒的重量增加而增加時(shí)，重力將造成預(yù)制棒開裂或斷裂。采用手柄在垂直方向上實(shí)施OVD工藝也是有益的。OVD工藝開始之前在芯預(yù)制棒的自由下端上設(shè)有手柄使得預(yù)制棒更加穩(wěn)定，以及使得預(yù)制棒能夠處理高速OVD工藝的應(yīng)力，以及避免在預(yù)制棒生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)斷裂。實(shí)施具有高速過程(high-speed passes)的OVD的方法和優(yōu)勢(shì)在本領(lǐng)域是已知的，諸如在美國(guó)專利(No. 6，789，401)中對(duì)其進(jìn)行了描述。在OVD工藝中，優(yōu)選將餌棒安裝到車床(lathe)上，并非常接近煙塵生成燃燒器(諸如圖I中的燃燒器130)，設(shè)計(jì)該車床用于移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)餌棒。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)芯煙塵預(yù)制棒時(shí)，將煙塵導(dǎo)向芯煙塵預(yù)制棒。至少一部分煙塵沉積到餌棒和手柄上，以形成多孔芯預(yù)制棒。一旦摻雜的芯煙塵預(yù)制棒達(dá)到預(yù)定質(zhì)量，諸如至少約400克，優(yōu)選約為800克，實(shí)施下個(gè)步驟208 ;優(yōu)選地，在該步驟中將SiCl4或OMCTS前體形式的包覆材料沉積到靶標(biāo)上。同樣，沉積靶標(biāo)優(yōu)選包括預(yù)制棒以及位于預(yù)制棒的各個(gè)末端的手柄和餌棒。同樣，通過往復(fù)式預(yù)制棒或燃燒器(諸如圖I中的燃燒器108和130)實(shí)施這一階段的沉積，其操作與已知的OVD技術(shù)相一致。包覆材料的沉積直到預(yù)制棒的質(zhì)量超過約5千克、且優(yōu)選達(dá)到11千克才結(jié)束。一旦已經(jīng)沉積了目標(biāo)數(shù)量的煙塵，則優(yōu)選終止煙塵沉積。在下個(gè)步驟210中，使用·本領(lǐng)域已知的技術(shù)對(duì)芯煙塵預(yù)制棒進(jìn)行烘干和燒結(jié)，以加固煙塵材料。優(yōu)選地，將多孔芯預(yù)制棒放置到用于熱處理的爐子中并在其中轉(zhuǎn)動(dòng)。在保留其多孔性的同時(shí)，優(yōu)選地將多孔芯體放置在1100到1250°C的溫度下。在熱處理過程中，優(yōu)選地將多孔芯預(yù)制棒暴露在含氯氣的氛圍中以進(jìn)行化學(xué)烘干，這能有效去除預(yù)制棒中的水分和其它雜質(zhì)。隨后在約1500°C的溫度下、在氦氣氛圍中將煙塵預(yù)制棒燒結(jié)成玻璃態(tài)，該氦氣氛圍包含一些氯氣以防止回潮。上述處理的結(jié)果是獲得玻璃態(tài)芯預(yù)制棒，其密度優(yōu)選為2. 2g/cm3，該玻璃態(tài)預(yù)制棒經(jīng)其他額外處理可回火為(draw into)用于電信應(yīng)用的光纖。依據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，將多孔芯預(yù)制棒設(shè)置在燒結(jié)爐中并在其中轉(zhuǎn)動(dòng)，預(yù)制棒在約1100°C的溫度下、在氯氣和氦氣的氛圍中進(jìn)行化學(xué)烘干。烘干之后，優(yōu)選地將多孔芯預(yù)制棒壓低到具有惰性氣體(諸如氦氣)氛圍的燒結(jié)爐的熱區(qū)域中，隨后升高溫度、優(yōu)選升高到1500°C進(jìn)行燒結(jié)，從而形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒。在一個(gè)實(shí)施例中，將玻璃態(tài)芯預(yù)制棒放置到芯棒回火爐中，在其中預(yù)制棒回火形成多個(gè)直徑減小的芯棒。由于玻璃態(tài)芯預(yù)制棒是沒有中心線孔的固態(tài)玻璃，因此在芯棒的回火(drawing)過程中不需要應(yīng)用真空，這是由于暴露在大氣氛圍中不會(huì)導(dǎo)致中心線區(qū)域的回潮，因此不需要關(guān)閉孔。通過OVD方法連續(xù)在玻璃態(tài)芯棒或原始的玻璃態(tài)芯預(yù)制棒上進(jìn)行沉積，以生成玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒，隨后使其回火為光波導(dǎo)光纖。在另一個(gè)實(shí)施例中，在沉積終止之后，芯區(qū)域和包覆區(qū)域的尺寸是烘干的且燒結(jié)的預(yù)制棒為玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒時(shí)的尺寸。該玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒可直接回火為光波導(dǎo)光纖。通過該方法制得的光波導(dǎo)光纖在波長(zhǎng)1380nm處測(cè)得的光衰減不大于O. 35dB/km,優(yōu)選小于 O. 31dB/km。多個(gè)參考文獻(xiàn)描述了通過OVD煙塵沉積外包(overcladding)芯棒的方法來(lái)制備預(yù)制棒，例如美國(guó)專利(No. 7，930，905)中的描述，或者通過棒在圓柱體(rod-in-cyIinder)內(nèi)的方法制備預(yù)制棒,例如美國(guó)專利(No. 6,131,415)中的描述。以上針對(duì)本發(fā)明和優(yōu)選實(shí)施例中關(guān)于產(chǎn)品、組分和工藝的詳細(xì)描述僅用于闡述特定的實(shí)施例。然而應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的其它實(shí)施例以及那些實(shí)施例一起均認(rèn)為在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述方法包括步驟 Ca)將二氧化硅基的芯材料沉積到包括轉(zhuǎn)動(dòng)棒的沉積靶標(biāo)上，以生長(zhǎng)出一段固態(tài)的基本為圓柱形的初始芯煙塵預(yù)制棒，其中，所述初始芯煙塵預(yù)制棒的一端由所述棒夾持、相對(duì)端為自由端； (b)通過往復(fù)式沉積在所述靶標(biāo)上沉積其它二氧化硅基的芯材料； (c)通過往復(fù)式沉積在所述靶標(biāo)上沉積包覆材料，以形成最終芯預(yù)制棒；以及 (d)烘干和燒結(jié)所述最終芯預(yù)制棒的至少一部分，以形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在使得光纖在1380nm的波長(zhǎng)處的衰減小于O. 35dB/km的條件下實(shí)施所述烘干和燒結(jié)步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在使得光纖在1380nm的波長(zhǎng)處的衰減小于O. 