RU2385842C1 - Method of making quartz workpieces of fibre-optic waveguide, device for realising said method and workpiece made using said method - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to a method of making quartz workpieces of fibre-optic waveguides through lateral plasmochemical deposition of a reflecting fluorosilicate cladding from gas phase in low pressure microwave-discharge plasma onto the surface of a quartz rod. The microwave plasma around the rod is created by a resonator with oscillation mode H₀₁₁. Plasmochemical deposition is carried out using a device which has a microwave oscillator at 2.45 GHz, a waveguide transmission line with a H₀₁ wave and a H₀₁₁ oscillation mode resonator. Workpieces for making double-layer fibre-optic waveguides with numerical aperture in the range 0.22-0.55 are obtained.

EFFECT: invention enables to increase the diametre of the workpiece and rate of depositing quartz glass due to increase in the diametre of the quartz rod to 60-70 mm.

11 cl, 2 ex, 2 dwg

Description

Изобретение относится к волоконной оптике, в частности к СВЧ плазмохимическим способам и устройствам для нанесения покрытий на поверхности изделий из кварцевого стекла осаждением из газовой фазы.The invention relates to fiber optics, in particular to microwave plasma-chemical methods and devices for coating on the surface of quartz glass products by vapor deposition.

В настоящее время в связи с созданием мощных лазеров в диапазоне 0,2-2,2 мкм и широким применением их в промышленности и медицине необходимо создание двухслойных, гибких, силовых и специальных для ряда применений радиационно стойких высокоапертурных волоконных световодов типа «кварц-кварц» как в качестве технологического инструмента, так и для накачки лазеров и усилителей, вывода и суммирования лазерной мощности, а также для волоконных датчиков, спектроанализаторов и других применений.Currently, in connection with the creation of high-power lasers in the range 0.2–2.2 μm and their widespread use in industry and medicine, it is necessary to create two-layer, flexible, power, and special for a number of applications radiation-resistant high-aperture quartz-quartz fiber optical fibers both as a technological tool and for pumping lasers and amplifiers, outputting and summing up laser power, as well as for fiber sensors, spectrum analyzers, and other applications.

Световоды типа «кварц-полимер» имеют более высокие потери, быстро деградируют при пропускании ультрафиолетового излучения и начинают гореть на торцах при вводе инфракрасного излучения большой мощности.Optical fibers of the “quartz-polymer” type have higher losses, quickly degrade when transmitting ultraviolet radiation, and begin to burn at the ends when infrared radiation of high power is introduced.

Силовые и специальные световоды с сердцевиной из чистого кварцевого стекла или легированного германием или азотом и отражающей кварцевой оболочкой, легированной фтором, лучше всего подходят для этих целей. Числовая апертура NA в этом случае может достигать 0,35, 0,45, 0,55 соответственно.Power and special fibers with a core made of pure quartz glass or doped with germanium or nitrogen and a reflective quartz shell doped with fluorine are best suited for these purposes. The numerical aperture NA in this case can reach 0.35, 0.45, 0.55, respectively.

При осаждении отражающей фторсиликатной оболочки на кварцевый стержень, легированный редкоземельными элементами РЗЭ и различными добавками Al, Р, Ge, F, N, К и др. в различных сочетаниях или в отдельности, например азотом и РЗЭ, можно изготавливать заготовки активных волоконных световодов для создания волоконных лазеров и усилителей.When a reflecting fluorosilicate cladding is deposited on a quartz rod doped with rare-earth elements of REE and various additives of Al, P, Ge, F, N, K, etc. in various combinations or separately, for example, with nitrogen and REE, it is possible to produce blanks of active fiber optical fibers to create fiber lasers and amplifiers.

Известен способ получения кварцевых заготовок двухслойных волоконных световодов с чистой кварцевой сердцевиной и фторсиликатной отражающей оболочкой боковым осаждением оболочки на поверхность кварцевого стержня в импульсной СВЧ плазме пониженного давления (RU №2036864, С03В 37/018, 1995-09-06).A known method for producing quartz blanks of two-layer fiber optical fibers with a clean quartz core and a fluorosilicate reflective sheath by lateral deposition of the sheath on the surface of a quartz rod in a low-pressure pulsed microwave plasma (RU No. 2036864, C03B 37/018, 1995-09-06).

