[發明專利]用于制造單燒結步驟、復雜折射率分布光纖的壓制多層二氧化硅煙炱預成形件

有效

• 申請號: 201280068327.1
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN104271521A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: S·B·道斯;D·菲奧迪瑪娃;T·L·亨德;D·H·詹尼斯
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012;C03B37/014
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

相關申請交叉參考

本申請根據35?U.S.C.§119，要求2011年11月30日提交的美國臨時申請系列第61/564912號的優先權，本文以該申請為基礎并將其全文通過引用結合于此。

領域

本發明涉及光纖的制造，更具體地，涉及包括壓制二氧化硅基煙炱以形成至少一部分的光纖預成形件的制造方法。

背景技術

使用各種方法或技術來制造光纖。這些方法大多包括制造玻璃預成形件以及后續對預成形件進行拉制以產生光纖的步驟。典型的二氧化硅預成形件包括芯截面和至少一個包覆截面，所述包覆截面與所述芯截面是同軸的，并且具有低于芯截面的折射率。可以通過，例如對芯和/或包覆進行適當的摻雜，來實現折射率的差異。最常見地，將氧化鍺用作芯截面中的催化劑，以增加芯的折射率。各種已知增加折射率的其他摻雜劑可用于替代鍺摻雜劑或與其結合使用。作為替代或附加方式，可以向包覆加入已知降低折射率的摻雜劑，例如含硼或含氟摻雜劑。

通常使用化學氣相沉積(CVD)技術來制造光波導預成形件。例子包括改進的化學氣相沉積(MCVD)、氣相軸沉積(VAD)和外部氣相沉積(OVD)。在所有這些化學氣相沉積工藝中，通過將玻璃材料(主要是二氧化硅)以非常小的顆粒或煙炱的形式沉積到基材上，來制備稱作預成形件的中間產物。預成形件的結構類似于最終光纖的結構，但是具有明顯的差異，例如密度、尺寸和孔隙率。通過拉制過程來實現光纖的最終尺寸，其中，光纖的最終直徑約為125微米左右。

在改進的化學氣相沉積的情況下，反應物與載體氣體(例如，氬氣和/或氦氣)和氧化氣體(例如，氧氣)的混合物一起，以受控制的量流動通過反應器管。反應管通常是由二氧化硅制造的，并且通過外部燃燒器加熱，當管轉動時，所述外部燃燒器可橫過管的長度。二氧化硅和其他玻璃組分沉積到管的內表面上，并且反應產物從與加入反應物那端的相對端離開管。

外部氣相沉積工藝涉及將玻璃顆粒或煙炱沉積到通常由氧化鋁或石墨制成的圓柱形棒的外表面上。棒通常是轉動的，并且暴露于燃燒器的火焰。將反應物與燃料氣體(例如甲烷或氫氣)一起注入火焰中。芯材料首先沉積，然后是包覆材料。當沉積完成后，從多孔預成形件的中心取出基材棒(也稱作“餌棒”)，并將預成形件放入固結爐中。在固結過程中，從預成形件去除水蒸氣。高溫固結步驟將預成形件燒結成固體、致密且透明的玻璃。然后將固結的玻璃預成形件放到拉制塔上，并拉制成一條連續的玻璃光纖繩。

外部氣相沉積工藝已經被用于光纖的大規模生產。優勢包括：生產具有增強的可靠性的完全合成的光纖，制造展現出精確幾何和光學一致性的光纖的能力，可規模化能力、高產率和較高的制造獨立性(因為無需依賴于用于MCVD工藝中的反應器管的獨立供給)。但是，OVD工藝的一個缺點在于起始材料沒有得到高效利用。因此，會希望提供一種制造具有復雜折射率分布特征的光纖的方法，其中，在光纖空間中，在小于2微米的距離上存在折射率的階躍變化，這使得能夠更高效地利用材料。

已經開發用于生產具有復雜折射率分布特征的光纖的其他技術包括改進的化學氣相沉積，其在單個燒結步驟中對變化的摻雜劑濃度的煙炱進行沉積。MCVD工藝中的摻雜劑是通過燃燒器經由火焰水解傳遞的。

概述

本文所揭示的方法提供了具有復雜折射率分布特征的光纖。方法步驟提供比常規OVD技術更高效的原材料的使用，從而降低了制造成本。具體地，在本文所揭示的各個實施方式中，采用徑向壓制步驟，向通過外部氣相沉積生產的基材同軸地施加多層粉末二氧化硅。所得主體是整體式二氧化硅煙炱毛坯，其含有壓制到采用OVD工藝制造的芯上的多層、同軸煙炱層。

在某些實施方式中，用于制造具有復雜折射率分布特征的方法包括：采用外部氣相沉積技術制備基材，在基材上壓制一層或多層二氧化硅粉末的同軸層，以得到整體式煙炱毛坯。多層同軸層可具有不同的物理性質。然后在存在折射率改性氣態摻雜劑的情況下，對煙炱毛坯進行燒結，從而，由于層的物理性質的差異使得各個層保留不同濃度的氣態折射率改性摻雜劑，導致從燒結的毛坯拉制得到的光纖具有復雜折射率分布特征。

根據某些實施方式，可使用的氣態摻雜劑包括但不限于，氯(Cl₂)、四氯化硅(SiCl₄)、四氟化硅(SiF₄)、六氟化硫(SF₆)和四氟化碳(CF₄)。