Способ изготовления первичной заготовки для оптических волокон, первичная заготовка, окончательная заготовка, оптическое стекло

Способ изготовления первичной заготовки для оптических волокон, первичная заготовка, окончательная заготовка, оптическое стекло

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу изготовления первичной заготовки для оптического волокна, с использованием плазмохимического процесса внутреннего осаждения из паровой фазы, в котором легированные или нелегированные стеклообразующие прекурсоры направляются внутрь пустотелой стеклянной трубки основы, зона реакции в форме плазмы совершает возвратно-поступательное движение вдоль длины вышеупомянутой пустотелой стеклянной трубки основы между точкой разворота вблизи стороны подачи и точкой разворота вблизи стороны выпуска пустотелой трубки основы, причем трубка основы располагается в печи и при этом в вышеупомянутой зоне реакции создаются условия, при которых один или более комплектов слоев стекла, состоящих из по меньшей мере двух отдельных слоев стекла, осаждаются на внутренней поверхности вышеупомянутой трубки основы.

Для осуществления внутреннего осаждения из паровой фазы, реакционная смесь, состоящая из стеклообразующих газов и необязательных легирующих примесей, подводится на стороне подачи пустотелой стеклянной трубки основы, после чего упомянутые газы преобразуются в стекло в зоне реакции. Непрореагировавшие газы и/или остаточные продукты выпускаются через сторону выпуска пустотелой стеклянной трубки основы.

В процессе внутреннего осаждения из паровой фазы типа PCVD (плазмохимического осаждения из паровой фазы), зона реакции является плазмой, которая совершает возвратно-поступательное движение вдоль длины пустотелой стеклянной трубки основы. В процессе PCVD, слои стекла осаждаются непосредственно на внутренней поверхности пустотелой стеклянной трубки основы, независимо от направления движения зоны реакции. Процесс PCVD известен, помимо прочего, из US 4741747, US 5145509, US 5188648, WO 2004/101458 и US 2008/0044150.

В процессе внутреннего осаждения из паровой фазы типа MCVD (модифицированного химического осаждения из паровой фазы) или FCVD (химического осаждения из паровой фазы в печи), реакция стеклообразующих газов и необязательных легирующих примесей активируется путем нагрева внешней поверхности пустотелой стеклянной трубки основы, с использованием горелки или печи, соответственно. В зоне реакции, которая располагается вблизи горелки или печи, стеклообразующие газы преобразуются в так называемую сажу, каковая сажа осаждается на внутренней поверхности пустотелой стеклянной трубки основы под влиянием термофореза. Сажа преобразуется в стекло посредством нагрева. В процессе MCVD или FCVD, слои стекла осаждаются только тогда, когда зона реакции движется в направлении стороны выпуска пустотелой стеклянной трубки основы. Процессы PCVD, MCVD и FCVD известны в технике.

В JP 57-51139 раскрыт процесс MCVD, в котором создается исходный материал для оптического волокна. В цикле, несколько слоев стекла осаждается на внутренней поверхности трубки основы, причем осаждение начинается в позиции вблизи стороны подачи, и расстояние, проходимое зоной реакции в направлении стороны выпуска, изменяется с каждым слоем стекла. Исходный материал создается путем последовательного осуществления нескольких циклов.

Оптическое волокно состоит из сердцевины и внешнего слоя, окружающего упомянутую сердцевину, также именуемого "оболочкой". Сердцевина обычно имеет более высокий показатель преломления, чем оболочка, что обеспечивает возможность передачи света через оптическое волокно.

Сердцевина оптического волокна может состоять из одного или более концентрических слоев, каждый из которых имеет конкретную толщину и конкретный показатель преломления или конкретный градиент показателя преломления в радиальном направлении.

