專利名稱：：一種制備預制件的方法以及由該預制件形成光纖的方法
技術領域：
：本發明涉及一種通過氣相沉積工藝制備光纖預制件的方法，該方法包括以下步驟I)提供一個具有輸入側和排放側的空心玻璃基管，II)通過空心基管的輸入側將摻雜或未摻雜的玻璃形成氣體供給到空心基管內部，III)在空心基管內部建立溫度和等離子體條件以實現多個玻璃層在空心基管的內表面上的沉積，所述沉積被視為包括多個獨立相，各相具有初始折射率和最終折射率并且包括在空心基管的內表面上的多個玻璃層的沉積，等離子體在空心基管靠近輸入側的反轉點和靠近排放側的反轉點之間沿著空心基管的縱軸前后移動，及可能的iv)將步驟ni)中得到的管固化成預制件。本發明還涉及一種形成光纖的方法，其中將光纖預制件在一端加熱，隨后從所述光纖預制件拉出光纖，本發明還涉及一種預制件。類似方法本身在本申請人的荷蘭專利NL1023438中已公開。技術背景英國專利公開GB2118165中已知一種制備光纖預制件的方法，其中，熱源沿基管軸向方向的速率符合特定的數學方程式，所述速率是所述熱源沿所述管的位置的函數，從而玻璃層的總沉積厚度被宣稱沿所述管長度基本恒定。本申請人的授權美國專利No.5,188,648中已知一種制備光纖預制件的方法，其中，每次等離子體到達靠近基管氣體入口點的反轉點時，等離子體的移動中斷，同時玻璃沉積繼續進行，該等離子體移動的中斷持續至少0.1秒。利用本發明，通過內化學氣相沉積技術(CVD)-特別是等離子體化學氣相沉積(PVCD)-形成光纖預制件，其中活性玻璃形成氣體(可能摻雜)在空心基管內部反應，導致一層或多層玻璃層沉積在空心基管的內表面上。這種活性氣體在基管的一側(即輸入側)供給，并且由于特殊的工藝條件在基管內部形成玻璃層。能量源沿著用于形成玻璃層的基管的長度前后移動。所述能量源，特別是等離子體發生器(諧振器)，提供高頻能量(微波)，從而在基管內部產生等離子體，在該等離子體條件下，活性玻璃形成氣體將發生反應(等離子體CVD技術)。然而，也可能提供熱能形式的能量，特別是通過基管外側的燃燒器或者通過環繞基管的爐子提供。前述技術的共同之處在于能量源相對于基管前后移動。在前述沉積過程中，一個或多個玻璃層沉積在空心基管的內表面上，該玻璃層一般具有不同的性質。特別的，一相的沉積和另一相沉積之間的區別可視為在兩相之間折射率的區別。然而并不需要在所有情況下折射率互不相同。事實上也可能利用鍺和氟的不同混合物在基管內部沉積許多不同玻璃類型，該不同玻璃層仍然具有完全相同的折射率。沉積完成后，由此形成的空心基管被固化以便獲得固態預制件。通常直徑大約2-4cm的初級預制件在附加處理步驟中形成附加玻璃層。對于單模預制件，其外徑最終大約為8-12cm，對于多模預制件，在由所述預制件形成玻璃纖維之后該值大約為3-6cm。本發明人發現在這種塌陷(collapse)過程中，在兩個不同沉積相間的界面上可能形成氣泡。這種氣泡對由此獲得的固體預制件的性能有不利的影響，與此相關要考慮到特別是層裂和固化步驟中裂紋沿預制件縱軸的擴散。原則上，存在氣泡的固態預制件不適合形成光纖。所述氣泡體積可能增大，特別是在通過拉出工藝制備光學玻璃纖維的過程中，這將導致在所述拉出過程中纖維斷裂。如本發明人所發現的，特別地在預制件中兩個相鄰區域之間玻璃組分的變化非常顯著時發生前述問題，特別是當摻雜劑含量相差至少5wt%，特別是至少10wt。/。時。尤其是對于鍺，相鄰區域中產生應力。
