制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法

制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法
【专利摘要】本发明涉及一种制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法，所述方法包括以下步骤：i）通过PCVD工艺在中空衬底管的内表面上沉积多个活化玻璃层，其中活化玻璃层的厚度为至少10微米且至多250微米；和ii）通过蚀刻工艺至少部分地除去步骤i）中沉积的活化层，其中步骤i）中沉积的活化玻璃层被除去到至少30%的程度。本方法通过对PCVD沉积层进行蚀刻步骤，而不是对初始衬底管自身进行蚀刻步骤，蚀刻工艺的优点-例如改善的粘附性-得以保持，而蚀刻的副作用-产生表面非均质性-减少乃至完全消除。
【专利说明】制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法。
【背景技术】
[0002]用于制造光纤的方法之一包括将多个玻璃薄膜或层(例如玻璃层)沉积在(中空)衬底管的内侧表面上。随后，将所述衬底管塌缩(collapsed)以形成芯棒，其任选被装套或外包，以形成可以由其拉制光纤的光纤预制品。
[0003]通过将玻璃形成气体(例如掺杂或未掺杂的反应性气体)从一端(即:衬底管的供给侧)引入到衬底管内部的方式，将玻璃层施加到衬底管的内侧。将掺杂或未掺杂的玻璃层沉积在衬底管的内表面上。从衬底管的另一端(即:衬底管的排出侧)将气体放出或除去，任选通过使用真空泵。真空泵具有在衬底管内部产生减压的效果。
[0004]在PCVD (等离子体化学汽相沉积)工艺期间，产生了局部的等离子体。通常，来自微波发生器的微波通过波导管指向施加器(applicator)。围绕玻璃衬底管的施加器与高频能量耦合形成等离子体。此外，施加器和衬底管通常被加热炉围绕，以便在沉积工艺期间将衬底管的温度维持在900-1300°C。将施加器(和由其形成的等离子体)沿衬底管的纵向往复移动。伴随着施加器的每个冲程(stroke)或行程(pass)，在衬底管内表面上沉积薄的玻璃层。
[0005]因此，在围绕加热炉的边界之内，将施加器在衬底管长度的范围内平移。随着施加器的平移，等离子体也以相同的方向移动。当施加器到达接近衬底管一端的加热炉内壁时，将施加器反向移动(这个点是反向点)，使得它朝向加热炉的另一内壁移动到衬底管的另一端(和另一个反向点)。施加器和因此的等离子体沿着衬底管的长度以往复运动的方式迁移。每个往复运动被称作"行程"或"冲程"。伴随每一行程，将薄的玻璃层沉积在衬底管的内侧表面上。
[0006]通常，只在部分衬底管(例如由微波施加器围绕的部分)中产生等离子体。典型地，微波施加器的尺寸比加热炉和衬底管各自的尺寸要小。只有在等离子体的位置，反应性气体被转化成固态玻璃并沉积在衬底管的内侧表面。
[0007]行程增加了这些薄膜(即:沉积材料)的累积厚度，其降低了衬底管剩余的内径。换言之，伴随每一行程，衬底管内侧的中空空间逐渐变小。
[0008]该等离子体引发供给到衬底管内侧的玻璃形成气体(例如氧气、四氯化硅和例如掺杂剂气体二氯化锗或其它气体)的反应。玻璃形成气体的反应使Si (硅)、0 (氧)与例如掺杂物Ge (锗)反应，使得由此进行例如锗掺杂的SiOx在衬底管内表面上的直接沉积。
[0009]当沉积完成时，将衬底管加热塌缩成整体芯棒。这任选可以通过以下方式在外部涂覆有额外的玻璃层:例如通过由外部沉积法施加氧化硅的方式，或者通过在光纤拉伸步骤之前将预制棒放置在所谓的套管(或套筒)(由未掺杂氧化硅组成)中的方式，从而由此增加最终纤维中相对于掺杂氧化硅量的未掺杂氧化硅量。如果将预制品的终产物(extremity)加热以致使它融化,可以由棒拉制薄的玻璃纤维，并将它卷绕在卷轴上；那么，所述光纤具有芯部以及具有与预制品相应的相对尺寸和折射率的包层部分。纤维可以起到波导管的作用，例如用于传播光电信信号。