Оптическое волокно, сердцевина которого состоит из одного или более концентрических слоев, имеющих постоянный показатель преломления в радиальном направлении, также именуется оптическим волокном с (много)ступенчатым показателем преломления. Разность между показателем преломления n_i концентрического слоя и показателем преломления n_cl оболочки можно выразить через так называемое значение дельта, обозначаемое Δ_i%, и можно вычислить согласно следующей формуле:

,

где:

n_i = значение показателя преломления слоя i

n_cl = значение показателя преломления оболочки

Оптическое волокно также можно изготавливать таким образом, что получается сердцевина, имеющая так называемый градиентный профиль показателя преломления. Такой радиальный профиль показателя преломления задается, как значением дельта Δ%, так и так называемым значением альфа α. Максимальный показатель преломления в сердцевине используется для определения значения Δ%. Значение альфа можно определить согласно следующей формуле:

,

где:

n₁ = значение показателя преломления в центре волокна

a = радиус сердцевины с градиентным показателем преломления [мкм]

α = значение альфа

r = радиальная позиция в волокне [мкм]

Радиальный профиль показателя преломления оптического волокна следует рассматривать как представление показателя преломления как функции радиальной позиции в оптическом волокне. Аналогично можно графически представить разность показателей преломления относительно оболочки как функцию радиальной позиции в оптическом волокне, что также можно рассматривать как радиальный профиль показателя преломления.

Форма радиального профиля показателя преломления и, в частности, значения толщины концентрических слоев и показатель преломления или градиент показателя преломления в радиальном направлении сердцевины определяют оптические свойства оптического волокна.

Первичная заготовка содержит один или более слоев заготовки, которые образуют основание для одного или более концентрических слоев сердцевины и/или часть оболочки оптического волокна, которую можно получить из окончательной заготовки.

Слой заготовки формируется из нескольких слоев стекла. В процессе внутреннего осаждения из паровой фазы, слой стекла является слоем, который осаждается при перемещении зоны реакции от стороны подачи к стороне выпуска или от стороны выпуска к стороне подачи.

Упомянутая здесь окончательная заготовка является заготовкой, из которой производится оптическое волокно, с использованием процесса вытягивания волокна.

Для получения окончательной заготовки, первичная заготовка снабжается с внешней стороны дополнительным слоем стекла, каковой дополнительный слой стекла содержит оболочку или часть оболочки. Упомянутый дополнительный слой стекла может наноситься непосредственно на первичную заготовку. Можно также помещать первичную заготовку в заранее сформированную стеклянную трубку, также именуемую "трубкой-рубашкой". Упомянутая рубашка может сжиматься, охватывая первичную заготовку. Наконец, первичная заготовка может содержать, как сердцевину, так и оболочку оптического волокна, что избавляет от необходимости наносить дополнительный слой стекла. В этом случае первичная заготовка идентична окончательной заготовке. Радиальный профиль показателя преломления можно измерять на первичной заготовке и/или на окончательной заготовке.

Длина и диаметр окончательной заготовки определяют максимальную длину оптического волокна, которую можно получить из окончательной заготовки.

Чтобы снизить стоимость производства оптических волокон и/или повысить выход в расчете на первичную заготовку, необходимо производить максимальную длину оптического волокна, которое удовлетворяет требуемым стандартам качества, и которое выполнено из окончательной заготовки.

Диаметр окончательной заготовки может увеличиваться за счет нанесения более толстого слоя дополнительного стекла на первичную заготовку. Поскольку оптические свойства оптического волокна определяются радиальным профилем показателя преломления, слой дополнительного стекла все время должен находиться в правильной пропорции к толщине слоя для слоев заготовки первичной заготовки, которые будут формировать сердцевину, в частности, один или более концентрических слоев сердцевины, в оптическом волокне. Следовательно, толщина слоя для слоя стекла, дополнительно наносимого на первичную заготовку, ограничивается толщиной слоев заготовки, формируемых посредством процесса внутреннего осаждения из паровой фазы.

Длина окончательной заготовки может увеличиваться за счет увеличения длины, в частности, используемой длины, первичной заготовки. Термин "используемая длина" следует понимать в смысле длины первичной заготовки, на протяжении которой оптические свойства остаются в заранее определенных пределах допуска, каковые пределы допуска выбраны так, чтобы получить оптические волокна, отвечающие желаемым стандартам качества.

Для определения используемой длины первичной заготовки, радиальный профиль показателя преломления измеряется в нескольких позициях на протяжении ее длины, после чего можно, на основании упомянутых измерений, для определения так называемых продольного профиля показателя преломления и, при желании, продольного геометрического профиля для каждого слоя заготовки.