發明內容因此本發明的目的是提供一種制備光纖預制件的方法，其中盡可能防止基管內部各個不同相之間形成氣泡。本發明的另一目的是提供一種具有一個或多個沉積層的空心基管，所述空心基管使在固化過程中各個沉積相之間的氣泡形成最小化。在前言部分提到的本發明的特征在于，在步驟m)中某一相沉積與另一相沉積之間進^亍過渡沉積，該過渡沉積包^舌該某一相的工藝參數到另一相的工藝參數的漸變。通過利用這一特征，實現了本發明的一個或多個目的。本發明人由此發現，所謂的兩個連續沉積相之間的過渡沉積區域或過渡區域導致在固化步驟iv)中氣泡形成最小化。術語"沉積相，，可以理解成是指多個玻璃層的沉積，其中，在單模預制件的實施方式中，這種相的折射率在相初期和相末期基本上恒定。尤其優選對于在中空基管中彼此相鄰排列的兩個連續沉積相使用前述過渡沉積，特別是當相鄰玻璃層具有明顯不同的折射率(及因此具有不同的摻雜劑含量)時。因此本發明不局限于必須在步驟m)的各相之間引入過渡沉積的實施方式，還可以擴展到在特定沉積相之間省去過渡沉積的實施方式。根據本發明，在過渡沉積相中，一相的工藝參數漸變為另一相的工藝參數，工藝參數的調整發生在特定時間間隔中，與其中具有特定折射率的玻璃層進行沉積的相相比，該時間間隔較短。前述工藝參數包括玻璃形成氣體的量、摻雜劑的量、玻璃形成氣體的組成、摻雜劑的組成、等離子體沿著空心基管縱軸在靠近輸入側的反轉點和靠近排放側的反轉點之間前后移動的速率、使用的等離子體功率、空心基管內的壓力和整個空心基管的溫度分布。在本發明中，尤其希望在過渡沉積相過程中一相的工藝參數按照線性模式轉變為另一相的工藝參數。在本發明的特別實施方式中，在過渡沉積過程中一相的工藝參數向另一相工藝參數的轉變特別包括在空心基管輸入側供給的玻璃形成氣體中摻雜劑含量的改變。對于上述其他工藝參數，先于過渡沉積的相可以與各過渡沉積之后的相相同。本發明在步驟III)中某一沉積相和另一沉積相之間特別引入了過渡沉積，其中過渡沉積的持續時間明顯短于前述一沉積相和另一沉積相的持續時間。特別地，過渡沉積用于沉積最少10和最多200層，優選最少30和最多150層，特別是最少40和最多120層。特別地，過渡沉積進行這樣一段時間以使最終折射率分布僅被適應調整為，使得由如此制備的預制件獲得的光纖的最終光學特性不會受到這樣一種微整的折射率分布的不利影響，所述分布特征在于各個沉積相之間存在一個或多個過渡區域。本發明還涉及形成光纖的方法，其中光學預制件在其一端加熱，并從加熱的一端拉出光纖，其特征在于使用上述預制件。本發明還涉及一種用于通過加熱預制件的一端并從如此加熱的一端拉出光纖而形成光纖的預制件，所述預制件具有沿著軸向方向的折射率分布，其特征在于折射率分布包括多個獨立的相，各相具有初始折射率和最終折射率并包括多個玻璃層，其中過渡沉積層位于一相和另一相(下一相)之間，一相的折射率與另一相的折射率不同，所述過渡沉積層顯示了從一相的折射率到另一相的折射率的漸變。在根據本發明的預制件中，特別希望所述一個或多個過渡沉積層的厚度(注在未固化的預制件中測得)在每毫米(基于固態預制件的外徑)0.15-3.15(im的范圍內。在此使用的術語"固態預制件"可以理解為是指從其中拉出光纖的最終預制件，例如，如通過外包層處理涂覆額外量的玻璃在玻璃棒的外表面之后得到的預制件，或者通過在套管中放置芯棒得到的預制件。根據本發明，過渡沉積層被看作復合層或包括大約10-200層的包層。