СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО ПОДВИЖНОГО ОПТИЧЕСКОГО СВЕТОВОДА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК C03B37/75 

Настоящее изобретение относится к дисперсионному подвижному оптическому световоду, в частности к дисперсионному подвижному оптическому световоду с кольцевым профилем коэффициента преломления, выполненным вокруг сердцевины, а также меньшим по размеру, чем сердцевина, и способу его изготовления, посредством которого геометрическая структура оптического световода является однородной за счет выравнивания коэффициента преломления при помощи способа MCVD, в котором химическое газообразное вещество вводится в кварцевую трубку и нагревается внешней горелкой напыления.

Настоящая заявка основана на корейской заявке N 40089/1995, которая приведена здесь в виде ссылки.

В настоящее время дисперсионный подвижный световод, в котором используется кварцевый оптический световод диаметром 1,55 мкм для высокоскоростных сетей передачи информации, различается по типам и характеристикам. Типы и характеристики дисперсионного подвижного оптического световода, которые здесь не рассматриваются, подробно описаны в публикации ("Оптические волоконные средства связи 11", опубликованной в Academic Press, Inc., с. 29-36). Среди различных дисперсионных подвижных оптических световодов наиболее известен дисперсионный подвижный оптический световод с кольцевым профилем коэффициента преломления, который обладает преимуществом по микропотерям на изгибе. Оптический световод такой структуры был предложен Бхагаватулой и его сотрудниками в 1983 г. и описан в патенте США N 4412722 в 1983 г. и в патенте США N 4516826 в 1984 г., где сообщается, что он имеет слой с низким коэффициентом преломления, расположенным по кольцу вокруг сердцевины, для защиты сердцевины. Изготавливается он в основном способом OVD (способом внешнего парового напыления) и способом MCVD (модифицированное химическое паровое напыление). Однако при помощи способа OVD трудно изготовить оптический световод со структурой, имеющей шагообразный кольцевой профиль коэффициента отражения, который описан в патентах США N 4715679, Кореи N 26410 и N 49509, хотя несложно изготовить оптический световод со структурой, которая имеет треугольный кольцевой профиль, или также с пористой структурой, имеющей относительно большой внешней диаметр основного вещества с некоторыми степенями свободы. Хотя способ MCVD позволяет упростить изготовление оптического световода с любым необходимым профилем путем управления однородным потоком при внутреннем напылении, которое описано в патентах США N 4737179, N 4822399 и N 4755022, но не обеспечивает возможности изготовления оптического световода с большим внешним диаметром основного вещества.

Патент США N 4755022, кл. G 02 B 6/22, 1988, выбранный в качестве прототипа, описывает способ изготовления дисперсионного оптического световода. Со ссылками на систему, представленную на фиг. 1, способ описывается следующим образом: постоянное количество исходного газообразного вещества подают от системы снабжения исходным газообразным веществом в кварцевую трубку, которую нагревают горелкой при постоянной температуре для изготовления дисперсионного подвижного оптического световода с кольцевым профилем коэффициента преломления. Перед напылением слоя с первым покрытием нагревают за определенное время кварцевую трубку до температуры поверхности 1890^oC для того, чтобы добиться однородности внутри кварцевой трубки, и поддерживают при помощи внешней кислородной или водородной горелки постоянную температуру на уровне 1890^oC при подаче 5400 мг/м SiCl₄, 450 мг/м GeCl₄, 40 мг/м POCl₃ и 12 см³/м CF₄, как изображено на фиг. 3B и 3F. После этого в кварцевую трубку подают 3000 мг/м SiCl₄, 1300 мг/м GeCl₄, 35 мг/м POCl₃ и 2000 см³/м O₂ и нагревают ее равномерно до температуры 1905^oC для напыления кольцевого пояса, как изображено на фиг. 3А. Далее в кварцевую трубку подают 4000 мг/м SiCl₄, 450 мг/м GeCl₄, 25 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄ и нагревают равномерно до температуры 1915^oC для формирования слоя со вторым покрытием, как изображено на фиг. 3A. Кроме того, в кварцевую трубку подают 1100 мг/м SiCl₄ и 2000 мг/м O₂ и добавляют GeCl₄ до 60-250 мг/м при одновременном нагревании трубки при температуре 1910^oC для напыления сердцевидной зоны. Затем производят конденсацию окончательно напыленного оптического световода в кварцевой трубке при температуре 2300-2320^oC и добавляют CF₄ 30-40 см³/м в конденсированный оптический световод. В итоге производят травление при температуре 2200-2250^oC, после чего нагревают до температуры 2340-2360^oC и запаивают и закрывают так, как изображено на фиг. 3A.

