[發明專利]一種VAD法制備光纖預制棒的裝置及方法

在審

• 申請號: 201410708948.2
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104445915A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 黃利偉;張宏勝;王瑞春;顧立新;孫建華;朱方龍;渠馳;張文俊;楊軼
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 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VAD法制備光纖預制棒的裝置及方法，屬于光纖制造技術領域。

背景技術

目前公知的光纖預制棒的制造工藝，典型的有管內法氣相沉積工藝，如MCVD（modified?chemical?vapor?deposition）改進化學氣相沉積工藝和PCVD（plasma?chemical?vapor?deposition）等離子體激發化學氣相沉積法；以及管外法氣相沉積工藝，如OVD（outside?vapor?deposition）外部氣相沉積工藝和VAD（vapor?axial?deposition）外部軸向沉積工藝。

管內法氣相沉積工藝，如PCVD工藝，采用SiCl4，GeCl4，O2等化學原料，通入高純石英襯管內，利于微波源提供能量，激發等離子，發生化學反應，生成SiO2、GeO2等，沉積于管壁，后經過熔縮，得到實心芯棒，該工藝使用高純硅鍺料，高純石英管材，原料成本較高；而且沉積速率受到管徑的限制，很難得到有效提高，不利于產能的提高。

相比之下，管外沉積法，如VAD工藝，采用火焰氫化反應，生產SiO2、GeO2粉末，在預定的靶棒上進行沉積。在穩定可控的腔體氣流條件下，通過控制火焰噴燈的位置，調整各反應氣體用量，可沉積得到外徑均勻的光纖預制棒粉棒。粉棒經過燒結，可得到大尺寸光纖預制棒。在沉積的過程中，通過控制通入GeCl4的用量，可調整折射率分布，拉絲后可得到各種不同用途的光纖。

VAD工藝過程在反應腔體內進行，將沉積靶棒固定在旋轉卡盤上，勻速旋轉。噴燈組件由芯層噴燈和多個包層噴燈組成。噴燈中心位置為料管，沉積時持續噴射出SiCl4/GeCl4/O2等混合氣體；噴燈外圍為H2/O2噴孔，點燃。調整各氣體用量，可發生氫化反應，生產SiO2、GeO2等粉狀物。

VAD工藝中粉棒生長的穩定性非常重要，它不僅是高沉積速率、大尺寸預制棒制備的前提，還決定了燒結后預制棒芯棒的軸向均勻性，也即是芯層直徑，芯層折射率等沿棒長方向的一致性。芯棒均勻性差，必然會導致芯棒拉絲后出現一定比例的模場直徑、截止波長不合格的光纖，增加了生產成本。影響生長穩定性的主要因素有：芯層、包層噴燈的位置及角度設置；各化學氣體（包括硅鍺料、氫氣、氧氣等）用量；腔體氣流狀態等。前兩方面通過沉積參數的設定及調整可以很方便的實現；而腔體氣流的穩定性受到抽風系統和氣流的影響，較為復雜，很難保證長時間穩定。

SiCl4及GeCl4的水化反應生成大量的粉末，大部分被收集到靶棒上，其余一部分被抽風系統抽走，剩余一部分則殘留在腔體內，附著于腔體內壁上。穩定的氣流有利于將腔體內未收集下來的SiO2粉末及時排走，避免SiO2顆粒在腔體內壁附著，以減小粉狀顆粒再次飄落到粉棒上面，造成其他芯棒缺陷；另一方面，穩定的氣流有利于保持氫氧焰火焰的穩定，火焰與粉棒芯層及包層接觸位置相對固定，有利于粉棒穩定生長。

反應腔體內氣流的具體狀況、是否平穩與腔體設計密切相關。早期的腔體設計方面已經有大量的嘗試。如增加氣體通入量，增加導流板（JP01-242431，JP02-2836321，US4740226，etc），該方式有利于整體腔體內的氣流穩定性，同時減少未捕獲粉塵顆粒附著在腔體內壁的幾率，但當抽風壓力發生波動時，氣流也會變得不穩定，必然會影響生長的穩定性。

美國專利US7082791中，使用擋板的方式，將直接吹向Soot棒沉積區域的風擋住，目的是使該部分的火焰不受影響，同時減小沉積顆粒被帶走的記錄，提高收集率。但是被擋住區域壓力較低，也會形成一定程度的渦流，影響火焰的穩定性，影響Soot棒的沉積。

Soot棒沉積過程中，芯層作為預制棒芯棒的核心，其生長狀態至關重要，直接影響到芯棒的關鍵參數，如芯棒剖面，芯徑及折射率沿棒長方向分布等。在整個反應腔體內壁壓力很難保證穩定的情況下，控制芯層沉積區域的穩定成為反應腔體研究的關鍵。

為避免氣流紊亂給芯層沉積帶來影響，美國專利US7082791中用一定尺寸的隔板將芯層沉積部分單獨分割開來，與包層沉積分開。腔體一分為二，之間有一定的間隙，腔體供風及排風管道處于腔體的上半部分，氣流基本不會影響到芯層的沉積，芯層沉積產生的廢氣及未收集的粉塵從間隙排入到腔體上半部分的排氣通道。這種方式下，上下兩部分的壓力不一樣，可能導致在隔板間隙位置形成氣流的擾動，芯層火焰由于沒有輔助供風，本身穩定性下降；芯層沉積區域產生的未被搜集的SIO2顆粒附著在隔板頂部的幾率很大，很容易在沉積過程中掉落到粉棒芯層部分的表面，導致缺陷的形成。

發明內容