一种用于大尺寸光纤预制棒的石英套管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于大尺寸光纤预制棒芯棒的石英套管及其制造方法，包括一直管状的纯石英衬管，其特征在于所述的纯石英衬管外径为34～63mm，壁厚大于或等于2mm，长度为1.0～2.0m，在纯石英衬管内腔沿管壁沉积有掺杂石英层，所述掺杂石英层的相对折射率差为-1.5%～-0.3%，沉积完后的石英套管的内径等于或大于24mm。本发明专利技术基于PCVD工艺，具有原料利用率高，折射率值控制精确的优点；所生产的套管不仅折射率参数分布均匀，而且工艺稳定、成品率高；可充分运用套管工艺制造大尺寸光纤预制棒，并能实现制造多光学包层折射率剖面的功能，因此在制造较复杂的大尺寸光纤预制棒时具有工艺简便、制造成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大尺寸光纤预制棒的石英套管及其制造方法
本专利技术涉及一种可用于大尺寸光纤预制棒芯棒外包材料的石英套管及其制造方法，其具有折射率值可调节，且折射率值的参数分布均匀等优点。
技术介绍
在光纤制造领域，所谓的套管是一种石英材质的空心管状材料。功能上，它可作为沉积掺杂二氧化硅或纯二氧化硅的基体，并具有增加光纤预制棒尺寸等作用。因此，套管可以理解为是一种具有特定几何尺寸的人造石英预制件。目前公知的光纤预制件的制造工艺，典型的有管内法气相沉积工艺，如改进化学气相沉积工艺（MCVD，modifiedchemicalvapordeposition）和等离子体激发化学气相沉积工艺（PCVD，plasmachemicalvapordeposition），以及管外法气相沉积工艺，如外部气相沉积工艺（OVD，outsidevapordeposition）和外部轴向沉积工艺（VAD，vaporaxialdeposition）。美国专利US5837334，描述了一种利用管外沉积工艺人工合成二氧化硅来制造石英套管的方法。该法采用VAD或OVD外部气相沉积工艺制造出大尺寸的疏松材质的石英母棒，在高温下玻璃化后，钻孔获得空心圆柱体，根据目标尺寸的需要，可选择拉伸工艺将空心圆柱体制成有特定尺寸要求的石英套管。该类工艺在沉积纯的二氧化硅材料时，具有沉积速率高的特点。但在制造具有一定氟掺杂剂的低折射率材料时，疏松的粉料在未完全玻璃化前，高温下掺杂剂会发生挥发或扩散，因此很难将掺杂二氧化硅材料的折射率控制在精确的范围，特别是在沉积诸如较大量氟掺杂剂以获取较低折射率值的套管时，有的甚至沿套管半径方向和轴向方向上表现出折射率值的大幅波动。中国专利CN101314515A提出了一种光纤预制棒用石英套管的生产方法。该法利用等离子体热源将石英砂粉料均匀熔化后沉积形成石英毛砣，再通过机械加工对石英毛砣的内孔、外圆进行处理，最后在中频炉中采用无接触式拉管方式将石英砣拉制成一定几何尺寸的石英套管。该法原料为天然石英砂，因此所产套管的质量受石英砂原材料的杂质含量的影响。该法很难通过加入掺杂剂均匀调控衬管的折射率，所以利用该法所制衬管的折射率基本固定，如该专利所述，为1.45728。传统的套管因用途有限，并不要求具备高的光学质量。但是随着光纤的发展，对一些特定折射率剖面结构的光纤，其套管的材料和工艺也需要随之进化，以满足光纤制造的高效低成本需要。除了发挥沉积二氧化硅层作为沉积基体或增加光纤预制棒外形尺寸的功能外，渐渐的，套管也开始参与组成有折射率变化的光纤光学包层的角色。但前提条件是，在套管的制造过程中，其折射率要具有可控性，能根据光纤产品的需求灵活变化，并且折射率参数的分布要达到一定的均匀性，以满足批量化的生产。专利CN1203335C设计了一种低色散斜率非零色散位移光纤的折射率剖面，该设计形式上基于普通单模光纤折射率的剖面，在直径方向上向外增加了若干台阶式的纤芯分层，各层折射率不同，这种折射率剖面可以实现调节色散斜率、弯曲损耗、PMD值、有效面积等性能参数的功能。在专利要求的限制范围内，可以使光纤在维持良好的抗弯曲性能、较低PMD值的同时具有大有效面积和低色散斜率。但剖面结构复杂的特点也使得制造这种光纤的工艺难度大，制造成本高，并且很难实现预制棒尺寸的大型化。在专利CN101598834中，描述了一种具有优异抗弯曲性能的单模光纤，从其折射率剖面来看，较普通阶越型单模光纤多了一层下陷包层。下陷包层为掺氟石英材料，其作用为提高光纤的抗弯曲性能。专利CN101281275提出了一种具有大有效面积的光纤，相对标准单模光纤而言，有效面积增大，必将导致光纤抗弯曲性能的恶化，所以，该专利亦通过增加一层下陷包层达到了改进光纤的抗弯曲性能的目的，并且下陷包层在光纤里的积分体积越大，抗弯曲性能的作用越好。总而言之，与普通阶越型的标准单模光纤相比，类似折射率分层多的复杂结构光纤，或者芯层直径尺寸较大的光纤，其诸如下陷包层的部分无疑会带来芯棒直径的增加，在制造大尺寸预制棒时，便增加了大尺寸芯棒的制造难度，对制造设备提出了更高的挑战。另一方面，由于芯棒作为光纤预制棒的核心部分，其制造成本也是最高的，增大芯棒的尺寸总体上来说也不利于光纤制造成本的降低。作为增大预制棒尺寸的一种方法，套管工艺可通过套入间隙套管来实现预制棒的逐步增大。但现有的折射率固定的纯二氧化硅石英套管无法满足光纤折射率剖面里含有多光学包层结构的要求。
