专利名称：：一种制备预制件的方法以及由该预制件形成光纤的方法
技术领域：
：本发明涉及一种通过气相沉积工艺制备光纤预制件的方法，该方法包括以下步骤I)提供一个具有输入侧和排放侧的空心玻璃基管，II)通过空心基管的输入侧将掺杂或未掺杂的玻璃形成气体供给到空心基管内部，III)在空心基管内部建立温度和等离子体条件以实现多个玻璃层在空心基管的内表面上的沉积，所述沉积被视为包括多个独立相，各相具有初始折射率和最终折射率并且包括在空心基管的内表面上的多个玻璃层的沉积，等离子体在空心基管靠近输入侧的反转点和靠近排放侧的反转点之间沿着空心基管的纵轴前后移动，及可能的iv)将步骤ni)中得到的管固化成预制件。本发明还涉及一种形成光纤的方法，其中将光纤预制件在一端加热，随后从所述光纤预制件拉出光纤，本发明还涉及一种预制件。类似方法本身在本申请人的荷兰专利NL1023438中已公开。技术背景英国专利公开GB2118165中已知一种制备光纤预制件的方法，其中，热源沿基管轴向方向的速率符合特定的数学方程式，所述速率是所述热源沿所述管的位置的函数，从而玻璃层的总沉积厚度被宣称沿所述管长度基本恒定。本申请人的授权美国专利No.5,188,648中已知一种制备光纤预制件的方法，其中，每次等离子体到达靠近基管气体入口点的反转点时，等离子体的移动中断，同时玻璃沉积继续进行，该等离子体移动的中断持续至少0.1秒。利用本发明，通过内化学气相沉积技术(CVD)-特别是等离子体化学气相沉积(PVCD)-形成光纤预制件，其中活性玻璃形成气体(可能掺杂)在空心基管内部反应，导致一层或多层玻璃层沉积在空心基管的内表面上。这种活性气体在基管的一侧(即输入侧)供给，并且由于特殊的工艺条件在基管内部形成玻璃层。能量源沿着用于形成玻璃层的基管的长度前后移动。所述能量源，特别是等离子体发生器(谐振器)，提供高频能量(微波)，从而在基管内部产生等离子体，在该等离子体条件下，活性玻璃形成气体将发生反应(等离子体CVD技术)。然而，也可能提供热能形式的能量，特别是通过基管外侧的燃烧器或者通过环绕基管的炉子提供。前述技术的共同之处在于能量源相对于基管前后移动。在前述沉积过程中，一个或多个玻璃层沉积在空心基管的内表面上，该玻璃层一般具有不同的性质。特别的，一相的沉积和另一相沉积之间的区别可视为在两相之间折射率的区别。然而并不需要在所有情况下折射率互不相同。事实上也可能利用锗和氟的不同混合物在基管内部沉积许多不同玻璃类型，该不同玻璃层仍然具有完全相同的折射率。沉积完成后，由此形成的空心基管被固化以便获得固态预制件。通常直径大约2-4cm的初级预制件在附加处理步骤中形成附加玻璃层。对于单模预制件，其外径最终大约为8-12cm，对于多模预制件，在由所述预制件形成玻璃纤维之后该值大约为3-6cm。本发明人发现在这种塌陷(collapse)过程中，在两个不同沉积相间的界面上可能形成气泡。这种气泡对由此获得的固体预制件的性能有不利的影响，与此相关要考虑到特别是层裂和固化步骤中裂紋沿预制件纵轴的扩散。原则上，存在气泡的固态预制件不适合形成光纤。所述气泡体积可能增大，特别是在通过拉出工艺制备光学玻璃纤维的过程中，这将导致在所述拉出过程中纤维断裂。如本发明人所发现的，特别地在预制件中两个相邻区域之间玻璃组分的变化非常显著时发生前述问题，特别是当掺杂剂含量相差至少5wt%，特别是至少10wt。/。时。尤其是对于锗，相邻区域中产生应力。