Данный способ имеет существенные недостатки.This method has significant disadvantages.

1. Неизотермическая СВЧ плазма пониженного давления обеспечивает осаждение кварцевого стекла с низкой скоростью осаждения (не более 0,2 г/мин).1. Non-isothermal microwave plasma of reduced pressure provides the deposition of silica glass with a low deposition rate (not more than 0.2 g / min).

2. Энергетический к.п.д. импульсного СВЧ плазмохимического метода осаждения не превышает 30%.2. Energy efficiency pulsed microwave plasma-chemical deposition method does not exceed 30%.

3. Проблематично равномерное осаждение отражающей фторсиликатной оболочки на большой (>50 см) длине кварцевого стержня.3. The uniform deposition of a reflecting fluorosilicate shell over a large (> 50 cm) length of a quartz rod is problematic.

4. Не описано устройство, с помощью которого осуществляется способ осаждения.4. The device with which the deposition method is carried out is not described.

Известен способ и устройство для изготовления кварцевых заготовок методом бокового СВЧ плазмохимического осаждения фторсиликатной отражающей оболочки на поверхность кварцевого стержня с помощью плазменной поверхностной волны E₀₁ или гибридной НЕ₁₁ волны (US 5597624 A, С03В 37/018, 1997-01-28). Однако импульсных СВЧ генераторов с длительностью импульса т≈1 мсек и импульсной мощностью в десятки кВт при средней мощности несколько кВт промышленность в настоящее время не выпускает, и поэтому способ не может быть пока реализован.A known method and device for the manufacture of quartz blanks by the method of lateral microwave plasma-chemical deposition of a fluorosilicate reflective shell on the surface of a quartz rod using a plasma surface wave E ₀₁ or a hybrid HE ₁₁ wave (US 5597624 A, C03B 37/018, 1997-01-28). However, pulsed microwave generators with a pulse duration of t≈1 ms and a pulsed power of tens of kW with an average power of several kW are not currently produced by the industry, and therefore the method cannot be implemented so far.

К тому же энергетический к.п.д. этого способа и скорость осаждения также невелики (40% и 0,2 г/мин соответственно). Также проблематично равномерное осаждение стекла на длине стержня более 50 см.In addition, energy efficiency of this method and the deposition rate is also low (40% and 0.2 g / min, respectively). It is also problematic to evenly deposit glass over a length of the rod of more than 50 cm

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются способ и устройство для изготовления кварцевых заготовок волоконных световодов методом бокового плазмохимического осаждения отражающей фторсиликатной оболочки на поверхность кварцевого стержня в плазме СВЧ-разряда пониженного давления, создаваемой и перемещаемой вокруг кварцевого стержня резонатором типа Е₀₂₀ (US 6138478(A), С03В 37/014, 2000-10-31)), или способ, реализуемый с помощью резонатора Е₀₁₀ типа, возбуждаемого плазменной поверхностной волной E₀₁ (US 6988380(B2), C03B 37/018, 2006-01-24).The closest in technical essence and the achieved result are a method and a device for the manufacture of quartz billets of optical fibers by the method of lateral plasma-chemical deposition of a reflective fluorosilicate cladding on the surface of a quartz rod in a plasma of low pressure microwave discharge created and moved around the quartz rod by an E ₀₂₀ resonator (US 6138478 (A), C03B 37/014, 2000-10-31)), or a method implemented using an E ₀₁₀ type resonator excited by a plasma surface wave E ₀₁ (US 6988380 (B2), C03B 37/018, 200 6-01-24).

Оба способа имеют один существенный недостаток:Both methods have one significant drawback:

- в случае E₀₂₀ резонатора максимальный диаметр кварцевого стержня, на поверхность которого осаждается фторсиликатная отражающая оболочка, не превышает 28 мм, а в случае Е₀₁₀ резонатора диаметр стержня не превышает 35 мм.- in the case of E ₀₂₀ resonator, the maximum diameter of the quartz rod, on the surface of which the fluorosilicate reflective shell is deposited, does not exceed 28 mm, and in the case of E ₀₁₀ resonator the diameter of the rod does not exceed 35 mm.

