CN111847867B - 一种光纤预制棒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤通信技术领域，提供了一种光纤预制棒及其制备方法，将氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗通入喷灯燃烧产生第一沉积物形成第一沉积层，再用四氟化硅替换四氯化锗，燃烧产生第二沉积物形成第二沉积层，得到的中空粉末芯棒烧结后拉伸得到延伸中空芯棒，加热使碱金属卤化物沉积在延伸中空芯棒内表面，并扩散到延伸中空芯棒内部，得到碱金属卤化物掺杂的中空芯棒，采用OVD工艺在碱金属卤化物掺杂的中空芯棒上沉积二氧化硅，烧结得到光纤预制棒。本发明的光纤预制棒制备方法生产简便，易于工业化，光纤预制棒所拉制的光纤，在小弯曲半径下损耗小，有效降低连接损耗，保证通信系统稳定运行，有效提高光纤通信中的OSNR，进一步提高传输质量。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种光纤预制棒及其制备方法。
背景技术
光纤通讯具有传输容量大、传输距离远、传输速度快等特点，被广泛应用于长途干线、局域网、以及接入网等光通讯系统。近年来，随着IP业务量的爆炸式增长，通信光网络正向下一代系统迈进，构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的基础。
在超密集组网的建设过程中，接入层建设主要面临的困难是海量新建宏基站和室内微基站的密集光纤连接、以及特定情况下的基站光电一体同传的问题。接入段复杂的布线环境，尤其是在室内进行光纤光缆布线时，线缆的弯曲损耗会影响整体链路传输性能。另一方面，考虑到以后5G供应链以及核心元器件的多样性和开放性，未来使用有源以太网(POE)方案直接供电的方式可能会受到限制，光电复合缆在未来可能会有更广泛的应用。
中国发明专利CN201810444280.3中通过VAD制备高掺锗芯棒，增加芯层与包层的折射率差来改善光纤的抗弯曲特性，但随着芯层锗含量增加，光纤的衰减也随之增加，该工艺制备的光纤预制棒拉丝后衰减系数不太理想。中国发明专利CN108002698A中，使用PCVD工艺制备光纤预制棒芯棒，在扩散炉中进行芯棒掺碱金属制备低损耗芯棒，使用该技术制备光纤预制棒受沉积基管尺寸限制，生产效率较低，成本高。因而，生产一种衰减系数优良，抗弯曲性能优异的光纤预制棒仍存在困难。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种光纤预制棒及其制备方法。
本发明提供了一种光纤预制棒的制备方法，具有这样的特征：包括如下步骤：步骤S1，将陶瓷杆固定在外部气相沉积设备上，将氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗通过不同管道通入喷灯，气体流量由管道控制，均匀地通入两个喷灯，氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗在喷灯口燃烧，产生第一沉积物，第一沉积物在陶瓷杆外表面上形成第一沉积层，第一沉积层达到一定厚度后，停止通入四氯化锗，然后将四氟化硅通入喷灯，氢气、氧气、四氯化硅与四氟化硅产生第二沉积物，该第二沉积物在第一沉积物上形成第二沉积层，第二沉积层达到一定厚度后，得到粉末芯棒；步骤S2，将陶瓷杆从粉末芯棒中抽去，得到中空粉末芯棒，在中空粉末芯棒中通入无水氧气，并在氯气与氦气混合气氛中将中空粉末芯棒烧结成透明中空芯棒；步骤S3，在加热条件下，拉伸透明中空芯棒得到延伸中空芯棒；步骤S4，将碱金属卤化物蒸气与无水氧气混合后通入所述延伸中空芯棒中，用喷灯加热所述延伸中空芯棒外表面，使碱金属卤化物与氧气反应生成的碱金属氧化物沉积在所述延伸中空芯棒内表面，继而沿径向扩散至延伸中空芯棒内部，得到碱金属掺杂中空芯棒；步骤S5，将碱金属掺杂中空芯棒清洗后，再将碱金属掺杂中空芯棒的一端封闭，另一端与真空设备连接，在氢氧焰喷灯加热条件下，碱金属掺杂中空芯棒进入熔融状态，同时在压差作用下熔缩成实心芯棒，实心芯棒中掺杂有碱金属，且实心芯棒外表面覆有一层羟基层；步骤S6，在实心芯棒表面沉积二氧化硅后，然后烧结，得到光纤预制棒。
