專利名稱：用化學(xué)汽相沉積法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作摻雜光纖的摻雜方法，屬于信息通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著高速光通信密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)容量的迅速增加，傳統(tǒng)的C波段摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益帶寬(約35nm左右)已經(jīng)不能滿足需求。對(duì)帶寬的需求直接推動(dòng)了工作于其它波段的稀土類摻雜光纖放大器的發(fā)展，如摻鐠(Pr)光纖放大器、摻銩(Tm)光纖放大器等等。不僅如此，大功率光纖激光器也成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)，如摻鐿(Yb)光纖Kw級(jí)光纖激光器的研究。然而，各種放大器或者激光器的核心是其增益介質(zhì)稀土類摻雜光纖，因此各種稀土類摻雜光纖的制作成為促進(jìn)光纖通信及其光纖激光器發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
目前報(bào)道用MCVD法制作摻雜光纖的摻雜方法有4種，分別是低氣壓氣體傳送摻雜方法、sol-gel法摻雜方法、種子法摻雜方法、中浸泡法摻雜方法。其中低氣壓氣體傳送摻雜方法屬于在線摻雜，其余3種屬于非在線摻雜。所謂在線摻雜是指采用MCVD法制作光纖預(yù)制棒時(shí)，無需將沉積用光纖級(jí)高純石英管從車床上卸下便可進(jìn)行摻雜操作。
以上基于MCVD法制作摻雜光纖的4種方法都應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但均存在一定的缺點(diǎn)。
低氣壓氣體傳送摻雜方法其屬于在線摻雜，不需要中途將沉積用石英管卸下MCVD車床，因而保證了整個(gè)方法過程中的高清潔度。但是其方法參數(shù)控制復(fù)雜(需要同時(shí)控制多個(gè)參量)，設(shè)備成本為這幾種方法中最昂貴，且方法不容易掌握。而且這種方法很難保證摻雜的均勻性。
sol-gel法、種子法、浸泡法摻雜均屬于非在線摻雜方法，因此其在整個(gè)摻雜過程中必須將沉積用石英管從MCVD車床卸下，光纖預(yù)制棒的制作對(duì)包層及其纖芯的雜質(zhì)含量有很苛刻的要求(ppb量級(jí))，因此對(duì)摻雜環(huán)境提出了極為苛刻的要求，從而大大的提高了設(shè)備成本。
sol-gel法摻雜中所用的溶膠形態(tài)(sol)母溶液的配比、母溶液抽出速度等一系列參數(shù)需要大量的理論設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證才能確定。
種子法摻雜中所用的種子光纖的制作，因其摻雜離子濃度大大高于設(shè)計(jì)的成品光纖，因此其制作方法難度大，成本高，并且其種子光纖的摻雜離子濃度過高會(huì)形成摻雜離子抱團(tuán)而影響光纖質(zhì)量。
浸泡法摻雜是相對(duì)最經(jīng)濟(jì)的一種方法，但是在這個(gè)方法中，需要將整個(gè)沉積用石英管浸泡在母溶液中，這就需要大量的母溶液，而且經(jīng)過一次浸泡后的母溶液由于受到污染而不能重復(fù)使用，造成很大的高純摻雜原料的浪費(fèi)。同時(shí)由于摻雜離子的在母溶液不同深度處具有不同的壓力，因此在浸泡時(shí)造成預(yù)制棒摻雜的縱向不均勻性，直接導(dǎo)致成品光纖的摻雜縱向不均勻。而且必須進(jìn)行去掉尾管(節(jié)約成本，在MCVD沉積用石英管兩端接上普通高純石英管，進(jìn)氣端叫首管，出氣端叫尾管)的操作，在摻雜完成后又必須接上尾管，這就很難保證在去掉尾管、接上尾管的過程中不引入雜質(zhì)從而增加光纖的背景損耗。
