CN115872611A - 一种制备多孔光纤预制棒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备多孔光纤预制棒的方法，利用多孔光纤预制棒装置在沉积过程中通过沉积重量的变化调整芯棒提升速度，控制外包层和芯棒的直径比例稳定，使成品光纤预制棒参数均匀；在不同喷灯通入不同的原料，进行不同区域的掺杂，形成特殊的剖面分布。本发明在沉积过程中，通过固定时间间隔内光纤预制棒重量变化对提升速度进行微调，可以控制外包层和芯棒直径比例的稳定，保证最终光纤参数的均匀性；可同时沉积3根光纤预制棒，并且每轴的喷灯组至少有4个喷灯，沉积速率可以得到明显提升；在沉积过程中，可以在不同的喷灯内通入不同的原料，进行不同区域的掺杂，形成特殊的折射率剖面分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备多孔光纤预制棒的方法，属于多孔光纤预制棒制造技术领域。
背景技术
光纤预制棒包层的制作技术主要有VAD、OVD和套管法(RIT或RIC)。目前市场上光纤预制棒包层主流的制作工艺是OVD和套管法。套管法是将光纤预制棒的芯棒***高纯的石英套管中，然后高温加热将套管熔缩在芯棒上。从工艺上考虑，套管法较为简单，但高纯石英套管需要外购或进口，成本较高。OVD工艺和VAD工艺主要是用氧气携带原材料四氯化硅或八甲基硅烷通过特殊设计的喷灯，与燃烧气体氢气或甲烷形成火焰，发生水解反应，生产二氧化硅颗粒，利用热泳原理沉积到旋转的芯棒上，形成疏松体预制棒的过程。OVD和VAD工艺主要的区别是沉积方向的差异，OVD是沉积方向是直径方向，沉积过程中，喷灯和靶棒要进行往复相对运动，而VAD的沉积方向是长度方向，沉积过程中，芯棒向上缓慢移动，喷灯按长度方向逐渐完成沉积。
为降低光纤预制棒的制造成本和节约光纤的拉丝成本，将光纤预制棒的尺寸做大是必然的选择。OVD和VAD工艺不受尺寸的限制，理论上可以做很大尺寸的光纤预制棒。但是，OVD工艺一般采用横向放置靶棒的方式沉积，当预制棒尺寸过大，重量较大时容易引起预制棒弯曲、断裂等，严重影响合格率。目前，纵向的OVD多喷灯沉积技术发展迅速，但多喷灯沉积在直径控制上较差。因此纵向的VAD技术制作大尺寸光纤预制棒是较优技术。而国内采用VAD技术制备光纤预制棒包层的厂商较少，公布的技术文献也相对较少。如专利CN101428964A、CN1253735C、CN108395092A涉及到VAD技术制作光纤预制棒外包层。但上述技术设备仅1轴沉积，设备整体沉积效率低，且沉积过程中都采用控制外径的方法来调节芯棒提升速度，会导致最终光纤参数的波动性较大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种制备多孔光纤预制棒的装置及方法，能提高设备整体沉积效率，外包层和芯棒的直径比例稳定，成品光纤预制棒参数均匀，原料进行不同区域的掺杂，形成特殊的剖面分布。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术手段是：一种制备多孔光纤预制棒的方法，利用多孔光纤预制棒装置在沉积过程中通过沉积重量的变化调整芯棒提升速度，控制外包层和芯棒的直径比例稳定，使成品光纤预制棒参数均匀；在不同喷灯通入不同的原料，进行不同区域的掺杂，形成特殊的剖面分布。
进一步的，所述多孔光纤预制棒装置包括沉积腔体，在沉积腔体内至少安装一组光纤预制组件，所述光纤预制组件包括光纤预制棒、喷灯组、引杆、芯棒，引杆一端悬挂芯棒，另一端由旋转夹头夹持，光纤预制棒安装在芯棒上，喷灯组安装在光纤预制棒下部，喷灯组设置若干个喷灯，旋转夹头旋转带动引杆、芯棒以及光纤预制棒一起旋转，在旋转夹头内安装压力传感器，用于测量旋转的光纤预制棒的重量，在沉积腔体一面设置进风口，相对的另一面设置抽风口，在抽风口设置压力自动控制组件保持腔体压力稳定。
更进一步的，所述进风口安装有过滤网，且位于沉积腔室内两侧，与抽风口位置相对。
更进一步的，所述沉积腔体内设置3组光纤预制组件，每组光纤预制组件的旋转夹头均独立控制提升和旋转。
进一步的，所述沉积过程具体是指：
