專利名稱：紡錘型保偏光纖預(yù)制棒及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保偏光纖預(yù)制棒及其生產(chǎn)方法，具體涉及一種紡錘型保偏光纖預(yù)
制棒及其生產(chǎn)方法，應(yīng)用本方法可制造出不同應(yīng)用工作波長的高雙折射偏振保持光纖預(yù)制棒。
背景技術(shù)：
近二十多年以來，各軍事大國爭相開發(fā)光纖傳感器技術(shù)，如光纖陀螺。主要應(yīng)用在
軍事領(lǐng)域，如航天、航海、戰(zhàn)車定位導(dǎo)航，各種導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)等。在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用也日
趨廣泛。至今此項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到了較高水平。美、法等國已達(dá)到實(shí)用化水平。 近年來，我國光纖陀螺技術(shù)發(fā)展迅速，并有部分產(chǎn)品問世。隨之也促進(jìn)了保偏光纖
制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。 但我國用刻蝕技術(shù)生產(chǎn)保偏光纖的工藝尚不成熟。光纖的幾何參數(shù)尚難過關(guān)。
國產(chǎn)蝶結(jié)型保偏光纖纖芯呈"杏核型"降低了光纖的連結(jié)耦合效率，也增加了光纖的熔接損耗。 這對于制備高精度的導(dǎo)航儀表而言，帶來了難以預(yù)測的長久隱患。保偏光纖是制備光纖陀螺的主體部件，它的制備工藝復(fù)雜，要求嚴(yán)格，影響其參數(shù)因素繁多，難度大。
本專利提出的紡錘型保偏光纖棒及其制備方案，本方法是對保偏光纖生產(chǎn)工藝中的刻蝕技術(shù)將是進(jìn)一步的完善和補(bǔ)充。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題，克服纖芯不圓，內(nèi)阻擋層過薄的問題，提供一種紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，并且提供了一種新的刻蝕補(bǔ)償?shù)纳a(chǎn)方法，制出的纖芯呈圓形，應(yīng)力區(qū)大小適中，全參數(shù)合格、達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的保偏光纖。該發(fā)明適用于航天、航海、戰(zhàn)車定位導(dǎo)航，各種導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)等領(lǐng)域。 本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 作為本發(fā)明的第一方面，一種紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，所述光纖預(yù)制棒從內(nèi)到外
包括纖芯、內(nèi)包層、應(yīng)力區(qū)和外包層，其特征在于，所述纖芯呈圓形結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)包層包裹
在纖芯的外圍，所述內(nèi)包層的外設(shè)置兩對稱的紡錘型的應(yīng)力區(qū)，所述應(yīng)力區(qū)外圍為外包層，
外包層包含基管。 其中，所述應(yīng)力區(qū)包括B^+S叫，其中按質(zhì)量百分比計，摻17 22%的8203提高應(yīng)力區(qū)熱膨脹系數(shù)達(dá)到28 32X10—7°C。 應(yīng)力區(qū)的面積比為應(yīng)力區(qū)面積/光纖截面為9 10%。本發(fā)明的應(yīng)力區(qū)的面積比(9 10% )小于蝶結(jié)型(應(yīng)力區(qū)的面積比為10 14% )，因而可提高光纖強(qiáng)度，彎曲性能及高低溫特性。 所述應(yīng)力區(qū)是以纖芯為對稱的分開結(jié)構(gòu)，呈紡錘型。本發(fā)明的紡錘型的應(yīng)力區(qū)，較蝶結(jié)型的窄，但有足夠的應(yīng)力確保光纖的保偏性能。