Основное вещество напыленного подвижного оптического световода с кольцевым профилем предшествующего уровня техники, как описано выше, имеет конусообразное распределение показателя преломления в своей сердцевине. Для достижения максимального коэффициента преломления в центре сердцевины необходимо увеличить количество GeCl₄ в центре сердцевины. Однако в процессе увеличения количества GeO₄ возникает проблема, связанная с образованием наклона центра, который приводит к уменьшению коэффициента преломления между проходами напыления и в центре сердцевины в способе.

Описанный выше оптический световод имеет другой недостаток, который заключается в многочисленных изменениях оптических характеристик, вдоль длины основного вещества в оптическом световоде, когда основное вещество проводится от оптического световода из-за малого диаметра сердцевины по сравнению с традиционным одномодовым оптическим световодом.

В основу настоящего изобретения положена задача создать способ образования не волнистого по сечению коэффициента преломления посредством регулировки температуры напыления и количества дозируемых потоков напыления при напылении основного вещества и уменьшения наклона центра посредством добавления определенного количества SF₆ и CF₄ в CeO₂, которые проникают в центр сердцевины при высокой температуре в течение процесса изготовления основного вещества.

Другой задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание способа изготовления диаметральной части сердцевины для обеспечения однородности за счет увеличения внешнего диаметра основного вещества.

