CN102249533B - 一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型低水峰光纤预制棒的制备方法。它包括：1、用管内化学气相沉积法在石英玻璃衬管内沉积芯层和部分包层材料，在满足波导结构的同时优化氟掺杂成分，其中管内法制备的内包层F掺杂折射率贡献量不高于-0.10％，且芯层氟掺杂折射率贡献量不高于-0.03％；2、将沉积完芯层和部分包层材料的石英玻璃衬管于1900℃-2300℃下熔缩成实心芯棒，制造1.5≤b/a≤3.0且2.3≤c/a≤4.5的芯棒、3、用外部气相沉积法直接在芯棒的外表面包覆适量均匀的石英疏松体，形成疏松体预制棒，4、将疏松体预制棒缓慢高温加热进行脱水和烧结成透明的大型低水峰光纤预制棒。本发明将管内法掺杂优势和外部法大型化优势结合起来，工艺简单，适合低成本、大规模生产大型低水峰光纤预制棒。

Description

一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法

技术领域

本发明涉及一种利用管内法掺杂工艺优势采用芯棒直接外包技术制备光纤预制棒的方法，即采用管内法和Soot直接外包工艺制造大型低水峰光纤预制棒的方法，属于光纤制造领域。

背景技术

光纤预制棒用于拉丝制备通信传输的光纤。光纤制造技术包括很多环节和工序，其中主要工序有两个，其中一个是预制棒制造。目前商用预制棒的生产一般采用“两步法”的制造工艺，即第一步，芯棒的制造；第二步，外包的制造和成棒。其中芯棒的制造工艺典型的有管内法气相沉积工艺，如MCVD(modified chemical vapor deposition)改进化学气相沉积工艺和PCVD(plasma chemical vapor deposition)等离子体激发化学气相沉积法，以及管外法气相沉积工艺，如OVD(outside vapor deposition)外部气相沉积工艺和VAD(vapor axial deposition)外部轴向沉积工艺。外包技术目前典型的工艺包括RIT(rod in tube)和RIC(rod in cylinder)套管法、Soot直接外包法、APVD等离子体喷涂法和溶胶-凝胶法。其中套管法和Soot直接外包法主要采用类似芯棒外部气相沉积工艺特点的实现包层材料的制备，主要区别在于相对芯棒制造工艺，套管法采用的是离线制备方式，Soot直接外包法采用的是在线制备方式。因此，要用芯棒制造技术加上外包技术才能全面说明当前光纤预制棒制造工艺的特征。众所周知，芯棒的波导结构和材料组成决定了光纤的传输特性，例如：损耗、带宽、截止波长、模场直径、色散特性、有效面积等，对偏振模色散(PMD)和机械强度等也有决定性作用。而光纤预制棒的制造成本主要取决于外包工艺技术。光纤的几何性能和机械性能与预制棒整体设计相关。

现有的最接近的大型低水峰光纤预制棒的方法为套管法，如US005837334A、US007089765B2。目前套管法是先制造出芯棒，再将该芯棒***尺寸匹配的石英玻璃管，经高温加热使芯棒与套管同步熔化融合延长成为光导纤维。套管法是用于常规生产的与本发明最接近的技术之一。但是这种套管法存在以下不足之处：大尺寸的套管要求的几何精度高，制造工艺复杂，套管加工过程中的材料损失导致成本增加。芯棒与套管的界面增加了光纤拉丝工艺的复杂程度，界面的清洗和干燥变得更加严格，而且界面增加了光纤机械强度薄弱环节产生的几率，增加了单位长度光纤断裂的可能性，界面也对光纤水峰(光纤传输中由于羟基在1360nm～1460nm范围内吸收峰称为水峰)产生不利影响，避免界面附加影响附加的工艺流程增加了预制棒的生产成本。