其中，所述內(nèi)包層的厚度為纖芯半徑的1.5 2.0倍，可有效的防止應(yīng)力區(qū)的8203在長久可變環(huán)境下向芯部擴(kuò)散。
作為本發(fā)明的第二方面， —種如權(quán)利要求1所述的紡錘型保偏光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法，采用MCVD工藝系統(tǒng)和刻蝕技術(shù)，包括以下制備程序 (1)、基管選用石英基管，火燃拋光，內(nèi)通Cl2及SFe，在1400 180(TC下刻蝕掉基管內(nèi)壁的雜質(zhì)及缺陷； (2)、沉積外包層包括S叫+P^，其中P兆為2_4%，防雜質(zhì)向內(nèi)擴(kuò)散，參見圖1 ;
(3)、沉積應(yīng)力區(qū)層包括Si02+B203， B203的含量按質(zhì)量百分比為17 22% ;
(4)、定向刻蝕車床停轉(zhuǎn)，向基管內(nèi)通入SF6刻蝕氣體，用于刻蝕的噴燈從一側(cè)或以纖芯為對稱兩側(cè)定向往返移動，如圖2所示，在1400 180(TC下將基管的部分內(nèi)層刻蝕掉，對稱兩邊不互相連接，可見基管內(nèi)壁厚度出現(xiàn)明顯的厚度差異； (5)、車床旋轉(zhuǎn)沉積填充層包括Si02+P205，其中P205為2-4% ，其組分及含量與外包層相同，其厚度與應(yīng)力區(qū)層一致，見圖2 ; (6)、車床停轉(zhuǎn)，再次刻蝕與第一次刻蝕方向垂直90°將沉積在應(yīng)力區(qū)上的沉積填充層刻蝕掉，見圖3; (7)、沉積內(nèi)包層內(nèi)包層包括Si02+P205+Fj* P205為3. 5 4. 5X，F(xiàn)為0. 4 0. 5%，內(nèi)包層的厚度為纖芯半徑的1. 5 2. 0倍，停止進(jìn)料；
(8)、沉積纖芯按工藝設(shè)計控制纖芯直徑和折射率； 以光纖為125iim為例，光纖預(yù)制棒直徑為15mm，光纖預(yù)制棒的纖芯徑為0. 6
0. 8mm，折射率n為1. 466 1. 475。 (9)、縮棒直至收縮成光纖預(yù)制棒，見圖4。 按上述實(shí)施步驟制得的"紡錘型"偏光纖預(yù)制棒(光纖預(yù)制棒簡稱光棒)，通過光纖拉絲塔拉制成不同直徑的保偏光纖。 本專禾U應(yīng)用MCVD (modified chemical vapor d印osition process,改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法)工藝，采用刻蝕技術(shù)，創(chuàng)立高雙折射保偏光纖的新型結(jié)構(gòu)一紡錘型。本工藝的特點(diǎn)是在刻蝕應(yīng)力層后，沉積一定厚度的內(nèi)包層，再采用與前一次刻蝕應(yīng)力層的方向成90度角再刻蝕一定厚度的內(nèi)包層，使其基管四周的壁厚基本一致；這樣就保證了沉積芯層的圓正性。 本發(fā)明的有益效果 1、紡錘型保偏光纖芯部呈圓形。本專利從原理上消除了因刻蝕作用造成的沉積管壁厚差異而導(dǎo)致的纖芯呈"杏核型"或"類矩形"的產(chǎn)生。 2、紡錘形狀的應(yīng)力區(qū)，且以纖芯為對稱、分開。本發(fā)明的應(yīng)力區(qū)的面積比小于蝶結(jié)型。 3、紡錘型保偏光纖的內(nèi)包層的厚度為纖芯半徑的1. 5 2. 0倍，可有效的防止應(yīng)力區(qū)的B203在長久可變環(huán)境下向芯部擴(kuò)散。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。附圖為工藝過程中不同階段管及棒的截面分布圖。
圖1為沉積應(yīng)力層后管壁的截面圖。 圖2為刻蝕應(yīng)力區(qū)后沉積好填充層時管壁的截面分布圖。
圖3為芯層沉積好后管壁截面分布圖。
圖4為保偏光纖預(yù)制棒截面圖。 圖中標(biāo)號1為纖芯、2為內(nèi)包層、3為應(yīng)力區(qū)、4為外包層，5為填充層，6為基管。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本實(shí)施步驟以基管為30 (外徑)X 2. 5 (壁厚)X 500 (長度)mm為例。 —種紡錘型保偏光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法，采用MCVD工藝系統(tǒng)和刻蝕技術(shù)，包括以下制備程序 (1)、基管6選用高純石英基管(德國Heraeus公司F300Tube)，火燃拋光，內(nèi)通Cl2(100ml/min)及SF6 (20ml/min)，在1400 1800。C高溫下刻蝕掉基管1內(nèi)壁的雜質(zhì);