Таким образом, продольный профиль показателя преломления можно рассматривать как графическое представление показателя преломления слоя заготовки как функцию продольной позиции в первичной заготовке. Для определения продольного профиля показателя преломления можно, конечно, также использовать разность показателей преломления вместо показателя преломления.

Продольный геометрический профиль можно рассматривать как графическое представление площади поперечного сечения слоя заготовки как функции продольной позиции в первичной заготовке. Площадь поперечного сечения, также именуемая CSA, можно вычислить на основании радиального профиля показателя преломления. CSA можно вычислить следующим образом:

,

где

CSA_i = площадь поперечного сечения слоя заготовки i [мм²]

d_i,u = наружный диаметр слоя заготовки i [мм]

d_i,i = внутренний диаметр слоя заготовки i [мм]

На используемую длину первичной заготовки, в частности, оказывает негативное влияние так называемый "конус". Термин "конус" следует понимать в смысле отклонения оптических и/или геометрических свойств первичной заготовки в областях вблизи ее концов. Следует различать оптический конус и геометрический конус.

Оптический конус относится к отклонениям показателя преломления (или разности показателей преломления), тогда как геометрический конус относится к отклонениям площади поперечного сечения слоя заготовки.

Если первичная заготовка сформирована из нескольких слоев заготовки, оптический и геометрический конусы слоев заготовки могут отличаться друг от друга.

Способы уменьшения оптического и/или геометрического конуса известны в технике.

В патенте США № US 4741747, например, раскрыт способ изготовления оптических заготовок согласно способу PCVD, в котором слои стекла осаждаются за счет вынужденного возвратно-поступательного движения плазмы между двумя точками разворота внутри стеклянной трубки, с добавлением в трубку реакционной газовой смеси при температуре в пределах от 1100°C до 1300°C и давлении в пределах от 1 кПа до 30 кПа. Заставляя плазму двигаться согласно нелинейной функции времени вблизи, по меньшей мере, одной из точек разворота, можно уменьшить размер области, демонстрирующей непостоянную геометрию осаждения на концах оптической заготовки.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что такой способ действительно позволяет уменьшить геометрический конус, но что оптический конус не улучшается, или даже ухудшается. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что в ряде случаев необходимо влиять на показатель преломления осаждаемого стекла также в других позициях вне так называемых конических областей.

Хотя, таким образом, можно, с использованием способов, отвечающих уровню техники, увеличить используемую длину первичной заготовки, требуется способ, посредством которого можно еще больше увеличить используемую длину.

Соответственно задачей настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления первичных заготовок для оптических волокон, которые имеют большую используемую длину.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления первичных заготовок для оптических волокон, в котором влияние оптического конуса может происходить независимо от геометрического конуса.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа, посредством которого показатель преломления и/или площадь поперечного сечения можно точно устанавливать желаемым образом как функцию позиции в продольном направлении первичной заготовки.

Настоящее изобретение отличается тем, что способ содержит этап, на котором: задают условия осаждения как функцию позиции зоны реакции, если смотреть в продольном направлении пустотелой стеклянной трубки основы, для осаждения, по меньшей мере, одного слоя стекла, при том, что заданные таким образом условия осаждения отличаются друг от друга при осаждении вышеупомянутого слоя стекла.

Настоящее изобретение основано на том соображении, что при вытягивании окончательной заготовки, значения толщины слоев для слоев стекла, осаждаемых с использованием процесса внутреннего осаждения из паровой фазы значительно уменьшаются в окончательной заготовке. Типичное оптическое волокно имеет диаметр 125 мкм. Окончательная заготовка для одномодовых волокон имеет диаметр, например, от около 100 до около 150 мм или даже больше. Поэтому толщина слоев заготовки, и, таким образом, также толщина слоев стекла в окончательной заготовке, уменьшаются с коэффициентом порядка от около 800 до около 1200, или даже больше, в ходе изготовления оптического волокна.