Способ изготовления дисперсионного подвижного оптического световода с гладким кольцевым профилем коэффициента отражения согласно настоящему изобретению содержит следующие шаги: (а) нагревают кварцевую трубку внешней кислородной или водородной горелкой от 1875^oC до 1903^oC и подают в кварцевую трубку смесь, включающую 5200 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 30 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄ так, чтобы произвести напыление первого покрытия; (в) подают сырье, включающее 3300 мг/м SiCl₄, 1150 мг/м GeCl₄, 20 мг/м POCl₃ и 1500 см³/м O₂, при постоянной температуре 1900^oC так, чтобы произвести напыление кольцевой зоны; (с) подают сырье, включающее 3800 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 10 мг/м POCl₃ и 7 см³/м CF₄ при повышении температуры от 1890^oC до 1897^oC так, чтобы произвести напыление второго покрытия; (d) нагревают в течение девяти проходов с понижением температуры от 1920^oC до 1890^oC для того, чтобы произвести напыление сердцевидной зоны, причем количество SiCl₄ подаваемого потока уменьшают от 380 мг/м до 260 мг/м в течение девяти проходов, количество GeCl₄ подаваемого потока увеличивают от 20 мг/м до 195 мг/м в течение девяти проходов, количество O₂ подаваемого потока оставляют постоянным на уровне 1500 см³/м в течение девяти проходов; и (e) конденсируют окончательно напыленный оптический световод при температуре 2300-2360^oC, при этом добавляют 30-40 см³/м CF₄ в кварцевую трубку, травят при температуре 2220-2250^oC и добавляют 100 см³/м Cl₂ в кварцевую трубку при температуре 2350-2370^oC для запайки закрывания.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематический вид процесса изготовления согласно основному способу MCVD;
фиг. 2 - кольцевой профиль предшествующего уровня техники;
фиг. 3A изображает температуру нагрева на отдельных проходах в процессе изготовления традиционного кольцевого профиля;
фиг. 3B изображает подачу потока SiCl₄, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления традиционного кольцевого профиля;
фиг. 3C изображает подачу потока GeCl₄, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления традиционного кольцевого профиля;
фиг. 3D изображает подачу потока POCL₃, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления традиционного кольцевого профиля;
фиг. 3E изображает подачу потока O₂, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления традиционного кольцевого профиля;
фиг. 3F изображает подачу потока CF₄(SF₆), производимую в отдельных проходах в процессе изготовления традиционного кольцевого профиля;
фиг. 4 - кольцевой профиль настоящего изобретения;
фиг. 5A изображает температуру нагрева на отдельных проходах в процессе изготовления гладкого кольцевого профиля коэффициента преломления согласно настоящему изобретению;
фиг. 5B изображает подачу потока SiCl₄, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления гладкого кольцевого профиля коэффициента преломления согласно настоящему изобретению;
фиг. 5C изображает подачу потока GeCl₄, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления гладкого кольцевого профиля коэффициента преломления согласно настоящему изобретению;
фиг. 5D изображает подачу потока POCl₃, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления гладкого кольцевого профиля коэффициента преломления согласно настоящему изобретению;
фиг. 5E изображает подачу потока O₂, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления согласно настоящему изобретению;
фиг. 5F изображает подачу потока CF₄(SF₆), производимую в отдельных проходах в процессе изготовления гладкого кольцевого профиля коэффициента преломления согласно настоящему изобретению;
фиг. 5G изображает подачу потока Cl₂, производимую в отдельных проходах в процессе изготовления гладкого кольцевого профиля коэффициента преломления согласно настоящему изобретению;
Как изображено на фиг. 1, в течение нагрева кварцевой трубки горелкой при постоянной температуре определенное количество газовой смеси поступает в кварцевую трубку через устройство подачи газовой смеси так, чтобы создать дисперсионный подвижный оптический световод с кольцевой зоной коэффициента преломления. Для того, чтобы подробно описать представленный выше способ, кварцевую трубку нагревают до температуры ее поверхности 1875^oC за определенное время так, чтобы выполнить ее внутреннюю поверхность однородной, как изображено на фиг. 5A. Далее, как изображено на 5B-5G, кварцевую трубку снова нагревают внешней кислородной горелкой от температуры 1875^oC до 1903^oC в течение девяти проходов, за которые температура увеличивается на 3,5^oC, за такое же время при подаче 5200 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 30 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄ так, чтобы произвести напыление первого покрытия. Для напыления коьцевой зоны подают 3300 мг/м SiCl₄, 1150 мг/м GeCl₄, 20 мг/м POCl₃ и 1500 см³/м O₂ при постоянной температуре напыления 1900^oC,как изображено на фиг. 5A. Затем, чтобы подготовить второе покрытие, смесь подается в кварцевую трубку, включающую 3800 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 10 мг/м POCl₃ и 7 см³/м CF₄, как изображено на фиг. 5B-5C, при увеличении температуры от 1890^oC до 1897^oC, как изображено на фиг. 5A. В итоге температура напыления уменьшается от 1920^oC до 1820^oC в девяти проходах (см.фиг. 5A) так, чтобы произвести напыление в сердцевидной зоне. Хотя количество подаваемого потока SiCl₄ уменьшается от 380 мг/м до 260 мг/м в девяти проходах, количество подаваемого потока GeCl₄ увеличивается от 20 мг/м до 195 мг/м в девяти проходах, а количество подаваемого потока O₂ сохраняется постоянным на уровне 1500 см³/м в девяти проходах. При этом количество подаваемого потока смесей показано в таблице 1.

Затем, производят конденсацию окончательно напыленного оптического световода при температуре 2300-2360^oC, как изображено на фиг. 5A, и добавляют 30-40 см³/м CF₄ в кварцевую трубку, как изображено на фиг. 5F. После травления при температуре 2220-2250^oC в кварцевую трубку подают 100 см³/м Cl₂, как изображено на фиг. 5C при ее нагревании при температуре 2350-2370^oC, как изображено на фиг. 5A, для запайки и закрытия.

В другом варианте воплощения настоящего изобретения температуру напыления уменьшают от 1905^oC до 1890^oC в девяти проходах так, чтобы произвести напыление сердцевидной зоны. Хотя количество подаваемого потока SiCl₄ уменьшают от 300 мг/м до 260 мг/м в девяти проходах, количество подаваемого потока GeCl₄ увеличивают от 20 мг/м до 195 мг/м в девяти проходах, а количество подаваемого потока O₂ сохраняют на постоянном уровне 1500 см³/м в девяти проходах. При этом количество подаваемого потока смесей показано в таблице 2.

В дальнейшем варианте воплощения настоящего изобретения температуру напыления уменьшают от 1905^oC до 1890^oC в девяти проходах так, чтобы произвести напыление сердцевидной зоны. Хотя количество подаваемого потока SiCl₄ уменьшают от 300 мг/м до 260 мг/м в девяти проходах, количество подаваемого потока GeCl₄ увеличивают от 30 мг/м до 195 мг/м в девяти проходах, а количество подаваемого потока O₂ сохраняют на постоянном уровне 1500 см³/м в девяти проходах. При этом количество подаваемого потока смесей показано в таблице 3.

