本發(fā)明涉及特種光纖應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是涉及一種光纖預(yù)制棒及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

偏振保持光纖(Polarization Maintaining Optical Fiber)簡稱保偏光纖(PMF)，由于將雙折射引入到光纖中，使簡并的HEx11與HEy11兩正交模式的傳播常數(shù)差別增大，兩模式耦合幾率減小，從而線偏振光能保持其偏振態(tài)在光纖中進行傳輸。保偏光纖對于線偏振光具有很強的偏振保持能力，主要用于偏振光干涉型角度轉(zhuǎn)動測量中，其典型應(yīng)用是用于制造光纖陀螺、光纖水聽器及相干光通信系統(tǒng)中。

保偏光纖通常是通過光纖預(yù)制棒拉制而成，但是對于傳統(tǒng)的光纖預(yù)制棒而言，如采用刻觸法制成的光纖預(yù)制棒，刻觸法通常會破壞反應(yīng)管中的圓對稱，造成了“先天不足”，使得光纖預(yù)制棒自身的予制棒芯通常均為異型(如杏核形)，導(dǎo)致拉制得到的圓保偏光纖等的旋端圓度均無法達標，從而使得保偏光纖的連接耦合難度增大。

中國專利201110123043.5公開了一種光纖預(yù)制棒的制造方法，包括：(1)采用軸向氣相沉積VAD工藝制備光纖芯棒；(2)采用等離子化學(xué)氣相沉積PCVD工藝制備摻氟下陷包層，與(1)中制備的光纖芯棒熔縮成光纖芯棒預(yù)制件；(3)采用外部氣相沉積OVD工藝制備光纖芯棒預(yù)制件的外包層，最終燒結(jié)成透明的光纖預(yù)制棒。該專利雖然提高了彎曲不敏感單模光纖預(yù)制棒的制造效率，但是其光纖預(yù)制棒的棒芯無法做成正圓，從而導(dǎo)致拉制得到的圓保偏光纖等的圓度不達標。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種光纖預(yù)制棒及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種光纖預(yù)制棒的制備方法，包括以下步驟：

(1)往石英基管內(nèi)通入SiCl₄和O₂，加熱反應(yīng)，并沉積得到SiO₂外包層；

(2)外包層沉積好后，通入SiCl₄、BBr₃和O₂，加熱進行反應(yīng)，在外包層上沉積SiO₂/B₂O₃應(yīng)力區(qū)層；

(3)通入刻蝕氣體，以石英基管圓心為對稱點，刻蝕除去應(yīng)力區(qū)層對稱兩邊的部分應(yīng)力區(qū)，使得剩余部分的應(yīng)力區(qū)層的對稱兩邊互不連接，并替換刻蝕除去的應(yīng)力區(qū)，沉積與外包層組分相同的填充層；

(4)再次通入刻蝕氣體，刻蝕除去沉積在應(yīng)力區(qū)層上的填充層；

(5)刻蝕完成后，通入SiCl₄、SF₆和O₂，加熱反應(yīng)，沉積得到內(nèi)包層；

(6)內(nèi)包層沉積完成后，通入SiCl₄、GeCl₄和O₂，加熱進行反應(yīng)，沉積得到棒芯層；

(7)沉積完成后，加熱石英基管對各層進行燒結(jié)，即收縮得到光纖預(yù)制棒。

步驟(1)中所述的SiCl₄和O₂的通入量的摩爾比為(1～1.2):1，反應(yīng)溫度為1850℃，沉積得到的外包層的厚度為0.8～2mm。

步驟(2)中所述的SiCl₄、BBr₃和O₂的通入量的摩爾比為(82～85)：(30～36)：150，其反應(yīng)溫度為1650～1850℃，沉積得到的應(yīng)力區(qū)層的厚度為4～6mm。