Авторы настоящего изобретения выяснили, что путь распространения света через оптическое волокно определяется усредненными свойствами нескольких смежных слоев стекла, а не свойствами каждого отдельного слоя стекла. Авторы настоящего изобретения, таким образом, обнаружили, что можно формировать слой заготовки из комплектов слоев стекла, причем каждый комплект слоев стекла состоит из, по меньшей мере, двух слоев стекла, и оптические свойства, по меньшей мере, двух слоев стекла в комплекте слоев стекла отличаются друг от друга, но это не оказывает влияния на распространение света через оптическое волокно.

Таким образом, авторы настоящего изобретения обнаружили, что первое волокно, изготовленное из первой первичной заготовки, сформированная из одного или более слоев заготовки, каждый из которых, в свою очередь, сформирован из слоев стекла, идентичных друг другу, имеет такие же оптические свойства, как второе волокно, изготовленное согласно настоящему изобретению, причем усредненные оптические свойства комплекта слоев стекла во второй первичной заготовке соответствуют оптическим свойствам слоев стекла в первой первичной заготовке. Заметим, что усредненные оптические свойства определяются в радиальном направлении.

Другими словами, авторы настоящего изобретения обнаружили, что в процессе внутреннего осаждения из паровой фазы, в котором производится осаждение сравнительно тонких слоев стекла, не все слои стекла должны иметь строго одинаковый показатель преломления или одинаковую площадь поперечного сечения; предпочтительно, толщина отдельного слоя стекла в оптическом волокне, созданном из первичной заготовки, значительно меньше длины волны света, который распространяется через оптическое волокно, и средний показатель преломления слоев стекла идентичен показателю преломления слоя заготовки в первичной заготовке, в которой все слои стекла демонстрируют одинаковый показатель преломления. Кроме того, желательно применять вышеописанную задачу, касающуюся значения показателя преломления, также к площади поперечного сечения слоев стекла в комплекте слоев стекла, полученных осаждением.

С использованием настоящего изобретения, можно устанавливать условия осаждения слоев стекла таким образом, чтобы геометрический конус был минимальным, а оптический конус слабо или вовсе не подвергался влиянию. С использованием настоящего изобретения, также можно устанавливать условия осаждения слоев стекла таким образом, чтобы оптический конус был минимальным, а геометрический конус слабо или вовсе не подвергался влиянию. Другими словами, было обнаружено, что с использованием настоящего изобретения можно устанавливать оптический конус и геометрический конус независимо друг от друга. Следовательно, используемая длина первичной заготовки может увеличиваться в сравнении со способами, отвечающими уровню техники.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность установления среднего показателя преломления и/или средней площади поперечного сечения слоя заготовки, если смотреть в радиальном направлении, в зависимости от позиции вдоль длины заготовки. Для этого условия осаждения можно изменять как функцию позиции зоны реакции. Поэтому желательно, чтобы условия осаждения слоев стекла, являющихся смежными друг с другом в комплекте слоев стекла, отличались друг от друга.

В частности, была обнаружена возможность уменьшить локальные отклонения от среднего показателя преломления и/или средней площади поперечного сечения слоя заготовки, если смотреть в радиальном направлении, за счет установления условий осаждения как функции позиции зоны реакции, если смотреть в продольном направлении пустотелой стеклянной трубки основы, для каждого из слоев стекла в комплекте слоев стекла. Таким образом, предпочтительно, чтобы в конкретном комплекте слоев стекла значение показателя преломления и/или площадь поперечного сечения одного слоя стекла, полученного осаждением, отличалось от значения показателя преломления и/или площади поперечного сечения другого слоя стекла, полученного осаждением.

Другими словами, настоящее изобретение не ограничивается влиянием на геометрический и оптический конус, но допускает использование вдоль полной длины первичной заготовки.

