СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КВАРЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ Российский патент 1995 года по МПК C03B37/18 

Изобретение относится к нанесению покрытий, в частности, к способам производства кварцевых заготовок волоконных световодов осаждением из газовой фазы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства кварцевых заготовок волоконных световодов путем химического осаждения слоев фторсиликатной оболочки на внутреннюю поверхность кварцевой трубки из газовой фазы в высокочастотной плазме атмосферного давления и последующего схлопывания трубки кольцевой высокочастотной плазмой атмосферного давления.

К недостаткам способа следует отнести сравнительно невысокий диаметр получаемых заготовок (20-25 мм) и, как следствие, небольшую строительную длину вытягиваемого световода; существенное испарение стекла с поверхности заготовки при схлопывании; невысокую прочность.

Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет увеличения диаметра получаемой заготовки и снижения оптических потерь.

Поставленная цель достигается тем, что в способе производства кварцевых заготовок волоконных световодов путем химического осаждения слоев фторсиликатной оболочки на внутреннюю поверхность кварцевой трубки из газовой фазы в высокочастотной плазме атмосферного давления и последующего схлопывания трубки кольцевой высокочастотной плазмой атмосферного давления, перед схлопыванием кварцевой трубки с осажденными фторсиликатными слоями разогревают ее до размягчения и создают избыточное давление до достижения заданного диаметра кварцевой трубки, затем наносят дополнительное количество слоев фторсиликатной оболочки.

На чертеже представлено устройство для изготовления заготовок волоконных световодов.

Устройство состоит из исходной кварцевой трубки 1 (КТ), блока 2 химреагентов, ВЧ-генератора 3, ВЧ-плазмотрона 4, концентрирующего ВЧ-разряд 5 атмосферного давления, механизма 6 перемещения и вращения, штуцера 7, экрана 8, за которым инициируется кольцевой формы ВЧ-разряд 9 атмосферного давления, штуцера 10, гидрозатвора 11, системы 12 контроля осажденных слоев.

Способ реализуется следующим образом.

Внутри (КТ) 1 на смеси Ar + O₂, подаваемой от блока 2 химреагентов при помощи ВЧ-генератора 3 ит ВЧ-плазмотрона 4, инициирует высокочастотный разряд 5 атмосферного давления, трубку 1 вращают и перемещают относительно плазмотрона 4 с помощью механизма 6 перемещения и вращения. При подаче в трубку от блока 2 паров галидов (SiCl₄, C₃F₈, либо С₂Сl₃F₃) осуществляются плазмохимические реакции и происходит осаждение стеклообразных слоев стекла, формирующих оболочку заготовки до толщины (контролируемой системой 12), при которой не нарушается электродинамика ВЧ-разряда. Это условие реализуется при D₁ D_кр, где D₁ внутренний размер КТ с осажденными слоями; D_кр минимальный внутренний диаметр КТ с осажденными слоями, при котором не происходит существенного изменения электродинамики (так называемый критический диаметр). Значение D_кр изменяется в зависимости от номинала КТ; мощности, рассеиваемой в разряде, состава химреагентов, частоты генератора и т.д. В дальнейшем отключают подачу галидов в КТ, при помощи гидрозатвора создают избыточное давление внутри трубы и за счет разогрева КТ до 2000-2300^оС теплом плазмы осуществляют раздув ее по всей длине зоны осаждения. В результате D₁ увеличивают на несколько миллиметров. Затем отключают гидрозатвор, включают подачу галидов в зону ВЧ-разряда и продолжают процесс формирования толстой фторсиликатной оболочки до заданного значения, при необходимости, вплоть до момента, когда D₁ D_кр. После осаждения SiO₂- F-оболочки отключают подачу плазмообразующих газов (О₂, Ar) и галидов, ВЧ-плазма гасится.