在本发明提供的一种光纤预制棒的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S1中，氢气的流量为60L/min-200L/min，更为优选80L/min-150L/min，氧气的流量为30L/min-100L/min，更为优选40L/min-80L/min，四氯化硅的流量为20g/min-100g/min，更为优选50g/min-80g/min，四氯化锗的流量为200mg/min-1000mg/min，更为优选400mg/min-600mg/min，四氟化硅的流量500ml/min-1000ml/min，更为优选600ml/min-800ml/min，在步骤S1中，陶瓷杆沿轴向移动并同时绕其轴线旋转，移动速度为50mm/min-300mm/min，更为优选180mm/min-260mm/min，旋转速度为10rpm-50rpm，更为优选30rpm-40rpm，第一沉积物在陶瓷杆上沉积的厚度为30mm-65mm，更为优选40mm-50mm，第二沉积物在第一沉积物上沉积的厚度为75mm-105mm，本发明的粉末芯棒沉积过程使用了两个喷灯，使用多个喷灯可达到更高的生产效率，在步骤S2中，氧气流量为10L/min-20L/min，氯气流量为0.3L/min-2L/min，更为优选1.2L/min-1.5L/min，氦气流量为10L/min-40L/min，更为优选15L/min-30L/min，中空粉末芯棒通过烧结炉并同时绕其轴线旋转，通过烧结炉的速度为1mm/min-10mm/min，更为优选3mm/min-6mm/min，旋转速度为1rpm-10rpm，更为优选3rpm-5rpm，在步骤S3中，延伸中空芯棒的外径为30mm-60mm，更为优选40mm-50mm，在步骤S4中，喷灯温度为200℃-300℃，喷灯沿延伸中空芯棒轴向移动，移动速度为20mm/min-200mm/min，更为优选80mm/min-120mm/min，延伸中空芯棒同步绕其轴线旋转，旋转速度为10rpm-50rpm，更为优选20rpm-30rpm。
在本发明提供的一种光纤预制棒的制备方法中，还具有这样的特征：其中，碱金属卤化物为卤化锂、卤化钠、卤化钾或卤化铷中的任意一种或几种。
在本发明提供的一种光纤预制棒的制备方法中，还具有这样的特征：其中，制造每根所述碱金属掺杂中空芯棒使用所述碱金属卤化物1g-5g。
在本发明提供的一种光纤预制棒的制备方法中，还具有这样的特征：其中，羟基层浓度为200ppm-500ppm。
在本发明提供的一种光纤预制棒的制备方法中，还具有这样的特征：还包括拉伸步骤，其中，将光纤预制棒进行拉伸，得到光纤，光纤的芯层相对折射率差为0.3％-0.4％，半径为3.5μm-4.5μm，光纤的内包层相对折射率差为-0.25％—-0.05％，半径为15-30μm，光纤的外包层半径为62.5μm，光纤在1500nm衰减系数小于或等于0.180dB/km，在1310nm衰减系数小于或等于0.315dB/km。
本发明还提供了一种光纤预制棒，具有这样的特征，包括：芯层、内包层以及外包层，内包层覆盖在芯层的外表面上，外包层覆盖在内包层的外表面上，芯层为锗、氟与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层或锗与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层，内包层为氟与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层，外包层为二氧化硅玻璃层。