管外法+Soot直接外包法是目前被行业认为是制造低成本大型预制棒首选的工艺路线，如US005917109A。尤其随着VAD和OVD向多灯结构多组震荡沉积工艺的技术发展，Soot直接外包法显著降低了光纤预制棒的制造成本。由于外部气相沉积法VAD和OVD特点是沉积速率高、原材料容易获得，目前管外法+Soot直接外包技术提供了大部分的商用预制棒，典型的两步法工艺路线为VAD+OVD、OVD+OVD、VAD+VAD。但是为制备低水峰大型预制棒，管外法+Soot直接外包法的技术路线也存在如下不足：众所周知，管外法由于存在Soot制备和玻璃化的分离流程，在实现复杂折射率剖面和Ge/F共掺工艺等方面相对管内法明显不足，因此，利用管外法+Soot直接外包法制造低水峰大型预制棒的国产中，以生产简单阶跃单模光纤为主(典型的为ITU-G.652.D)，产品类型难以切换；此外，由于相对简单的芯棒掺杂材料设计，为避免直接外包过程中芯棒表面的羟基在脱水和烧结过程向芯区扩散，在低水峰光纤芯棒工艺设计过程中一般需要预留足够大的内包层和芯区的直径比(即T/a)，目前测算理论值可以达到T/a不小于3.8，典型值一般在4.5附近，该特征显著降低了单台芯棒设备的折算成光纤的年产能。此外，众所周知，管外法+Soot直接外包技术制备含深掺氟包层的大型预制棒在氟掺杂贡献量(一般难以低于-0.30％)和工艺稳定性方面面临巨大挑战。

另一种与本发明接近的技术是PCVD+APVD技术。该技术是以管内化学气相沉积法制成的芯棒为靶棒，在其外采用APVD工艺将石英粉喷涂到石英靶上而制成廉价的复合外包层。合成石英靶棒确保了光纤的质量，外喷技术石英粉具有较高的沉积效率，是一种已经用于常规生产的低成本的技术。但是这种技术有以下问题，由于APVD的沉积效率高且采用廉价的石英粉，这种石英粉的纯度和一致性受原材料影响而波动较大，其中含有的某些杂质对光纤的拉丝强度有不利影响，这种原材料不可提纯和不可再生限制了其生产大尺寸预制棒技术的推广。此外，该技术路线制备的大型预制棒由于材质的均一性显著影响光纤机械性能，拉丝工艺过程中典型断点率是Soot外包工艺制备大型预制棒的两倍以上。

PCVD工艺的特点是沉积层的厚度很薄，可通过进料的精确控制，使光纤的波导结构设计和材料组成及结构设计达到和谐的统一。在材料组成和结构设计方面，引入功能梯度材料的设计，即通过设定适当的配方，使芯棒或光纤横截面的径向上具有连续的组成和结构梯度变化，并因此使材料的性质渐变，使预制棒中无明显的界面。在使各层粘度匹配的同时，热应力得到缓和，从而在光纤制造的后续工艺中，光纤中就不会残余热应力和产生断键，从而降低了光纤的衰减、优化了PMD、翘曲、熔接和抗氢老化等特性。PCVD工艺芯层和光学包层都掺GeO₂和F，利用二者对粘度影响的差异可很容易实现芯层和包层在粘度上的匹配，从而PCVD光纤即使不用D₂处理也具有良好的抗氢损性能。PCVD工艺引入F除了起降低折射率的作用外，还可显著降低高温状态下羟基向芯区的扩散速率，达到降低水峰的效果，因此，PCVD芯棒设计中通过调整衬管(折算为光纤中的直径标记为c，等效为管外法芯棒制造工艺中的T)和PCVD掺杂内包层(折算为光纤中的直径标记为b)与芯径(折算为光纤中的直径标记为a)的比例和掺杂浓度，能保证芯棒外径与芯径之比(c/a)不大于4.5，这是单台PCVD芯棒制造能力折算成光纤产能显著高于管外法的主要原因。另外，适量的F还可有效降低光纤中的缺陷。在拉丝过程中，光纤易形成Si·、Ge·、SiO·和GeO·等缺陷，这些缺陷不仅会引起强的紫外吸收，其拖尾影响直至1550nm的衰减，同时这些缺陷极易与H结合，形成强的吸收峰。氟可与这些缺陷结合，对缺陷起到一个很好的愈合作用，不仅仅使光纤具有低的衰减，还确保了光纤优良的抗氢损特性。PCVD工艺采用离子体作用沉积石英玻璃，氟具有较高的沉积效率，而对于OVD和VAD工艺，沉积过程中氟的沉积效率极低，大多数掺F是在烧结过程中进行的(如通入SiF4)。但受沉积层厚度的限制，需要采用多次沉积-烧结的方法，因而在掺氟方面，PCVD工艺具有明显优势。PCVD以其折射率剖面控制精准的优势尤其适合制造G652D、G.657、G.655、DCF等类型光纤。