基于以上方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了新型的MCVD摻雜方法用MCVD法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有摻雜方法所存在的不足而提供的一種方法性能好、成品率高、方法簡(jiǎn)單、適用于批量生產(chǎn)摻雜光纖的新型摻雜方法。該方法適用于采用MCVD法制作各種摻雜光纖。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的第一步采用MCVD法將預(yù)制棒芯層沉積成疏松層5的形式；第二步將沉積完疏松層的預(yù)高純石英管1兩端預(yù)縮4一下，形成如圖1所示形狀；第三步然后在線從尾管端2(進(jìn)氣口為首管端3，出氣口為尾管端2)用加料裝置6將一定量的摻雜離子母溶液7(有時(shí)同時(shí)含有其它共摻離子)均勻加入預(yù)制棒疏松層段5，如圖1所示；第四步加完母溶液后，撤出加料裝置，旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒一定時(shí)間，如圖2所示；第五步等溶液充分浸泡疏松層5后，對(duì)殘留溶液所采取的措施可以是在線操作，也可以是非在線操作。1.在線操作以適當(dāng)溫度對(duì)疏松層段均勻加熱，同時(shí)通一定流量的惰性氣體(He)讓母溶液中水份完全揮發(fā)或者從尾端將殘留母溶液吸去；2.非在線操作將預(yù)制棒從MCVD車床卸下，從尾管2端倒出殘留母溶液，待疏松層段5無殘留溶液后重新將其上到MCVD車床上。完成摻雜。
按上述摻雜方法，不限于稀土摻雜光纖的摻雜。
按上述摻雜方法，所述的疏松層的沉積，適用于化學(xué)汽相沉積(MCVD)法。
按上述摻雜方法，所述的預(yù)縮處理方式，可以采用其它方式，只要達(dá)到使進(jìn)行加料步驟時(shí)溶液不外溢到疏松層段以外即可。
按上述摻雜方法，所述的試驗(yàn)環(huán)境要求，適合能達(dá)到光纖制備要求的任何試驗(yàn)環(huán)境。
按上述摻雜方法，所述的加料裝置，包括任何潔凈度能達(dá)到光纖級(jí)制備要求的所有液體傳送裝置。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)第一.方法簡(jiǎn)單、易于掌握。在沉積完疏松層后，只需采用加料裝置將母溶液加入疏松層段后進(jìn)行浸泡，便完成了摻雜工作的主要部分。在此過程中，只需注意到加料裝置的潔凈度即可。因此這種方法，只需在傳統(tǒng)的MCVD法制備普通光纖的基礎(chǔ)上，添加加料裝置即可進(jìn)行各種摻雜光纖的制備。
第二.使用的母溶液少，節(jié)省成本。本發(fā)明無需將整個(gè)預(yù)制棒浸泡在母溶液中，只需從尾管通過加料裝置加入足以覆蓋疏松層的溶液即可。相比較于浸泡法，所需母溶液量大幅度減小。摻雜稀土摻雜離子時(shí)，高純度稀土摻雜離子原料的價(jià)格十分昂貴，所以大幅度減小它的使用量可以大大節(jié)省摻雜光纖的制作成本。
第三.摻雜縱向均勻性好。由于疏松層是水平放置，而且母溶液是直接浸泡疏松層，因此可以保證預(yù)制棒摻雜的縱向均勻性優(yōu)于浸泡法。
第四.可以用于所有可采用浸泡法制備的特種光纖。


圖1為本發(fā)明的在線加摻雜溶液示意圖。
圖2為本發(fā)明的浸泡疏松層示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例1選取18×1.5mm(外徑×壁厚)的光纖級(jí)高純石英管1做為沉積管，采用MCVD法沉積疏松層5。將沉積完疏松層5的預(yù)高純石英管1兩端預(yù)縮4一下，形成如圖1所示形狀。然后在線從尾管端2用加料裝置6將一定量的配比成一定濃度的鉺(Er3+)離子母溶液7均勻加入預(yù)制棒疏松層段5。加完母溶液后，撤出加料裝置，旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒一定時(shí)間，如圖2所示。等溶液充分浸泡疏松層5后，將預(yù)制棒從MCVD車床卸下，從尾管2端倒出殘留母溶液，待疏松層段5無殘留溶液后重新將其上到MCVD車床上，完成摻雜。
實(shí)施例2選取18×1.5mm(外徑×壁厚)的光纖級(jí)高純石英管1做為沉積管，采用MCVD法沉積疏松層5。將沉積完疏松層5的預(yù)高純石英管1兩端預(yù)縮4一下，形成如圖1所示形狀。然后在線從尾管端2用加料裝置6將一定量的配比成一定濃度的鉺(Er3+)離子母溶液7均勻加入預(yù)制棒疏松層段5，如圖1所示。加完母溶液后，以適當(dāng)溫度對(duì)疏松層段均勻加熱，同時(shí)通一定流量的惰性氣體氦(He)讓母溶液中水份完全揮發(fā)，完成摻雜。