Внутри КТ коаксиально устанавливают предварительно подготовленный (прошедший химтравлениe и огневую полировку) кварцевый штабик диаметром на 4-6 мм меньше достигнутого после ВЧ-плазменного осаждения D₁. В дальнейшем от блока химреагентов через штуцер 7 в промежуток водоохлаждаемый экран 8 КТ 1 тангенциально вводят Ar и благодаря действию осциллирующего электромагнитного поля ВЧ-плазмотрона в промежутке инициируют кольцевой формы ВЧ-разряд 9 атмосферного давления. Экран 8 предохраняют от деформации плазмой под действием водяного потока через штуцер 10. В дальнейшем в трубку подают от химблока кислород с фтор- и хлорсодержащими веществами, например ССl₄, CCl₂F₂ и т.д. При вращении и перемещении трубки относительно ВЧ-плазмотрона 4 и создании внутри трубки избыточного давления от гидрозатвора 11 происходит быстрое схлопывание КТ с осажденной SiO₂- F-оболочкой на кварцевый штабик (так называемый процесс жакетирования) за счет создания повышенной температуры 2500-2800^оС на наружной поверхности опорной трубки от теплового поля внешнего кольцевого ВЧ-разряда и обеспечения перед жакетированием начального зазора между КТ и коаксиально расположенным в ней штабиком примерно 2-3 мм.

Изобретение позволяет вести весь процесс по формованию (ЗВС) в одном из реакторов ВЧ-индукционном плазмотроне. Поскольку диаметр вставляемого кварцевого штабика очень незначительно отличается от внутреннего диаметра КТ вследствие осаждения утолщенной SiO₂ F-оболочки, появляется возможность снизить время проведения процесса жакетирования до 15-20 мин. В результате резко сокращается испарение с наружной поверхности КТ кварцевого стекла, что приводит к увеличению диаметра заготовки до 50 мм и более, повышение строительной длины волоконного световода до 50 км, уменьшение диффузионных процессов переноса атомов примеси (ОН-групп, ионов переходных металлов и т.д.) из материала опорной трубки (оптические потери в стекле опорной кварцевой трубки отечественного производства 80 дБ/км) и снижение оптических потерь в световодах, особенно в среднем ИК-диапазоне спектра.

П р и м е р. При формировании фторсиликатной оболочки температура стенки КТ при раздуве ее за счет тепла плазмы Т_{раздува}=2000^о С. Температура схлопывания Т_схл2800^о С. Диаметр формуемой заготовки после схлопывания 50 мм. Структурный параметр b 1,2. Числовая апертура приблизительно 0,26. Оптические потери λ2,08 мкм приблизительно 0,075 дБ/м.

Способ позволит увеличить диаметр формуемых заготовок более, чем на 20% а строительную длину световода > чем на 40% При этом оптические потери снижаются с 1,5-2,0 дБ/м до < 0,075 дБ/м, (λ= 2,08 мкм), а испарение кварцевого стекла с поверхности формуемой заготовки уменьшается до 5%

Сущность изобретения: способ производства кварцевых заготовок волоконных световодов включает осаждение слоев фторсиликатной оболочки на внутреннюю поверхность кварцевой трубки из газовой фазы в высокочастотной плазме атмосферного давления, разогрев трубки до размягчения и создание избыточного давления до достижения заданного диаметра, нанесение дополнительного количества слоев фторсиликатной оболочки, затем схлопывание трубки кольцевой высокочастотной плазмы атмосферного давления. 1 ил.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КВАРЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ путем химического осаждения слоев фторсиликатной оболочки на внутреннюю поверхность кварцевой трубки из газовой фазы в высокочастотной плазме атмосферного давления и последующего схлопывания трубки кольцевой высокочастотной плазмой атмосферного давления, отличающийся тем, что перед схлопыванием кварцевой трубки с осажденными фторсиликатными слоями разогревают ее до размягчения и создают избыточное давление до достижения заданного диаметра кварцевой трубки, затем наносят дополнительное количество слоев фторсиликатной оболочки.