В целом оба способа обладают существенным недостатком: невысокая производительность, связанная с небольшими габаритами (по диаметру) кварцевых стержней (соответственно заготовок).In general, both methods have a significant drawback: low productivity associated with the small dimensions (in diameter) of quartz rods (respectively blanks).

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности способа получения заготовок двухслойных волоконных световодов и увеличение размеров заготовок.The objective of the present invention is to increase the productivity of the method of obtaining preforms of two-layer fiber optical fibers and increase the size of the preforms.

Для решения поставленной задачи предлагается способ изготовления кварцевых заготовок волоконных световодов боковым плазмохимическим осаждением из газовой фазы в плазме СВЧ разряда пониженного давления отражающей фторсиликатной оболочки на поверхность кварцевого стержня, отличающийся тем, что СВЧ плазму вокруг стержня, установленного симметрично кварцевому реактору, создают с помощью резонатора с видом колебаний Н₀₁₁.To solve this problem, a method for manufacturing quartz blanks of optical fibers by side plasma-chemical vapor deposition from a gas phase in a microwave discharge plasma of a reduced pressure reflecting fluorosilicate shell onto the surface of a quartz rod, characterized in that the microwave plasma around the rod mounted symmetrically to the quartz reactor, is created using a resonator with type of vibrations H ₀₁₁ .

Существенным преимуществом применения в способе изготовления кварцевых заготовок резонатора Н₀₁₁ (фиг.2) является то, что на оси резонатора напряженность электрического поля Е=0 и достигает максимального значения на расстоянии R/2, где R - радиус резонатора, что позволяет увеличить диаметр заготовки как минимум в 2,5 раза и в 2,5 раза скорость осаждения кварцевого стекла за счет увеличения диаметра кварцевого стержня до 60-70 мм.A significant advantage of the use in the method of manufacturing quartz blanks of the resonator H ₀₁₁ (figure 2) is that on the axis of the resonator the electric field strength E = 0 and reaches its maximum value at a distance R / 2, where R is the radius of the resonator, which allows to increase the diameter of the blank at least 2.5 times and 2.5 times the rate of deposition of quartz glass by increasing the diameter of the quartz rod to 60-70 mm.

Сущность настоящего изобретения поясняется на фиг.1 и 2.The essence of the present invention is illustrated in figures 1 and 2.

На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления способа изготовления кварцевых заготовок волоконных световодов, где 1 - кварцевый стержень, труба-реактор - 2, СВЧ плазма пониженного давления - 3, резонатор Н₀₁₁ - 4, подача химических реагентов - 5, вакуумная система - 6, короткозамыкающий поршень - 7, волноводный тракт - 8, печь - 9, щель в печи - 10, защитный металлический кожух устройства - 11, генератор СВЧ колебаний - 12.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing the method of manufacturing quartz blanks of optical fibers, where 1 is a quartz rod, a reactor tube 2, a microwave plasma of reduced pressure 3, a resonator H ₀₁₁ 4, a supply of chemical reagents 5, a vacuum system 6, a short-circuit piston - 7, a waveguide path - 8, a furnace - 9, a slot in the furnace - 10, a protective metal casing of the device - 11, a microwave oscillator - 12.

На фиг.2 показана структура и эпюры поля и тока в стенках цилиндрического резонатора при виде колебаний Н₀₁₁, обеспечивающие возможность существенного увеличения кварцевого стержня до диаметра 60-70 мм.Figure 2 shows the structure and diagrams of the field and current in the walls of the cylindrical resonator in the form of vibrations H ₀₁₁ , providing the possibility of a significant increase in the quartz rod to a diameter of 60-70 mm.

Способ изготовления кварцевых заготовок осуществляется следующим образом.A method of manufacturing a quartz billet is as follows.