本发明提供的一种光纤预制棒，还可以具有这样的特征：其中，芯层的碱金属掺杂量为10ppm-500ppm，内包层的碱金属掺杂量为5ppm-500ppm。
本发明提供的一种光纤预制棒，还可以具有这样的特征：其中，芯层与内包层的碱金属掺杂量相同。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的光纤预制棒的制备方法中，将氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗通入喷灯，燃烧产生的第一沉积物在陶瓷杆上形成第一沉积层，停止通入四氯化锗后，再通入四氟化硅，氢气、氧气、四氯化硅和四氟化硅燃烧产生第二沉积物，在陶瓷杆上形成第二沉积层，因而得到的粉末芯棒第一沉积层含锗、氟，第二沉积层含氟。将中空粉末芯棒在氯气与氦气混合气氛下烧结时，以10L/min-20L/min的流量在中空粉末芯棒中通入氧气，从而避免中空粉末芯棒塌陷，烧结后得到的延伸中空芯棒外径可达到30mm-60mm。将碱金属卤化物蒸气与无水氧气混合后通入所述延伸中空芯棒中，用喷灯加热延伸中空芯棒外表面，使碱金属卤化物与氧气反应生成的碱金属氧化物沉积在延伸中空芯棒内表面，并扩散到延伸中空芯棒内部，得到碱金属掺杂中空芯棒，从而降低中空芯棒各层间的黏度差，以便降低光纤预制棒所拉制光纤的瑞利散射，使衰减指标更优。将碱金属掺杂中空芯棒清洗后，再将碱金属掺杂中空芯棒的一端封闭，另一端与真空设备连接，在氢氧焰喷灯加热条件下，碱金属掺杂中空芯棒进入熔融状态，同时在压差作用下熔缩成实心芯棒，且实心芯棒外表面覆有一层羟基层，然后在碱金属氧化物掺杂的实心芯棒外表面沉积二氧化硅，烧结之后，得到光纤预制棒。
其中，更为优选的延伸中空芯棒外径为40mm-50mm，在此外径范围内碱金属卤化物的掺杂效果最佳。
此外，芯层的碱金属掺杂量为10ppm-500ppm，内包层的碱金属掺杂量为5ppm-500ppm，此范围内的掺杂量可使预制棒所拉制的光纤的衰减指标达到最优。
另外，无水氧气和碱金属卤化物混合可以有效控制延伸中空芯棒内部的羟基层。
另外，浓度为200ppm-500ppm的羟基层覆盖在碱金属氧化物掺杂的实心芯棒上，有效地阻止了碱金属氧化物扩散至外包层，从而可以控制芯层及内包层的碱金属浓度，避免因浓度降低而造成光纤衰减指数的不理想。
本发明得到的光纤预制棒拉制成的光纤，能够解决常规光纤在小弯曲半径下损耗大的问题，可以满足光纤入户等室内外复杂布线条件下的安装施工需求，克服墙角转弯、跳线固定以及线缆高张力等情况带来的弯曲附加损耗；而在与现有的网络中使用最广泛的G.652光纤对接时，可有效降低连接损耗，保证通信系统稳定运行。本发明得到的光纤预制棒拉制成的光纤，衰减系数较小，因而携带的光信号可传输的距离较远，在同样的传输距离下，携带的光信号衰减幅度小，可以有效提高光纤通信中的OSNR，进一步提高传输质量。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明的粉末芯棒沉积过程示意图；
图3是本发明的粉末芯棒烧结过程示意图；
图4是本发明的中空芯棒掺杂过程示意图；
图5是本发明的光纤预制棒的端面结构示意图；
图6是本发明的光纤预制棒拉制成光纤后折射率剖面示意图；
图7是本发明的光纤预制棒拉制的光纤的应力分布图；
图8是常规光纤预制棒拉制的光纤的应力分布图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
除特别说明外，本发明的实施例所用的原料及试剂均通过一般商业途径购买得到。
四氯化硅CAS号：10026-04-7；四氯化锗CAS号：10038-98-9；四氟化硅CAS号：7783-61-1；氢气CAS号：74421-71-9；氧气CAS号：132259-10-0；常规光纤为G.652，生产厂家：中天科技光纤有限公司。