中国专利CN00128165.8公开了一种制作大型光纤预制棒的方法，其特征在于用管内法在石英玻璃管内沉积芯和包层材料并熔缩成芯棒，再用外部法沉积外包层材料烧结成透明玻璃棒，该专利未涉及光纤芯层和包层的具体掺杂含量，未涉及PCVD工艺具体工艺参数和光纤参数。中国专利CN01128430.7公开了一种光纤预制棒的制造方法，其特征在于由等离子体化学气相沉积和管外气相沉积两种工艺混合制造光纤预制棒，但是该专利未涉及等离子体化学气相沉积法的具体工艺参数，未涉及光纤结构参数和光纤光学性能参数。

本发明的一些术语的定义为：

衬管：管内气相沉积用的高纯石英玻璃管，反应物在管内反应后沉积在玻璃管的内壁形成薄层玻璃。

芯棒：含有芯层和PCVD沉积包层的实心预制件。

折射率剖面：预制棒/芯棒/光纤玻璃折射率与其半径之间的关系。

套管：符合一定截面积要求的厚壁高纯石英玻璃管。

a值：光纤中芯层的直径。

b/a值：定义为管内沉积的包层直径与芯层直径的比值。(b值为管内沉积的包层部分对应的光纤包层的直径。)

c值：定义为管内法制备的芯棒折算为光纤中的直径，等效于管外法中的T；

d值：定义为预制棒折算为光纤中的直径。

相对折射率Δi％：

其中ni为第i层光纤材料的折射率，n₀为纯石英玻璃的折射率。

疏松体预制棒：是包含PCVD芯棒和Soot外包的疏松体预制棒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种大型低水峰光纤预制棒的制备方法。结合PCVD和Soot直接外包两种工艺的优点，用PCVD法通过Ge/F共掺或纯掺氟的方式制作低c/a、生产折射率精确控制的芯棒，用高效率、工艺灵活的Soot直接外包法沉积石英玻璃包层，以获得大尺寸低成本的低水峰光纤预制棒。

本发明的目的是由下述方法来实现的：

1、用管内法，尤其是PCVD，在高纯度、低羟基石英玻璃衬管内沉积Ge/F共掺或纯掺氟的芯区和部分内包层材料，其中F掺杂在管内法沉积的内包层中折射率贡献量典型值为-0.10％至-1.00％，F掺杂在芯层中折射率贡献量典型值为-0.03％至-0.20％。该掺杂工艺的设计能有效优化光纤材料设计的粘度匹配，并为防止外包层羟基向芯区扩散而恶化光纤水峰性能提供较薄厚度的阻挡层。为提高芯棒产能，优选大尺寸衬管和高沉积速率PCVD工艺，典型的如不小于31mm直径的衬管和不小于2.5g/min沉积速率的PCVD工艺，芯棒长度不小于1000mm。采用低羟基高纯石英玻璃管作为衬管，衬管的羟基含量要求小于等于1000ppb，进一步的要求小于100ppb，更进一步的要求小于10ppb。为满足波导结构设计的需要，衬管可以是纯石英材料，也可以相对折射率在0～-0.30％之间的掺氟石英材料。

