RU2764065C1 - Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной - Google Patents
Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764065C1 RU2764065C1 RU2021115196A RU2021115196A RU2764065C1 RU 2764065 C1 RU2764065 C1 RU 2764065C1 RU 2021115196 A RU2021115196 A RU 2021115196A RU 2021115196 A RU2021115196 A RU 2021115196A RU 2764065 C1 RU2764065 C1 RU 2764065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- diameter
- mode
- workpiece
- fiber
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к волоконной оптике, в частности технологии одномодовых кварцевых световодов с сердцевиной, легированных диоксидом германия. Способ включает нанесение слоев стекла сердцевины, высокотемпературное сжатие кварцевой трубы с осажденными слоями за несколько проходов горелки, травление внутреннего канала фторсодержащим газом на последнем проходе высокотемпературного сжатия, сплавление кварцевой трубы в заготовку с диаметром сердцевины 3-5 мм, нанесение слоя кварцевого стекла толщиной, обеспечивающей одномодовый режим излучения в световоде. Заготовку перетягивают до штабика диаметром 1,5-3 мм, который устанавливают соосно внутри кварцевой трубы и осуществляют их совместное вытягивание при одновременном сплавлении. Из одной предзаготовки можно получить более 500 км одномодовых световодов. Упрощается процесс производства, повышается его производительность. 2 табл.
Description
Изобретение относится к волоконной оптике, в частности, к технологии изготовления одномодовых волоконных световодов модифицированным методом химического парофазного осаждения (modified chemical vapor deposition – MCVD). Из всех известных газофазных способов изготовления оптических волокон MCVD способ является наиболее распространенным в части изготовления одномодовых световодов, обладающих широким спектром применения. Такие световоды изготавливаются на основе кварцевого стекла, а их сердцевина легируется, как правило, диоксидом германия.
Традиционный MCVD способ изготовления германосиликатных одномодовых волоконных световодов (Ainslie B. J. Beales K. J. Day C. R. and Rush J. D. Interplay of design parameters and fabrication condition on the performance of monomode fibers made by MCVD // IEEE J.Quant. Electron., 1981, v.QE-17, №3, pр.854-857) отличается существенным недостатком: их оптические потери увеличивающиеся с температурой вытягивания волокна и содержанием в них германия. Это явление обусловлено восстановлением GeO2 в процессе высокотемпературного сжатия заготовки, при котором равновесное давление кислорода для германосиликатного стекла существенно превышает 1 атм. Поэтому на внутренней поверхности слоя сердцевины снижается содержание кислорода, что является причиной возникновения избыточных оптических потерь.
Снизить уровень избыточных потерь можно при изготовлении заготовки за счет нанесения внутреннего барьерного слоя германосиликатной сердцевины с пониженным содержанием GeO2 (Патент EP 1612192). Однако при особо высоком уровне легирования стекла сердцевины GeO2 ее диаметр для одномодового световода становится настолько малым, что использование этого технического решения приводит к снижению ее эффективного показателя преломления. Поэтому ухудшаются свойств оптического волокна: повышается его затухание из-за рассеяния излучения в оболочку и увеличиваются оптические потери при изгибе волокна.
Таким недостатком не обладает наиболее близкий к предлагаемому техническому решению MCVD способ изготовления одномодовых волоконных световодов с германосиликатной сердцевиной (патент РФ № 2576686), принятый за прототип заявляемого изобретения. Сущность этого технического решения заключается в том, что MCVD способом изготавливается заготовка с повышенным диаметром сердцевины, внутренняя часть которой, обедненная кислородом, удаляется методом газофазного травления после предварительного высокотемпературного сжатия внутреннего канала кварцевой трубы с осажденными слоями легированного стекла. Перед вытягиванием волокна на заготовку наносят слой кварцевого стекла толщиной, обеспечивающей одномодовый режим излучения в световоде.
Недостаток этого способа заключается в необходимости увеличения наружного диаметра заготовки одномодовых световодов до 45-75 мм при рекомендуемом диаметре германосиликатной сердцевины 3-5 мм, что на MCVD установке для изготовления заготовок световодов (далее - MCVD установка) трудно реализовать.
Решаемая техническая проблема - трудоемкость MCVD способа изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной.
Достигаемый технический результат: упрощение и повышение производительности MCVD процесса изготовления световодов.