准备阶段：将芯棒悬挂在引杆上，匀速旋转，喷灯内通燃料气体和氧气并点燃，关闭沉积腔体仓门，形成封闭空间，抽风压力达到设定值；
初始沉积：喷灯内通入原料气体，开始沉积光纤预制棒锥头部分，直至达到预设的重量；
稳定沉积：将引杆的提升速度缓慢提高至预设速度，通过固定时间间隔采集光纤预制棒重量变化，对提升速度在预设速度的基础上进行微调。本阶段直至达到设定的沉积长度；
结束沉积：引杆提升速度降低至零，然后关闭喷灯内的原料供应，再关闭喷灯内燃料气体和氧气供应，冷却2h后将光纤预制棒提出沉积腔体，即可完成光纤预制棒的沉积。
更进一步的，所述初始沉积阶段，每个喷灯内的原料气体流量不同，最上方的喷灯流量最大，以便形成预制棒锥头形状。
更进一步的，所述稳定沉积阶段，引杆的预设速度由光纤预制棒的目标沉积直径计算得出，固定间隔时间为3～8min；光纤预制棒的理论变化重量和引杆的提升速度的关系为：ΔM＝ρVΔTπD2/4，其中V为纯石英玻璃的密度2.2g/cm3，D为光纤预制棒的目标沉积直径，V为引杆提升速度，ΔT为间隔时间，ΔM为光纤预制棒的重量在间隔时间内的理论变化重量，若实际重量变化小于理论重量变化，则降低提升速度，相反则增加提升速度。引杆的预设速度也是有上述公式计算得出，不同的是ΔM是平均沉积速率。
更进一步的，所述喷灯组至少设置4个喷灯，在稳定沉积阶段中，不同的喷灯通入不同的原料实现掺杂。例如，靠近芯棒的2个喷灯通入CF4、SiCl4和甲烷氧气的混合气体，可以形成折射率向下掺杂的区域。
本发明的有益效果在于：1、在沉积过程中，通过固定时间间隔内光纤预制棒重量变化对提升速度进行微调，可以控制外包层和芯棒直径比例的稳定，保证最终光纤参数的均匀性；2、可同时沉积3根光纤预制棒，并且每轴的喷灯组至少有4个喷灯，沉积速率可以得到明显提升；3、在沉积过程中，可以在不同的喷灯内通入不同的原料，进行不同区域的掺杂，形成特殊的折射率剖面分布。
附图说明
图1是本发明的结构左视示意图；
图2是本发明的主视示意图。
图中：1、喷灯组，2、芯棒，3、沉积腔体，4、引杆，5、光纤预制棒，6、抽风口，7、旋转夹头，8、进风口。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
一种制备多孔光纤预制棒的方法，利用多孔光纤预制棒装置在沉积过程中通过沉积重量的变化调整芯棒提升速度，控制外包层和芯棒的直径比例稳定，使成品光纤预制棒参数均匀；在不同喷灯通入不同的原料，进行不同区域的掺杂，形成特殊的剖面分布。
如图1、2所示的一个实施案例，多孔光纤预制棒装置包括沉积腔体3，在沉积腔体3内至少安装一组光纤预制组件，所述光纤预制组件包括光纤预制棒5、喷灯组1、引杆4、芯棒2，引杆4一端悬挂芯棒2，另一端由旋转夹头7夹持，光纤预制棒5安装在芯棒2上，喷灯组1安装在光纤预制棒5下部，喷灯组1设置若干个喷灯，旋转夹头7旋转带动引杆4、芯棒2以及光纤预制棒5一起旋转，在旋转夹头7内安装压力传感器，用于测量旋转的光纤预制棒5的重量，在沉积腔体3一面设置进风口8，相对的另一面设置抽风口6，在抽风口6设置压力自动控制组件保持腔体压力稳定。抽风口6连接***排风管道并安装有压力自动控制装置，可以保持沉积腔室内压力稳定。进风口8安装有过滤网，且位于沉积腔室内2侧，与抽风口位置相对；沉积腔室可以并排容纳3个光纤预制棒5，每轴的旋转夹头都是独立控制提升和旋转的。
所述的沉积腔体3，可容纳并排3轴的多孔光纤预制棒5。所述的进风口8在腔体两侧，和抽风口6的位置处于对立关系，可以在腔体内形成稳定的气流。
利用多孔光纤预制棒装置的沉积过程中控制方法如下：
a)准备阶段：将芯棒2悬挂在每个轴的引杆4上，匀速旋转，引杆位于初始沉积位置，喷灯内通甲烷和氧气并点燃，关闭沉积腔体3仓门，形成封闭空间，抽风口压力设定为-6torr；
b)初始沉积：喷灯内通入SiCl4，每个轴的喷灯组1中的喷灯自下而上SiCl4流量逐渐增大，分别为0.5L/min、1.5L/min、3.5L/min、5.5L/min，再在靠近芯棒的2个喷灯中通入CF4，流量为0.2L/min，开始沉积光纤预制棒5锥头部分，直至达到预设的重量0.5kg；