Для изготовления кварцевых заготовок используются изготовленные в промышленности или лабораторных условиях готовые стержни, выполненные из чистого кварца, или кварцевые стержни, легированные германием или азотом или азотом и редкоземельными элементами с добавками из группы, включающей Аl, К, Р, Ge, F, взятыми в сочетании или по отдельности. В кварцевой трубе-реакторе 2 создают вокруг такого кварцевого стержня 1 СВЧ плазму пониженного давления 3 резонатором Н₀₁₁ 4, перемещаемым вместе с плазмой возвратно-поступательно через щель в печи 10 вдоль кварцевого стержня 1, затем пропускают в газовой фазе химические реагенты (SiCl₄+O₂+C₃F₈) 5 и осаждают на поверхность кварцевого стержня 1 оптически прозрачные плотные слои кварцевого стекла, легированного фтором, с толщиной каждого слоя 100-500 нм. В результате данного процесса гетерогенного осаждения слоев кварцевого стекла, легированного фтором, на поверхности кварцевого стержня (сердцевины) формируется многослойная фторсиликатная отражающая оболочка. Толщина фторсиликатной отражающей оболочки задается соотношением диаметра световода к диаметру сердцевины. Как правило, оно находится в пределах 1,05-1,2 и в отдельных случаях может достигать 1,4. После осаждения на кварцевый стержень отражающей фторсиликатной оболочки необходимой толщины кварцевый стержень вынимают из трубы и перетягивают как заготовку в волокно по обычной технологии, при этом исключается операция схлопывания. В качестве трубы-реактора используют техническое кварцевое стекло низкого качества, которое можно использовать несколько раз, что приводит к удешевлению себестоимости заготовки.For the manufacture of quartz billets, finished rods made of pure quartz made in industry or laboratory conditions are used, or quartz rods doped with germanium or nitrogen or nitrogen and rare-earth elements with additives from the group consisting of Al, K, P, Ge, F taken in combined or separately. In a quartz tube-reactor 2, a low-pressure microwave plasma 3 is created around such a quartz rod 1 by an H ₀₁₁ 4 resonator, which is moved together with the plasma reciprocatingly through the slot in the furnace 10 along the quartz rod 1, then chemical reagents are passed in the gas phase (SiCl ₄ + O ₂ + C ₃ F ₈ ) 5 and optically transparent dense layers of fluorine-doped silica glass with a thickness of each layer of 100-500 nm are deposited on the surface of the quartz rod 1. As a result of this process of heterogeneous deposition of layers of quartz glass doped with fluorine, a multilayer fluorosilicate reflective shell forms on the surface of the quartz rod (core). The thickness of the fluorosilicate reflective sheath is determined by the ratio of the diameter of the fiber to the diameter of the core. As a rule, it is in the range of 1.05-1.2 and in some cases can reach 1.4. After deposition on the quartz rod of the reflecting fluorosilicate shell of the required thickness, the quartz rod is removed from the pipe and pulled as a workpiece into the fiber using conventional technology, while the collapse operation is excluded. As a reactor pipe, low-quality technical quartz glass is used, which can be used several times, which leads to a reduction in the cost of the workpiece.

Устройства для изготовления кварцевых заготовок, содержащие СВЧ-генератор, волноводный тракт, плазмохимический реактор, СВЧ резонатор, печь нагрева стержня, систему подачи химических реагентов и вакуумную систему для откачки продуктов реакций описаны в приведенных выше патентах (US 6138478(А), С03В 37/014, 2000-10-31; US 6988380(B2), C03B 37/018, 2006-01-24).Devices for manufacturing quartz preforms containing a microwave generator, waveguide path, plasma chemical reactor, microwave resonator, rod heating furnace, a chemical supply system and a vacuum system for pumping reaction products are described in the above patents (US 6138478 (A), C03B 37 / 014, 2000-10-31; US 6988380 (B2), C03B 37/018, 2006-01-24).

Эти устройства не позволяют получать заготовки большого диаметра и высокую производительность процесса.These devices do not allow to obtain blanks of large diameter and high productivity of the process.

