Способ изготовления заготовки оптического волокна Советский патент 1992 года по МПК C03B37/00 

Изобретение 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

РЗЭ. Согласно способу, заготовку производят модифицированным методом химического осаждения из газовой фазы (MCVD). Первоначально на внутреннюю поверхность опорной кварцевой трубы осаждают материал, образующий отражающую оболочку. Затем осуществляют нанесение материала жилы в 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 темпеVI Х| ON ON

Ьь

Os

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 съема 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, порошкообразного 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 фторсодер- жаидими 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 (SlOa, SI02 + F, SI02 + , образующих материал светоотражающей оболочки, Завершив осаждение отражающей оболочки, в трубу подают реагенты (SICI4, GeCU, РОС1з), 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. В 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 гидро- лизирующихся, Необходимость проведения предварительного процесса дегидратации также является одним из недостатков данного способа.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса производства заготовок оптического волокна.

Указанная 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, кол- лапсирования опорной трубки в заготовку, над пористой жилой пропускают пары комплексного металлоорганического соединения РЗЭ, разлагающегося при нагреве в

инертной атмосфере с образованием оксида РЗЭ. 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 металло- органическое соединение РЗЭ формулы MLs ПО,

где М-РЗЭ;

L - ацетилацетонат-ион.пивалат- ион,изо-бутилат-ион; п-1,3; Q - о-фенантролин, а, of -дипиридил, пивалевая, изомаслянная кислота.

Способ реализуется следующим образом.

В расходную емкость засыпают комплексное соединение РЗЭ. Расходная емкость соединена с опорной кварцевой трубой. В 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 горелкой частицы 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

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

Достижение поставленной по сравнению с прототипом цели обеспечивается следующим.

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 производ- ства оптических волокон с низкими потерями. Неконтролируемое осаждение паров металлоорганики на поверхность жилы до зоны нагрева из-за их относительно низкого давления паров практически иск- лючается.

Примеры выполнения способа изготовления заготовки оптического волокна.

Через трубу с предварительно нанесенным пористым слоем пропускают ток газа-носителя, насыщенного парами дипи- валоилметаната эрбия ЕгАзРНеп. при температуре 210°С. Обьемный 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 отсут- ствуют.

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

Примеры 6-7. Выполнены по техно- логии, 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 РЗЭ и органическими лигандами.

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

парогазовой смеси в опорную трубу термо- статирован с целью исключения конденсации РЗЭ - содержащих паров на стенках трубопровода.

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

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

Примеры 2-10. Аналогично п.1 проведены эксперименты, результаты которых приведены в табл.2.

Примеры 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 световода.

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, упрощение технологии за счет уменьшения числа стадий и набора используемых соединений для получения высококачественного кварцевого световода.

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, пропускания над ним паров соединения РЗЭ, спекания пористого слоя с его дегидратацией, коллапсировэния опорной трубы в заготовку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса производства заготовок, над пористой жилой пропускают пары комплексного металлоорга- иического соединения РЗЭ, разлагающегося при нагреве в инертной атмосфере с образование оксида РЗЭ. не содержащие гидро- ксильных групп.

2. Способ по п.1.отличающийся тем, что направление перемещения горелки и движения паров комплексного металлоорганического соединения РЗЭ противоположны.

3. Способ попп.1 и 2, отличающий- с я тем, что используют комплексное метал- лоорганическое соединение РЗЭ формулы

М1з лО, где М - РЗЭ;

L - ацетилацетонат-ион, пивалат-ион, изо-бутират-ион; п-1,3:

Q - о-фенантролин, а,а-дипиридил, пивалевая, изомасляная кислота.

15

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 металлокерамиче- ского 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,пивале- вая, изомасляная кислота. 2 табл. у Ј

Таблица 1 Результаты легирования заготовок оптического волокна различными соединениями РЗЭ

Результаты легирования

Таблица 2

заготовок оптических световодов РЗЭ при использовании летучих комплексных соединений РВЗ

Продолжение табл. 2