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低水峰光纤预制件的制造方法专利背景

2022/07/16153 作者:佚名
导读:截至2003年5月,无机光导纤维在通讯行业已得到广泛应用,其中石英系列光纤以其具有光损耗低、适用的光波范围广、适应长距离通讯等特点而成为无机光导纤维的主体。近年来,石英系光纤的制备已经取得了显著的进展,消除了绝大多数非本征衰减(除了羟基离子吸收以外),提高了光纤传输可用光的能力,而由羟基引起的衰减成为光纤总衰减的重要因素。 在二氧化硅系光纤的衰减谱图上,在第二传输窗口1310纳米区(1280纳米~

截至2003年5月,无机光导纤维在通讯行业已得到广泛应用,其中石英系列光纤以其具有光损耗低、适用的光波范围广、适应长距离通讯等特点而成为无机光导纤维的主体。近年来,石英系光纤的制备已经取得了显著的进展,消除了绝大多数非本征衰减(除了羟基离子吸收以外),提高了光纤传输可用光的能力,而由羟基引起的衰减成为光纤总衰减的重要因素。

在二氧化硅系光纤的衰减谱图上,在第二传输窗口1310纳米区(1280纳米~1325纳米)和第三传输窗口1550纳米区(1380纳米~1565纳米)之间的1383纳米波长附近,通常有一个较高的水吸收峰,通常称为水峰,在1380纳米窗口内阻止可用的电磁波通过。氢原子与玻璃基体内的SiO2、GeO2以及其他含氧化合物中的氧结合,形成OH/OH2。由于玻璃内的OH/OH2所造成的衰减约为0.5~1.0分贝/千米,衰减峰通常在“1380纳米窗口”(定义为,约1330~1470纳米的波长范围)内。随着波分复用(WDM)、放大器技术以及激光源方面的新近进展,消除1380纳米的水峰日益显得重要起来。

石英光纤是由拉制与光纤结构类似的光纤预制件的方法而得的。石英系光纤预制件的制备包括下列步骤:先将硅的水解化合物汽化,然后将其导入燃烧气体火焰中,气体受热分解并形成细小的二氧化硅粉末,最后使二氧化硅粉末玻璃化,从而形成透明制品。这种工艺方法,即粉末法,能被用于制造掺杂含有较高气体压的氧化物的石英玻璃,如B2O3、P2O5、GeO2。截至2003年5月,实用的粉末工艺主要有三种,即:外部气相沉积法(OVD)、改进的化学气相沉积工艺(MCVD)和轴向气相沉积工艺(VAD)。

截至2003年5月,通常是采用粉末工艺中的一种,制造光纤预制件的芯棒的松散体,该松散体在化学干燥后,在含有氯气的气氛中烧结,由此形成芯棒预制棒;然后,将此芯棒预制棒置于一个再拉伸炉内,加热到足以将其拉伸为较小直径圆柱玻璃体即芯棒的温度。在拉伸步骤后,一般采取外部气相沉积法(OVD)、改进的化学气相沉积工艺(MCVD)和轴向气相沉积工艺(VAD)中的任一种方法,如通过OVD法沉积,将所得芯棒的周围包覆上一层二氧化硅粉末的烟灰。将覆盖了烟灰层的芯棒进行化学干燥,再烧结形成光纤预制棒,然后,可将其拉伸成为光纤。尽管使用了化学干燥和烧结步骤,这种光纤在约1380纳米测得的衰减仍然相当多。

由于原料卤化物中的含氢杂质与羟基杂质,载流气体中的水气体,以及石英玻璃管中的OH扩散,使得粉末法工艺制备的光纤预制件羟基含量较高,拉制的光纤受到羟基污染。为了避免光纤被羟基污染,降低水峰造成的衰减,人们采取了多种手段,比如,精制原料气体,纯化载气,以去除气体中所含的水气体;管线密闭,采用低OH含量的石英玻璃管等等。其中,最为有效的是进行化学脱水,即在进行玻璃化之前,利用亚硫酰氯(SOCl2)、氯气(Cl2)等化学试剂对羟基的取代反应,对光纤预制品进行卤化。由于反应结果产生的Si-Cl的基频振动吸收峰位于25微米附近,因而在光纤使用的波长区域,由Si-Cl键的振动而产生吸收衰减对光纤的传输衰减并无重大影响。利用卤化过程而进行的化学脱水对于减少残余OH含量十分有效。例如,在VAD法中,水分主要来自火焰水解反应产生的气体。虽然大部分的气体通过废气排气口排出,仍然有相当多的H2O被吸附在光纤预制件中,VAD法制备的光纤预制品经过Cl2化学脱水之后,OH含量可降低到10ppb;拉制的光纤在“1380纳米窗口”的衰减为0.5分贝/千米。

但是,针对进一步降低光纤预制品的OH含量、进而大幅度降低水峰衰减的技术要求,在2003年前的工艺条件下,卤化脱水法是无法达到要求。

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