В случае Е₀₂₀ резонатора максимальный диаметр кварцевого стержня, на поверхность которого осаждается фторсиликатная отражающая оболочка, не превышает 28 мм (US 6138478(A), C03B 37/014, 2000-10-31), а в случае Е₀₁₀ резонатора (US 6988380(B2), C03B 37/018, 2006-01-24) диаметр стержня не превышает 35 мм.In the case of E ₀₂₀ resonator, the maximum diameter of the quartz rod on the surface of which the fluorosilicate reflective shell is deposited does not exceed 28 mm (US 6138478 (A), C03B 37/014, 2000-10-31), and in the case of E ₀₁₀ resonator (US 6988380 (B2), C03B 37/018, 2006-01-24) the diameter of the rod does not exceed 35 mm.

Для решения поставленной задачи в настоящем изобретении предлагается для изготовления кварцевых заготовок устройство, содержащее СВЧ-генератор, волноводный тракт с волной Н₁₀, плазмохимический реактор, СВЧ резонатор, печь нагрева стержня, систему подачи химических реагентов и вакуумную систему для откачки продуктов реакций, отличающееся тем, что в качестве основных узлов плазмохимического осаждения устройство содержит генератор СВЧ колебаний на частоте 2,45 ГГц, волноводный тракт с волной H₀₁ и резонатор вида колебаний Н₀₁₁.To solve this problem, the present invention proposes for the manufacture of quartz blanks a device containing a microwave generator, a waveguide path with a wave of H ₁₀ , a plasma chemical reactor, a microwave resonator, a rod heating furnace, a chemical supply system and a vacuum system for pumping reaction products, characterized in that as the main nodes of plasma-chemical deposition, the device contains a microwave oscillator at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide path with wave H ₀₁ and a resonator of the form of oscillations H ₀₁₁ .

СВЧ устройство иллюстрируется на фиг.1, где показаны: труба-реактор (2), генератор СВЧ колебаний на частоте 2,45 ГГц с выходной мощностью СВЧ 15 кВт (12), волноводный тракт с волной H₀₁ (8) и резонатор вида колебаний H₀₁₁ (4), возбуждаемый волной H₀₁ и перемещаемый возвратно-поступательно через щель 10 в печи нагрева 9 кварцевого стержня 1.The microwave device is illustrated in figure 1, which shows: a pipe reactor (2), a microwave oscillator at a frequency of 2.45 GHz with a microwave output of 15 kW (12), a waveguide path with wave H ₀₁ (8) and a resonator H ₀₁₁ (4), excited by the wave H ₀₁ and moved reciprocating through the slot 10 in the heating furnace 9 of the quartz rod 1.

Работа данного устройства осуществляется следующим образом.The operation of this device is as follows.

В трубе-реакторе 2 вокруг кварцевого стержня 1, расположенного осесимметрично реактору 2, создают СВЧ плазму пониженного давления 3 и при подаче в реактор в газовой фазе химических реагентов (SiCl₄+O₂+C₃F₈) 5 и нагреве кварцевого стержня в печи 9 до температуры 1050-1200°С осаждают на поверхность кварцевого стержня 1 оптически прозрачные плотные слои кварцевого стекла, легированного фтором путем возвратно-поступательного перемещения вместе с СВЧ плазмой 3 резонатора вида колебаний Н₁₁ 4, возбуждаемого волной H₀₁.In the reactor tube 2 around the quartz rod 1, located axisymmetrically to the reactor 2, a reduced pressure microwave plasma 3 is created and when chemical reagents (SiCl ₄ + O ₂ + C ₃ F ₈ ) 5 are fed into the reactor in the gas phase and the quartz rod is heated in the furnace 9 to a temperature of 1050-1200 ° C are deposited on the surface of the quartz rod 1 optically transparent dense layers of quartz glass doped with fluorine by reciprocating along with a microwave plasma 3 of a resonator of the oscillation type H ₁₁ 4 excited by the wave H ₀₁ .

Резонансная длина волны вида Н₀₁₁ определяется уравнением:The resonant wavelength of the type H ₀₁₁ is determined by the equation:

где 1,64R - λ_кp (критическая длина волны H₀₁), l - высота резонатора.where 1,64R - λ _кp (critical wavelength H ₀₁ ), l - cavity height.

