[發明專利]一種稀土均勻摻雜光纖預制棒芯棒及其制備方法

有效

• 申請號: 201210569631.6
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN102992613A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 熊良明;李江;羅杰;成煜;鄧濤;韋會峰;胡鵬
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜有限公司
• 主分類號: C03B37/014
• 分類號: C03B37/014
• 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

本發明涉及一種稀土均勻摻雜光纖預制棒芯棒及其制備方法，屬于光纖制造技術領域。

背景技術

早在上世紀70年初，人們就開始了稀土摻雜氧化硅光纖的研究(Appl.?Phys.?Lett.,?1973,?23(7):?388-389)。光纖制備技術一般包括預制棒制備技術和光纖設計與實現技術。摻稀土光纖也同樣如此。但是，由于摻稀土光纖的應用領域非常廣泛，功能和應用要求也各不盡相同，因此，摻稀土光纖的制備相比更加復雜。在預制棒技術方面，被廣泛采用的是MCVD法。在稀土摻雜技術方面，以MCVD工藝為基礎，摻雜技術包括高溫蒸發氣相摻雜(Electron.?Lett.,?1985,?21(17):737-?738)、溶液摻雜(Electron.?Lett.,?1987,?23(7):?329-331)、中溫螯合物氣相摻雜(IEEE?J.?Lightwave?Techn.,?1990,?8(11):?1680-1683)、懸浮液法(US?7874180?B2)以及最近報告的原位溶液摻雜(CLES/QELS,?San?Jose,?CA,?2010,?JTuD)和坩堝內置螯合物摻雜(CLES/QELS,?San?Jose,?CA,?2010,?CThV7)等。由于缺少常溫易揮發的稀土化合物，因此，相比制備常規光纖，采用MCVD法制備摻稀土材料的工藝更加復雜；加之，沿MCVD襯管縱軸方向，由于存在溫度變化或自重等因素，因此，摻稀土光纖容易存在摻雜不均勻性和批次性差等問題，摻稀土光纖技術也不如常規光纖技術發展迅速和成熟。

在各種稀土摻雜技術中，由于對設備要求程度低、工藝靈活、可選摻雜元素及原料豐富、原料成本低等特點，溶液摻雜技術被廣泛采用；該方法也存在許多不足，如：工藝步驟多、生產周期長、摻雜均勻性不足、難以制備大芯徑預制棒以及折射率剖面中心區凹陷等。隨著現代工業制備技術、傳感技術及控制手段的不斷進步，氣相法摻雜，尤其是以中溫螯合物氣相法摻雜，在工業上日益受到關注。該摻雜技術的特點是，摻雜更均勻、可控性和可重復性高、生產周期短、摻雜組分及濃度易調控、可制備大芯徑摻稀土預制棒、易實現規模化生產等；但對設備要求比較高以及螯合物原料較貴。高溫氣相法，是最早試驗采用的方法之一(Electron.?Lett.,?1985,?21(17):737-?738)，但由于早期存在工藝可控差，所以一直沒有得到廣泛采用。直到近年來，工藝控制和摻雜均勻性才得以改善，并逐步被采用。最近報道的原位溶液摻雜技術和坩堝內置螯合物摻雜技術，雖然工藝概念新穎，但是對設備要求和工藝精確控制要求都非常高，離規模化生產的要求還有很大的距離。但是，不管采用何種稀土摻雜技術，基于MCVD工藝的摻稀土光纖預制棒技術都存在一個共同點，即：都需要石英襯管，稀土摻雜層是沉積在襯管內壁，預制棒芯徑大小是通過增加沉積厚度或沉積層數來調控的，沉積是由外層向里層逐步過渡的工藝。共性問題是，難以獲得大芯徑預制棒，或即使通過多次沉積-摻雜工藝，增大芯徑，但層與層之間常存在摻雜濃度的波動性和折射率波動性問題，即徑向摻雜不均勻性問題。

在另一方面，摻稀土光纖既要求具有較好的光傳導性能，又要求具有較高的激光性能。前者要求光纖具有匹配的波導結構、模式特性、以及較低的基底吸收損耗；后者要求光纖具有合適的摻雜組分、摻雜濃度、以及泵浦光吸收性能和發光性能。波導結構、模式特性和泵浦光吸收性能(US6516124,?2003)等跟光纖設計和實現技術密切相關，因此，光纖設計和實現技術也是摻稀土光纖技術最關鍵的環節之一。由于功能和應用領域或范圍的不同，常見的摻稀土光纖設計包括各種規格的單包層、普通雙包層、保偏雙包層、空氣孔雙包層等結構。雙包層光纖的內包層可以是圓形，但為了提高光纖的吸收性能，其內包層外緣還需要打磨加工成預定形狀(US6831934,?2004)，如正八邊形、正六邊形、D字形、梅花形等。由于應用要求不同，每一種結構的摻稀土光纖的纖芯直徑、包層直徑及芯包比等也各有不同，特別是，在設計熊貓型保偏摻稀土光纖(US7116887,?2006)和空氣孔雙包層摻稀土光纖(US?6480659,?2002)時，對摻稀土的芯層直徑或芯包比要求非常高。采用以MCVD法為基礎的摻稀土光纖預制棒技術，難以滿足一棒多纖的設計要求。