專利名稱：：一種摻鈦保偏光纖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，具體指的是可提高保偏光纖熱穩(wěn)定性的一種摻鈦保偏光纖制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著我國光纖陀螺技術(shù)的發(fā)展，偏振保持光纖(尤其熊貓型保偏光纖)的研發(fā)取得了重要進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化。達(dá)到了國際商品化水平。實(shí)現(xiàn)了我國中、低精度(0.1°1.0°/h)光纖陀螺的小批量生產(chǎn)。當(dāng)前，高精度光纖陀螺研發(fā)受到了熱穩(wěn)定性的困擾(-5075°C)。而保偏光纖則成為主要攻關(guān)難題之一。應(yīng)力型(熊貓、蝶結(jié)、橢圓包層)保偏光纖因其構(gòu)成的組份不同，而熱膨脹系數(shù)差異很大，總的熱膨脹率也相對很高。要提高其熱穩(wěn)定性只有改變其結(jié)構(gòu)組份。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種摻鈦保偏光纖制備方法，針對常規(guī)的保偏光纖在制備高精度陀螺時存在的溫度性能不穩(wěn)定等問題的情況下，通過改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的各組分，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，摻入一定濃度的二氧化鈦(Ti02)，降低光纖的熱膨脹率，提高其熱穩(wěn)定性?？山档凸饫w的熱膨脹系數(shù)，使光纖溫度性能大大提高。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成—種摻鈦保偏光纖的制備方法，在保偏光纖預(yù)制棒的制備過程中，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在保偏光纖的芯部和外包層沉積二氧化鈦(Ti02)，形成含Ti02成分的纖芯和外包層結(jié)構(gòu)。在保偏光纖的芯部沉積的二氧化鈦含量不大于1.5%;在保偏光纖的外包層沉積的二氧化鈦含量不大于2%。在應(yīng)力棒的制備過程中，采用MCVD工藝制備，在應(yīng)力棒中沉積含量為14_15%的氧化硼(B203)。在沉積二氧化鈦(Ti02)過程中，所使用的沉積原料為四氯化鈦(TiC14)，其純度不小于99.999%?；瘜W(xué)氣相沉積中反應(yīng)生成的二氧化鈦(Ti02)與二氧化硅(Si02)呈四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。制備光纖預(yù)制棒的基管采用摻二氧化鈦(Ti02)含量不大于2%的高純摻鈦石英管。制備光纖預(yù)制棒的基管采用普通光纖基管，并在基管內(nèi)壁沉積二氧化鈦(Ti02)含量不大于2%的的石英外包層。為保證保偏光纖的光學(xué)參數(shù)，在保偏光纖預(yù)制棒的內(nèi)包層采用純石英層或在純石英層中摻入小量的磷及氟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明是一種有效的改善保偏光纖熱穩(wěn)定性的方法，在保證光纖參數(shù)不變的情況下，降低光纖的熱膨脹系數(shù)，使溫度性能大大提高，其對環(huán)境溫度的適應(yīng)性顯著增強(qiáng)。本發(fā)明提出的摻二氧化鈦(Ti02)保偏光纖工藝，適合所有不同應(yīng)力型保偏光纖生產(chǎn)，即熊貓型、蝶結(jié)型、橢圓包層型保偏光纖等均適合。附圖概述圖1:熊貓型保偏光纖截面組份分布示意圖；圖2:蝶結(jié)型保偏光纖截面組份分布示意圖；圖3:橢圓包層型保偏光纖截面組份分布示意圖；圖4:石英玻璃中二氧化鈦(Ti02)濃度與折射率的關(guān)系；圖5:石英玻璃中二氧化鍺(Ge02)濃度與折射率的關(guān)系；圖6:石英玻璃中二氧化鈦(Ti02)濃度與熱膨脹系數(shù)的關(guān)系；圖7:石英玻璃中二氧化鍺(Ge02)濃度與熱膨脹系數(shù)的關(guān)系；圖8:未摻鈦保偏光纖慢軸上的折射率分布示意圖；圖9:摻鈦保偏光纖慢軸上的折射率分布示意圖；圖10:保偏光纖均熱膨脹系數(shù)變化示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解本發(fā)明是在保偏光纖預(yù)制棒制備過程中摻入低膨脹系數(shù)(-25X10-7廠C)的Ti02，以提高保偏光纖的熱穩(wěn)定性，這對于高靈敏度光纖傳感器的研制是很重要的。本發(fā)明方法應(yīng)用于各種類型保偏光纖，如熊貓型、蝶結(jié)型以及橢圓包層型保偏光纖等。其結(jié)構(gòu)組成如附圖l至圖3所示。本發(fā)明的步驟方法、注意事項(xiàng)及計(jì)算結(jié)果如下(1).在保偏光纖預(yù)制棒制備過程中，在其芯層和外包層摻入二氧化鈦(Ti02)，用MCVD、PCVD、0VD、VAD工藝方法均可完成。