图1是本发明的实施例中的工艺流程示意图；图2是本发明的实施例中的粉末芯棒沉积过程示意图；图3是本发明的实施例中的粉末芯棒烧结过程示意图；图4是本发明的实施例中的中空芯棒掺杂过程示意图。
如图1-4所示，光纤预制棒的制备包括如下步骤：
步骤S1，粉末芯棒沉积过程：将直径为20mm-30mm陶瓷杆1固定在外部气相沉积设备上，陶瓷杆1以50mm/min-300mm/min的速度沿轴向移动，并以10rpm-50rpm的速度绕轴线旋转，喷灯2位于陶瓷杆1下方，喷灯口距离陶瓷杆1的外表面为100mm-300mm，然后按氢气60L/min-200L/min，氧气30L/min-100L/min，四氯化硅20g/min-100g/min，四氯化锗200mg/min-1000g/min的流量将种气体通过不同管道通入喷灯2,气体流量由管道控制，均匀通入两个喷灯2，氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗在喷灯口燃烧，产生第一沉积物，第一沉积物在陶瓷杆1外表面上沉积，经测量第一沉积层的厚度达到30mm-65mm后，停止通入四氯化锗，然后按500ml/min-1000ml/min的流量将四氟化硅通入喷灯2，氢气、氧气、四氯化硅与四氟化硅产生第二沉积物，该第二沉积物在第一沉积物上沉积，第二沉积物的厚度达到75mm-105mm后停止沉积，得到粉末芯棒3。
其中，测量第一沉积层厚度的方法为：沉积设备装有与陶瓷杆1平行的测距仪，在沉积过程中，通过实时监测陶瓷杆1外表面到测距仪的距离，用初始距离减去当前测得的距离，计算出第一沉积层的厚度。
更为优选的，陶瓷杆1沿轴向移动的速度为180mm/min-260mm/min，绕轴线旋转的速度为30rpm-40rpm，喷灯口到陶瓷杆1的距离为150mm-200mm，停止通入四氯化锗时第一沉积层的厚度为40mm-50mm，氢气流量为80L/min-150L/min，氧气流量为40L/min-80L/min，四氯化硅流量为50g/min-80g/min，四氯化锗流量为400mg/min-600mg/min，四氟化硅流量为600ml/min-800ml/min。
步骤S2，粉末芯棒烧结过程：将陶瓷杆1从粉末芯棒3中抽去，得到中空粉末芯棒4，在中空粉末芯棒4中按10L/min-20L/min的流量通入无水氧气，按氯气0.3L/min-2L/min与氦气10L/min-40L/min的流量通入氯气和氦气，两种气体在烧结炉5中混合；中空粉末芯棒4以1rpm-10rpm的速度绕其轴线旋转，并以1mm/min-10mm/min的速度通过烧结炉5，在炉温为1500℃-1900℃的条件下及氯气、氦气混合气氛中，烧结成透明中空芯棒6。
更为优选的，氯气的流量为1.2L/min-1.5L/min，氦气的流量为15L/min-30L/min，中空粉末芯棒4绕轴线旋转的速度为3rpm-5rpm，通过烧结炉5的速度为3mm/min-6mm/min，烧结炉5的炉温为1600℃-1800℃。
步骤S3，中空芯棒延伸过程：透明中空芯棒6两端分别接直径相同的石英尾棒13，利用立式延伸设备，上卡盘夹住一端尾棒，将透明中空芯棒6送入1900℃的高温石墨炉，下尾棒从炉子下口出来，下卡盘夹住，上卡盘以20mm/min的速度下降，下卡盘以100mm/min-200mm/min速度下降，利用上下两个卡盘的速度差将透明中空芯棒6延伸，得到外直径为30mm-60mm的延伸中空芯棒7。
更为优选的，延伸中空芯棒7的外径为40mm-50mm。
步骤S4，中空芯棒掺杂过程：将1g-5g碱金属卤化物8置于石英辅助容器9中，加热器10以600℃-1000℃的温度在石英辅助容器9外表面加热，使碱金属卤化物8蒸发，碱金属卤化物8的蒸气与无水氧气混合后通入延伸中空芯棒7中，延伸中空芯棒7以20mm/min-200mm/min的速度沿轴向运动，并以10rpm-50rpm的速度绕其轴线旋转，加热延伸中空芯棒7外表面至200℃-300℃，使碱金属卤化物8与氧气反应生成碱金属氧化物，并沉积在延伸中空芯棒内表面，继而沿径向扩散至延伸中空芯棒7内部，得到碱金属掺杂中空芯棒11。经检测，碱金属掺杂中空芯棒11中，碱金属的浓度为5ppm-500ppm。