[0010]应注意的是，流过衬底管的玻璃形成气体还可以含有其它组分。向玻璃形成气体中加入例如C2F6等的掺杂剂，将导致氧化硅折射率值降低。
[0011]电信用途用的光纤的使用，要求光纤基本没有缺陷(例如，掺杂剂百分比的差异，不期望的断面椭圆度等)，这是因为:当考虑大长度的光纤时，这样的缺陷可能引起正在传送的信号的显著衰减。因此，重要的是要实施非常均匀且可重复的PCVD方法，这是因为沉积的PCVD层的品质将最终决定纤维的品质。
[0012]为了得到附着到衬底管内壁上的良好的初始玻璃层，并防止在这些初始玻璃沉积层中产生气泡，预制品厂商不得不在沉积工艺开始之前将中空衬底管内侧进行预处理。这也称作等离子体抛光或等离子蚀刻阶段。因此，通常在衬底管内侧开始沉积玻璃层之前，要将初始衬底管的内表面预处理或活化，以获得良好的粘附性和/或防止来自存在于衬底管的起始玻璃材料中的污染物的不期望的效果。通常通过蚀刻的方式来进行该预处理或活化。该蚀刻通常通过以下方式来进行:当蚀刻气体流过衬底管时，将衬底管中的等离子体往复运动，蚀刻气体例如为氟利昂(C2F6)和任选的载体，例如氧气(02)。这样的处理将从衬底管内侧蚀刻掉玻璃材料。应注意的是:当氟利昂被用于具有玻璃形成气体的混合物中时，来自氟利昂的氟将嵌入沉积的玻璃层中。在这种情况下，氟利昂不会起到蚀刻气体的作用。
[0013]本发明人发现:在这样的内侧蚀刻处理之后，衬底管的内表面没有被均匀地蚀刻，即:在不同的半径和/或纵向位置处，被蚀刻掉的材料的量存在严重的差别。本发明人已经发现:该不均匀的蚀刻是由在衬底管内的择优蚀刻引起的，它可以在衬底管(批次)之间变化。
[0014]不希望被特定的理论所束缚，本发明人认为:在衬底管的内表面中存在材料非均质性，并且一些部分被蚀刻的程度比其它部分要大。择优蚀刻将在随后的形成光纤预制品的PCVD工艺沉积的玻璃中引起局部扰动。这些局部扰动可以采用小的凹痕或空洞的形式。该不均匀蚀刻工艺的影响是:将 会增加中空衬底管的内侧表面的粗糙度。换言之，增多了凹痕或空洞。
[0015]如上所述，这样的局部扰动是不希望有的，这是因为它们可导致生产的光纤的品质下降。这是由于下面的事实:如果衬底管的初始表面具有不平整性，在大多数情况下，玻璃层的沉积将放大该初始粗糙度。本发明人已经观察到:当通过现有技术的蚀刻衬底管的活化步骤进行时，在玻璃管内侧上的凹痕将导致在随后被沉积的玻璃层中形成微滴或凸出物。
[0016]由于这个现象，在玻璃层的内部汽相沉积工艺中，当沉积的玻璃材料的量增加时，该初始粗糙度将在最终产品(即:光波导管)中产生扰动。这对于多模光纤是非常严重的，因为折射率分布也要被修正，导致品质(即:均一的光学性质)劣化。对于现有技术的活化方法，已经观察到沿轴向偏离期望的折射率。换言之，折射率沿纵向不稳定，这是不期望的。
[0017]专利文献中的一些公开物与这个方面相关。
[0018]EP2008987A1涉及一种在中空玻璃衬底管的内表面上沉积玻璃层的方法，其中通过进行中间步骤来中断玻璃层的沉积，该中间步骤包括将含氟蚀刻气体供给到中空衬底管中。这个中间步骤将玻璃沉积区之外的沉积粉尘(soot)，即沉积在等离子区之外的粉尘除去。该申请涉及在衬底管的小部分中的蚀刻工艺。
[0019]US4, 493，721涉及制造光纤的方法，其中在开始实际的沉积工艺之前，用氟化合物蚀刻衬底管的内表面。在蚀刻步骤之后，沉积第一层玻璃层。
[0020]JP62021724A涉及通过在玻璃管中产生的等离子体火焰将玻璃管的内表面抛光的方法。