Как описано выше, настоящее изобретение представляет способ образования не волнистого по структуре коэффициента преломления посредством регулировки температуры напыления и количества дозируемых потоков напыления при напылении основного вещества и уменьшения наклона центра посредством добавления определенного количества SF₆и CF₄ в GeO₂, которые проникают в центр сердцевины при высокой температуре в процессе запайки и закрытия основного вещества. Дополнительно, изобретение предоставляет способ изготовления диаметральной части сердцевины для обеспечения однородности посредством увеличения внешнего диаметра основного вещества. Поэтому настоящее изобретение имеет преимущество в том, что оно позволяет уменьшить потери в оптическом световоде и имеет очень стабильные характеристики длины водны хроматической дисперсией.

Способ изготовления дисперсионного подвижного оптического световода с гладким кольцевым профилем коэффициента преломления содержит следующие операции: нагревают кварцевую трубку внешней кислородной или водородной горелкой от 1875 до 1903^oC и подают в кварцевую трубку смесь, включающую 5200 мг/м SiСl₄, 430 мг/м GeCl₄, 30 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄, напыления первого покрытия. Затем подают сырье, включающее 3300 мг/м SiCl₄, 1150 мг/м GeCl₄, 20 мг/м POCl₃ и 1500 см³/м O₂, при постоянной температуре 1900^oC для напыления кольцевой зоны. Затем подают смесь, включающую 3800 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 10 мг/м POCl₃ и 7 см³/м CF₄, при повышении температуры от 1890 до 1897^oC для напыления второго покрытия. После этого напыляют сердцевину, конденсируют световод, травят, запаивают и закрывают. Техническим результатом изобретения является получение не волнистого по сечению коэффициента преломления световода. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