實(shí)施例3選取18×1.5mm(外徑×壁厚)的光纖級(jí)高純石英管1做為沉積管，采用MCVD法沉積疏松層5。將沉積完疏松層5的預(yù)高純石英管1兩端預(yù)縮4一下，形成如圖1所示形狀。然后在線從尾管端2用加料裝置6將一定量的配比成一定濃度的鉺(Er3+)離子母溶液7均勻加入預(yù)制棒疏松層段5，如圖1所示。加完母溶液后，撤出加料裝置，旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒一定時(shí)間，如圖2所示。等溶液充分浸泡疏松層5后采用加料裝置6將剩余母溶液吸出，完成摻雜。
為了舉例說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，描述了上述具體實(shí)施例，但本發(fā)明的其它變化和修改，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，本發(fā)明并不限于所描述的具體實(shí)施方式
。因此，在本發(fā)明所公開內(nèi)容的真正實(shí)質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何修改、變化或等效變換，都屬于本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法，其特征在于包含以下步驟第一步采用MCVD法將預(yù)制棒芯層沉積成疏松層；第二步將沉積完疏松層的高純石英管兩端預(yù)縮到適當(dāng)外徑；第三步在線從尾管端用加料裝置將一定量的摻雜離子母溶液均勻加入預(yù)制棒疏松層段；第四步加完母溶液后，撤出加料裝置，旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒一定時(shí)間；第五步等溶液充分浸泡疏松層后，對(duì)殘留溶液所采取的措施可以是在線操作，也可以非在線操作(1)在線操作以適當(dāng)溫度對(duì)疏松層段均勻加熱，同時(shí)通一定流量的惰性氣體讓母溶液中水份完全揮發(fā)，或者用吸料裝置將殘余母溶液吸出；(2)非在線操作將預(yù)制棒從MCVD車床卸下，從尾管2端倒出殘留母溶液，待疏松層段5無殘留溶液后重新將其安裝到MCVD車床上，完成摻雜。
2.按權(quán)利要求1所述的用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法，其特征在于采用加料裝置在線從尾管端將溶液加入沉積用石英管內(nèi)浸泡疏松層。
3.按權(quán)利要求2所述的用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法，其特征在于所采用加料裝置可以是任何的潔凈度達(dá)到光纖級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可完成加料功能的裝置。
4.按權(quán)利要求1所述的用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法，其特征在于預(yù)縮處理方式，可以采用其它方式，只要達(dá)到使進(jìn)行加料步驟時(shí)溶液不外溢到疏松層段以外即可。
5.按權(quán)利要求1、2所述的用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法，其特征在于無需將沉積用高純石英管在沉積完疏松層后卸下車床，屬于在線摻雜的一種方法。
6.按權(quán)利要求1所述的用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法制作各種摻雜光纖的在線摻雜方法，其特征在于對(duì)殘余母溶液的處理上，可采取直接蒸發(fā)、吸去或者從尾管倒出等三種方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及制作各種摻雜光纖的一種摻雜方法。該方法在用化學(xué)汽相沉積(MCVD)法沉積完包層和疏松層后，采用加料裝置從尾管將含有摻雜物離子的溶液加入沉積用石英管內(nèi)浸泡疏松層一段時(shí)間后移去殘留溶液，采用除氫氧根、熔化、縮棒、套棒、拉絲工藝而制成摻雜光纖。該摻雜方法操作簡(jiǎn)單、易于掌握；使用的母溶液少，節(jié)省成本；光纖縱向摻雜均勻；可以用來制作各種摻雜光纖。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1996070SQ20061016973
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者延鳳平, 李堅(jiān), 簡(jiǎn)水生, 傅永軍, 姚磊 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)