對于單模預制件，在產生任何外包層之后的外徑大約為120mm，而多模預制件具有大約50mm的外徑。由于在不同組分的兩個玻璃層之間存在過渡沉積層，在塌陷過程中上述玻璃層之間的界面上將不會形成氣泡。附圖簡要說明在下文中本發明通過多個實施例進行更詳細的解釋，但應該注意，本發明絕不局限于這種特定實施例。圖1示意性地顯示固態預制件的折射率分布。圖2示意性地顯示根據本發明的固態預制件的折射率分布。圖3示意性地顯示具有梯形形態的折射率分布。具體實施方式比凈交例通過荷蘭專利NL1023438中已知的標準PVCD工藝制備石英空心基管。由此獲得的內部具有多個玻璃層的基管經過固化過程以獲得固態預制件。圖1示意性地顯示了由此形成的預制件的折射率分布，該折射率分布通過所謂的預制件分析儀(PK2600)獲得。沉積過程中環繞基管的爐子的溫度是1000°C，在所述爐子中也存在諧振器。在沉積過程中，諧振器沿著空心基管的長度在空心基管靠近輸入側的反轉點和靠近排放側的反轉點之間前后移動。等離子體功率是恒定的，且沉積以基于Si02的約3g/min的沉積速率進行。沉積過程中空心基管內的壓力大約為10毫巴，諧振器的速率設定為10-30m/min之間的值。如此完成的沉積可以看作由四個獨立的沉積相組成。實施例與比較例中使用的基管相同的基管進行同樣的沉積過程，只是在沉積相之間引入過渡沉積。這些過渡沉積的特征是一相的工藝參數到另一相的工藝參數的線性變化。所述過渡沉積各包括大約IOO層。如此實施的沉積可以看作由四個獨立的沉積相(相1、相3、相5和相7)組成，其由各個過渡相(相2、相4和相6)4皮此分開。總的沉積過程示意性地顯示在附表中，其中四個沉積相通過各個過渡相彼此分開。在沉積相1中，在大約147分鐘期間內沉積了2090層，相1隨后是過渡相，具體地說相2,其中GeCl4的輸送量在7分鐘內由0增加到5，同時在這期間C2Fs的量由74減少到28。其他氣體(即SiCl4和02)的速率在過渡相期間保持為恒定值。在前述過渡相之后開始沉積相3,其中在大約149分鐘期間沉積2000層。相3完成之后，開始過渡相，具體地說相4，在此期間只有氧氣的輸送量保持恒定值，而其它氣體的輸送量在7分鐘內進行適應調整。相4完成之后開始沉積相5，在相5的過程中，在大約182分鐘的期間內沉積2520層。在沉積相5之后開始過渡相，具體地說相6，在該情況下所有氣體的速率進行適應調整，該過渡相繼續4分鐘的時間。最后，實施最終沉積相7,其中在大約49分鐘期間內沉積790層，在此期間還降低爐子的溫度。特別優選在過渡相期間發生的工藝條件的改變是線性變化。在前述PVCD過程之后，由此獲得的基管被固化成固態預制件。圖2示意性地顯示通過所謂預制件分析儀(PK2600)獲得的如此制成的預制件(單模)的折射率分布。在整個沉積過程中處理壓力和等離子體功率是恒定的。根據比較例制備的預制件顯示出在固化處理過程中多個沉積相之間有氣泡形成，但是根據本實施例制備的預制件沒有顯示在固化過程期間不同沉積相之間的界面上有氣泡形成，該結果是因為本發明人在一相與另一相之間引入所謂的過渡沉積。應該注意的是不要把該過渡沉積與圖3中顯示的折射率分布混淆，圖3中心部分1具有所謂的梯形，使用梯形的目的是為了獲得特殊的傳播特性，且其包括用于獲得以附圖標記2表示的包層玻璃層數量的多個玻璃層。基管本身用附圖標記3表示。根據步驟ni)，在本過渡沉積期間沉積在空心基管的內部的玻璃層的數量明顯低于整個沉積期間沉積的玻璃層的數量。