技术实现思路
为方便介绍
技术实现思路
，定义部分术语：芯棒：含有芯层和部分包层的预制件；折射率剖面：光纤或光纤预制棒（包括芯棒、套管）玻璃折射率与其半径之间的关系；RIC(RodInCylinder)工艺：将芯棒和套管经过处理，包括拉锥、延长、腐蚀、清洗和干燥后，将芯棒插入套管中所组成的大尺寸光纤预制棒的制造工艺；OVD工艺：用外部气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃；VAD工艺：用轴向气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃；APVD工艺：用高频等离子体焰将天然或合成石英粉熔制于芯棒表面制备所需厚度的石英玻璃。本专利技术所要解决的技术问题旨在针对以上现有技术存在的不足提出一种分布有可控折射率的石英套管及其制造方法，该套管可以应用于制造剖面结构复杂的大尺寸光纤预制棒。本专利技术石英套管的技术方案为：包括一直管状的纯石英衬管，其特征在于所述的纯石英衬管外径为34～63mm，壁厚大于或等于2mm，长度为1.0～2.0m，在纯石英衬管内腔沿管壁沉积有掺杂石英层，所述掺杂石英层的相对折射率差为-1.5%～-0.3%，沉积完后的石英套管的内径等于或大于24mm。按上述方案，所述的掺杂石英层为掺氟石英层或氟锗共掺石英层，所述的掺杂石英层的相对折射率差为-1.0%～-0.3%。按上述方案，所述的纯石英衬管的内径等于或大于30mm。本专利技术石英套管制作方法的技术方案为：取外径为34～63mm，壁厚大于或等于2mm，长度为1.0～2.0m的纯石英衬管，经两端延长、腐蚀、清洗后，进行PCVD加工；所述的腐蚀、清洗是以AR级氢氟酸试剂浸泡腐蚀，以去掉衬管延长加工时带来的内外表面污染，腐蚀去除量以衬管外径减少量计为0.01～0.3mm,腐蚀后的衬管以纯去离子水冲洗内外表面，再以纯净氮气吹扫内外表面进行充分干燥；所述的PCVD加工是将干燥处理后的纯石英衬管置于微波谐振腔保温炉内，保温炉内温度保持在800℃～1300℃，纯石英衬管穿过微波谐振腔，周期性地旋转，微波谐振腔沿衬管轴向从一端至另一端往复运动；同时混合气体从衬管的一端进入衬管内腔，衬管的另一端为气体排出端，气体排出端连接真空泵，控制衬管内压力在12～30mBar；上述过程持续反复进行，在纯石英衬管内腔沿管壁沉积成掺杂石英层，掺杂石英层的相对折射率差为-1.5%～-0.3%，直至沉积完毕。按上述方案，所述的混合气体的种类和流量为：四氯化硅蒸气800～2500sccm，纯氧气2000～7000sccm，氟利昂10～200sccm。按上述方案，所述的进入管内的反应原料气体和蒸气，对于标准状态下为气态的纯氧气和氟利昂，采用大量程的气体流量计控制；对于标准状态下为液态的四氯化硅,先辅助其加热使其产生适量的原料蒸气压，将蒸气导出再用气体流量计控制流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大尺寸光纤预制棒的石英套管，包括一直管状的纯石英衬管，其特征在于所述的纯石英衬管外径为34～63mm，壁厚大于或等于2mm，长度为1.0～2.0m，在纯石英衬管内腔沿管壁沉积有掺杂石英层，所述掺杂石英层的相对折射率差为?1.5%～?0.3%，沉积完后的石英套管的内径等于或大于24mm。

【技术特征摘要】
1.一种用于大尺寸光纤预制棒的石英套管制造方法，其特征在于取外径为34～63mm，壁厚大于或等于2mm，长度为1.0～2.0m的纯石英衬管，经两端延长、腐蚀、清洗后，进行PCVD加工；所述的腐蚀、清洗是以AR级氢氟酸试剂浸泡腐蚀，以去掉衬管延长加工时带来的内外表面污染，腐蚀去除量以衬管外径减少量计为0.01～0.3mm,腐蚀后的衬管以纯去离子水冲洗内外表面，再以纯净氮气吹扫内外表面进行充分干燥；所述的PCVD加工是将干燥处理后的纯石英衬管置于微波谐振腔保温炉内，保温炉内温度保持在800℃～1300℃，纯石英衬管穿过微波谐振腔，周期性地旋转，微波谐振腔沿衬管轴向从一端至另一端往复运动；同时混合气体从衬管的一端进入衬管内腔，衬管的另一端为气体排出端，气体排出端连接真空泵，控制衬管内压力在12～30mBar；上述过程持续反复进行，在纯石英衬管内腔沿管壁沉积成掺杂石英层，直至沉积完毕；所述的混合气体的种类和流量为：四氯化硅蒸气800～2500sccm，纯氧气2000～7000sccm，氟利昂10～200sccm；所述的掺杂石英层为掺氟石英层或氟锗共掺石英层，所述的掺杂石英层的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王润涵，龙胜亚，罗杰，艾靓，周红燕，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆有限公司，
类型：发明
国别省市：