[0021]另一种通过用氢氟酸(是非常有害的物质)清洗中空衬底管的内部的蚀刻方法，从环境和安全的观点来看是不期望的。

【发明内容】

[0022]发明的目的
[0023]本发明的一个目的是提供一种衬底管的内表面的活化方法，其不会引起内表面不平整性的增加。
[0024]本发明的另一个目的是提供一种通过内部汽相沉积法制造光纤用预制品的方法，其中将玻璃层中气泡的形成降低到最小。
[0025]本发明的另一个目的是提供一种通过内部汽相沉积法制造光纤用预制品的方法，其中附着至中空衬底管内部的初始玻璃层使得在由此沉积的玻璃层中的裂缝的形成被降低到最小。
[0026]本发明的另一个目的是提供一种通过内部汽相沉积法制造光纤用预制品的方法，其中在进行蚀刻步骤之后，中空衬底管的内部的粗糙度基本上没有增加。
[0027]本发明的另一个目的是提供一种通过内部汽相沉积法制造光纤用预制品的方法，其中起始中空衬底管的内表面的粗糙度使得不存在扰动不平整性的玻璃层的形成。
[0028]因此，为了增加之后沉积的玻璃层的均一性，有必要进行衬底管的预处理或活化，以改善内表面的平滑性。
[0029]发明概沭
[0030]在第一方面，本发明涉及一种制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法，所述方法包括以下步骤:
[0031]i)通过PCVD工艺，将多个活化玻璃层沉积在所述中空衬底管的内表面上；其中活化玻璃层的厚度为至少10微米且至多250微米；
[0032]ii)通过蚀刻工艺至少部分地除去在步骤i)中沉积的活化层，其中在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至少30%的程度。
[0033]在本方法的一个实施方案中，蚀刻工艺是采用蚀刻气体的等离子体蚀刻。
[0034]在本方法的另一个实施方案中，所述蚀刻气体是含氟蚀刻气体。
[0035]在本发明的又一个实施方案中，所述蚀刻气体包括无氢的氟化化合物和载气。
[0036]在本方法的又一个实施方案中，所述蚀刻气体选自如下组成的组:CC12F2、CF4,C2F6、SF6、F2 和 SO2F2,或其组合。
[0037]在本方法的又一个实施方案中，所述载气选自如下组成的组:氧气(02)、氮气(N2)或氩气(Ar)。
[0038]在本方法的又一个实施方案中，所述含氟蚀刻气体为至少O2和C2F6和/或SF6的混合物。[0039]在本方法的又一个实施方案中，在步骤i)的PCVD工艺中使用未掺杂的玻璃形成气体。
[0040]在本方法的又一个实施方案中，使用至少O2和SiCl4的混合物作为所述未掺杂的玻璃形成气体。
[0041]在本方法的又一个实施方案中，在步骤i)中沉积的活化玻璃层的厚度为至少25微米。
[0042]在本方法的又一个实施方案中，在步骤i)中沉积的活化玻璃层的厚度为至少50微米。
[0043]在本方法的又一个实施方案中，在步骤i)中沉积的活化玻璃层的厚度为至多125微米。
[0044]在本方法的又一个实施方案中，在步骤i)中沉积的活化玻璃层的厚度为至多75微米。
[0045]在本方法的又一个实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至少40%的程度。
[0046]在本方法的又一个实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至少50%的程度。
[0047]在本方法的又一个 实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至多100%的程度。