2、将沉积管于1900℃-2300℃下熔缩成实心芯棒，制造1.5≤b/a≤3.0、2.3≤c/a≤4.5的芯棒；为避免Soot直接外包工艺和拉丝工艺外部羟基向内包层和芯区扩散，通过在衬管羟基含量、内包层/芯层F掺杂折射率贡献量、b/a和c/a三个主要影响因素之间进行调整优化。一般地，衬管材料的羟基含量一般不大于100ppb，当衬管羟基整体含量低时，可以通过少量F掺杂或低b/a和c/a值来实现低水峰大型化预制棒。衬管材料的羟基含量在20ppb以下时，如满足当c/a值不小于3.0，适度掺氟的内包层可实现接近b/a＝1.5的水平，或者在波导结构和材料粘度匹配合适的情况下，b/a可以接近c/a＝2.3。典型地在衬管材料羟基含量相对一致的条件下，通过增加F掺杂(尤其内包层的F掺杂)有利于进一步减少b/a和c/a值，其中典型的c/a在3.0-4.2之间，显著低于管外法+Soot直接外包工艺一般维持4.2-5.0的结构特征。典型地为保证光纤所需的波导结构，增加F掺杂需要补充Ge掺杂伴随着光纤本征损耗增加的风险，一般芯区F掺杂折射率贡献量不低于-0.20％，内包层F掺杂折射率贡献量不低于-0.70％，在结构设计和波导设计的时候也可以在控制整体的Ge/F共掺或纯掺F浓度的同时利用PCVD工艺优势细分内包层为梯度多结构，在靠近衬管区域进行深掺杂(可实现-1.00％)，在靠近芯区降低整体掺杂，平衡低b/a和c/a时水峰增加的风险和高掺杂浓度下本征损耗增加的风险。此外，在涉及多组分掺杂的芯棒掺杂结构中，需要控制材料组成的粘度匹配，避免拉丝过程中引入附加损耗。直接沉积所得芯棒典型直径范围是18mm至51mm。由于管内法直接沉积所得芯棒的直径受制于PCVD工艺的核心设备-谐振腔的直径的技术发展水平，在设计大尺寸预制棒工艺流程过程中，也可以把衬管折算到光纤中的c部分对应的玻璃材料分为直接沉积部分和离线熔缩部分，即在保b/a能直接由PCVD完成沉积的前提下，衬管依据实际谐振腔尺寸选择合适直径基管完成PCVD工艺和熔缩工艺，然后按c/a设计要求追加合适过渡衬管进行二次熔缩，制备满足1.5≤b/a≤3.0、2.3≤c/a≤4.5的芯棒。为提高单根预制棒连续拉丝能力，所得芯棒可以进行长度组合，或组合后追加合适过渡衬管进行二次熔缩或拉伸，以实现长度大于1.5-3.0m的供直接外包工艺的芯棒。

3、用Soot直接沉积法在上述芯棒的外表面包覆适量均匀的石英疏松体，形成疏松体预制棒。具体为：将熔缩后的芯棒安装在外沉积车床上绕芯棒轴线旋转，将化学原料气体和燃料气体用不同的管路通往喷灯，使喷灯的火焰喷向该靶棒。芯棒与火焰发生相对的平行于轴线的平移，使得喷灯火焰中生成的玻璃微粒一层层地沉积在靶棒上，形成了具有足够的包层玻璃微粒材料的疏松体预制棒。沉积工艺需要根据粉尘密度，控制粉尘棒的外径，使之满足最终光纤d/a的几何要求。为避免低b/a和c/a值芯棒在Soot工艺中因界面污染导致的杂质向内包层和芯区扩散，一般需要对芯棒进行抛光或预腐蚀以得到新鲜表面，同时避免粉尘沉积过程中的开裂，相应需要部分预留衬管外径。为实现大尺寸预制棒和降低光纤制造成本，优选单棒组灯等效沉积速率不小于60g/min的Soot直接外包工艺，也可以采用多排组灯同步沉积的工艺方式。其中Soot直接外包工艺可以是利用SiCl₄做主要原料的OVD或VAD。单棒组灯典型沉积长度不小于1500mm。由于本发明显著降低了c/a，目前设计主要服务于T/a大于3.8的Soot直接外包设备所需芯棒尺寸小于由OVD或VAD工艺制备的芯棒，在Soot沉积设备和后续脱水-烧结炉不能保证更大尺寸粉尘棒沉积工艺的条件下，可以对PCVD直接沉积或二次熔缩的芯棒进行预拉伸，在优化工艺流程的同时也可避免PCVD芯棒一次沉积单根长度难于突破1200mm的不利。

