專利名稱：高性能紫外光纖的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明述及一種高性能紫外光纖的制造方法，屬光學(xué)玻璃纖維制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
當(dāng)一個光纖被用來傳輸紫外光時，在許多場合要求傳輸波長短、高能量的紫外光，但是波長短、高能量的紫外光在石英光纖中傳輸時，由于這個紫外光束與石英玻璃的作用，在石英玻璃中產(chǎn)生了色心缺陷使其發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化，這將阻止紫外光的傳輸，并增加了損耗，大大地降低了紫外光的傳輸性能。當(dāng)一個標準的高OH-紫外石英光纖，用一個未濾波的氘燈連續(xù)照射24小時后，它的傳輸性能將下降約50％。紫外光的波長越短，并且功率越高，那么這種降低紫外光傳輸性能的問題就越突出，這可稱為光纖紫外抑制效應(yīng)。所以，當(dāng)一個準分子激光器被用來作為光源時，石英光纖的傳輸性能就要發(fā)生異變，特別是KrF準分子激光器(波長248nm)，F(xiàn)2準分子激光器(波長157nm)和ArF準分子激光器(波長193nm)等作為光源時更為明顯。
為了克服紫外光在石英玻璃光纖中傳輸性能異變的缺點，或改進石英玻璃光纖對紫外光的阻止作用，目前，在制作高性能紫外石英玻璃光纖時，主要采用下面兩種方法(1)在石英玻璃光纖芯中增加氫氧根含量(大于500ppm)。但是用這種方法，當(dāng)氫氧根的含量增高時，紫外線吸收邊緣的波長會加長，結(jié)果短波長(特別是真空紫外區(qū)域)的紫外光不能在光纖中傳輸。另外，并不是氫氧根越高效果越好，它的改進能力是有限的，當(dāng)氫氧根含量濃度高出一定值(如2000ppm)時，它的損耗也會加大。
(2)在紫外光纖中進行載氫處理，這樣也會改進短波長、高能量紫外光在光纖中的傳輸性能，然而，載氫需要1019cm-3濃度的氫氣，并且要在高壓容器中幾個星期才能完成，它不僅投資大、時間長，而且由于溫度等環(huán)境的變化會使一部分載氫逸出光纖，仍會降低它的傳輸性能。
本發(fā)明的目的是通過以下手段來實現(xiàn)的所謂免疫制作技術(shù)就是先用紫外光故意照射石英玻璃材料，使產(chǎn)生色心缺陷和多層的結(jié)構(gòu)異變，即“接種”色心缺陷；然后再用熱處理的方法消除這種缺陷，增加了光纖的紫外光抗御能力，從而使這種紫外光纖在傳輸短波長、高能量的紫外光時，就存在免疫力，即不會再出現(xiàn)嚴重的缺陷。
但是在上述的紫外光預(yù)照射時還存在著一個紫外光如何照射的問題。當(dāng)用高功率的紫外光反復(fù)的照射光纖的一個端面時，引起了結(jié)構(gòu)缺陷，這僅僅發(fā)生在被照射端面，而紫外光不能到達另一個端面。所以，除了短光纖外，不可能產(chǎn)生長光纖。如用低功率的紫外光照射，處理時間會太長，這也不太現(xiàn)實。再者，如果用紫外光側(cè)面照射成品的光纖，就會導(dǎo)致由合成樹脂生成的絕緣涂覆層因紫外光加熱而熔化，這種照射方式將損壞紫外光纖。為此，本發(fā)明中利用紫外光照射的不是紫外光纖而是紫外光纖預(yù)制棒，隨后在拉絲操作系統(tǒng)中將石英光纖預(yù)制棒進行拉絲并同時進行加熱處理。
本發(fā)明方法的特點就是應(yīng)用紫外光預(yù)照射石英光纖預(yù)制棒并將其制成的石英光纖進行熱處理的免疫制作技術(shù)。
本發(fā)明方法的原理如下所述本發(fā)明方法中，用紫外光預(yù)先照射石英玻璃光纖預(yù)制棒，使石英玻璃材料中SiO2的初始結(jié)構(gòu)(≡Si-O-Si≡)和初始缺陷粒子(≡Si-Si≡，≡Si-O-O-Si≡)中，產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)變異及色心缺陷如E色心(≡Si.)和NBOH色心(≡Si-O.)，然后靠拉絲機加熱爐拉制紫外光纖時產(chǎn)生的熱量對石英玻璃材料一邊拉絲一邊進行熱處理，熱處理時一部分斷鍵的Si-O將恢復(fù)，從而使E色心和NBOH色心缺陷消除，即≡Si-O..Si≡→≡Si-O-O-Si≡；另外，熱處理后的石英玻璃材料的≡Si-O-Si≡網(wǎng)狀組織的平均價鍵角會比熱處理前加大，這種結(jié)構(gòu)的松弛也為石英材料提供了一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式，從而再遇紫外光照射時，就會阻止結(jié)構(gòu)缺陷的再次發(fā)生，起到了免疫的功能，改進了紫外光的傳輸性能。
本發(fā)明方法的優(yōu)點和效果是該光纖具有較高的紫外光纖傳輸性能，輸出能量比以往未經(jīng)免疫處理的光纖有明顯提高，傳輸穩(wěn)定，而且制作簡單，易于實現(xiàn)。另外，本發(fā)明方法又在常規(guī)的拉絲操作系統(tǒng)中進行，不需增加傳統(tǒng)設(shè)備，故有利于光纖的生產(chǎn)并節(jié)約了成本。
