Способ изготовления заготовки оптического волокна

Способ изготовления заготовки оптического волокна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: наносят на внутреннюю поверхность опорной трубки, обогреваемой перемещающейся вдоль нее горелкой, материал оболочки. Осаждают материал жилы в виде пористого слоя, пропусканием над ним паров соединения РЗЭ. Спекают пористый слой с его дегидратацией и коллапсируют опорную трубу в заготовку . Над пористой жилой пропускают пары комплексного металлокерамического соединения РЗЭ, разлагающегося при нагреве в инертной атмосфере с образованием оксида РЗЭ, не содержащее гидроксильных групп. Направление перемешивания горелки и движения паров комплексного металлоорганического соединения РЗЭ противоположны. Используют комплексное металлоорганическое соединение РЗЭ формулы ML-} nQ, где М - редкоземельный элемент, L-ацетилацетонат-ион, пивалат-ион,, изо-бутират-ион, п 1,3, Q - 0-фенантролин, a,of -дипиридил,пивалевая, изомасляная кислота. 2 табл. у Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (яу5 С 03 В 37/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828872/33, 4828874 (22) 24.05.90 (46) 23.11.92, Бюл. N 43 . (71) Научно-исследовательский институт электровакуумного стекла с заводом и МГУ им.M.В.Ломоносова (72) Р.P.Ëoðüÿí, А.И,Заяц, В.M.Ôèðñîà, Л.И.Мартыненко, Н.П.Кузьмина, Н.Г.Дзюбенко, Л.M.Áëèíîâ и В.П,Гапонцев (56) Заявка Великобритании t4 2180832, кл. С 03 В 37/018. опубл. 1987, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА (57) Сущность изобретения; наносят на внутреннюю поверхность опорной трубки, обогреваемой перемещающейся вдоль нее горелкой, материал оболочки, Осаждают материал жилы в виде пористого слоя, пропуИзобретение относится к технологии производства заготовок оптического волокна и может быть использовано для изготовления активированных световодов.

Активированные световоды — новый класс оптических волокон, предназначенных для создания волоконных лазеров и усилителей, а также различных датчиков. В активированных световодах световедущая жила дополнительно легируется ионами редкоземельных элементов (РЗЭ). Вводимое количество РЗЭ не превышает 0,5 от массы жилы в кварцевых оптических волокнах.

Известен способ изготовления заготовки оптического волокна, в котором жила световода дополнительно легируется ионами

„„. Ы„„1776646 Al сканием над ним паров соединения РЗЭ.

Спекают пористый слой с его дегидратацией и коллапсируют опорную трубу в заготовку. Над пористой жилой пропускают пары комплексного металлокерамического соединения РЗЭ, разлагающегося при нагреве в инертной атмосфере с образованием оксида РЗЭ, не содержащее гидроксильных групп. Направление перемешивания горелки и движения паров комплексного металлоорганического соединения РЗЭ противоположны. Используют комплексное металлоорганическое соединение РЗЭ формулы MD п0, где M — редкоземельный элемент, L — - ацетилацетонат-ион, пивалат-ион, изо-бутират-ион, n = 1,3, 0—

О-фенантролин, Q а -дипиридил, пивалевая, изомасляная кислота. 2 табл

РЗЭ. Согласно способу, заготовку производят модифицированным методом химического осаждения из газовой фазы (МСЧО).

Первоначально на внутреннюю поверхность опорной кварцевой трубы осаждают материал, образующий отражающую оболочку. Затем осуществляют нанесение материала жилы а виде пористого слоя. По завершению этапа формирования жилы труба снимается со станка, помещается в водный раствор хлорида РЗЭ, выдерживается в растворе в течение 1 часа, извлекается из . раствора, промывается ацетоном и устанавливается снова в станок, После этого проводят процесс осушки пористой жилы в атмосфере смеси хлор-кислород при темпе1776646

10

20

35

50 ратуре 600 С. В процессе осушки происходит дегидратация материала жилы. На следующем этапе изготовления заготовки пористый слой спекают и коллапсируют трубу в сплошной стержень. Недостатком указанного способа является необходимость сьема опорной трубы со станка, обеспечение условий, исключающих загрязнение внутренней поверхности трубы вредными примесями при заполнении раствором и на этапе промывки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ изготовления заготовки оптического волокна (1). В указанном способе заготовка производится методом MCVD.

Этапу осаждения оболочки и жилы световода предшествует загрузка в расходную емкость, состыкованную с трубой, порошкообраэного хлорида редкоземельного металла. Для удаления химически связанной воды из хлорида РЗМ его нагревают в атмосфере хлора до температуры плавления. По завершению процесса дегидратации исходного хлорида

РЗМ осуществляют травление фторсодержащими соединениями опорной трубы для удаления частиц хлоридов РЗМ, которые впадают в нее во время процесса осушки.

По окончанию приведенных выше операций, производят осаждение частиц окислов (РО2, Si02 + F, Si02 + В20з), образующих материал светоотражающей оболочки, Завершив осаждение отражающей оболочки, в трубу подают реагенты (РС!4, ОеС!4, РОС!з), при окислении и осаждении оксидов формируется материал световедущей жилы.