31dB/km的條件下實(shí)施所述烘干和燒結(jié)步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括將所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒回火形成光纖的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述最終芯預(yù)制棒在烘干爐中進(jìn)行化學(xué)烘干。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括步驟臨近所述初始芯預(yù)制棒的所述相對(duì)端設(shè)置手柄，其中，所述手柄包括步驟(b)和(C)中的所述沉積靶標(biāo)的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括步驟 將所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒放置到爐子中； 在所述爐子中加熱所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒；以及 將所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒回火形成玻璃態(tài)芯棒，所述芯棒的外徑小于所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在適合生產(chǎn)出質(zhì)量大于400克的中間態(tài)芯預(yù)制棒的條件下實(shí)施步驟(a)和(b)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在適合生產(chǎn)出質(zhì)量大于9千克的玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的條件下實(shí)施步驟(a)至(d)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，使用主燃燒器和后燃燒器來(lái)實(shí)施步驟Ca)中的沉積。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在實(shí)施步驟(b)和(c)的沉積中，所述主燃燒器和所述后燃燒器相對(duì)所述靶標(biāo)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。
12.—種制備玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的方法，其特征在于，所述方法包括步驟 Ca)將二氧化硅基的材料沉積到包括轉(zhuǎn)動(dòng)棒的沉積靶標(biāo)上，以生長(zhǎng)出一段基本為圓柱形的初始芯預(yù)制棒，其中，所述初始芯預(yù)制棒的一端由所述棒夾持、而相對(duì)端為自由端； (b)通過往復(fù)式沉積在所述靶標(biāo)上沉積其它材料，以形成最終芯預(yù)制棒；以及 (C)烘干和燒結(jié)所述最終芯預(yù)制棒的至少一部分，以形成玻璃態(tài)芯預(yù)制棒； 其中，在完成步驟(b)之前，臨近所述相對(duì)端設(shè)置手柄，所述手柄包括用于步驟(b)中至少一部分所述沉積的所述沉積靶標(biāo)的一部分； 其中在使得光纖在1380nm波長(zhǎng)處的衰減小于O. 35dB/km的條件下實(shí)施所述各步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在使得光纖在1380nm波長(zhǎng)處的衰減小于O. 31dB/km的條件下實(shí)施所述烘干和燒結(jié)步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括將所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒回火形成光纖的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述最終芯預(yù)制棒在烘干爐中進(jìn)行化學(xué)烘干。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括步驟 將所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒放置到爐子中； 在所述爐子中加熱所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒；以及 將所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒回火形成玻璃態(tài)芯棒，所述芯棒的外徑小于所述玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的外徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在適合生產(chǎn)出質(zhì)量大于400克的中間態(tài)芯預(yù)制棒的條件下實(shí)施步驟(a)和(b)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,在適合生產(chǎn)出質(zhì)量大于9千克的玻璃態(tài)芯預(yù)制棒的條件下實(shí)施所述各步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，使用主燃燒器和后燃燒器來(lái)實(shí)施步驟Ca)中的沉積。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在實(shí)施步驟(b)和(c)的沉積中，所述主燃燒器和所述后燃燒器相對(duì)所述靶標(biāo)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。
全文摘要
公開了一種用于制備具有低含水量的圓柱形玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒的方法，該玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒用于制備光波導(dǎo)光纖。該玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒的含水量足夠低，使得由此制成的光波導(dǎo)光纖在1380nm的測(cè)量波長(zhǎng)處的光衰減小于0.35dB/km，優(yōu)選小于0.31dB/km。還公開了一種用于制備玻璃態(tài)預(yù)制棒的方法，該玻璃態(tài)預(yù)制棒用于制備上述玻璃態(tài)光波導(dǎo)預(yù)制棒，該方法結(jié)合了軸向氣相沉積(VAD)和外部氣相沉積(OVD)技術(shù)。
文檔編號(hào)C03B37/018GK102898019SQ20121026535
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者富蘭克林·W·達(dá)比 申請(qǐng)人:富蘭克林·W·達(dá)比