В особом варианте осуществления, среднее значение показателя преломления и/или средняя площадь поперечного сечения конкретного комплекта слоев стекла, состоящего из нескольких отдельных слоев стекла, полученных осаждением, можно рассматривать как комбинацию значения показателя преломления или площади поперечного сечения каждого из отдельных слоев стекла, при том, что значения показателя преломления и/или площади поперечного сечения, по меньшей мере, двух таких отдельных слоев стекла в вышеупомянутом комплекте слоев стекла отличаются друг от друга.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает возможность изготовления первичной заготовки, в которой отношение площадей поперечного сечения различных слоев заготовки, по существу постоянно вдоль длины первичной заготовки, но при этом значения толщины слоев для слоев заготовки не постоянны вдоль длины первичной заготовки. Такую первичную заготовку можно снабдить дополнительным слоем стекла на дополнительном этапе обработки, выбирая при этом толщину слоя дополнительного слоя стекла таким образом, чтобы отношение между площадью поперечного сечения дополнительного слоя стекла и площадью поперечного сечения слоя заготовки было постоянным вдоль длины первичной заготовки. Таким образом, получается окончательная первичная заготовка, в которой отношение между дополнительным слоем и слоями заготовки постоянно вдоль длины окончательной заготовки. Наружный диаметр такой окончательной заготовки обычно не постоянен в продольном направлении. Вышеупомянутая технология также именуется "улучшение профиля за счет дополнительной оболочки". После вытягивания в волокно, имеющее постоянный наружный диаметр, окончательная заготовка, создаваемая по технологии улучшения профиля за счет дополнительной оболочки, даст волокно, в котором значения толщины слоев стекла для концентрических слоев сердцевины и оболочки, по существу, постоянны, если смотреть в продольном направлении, что, в свою очередь, позволяет создать волокно, демонстрирующее, по существу, постоянные оптические свойства, если смотреть в продольном направлении.

Таким образом, решается, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых задач.

В предпочтительном варианте осуществления, каждый из слоев стекла в комплекте слоев стекла имеет толщину, если смотреть в радиальном направлении, в пределах от 0,1 мкм до 10 мкм, предпочтительно, от 0,5 мкм до 5 мкм.

В другом предпочтительном варианте осуществления, количество слоев стекла, из которых сформирован комплект слоев стекла, находится в диапазоне от 2 до 100, предпочтительно от 2 до 50, и более предпочтительно, от 4 до 30. Сравнительно большое количество слоев стекла позволяет обеспечивать точную регулировку усредненных оптических свойств комплекта слоев стекла. Малое количество слоев стекла сравнительно легко поддается управлению, но налагает ограничения в отношении возможностей установления усредненных оптических свойств комплекта слоев стекла. Процесс, легко управляемый на практике, может осуществляться с использованием комплекта слоев стекла, содержащего около 10-20 слои стекла.

Количество слоев стекла в комплекте слоев стекла предпочтительно устанавливать так, чтобы выполнялось следующее условие:

,

где

N = количество слоев стекла в комплекте слоев стекла [-]

λ = минимальная используемая длина волны оптического волокна [мкм]

D = толщина слоя 3 стекла в комплекте 4 слоев стекла первичной заготовки [мкм]

Q_final = диаметр окончательной заготовки, созданной из первичной заготовки [мм]

Q_fibre = диаметр оптического волокна [мм].

Задание условий осаждения предпочтительно содержит установление одного или более параметров процесса, выбранных из группы, состоящей из: количества дополнительного газа, подлежащего измерению на стороне подачи, скорости движения зоны реакции, интенсивности плазмы зоны реакции и длины зоны реакции. Термин "количество" следует понимать, в частности, в смысле расхода, т.е. количество за единицу времени.

Заметим, что направление движения зоны реакции не следует рассматривать как условие осаждения.

Таким образом, в особом варианте осуществления настоящего изобретения существует возможность разделения длины осаждения, т.е. длины трубки основы вдоль которой зона реакции перемещается между двумя точками разворота, на отдельные области осаждения, причем для каждой области осаждения определяется соответствующее условие осаждения. В частности, получается, что условие осаждения, определяемое для области осаждения, можно регулировать в ходе процесса осаждения.

