一種低損耗光纖預制棒的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一種低損耗光纖預制棒的制造方法涉及的是一種低損耗光纖預制棒的制造方法。該方法制造的光纖預制棒金屬離子雜質的含量較低，光纖傳輸過程中的衰減較低。
【背景技術】
[0002]近年來光纖的需求量逐年增加，但光纖的價格卻持續(xù)處于低谷，這對于光纖成產(chǎn)企業(yè)造成很大的壓力，要在這種微利甚至無利時代求得生存，制造低衰減的光纖成為企業(yè)發(fā)展的必由之路。
[0003]中國發(fā)明專利CN103382085A提供了一種低損耗光纖的制造方法，該方法主要步驟如下:①通過設計確定纖芯的折射率；②用VAD工藝進行纖芯的沉積，對沉積好的疏松體依次進行燒結，脫水和玻璃化，再拉制到預定的直徑；③把內(nèi)包層安裝到外包層中，封好一端的端面，再把纖芯安裝到內(nèi)包層中，對纖芯進行固定，即完成光纖預制棒的制造；④把組裝好的光纖預制棒安裝在拉絲塔上，然后把光纖預制棒送進石墨拉絲爐，加熱所述石墨拉絲爐，光纖預制棒熔化抽成光纖光纖依次通過測徑儀，冷卻管，涂覆杯，UV固化，到達主牽引裝置，即完成了整個光纖的制造。該方法主要從設備和生產(chǎn)方面進行優(yōu)化來降低光纖損耗，但為從根本上解決預制棒制造過程中產(chǎn)生的衰減。
[0004]中國發(fā)明專利CN1891649提供了一種低損耗光纖的制造方法，該方法是一種借助混合VAD/MCVD處理過程生產(chǎn)的改進的光纖，光纖的芯層用VAD法生產(chǎn)，而內(nèi)包層有凹陷的折射率并用MCVD法生產(chǎn)，該方法也未從根本上解決VAD法制得疏松體母材后續(xù)脫羥和玻璃化過程產(chǎn)生的衰減。
[0005]在預制棒制造過程中，軸向氣相沉積法(VAD)已廣泛應用。其基本原理是在一個密閉的沉積腔體內(nèi)有若干噴燈通過化學反應生成二氧化硅粉末，生成的二氧化硅粉末在一個旋轉上升的吊桿末端持續(xù)堆積，最終制成疏松體母材。在母材制造過程中，通常需在母材芯層摻雜Ge用于提高折射率。
[0006]用VAD法制得的疏松體母材再在(:12氛圍中進行脫羥處理，脫羥階段溫度一般在IlOOcC。脫羥結束后，母材再在He氛圍中進行玻璃化處理讓母材進一步加熱并玻璃化，由此制得光纖預制棒的芯層部分，玻璃化階段溫度一般在1500°C。
[0007]脫羥及玻璃化用的加熱爐內(nèi)部裝有爐芯管用于隔絕空氣，在加熱爐中部裝有加熱體，疏松體母材通過吊桿懸掛在加熱爐中上下移動完成脫羥和玻璃化過程。加熱爐上方裝有密封蓋板，蓋板可開合，便于母材的裝卸。爐芯管材質一般選用耐高溫、高純度石英制作。制造過程中，爐芯管處于密封狀態(tài)，內(nèi)部通入氯氣、氦氣等氣體完成母材的脫羥和玻璃化過程。
[0008]由于加熱爐的中部加熱體工作后，加熱爐內(nèi)的氣流是自下而上流動，為了避免對流故加熱爐內(nèi)氣體從下方通入，排氣裝置位于加熱爐上部，使爐芯管內(nèi)氣體流向與加熱爐內(nèi)氣流保持一致。
[0009]傳統(tǒng)工藝中疏松體預制棒的脫輕和玻璃化過程是讓疏松體母材從加熱爐上方下降，以一定速度從上向下進行脫羥處理。脫羥結束后，疏松體母材上升至初始位置同時加熱爐升溫至玻璃化溫度，待燒結爐溫度達到玻璃化溫度后，母材再次從上向下移動進行玻璃化處理。用此方法制造出預制棒的芯層部分，經(jīng)延伸后再用OVD法在芯層外側制造包層，由此可制成完整的光纖預制棒。
[0010]用傳統(tǒng)工藝制備出的光纖預制棒拉絲后的光纖，在信號的傳輸過程中衰減較大，研究表明影響光纖衰減的主要因素是光纖中的羥基和金屬離子，故減少光纖的衰減可以從減少金屬離子污染和提高疏松體母材的脫羥效果兩方面進行。本發(fā)明通過對疏松體母材的脫羥和玻璃化方式進行改進，大幅度減少了金屬離子對疏松體母材的污染，同時也保證了疏松體母材脫羥的均勻性提高了脫羥效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是針對上述不足之處提供一種低損耗光纖預制棒的制造方法，用軸向氣相沉積法(VAD法)在沉積腔體中制得疏松體母材，經(jīng)脫羥和玻璃化處理后制得預制棒芯層部分。在疏松體母材在燒結爐中進行脫羥過程時，母材從下向上移動通過燒結爐高溫區(qū)進行脫羥過程，脫羥過程在氯氣氛圍中進行。待燒結爐溫度升溫至玻璃化溫度后，母材再次從下向上移動通過燒結爐高溫區(qū)進行玻璃化過程。本發(fā)明中母材進行脫羥和玻璃化過程時移動方向與加熱爐內(nèi)氣體流量方向相同，都是從下向上移動(如圖1)。本發(fā)明可制備出低損耗的光纖預制棒，從而可以大幅度的改善預制棒拉絲后光纖的在各波段的衰減，提高光纖的各項參數(shù)指標。