步驟(3)和步驟(4)中所述的刻蝕氣體為SF₆，刻蝕溫度為1450～1850℃；

步驟(3)中刻蝕除去的應(yīng)力區(qū)占整個應(yīng)力區(qū)層的體積百分比為30～40％。

步驟(5)中所述的SiCl₄、SF₆和O₂的通入量的摩爾比為(30～40)：1：(80～100)，其加熱反應(yīng)溫度為1850～2050℃，沉積得到的內(nèi)包層的厚度為2.1mm。

步驟(6)中所述的SiCl₄、GeCl₄和O₂的通入量的摩爾比為(2～3)：1：(10～20)，其加熱反應(yīng)溫度為1850～2050℃，沉積得到的棒芯層的厚度為0.8～1.2mm。

步驟(7)中所述的燒結(jié)溫度為2250～2450℃。

一種光纖預(yù)制棒，該光纖預(yù)制棒的棒芯為正圓形，棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

一種光纖預(yù)制棒的用于拉制圓保偏光纖或?qū)拵Ч饫w波片。

拉制得到圓保偏光纖的纖芯模場的圓度大于90％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中沉積得到的應(yīng)力區(qū)層成分為SiO2和B₂O₃，其中B₂O₃的摩爾分數(shù)約為15～18％，其楊氏模量E₂≈4800kg/mm²，遠小于成分為SiO₂/F 的內(nèi)包層的楊氏模量E₁≈7200kg/mm²，從而使得光纖預(yù)制棒在收縮成型過程中，收內(nèi)包層保護的棒芯層的抗變形能力遠大于應(yīng)力區(qū)層，則可保證光纖預(yù)制棒的棒芯的“正圓”，采用此方法制成的圓保偏光纖，其圓度能達到90％以上，圓度高，有效的減小了光纖連接耦合的難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備光纖預(yù)制棒時的沉積膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-石英基管，2-外包層，3-應(yīng)力區(qū)層，4-內(nèi)包層，5-棒芯層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

一種光纖預(yù)制棒的制備方法，包括以下步驟：

(1)往石英基管1內(nèi)按摩爾比1.1:1通入SiCl₄和O₂，加熱至1850℃進行反應(yīng)，并沉積得到厚度為1.4mm的SiO₂外包層2；

(2)外包層2沉積好后，按摩爾比為83：33：150通入SiCl₄、BBr₃和O₂，加熱至1750℃進行反應(yīng)，在外包層2上沉積得到厚度為5mm的SiO₂/B₂O₃應(yīng)力區(qū)層3；

(3)通入刻蝕氣體SF₆，以石英基管1圓心為對稱點，在1650℃下刻蝕除去應(yīng)力區(qū)層3對稱兩邊的占總量體積分數(shù)為35％的部分應(yīng)力區(qū)，使得剩余部分的應(yīng)力區(qū)層3的對稱兩邊互不連接，并替換刻蝕除去的應(yīng)力區(qū)，沉積與外包層2組分相同的填充層；

(4)再次通入刻蝕氣體SF₆，在1650℃下刻蝕除去沉積在應(yīng)力區(qū)層3上的填充層；

(5)刻蝕完成后，按摩爾比35：1：90通入SiCl₄、SF₆和O₂，加熱至1950℃進行反應(yīng)，沉積得到厚度為2.1mm的SiO₂/F內(nèi)包層3；

(6)內(nèi)包層3沉積完成后，按摩爾比2.5：1：15通入SiCl₄、GeCl₄和O₂，加熱至1950℃進行反應(yīng)，沉積得到厚度為1.0mm的SiO₂/GeO₄棒芯層4；

(7)沉積完成后，加熱石英基管1至2350℃對各層進行燒結(jié)，即收縮得到光纖預(yù)制棒。

按上述方法制備得到的光纖預(yù)制棒，棒芯為正圓形，棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

對制得的光纖預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)性能進行檢測，具體檢測結(jié)果見下表1：