Поставленная задача решается предлагаемым способом изготовления одномодовых волоконных световодов с германосиликатной сердцевиной, включающим нанесение слоев стекла сердцевины, высокотемпературное сжатие кварцевой трубы с осажденными слоями за несколько проходов горелки, травление внутреннего канала фторсодержащим газом на последнем проходе высокотемпературного сжатия, сплавление кварцевой трубы в заготовку, с диаметром сердцевины 3-5 мм, и нанесение слоя кварцевого стекла толщиной, обеспечивающей одномодовый режим излучения в световоде, отличающийся тем, что заготовку перетягивают в штабик диаметром 1,5-3 мм, устанавливают его соосно внутри кварцевой трубы и осуществляют их совместное вытягивание при одновременном сплавлении.
Сущность изобретения заключается в том, что:
- Исключается технически трудновыполнимая на MCVD установке операция нанесения на заготовку слоя кварцевого стекла необходимой толщины ≈ 20-30 мм.
- Использование предлагаемого технического решения позволяет из одной заготовки с наружным диаметром 15 мм и сердцевиной 3-5 мм изготовить не менее 70 штабиков метровой длины. При вытягивании такого штабика совместно с кварцевой трубой с наружным диаметром 25 и толщиной стенки 3 мм можно вытянуть не менее 10 км световодов диаметром 125 мкм. А суммарно из одной заготовки с диаметром 15 мм, изготовленной на MCVD установке, можно получить не менее 700 км оптического волокна.
- Рекомендуемый диапазон диаметров штабика 1,5-3 мм обусловлен разным содержанием GeO2 в сердцевине (от 5 до 20 мол. %).
- Операция формирования слоя кварцевого стекла толщиной, обеспечивающей одномодовый режим излучения в световоде, осуществляется не на MCVD установке, а в процессе вытягивания штабика совместно с кварцевой трубой. Благодаря этому, сокращается в 7 и 70 раз время использования MCVD установки на единицу длины волокна по сравнению с прототипом и аналогом предлагаемого технического решения.
Заявляемое техническое решение подтверждается тремя примерами.
Пример № 1. Изготовление изотропного одномодового геманосиликатного световода (далее - ОГС) с сердцевиной, легированной 5 мол % GeO2.
Процесс изготовления световода состоял из следующих этапов:
- получение предзаготовки MCVD способом;
- перетяжка предзаготовки в штабик диаметром 1,5 мм;
- вытяжка волокна из штабика, соосно расположенного в кварцевой трубе с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм, с одновременным нанесением эпоксиакрилатной оболочки.
Предзаготовка ОГС изготовлена на автоматизированном комплексе OFC-12-729, выпускаемом фирмой «Nextrom». На внутреннюю поверхность метровой трубы из кварцевого стекла марки F-300 с наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм наносили слои оболочки из чистого кварцевого стекла и слои сердцевины, легированной 5 мол % GeO2. Высокотемпературным сжатием трубы при 2200 – 2250°С уменьшали диаметр внутреннего канала до 2-3 мм. В процессе этой операции трубу продували кислородом, содержащим не более 5⋅10-4об % влаги. Последующей операцией внутреннего травления смесью SF6 и кислорода при температуре 1700-1800°С удаляли до 30 % внутреннего слоя сердцевины, обедненного кислородом. Окончательное сплавление внутреннего канала осуществляли при температуре 2250°С.
На рефрактометре Р-101 измерена разность показателей преломления (ПП) сердцевины и оболочки (∆n) а также геометрические параметры поперечного сечения предзаготоки (таблица 1).
Из нормированной по стабильности диаметра сердцевины части предзаготовки вытянуто 25 метровых штабиков диаметром 2,4 мм.
Таблица 1. Параметры предзаготовки
∆n | Диаметр заготовки, мм | Диаметр сердцевины, мм | Диаметр оболочки, мм |
0,007 | 13,3 | 5 | 6 |
Из одного штабика, установленного соосно в трубе из кварцевого стекла F 300 с наружным диаметром 25 и толщиной стенки 3 мм, вытянули световод с диаметром волокна 125 мкм длиной 15 км. В процессе вытягивания на волокно наносили двухслойное эпоксиакрилатное покрытие толщиной 60 мкм.