[0048]在本方法的又一个实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至多90%的程度，或任选到95%或甚至99%的程度。
[0049]在本方法的又一个实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至多80%的程度。
[0050]在本发明的又一个实施方案中，在步骤i)期间的玻璃沉积沿着中空衬底管的长度进行。
[0051]在本发明的又一个实施方案中，在步骤i)期间的玻璃沉积沿着中空衬底管的长度的至少80%，优选至少90%，更优选至少95%来进行。
[0052]本发明人发现:通过本方法可实现本发明的一个或多个目的。
【具体实施方式】
[0053]本i兑明书中使用的定义
[0054]将下面的定义用于本说明书和权利要求书中，以定义所述的主题。下面未列出的其它术语意指具有本领域普遍接受的含义。
[0055]本说明书中的与中空衬底管一起使用的〃活化〃意指:在中空衬底管内侧开始沉积工艺之前-通常在开始常规CVD (化学汽相沉积)工艺之前的中空衬底管的预处理。活化发生在衬底管的初始或起始或原始表面上。应注意的是:在根据本发明的活化期间，沉积了多个活化层。只有第一层将与衬底管的初始或起始或原始表面直接接触。但是沉积多个活化层的完整工艺被认为是“活化”。
[0056]在本说明书中使用的"内表面"意指:中空衬底管的内侧或内部表面。
[0057]在本说明书中使用的〃中空衬底管〃意指:内部具有空腔的延长管；通常，在预制品的制造期间，在所述管的内侧提供(或涂覆)有多个玻璃层。
[0058]在本说明书中使用的〃中空衬底管的长度〃意指:中空衬底管的总的有效长度，是其中可以形成等离子体并可以发生玻璃沉积的衬底管的长度。
[0059]在本说明书中使用的〃空腔〃意指:由衬底管的壁围绕的空间。
[0060]在本说明书中使用的〃玻璃〃或〃玻璃材料〃意指:通过汽相沉积法沉积的结晶态的或玻璃质的(玻璃状的)氧化物材料-例如氧化硅(SiO2)或石英。
[0061]在本说明书中使用的〃氧化硅(silica) 〃意指:Si0x形式的任何物质，无论其是否是化学当量的，并且无论其是否是结晶的或无定形的。
[0062]在本说明书中使用的"活化玻璃层"意指:用于活化中空衬底管的内表面的玻璃材料层。沉积多个活化层。只有第一层将与衬底管的初始或起始或原始表面直接接触。但在步骤i)期间沉积的所有层都被认为是活化层。
[0063]在本说明书中使用的〃蚀刻工艺〃意指:通过化学作用除去玻璃材料的工艺。
[0064]在本说明书中使用的"蚀刻气体"意指:在蚀刻工艺期间使用的气体蚀刻化合物；蚀刻气体为在合适的条件下(例如温度和浓度)能够通过化学作用除去玻璃材料的气体。
[0065]在本说明书中使用的"等离子体蚀刻"意指:蚀刻气体用的蚀刻条件在等离子体中产生或改善的蚀刻工艺。
[0066]在本说明书中使用的"含氟蚀刻气体"意指:含氟的蚀刻气体和/或一种或多种氟化化合物。
[0067]在本说明书中使用的`〃氟化化合物〃意指:包括至少一个键合的氟原子的化合物，例如氟化烃。
[0068]在本说明书中使用的"无氢的氟化化合物"意指:全氟化合物；不存在氢原子的氟化化合物，例如所有氢原子已经被氟原子取代的氟化烃。
[0069]在本说明书中使用的"载气"意指:将蚀刻气体的浓度稀释而不直接与蚀刻气体反应的气体。
[0070]在本说明书中使用的〃玻璃形成气体〃意指:在沉积工艺期间使用以形成玻璃层的反应性气体。
[0071]在本说明书中使用的"未掺杂的玻璃形成气体"意指:没有有意添加掺杂剂而能够反应生成基本上纯的氧化硅玻璃的气体。
[0072]在本说明书中使用的"活化玻璃层的除去程度"意指:被除去的活化玻璃层的百分比；这可以例如通过除去之前和之后的活化玻璃层总厚度的差来计算，或者通过沉积的玻璃和除去的玻璃的重量来计算。
