微结构光纤预制棒及其制造方法与流程

本公开涉及光纤传输领域，尤其涉及微结构光纤预制棒及其制造方法。

背景技术：

1、在大多数微结构光纤中，沿着光纤的整个长度轴向延伸着围绕在芯区域周围的多个空隙。其中，在光纤结构中，引入了至少一种微结构，如包层中空隙结构，或纤芯中缺陷结构等，以此来获得不同于传统光纤的性能。与普通单模光纤不同，大多数微结构光纤由其中具有均匀空隙分布的单一石英材料构成，进而具有灵活的色散特性，较低的损耗特性，高非线性特性和高双折射特性。现有技术中，在微结构光纤结构中，这些包层中的空隙以规则的周期性分布的形式围绕光纤的芯排列。如果沿光纤的长度取光纤的横截面，则可以在均匀的周期性空隙分布中发现相同的独立的空隙。

2、现有技术中，微结构光纤的制造方法采用“堆叠－拉制”法制造，此方法将二氧化硅棒或者薄管根据需要的形状阵列堆叠在一起，并采用高温加工的模式将其聚合在一起形成预制体。然后将其拉制成光纤。但是“堆叠－拉制”法存在一些缺陷。如将数百根极薄的棒或管稳定地聚合在一起比较难，需要借助外部工具；而借助外部工具很容易造成产品的污染。而且，在堆叠和聚合成预制体过程中，还可能产生间隙，这些间隙可能会引入异物杂质，从而显著地增加光纤的衰减；而且，预制体由多根棒或管组成，很容易出现界面错位导致内部不良，以及空隙不可控制的变形。另外，较低的生产效率和较高的生产成本也使得这种方法并不十分适用于工业生产。目前采用的机械堆叠法制造光纤，不但在形成预制玻璃棒前难于聚合，在拉制成的光纤中也难以形成相对均匀的空隙。

3、因此，期望开发出具有不同于周期性分布的空隙分布的光纤预制棒的结构设计，并且开发出这种光纤预制棒的制造方法。

技术实现思路

1、为了开发出具有不同于周期性分布的空隙分布的光纤预制棒的结构设计，并且开发出这种光纤预制棒的制造方法，本公开提出了一种微结构光纤预制棒及其制造方法。

2、本公开的一个方面涉及一种微结构光纤预制棒，包括：

3、具有第一折射率的芯区域和具有第二折射率的包层区域，所述包层区域的折射率小于所述芯区域的折射率，使得通过光纤传输的光基本被保持在所述芯区域内，在所述包层区域中包括多个非周期性分布的空隙。

4、所述的微结构光纤预制棒，所述空隙与所述芯区域的距离不小于所述光纤预制棒的直径的4％。

5、在与所述芯区域的距离不大于所述光纤预制棒的直径的12％的所述包层区域内，空隙面积百分数不大于15％且不小于3％。

6、本公开的另一个方面涉及一种微结构光纤预制棒的制造方法，包括以下步骤：

7、s101：用化学气相沉积喷灯向靶棒方向喷出二氧化硅，以在靶棒上沉积预成型松散体；

8、s102：如果所述预成型松散体的厚度达到第一特定值，则在用低温等离子喷灯向靶棒方向喷出高纯度石英粉的同时，继续用所述化学气相沉积喷灯向靶棒方向喷出二氧化硅，以在靶棒上继续沉积所述预成型松散体；

9、s103：如果所述预成型松散体的厚度达到第二特定值，则停止用所述低温等离子喷灯喷出高纯度石英粉，但继续用所述化学气相沉积喷灯向靶棒方向喷出二氧化硅，以在靶棒上继续沉积所述预成型松散体；

10、s104：如果所述预成型松散体的重量达到第三特定值，则对所述预成型松散体进行高温处理，以形成所述微结构光纤预制棒。

11、其中，所述低温等离子喷灯包括文丘里管，所述文丘里管与用于储存高纯度石英粉的腔体相连接；

12、当所述高纯度惰性气体通过所述文丘里管时，所述低温等离子喷灯向靶棒方向喷出高纯度石英粉。

13、其中，所述低温等离子喷灯与所述化学气相沉积喷灯的距离不大于200mm。

14、其中，所述化学气相沉积喷灯的数量为至少2个，所述化学气相沉积喷灯的出气角度相同或彼此偏差第一角度。

15、其中，所述低温等离子喷灯的数量为至少1个，所述低温等离子喷灯与至少1个所述化学气相沉积喷灯的出气角度相同或彼此偏差第二角度。

16、其中，第一特定值为3-10层，第二特定值与第一特定值之差为50-150层。

17、其中，在对所述预成型松散体进行高温处理时，经过干燥剂和强氧化剂处理，除去水和金属杂质，同时通入至少一种惰性气体将预成型松散体中的空气置换，并在1500-1550℃的温度下进行煅烧，形成仅在包层区域含空隙的微结构光纤预制棒。其中，所述微结构光纤预制棒为玻璃体形态。

18、在现有技术中，二氧化硅粉末层(是由化学气相沉积法制得的)熔缩，是把粒径相对均匀的粉末层在比其熔点温度还低的温度下进行加热，使物质自发地填充颗粒间隙而致密化，形成低自由能、性能稳定的玻璃体。

19、而在本公开中，采用在粒径相对均匀的二氧化硅粉末层中(是由化学气相沉积法制得的)，掺杂微量粒径相对较大的高纯度石英粉(是以物理方式从低温等离子喷灯喷出的)。在高温致密化的过程中，高纯度石英粉与粉末层之间的粒径差使晶界发生畸变位错，形成含一定量微小空隙的玻璃体。空隙的存在，使得包层的折射率降低，进而使得芯区域与包层的折射率差符合设计要求。

20、本公开通过使得低温等离子喷灯调节惰性气体流量的大小，可以控制在沉积层表面的用低温等离子喷灯喷出的高纯度石英粉的含量与用化学气相沉积喷灯喷出的二氧化硅的比例，进而控制空隙的大小和数量。在包层制作中采用增加喷出的高纯度石英粉的方式，增加空隙的分布，以进一步调节芯包层的折射率差。

技术特征：

1.一种微结构光纤预制棒，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微结构光纤预制棒，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的微结构光纤预制棒，其特征在于：

4.一种微结构光纤预制棒的制造方法，用于制造根据权利要求1所述的微结构光纤预制棒，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述的微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于：

8.根据权利要求4所述的微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于：

9.根据权利要求4所述的微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于：

10.根据权利要求4所述的微结构光纤预制棒的制造方法，其特征在于：

技术总结
本公开提供一种微结构光纤预制棒及其制造方法，方法包括以下步骤：S101：用化学气相沉积喷灯向靶棒方向喷出二氧化硅，以在靶棒上沉积预成型松散体；S102：如果所述预成型松散体的厚度达到第一特定值，则在用低温等离子喷灯向靶棒方向喷出高纯度石英粉的同时，继续用所述化学气相沉积喷灯向靶棒方向喷出二氧化硅，以在靶棒上继续沉积预成型松散体；S103：如果所述预成型松散体的厚度达到第二特定值，则停止用所述低温等离子喷灯喷出高纯度石英粉，但继续用所述化学气相沉积喷灯向靶棒方向喷出二氧化硅，以在靶棒上继续沉积预成型松散体；S104：如果所述预成型松散体的重量达到第三特定值，则对所述预成型松散体进行高温处理，以形成所述微结构光纤预制棒。

技术研发人员：徐坚荣,徐天一,赵明娟,宋太中
受保护的技术使用者：宁波余大通信技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16