[0012]一種低損耗光纖預制棒的制造方法是采取以下技術方案實現(xiàn):
一種低損耗光纖預制棒的制造方法步驟如下:
1.用軸向氣相沉積法(VAD法)制得芯層疏松體母材，在一個密閉的石英腔體內(nèi)通過多個沉積噴燈經(jīng)化學反應后生成二氧化硅粉末，生成的二氧化硅粉末在一個旋轉上升的吊桿末端持續(xù)堆積，吊桿的移動速度一般在30?40mm/h，最終制成疏松體母材；沉積噴燈可設置4個。
[0013]2.在石墨燒結爐中對疏松體母材進行脫羥和玻璃化處理，脫羥時燒結爐內(nèi)通入CljP He，氣體流量根據(jù)預制棒的參數(shù)進行調(diào)整，一般Cl 2流量在500?1500mL/min，He流量在10?15L/min，燒結爐脫羥溫度為900?1200°C;脫羥時母材從下向上移動，移動速度在5?10mm/min，脫輕結束后母材下降至燒結爐底部，母材從下向上移動進行玻璃化處理，移動速度在4?8mm/min，玻璃化過程燒結爐內(nèi)只通入He，玻化溫度為1200?1500°C。
[0014]3.將脫羥和玻璃化處理后玻璃棒用車床進行延伸至合適外徑，制得預制棒的芯層部分，一般延伸后芯層外徑在45?50mm ；
4.以芯層為基礎在其表面用外氣相沉積法(OVD法)制得預制棒包層疏松體母材，將上述延伸后芯棒兩端分別對接把棒，對接后玻璃棒放置到可旋轉的車床上，通過多個可沿軸向移動的沉積噴燈生成二氧化硅粉末，生成的二氧化硅粉末在該旋轉的玻璃棒上不斷沉積長大，達到設定重量或設定旋轉回數(shù)后停止沉積，制得預制棒包層疏松體母材；沉積噴燈可設置4個。
[0015]5.最后再對預制棒包層疏松體母材進行脫羥和玻璃化處理，包層疏松體母材的脫羥和玻璃化過程利用燒結爐不同溫區(qū)同時進行，即母材按一定速度，一般在2?5mm/min勻速向下移動通過燒結爐高溫區(qū)，燒結爐溫度為1200?1500°C，移動過程中燒結爐內(nèi)通入(:12和He，一般Cl 2流量在500?2000mL/min，He流量在10?25L/min，達到設定長度后即完成脫羥和玻璃化過程，制成一種低損耗光纖預制棒。
[0016]燒結爐中爐芯管通常用高純石英制成，但在高溫環(huán)境下爐芯管內(nèi)部的金屬離子仍會揮發(fā)到燒結爐內(nèi)，而且在高溫環(huán)境下金屬離子的熱運動更加頻繁，導致母材更容易被金屬尚子污染。
[0017]傳統(tǒng)工藝中，母材在玻璃化過程中是從上向下移動的即母材的下部先完成玻璃化過程。而燒結爐內(nèi)氣流是從下而上的，故導致大部分金屬離子也位于加熱體的上部區(qū)域，使得母材上部處在金屬離子氛圍中的時間較長，這加劇了母材被金屬離子污染幾率。
[0018]針對上述工藝存在的不足，本發(fā)明提供了一種可以減少母材被污染降低光纖傳輸衰減的方法，即母材在進行玻璃化過程是，母材從下向上移動通過加熱區(qū)，由于通過加熱體上部金屬離子聚集區(qū)時母材已經(jīng)完成玻璃化過程，故母材不會被金屬離子污染。此外，由于爐芯管下方不斷有潔凈的氣流從下向上流動，加熱體上部的金屬離子不會向下流動，母材下部未玻璃化的疏松體部分也難以被金屬離子污染。
[0019]另一方面，如果母材脫羥過程從上向下移動，而玻璃化過程從下向上移動，則會導致母材的下部先脫羥后玻璃化，而母材的上部后脫羥卻先玻璃化，這會導致母材不同位置脫羥與玻璃化的間隔時間相差較多。而疏松體母材在脫羥結束后，起疏松體內(nèi)部仍有較多的氯分子，而母材脫羥結束后燒結爐即開始升溫至玻璃化溫度，會導致母材上下部脫羥效果存在差異(如圖3)。另一方面，母材上下部脫羥不均勻還會導致母材芯層Ge的分布發(fā)生變化，這會影響預制棒折射率的分布均勻性。故綜合考慮，母材脫羥時移動方向也需更玻璃化移動方向保持一致，即從下向上移動完成脫羥過程。
[0020]一種低損耗光纖預制棒的制造方法設計合理，該方法制備的光纖由于金屬離子的含量較低，大幅度降低了光纖各個波段的損耗，從而具備了低損耗的優(yōu)良特性。該方法制備的光