[0073]本发明的详细i兑明
[0074]因此，本发明涉及一种制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的活化方法。将(薄的)玻璃层(以几个活化玻璃层的形式)沉积，且随后通过蚀刻将其部分或全部除去。
[0075]本发明人已经发现，获得良好粘着性所需的蚀刻步骤具有一些副作用。本发明人已经发现，供给的衬底管(即:原始的衬底管)例如在组成上可能是非均质的。该非均质性将引起择优蚀刻，即，材料的蚀刻对衬底管的内表面的不同部分具有不同的作用。
[0076]换言之，在衬底管的整个内表面上，蚀刻是非均质的。该非均质性在沉积步骤中引起严重的问题。本发明人已经发现:通过对PCVD沉积层进行蚀刻步骤，而不是对初始衬底管自身进行，蚀刻工艺的优点(即:改善的粘附性)得以保持，而蚀刻的副作用(产生表面非均质性)减少，甚至完全消除。
[0077]本发明人认为:当蚀刻掉PCVD沉积的活化玻璃层时，与初步的玻璃层沉积及其蚀刻之前的衬底的初始(即:起始的或原始的)表面相比，获得的衬底管的内表面更加平滑且均匀。
[0078]根据本方法，必须明白:活化(或初步)的玻璃层的形成在本发明中是必要的工艺步骤，并且这些活化玻璃层的沉积发生在实际的沉积工艺发生之前。
[0079]通过之前讨论的蚀刻步骤，将这些活化玻璃层(部分地或优选几乎全部地)从中空衬底管的内部除去。在除去这些活化玻璃层之后，将发生玻璃层的实际沉积工艺，即，形成产生具有特定折射率分布的预制品的内侧玻璃层。活化玻璃层对所需折射率分布没有贡献。在实际的沉积工艺发生之前，要(部分或全部地)除去这些活化玻璃层。除去这些活化玻璃层的作用是要造成平滑的衬底管内表面，其没有不期望的不平整性和扰动，并且适合作为后续玻璃层沉积(用于形成所需的特定折射率分布)用的表面。
[0080]在本发明步骤i)进行的PCVD工艺中，通常进行几个步骤。这些步骤如下:
[0081]a)提供具有内表面的中空玻璃衬底管；
[0082]b)将所述中空衬底管加热到至少1000°C (摄氏度)的温度；
[0083]c)向所述中空衬底管中供给一种或多种玻璃形成气体；
[0084]d)将多个活化的玻璃层沉积在所述中空衬底管的所述内表面上；和
[0085]e)停止向所述中空衬底管中供给玻璃形成气体。
`[0086]通常，所述中空衬底管具有供给侧和排出侧。可以认为所述中空衬底管是由包围空腔的壁组成的。换言之，在所述中空衬底管的内部存在空腔。
[0087]可以认为中空衬底管具有外表面(换言之，所述中空衬底管的壁的外表面)和内表面(换言之，所述中空衬底管的壁的内表面)。所述衬底管的内表面与存在于衬底管内侧的空腔接触。在一个实施方案中，所述中空衬底管为圆筒形的，并由此提供(封闭)圆柱空腔。
[0088]通常，通过中空衬底管的供给侧将一种或多种玻璃形成气体引入到中空衬底管中。所述气体被引入到存在于中空衬底管内部的空腔中。
[0089]换言之，中空衬底管的壁厚增加。壁厚的增加与活化玻璃层的数量和厚度有关。再换言之，存在于中空衬底管内部的空腔的尺寸下降。该下降与活化玻璃层的数量和厚度有关。通常通过在中空衬底管的至少一部分中产生一定的温度条件来发生沉积。优选地，在所述中空衬底管的内部存在反应区(或等离子体区)。反应区被定义为其中发生玻璃沉积的区域或部分。换言之，在反应区产生了适合于玻璃层沉积的温度条件。优选地，反应区的长度只是中空衬底管长度的一部分。在该实施方案中，为了沿着中空衬底管的总长度获得玻璃沉积，反应区沿着中空衬底管的纵轴移动，优选往复移动。优选地，在中空衬底管接近供给侧的反向点与接近排出侧的反向点之间。
[0090]〃停止〃意指停止或暂停向所述中空衬底管的内侧的玻璃形成气体供应。这将停止沉积工艺。换言之，还可以将该步骤e)配置为停止活化玻璃层的沉积。