Подача дополнительного газа предпочтительно происходит в форме одного или более импульсов, имеющих длину импульса и высоту импульса. В реакционную смесь добавляются легирующие примеси. Подходящее устройство для этого варианта осуществления описано в EP 2 199 263. С использованием упомянутого устройства, основной поток газа, состоящий из стеклообразующих газов, в необязательном порядке содержащий некоторое количество легирующих примесей, подводится со стороны подачи пустотелой стеклянной трубки основы. Дополнительное количество легирующих примесей можно подавать в дополнительном потоке газа. Таким образом, настоящее изобретение можно использовать, например, добавляя импульсы дополнительной легирующей примеси в основной поток газа.

Длина импульса, предпочтительно, поддерживается сравнительно небольшой, чтобы можно было устанавливать показатель преломления слоя стекла, если смотреть в продольном направлении, как можно точнее. Тогда высота импульса определяет степень влияния на показатель преломления. Предпочтительно, длина импульса находится в диапазоне от 1 мс до 500 мс, более предпочтительно, от 1 мс до 200 мс, еще более предпочтительно, от 5 мс до 100 мс.

Хотя устройство согласно EP 2 199 263 относится к импульсной подаче дополнительных газов, способ согласно настоящему изобретению этим не ограничивается. Можно также, например, использовать контроллер расхода, например, контроллер массового расхода.

Дополнительный газ может представлять собой газ, который увеличивает или уменьшает показатель преломления. Кроме того, настоящее изобретение не ограничивается использованием одной легирующей примеси; можно также использовать комбинацию легирующих примесей. Кроме того, используемые легирующие примеси могут изменяться с каждым слоем стекла в комплекте слоев стекла. Подходящими легирующими примесями являются, например, GeCl₄, PO₂Cl₅, N₂CF₄, SiF₄, C₂F₆, C₄F₈, CCl₂F₂, SiF₄, Si₂F₆, SF₆, NF₃ и F₂.

Устанавливая количество легирующей примеси вдоль длины первичной заготовки можно получать желаемый продольный профиль показателя преломления. При необходимости, скорость движения зоны реакции также можно устанавливать как функцию позиции, чтобы влиять на толщину слоя стекла в продольном направлении. Таким образом, можно также влиять на геометрическую бумагу.

Дополнительный газ также может представлять собой газ, который непосредственно не оказывает воздействия, повышающего показатель преломления или снижающего показатель преломления, но посредством которого такое воздействие может оказываться косвенно. Примерами таких газов являются O₂, Ar и He. Упомянутые газы, при подаче в зону реакции, влияют на интенсивность плазмы, в результате чего эффективность внедрения легирующих примесей может увеличиваться или уменьшаться, в зависимости от обстоятельств. Кроме того, можно, в некоторой степени, влиять на суммарное количество осаждаемого стекла и, таким образом, толщину слоя для слоя стекла.

По соображениям управляемости процесса осаждения, в способе согласно изобретению предпочтительно использовать только один дополнительный газ. Заметим, что газы, дополнительно подаваемые для установления среднего показателя преломления в радиальном направлении комплекта слоев стекла, могут или не могут суммироваться с основным объемом легирующих примесей, уже подаваемых в пустотелую стеклянную трубку основы в качестве постоянного потока совместно с другими стеклообразующими газами.

Задание комплекта слоев стекла, предпочтительно, дополнительно содержит установление длины осаждения для каждого слоя стекла. Под длиной осаждения следует понимать расстояние между точкой разворота зоны реакции вблизи стороны подачи и точкой разворота зоны реакции вблизи стороны выпуска пустотелой стеклянной трубки основы. Таким образом, установление длины осаждения можно производить, устанавливая позицию точек разворота зоны реакции для слоев стекла в комплекте слоев стекла. Изменение длины осаждения является одной возможностью оказывать влияние на толщину слоя комплекта слоев стекла вблизи стороны подачи и/или стороны выпуска. Предпочтительно, чтобы длина осаждения на стороне подачи не превышала длину плазмы. Кроме того, предпочтительно, чтобы длина осаждения на стороне выпуска не превышала длину плазмы. Длина плазмы в процессе PCVD оставляет от около 5 см до около 60 см, предпочтительно, от 15 см до 25 см. Заметим, что установление длины осаждения не следует рассматривать как задание условий осаждения.