1. Способ изготовления дисперсионного подвижного оптического световода с гладким кольцевым профилем коэффициента преломления, при котором нагревают кварцевую трубку внешней кислородной или водородной горелкой, подают в кварцевую трубку смесь и производят напыление первого покрытия, подают сырье и производят напыление кольцевой зоны, подают смесь и производят напыление второго покрытия, далее напыляют сердцевидную зону, конденсируют окончательно напыленный оптический световод, осуществляют травление, запайку и закрытие, отличающийся тем, что трубку нагревают при температуре от 1875 до 1903^oC, а подаваемая смесь включает 5200 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 30 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄, при напылении кольцевой зоны сырье, включающее 3300 мг/м SiCl₄, 1150 мг/м GeCl₄, 20 мг/м POCl₃ и 1500 см³/м O₂, подают при постоянной температуре 1900^oC, далее подают смесь, включающую 3800 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 10 мг/м POCl₃ и 7 см³/м CF₄, при повышении температуры от 1890 до 1897^oC и производят напыление второго покрытия; нагревание осуществляют за девять проходов при понижении температуры от 1920 до 1890^oC и производят напыление сердцевидной зоны, причем количество подаваемого потока SiCl₄ уменьшают от 380 до 260 мг/м в течение девяти проходов, количество подаваемого потока GeCl₄ увеличивают от 20 до 195 мг/м в течение девяти проходов,
количество O₂ подаваемого потока остается постоянным на уровне 1500 см³/м в течение девяти проходов, конденсацию окончательно напыленного оптического световода осуществляют при 2300 - 2360^oC, при этом добавляют 30 - 40 см³/м CF₄ в кварцевую трубку, травление осуществляют при 2220 - 2250^oC и перед запайкой и закрытием в кварцевую трубку добавляют 100 см³/м Cl₂ при 2350 - 2370^oC. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что понижение температуры в девяти проходах осуществляют следующим образом: 1920, 1916, 1913, 1909, 1905, 1901, 1897, 1894 и 1820^oC, причем уменьшение количества подаваемого потока SiCl₄ при понижении температуры в девяти проходах осуществляют следующим образом: 380, 365, 350, 335, 320, 305, 290, 275 и 260 мг/м и увеличение количества GeCl₄ при понижении температуры в проходах осуществляют следующим образом: 20, 52, 82, 109, 134, 156, 175, 191 и 195 мг/м. 3. Способ изготовления дисперсионного подвижного оптического световода с гладким кольцевым профилем коэффициента преломления, при котором нагревают кварцевую трубку внешней кислородной или водородной горелкой, подают в кварцевую трубку смесь и производят напыление первого покрытия, отличающийся тем, что трубку нагревают в пределах от 1875 до 1903^oC, а подаваемая смесь содержит 5200 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 30 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄, а также осуществляют следующие шаги: подают смесь, включающую 3300 мг/м SiCl₄, 1150 мг/м GeCl₄, 20 мг/м POCl₃ и 1500 см³/м O₂, при постоянной температуре 1900^oC и производят напыление кольцевой зоны; подают смесь, включающую 3800 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 10 мг/м POCl₃ и 7 см³/м CF₄, при повышении температуры от 1890 до 1897^oC и производят напыление второго покрытия; осуществляют нагревание за девять проходов при понижении температуры от 1905 до 1890^oC и производят напыление сердцевидной зоны, причем количество подаваемого потока SiCl₄ уменьшают от 300 до 260 мг/м в течение девяти проходов, при этом количество подаваемого потока GeCl₄ увеличивают от 20 до 195 мг/м в течение девяти проходов, количество O₂ подаваемого потока остается постоянным на уровне 1500 см³/м или 200 мг/м в течение девяти проходов; и конденсируют окончательно напыленный оптический световод при 2300 - 2360^oC, при этом добавляют 30 - 40 см³/м CF₄ в кварцевую трубку, травят при 2220 - 2250^oC, добавляют 100 см³/м Cl₂ в кварцевую трубку при 2350 - 2370^oC и осуществляют запайку и закрытие. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что понижение температуры в девяти проходах осуществляют следующим образом: 1905, 1903, 1900, 1898, 1895, 1893, 1890, 1890 и 1890^oC, причем уменьшение количества подаваемого потока SiCl₄ при понижении температуры в девяти проходах осуществляют следующим образом: 300, 295, 290, 285, 280, 275, 270, 265 и 260 мг/м, увеличение количества GeCl₄ при понижении температуры в проходах осуществляется следующим образом: 20, 42, 67, 92, 116, 138, 160, 182 и 195 мг/м. 5. Способ изготовления дисперсионного подвижного оптического световода с гладким кольцевым профилем коэффициента преломления, при котором нагревают кварцевую трубку внешней кислородной или водородной горелкой, подают в кварцевую трубку смесь и производят напыление первого покрытия, отличающийся тем, что трубку нагревают в пределах от 1875 до 1903^oC, а подаваемая смесь содержит 5200 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 30 мг/м POCl₃ и 9 см³/м CF₄, а также осуществляют следующие шаги: подают сырье, включающее 3300 мг/м SiCl₄, 1150 мг/м GeCl₄, 20 мг/м POCl₃ и 1500 см³/м O₂, при постоянной температуре 1900^oC и производят напыление кольцевой зоны; подают смесь, включающую 3800 мг/м SiCl₄, 430 мг/м GeCl₄, 10 мг/м POCl₃ и 7 см³/м CF₄, при повышении температуры от 1890 до 1897^oC и производят напыление второго покрытия; осуществляют нагревание за девять проходов при понижении температуры от 1905 до 1890^oC и производят напыление сердцевидной зоны, причем количество подаваемого потока SiCl₄ уменьшают от 300 до 260 мг/м, при этом количество подаваемого потока GeCl₄ увеличивают от 30 до 195 мг/м в течение девяти проходов, а количество подаваемого потока O₂ остается постоянным на уровне 1500 см³/м; и конденсируют окончательно напыленный оптический световод при 2300 - 2360^oC, при этом добавляют 30 - 40 см³/м CF₄ в кварцевую трубку, травят при 2220 - 2250^oC, добавляют 100 см³/м Cl₂ в кварцевую трубку при 2350 - 2370^oC и осуществляют запайку и закрытие. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что понижение температуры в девяти проходах осуществляют следующим образом:
1905, 1903, 1900, 1898, 1895, 1893, 1890, 1890 и 1890^oC, причем уменьшение количества SiCl₄ при понижении температуры осуществляют следующим образом: 300, 295, 290, 285, 280, 275, 270, 265 и 260 мг/м, увеличение количества GeCl₄ при понижении температуры осуществляют следующим образом: 30, 55, 78, 101, 123, 144, 165, 184 и 195 мг/м.