為保證光纖參數(shù)不變，參考附圖4-7，圖4為石英玻璃中二氧化鈦(Ti02)濃度與折射率的關(guān)系；圖5為石英玻璃中二氧化鍺(Ge02)濃度與折射率的關(guān)系；圖6為石英玻璃中二氧化鈦(Ti02)濃度與熱膨脹系數(shù)的關(guān)系；圖7為石英玻璃中二氧化鍺(Ge02)濃度與熱膨脹系數(shù)的關(guān)系。(2).預(yù)制棒外包層，可用特制的摻Ti02石英管，或套管。(3).采用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。四氯化鈦(TiC14)在沉積層分布均勻，無變價和析晶，呈四面體結(jié)構(gòu)，熱膨脹系數(shù)(ciTi02X10-7/°C)為負(fù)值。(4).在芯層摻入Ti02的量《1.5%。以保持光纖的低損耗{《1.5dB/km(工作波長1.3iim))。(5).外包層部分摻入Ti02的量《2X，外包層的折射率n3《1.4650。(6).內(nèi)包層組成為Si02+P205(微量)+Si01.5F(微量)，折射率n2"1.4580。(7).光纖折射率分布呈"W"型。附圖8為未摻鈦保偏光纖慢軸上的折射率分布示意圖；圖9為摻鈦保偏光纖慢軸上的折射率分布示意圖。如附圖9所示，光纖折射率分布呈"W"型，抗彎性能良好。(8).熱膨脹系數(shù)(aX10_7/°C)計(jì)算方法如下以80iim光纖，1000m為例。下表1、表2分別為常見保偏光纖(80iim)以及本發(fā)明的摻鈦保偏光纖(80ym)的總平均熱膨脹系數(shù)理論計(jì)算圖。表1:、保偏光纖(80m)總平均熱膨脹系數(shù)理論計(jì)算<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2:摻鈦保偏光纖(80m)總平均熱膨脹系數(shù)理論計(jì)算<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中，a芯、a包、aB:代表纖芯、包層、應(yīng)力區(qū)的熱膨脹系數(shù)X10_7/°C，XSi02%、XGe02%、XTi02%、XB203%所含百分比例。①V芯、V包、VB，體積(cm3)的計(jì)算a芯=(aSi02XXSi02%+aGe02XXGe02%+aTi02XXTi02%)X10-7/°C=[5X0.945+76X0.04+(-25)X0.015]X10-7%=7.39X10-7%a包、aB計(jì)算方法同上；最后得出a￥ts:光纖平均熱膨脹系數(shù)。如附圖10所示為保偏光纖均熱膨脹系數(shù)變化示意圖。對比摻1102前后，光纖的熱膨脹系數(shù)明顯降低。②.經(jīng)計(jì)算在125iim、80iim保偏光纖(熊貓型)摻入Ti02，其結(jié)果熱膨脹系數(shù)下降13.514.0%。熱穩(wěn)定性明顯改善。③125iim保偏光纖熱穩(wěn)定性較80iim同類(熊貓型)高出20%。本發(fā)明應(yīng)用MCVD工藝，以氣相摻雜技術(shù)，讓高純四氯化鈦(TiC14)在高溫下反應(yīng)，形成高度均勻的Ti02沉積層，呈四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。芯部的熱膨脹系數(shù)可下降2030%，光纖的數(shù)值孔徑(NA)為0.160.18，可滿足應(yīng)用要求。預(yù)制棒外包層(基管)，可專門采用摻二氧化鈦(Ti02)《2%的標(biāo)準(zhǔn)石英管。也可在一般光纖管內(nèi)加Ti02沉積層?？勺岊A(yù)制棒外包層的熱膨脹系數(shù)下降約10%。在芯層和外包層熱膨脹系數(shù)均下降的同時，應(yīng)力區(qū)中B203的含量(％)可減少至1415%。具體實(shí)施例1:摻Ti02熊貓型保偏預(yù)制棒制備方法。(1).單模母棒制備a.用<2(2530)X(2.02.5)X(5001000)mm含Ti02石英管作為MCVD工藝的基管；b.用高純SiC14、GeC14、P0C13、TiC14沉積原料。用高純(>99.999%)的02、He、SF6、N2、Cl2氣體作為反應(yīng)載氣、消除氣泡、刻蝕、吹掃、脫OH-氣體；c.外包層為二組份(Si02+Ti02)結(jié)構(gòu)(或用摻Ti02石英管)；d.內(nèi)包層純二氧化硅(Si02)或在二氧化硅中摻入小量的磷和氟(Si02+P205+Si01.5F);e.芯層為三組份(Si02+Ge02+Ti02)結(jié)構(gòu)f.成品預(yù)制棒檢測合格加套管(摻Ti02《2X石英管)制成C(3050)X(250300)mm單模母棒。g.將母棒按設(shè)計(jì)超聲打孔，然后對內(nèi)孔壁進(jìn)行研磨、拋光達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(2).應(yīng)力棒制備a.用普通基管在MCVD工藝上完成；按設(shè)計(jì)沉積一定濃度的氧化硼(B203%"15%wt);b.將檢測合格的應(yīng)力棒，進(jìn)行研磨、拋光；c.應(yīng)力棒的外徑應(yīng)與單模母棒孔徑相匹配。(3).摻鈦保偏光棒組合、拉絲將加工好的摻鈦保偏母棒和應(yīng)力棒清洗、組合，接首管、撥錐、吹干通入氦氣，在負(fù)壓狀態(tài)下拉制成摻鈦保偏光纖。