Зона реакции предпочтительно представляет собой плазму, генерируемую посредством микроволнового излучения, она предпочтительно совершает возвратно-поступательное движение в продольном направлении пустотелой стеклянной трубки основы, между двумя точками разворота, со средней скоростью в пределах от 2 м/мин до 40 м/мин, предпочтительно, от 15 м/мин до 25 м/мин.

Первичная заготовка, предпочтительно, содержит, по меньшей мере, один слой заготовки, каковой слой заготовки, по меньшей мере, частично сформирован из комплектов слоев стекла, причем слой заготовки имеет, по существу, постоянный средний показатель преломления, если смотреть в радиальном направлении. Принцип настоящего изобретения применим, как к слоям заготовки, имеющим постоянный (средний) показатель преломления, именуемым слоями заготовки со "ступенчатым показателем преломления", так и к слоям заготовки, имеющим непостоянный показатель преломления. Например, настоящее изобретение также можно использовать при изготовлении заготовок для оптических волокон, имеющих сердцевину типа градиентного показателя преломления или сердцевину, имеющую треугольный профиль показателя преломления.

Если первичная заготовка содержит несколько разных слоев заготовки, комплекты слоев стекла, из которых сформированы упомянутые разные слои заготовки, могут отличаться друг от друга. Первый слой заготовки может быть сформирован, например, из комплектов слоев стекла, содержащих десять слоев стекла, тогда как второй слой заготовки формируется из комплектов слоев стекла, содержащих шестнадцать слоев стекла.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления окончательной заготовки для оптического волокна, содержащему этапы, на которых:

i) изготавливают первичную заготовку согласно настоящему изобретению;

ii) сжимают первичную заготовку, полученную на этапе i), в цельную первичную заготовку под влиянием источника тепла,

iii) в необязательном порядке, наносят дополнительное количество стекла на внешнюю сторону цельной первичной заготовки, полученной на этапе ii), для формирования окончательной заготовки.

Затем оптическое волокно можно создавать путем нагрева одного конца окончательной заготовки и вытягивания из нее оптического волокна. Способы вытягивания оптических волокон известны в технике.

Настоящее изобретение дополнительно относится к первичной заготовке, полученной посредством настоящего способа, произведенной затем окончательной заготовке и получаемым из нее оптическим волокнам.

Далее настоящее изобретение будет объяснено более подробно посредством примера со ссылкой на ряд фигур, в связи с чем, следует отметить, однако, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается нижеприведенными примерами.

Фиг.1 схематически показывает плазмохимический процесс внутреннего осаждения из паровой фазы.

Фиг.2 схематически показывает радиальный профиль показателя преломления оптического волокна со ступенчатым показателем преломления

Фиг.3 показывает часть радиального профиля показателя преломления оптического волокна со ступенчатым показателем преломления согласно уровню техники.

Фиг.4 показывает часть радиального профиля показателя преломления оптического волокна со ступенчатым показателем преломления согласно настоящему изобретению.

Фиг.5 показывает вариант осуществления реализации способа согласно настоящему изобретению.

Фиг.6 показывает пример характеристической кривой.

Фиг.7 показывает пример нескольких характеристических кривых.

Фиг.8 схематически показывает предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Фиг.9 показывает продольный профиль показателя преломления первичной заготовки, изготовленной согласно уровню техники.

Фиг.10 показывает продольный геометрический профиль первичной заготовки, изготовленной согласно уровню техники.

Фиг.11 показывает продольный профиль показателя преломления первичной заготовки, изготовленной согласно настоящему изобретению.

Фиг.12 показывает продольный геометрический профиль первичной заготовки, изготовленной согласно настоящему изобретению.