其中，碱金属卤化物8为卤化锂、卤化钠、卤化钾或卤化铷中的任意一种或几种。
碱金属的浓度采用日本岛津公司电子探针显微镜(EPMA-1720Series)进行检测。
更为优选的，制造每根碱金属掺杂中空芯棒11使用1g-2g碱金属卤化物8,加热器10的温度为700℃-850℃，延伸中空芯棒7沿轴向移动速度为80mm/min-120mm/min，延伸中空芯棒7绕轴线旋转速度为20rpm-30rpm。
步骤S5，中空芯棒熔缩过程：将碱金属掺杂中空芯棒11清洗后，再将碱金属掺杂中空芯棒11的一端封闭，另一端与真空设备连接，在氢氧焰喷灯12加热条件下，碱金属掺杂中空芯棒11进入熔融状态，同时在压差作用下熔缩成实心芯棒，实心芯棒掺杂有碱金属，且实心芯棒外表面覆有一层羟基层
步骤S6，在实心芯棒表面沉积一定厚度的二氧化硅，然后烧结，得到光纤预制棒。
图5是本发明中实施例的光纤预制棒的端面结构示意图。
如图5所示，本发明中提供的光纤预制棒包括芯层14、内包层15以及外包层16。
其中，第一沉积层即为芯层14，第二沉积层即为内包层15，内包层15覆盖在芯层14的外表面上，外包层16覆盖在内包层15的外表面上。
芯层14为锗、氟与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层或锗与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层，内包层15为氟与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层，外包层16为二氧化硅玻璃层。
采用美国Interfiber公司提供的IFA-100型号的光纤折射率测试仪的测试结果见图6。
图6是本发明中的光纤预制棒拉制成光纤后折射率剖面示意图。
如图6所示，光纤的芯层半径r1为3.5μm-4.5μm，光纤的内包层半径r2为15μm-30μm，外包层半径r3为62.5μm。芯层相对折射率差△n1为0.3％-0.4％，内包层相对折射率差△n2为-0.25％—-0.05％。
采用美国Interfiber公司提供的IFA-100型号的光纤折射率测试仪测试光纤应力的测试结果见图7、图8。
图7是本发明的光纤预制棒拉制的光纤的应力分布图，图8是常规光纤预制棒拉制的光纤的应力分布图。
如图7、图8所示，本发明中光纤预制棒拉制的光纤芯层应力与内包层应力相当，常规光纤预制棒拉制的光纤芯层应力大于内包层应力，芯层应力与内包层应力越接近，衰减指标越好，因而本发明中光纤预制棒拉制的光纤衰减指标更优。
<实施例1>
本实施例对光纤预制棒的制备方法进行详细阐述。
步骤S1，粉末芯棒沉积过程：将直径为20mm陶瓷杆固定在外部气相沉积设备上，陶瓷杆以180mm/min的速度沿轴向移动，并以30rpm的速度绕轴线旋转，喷灯位于陶瓷杆下方，喷灯口距离陶瓷杆的外表面为150mm，然后按氢气80L/min，氧气40L/min，四氯化硅50g/min，四氯化锗400mg/min的流量将四种气体通过不同管道通入喷灯，氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗在喷灯口燃烧，产生第一沉积物，第一沉积物在陶瓷杆外表面上沉积，经测量第一沉积层的厚度达到30mm后，停止通入四氯化锗，然后按500ml/min的流量将四氟化硅通入喷灯，氢气、氧气、四氯化硅与四氟化硅产生第二沉积物，该第二沉积物在第一沉积物上沉积，第二沉积物的厚度达到75mm后停止沉积，得到粉末芯棒。