實施例一現(xiàn)將本發(fā)明方法的實施例敘述于后，本發(fā)明的一種高性能紫外光纖的制造方法，其特征是包括以下各步驟a.制作紫外光纖預(yù)制棒用改進的化學(xué)氣相沉積法來制作紫外光纖預(yù)制棒，在石英玻璃管內(nèi)按一定比例通入SiCl4、POCl3、C2F6、BBr3化合物，并與H2、O2氣體混合在一起，在高溫下進行化學(xué)氣相反應(yīng)，在管內(nèi)形成了煙炱，這種煙炱生成SiO2、P2O5、B2O3等粉末狀氧化物沉積在石英管的內(nèi)壁，另外，在棒芯內(nèi)還會有適量的OH-生成；然后提高溫度將石英管加熱到2000℃左右進行縮棒，使含有沉積層的石英管塌縮成實芯的預(yù)制棒；一般預(yù)制棒的直徑為9-15mm。
b.紫外光免疫照射處理光纖預(yù)制棒首先故意用紫外光照射預(yù)制棒，使其產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)異變和色心缺陷，將預(yù)制棒放在一個旋轉(zhuǎn)裝置上，其軸心沿預(yù)制棒的軸心旋轉(zhuǎn)，使位于端部的紫外光能均勻地照射整個預(yù)制棒；紫外光的照射波長最佳值為100-250nm之間，紫外光對預(yù)制棒的照射能量一般在10-60mJ/cm2范圍內(nèi)。
紫外光的照射要連續(xù)，照射時間要與照射的波長、強度等參數(shù)相匹配，一般波長短、能量大，所需的光照時間就可短一些，一般為幾十分鐘。為了能使整個棒都有好的光照效果，預(yù)制棒最好要小于1米，并要分別在兩端照射。
紫外光源可用F2(157nm)、ArF(193nm)、KrF(248nm)準分子激光器，也可以用氘燈、汞燈等。
c.進入拉絲作業(yè)系統(tǒng)及光纖的熱處理將上述紫外光免疫照射處理后的光纖預(yù)制棒預(yù)制棒放入夾持裝置內(nèi)，緩慢送入加熱爐內(nèi)，由牽引輪牽引拉絲，同時利用加熱爐產(chǎn)生的熱量對光纖進行熱處理，拉絲和熱處理是同時進行的，拉絲溫度為1600～2000℃；d.光纖涂層及加熱固化在同一拉絲作業(yè)系統(tǒng)中進行，光纖通過涂覆杯涂上環(huán)氧丙烯樹脂涂層材料，并進入固化爐加熱固化，最終制得紫外石英玻璃光纖。
該方法不但適用于上述石英玻璃，也可適用于多組分玻璃，塑包硅芯等紫外光纖的制作。
權(quán)利要求
1.一種高性能紫外光纖的制造方法，其特征是包括以下各步驟a.制作紫外光纖預(yù)制棒用改進的化學(xué)氣相沉積法來制作紫外光纖預(yù)制棒，即在石英玻璃管內(nèi)按一定的比例通入SiCl4、POCl3、C2F6、BBr3化合物，并與H2、O2氣體混合在一起，在高溫下進行化學(xué)氣相反應(yīng)，在管內(nèi)形成了煙炱，這種煙炱生成SiO2、P2O5、B2O3等粉末狀氧化物沉積在石英管的內(nèi)壁，另外，在棒芯內(nèi)還會有適量的OH-生成；然后提高溫度將石英管加熱到2000℃左右進行縮棒，使含有沉積層的石英管塌縮成實芯的預(yù)制棒；一般預(yù)制棒的直徑為9-15mm；b.紫外光免疫照射處理光纖預(yù)制棒首先故意用紫外光照射預(yù)制棒，使其產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)異變和色心缺陷，將預(yù)制棒放在一個旋轉(zhuǎn)裝置上，其軸心沿預(yù)制棒的軸心旋轉(zhuǎn)，使位于端部的紫外光能均勻地照射整個預(yù)制棒；紫外光的照射波長最佳值為100-250nm之間，紫外光對預(yù)制棒的照射能量一般在10-60mJ/cm2范圍內(nèi)；c.進入拉絲作業(yè)系統(tǒng)及光纖的熱處理將上述紫外光免疫照射處理后的光纖預(yù)制棒放入夾持裝置內(nèi)，緩慢送入加熱爐內(nèi)，由牽引輪拉絲機牽引拉絲，同時利用加熱爐產(chǎn)生熱量對光纖進行熱處理，拉絲和熱處理是同時進行的，拉絲溫度為1600～2000℃；d.光纖涂層及加熱固化在同一拉絲作業(yè)系統(tǒng)中進行，光纖通過涂覆杯涂上環(huán)氧丙烯樹脂涂層材料，并進入固化爐加熱固化，最終制得紫外石英玻璃光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能紫外光纖的制造方法，其特征在于，該方法不但適用于上述石英玻璃，也可適用于多組分玻璃，塑包硅芯等紫外光纖的制作。
全文摘要
本發(fā)明述及一種高性能紫外光纖的制造方法，屬光學(xué)玻璃纖維制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括以下各步驟(1)制作紫外光纖預(yù)制棒，(2)紫外光免疫照射處理光纖預(yù)制棒，(3)進入拉絲作業(yè)系統(tǒng)及光纖的熱處理，(4)光纖涂層及加熱固化。本發(fā)明方法提出了一種紫外光纖的免疫制作技術(shù)，即先用紫外光故意照射石英玻璃材料，使產(chǎn)生色心缺陷和多層的結(jié)構(gòu)異變，然后再用熱處理方法消除這種缺陷，由此增加了光纖的紫外光抗御能力，在一定程度上消除了石英玻璃光纖對紫外光的阻止作用，從而提高了紫外光在石英光纖中的傳輸能力。
文檔編號C03C17/28GK1455274SQ03115510
公開日2003年11月12日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者王廷云, 陳振宜, 郭強, 沈育青 申請人:上海大學(xué)