(2)、沉積夕卜包層4[Si02+P205(P205為2-4 % )]，通入SiCl4 (1000ml/min)、P0C13 (120ml/min)及02 (1500ml/min)在1800°C的高溫下反應(yīng)生成Si02+P205，其沉積厚度為2 4層，防雜質(zhì)向內(nèi)擴(kuò)散，參見圖1 ; (3)、沉積應(yīng)力區(qū)2，在外包層沉積好后，通入SiCl4(180ml/min) 、 BBr3 (800ml/min)及02(1500ml/min)在1600 1800°C的高溫下反應(yīng)生成Si02+B203，其沉積厚度為10 12層。 (4)、定向刻蝕MCVD車床停轉(zhuǎn)，向基管內(nèi)通入SF6(80ml/min)刻蝕氣體，用于刻蝕的噴燈，從一側(cè)或以纖芯為對稱兩側(cè)，定向往返移動移方向如圖2的箭頭所示，在1400 180(TC高溫下將基管內(nèi)層的部分應(yīng)力區(qū)(Si02+B203)刻蝕掉，對稱兩邊的應(yīng)力層不互相連接見圖2，可見基管內(nèi)壁厚度出現(xiàn)明顯的厚度差異； (5)、車床旋轉(zhuǎn)沉積的填充層5 (Si02+P205)，其組分與外包層相同，厚度與應(yīng)力區(qū)層一致，見圖3 ; (6)、車床停轉(zhuǎn)，再次刻蝕(與第一次刻蝕方向垂直9(T )將沉積在應(yīng)力區(qū)層(Si02+B203)上的沉積的部分填充層(Si02+P205)刻蝕掉，移動方向見圖3的箭頭所示；
(7)、沉積內(nèi)包層2 :在要兩次刻蝕完成后，通入SiCl4(200ml/min)、 P0Cl3(20ml/min) 、 SF6(5ml/min)和02 (1500ml/min)在1800 2000°C的高溫下反應(yīng)生成Si02+P205+F，其沉積厚度為4 6層。 (8)、沉積纖芯1 :在內(nèi)外層沉積完成后，通入SiCl4(50ml/min) 、 GeCl4 (85ml/min)和02(1200ml/min)在1800 2000°C的高溫下反應(yīng)生成Si02+GeCl4，其沉積厚度為3 4層。； (9)、縮棒在2200 2400°C的高溫下，將沉積好各層后的基管收縮成光纖預(yù)制棒，見圖4。 —種紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒從內(nèi)到外包括纖芯1、內(nèi)包層2、應(yīng)力區(qū)3和外包層4。參見圖4。
纖芯1呈圓形結(jié)構(gòu)。內(nèi)包層2的厚度為纖芯半徑的1. 5 2. 0倍?？捎行У姆乐箲?yīng)力區(qū)的B203在長久可變環(huán)境下向芯部擴(kuò)散。 應(yīng)力區(qū)3的面積比為應(yīng)力區(qū)面積/光纖截面為9 10%。本發(fā)明的應(yīng)力區(qū)的面積比(10 14%)小于蝶結(jié)型(應(yīng)力區(qū)的面積比為10 14%)，因而可提高光纖強(qiáng)度，彎曲性能及高低溫特性。應(yīng)力區(qū)3是以纖芯為對稱的分開結(jié)構(gòu)，呈紡錘型。本發(fā)明的紡錘型的應(yīng)力區(qū)，較蝶結(jié)型的窄，但有足夠的應(yīng)力確保光纖的保偏性能。 本發(fā)明的創(chuàng)新內(nèi)容為①用沉積補(bǔ)償工藝確保纖芯呈圓形，以確保光連接耦合的高效性；②纖芯呈正圓形，可保證光纖模場直徑的圓正度；③應(yīng)力區(qū)呈類梯形，以纖芯為對稱而分離，且應(yīng)力區(qū)面積僅占光纖截面積比為9_10%，較蝶結(jié)型(10-14%)要小，可提高光纖強(qiáng)度，而不影響保偏性能。 按上述實(shí)施步驟制得的"紡錘型"保偏光棒，通過光纖拉絲塔拉制成不同直徑的保偏光纖。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