发明内容因此本发明的目的是提供一种制备光纤预制件的方法，其中尽可能防止基管内部各个不同相之间形成气泡。本发明的另一目的是提供一种具有一个或多个沉积层的空心基管，所述空心基管使在固化过程中各个沉积相之间的气泡形成最小化。在前言部分提到的本发明的特征在于，在步骤m)中某一相沉积与另一相沉积之间进^亍过渡沉积，该过渡沉积包^舌该某一相的工艺参数到另一相的工艺参数的渐变。通过利用这一特征，实现了本发明的一个或多个目的。本发明人由此发现，所谓的两个连续沉积相之间的过渡沉积区域或过渡区域导致在固化步骤iv)中气泡形成最小化。术语"沉积相，，可以理解成是指多个玻璃层的沉积，其中，在单模预制件的实施方式中，这种相的折射率在相初期和相末期基本上恒定。尤其优选对于在中空基管中彼此相邻排列的两个连续沉积相使用前述过渡沉积，特别是当相邻玻璃层具有明显不同的折射率(及因此具有不同的掺杂剂含量)时。因此本发明不局限于必须在步骤m)的各相之间引入过渡沉积的实施方式，还可以扩展到在特定沉积相之间省去过渡沉积的实施方式。根据本发明，在过渡沉积相中，一相的工艺参数渐变为另一相的工艺参数，工艺参数的调整发生在特定时间间隔中，与其中具有特定折射率的玻璃层进行沉积的相相比，该时间间隔较短。前述工艺参数包括玻璃形成气体的量、掺杂剂的量、玻璃形成气体的组成、掺杂剂的组成、等离子体沿着空心基管纵轴在靠近输入侧的反转点和靠近排放侧的反转点之间前后移动的速率、使用的等离子体功率、空心基管内的压力和整个空心基管的温度分布。在本发明中，尤其希望在过渡沉积相过程中一相的工艺参数按照线性模式转变为另一相的工艺参数。在本发明的特别实施方式中，在过渡沉积过程中一相的工艺参数向另一相工艺参数的转变特别包括在空心基管输入侧供给的玻璃形成气体中掺杂剂含量的改变。对于上述其他工艺参数，先于过渡沉积的相可以与各过渡沉积之后的相相同。本发明在步骤III)中某一沉积相和另一沉积相之间特别引入了过渡沉积，其中过渡沉积的持续时间明显短于前述一沉积相和另一沉积相的持续时间。特别地，过渡沉积用于沉积最少10和最多200层，优选最少30和最多150层，特别是最少40和最多120层。特别地，过渡沉积进行这样一段时间以使最终折射率分布仅被适应调整为，使得由如此制备的预制件获得的光纤的最终光学特性不会受到这样一种微整的折射率分布的不利影响，所述分布特征在于各个沉积相之间存在一个或多个过渡区域。本发明还涉及形成光纤的方法，其中光学预制件在其一端加热，并从加热的一端拉出光纤，其特征在于使用上述预制件。本发明还涉及一种用于通过加热预制件的一端并从如此加热的一端拉出光纤而形成光纤的预制件，所述预制件具有沿着轴向方向的折射率分布，其特征在于折射率分布包括多个独立的相，各相具有初始折射率和最终折射率并包括多个玻璃层，其中过渡沉积层位于一相和另一相(下一相)之间，一相的折射率与另一相的折射率不同，所述过渡沉积层显示了从一相的折射率到另一相的折射率的渐变。在根据本发明的预制件中，特别希望所述一个或多个过渡沉积层的厚度(注在未固化的预制件中测得)在每毫米(基于固态预制件的外径)0.15-3.15(im的范围内。在此使用的术语"固态预制件"可以理解为是指从其中拉出光纤的最终预制件，例如，如通过外包层处理涂覆额外量的玻璃在玻璃棒的外表面之后得到的预制件，或者通过在套管中放置芯棒得到的预制件。根据本发明，过渡沉积层被看作复合层或包括大约10-200层的包层。