С физической точки зрения этот резонанс соответствует короткозамкнутому с помощью КЗ поршня 7 круглому волноводу, возбужденному на волне H₀₁, при длине

, равной половине длины волны в данном волноводе (λв/2). Структура распределения электрического и магнитного полей при виде колебаний Н₀₁₁ представлена на фиг.2.From a physical point of view, this resonance corresponds to a circular waveguide excited by a short circuit of a piston 7 and excited on a wave of H ₀₁ , with a length

equal to half the wavelength in this waveguide (λv / 2). The distribution structure of the electric and magnetic fields in the form of vibrations H ₀₁₁ is presented in figure 2.

Основным достоинством Н₀₁₁ является очень высокая собственная добротность Q_o, которая на практике составляет десятки тысяч (по этой причине нагруженная добротность О_н резонатора Н₀₁₁ будет также выше, чем при виде колебаний Е₀₂₀ (Е₀₁₀). Причина столь высоких значений Q_o резонатора Н₀₁₁ заключается в малой величине потерь в стенках резонатора (кольцевые токи) и отсутствии по этой же причине потерь на излучение. В конечном счете все это значительно повышает величину напряженности электрического поля Е в резонаторе, вследствие чего возрастает эффективность и скорость осаждения (фактор Е/р, где p - давление рабочего газа, торр).The main advantage of H ₀₁₁ is the very high intrinsic Q factor Q _o , which in practice is tens of thousands (for this reason, the loaded Q factor O _{n of the} resonator H ₀₁₁ will also be higher than with the form of vibrations E ₀₂₀ (E ₀₁₀ ). The reason for such high Q _o values The resonator Н ₀₁₁ consists in a small amount of losses in the walls of the resonator (ring currents) and the absence of radiation losses for the same reason, which ultimately significantly increases the electric field strength E in the resonator, as a result of which increases the efficiency and deposition rate (factor E / p, where p is the pressure of the working gas, torr).

Примеры технологических параметров процесса осаждения отражающей фторсиликатной оболочки на поверхность кварцевого стержня в СВЧ плазме пониженного давления, создаваемой резонатором с видом колебаний H₀₁₁.Examples of technological parameters of the process of deposition of a reflecting fluorosilicate shell on the surface of a quartz rod in a microwave plasma of reduced pressure created by a resonator with the form of vibrations H ₀₁₁ .

Пример 1Example 1

Диаметр кварцевой трубы-реактора, ммThe diameter of the quartz tube reactor, mm 82×7882 × 78 Диаметр кварцевого стержня, ммThe diameter of the quartz rod, mm 6060 Длина кварцевого стержня, ммThe length of the quartz rod, mm 13001300 Длина зоны осаждения, ммThe length of the deposition zone, mm 10001000 Соотношение диаметра световода к диаметру сердцевиныThe ratio of the diameter of the fiber to the diameter of the core 1,21,2 Диаметр заготовки состава SiО₂/SiО₂-F, ммThe diameter of the workpiece composition SiO ₂ / SiO ₂ -F, mm 7272 Диаметр сердцевины волокна, мкмThe diameter of the fiber core, microns 600600 Диаметр волокна без покрытия, ммDiameter of fiber without coating, mm 660660 Длина, вытягиваемого волокна, мThe length of the drawn fiber, m 76007600

Режимы осаждения:Deposition modes:

Расход SiCl₄, см³/минThe consumption of SiCl ₄ , cm ³ / min 25002500 Расход C₃F₈, см³/минConsumption C ₃ F ₈ , cm ³ / min 300300 Расход O₂, см³/минConsumption O ₂ , cm ³ / min 60006000 Мощность СВЧ генератора, кВтPower of the microwave generator, kW 12,512.5 Давление рабочего газа, торрWorking gas pressure, torr 9,09.0 Температура стержня, °СRod temperature, ° С 10501050 Скорость перемещения резонатора, м/минThe speed of the cavity, m / min 3,53,5