一種紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，所述光纖預(yù)制棒從內(nèi)到外包括纖芯、內(nèi)包層、應(yīng)力區(qū)和外包層，其特征在于，所述纖芯呈圓形結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)包層包裹在纖芯的外圍，所述內(nèi)包層外設(shè)置兩對稱的紡錘型應(yīng)力區(qū)，所述應(yīng)力區(qū)外圍為外包層，外包層包含基管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，其特征在于，所述應(yīng)力區(qū)包括8203+5102，其中按質(zhì)量百分比計，摻17 22%質(zhì)量百分比的8203提高應(yīng)力區(qū)熱膨脹系數(shù)達(dá) 到28 32X10—7°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，其特征在于，所述應(yīng)力區(qū)的面積比 為應(yīng)力區(qū)面積/光纖截面為9 10 % 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，其特征在于，所述應(yīng)力區(qū)是以纖芯 為對稱的分開結(jié)構(gòu)，呈紡錘型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，其特征在于，所述內(nèi)包層的厚度為 纖芯半徑的1. 5 2. 0倍，防止應(yīng)力區(qū)的B203向纖芯部擴(kuò)散。
6. —種如權(quán)利要求1所述的紡錘型保偏光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)方法，采用MCVD工藝系統(tǒng)和 刻蝕技術(shù)，包括以下制備程序(1) 、基管選用石英基管，火燃拋光，內(nèi)通Cl2及SF6，在1400 180(TC下刻蝕掉基管內(nèi) 壁的雜質(zhì)及缺陷；(2) 、沉積外包層包括S叫+P^，其中P205為2-4%，防雜質(zhì)向內(nèi)擴(kuò)散；(3) 、沉積應(yīng)力區(qū)層包括Si02+B203， B203的含量按質(zhì)量百分比為17 22% ;(4) 、定向刻蝕車床停轉(zhuǎn)，向基管內(nèi)通入SF6刻蝕氣體，用于刻蝕的噴燈從一側(cè)或以纖 芯為對稱兩側(cè)定向往返移動，如圖2所示，在1400 180(TC下將基管的部分內(nèi)層刻蝕掉，基 管內(nèi)壁厚度出現(xiàn)明顯的厚度差異；(5) 、車床旋轉(zhuǎn)沉積填充層包括Si02+P20s，其中P205為2-4% ;(6) 、車床停轉(zhuǎn)，再次刻蝕與第一次刻蝕方向垂直90°將沉積在應(yīng)力區(qū)上的沉積填充層 刻蝕掉；(7) 、沉積內(nèi)包層內(nèi)包層包括Si02+P205+F，其中P20s為3. 5 4. 5X，F(xiàn)為0. 4 0. 5%， 內(nèi)包層的厚度為纖芯半徑的1. 5 2. 0倍，停止進(jìn)料；(8) 、沉積纖芯按工藝設(shè)計控制纖芯直徑和折射率；(9) 、縮棒直至收縮成光纖預(yù)制棒。
全文摘要
一種紡錘型保偏光纖預(yù)制棒，從內(nèi)到外包括纖芯、內(nèi)包層、應(yīng)力區(qū)和外包層。纖芯呈圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層包裹在纖芯的外圍，內(nèi)包層外設(shè)置兩對稱紡錘型的應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力區(qū)外圍為外包層，外包層含沉積基管。本發(fā)明采用MCVD工藝系統(tǒng)及刻蝕技術(shù)生產(chǎn)該預(yù)制棒。①用沉積補(bǔ)償工藝確保纖芯呈圓形，以確保光纖連接耦合的高效性；纖芯呈正圓形，可保證光纖模場直徑的圓正度。②內(nèi)包層的厚度為纖芯半徑的1.5～2.0倍，防止應(yīng)力區(qū)的B2O3在長久可變環(huán)境下向芯部擴(kuò)散。③應(yīng)力區(qū)呈類梯形，以纖芯為對稱而分離，應(yīng)力區(qū)的面積比為應(yīng)力區(qū)面積/光纖截面為9～10％，可提高光纖強(qiáng)度，彎曲性能及高低溫特性。
文檔編號C03B37/018GK101734852SQ20091024759
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者文雁平, 李沅桉, 王奇志, 申云華, 黃興旺 申請人:上海亨通光電科技有限公司