对于单模预制件，在产生任何外包层之后的外径大约为120mm，而多模预制件具有大约50mm的外径。由于在不同组分的两个玻璃层之间存在过渡沉积层，在塌陷过程中上述玻璃层之间的界面上将不会形成气泡。附图简要说明在下文中本发明通过多个实施例进行更详细的解释，但应该注意，本发明绝不局限于这种特定实施例。图1示意性地显示固态预制件的折射率分布。图2示意性地显示根据本发明的固态预制件的折射率分布。图3示意性地显示具有梯形形态的折射率分布。具体实施方式比净交例通过荷兰专利NL1023438中已知的标准PVCD工艺制备石英空心基管。由此获得的内部具有多个玻璃层的基管经过固化过程以获得固态预制件。图1示意性地显示了由此形成的预制件的折射率分布，该折射率分布通过所谓的预制件分析仪(PK2600)获得。沉积过程中环绕基管的炉子的温度是1000°C，在所述炉子中也存在谐振器。在沉积过程中，谐振器沿着空心基管的长度在空心基管靠近输入侧的反转点和靠近排放侧的反转点之间前后移动。等离子体功率是恒定的，且沉积以基于Si02的约3g/min的沉积速率进行。沉积过程中空心基管内的压力大约为10毫巴，谐振器的速率设定为10-30m/min之间的值。如此完成的沉积可以看作由四个独立的沉积相组成。实施例与比较例中使用的基管相同的基管进行同样的沉积过程，只是在沉积相之间引入过渡沉积。这些过渡沉积的特征是一相的工艺参数到另一相的工艺参数的线性变化。所述过渡沉积各包括大约IOO层。如此实施的沉积可以看作由四个独立的沉积相(相1、相3、相5和相7)组成，其由各个过渡相(相2、相4和相6)4皮此分开。总的沉积过程示意性地显示在附表中，其中四个沉积相通过各个过渡相彼此分开。在沉积相1中，在大约147分钟期间内沉积了2090层，相1随后是过渡相，具体地说相2,其中GeCl4的输送量在7分钟内由0增加到5，同时在这期间C2Fs的量由74减少到28。其他气体(即SiCl4和02)的速率在过渡相期间保持为恒定值。在前述过渡相之后开始沉积相3,其中在大约149分钟期间沉积2000层。相3完成之后，开始过渡相，具体地说相4，在此期间只有氧气的输送量保持恒定值，而其它气体的输送量在7分钟内进行适应调整。相4完成之后开始沉积相5，在相5的过程中，在大约182分钟的期间内沉积2520层。在沉积相5之后开始过渡相，具体地说相6，在该情况下所有气体的速率进行适应调整，该过渡相继续4分钟的时间。最后，实施最终沉积相7,其中在大约49分钟期间内沉积790层，在此期间还降低炉子的温度。特别优选在过渡相期间发生的工艺条件的改变是线性变化。在前述PVCD过程之后，由此获得的基管被固化成固态预制件。图2示意性地显示通过所谓预制件分析仪(PK2600)获得的如此制成的预制件(单模)的折射率分布。在整个沉积过程中处理压力和等离子体功率是恒定的。根据比较例制备的预制件显示出在固化处理过程中多个沉积相之间有气泡形成，但是根据本实施例制备的预制件没有显示在固化过程期间不同沉积相之间的界面上有气泡形成，该结果是因为本发明人在一相与另一相之间引入所谓的过渡沉积。应该注意的是不要把该过渡沉积与图3中显示的折射率分布混淆，图3中心部分1具有所谓的梯形，使用梯形的目的是为了获得特殊的传播特性，且其包括用于获得以附图标记2表示的包层玻璃层数量的多个玻璃层。基管本身用附图标记3表示。根据步骤ni)，在本过渡沉积期间沉积在空心基管的内部的玻璃层的数量明显低于整个沉积期间沉积的玻璃层的数量。换句话说，进行过渡沉积的时间明显短于进行沉积的时间。