Одновременно безводный РЗМ нагревается второй горелкой до температуры Т =

=1000 С и его пары поступают в трубу. Горелка, обогревающая трубу, перемещается в направлении движения парогазовой смеси. B зоне нагрева происходит окисление исходных реагентов и осаждение за горелкой частиц оксидов. Ввиду того, что полностью провести процесс дегидратации хлорида РЗЭ невозможно, материал жилы формируется в виде пористого слоя.

Далее следует операция дегидратации пористого слоя в атмосфере смеси хлор-кислород. По завершению процесса осушки пористого слоя его спекают и трубу коллапсируют в стержень.

Недостатком данного способа изготовления заготовки является использование хлоридов РЗЭ. обладающих высокой температурой плавления (700-800 С), легко гидролизирующихся. Необходимость проведения предварительного процесса дегидратации также является одним иэ недостатков данного способа.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса производства заготовок оптического волокна. укаэанная цель достигается тем, что в способе изготовления оптического волокна путем нанесения на внутреннюю поверхность опорной трубки, обогреваемой перемещающейся вдоль нее горелкой материала оболочки, осаждения материала жилы в виде пористого слоя с его дегидратацией, коллапсирования опорной трубки в заготовку, над пористой жилой пропускают пары комплексного металлоорганического соединения РЗЭ, разлагающегося при нагреве в инертной атмосфере с образованием оксида Р33. который легирует жилу.

Цель достигается и тем, что направление перемещения горелки и движения паров комплексного металлоорганического соединения РЗЭ противоположны.

Поставленная цель достигается также тем, что используют комплексное металлоорганическое соединение РЗЭ формулы

М1 nQ, где М вЂ” РЗЭ;

L — ацетилацетонат-ион,пивалатион,изо-бутилат-ион;

n — 1,3;

Q — о-фенантролин, а, а -дипиридил, пивалевая, иэомаслянная кислота.

Способ реализуется следующим образом, В расходную емкость засыпают комплексное соединение РЗЭ. Расходная емкость соединена с опорной кварцевой трубой. B трубу подают парогазовую смесь (ПГС), состоящую из кислорода, гелия, и паров хлорида кремния, В зоне нагрева опорной трубы горелкой, перемещающейся в направлении движения ПГС, происходит окисление тетрахлорида кремния и образование диоксида кремния. За горелкойчастицы оксида кремния осаждаются на внутреннюю поверхность трубы. При движении горелки осажденный слой сплавляется, По завершении процесса нанесения оболочки в трубу подают хлориды, при окислении которых образуются оксиды, составляющие материал световедущей жилы.

Осажденный слой не спекается, т.к. температура нагрева трубы горелкой ниже температуры сплавления пористого слоя, Далее прекращают подачу реагентов и в трубу подают пары комплексного соединения РЗЭ, Пары металлоорганического соединения образуются в результате сублимации исходного соединения. Инертным газом они транспортируются в трубу и пропускаются над пористым слоем до зоны нагрева трубы горелкой. В зоне нагрева при температуре

1776646 ниже 400 С происходит их разложение и образование оксида РЗЭ. Оксид РЗЭ осаждается на пористую жилу. При последующем спекании в атмосфере хлорсодержащих соединений происходитлегирование материала 5 жилы Р3М, Затем труба коллапсируется в сплошной стержень.

Достижение поставленной по сравнеwe с прототипом цели обеспечивается следующим. 10

Исходные летучие комплексные соединения не нуждаются в дегидратации. Летучие продукты термолиза комплекса, образующиеся в процессе разложения, выносятся потоком инертного газа из трубы.

Температура сублимации исходных реагентов не превышает 350 С, что позволяет исключить применение дополнительной горелки. Чистота соединений РЗЭ удовлетворяет требованиям технологии производства оптических волокон с низкими потерями.. Неконтролируемое осаждение паров металлоорганики на поверхность жилы до зоны нагрева из-за их относительно низкого давления паров практически искл ючается.

Примеры выполнения способа изготовления заготовки оптического волокна.

Через трубу с предварительно нанесенным пористым слоем пропускают ток газа-носителя, насыщенного парами дипивалоилметаната эрбия ЕгАзРЙеп, при температуре 210 С. Объемный расход газа-носителя — 30 л/ч. Скорость движения горелки — 3 м/ч. Температура стенки трубы в зоне нагрева — 380 С.

В полученном при этих условиях световоде концентрация составила 360 ррм и была.равномерна по длине. Операции дегидратации исходного соединения отсутствуют.

Пример ы 2-5, Аналогично п.1 приведены эксперименты, результаты которых приведены в табл.1.

П риме р ы 6 — 7. Выполнены потехнологии, известной из литературы (1).

Примеры использования летучих соединений РЗЭ с органическими лигандами для легирования оптических световодов.