Спектр оптических потерь ОГС в диапазоне длин волн 1100 - 1600 nm измеряли методом обрыва, используя анализатор оптического спектра марки «Yokogawa AQ6370C». Длину волны отсечки высшей моды LP11 определяли на двухметровом отрезке волокна методом изгиба на этом же приборе.
Длина волны отсечки LP11 моды ≈ 1,25 мкм, оптические потери на длине волны 1,31 и 1,55 мкм равны 0,5 и 0,3 дБ/км, соответственно. Из оставшихся 24 штабиков можно вытянуть еще 360 км ОГС.
Пример №2. Изготовление анизотропного одномодового геманосиликатного световода (АОГС) с эллиптической сердцевиной, легированной 20 мол % GeO2.
Процесс изготовления АОГС состоял из следующих этапов:
- получение предзаготовки MCVD методом;
- нарезание боковых канавок на предзаготовку;
- высокотемпературное кругление предзаготовки;
- перетяжка круглой предзаготовки до диаметра 1,5 мм;
- сплавление перетяжки с кварцевой трубой с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм.
На внутреннюю поверхность метровой трубы из кварцевого стекла марки F-300 с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм наносили слои оболочки из чистого кварцевого стекла и слои сердцевины, легированной 20 мол.% GeO2. Последующим сжатием трубы при температуре 2200 – 2250 °С уменьшали диаметр внутреннего канала до 2-3 мм. В процессе этой операции трубу продували кислородом, содержащим не более 5⋅10-4 об % влаги. Последующей операцией внутреннего травления смесью SF6 и кислорода при температуре 1700-1800 °С удаляли до 30 % внутреннего слоя сердцевины, обедненной кислородом. Окончательное сжатие трубы в осуществляли при температуре 2250 °С.
На рефрактометре Р-101 измерены ∆n и геометрические параметры поперечного сечения предзаготовки (таблица 2).
Таблица 2. Параметры предзаготовки
∆n | Диаметр заготовки, мм | Диаметр сердцевины, мм |
Диаметр оболочки, мм |
0,03 | 15,5 | 2,6 | 5,6 |
Эллиптическую форму сердцевины создавали известным методом нарезания боковых канавок на предзаготовку и ее высокотемпературном круглении. Из предзаготовки вытянули 70 метровых штабиков диаметром 1,5 мм. Штабик в процессе вытягивания волокна сплавляли с кварцевой трубой с наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм. Получено таким образом 15 км АОГС диаметром 125 мм с наружным диаметром полимерной эпоксиакрилатной оболочки 250 мкм и сердцевиной с осями длиной 4,7 и 1,9 мкм.
Длина волны отсечки АОГС LP11 моды ≈ 1,31 мкм, оптические потери на длине волны 1,31 и 1,55 мкм равны 4 и 2 дБ/км, соответственно. Степень сохранения поляризации излучения (h -параметр) ≈ 10-5 м-1. Из оставшихся 69 штабиков можно вытянуть еще не менее 1000 км АОГС.
Пример №3. Изготовление тонкого анизотропного одномодового геманосиликатного световода с эллиптической сердцевиной, легированной 20 мол % GeO2.
Процесс изготовления АОГС аналогичен примеру № 2, за исключением заключительной операции, при которой уменьшили диаметр вытягиваемого волокна с 125 до 45 мкм. Диаметр наружной однослойной полимерной оболочки ≈ 100 мкм. Получен АОГС длиной 60 км. Оптические характеристики измерены на отрезке волокна длиной 300 м.
Длина волны отсечки АОГС LP11 моды ≈ 0,76 мкм, оптические потери на длине волны 0,85 мкм равны 3,5 дБ/км. Степень сохранения поляризации излучения (h -параметр) ≈ 10-5 м-1. Из оставшихся 68 штабиков можно вытянуть еще не менее 5000 км таких АОГС.
Таким образом, технический результат достигнут.
Вышеизложенные сведения подтверждают очевидную промышленную применимость предлагаемого способа изготовления заготовок для высокоапертурных одномодовых волоконных световодов с германосиликатной сердцевиной.