表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种通过气相沉积工艺制备光纤预制件的方法，该方法包括以下步骤I)提供一个具有输入侧和排放侧的空心玻璃基管，II)通过空心基管的输入侧将掺杂或未掺杂的玻璃形成气体供应到空心基管内部，III)在空心基管内部建立温度和等离子体条件以在该工艺参数下实现多个玻璃层在空心基管的内表面上的沉积，所述沉积被视为包括多个独立相，各相具有初始折射率和最终折射率并且包括在空心基管的内表面上的多个玻璃层的沉积，等离子体在空心基管靠近输入侧的反转点和靠近排放侧的反转点之间沿着空心基管的纵轴前后移动，及可能的IV)将步骤III)中得到的管固化成预制件，其特征在于，在步骤III)中某一相和另一相的沉积之间进行过渡沉积，该过渡沉积包括该某一相的工艺参数到另一相工艺参数的渐变。2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述过渡沉积用于在空心基管内部彼此相邻排列的两个连续的沉积相。3、根据在前的任意一项或多项权利要求的方法，其特征在于，所述工艺参数选自掺杂或未掺杂的玻璃形成气体的供给量、所述掺杂或未掺杂的玻璃形成气体的组成、等离子体的移动速率、所用的等离子体功率、空心基管内部的主要压力和整个空心基管的温度分布。4、根据在前的任意一项或多项权利要求的方法，其特征在于，在过渡沉积的过程中，一相的工艺参数线性变化到另一相的工艺参数。5、根据在前的任意一项或多项权利要求的方法，其特征在于，在过渡沉积过程中，在空心基管的内部沉积最少IO层和最多200层。6、根据权利要求5的方法，其特征在于，在过渡沉积过程中，在空心基管的内部沉积最少30层和最多150层。7、根据权利要求6的方法，其特征在于，在过渡沉积过程中，在空心基管的内部沉积最少40层和最多120层。8、一种形成光纤的方法，其中，将光纤预制件在其一端加热，随后从所述光纤预制件中拉出光纤，其特征在于，使用根据权利要求1-7的任意一项或多项获得的预制件。9、用于通过加热预制件的一端并由加热的一端拉出光纤而形成光纤的预制件，所述预制件沿其轴向具有折射率分布，其特征在于，所述折射率分布包括多个独立的相，各相具有初始折射率和最终折射率并包括多个玻璃层，其中，过渡沉积层存在于一相和下一相之间，一相的折射率不同于另一相的折射率，该过渡沉积层显示了从一相的折射率到另一相的折射率的渐变。10、根据权利要求9的预制件，其特征在于，过渡沉积层的厚度范围基于固态预制件的外径为0.15-3.5)am每毫米。11、根据权利要求9-10的任意一项或多项的预制件，其特征在于，过渡沉积层不含气泡。12、在空心基管的内表面上在一相沉积与另一相沉积之间进行多个玻璃层的过渡沉积的方法的应用，以使基管内部各个不同相之间气泡的形成最少。全文摘要本发明涉及一种通过气相沉积工艺制备光纤预制件的方法，其中建立等离子体条件且其中等离子体沿空心基管的纵轴在空心基管靠近输入侧的反转点和靠近排放侧的反转点之间前后移动，其中在一相沉积和另一相沉积之间进行过渡沉积。文档编号C03B37/018GK101333068SQ20081014466公开日2008年12月31日申请日期2008年6月30日优先权日2007年6月29日发明者I·米利塞维克,J·A·哈特休克,M·J·N·范斯特拉伦,M·科斯滕,R·H·M·德克尔斯申请人:德雷卡通信技术公司