步骤S2，粉末芯棒烧结过程：将陶瓷杆从粉末芯棒中抽去，得到中空粉末芯棒，在中空粉末芯棒中按10L/min的流量通入无水氧气，按氯气1.2L/min与氦气15L/min的流量通入氯气和氦气，两种气体在烧结炉中混合；中空粉末芯棒以3rpm的速度绕其轴线旋转，并以3mm/min的速度通过烧结炉，在炉温为1600℃的条件下及氯气、氦气混合气氛中，烧结成透明中空芯棒。
步骤S3，中空芯棒延伸过程：透明中空芯棒两端分别接直径相同的石英尾棒，利用立式延伸设备，上卡盘夹住一端尾棒，将透明中空芯棒6送入1900℃的高温石墨炉，下尾棒从炉子下口出来，下卡盘夹住，上卡盘以20mm/min的速度下降，下卡盘以100mm/min的速度下降，利用上下两个卡盘的速度差将透明中空芯棒延伸，得到外直径为40mm延伸中空芯棒。
步骤S4，中空芯棒掺杂过程：将5gKBr置于石英辅助容器中，加热器以800℃的温度在石英辅助容器外表面加热，使KBr蒸发，KBr的蒸气与无水氧气混合后通入延伸中空芯棒中，生成K2O。延伸中空芯棒以80mm/min的速度沿轴向运动，并以20rpm的速度绕其轴线旋转，加热延伸中空芯棒外表面至200℃，使K2O沉积在延伸中空芯棒内表面，继而沿径向扩散至延伸中空芯棒内部，得到K掺杂中空芯棒。经检测，K掺杂中空芯棒中K的含量为300ppm。
步骤S5，中空芯棒熔缩过程：将K掺杂中空芯棒清洗后，再将K掺杂中空芯棒的一端封闭，另一端与真空设备连接，在1600℃的条件下，K掺杂中空芯棒在压力作用下，熔缩成K掺杂的实心芯棒。
步骤S6，外包层OVD沉积过程：在K掺杂的实心芯棒表面沉积厚度为120mm的二氧化硅，然后烧结，得到光纤预制棒。
步骤S7，拉伸步骤：将光纤预制棒进行拉深，得到光纤。
拉伸步骤只改变了光纤预制棒的直径与长度，并未改变内部结构，因此光纤预制棒的芯层、内包层和外包层就是光纤的芯层、内包层和外包层。
采用美国PK公司的OTDR测试本实施例中光纤的衰减系数与弯曲损耗，采用美国PK公司的PK2200测试本实施例中光纤的模场直径。
本实施例中光纤的芯层半径r1为3.8μm，内包层半径为30μm。光纤的芯层的相对折射率差△n1为0.3％，内包层的相对折射率差△n2为-0.25％。光纤在1550nm衰减系数为0.173dB/km，在1310nm衰减系数为0.308dB/km，光纤的模场直径为8.2μm。
实施例2-9及对照例应用的制备方法与实施例1中相同，改变的相关数据见表1。
表1本发明的实施例2-9改变的相关数据
实施例2-9中得到的不同光纤预制棒使用与实施例1相同的方法拉制成光纤，采取与实施例1同样的测试方法，得到的光纤剖面参数见表2。实施例2-9得到的光纤预制棒以及对照例采取与实施例1同样的测试方法，得到的衰减系数及模场直径见表3，对照例使用的是常规光纤预制棒。
表2应用本发明制备的光纤预制棒所拉制光纤的剖面参数
表3应用本发明制备的光纤预制棒所拉制光纤主要性能参数
实施例的作用与效果
本实施例所涉及的光纤预制棒的制备方法中，将氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗通入喷灯，燃烧产生的第一沉积物在陶瓷杆上形成第一沉积层，停止通入四氯化锗后，再通入四氟化硅，氢气、氧气、四氯化硅和四氟化硅燃烧产生第二沉积物，在陶瓷杆上形成第二沉积层，因而得到的粉末芯棒第一沉积层含锗、氟，第二沉积层含氟。将中空粉末芯棒在氯气与氦气混合气氛下烧结时，以10L/min的流量在中空粉末芯棒中通入氧气，从而避免中空粉末芯棒塌陷，烧结后得到的延伸中空芯棒外径可达到40mm。将KBr蒸气和无水氧气的混合气通入延伸中空芯棒中，反应产生K2O，在200℃条件下，使K2O沉积在延伸中空芯棒内表面，并扩散到延伸中空芯棒内部，得到K掺杂的中空芯棒，从而降低中空芯棒各层间的黏度差，以便降低光纤预制棒所拉制光纤的瑞利散射，使衰减指标更优。使用氢氧焰喷灯加热，碱金属掺杂中空芯棒在压差作用下熔缩成碱金属掺杂的实心芯棒，且碱金属掺杂的实心芯棒外表面在氢氧焰喷灯的作用下覆盖上一层羟基层，然后在碱金属掺杂实心芯棒外表面沉积二氧化硅，烧结之后，得到光纤预制棒。