4、将包含靶棒和疏松体的预制移入脱水-烧结炉中，在800-1200℃的温度条件下和合适比例氧气、氯气和氦气的混合气氛下进行脱水，逐步驱疏松体重的有机物、水分和金属杂质，然后在1400-1600℃的温度条件下和以氧气、氩气和氯气为主的混合气氛下高温加热烧结成无气泡透明的大型低水峰光纤预制棒。该预制棒可以直接用于拉丝或预制棒拉伸热整形等后续光纤制备工艺。

本发明的特点和产生的积极效果为：

将管内法和外部法两种工艺结合起来，综合了两种工艺的优势，充分利用PCVD工艺易于深掺杂、复合掺杂、精确控制芯棒折射率剖面结构的优越性，制备氟掺杂芯层和内包层从而获得低衰减和低水峰，用原材料便于获得、沉积效率高、便于大型化的Soot直接外包法获得低成本预制棒。相对PCVD+OVD套管法，直接在芯棒上沉积外包层，省去了制造套管所必需的研磨、抛光、拉伸等一系列工序，降低了制造成本。相对管外法+Soot直接沉积工艺，利用PCVD便于F掺杂的优势制备了低了T/a或c/a的低水峰芯棒，显著提高了单台芯棒设备的折算成光纤的年产能，同时克服了管外法+Soot直接沉积工艺不容易不同产品工艺切换的难题，适合制备复杂剖面结构的低水峰光纤系列产品。本发明选用的工艺路线包含预制棒疏松体的脱水/烧结炉中进行脱水和熔缩的过程去除了化学杂质和预制棒内部的细微结构缺陷，提高了预制棒材料的纯度和强度，可改善光纤的机械强度。本发明所述方法既可获得精度极高的光波导结构，又获得了高的生产效率，适合制造高质量的大型低水峰光纤预制棒。本发明在实际运用过程中，已经获得单棒可以生产3600公里以上低水峰光纤的预制棒。用该预制棒生产出来的光纤在1310nm处的衰减小于0.340dB/km，在1383nm处的衰减小于0.334dB/km，在1550nm处的衰减小于0.220dB/km。

附图说明

图1是本发明Ge/F共掺或纯F掺杂大尺寸低水峰光纤预制棒材料结构示意图。

图2a.是本发明简单芯/包层Ge/F共掺普通单模低水峰光纤折射率剖面结构

图2b.是本发明多包层的芯/包层Ge/F共掺单模低水峰光纤折射率剖面结构

图2c.是本发明深掺氟包层单模低水峰光纤折射率剖面结构

图2d.是本发明芯/包层Ge/F共掺抗弯曲单模低水峰光纤折射率剖面结构

具体实施方式

本发明包括以下步骤：a、用管内化学气相沉积法在石英玻璃衬管内Ge和F共掺或纯掺氟形成掺杂沉积芯层和内包层材料，F掺杂在内包层中折射率贡献量典型值为-0.10％至-1.00％，F掺杂在芯层中折射率贡献量典型值为-0.03％至-0.20％；b、将沉积管于1900℃-2300℃下熔缩成实心芯棒，芯棒折算到光纤后满足1.5≤b/a≤3.0、2.3≤c/a≤4.5；c、用Soot直接外包法在芯棒的外表面包覆均匀的石英疏松体，形成疏松体预制棒；d、将疏松体预制棒缓慢高温加热脱水、烧结成透明的大型低水峰光纤预制棒，预制棒直径不小于150mm，连续拉制的光纤长度大于1500km。所述的管内化学气相沉积法为等离子体化学气相沉积法，等离子体化学气相沉积法的核心设备谐振腔容许直接沉积的衬管尺寸不小于28mm，典型沉积效率不低于2.5g/min.，沉积工艺往返行程不小于1200mm。