[0091 ] 本方法步骤ii )的蚀刻工艺优选包括将蚀刻气体(或几种蚀刻气体)供应到中空衬底管中的步骤。该蚀刻气体将通过本身已知的方法与沉积的活化玻璃层反应。这将除去在步骤i)中由此沉积的(部分)活化玻璃层。[0092]因此，该蚀刻步骤是将气体蚀刻化合物通过中空衬底管内侧(优选借助其供给侦?的步骤。该步骤确保除去至少部分或全部的之前已经沉积的活化玻璃层。该除去是通过蚀刻进行的。因此，根据本发明方法的结果是具有活化内表面的中空衬底管。
[0093]此外，本发明涉及一种通过内部汽相沉积工艺制造光纤用预制品的方法，该方法包括以下步骤:
[0094]提供具有活化的内表面的中空衬底管；
[0095]向具有活化的内表面的中空衬底管中供应掺杂和/或未掺杂的玻璃形成气体(优选通过其供给侧);
[0096]在中空衬底管的内侧上沉积多层玻璃层；
[0097]将由此获得的衬底管塌缩或紧实(consolidating)为光纤预制品。
[0098]下面用于本发明的实施方案适合于本发明的所有方面。
[0099]在本发明的一个实施方案中，使用含氟蚀刻气体。
[0100]在另一实施方案中，所述含氟蚀刻气体包括无氢的氟烃和载气。它的优点是:氢原子的不存在防止在沉积工艺期间引入羟基。这些羟基将导致光纤增加的衰减，所述光纤是由从活化衬底管制备的光纤预制品产生的。
[0101]蚀刻气体优选选自如下组成的组:CC12F2、CF4, C2F6, SF6, F2和SO2F2,或其组合。
[0102]优选地,在载气(例如氧气、氮气或氩气)存在下使用所述蚀刻气体。
[0103]当采用氟烃化合物(氟化的碳化合物)作为蚀刻气体时，可以发生元素碳的沉积。不希望被理论所束缚，本发明人提出:蚀刻气体的氟原子控制蚀刻工艺，并且蚀刻气体的碳原子被沉积在衬底管的内侧表面上。有时发现形成了黑色的膜。当使用氟烃化合物时，优选使用氧气(02)作为载气。本发明人发现:氧气与蚀刻气体的碳部分进行反应，以防止碳(C)沉积。
[0104]优选的蚀刻气体的例子包括但不限于:CF4、SF6、NF3、C2F6、C4F8、CHF3、CC1F3、CCl2F2,CCl3F^SiF4及组合，特别优选的蚀刻气体家族是基于氟的气体化合物。更优选地，第一蚀刻气体选自如下组成的组:CF4、SF6, NF3> C2F6, C4F8, CHF3> SiF4及其组合。
[0105]蚀刻气体的浓度以及气体流过存在于中空衬底管内部的氧化物材料的表面时的温度，影响沉积的氧化物材料和/或污染区域被蚀刻气体除去的速率。优选地，温度与蚀刻气体浓度的组合足以使得沉积的氧化物材料的快速蚀刻速率(除去速率)，其最佳地导致衬底管的处理时间的减少。蚀刻步骤的温度低于大约1300°C，更优选低于大约1250°C，且最优选低于大约1200°C。
[0106]随着快速的除去速率，氟倾向于更快地扩散进剩余的沉积的氧化物材料中，比氧化物材料能够通过蚀刻除去的速度更快。这在沉积的氧化物材料中产生了氟的污染层，它反过来改变剩余氧化物材料的折射率，并因此改变所得预制品的折射率，并最终改变从该材料拉出的光纤的折射率。在蚀刻步骤期间，应该将污染层除去。
[0107]在本方法的一个实施方案中，含氟蚀刻气体为C2F6和O2的组合。该组合物的优点被列举在上面。
[0108]根据优选的实施方案，在步骤i)中使用未掺杂的玻璃形成气体。由此沉积的玻璃层对纤维的最终光学性质将不会有任何影响。此外，可以轻易地通过蚀刻步骤将基于未掺杂的玻璃形成气体形成的初步的玻璃层除去。优选的例子是SiCl4和O2的混合物。[0109]活化层具有至少10微米的最小厚度，优选至少25微米，更优选至少50微米。该最小厚度将确保来自蚀刻工艺的优点。因此，蚀刻优选对于至少10微米的厚度进行，从而具有充分的效果。