c)稳定沉积：将完成初始沉积的轴的喷灯的SiCl4的流量都调整为8L/min，然后将引杆4的提升速度缓慢提高至对应轴的预设速度，该批次的预设提升速度分别为1.4mm/min、1.43mm/min、1.36mm/min，固定时间间隔为5min，该批次芯棒要沉积的光纤预制棒目标直径分别为148.6mm、151.2mm、146.5mm，根据采集的光纤预制棒5实际重量变化和理论重量变化，对提升速度在预设速度的基础上进行实时微调，本阶段直至达到设定的沉积长度3000mm；
d)结束沉积：将沉积达到目标沉积长度的轴的引杆提升速度降低至零，然后关闭喷灯内的原料供应，再关闭喷灯内甲烷和氧气供应。等待3轴全部沉积结束后，冷却2h后将光纤预制棒5提出沉积腔体，完成光纤预制棒的沉积。
本实施案例得到的多孔光纤预制棒外径为343.5mm、350.9mm、338.6mm，折射率剖面类型为环沟下陷型剖面。最终制作的光纤MFD的极差为0.2μm，截止波长的极差为60nm。
以上实施例是对本发明技术方案的说明，不能作为对本发明技术方案的限定，所有在本发明技术方案上的变形，均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种制备多孔光纤预制棒的方法，其特征在于：利用多孔光纤预制棒装置在沉积过程中通过沉积重量的变化调整芯棒提升速度，控制外包层和芯棒的直径比例稳定，使成品光纤预制棒参数均匀；在不同喷灯通入不同的原料，进行不同区域的掺杂，形成特殊的剖面分布。
2.根据权利要求1所述的制备多孔光纤预制棒的方法，其特征在于：所述多孔光纤预制棒装置包括沉积腔体，在沉积腔体内至少安装一组光纤预制组件，所述光纤预制组件包括光纤预制棒、喷灯组、引杆、芯棒，引杆一端悬挂芯棒，另一端由旋转夹头夹持，光纤预制棒安装在芯棒上，喷灯组安装在光纤预制棒下部，喷灯组设置若干个喷灯，旋转夹头旋转带动引杆、芯棒以及光纤预制棒一起旋转，在旋转夹头内安装压力传感器，用于测量旋转的光纤预制棒的重量，在沉积腔体一面设置进风口，相对的另一面设置抽风口，在抽风口设置压力自动控制组件保持腔体压力稳定。
3.根据权利要求2所述的制备多孔光纤预制棒的方法，其特征在于：所述进风口安装有过滤网，且位于沉积腔室内两侧，与抽风口位置相对。
4.根据权利要求2所述的制备多孔光纤预制棒的方法，其特征在于：所述沉积腔体内设置3组光纤预制组件，每组光纤预制组件的旋转夹头均独立控制提升和旋转。
5.根据权利要求1所述的制备多孔光纤预制棒的方法，其特征在于：所述沉积过程具体是指：
准备阶段：将芯棒悬挂在引杆上，匀速旋转，喷灯内通燃料气体和氧气并点燃，关闭沉积腔体仓门，形成封闭空间，抽风压力达到设定值；
初始沉积：喷灯内通入原料气体，开始沉积光纤预制棒锥头部分，直至达到预设的重量；
稳定沉积：将引杆的提升速度缓慢提高至预设速度，通过固定时间间隔采集光纤预制棒重量变化，对提升速度在预设速度的基础上进行微调。本阶段直至达到设定的沉积长度；
结束沉积：引杆提升速度降低至零，然后关闭喷灯内的原料供应，再关闭喷灯内燃料气体和氧气供应，冷却2h后将光纤预制棒提出沉积腔体，即可完成光纤预制棒的沉积。
6.根据权利要求5所述的制备多孔光纤预制棒的方法，特征在于：所述初始沉积阶段，每个喷灯内的原料气体流量不同，最上方的喷灯流量最大，以便形成预制棒锥头形状。
7.根据权利要求5所述的制备多孔光纤预制棒的方法，特征在于：所述稳定沉积阶段，引杆的预设速度由光纤预制棒的目标沉积直径计算得出，固定间隔时间为3～8min；光纤预制棒的理论变化重量和引杆的提升速度的关系为：ΔM＝ρVΔTπD2/4，其中ρ为纯石英玻璃的密度2.2g/cm3，D为光纤预制棒的目标沉积直径，V为引杆提升速度，ΔT为间隔时间，ΔM为光纤预制棒的重量在间隔时间内的理论变化重量，若实际重量变化小于理论重量变化，则降低提升速度，相反则增加提升速度。引杆的预设速度也是有上述公式计算得出，不同的是ΔM是平均沉积速率。
8.根据权利要求5所述的制备多孔光纤预制棒的方法，特征在于：所述喷灯组至少设置4个喷灯，在稳定沉积阶段中，不同的喷灯通入不同的原料实现掺杂。
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