制造芯棒用的石英玻璃玻璃管为合成石英或显著掺氟合成石英材料，其相对折射率为0至-0.3％，所述玻璃管的羟基含量小于1000ppb。优选玻璃管的羟基含量小于100ppb。

更优选玻璃管的羟基含量小于10ppb。管内法制备的F掺杂内包层为均一材质，或者是梯度F掺杂或渐变F掺杂结构，靠近芯区的内包层的F掺杂对折射率贡献量向-0.10％优化、远离芯区的内包层部分的F掺杂对折射率贡献量向-0.70％优化。所述芯棒是直接管内法一次熔缩制备，或是先选用薄壁衬管进行管内法沉积和熔缩后的芯棒，再选用过渡衬管进行二次熔缩后得到的芯棒，芯棒直接用于后续工艺，或者是进行单根芯棒预拉伸或HF腐蚀冷加工，或者是多根芯棒组合或组合后选用过渡衬管进行预拉伸。所述Soot直接外包法是OVD法或VAD法，使用的原材料是SiCl₄。所述Soot直接外包法制备的疏松体预制棒采用脱水工艺和透明化分阶段的烧结工艺处理，或采用真空脱气的烧结工艺处理；烧结工艺过程中通过控制含氟气体的分压和加热时间，实现外包层部分掺氟。所述烧结后的大型预制棒直接用于后续拉丝工艺，或进行预拉伸后再进行后续拉丝工艺。所述的大型低水峰光纤预制棒拉制的光纤在1310nm处的衰减小于0.340dB/km，在1383nm处的衰减小于0.334dB/km，在1550nm处的衰减小于0.220dB/km。

本发明所述方法因为采用易于实现复杂折射率剖面的PCVD工艺制备芯棒，因此不仅适于制备简单剖面的普通单模光纤，也适合制备复杂剖面结构的单模光纤，这对熟悉本领域的人员来说是显而易见的。

实施例一：单模光纤的大型低水峰预制棒的实施例

按本发明方法，表1列出对3种规格预制棒的结构参数，其中单模芯棒均采用现有PCVD工艺制备。

表1预制棒几何参数(及相应光纤几何参数)

PCVD阶段工艺如下：混合气体原料要求为O₂中的水含量要求小于或等于100ppb，C₂F₆中的水含量要求小于或等于1000ppb，沉积车床的动态泄漏率小于或等于1.0×10^-5mbar.l/s，制备过程中环境的相对湿度小于25％，较好的环境相对湿度小于15％，更优的环境相对湿度小于5％。所用衬管外径最小28mm，最大46.5mm，其羟基含量不高于100ppb。直接沉积单根芯棒等效沉积速率不低于2.5g/min，优选3.0g/min。沉积往返行程不小于1200mm，典型为1300mm，单根芯棒典型有效棒长为1000mm，外径最小18mm，最大不超过51mm。熔缩阶段工艺如下：炉子速度为18-30mm/min，根据不同尺寸和掺杂成分炉温设定在1800-2100℃。

预制棒疏松体烧结阶段工艺如下：OVD沉积预制棒疏松体的密度为石英玻璃密度的50％～60％，VAD工艺制备的略低，将预制棒复合疏松体垂直置入脱水/烧结炉中，根据不同尺寸和掺杂成分设定炉内通入O₂约1500sccm和Cl₂约150sccm、加热速度约5-10℃/min的升温速率使炉温上升到1150℃，并在此条件下恒温60--150min，去除水分和其他杂质，然后，将脱水/烧结炉上部局部升温到1400℃-1600℃，同时绕预制棒轴线旋转疏松体，用5-10mm/min的速度向上提升预制棒，使整根预制棒疏松体均匀烧结为透明的光纤预制棒。