其中，更为优选的延伸中空芯棒外径为40mm-50mm，在此外径范围内碱金属卤化物的掺杂效果最佳。
此外，芯层的碱金属掺杂量为10ppm-500ppm，内包层的碱金属掺杂量为5ppm-500ppm，此范围内的掺杂量可使预制棒所拉制的光纤的衰减指标达到最优。
另外，无水氧气和碱金属卤化物混合可以有效控制延伸中空芯棒内部的羟基层。
另外，浓度为200ppm-500ppm的羟基层覆盖在碱金属卤化物掺杂的实心芯棒上，有效地阻止了碱金属氧化物扩散至外包层，从而可以控制芯层及内包层的碱金属浓度，避免因浓度降低而造成光纤衰减指数的不理想。
本实施例的光纤，能够解决常规光纤在小弯曲半径下损耗大的问题，可以满足光纤入户等室内外复杂布线条件下的安装施工需求，克服墙角转弯、跳线固定以及线缆高张力等情况带来的弯曲附加损耗；而使用大模场直径光纤在与现有的网络中使用最广泛的G.652光纤对接时，可有效降低连接损耗，保证通信系统稳定运行。本发明得到的光纤预制棒拉制成的光纤，衰减系数较小，因而携带的光信号可传输的距离较远，在同样的传输距离下，携带的光信号衰减幅度小，可以有效提高光纤通信中的OSNR，进一步提高传输质量。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，将陶瓷杆固定在外部气相沉积设备上，将氢气、氧气、四氯化硅和四氯化锗通过不同管道通入喷灯，所述氢气、所述氧气、所述四氯化硅和所述四氯化锗在所述喷灯口燃烧，产生第一沉积物，所述第一沉积物在所述陶瓷杆外表面上沉积，形成第一沉积层，所述第一沉积层达到一定厚度后，停止通入所述四氯化锗，然后将四氟化硅通入喷灯，所述氢气、所述氧气、所述四氯化硅与所述四氟化硅产生第二沉积物，该第二沉积物在所述第一沉积物上沉积，形成第二沉积层，所述第二沉积层达到一定厚度后，得到粉末芯棒；
步骤S2，将所述陶瓷杆从所述粉末芯棒中抽去，得到中空粉末芯棒，在所述中空粉末芯棒中通入无水氧气，并在氯气与氦气混合气氛中将所述中空粉末芯棒烧结成透明中空芯棒；
步骤S3，在加热条件下，拉伸所述透明中空芯棒得到延伸中空芯棒；
步骤S4，将碱金属卤化物蒸气与无水氧气混合后通入所述延伸中空芯棒中，用喷灯加热所述延伸中空芯棒外表面，使碱金属卤化物与氧气反应生成的碱金属氧化物沉积在所述延伸中空芯棒内表面，继而沿径向扩散至所述延伸中空芯棒内部，得到碱金属掺杂中空芯棒；
步骤S5，将所述碱金属掺杂中空芯棒清洗后，再将所述碱金属掺杂中空芯棒的一端封闭，另一端与真空设备连接，在氢氧焰喷灯加热条件下，所述碱金属掺杂中空芯棒进入熔融状态，同时在压差作用下熔缩成实心芯棒，且所述实心芯棒外表面覆有一层羟基层；
步骤S6，在所述实心芯棒表面沉积二氧化硅后，然后烧结，得到光纤预制棒；
其中，所述第一沉积层的所述碱金属的掺杂量为10ppm-500ppm，所述第二沉积层的所述碱金属的掺杂量为5ppm-500ppm。
2.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤S1中，所述氢气的流量为60L/min-200L/min，所述氧气的流量为30L/min-100L/min，所述四氯化硅的流量为20g/min-100g/min，所述四氯化锗的流量为200mg/min-1000mg/min，所述四氟化硅的流量500ml/min-1000ml/min，
在步骤S1中，所述陶瓷杆沿轴向移动并同时绕其轴线旋转，移动速度为50mm/min-300mm/min，旋转速度为10rpm-50rpm，所述第一沉积物在所述陶瓷杆上沉积的厚度为30mm-65mm，所述第二沉积物在所述第一沉积物上沉积的厚度为75mm-105mm，