實(shí)施例2:摻Ti02蝶結(jié)型保偏預(yù)制棒制備方法(1).摻鈦基管火焰拋光，內(nèi)通C12及SF6，在高溫下刻蝕掉基管內(nèi)壁的雜質(zhì)。(2).沉積外包層(Si02+Ti02)防雜質(zhì)向內(nèi)擴(kuò)散。(3).沉積應(yīng)力層(Si02+B203)，摻15%(wt)的B203，沉積層厚度由設(shè)計(jì)確定。(4).定向刻蝕車床停轉(zhuǎn)，向管內(nèi)通入SF6刻蝕氣體，用于刻蝕的噴燈(從一側(cè)或以芯為對稱兩側(cè))定向往返移動，在高溫下將管內(nèi)層(Si02+B203)刻蝕掉。(5).沉積內(nèi)包層Si02+P205+Si01.5F層。(6).沉積芯層在沉積好內(nèi)包層后，沉積一定厚度的Si02+Ge02+Ti02作為芯層(7).縮棒將沉積好包層和芯層的管在高溫下收縮成預(yù)制棒。(8).將制備好的摻鈦光纖預(yù)制棒，在低速(200m/min左右)拉制成摻鈦保偏光纖。綜上所述，本發(fā)明提供了一種有效的改善保偏光纖熱穩(wěn)定性的制備方法。雖然以上述說明已經(jīng)參照附圖對按照本發(fā)明目的的構(gòu)思和實(shí)施例做了詳細(xì)說明，本發(fā)明只描述了兩種實(shí)施方式，但這只是舉例而不是限定。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在沒有脫離權(quán)利要求限定范圍的前提條件下，仍然可以對本發(fā)明作出各種細(xì)節(jié)上的修改、變換和改進(jìn)。權(quán)利要求一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征在于在保偏光纖預(yù)制棒的制備過程中，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在保偏光纖的芯部和外包層沉積二氧化鈦，形成含二氧化鈦成分的纖芯和外包層結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為在保偏光纖的芯部沉積的二氧化鈦含量不大于1.5%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為在保偏光纖的外包層沉積的二氧化鈦含量不大于2%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為在應(yīng)力棒的制備過程中，采用MCVD工藝制備，在應(yīng)力棒中沉積含量為14-15%的氧化硼。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為在沉積二氧化鈦過程中，所使用的沉積原料為四氯化鈦，其純度不小于99.999%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為化學(xué)氣相沉積中反應(yīng)生成的二氧化鈦與二氧化硅呈四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為制備光纖預(yù)制棒的基管采用摻二氧化鈦含量不大于2%的高純摻鈦石英管。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為制備光纖預(yù)制棒的基管采用普通光纖基管，并在基管內(nèi)壁沉積二氧化鈦含量不大于2%的的石英外包層。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鈦保偏光纖的制備方法，其特征為為保證保偏光纖的光學(xué)參數(shù)，在保偏光纖預(yù)制棒的內(nèi)包層采用純石英層或在純石英層中摻入磷及氟。全文摘要本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，具體指的是一種摻鈦保偏光纖制備方法。本發(fā)明在保偏光纖預(yù)制棒的制備過程中，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在保偏光纖的芯部和外包層沉積二氧化鈦(TiO2)，形成含TiO2成分的纖芯和外包層結(jié)構(gòu)。在保偏光纖的芯部沉積的二氧化鈦含量不大于1.5％；在保偏光纖的外包層沉積的二氧化鈦含量不大于2％。在應(yīng)力棒的制備過程中，采用MCVD工藝制備，在應(yīng)力棒中沉積含量為14-15％的氧化硼(B2O3)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，是一種有效的改善保偏光纖熱穩(wěn)定性的方法，在保證光纖參數(shù)不變的情況下，降低光纖的熱膨脹系數(shù)，使溫度性能大大提高，其對環(huán)境溫度的適應(yīng)性顯著增強(qiáng)，適合于所有不同應(yīng)力型保偏光纖生產(chǎn)。文檔編號C03B37/018GK101759358SQ20091024789公開日2010年6月30日申請日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者文雁平,申云華申請人:上海亨通光電科技有限公司