表1

注：芯/包同心度差指棒芯與包覆棒芯的沉積層的同心度差。

采用上述光纖預(yù)制棒的拉制圓保偏光纖，拉制得到圓保偏光纖的纖芯模場的圓度大于90％，其結(jié)構(gòu)尺寸如下表2所示：

表2

實施例2

一種光纖預(yù)制棒的制備方法，包括以下步驟：

(1)往石英基管1內(nèi)按摩爾比1:1通入SiCl₄和O₂，加熱至1850℃進行反應(yīng)，并沉積得到厚度為0.8mm的SiO₂外包層2；

(2)外包層2沉積好后，按摩爾比為82：30：150通入SiCl₄、BBr₃和O₂，加熱至1650℃進行反應(yīng)，在外包層2上沉積得到厚度為4mm的SiO₂/B₂O₃應(yīng)力區(qū)層3；

(3)通入刻蝕氣體SF₆，以石英基管1圓心為對稱點，在1450℃下刻蝕除去應(yīng)力區(qū)層3對稱兩邊的占總量體積分數(shù)為30％的部分應(yīng)力區(qū)，使得剩余部分的應(yīng)力區(qū)層3的對稱兩邊互不連接，并替換刻蝕除去的應(yīng)力區(qū)，沉積與外包層2組分相同的填充層；

(4)再次通入刻蝕氣體SF₆，在1450℃下刻蝕除去沉積在應(yīng)力區(qū)層3上的填充層；

(5)刻蝕完成后，按摩爾比30：1：80通入SiCl₄、SF₆和O₂，加熱至1850℃進行反應(yīng)，沉積得到厚度為2.1mm的SiO₂/F內(nèi)包層3；

(6)內(nèi)包層3沉積完成后，按摩爾比2：1：10通入SiCl₄、GeCl₄和O₂，加熱至1850℃進行反應(yīng)，沉積得到厚度為0.8mm的SiO₂/GeO₄棒芯層4；

(7)沉積完成后，加熱石英基管1至2250℃對各層進行燒結(jié)，即收縮得到光纖預(yù)制棒。

按上述方法制備得到的光纖預(yù)制棒，棒芯為正圓形，棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

采用上述光纖預(yù)制棒用于拉制寬帶光纖波片。

實施例3

一種光纖預(yù)制棒的制備方法，包括以下步驟：

(1)往石英基管1內(nèi)按摩爾比1.2:1通入SiCl₄和O₂，加熱至1850℃進行反應(yīng)，并沉積得到厚度為2mm的SiO₂外包層2；

(2)外包層2沉積好后，按摩爾比為85：36：150通入SiCl₄、BBr₃和O₂，加熱至1850℃進行反應(yīng)，在外包層2上沉積得到厚度為6mm的SiO₂/B₂O₃應(yīng)力區(qū)層3；

(3)通入刻蝕氣體SF₆，以石英基管1圓心為對稱點，在1850℃下刻蝕除去應(yīng)力區(qū)層3對稱兩邊的占總量體積分數(shù)為40％的部分應(yīng)力區(qū)，使得剩余部分的應(yīng)力區(qū)層3的對稱兩邊互不連接，并替換刻蝕除去的應(yīng)力區(qū)，沉積與外包層2組分相同的填充層；

(4)再次通入刻蝕氣體SF₆，在1850℃下刻蝕除去沉積在應(yīng)力區(qū)層3上的填充層；

(5)刻蝕完成后，按摩爾比40：1：100通入SiCl₄、SF₆和O₂，加熱至2050℃進行反應(yīng)，沉積得到厚度為2.1mm的SiO₂/F內(nèi)包層3；

(6)內(nèi)包層3沉積完成后，按摩爾比3：1：20通入SiCl₄、GeCl₄和O₂，加熱至2050℃進行反應(yīng)，沉積得到厚度為1.2mm的SiO₂/GeO₄棒芯層4；

(7)沉積完成后，加熱石英基管1至2450℃對各層進行燒結(jié)，即收縮得到光纖預(yù)制棒。

按上述方法制備得到的光纖預(yù)制棒，棒芯為正圓形，棒芯與其余各沉積層之間的同心度差小于0.3mm。

采用上述光纖預(yù)制棒用于拉制圓保偏光纖，拉制得到的圓保偏光纖的纖芯模場的圓度大于90％。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。