На фиг.1 схематически показан процесс внутреннего осаждения из паровой фазы для изготовления первичной заготовки для оптических волокон. Пустотелая стеклянная трубка 5 основы имеет сторону 6 подачи и сторону 7 выпуска. Сторона 6 подачи и сторона 7 выпуска могут располагаться между каналом впуска газа и каналом выпуска газа, соответственно (не показаны). Сторона 6 подачи и сторона 7 выпуска может быть сужена, например, посредством цилиндрического канала, снабженного уплотнительным кольцом, что позволяет изолировать внутренний объем пустотелой стеклянной трубки 5 основы от окружающей атмосферы. Такая конструкция позволяет осуществлять процесс внутреннего осаждения из паровой фазы при пониженном давлении, когда насос (не показан) подключен к каналу выпуска газа. Реакционная смесь, содержащая стеклообразующие газы и необязательные легирующие примеси, подводится на стороне 6 подачи в ходе процесса осаждения из паровой фазы. Любые дополнительные легирующие примеси, подаваемые согласно способу настоящего изобретения, могут либо подаваться непосредственно на стороне 6 подачи, либо смешиваться с реакционной смесью до подачи.

Кроме того, на фиг.1 показана зона 8 реакции, каковая зона 8 реакции совершает возвратно-поступательное движение в ходе процесса внутреннего осаждения из паровой фазы между точкой 11 разворота, находящейся вблизи стороны 6 подачи, и точкой 12 разворота, находящейся вблизи стороны 7 выпуска. Зона 8 реакции имеет длину 9, если смотреть в продольном направлении трубки 5 основы, которая сравнительно мала по отношению к длине осаждения. Для процесса PCVD, длина 9 оставляет от около 5 см до около 60 см.

Расстояние между двумя точками разворота равна длине 10 осаждения, каковая длина 10 осаждения соответствует длине, вдоль которой слои стекла осаждаются на внутренней поверхности пустотелой стеклянной трубки 5 основы. В процессе внутреннего осаждения из паровой фазы типа PCVD, по меньшей мере, длина 10 осаждения и две точки разворота могут быть окружены печью (не показана), в которой установлена температура от около 800°C до около 1300°C, предпочтительно 950°C - 1100°C.

В ходе процесса внутреннего осаждения из паровой фазы, газовая смесь легированных или нелегированных стеклообразующих газов подводится через сторону 6 подачи пустотелой стеклянной трубки 5 основы, каковые стеклообразующие газы преобразуются в стекло в зоне 8 реакции. С использованием возвратно-поступательного движения зоны 8 реакции между точками 11 и 12 разворота, несколько слоев 3 стекла (см. фиг.3 и 4) осаждаются, таким образом, на внутренней поверхности пустотелой стеклянной трубки 5 основы.

Настоящее изобретение относится к процессу внутреннего осаждения из паровой фазы типа PCVD, в котором микроволновое излучение направляется внутрь пустотелой стеклянной трубки 5 основы через резонансное пространство, также именуемое резонатором, которое частично окружает пустотелую стеклянную трубку 5 основы, если смотреть в продольном направлении, для формирования зоны 8 реакции, т.е. плазмы. Длина 9 зоны 8 реакции зависит, в частности, от конструкции резонатора и настроек процесса. Отношение между длиной 9 зоны реакции и длиной резонатора, если смотреть в продольном направлении, находится в диапазоне от около 0,5 до около 3.

В процессе PCVD, резонансное пространство совершает возвратно-поступательное движение вдоль длины пустотелой стеклянной трубки основы между точками 11 и 12 разворота. Резонаторы известны в технике, например из патентных заявок США опубликованных под №№ US 2007/0289532, US 2003/0159781 и US 2005/0172902, и патентов США №№ US 4844007, US 4714589 и US 4877938. Процесс PCVD является так называемым процессом низкого давления, и это означает, что давление в ходе процесса внутреннего осаждения из паровой фазы устанавливается в диапазоне 1-40 мбар, предпочтительно, в диапазоне 5-30 мбар.

На фиг.2 схематически показан радиальный профиль показателя преломления сжатой первичной заготовки для оптического волокна. Первичная заготовка содержит сердцевину 1 и оболочку 2. Разность показателей преломления между сердцевиной 1 и оболочкой 2 обозначается Δn1. Сердцевина 1 и оболочка 2 имеют постоянное значение показателя преломления, если смотреть в радиальном направлении. Таким образом, обеспечивается первичная заготовка для оптического волокна с показателем преломления ступенчатого типа. После изготовления первичной заготовки согласно фиг.2, оболочка 2 содержит трубку 5 основы и, возможно, один или боле