对于表1序号1对应的光纤剖面结构示意图如图2(a)，是一种简单的普通单模低水峰光纤，包含Ge/F共掺芯区和单一Ge/F共掺内包层。在芯棒制备时，当衬管的羟基含量典型值在100ppb以下时，其中芯层掺F的折射率贡献值不低于-0.20％、包层掺F的折射率贡献值低于-0.20％，通过增大b/a接近c/a值，在c/a小到2.3时都可以实现低水峰单模光纤特性。当衬管羟基含量进一步下降，Ge/F共掺芯区和内包层的芯棒中掺氟量可以降低。该芯棒进行直接熔缩后直接进行OVD外包工艺，并进行直接拉丝，可实现单根连续拉丝约400km。

对于表1序号2对应的光纤剖面结构示意图如图2(b)，其特征是利用类似是采用掺氟材料作为PCVD的衬管进行沉积而来，其中衬管选用的是-0.10％F掺杂、羟基含量不大于100ppb的高纯石英合成管，PCVD工艺中芯层掺F的折射率贡献值在-0.08％，复合包层掺F的折射率贡献值接近芯区为-0.10-- -0.30％，远离芯区部分为-0.25-- -0.70％，通过调整Ge掺杂来优化波导结构。通过以上掺杂设计，在较小的b/a值(约1.7)且c/a不大于4.0时能降低芯棒中Ge的掺杂量，在保证低水峰性能的同时实现光纤较低的损耗和良好的弯曲性能。该芯棒进行直接熔缩后，多根进行分切组合，实现典型1500mm，经HF腐蚀后外径39-48mm，直接用于VAD立式外包工艺并进行脱水和烧结后的得到直接拉丝的预制棒。单根预制棒连续拉丝长度达到约1800km，该预制棒生产出来的光纤在1310nm处的衰减小于0.340dB/km，在1383nm处的衰减小于0.334dB/km，在1550nm处的衰减小于0.220dB/km。

对于表1序号3对应的光纤剖面结构示意图如图2(b)，其特征是利用类似表1序号2的技术特征，通过优化F掺杂和控制衬管羟基含量，在芯棒沉积过程中进一步降低b/a和c/a，在46.5mm衬管下制备出较大尺寸芯棒，然后选择合适衬管进行二次熔缩增加c/a来保证光纤低水峰性能。具体实施过程中衬管选用的是-0.10％F掺杂高纯石英合成管，芯层掺F的折射率贡献值在-0.08％，复合包层掺F的折射率贡献值接近芯区为-0.10-- -0.30％，远离芯区部分为-0.25-- -0.70％，通过调整Ge掺杂来优化波导结构。该芯棒进行直接熔缩后，3根进行组合，腐蚀后选择壁厚4mm、外径为53mm、长度约3000mm的-0.10％F掺杂高纯石英合成管组合拉伸，实现典型值长度1500mm、外径47mm左右的芯棒，经HF腐蚀后再用于高沉积速率OVD外包工艺并进行脱水和烧结后的得到直接拉丝的预制棒。单根预制棒连续拉丝长度达到约3600km，该预制棒生产出来的光纤在1310nm处的衰减小于0.330dB/km，在1383nm处的衰减小于0.325dB/km，在1550nm处的衰减小于0.200dB/km。

实施例二：深掺氟包层低水峰单模光纤大型预制棒的实施例

采用类似表1序号1的芯棒制造工艺，光纤剖面结构示意图如图2(c)所示，利用PCVD工艺易于深掺氟的工艺优势，制备掺掺氟低水峰单模光纤大型预制棒。该实施例中衬管选用的是-0.25-- -0.35％F掺杂、羟基含量不大于100ppb的高纯石英合成管，芯层掺F的折射率贡献值在-0.03-- -0.06％，PCVD工艺制备的内包层是纯掺F石英材料，掺F折射率贡献值接近芯区为-0.30-- -0.45％，远离芯区部分为-0.40-- -0.70％，其中c/a可接近3.0。该芯棒直接采用OVD工艺进行外包沉积，在脱水工艺中增加高纯SiF4气体，维持较低炉体移动速度，然后在含SiF4气体保护气氛下进行缓慢烧结，实现氟掺杂透明化预制棒。该预制棒生产出来的光纤在1310nm处的衰减小于0.320dB/km，在1383nm处的衰减小于0.330dB/km，在1550nm处的衰减小于0.185dB/km。