[0110]活化层具有最多250微米的最大厚度，优选最多125微米，更优选至少75微米。选择最大厚度是因为:进一步增加厚度对于蚀刻工艺没有益处，并且进一步增加厚度会导致额外的材料成本、设备磨损和人力成本。
[0111]因此，存在一个活化层厚度的最佳范围，以平衡一方面的技术效果需要的最小厚度和另一方面的处于成本考虑的最大厚度。
[0112]活化层被部分或全部蚀刻掉。在本发明中，非常重要的是:在蚀刻步骤期间，衬底管本身未被蚀刻掉。换言之，只有活化层被蚀刻。
[0113]在步骤i)中沉积的活化层被除去到至少30%的程度。
[0114]在本方法的又一个实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至少40%，优选至少50%的程度。
[0115]在本方法的又一个实施方案中，在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至多100%，优选至多99%，甚至95%，或更优选至多90%或甚至至多85%或80%的程度。
[0116]因此，活化层可以被完全蚀刻掉，然而应该小心的是:衬底管不要受到蚀刻工艺的影响。
[0117]如果不能将全 部量的沉积活化玻璃层除去，一些玻璃层将保留在中空衬底管的内部。因此，在这样的条件下，优选剩余其组成不会影响最终折射率分布的玻璃层，即:由未掺杂玻璃形成材料形成的玻璃层。
[0118]在活化玻璃层的沉积期间，优选将反应区在中空衬底管的接近供给侧的反向点和接近排出侧的反向点之间往复移动。该运动将导致多个活化玻璃层沉积用的均质反应区。
[0119]反应区优选是等离子体产生器，其中等离子体能量优选设定在I和IOkW之间，以便于特别防止衬底管的熔融。
[0120]将在一个或多个实施例中说明本方法。这些实施例只是为了说明的目的提供的，并不意欲限定本发明的范围。
[0121]实施例1
[0122]采用如以本 申请人:名义的荷兰专利NL1023438的已知的标准PCVD工艺，制造由石英制备的中空衬底管。
[0123]将具有供给侧和排出侧的中空衬底管放置在加热炉中，在该加热炉中存在施加器，该施加器可以在加热炉内部沿着中空衬底管的长度往复运动。通过波导管将微波能量供给到施加器，以便于在中空衬底管内部产生等离子体条件，该等离子体条件起到在中空衬底管内部沉积玻璃层的作用。由施加器产生的等离子体可以在被施加器围绕的区域的外部略微存在。
[0124]将中空石英衬底管加热到1120°C的温度，通过将SiCl4和O2的混合物供给到衬底管的供给侧，来引发初步的玻璃层的沉积。加热阶段持续几分钟:3-10分钟。
[0125]在衬底管充分加热之后，开始以2.5克每分钟的速度发生未掺杂的氧化硅层的沉积。在该沉积期间，利用施加器的全部行程长度，也就是说，施加器在加热炉内沿着中空衬底管的长度往复移动。在大约5分钟内，进行该未掺杂的初步的玻璃层的沉积。沉积材料的总量大约为12.5克，厚度大约100微米。
[0126]在未掺杂的初步玻璃层沉积之后，通过将含氟蚀刻气体(它是C2F6和02的组合)供给到中空衬底管的内部来进行蚀刻步骤。
[0127]在该蚀刻步骤期间，将沉积的初步的玻璃层从该管的内表面除去到90%的程度。该蚀刻阶段的持续时间为大约9分钟，使得衬底管的表面被充分活化，并准备好用于产生所需特定折射率分布用的玻璃层的下一步沉积。
[0128]在根据本发明的蚀刻阶段之后，进行标准的PCVD沉积工艺。通过将等离子体以20米/分钟的速度沿着中空衬底管的长度往复运动来进行该内部化学汽相沉积工艺，其中中空衬底管被放置在加热炉的内部。将加热炉设定在1000°c的温度下，采用9kW的等离子体能量。在如此放置的中空衬底管的内部的玻璃层沉积速率是3.1克/分钟，基于SiO2，在中空衬底管内侧的压力等于大约IOmbar。将由02、SiCl4, GeCl4和C2F6组成的气体组合物供给到中空衬底管的内部。由此获得的衬底管准备用于塌缩成实心预制品。