Пример 2Example 2

Диаметр кварцевой трубы-реактора, ммThe diameter of the quartz tube reactor, mm 92×8892 × 88 Диаметр кварцевого стержня, ммThe diameter of the quartz rod, mm 7070 Длина кварцевого стержня, ммThe length of the quartz rod, mm 13001300 Длина зоны осаждения, ммThe length of the deposition zone, mm 10001000 Соотношение диаметра световода к диаметру сердцевиныThe ratio of the diameter of the fiber to the diameter of the core 1,051.05 Диаметр заготовки состава SiO₂-GeO₂/SiO₂-F, ммThe diameter of the workpiece composition SiO ₂ -GeO ₂ / SiO ₂ -F, mm 73,573.5 Диаметр сердцевины волокна, мкмThe diameter of the fiber core, microns 10001000 Диаметр волокна без покрытия, ммDiameter of fiber without coating, mm 11001100

Режимы осаждения:Deposition modes:

Расход SiCl₄, см³/минThe consumption of SiCl ₄ , cm ³ / min 30003000 Расход С₃F₈, см³/минConsumption C ₃ F ₈ , cm ³ / min 350350 Расход O₂, см³/минConsumption O ₂ , cm ³ / min 70007000 Мощность СВЧ генератора, кВтPower of the microwave generator, kW 13,613.6 Давление рабочего газа, торрWorking gas pressure, torr 9,09.0 Температура стержня, °СRod temperature, ° С 10501050 Скорость перемещения резонатора, м/минThe speed of the cavity, m / min 3,53,5

Осуществление плазмохимического осаждения отражающей фторсиликатной оболочки предлагаемым в настоящем изобретении способом с применением устройства, содержащего генератор СВЧ колебаний на частоте 2,45 ГГц, волноводный тракт с волной H₀₁ и резонатор вида колебаний Н₀₁₁, позволяет:The implementation of the plasma-chemical deposition of the reflecting fluorosilicate shell by the method proposed in the present invention using a device containing a microwave oscillator at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide path with a wave of H ₀₁ and a resonator of the form of oscillations H ₀₁₁ , allows you to:

- наносить фторсиликатную оболочку на диаметр кварцевого стержня размером 60-70 мм,- apply fluorosilicate shell on the diameter of the quartz rod with a size of 60-70 mm,

- увеличить скорость осаждения оболочки до 6,5 г/мин,- increase the rate of deposition of the shell to 6.5 g / min,

- повысить производительность процесса и снизить себестоимость изготовления заготовки,- increase the productivity of the process and reduce the cost of manufacturing the workpiece,

- повысить размеры заготовок для изготовления двухслойных волоконных световодов с числовой апертурой в пределах 0,22-0,55.- increase the size of the blanks for the manufacture of two-layer fiber optical fibers with a numerical aperture in the range of 0.22-0.55.

Claims (11)