实施例三：G.657大型低水峰大型预制棒的实施例

采用类似表1序号2的芯棒制造工艺，光纤剖面结构示意图如图2(d)所示，其中衬管选用的是-0.25-- -0.35％F掺杂、羟基含量不高于100ppb的高纯石英合成管，芯层掺F的折射率贡献值在-0.03-- -0.12％，包层掺F折射率贡献值为-0.10-- -0.25％，同时满足b/a在1.5-1.7之间。为满足波导结构要求，芯区和内包层可以调整适当Ge掺杂来平衡光纤的折射率分布。如果远离芯区部分的PCVD内包层增加深掺氟层，典型可达-0.70％，最深可达-1.00％，且其对应的c/a可接近3.0，最终预制棒能保证良好的弯曲性能和低水峰性能。直接熔缩的芯棒可以腐蚀后直接用于Soot外包工艺，也可以直接拉伸成合适外径后进行外包工艺。

Claims (10)

1.一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，包括以下步骤：a、用管内化学气相沉积法在石英玻璃衬管内Ge和F共掺或纯掺氟形成掺杂沉积芯层和内包层材料，F掺杂在内包层中折射率贡献量典型值为-0.10%至-1.00%，F掺杂在芯层中折射率贡献量典型值为-0.03%至-0.20%；b、将沉积管于1900℃-2300℃下熔缩成实心芯棒，芯棒折算到光纤后满足1.5≤b/a≤3.0、2.3≤c/a≤4.5；c、用Soot直接外包法在芯棒的外表面包覆均匀的石英疏松体，形成疏松体预制棒；d、将疏松体预制棒缓慢高温加热脱水、烧结成透明的大型低水峰光纤预制棒，预制棒直径不小于150mm，连续拉制的光纤长度大于1500km。

2.如权利要求1所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述的管内化学气相沉积法为等离子体化学气相沉积法，等离子体化学气相沉积法的核心设备谐振腔容许直接沉积的衬管尺寸不小于28mm，典型沉积效率不低于2.5g/min.，沉积工艺往返行程不小于1200mm。

3.如权利要求1所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于制造芯棒用的石英玻璃玻璃管为合成石英或显著掺氟合成石英材料，其相对折射率为0至-0.3%，所述玻璃管的羟基含量小于1000ppb。

4.如权利要求3所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述玻璃管的羟基含量小于100ppb。

5.如权利要求1所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于管内法制备的F掺杂内包层为均一材质，或者是梯度F掺杂或渐变F掺杂结构，靠近芯区的内包层的F掺杂对折射率贡献量向-0.10%优化、远离芯区的内包层部分的F掺杂对折射率贡献量向-0.70%优化。

6.如权利要求1所述一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述芯棒是直接管内法一次熔缩制备，或是先选用薄壁衬管进行管内法沉积和熔缩后的芯棒，再选用过渡衬管进行二次熔缩后得到的芯棒，芯棒直接用于后续工艺，或者是进行单根芯棒预拉伸或HF腐蚀冷加工，或者是多根芯棒组合或组合后选用过渡衬管进行预拉伸。

7.如权利要求1所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述Soot直接外包法是OVD法或VAD法，使用的原材料是SiCl₄。

8.如权利要求1或7所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述Soot直接外包法制备的疏松体预制棒采用脱水工艺和透明化分阶段的烧结工艺处理，或采用真空脱气的烧结工艺处理；烧结工艺过程中通过控制含氟气体的分压和加热时间，实现外包层部分掺氟。

9.如权利要求1或7所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述烧结后的大型预制棒直接用于后续拉丝工艺，或进行预拉伸后再进行后续拉丝工艺。

10.如权利要求1所述的一种制造大型低水峰光纤预制棒的方法，其特征在于所述的大型低水峰光纤预制棒拉制的光纤在1310nm处的衰减小于0.340dB/km，在1383nm处的衰减小于0.334dB/km，在1550nm处的衰减小于0.220dB/km。

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