[發(fā)明專利]一種光纖預(yù)制棒的新型制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710150784.6
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101186435A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋峰;程振洲;鄒昌光;于曉晨;張家祥;蔣雪萍;田建國
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012;C03B19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術(shù)領(lǐng)域】：

一種光纖預(yù)制棒的新型制作方法，包括一種針對特殊材料玻璃光纖預(yù)制棒所設(shè)計的恒溫澆鑄設(shè)備和利用此設(shè)備，并采用澆鑄法的原理，發(fā)明的一種特殊材料玻璃光纖預(yù)制棒的制作方法。

【背景技術(shù)】：

隨著光纖應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，光纖的制備工藝在近幾十年里得到了飛速的提高。眾所周知，光纖的制備工藝主要由制作光纖預(yù)制棒和光纖拉絲兩部分組成，其中光纖預(yù)制棒則是當(dāng)今光纖生產(chǎn)的母體和發(fā)展的瓶頸。因此，光纖預(yù)制棒被業(yè)內(nèi)譽為光通信產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”。

然而，現(xiàn)有的光纖預(yù)制棒制備工藝及設(shè)備主要是針對普通硅酸鹽光纖所設(shè)計開發(fā)的，對于仍停留在實驗室階段的很多特殊材料玻璃光纖則并不適用。但是，很多特殊材料玻璃光纖在光通信領(lǐng)域中存在著巨大的發(fā)展?jié)摿皾撛诘纳虡I(yè)價值，所以，如今乃至以后其必將成為眾多實驗室的研究熱點之一。因此，非常有必要學(xué)習(xí)、研究光纖預(yù)制棒的制作工藝，并對其進行改造，使之更適合于實驗室中對特殊材料玻璃光纖的開發(fā)。

目前，有關(guān)光纖預(yù)制棒的發(fā)明專利多為國外所設(shè)計，綜合其制作方法主要分為：芯棒的制造和包層的制造兩部分。

芯棒的制造一般采用氣相沉積法，具體來講主要包括：外汽相沉積法(OVD)、汽相軸向沉積法(VAD)、改進的化學(xué)汽相沉積法(MCVD)、等離子體化學(xué)汽相沉積法(PCVD)四種。其中，OVD是美國康寧公司Kapron在1970年發(fā)明的專利。OVD化學(xué)反應(yīng)機理為火焰水解，即通過氫氧焰攜帶的氣態(tài)鹵化物被火焰水解，產(chǎn)生的“料末”逐漸地一層一層沉積，從而獲得所需的纖芯玻璃。OVD分為沉積和燒結(jié)兩個工藝步驟：(1)按光纖折射分布的要求，進行多孔玻璃預(yù)制棒芯棒的沉積；(2)將沉積好的預(yù)制棒芯棒進行燒結(jié)處理，除去殘留水分后，得到一根透明無水分的光纖預(yù)制棒芯棒。VAD是1977年日本電報電話公司的伊澤立男等人為避免與康寧公司OVD專利的糾紛而發(fā)明的連續(xù)工藝專利。VAD化學(xué)反應(yīng)機理與OVD工藝相同，也是火焰水解。與OVD工藝不同的是，VAD是通過在外面沉積精細(xì)的粒子到玻璃狀“種棒”的頂端上來制成預(yù)制棒，這種生長是軸向的生長于“種棒”的頂端，因此稱為軸向沉積法。這種方法中，燒結(jié)和沉積是在同一臺設(shè)備中不同空間同時完成的，即預(yù)制棒的連續(xù)制造。MCVD是由美國AT&T公司貝爾實驗室的Machesney等人在1974年所開發(fā)的經(jīng)典工藝專利。MCVD法是將含有纖芯和包層材料的氣體分別多次吹入到軸向移動加熱的硅管中，氣體在加熱區(qū)域發(fā)生反應(yīng)并在管的內(nèi)壁上形成連續(xù)的沉積層，經(jīng)過多次沉積形成坯棒，最后燒結(jié)塌陷成預(yù)制棒。MCVD工藝是由沉積和成棒兩個工藝步驟組成：(1)沉積是獲得設(shè)計要求的光纖芯折射率分布；(2)成棒是將已沉積好的空心高純石英玻璃管熔縮成一根實心的光纖預(yù)制棒芯棒。PCVD是1975年由荷蘭飛利埔公司的Koenings提出的微波工藝專利。PCVD與MCVD的相似之處是，它們都是在高純石英玻璃管管內(nèi)進行氣相沉積和高溫氧化反應(yīng)。所不同之處是PCVD工藝用的熱源是微波，其反應(yīng)機理為微波激活氣體產(chǎn)生等離子使反應(yīng)氣體電離，電離的反應(yīng)氣體呈帶電離子態(tài)。帶電離子重新結(jié)合時釋放出的熱能，從而熔化氣態(tài)反應(yīng)物而形成透明的石英玻璃沉積薄層。PCVD與MCVD均有沉積和成棒兩個具體步驟。

包層的制造主要包括：管套法(Casing)、等離子噴涂(Plasma?Spray)、溶膠-凝膠法(Sol-gel)、火焰水解外沉積法(SOOT)四種。Casing是指分別機械加工出包層材料制成的空心管和纖芯材料制成的芯棒，將芯棒插入到空心管中制成預(yù)制棒。Plasma?Spray是由阿爾卡特發(fā)明的，指用石英粉末經(jīng)等離子焰熔制在芯棒上制成大預(yù)制棒的技術(shù)。Sol-gel是美國朗訊發(fā)明的外包技術(shù)，包括兩條途徑：(1)用Sol-gel法制成合成石英管作為套管，再用套管法制成大預(yù)制棒；(2)先用Sol-gel法制成合成石英粉末，再將合成石英粉末經(jīng)高頻等離子焰熔制于芯棒上制成大預(yù)制棒。SOOT泛指OVD、VAD等火焰水解外沉積工藝，而不用OVD、VAD以示與芯棒制作工藝的區(qū)別。

以上所介紹的光纖預(yù)制棒的制備工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但是它們卻有各自的缺點。例如，MCVD法管套的偏心度、彎曲度等難以控制；VAD法耗電多、電極損耗大等等。并且更關(guān)鍵的是：以上的制備工藝過于復(fù)雜，設(shè)備昂貴，適合于工業(yè)大型生產(chǎn)，不能用于實驗室中對新型材料玻璃光纖的研發(fā)。