換句話說，進行過渡沉積的時間明顯短于進行沉積的時間。表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1、一種通過氣相沉積工藝制備光纖預制件的方法，該方法包括以下步驟I)提供一個具有輸入側和排放側的空心玻璃基管，II)通過空心基管的輸入側將摻雜或未摻雜的玻璃形成氣體供應到空心基管內部，III)在空心基管內部建立溫度和等離子體條件以在該工藝參數下實現多個玻璃層在空心基管的內表面上的沉積，所述沉積被視為包括多個獨立相，各相具有初始折射率和最終折射率并且包括在空心基管的內表面上的多個玻璃層的沉積，等離子體在空心基管靠近輸入側的反轉點和靠近排放側的反轉點之間沿著空心基管的縱軸前后移動，及可能的IV)將步驟III)中得到的管固化成預制件，其特征在于，在步驟III)中某一相和另一相的沉積之間進行過渡沉積，該過渡沉積包括該某一相的工藝參數到另一相工藝參數的漸變。2、根據權利要求1的方法，其特征在于，所述過渡沉積用于在空心基管內部彼此相鄰排列的兩個連續的沉積相。3、根據在前的任意一項或多項權利要求的方法，其特征在于，所述工藝參數選自摻雜或未摻雜的玻璃形成氣體的供給量、所述摻雜或未摻雜的玻璃形成氣體的組成、等離子體的移動速率、所用的等離子體功率、空心基管內部的主要壓力和整個空心基管的溫度分布。4、根據在前的任意一項或多項權利要求的方法，其特征在于，在過渡沉積的過程中，一相的工藝參數線性變化到另一相的工藝參數。5、根據在前的任意一項或多項權利要求的方法，其特征在于，在過渡沉積過程中，在空心基管的內部沉積最少IO層和最多200層。6、根據權利要求5的方法，其特征在于，在過渡沉積過程中，在空心基管的內部沉積最少30層和最多150層。7、根據權利要求6的方法，其特征在于，在過渡沉積過程中，在空心基管的內部沉積最少40層和最多120層。8、一種形成光纖的方法，其中，將光纖預制件在其一端加熱，隨后從所述光纖預制件中拉出光纖，其特征在于，使用根據權利要求1-7的任意一項或多項獲得的預制件。9、用于通過加熱預制件的一端并由加熱的一端拉出光纖而形成光纖的預制件，所述預制件沿其軸向具有折射率分布，其特征在于，所述折射率分布包括多個獨立的相，各相具有初始折射率和最終折射率并包括多個玻璃層，其中，過渡沉積層存在于一相和下一相之間，一相的折射率不同于另一相的折射率，該過渡沉積層顯示了從一相的折射率到另一相的折射率的漸變。10、根據權利要求9的預制件，其特征在于，過渡沉積層的厚度范圍基于固態預制件的外徑為0.15-3.5)am每毫米。11、根據權利要求9-10的任意一項或多項的預制件，其特征在于，過渡沉積層不含氣泡。12、在空心基管的內表面上在一相沉積與另一相沉積之間進行多個玻璃層的過渡沉積的方法的應用，以使基管內部各個不同相之間氣泡的形成最少。全文摘要本發明涉及一種通過氣相沉積工藝制備光纖預制件的方法，其中建立等離子體條件且其中等離子體沿空心基管的縱軸在空心基管靠近輸入側的反轉點和靠近排放側的反轉點之間前后移動，其中在一相沉積和另一相沉積之間進行過渡沉積。文檔編號C03B37/018GK101333068SQ20081014466公開日2008年12月31日申請日期2008年6月30日優先權日2007年6月29日發明者I·米利塞維克,J·A·哈特休克,M·J·N·范斯特拉倫,M·科斯滕,R·H·M·德克爾斯申請人:德雷卡通信技術公司