在步骤S2中，所述氧气流量为10L/min-20L/min，所述氯气流量为0.3L/min-2L/min，所述氦气流量为10L/min-40L/min，所述中空粉末芯棒通过烧结炉并同时绕其轴线旋转，通过烧结炉的速度为1mm/min-10mm/min，旋转速度为1rpm-10rpm，
在步骤S3中，所述延伸中空芯棒的外径为30mm-60mm，
在步骤S4中，所述喷灯温度为200℃-300℃，所述喷灯沿所述延伸中空芯棒轴向移动，移动速度为20mm/min-200mm/min，所述延伸中空芯棒同步绕其轴线旋转，旋转速度为10rpm-50rpm。
3.根据权利要求2所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：
其中，所述氢气的流量为80L/min-150L/min，所述氧气的流量为40L/min-80L/min，所述四氯化硅的流量为50g/min-80g/min，所述四氯化锗的流量为400mg/min-600mg/min，所述四氟化硅的流量600ml/min-800ml/min，
所述陶瓷杆沿轴向移动并同时绕其轴线旋转，移动速度为180mm/min-260mm/min，旋转速度为30rpm-40rpm，所述第一沉积物在所述陶瓷杆上沉积的厚度为40mm-50mm，
所述氯气流量为1.2L/min-1.5L/min，所述氦气流量为15L/min-30L/min，所述中空粉末芯棒通过烧结炉并同时绕其轴线旋转，通过烧结炉的速度为3mm/min-6mm/min，旋转速度为3rpm-5rpm，
所述延伸中空芯棒的外径为40mm-50mm，
所述喷灯沿所述延伸中空芯棒轴向移动，移动速度为80mm/min-120mm/min，所述延伸中空芯棒同步绕其轴线旋转，旋转速度为20rpm-30rpm。
4.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：
其中，所述碱金属卤化物为卤化锂、卤化钠、卤化钾或卤化铷中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：
其中，制造每根所述碱金属掺杂中空芯棒使用1g-2g所述碱金属卤化物。
6.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：
其中，所述羟基层的浓度为200ppm-500ppm。
7.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于，还包括：
拉伸步骤，
其中，所述拉伸步骤的具体操作为：将所述光纤预制棒进行拉伸，得到光纤，
所述光纤的芯层相对折射率差为0.3％-0.4％，半径为3.5μm-4.5μm，
所述光纤的内包层相对折射率差为-0.25％-0.05％，半径为15-30μm，
所述光纤的外包层半径为62.5μm，
所述光纤在1500nm衰减系数小于或等于0.180dB/km，在1310nm衰减系数小于或等于0.315dB/km。
8.一种光纤预制棒，其特征在于，包括：
芯层、内包层以及外包层，
其中，所述内包层覆盖在所述芯层的外表面上，所述外包层覆盖在所述内包层的外表面上，
所述芯层为锗、氟与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层或锗与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层，
所述内包层为氟与碱金属共掺杂二氧化硅玻璃层，
所述外包层为二氧化硅玻璃层，
所述光纤预制棒由权利要求1—7任意一项所述的光纤预制棒的制备方法制得，
其中，所述芯层的所述碱金属的掺杂量为10ppm-500ppm，所述内包层的所述碱金属的掺杂量为5ppm-500ppm。
9.根据权利要求8所述的光纤预制棒，其特征在于：
其中，所述芯层与所述内包层的所述碱金属掺杂量相同。
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