[0129]实施例2
[0130]遵循根据实施例1的步骤。不同的是:在蚀刻步骤期间，将沉积的初步的玻璃层从该管的内表面除去到45%的程度。该蚀刻阶段的持续时间为大约4.5分钟。
[0131]实施例2与实施例1之间的区别是:活化所需的总时间减少，使得来自设备中的芯棒的产量增加。
[0132]已发现，与采用根据现有技术已经进行等离子体蚀刻(即衬底管本身的等离子体蚀刻)的衬底管生产的芯棒相比，采用根据实施例1或实施例2的发明方法生产的芯棒含有更少的气泡、裂缝或其它非均质性。
`[0133]因此，根据本发明的方法导致预制品的废品率降低，这是优点。
[0134]与采用根据现有技术已经进行等离子体蚀刻的衬底管生产的芯棒获得的光纤相t匕，当采用根据实施例1或实施例2的发明方法生产多模光纤用芯棒时，所得多模纤维的折射率分布含有更少的扰动或更少的与理想分布图的偏离。
[0135]因此，本发明的方法产生更高产量的高端多模纤维,例如0M-3或0M-4多模纤维。
【权利要求】
1.一种制造光纤预制品用的中空玻璃衬底管的内表面的活化方法，所述方法包括以下步骤: i)通过PCVD工艺，将多个活化玻璃层沉积在所述中空衬底管的所述内表面上；其中所述活化玻璃层的厚度为至少10微米且至多250微米； ii)通过蚀刻工艺至少部分地除去在步骤i)中沉积的活化层，其中在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至少30%的程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻工艺是采用蚀刻气体的等离子体蚀刻。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述蚀刻气体为含氟蚀刻气体，优选包括无氢的氟化化合物和载气。
4.根据权利要求2-3任一项或多项所述的方法，其中所述蚀刻气体选自如下组成的组:CC12F2、CF4、C2F6、SF6、F2和SO2F2，或其组合；并且任选地所述载气选自如下组成的组:氧气(02)、氮气(N2)或氩气(Ar)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述含氟蚀刻气体是至少O2和C2F6和/或SF6的混合物。
6.根据前述权利要求任一项或多项所述的方法，其中在步骤i)的PCVD工艺中使用未掺杂的玻璃形成气体，优选其中使用至少O2和SiCl4的混合物作为所述未掺杂的玻璃形成气体。
7.根据前述权利要求任一项或多项所述的方法，其中在步骤i)中沉积的活化玻璃层的厚度为至少25微米，优选至少50微米。
8.根据前述权利要 求任一项或多项所述的方法，其中在步骤i)中沉积的活化玻璃层的厚度为至多125微米，优选至多75微米。
9.根据前述权利要求任一项或多项所述的方法，其中在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至少40%，优选至少50%的程度。
10.根据前述权利要求任一项或多项的方法，其中在步骤ii)期间，在步骤i)中沉积的活化玻璃层被除去到至多100%，优选至多90%，更优选至多80%的程度。
【文档编号】C03B37/018GK103864290SQ201310666987
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2012年12月11日
【发明者】I·米莉瑟维克, M·J·N·范·斯特劳伦, J·A·哈特苏克 申请人:德拉克通信科技公司