[發明專利]大尺寸光纖預制棒的制備方法

有效

• 申請號: 201210435105.0
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102923942A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 曹蓓蓓;倪先元
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜有限公司
• 主分類號: C03B37/018
• 分類號: C03B37/018
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種大尺寸光纖預制棒的制備方法，屬于光纖制造技術領域。

背景技術

光纖預制棒制備是光纖制造技術的主要工序。采用大尺寸光纖預制棒拉絲可以有效提高原材料利用率，同時可以有效節約生產時間提高生產效率，大尺寸光纖預制棒已經成為當前市場主流趨勢。目前大尺寸光纖預制棒分為：大尺寸實心預制棒和套管加芯棒預制棒形式。

當前占主流的大型低水峰光纖預制棒的方法為套管法，如US005837334A、US007089765B2。目前套管法是先制造出芯棒，再將該芯棒插入尺寸匹配的石英玻璃管，經高溫加熱使芯棒與套管同步熔化融合延長成為光導纖維。套管法存在以下不足之處：大尺寸的套管要求的幾何精度高，制造工藝復雜，套管加工過程中的材料損失導致成本增加。芯棒與套管的界面增加了光纖拉絲工藝的復雜程度，界面的清洗和干燥變得更加嚴格，而且界面增加了光纖機械強度薄弱環節產生的幾率，增加了單位長度光纖斷裂的可能性，界面也對光纖水峰（光纖傳輸中由于羥基在1360nm~1460nm范圍內吸收峰稱為水峰）產生不利影響，等離子蝕洗等消除界面附加影響附加的工藝流程增加了預制棒的生產成本，并且套管價格昂貴。

OVD法通過多個噴燈將水解的SiO₂顆粒沉積在旋轉且相對移動的芯棒上。沉積速率高，但是這種沉積方法容易形成螺紋狀或波紋狀表面，芯棒兩端不均勻使得整個沉積棒形成紡錘形，進而造成整根棒拉制成的光纖幾何參數和光學參數不均勻不穩定。

VAD法與OVD法具有相同的火焰水解機理。沉積速率慢是VAD的最大缺陷，但是，其優點在于工藝穩定，沉積得到的疏松體組成結構與幾何尺寸均勻。

管內法PCVD和MCVD適于制備高精度的復雜結構，但是兩者沉積速率更低，不到3g/min，且管內法無法單獨制備出大規格的預制棒，對原料氣體的純度要求達到99.9999%，高成本使得應用受到限制。

APVD沉積速率較高，但是其原料高純天然石英砂成本高昂且均勻性不易控制使得該工藝不易廣泛應用。

本發明的一些術語的定義為：

沉積：原材料在一定的條件下發生物理化學變化生成石英玻璃的工藝過程；

折射率剖面：預制棒/芯棒/光纖玻璃折射率與其半徑之間的關系曲線；

厚壁石英管：壁厚相對管徑而言比例較大的石英玻璃管，比例通常大于10%，壁厚通常大于3mm；

VAD：軸向氣相沉積；

OVD：外部氣相沉積。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足而提供一種大尺寸光纖預制棒的制備方法，它不僅能有效提高光纖預制棒的生產效率，降低成本，而且工藝性能穩定，光纖光學參數優異，便于規?；a。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

該方法包括以下步驟：采用軸向氣相沉積法（VAD）并經后續處理制備透明實心石英棒，所述的透明實心石英棒包含芯層和部分包層；將透明實心石英棒套裝于高純厚壁石英管中通過高溫熔縮成一根結構均勻的初級光纖預制棒；以該初級光纖預制棒作為靶棒，用外部氣相沉積法（OVD）沉積SiO₂外包層，沉積完成后，將其燒結成透明的光纖預制棒。

按上述方案，所述的透明實心石英棒的包層/芯層直徑比（b/a）為1.8~3。

按上述方案，所述的軸向氣相沉積法的后續處理是將軸向氣相沉積法制成的疏松體經過脫水燒結之后轉變為透明的實心石英棒，然后進行整形處理，包括熔融、拉伸、研磨、拋光、化學溶蝕、清洗，使其直徑均勻，表面光潔，透明實心石英棒表面粗糙度小于或等于20μm。

按上述方案，所述軸向氣相沉積法制備的SiO₂疏松體沿軸線方向的有效長度占疏松體軸向總長的超過2/3的部分為有效部分，該有效部分的直徑波動范圍小于4%。

按上述方案，所述的高純厚壁石英管內孔表面粗糙度小于或等于20μm，羥基含量小于或等于100ppb，外徑與內孔直徑之比為1.5~1.8。

按上述方案，所述的光纖預制棒直徑D為120~200mm。

按上述方案，所述的光纖預制棒前端經熔融拉錐處理，使光纖預制棒前端成圓錐形或近似圓錐形，圓錐形的高度H與光纖預制棒直徑D之比H/D為0.2~1.1，較優比值為0.3~0.4。

按上述方案，外部氣相沉積法沉積SiO₂外包層后燒結成的透明光纖預制棒除錐部以外為有效部分的直徑波動小于1mm。