Через заготовку оптического световода с предварительно нанесенным внутренним пористым слоем, состоящим из материала жилы, пропускают ток газа-носителя, насыщенного парами летучего соединения Р33 и органическими лигандами.

Насыщение паров газа-носителя летучим соединением РЗЭ происходит в испарителе при 180-250 С, на 150 70ОС ниже, чем температура термолиза используемых соединений. Трубопровод для подачи

55 парогазовой смеси в опорную трубу термостатирован с целью исключения конденсации РЗЭ вЂ” содержащих паров на стенках трубопровода.

Расход газа-носителя определяется величиной давления пара летучего соединения Р33 и варьируется в пределах 1-30 л/час. Заготовка, заполненная парогазовой смесью, подвергается термической обработке при 800-1200ОС для превращения летучих соединений РЗЭ в оксиды и полного удаления органических продуктов, выделяющихся в процессе их термолиза. Последующие этапы изготовления заготовки традиционны для метода MCVD.

Пример 1. Через заготовку с предварительно нанесенным пористым слоем пропускают ток газа-носителя, насыщенного парами дипивалоилметаната эрбия, ЕгАз х х Phen, при температуре 210 С. Объемный расход газа-носителя — 30 л/час. Первичная термообработка проведена при 110 С. В полученном при этих условиях световоде концентрация Е Оз .составила 270 ррм и была равномерна по длине, что подтверждено физическими методами измерения. Распределение РЗЭ окислов РЗЭ по длине световода оценено методом обратного рассеяния.

Пример ы 2 — 10. Аналогично п.1 проведены эксперименты, результаты которых приведены в табл.2.

Пример ы 11-14 также выполнены аналогично п.1 и приведены авторами в табл.1 для сравнения свойств кварцевых световодов, получаемых с помощью заявляемых авторами соединений и соединений, известных из литературы (1).

Таким образом, из результатов, приведенных в табл.2 видно, что именно использование соединений обеспечивает высокое качество получения кварцевого с ветовода.

Применение заявленных соединений в качестве легирующей добавки обеспечивает следующие технико-экономические преимущества: значительное улучшение качества оптического кварцевого волокна, его высокие оптические характеристики, отсутствие углерода в составе жилы, упрощеwe технологии за счет уменьшения числа стадий и набора используемых соединений для получения высококачественного кварцевого световада.

Формула изобретения

1.Способ изготовления заготовок оптического волокна путем нанесения на внутреннюю поверхность опорной трубки, обогреваемой перемещающейся вдоль нее горелкой материала оболочки. осаждения материала жилы в виде пористого слоя, про1776646 пускания над ним паров соединения РЗЭ, спекания пористого слоя с его дегидратацией, коллапсирования опорной отрубы в заготовку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса производства заготовок, над пористой жилой пропускают пары комплексного металлоорганического соединения РЗЭ, разлагающегося при нагреве в инертной атмосфере с образование оксида РЗЭ, не содержащие гидроксильных групп.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что направление перемещения горелки и движения паров комплексного металлоорганического соединения Р33 противоположны, 3. Способ по пп.г и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что используют комплексное метал5 лоорганическое соединение РЗЭ формулы

ЬИ з aQ, где М вЂ” РЗЭ;

L — ацетилацетонат-ион, пивалат-ион, 10 изо-бутират-ион;

A = 1,3;

Q — о-фенантролин, a,à-дипиридил, пивалевая, изомасляная кислота.

Таблица 1

Результаты легирования заготовок оптического волокна различными соединениями РЗЭ

Скорость газа-носителя, л/ч

Температура насыщения газа-носителя, С

Температура стенки трубы в зоне нагрева, ОС

Скорость движения горелки, м/ч

Время изготовления заготовки, ч ные ения

39

800

1000

hen

hen

Dipy

Ьеп

М)з

6Н20

НгО

2,5

2,5

4

1,5

4

6

6,5

5

Таблица 2

Результаты легирования заготовок оптических световодов РЗЭ при использовании летучих комплексных соединений РВ3

Скорость газа-носителя, л/ч

Исходное соединение РЗЭ

Темп е ратура насыщения газа-носителя, ОС

ММ пп

Температура первичной термообработки заготовки, OC

Концентрация оксидов РЗЭ в. световоде, ррм

Оптические характеристики световодов, (затухание, Б/км

2

5

7 .S

ЕгАзРпеп йдАзРпеп

ЕгАЗО)ру

РЮПМ)з

ТЬАзРйеп

Nd(Pivh 3HPiv

Е r(P iv)a 3HPiv

Nd(i-В м)з ЗН В ut йо(РЬ)з ЗНР! ч

Pr(l-Ва)з ЗН Во

Ег(ДПМ)з

200, 250

180

800

15О

Оптические характеристики световодов, затухание g =

=1,38 мкм), E/км

8

2

4

10 включение сажи в жиле световода

1776646

Продолжение табл. 2

Составитель А. Заяц

Техред М.Моргентал .

Корректор А,Козориз

Редактор Т, Куркова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп, Гагарина. 101

Заказ 4098 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5