1. Способ изготовления заготовок волоконных световодов боковым плазмохимическим осаждением из газовой фазы на поверхность кварцевого стержня, установленного соосно в кварцевый реактор, отражающей фторсиликатной оболочки в плазме СВЧ-разряда пониженного давления, создаваемой вокруг стержня резонатором, перемещаемым возвратно-поступательно вдоль кварцевого стержня, нагреваемого в печи сопротивления до 1000-1200°С, отличающийся тем, что плазмохимическое осаждение на поверхность кварцевого стержня отражающей фторсиликатной оболочки осуществляют в плазме СВЧ-разряда пониженного давления, создаваемой и перемещаемой возвратно-поступательно вокруг стержня с помощью резонатора вида колебаний Н₀₁₁.1. A method of manufacturing fiber optical fiber preforms by lateral plasma-chemical vapor deposition on the surface of a quartz rod mounted coaxially in a quartz reactor reflecting a fluorosilicate shell in a plasma of a reduced pressure microwave discharge created around the rod by a resonator that moves reciprocating along a quartz rod heated in resistance furnaces up to 1000-1200 ° С, characterized in that the plasma-chemical deposition on the surface of the quartz rod of the reflecting fluorosilicate shell is carried out They are in a plasma of a microwave discharge of low pressure, created and moved back and forth around the rod using a resonator of the form of oscillations H ₀₁₁ . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для изготовления заготовок волоконных световодов используют кварцевые стержни диаметром 60-70 мм.2. The method according to claim 1, characterized in that for the manufacture of blanks of optical fibers using quartz rods with a diameter of 60-70 mm 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отражающую фторсиликатную оболочку осаждают на боковую поверхность кварцевого стержня, легированного германием.3. The method according to claim 1, characterized in that the reflecting fluorosilicate shell is deposited on the side surface of a quartz rod doped with germanium. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отражающую фторсиликатную оболочку осаждают на боковую поверхность кварцевого стержня, легированного азотом.4. The method according to claim 1, characterized in that the reflective fluorosilicate shell is deposited on the side surface of a quartz rod doped with nitrogen. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отражающую фторсиликатную оболочку осаждают на боковую поверхность кварцевого стержня, легированного азотом и редкоземельными элементами.5. The method according to claim 1, characterized in that the reflecting fluorosilicate shell is deposited on the side surface of a quartz rod doped with nitrogen and rare earth elements. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина фторсиликатной оболочки, которую наносят на кварцевый стержень, находится в пределах отношения диаметра световода к его сердцевине, равном 1,05-1,2.6. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the fluorosilicate shell, which is applied to the quartz rod, is within the ratio of the diameter of the fiber to its core, equal to 1.05-1.2. 7. Устройство для изготовления кварцевых заготовок по п.1, содержащее СВЧ-генератор, волноводный тракт, СВЧ-резонатор, плазмохимический реактор, систему подачи химических реагентов и вакуумную систему для откачки продуктов реакций, отличающееся тем, что в нем использованы генератор СВЧ-колебаний на частоте 2,45 ГГц, волноводный тракт с волной H₀₁ и резонатор вида колебаний Н₀₁₁.7. The device for manufacturing quartz blanks according to claim 1, containing a microwave generator, a waveguide path, a microwave resonator, a plasma chemical reactor, a chemical supply system and a vacuum system for pumping reaction products, characterized in that it uses a microwave oscillator at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide path with a wave of H ₀₁ and a resonator of the form of oscillations H ₀₁₁ . 8. Заготовка, изготовленная по п.1, состоящая из кварцевого стержня диаметром 60-70 мм и отражающей фторсиликатной оболочки, обеспечивающей световоду числовую апертуру 0,22-0,35.8. The workpiece made according to claim 1, consisting of a quartz rod with a diameter of 60-70 mm and a reflective fluorosilicate shell, providing the fiber with a numerical aperture of 0.22-0.35. 9. Заготовка, изготовленная по п.1, состоящая из кварцевого стержня диаметром 60-70 мм, легированного германием, и отражающей фторсиликатной оболочки, обеспечивающей световоду числовую апертуру 0,4-0,45.9. The preform made according to claim 1, consisting of a quartz rod with a diameter of 60-70 mm, alloyed with germanium, and a reflecting fluorosilicate cladding, providing the fiber with a numerical aperture of 0.4-0.45. 10. Заготовка, изготовленная по п.1, состоящая из кварцевого стержня диаметром 60-70 мм, легированного азотом, и фторсиликатной отражающей оболочки, обеспечивающей световоду числовую апертуру 0,5-0,55.10. The workpiece made according to claim 1, consisting of a quartz rod with a diameter of 60-70 mm, doped with nitrogen, and a fluorosilicate reflective sheath, providing the fiber with a numerical aperture of 0.5-0.55. 11. Заготовка, изготовленная по п.1, состоящая из кварцевого стержня диаметром 60-70 мм, легированного азотом и редкоземельными элементами с добавками из группы, включающей Аl, К, Р, Ge, F, взятыми в сочетании или по отдельности. 11. The workpiece made according to claim 1, consisting of a quartz rod with a diameter of 60-70 mm, doped with nitrogen and rare earth elements with additives from the group including Al, K, P, Ge, F, taken in combination or separately.

Images