Claims (1)
- Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной, включающий нанесение слоев стекла сердцевины, высокотемпературное сжатие кварцевой трубы с осажденными слоями за несколько проходов горелки, травление внутреннего канала фторсодержащим газом на последнем проходе высокотемпературного сжатия, сплавление кварцевой трубы в заготовку с диаметром сердцевины 3-5 мм и нанесение слоя кварцевого стекла толщиной, обеспечивающей одномодовый режим излучения в световоде, отличающийся тем, что заготовку перетягивают до штабика диаметром 1,5-3 мм, который устанавливают соосно внутри кварцевой трубы, и осуществляют их совместное вытягивание при одновременном сплавлении.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115196A RU2764065C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115196A RU2764065C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764065C1 true RU2764065C1 (ru) | 2022-01-13 |
Family
ID=80040323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021115196A RU2764065C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764065C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2043313C1 (ru) * | 1986-07-25 | 1995-09-10 | Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Импульс" | Способ получения одномодового волоконного световода |
SU1685058A1 (ru) * | 1989-10-11 | 1999-12-10 | М.А. Ероньян | Способ изготовления одномодовых световодов, сохраняющих поляризацию излучения |
JP2003167144A (ja) * | 2001-11-29 | 2003-06-13 | Fujikura Ltd | シングルモード光ファイバの製造方法及びシングルモード光ファイバ |
RU2462737C1 (ru) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями |
RU2576686C1 (ru) * | 2015-03-02 | 2016-03-10 | Михаил Артемьевич Ероньян | Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов |
-
2021
- 2021-05-27 RU RU2021115196A patent/RU2764065C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2043313C1 (ru) * | 1986-07-25 | 1995-09-10 | Арзамасское опытно-конструкторское бюро "Импульс" | Способ получения одномодового волоконного световода |
SU1685058A1 (ru) * | 1989-10-11 | 1999-12-10 | М.А. Ероньян | Способ изготовления одномодовых световодов, сохраняющих поляризацию излучения |
JP2003167144A (ja) * | 2001-11-29 | 2003-06-13 | Fujikura Ltd | シングルモード光ファイバの製造方法及びシングルモード光ファイバ |
RU2462737C1 (ru) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Способ изготовления световодов на основе кварцевого стекла с малыми оптическими потерями |
RU2576686C1 (ru) * | 2015-03-02 | 2016-03-10 | Михаил Артемьевич Ероньян | Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2567923C2 (ru) | Способ изготовления заготовки оптического волокна | |
US10429579B2 (en) | High chlorine content low attenuation optical fiber | |
US9086524B2 (en) | Methods for manufacturing optical fiber preform and methods for manufacturing optical fiber | |
JP4465527B2 (ja) | 微細構造光ファイバ、プリフォーム及び微細構造光ファイバの製造方法 | |
US7844155B2 (en) | Optical fiber containing alkali metal oxide | |
CN103380389B (zh) | 低宏弯曲损耗单模光纤 | |
CN109839694B (zh) | 一种截止波长位移单模光纤 | |
EP2755066B1 (en) | Optical fiber, optical fiber preform and method of fabricating same | |
CN105911639B (zh) | 一种低衰减单模光纤 | |
RU2576686C1 (ru) | Mcvd способ изготовления заготовок для одномодовых световодов | |
JP2013235261A (ja) | 光ファイバ | |
US8606065B2 (en) | Optical fiber and method for fabricating the same | |
US11675124B2 (en) | Optical fiber with increased bend performance | |
KR100789974B1 (ko) | 단일 모드 광섬유 및 단일 모드 광섬유의 제조 방법 | |
EP3936910A1 (en) | Optical fiber with inverse triangular trench design | |
WO2015200191A1 (en) | Low attenuation fiber with viscosity matched core and inner clad | |
RU2764065C1 (ru) | Способ изготовления одномодовых световодов с германосиликатной сердцевиной | |
WO2018138736A2 (en) | Optical fiber draw assembly and fabricated optical fiber thereof | |
GB2096788A (en) | Single polarization single-mode optical fibers | |
US11378738B2 (en) | Optical fiber | |
US7849713B2 (en) | Optical fibre having low splice loss and method for making it | |
KR100782475B1 (ko) | 광섬유 모재의 제조 방법 및 광섬유 모재 | |
RU2396580C1 (ru) | Способ изготовления одномодовых волоконных световодов, сохраняющих поляризацию излучения | |
Devetyarov | Polarization-Maintaining Germanosilicate Waveguide with Elliptical Core for Fiber-Optic Gyroscopes | |
US20230305224A1 (en) | Multi-clad optical fibers |