棒体,只是中心还留下一个小孔。为制作实心棒,必须加大加热包皮管的温度,使包皮管在更高的温度下软化收缩,最后成为一个实心玻璃棒。为使温度升高,可以加大氢氧火焰,也可以降低火焰左右移动的速度,并保证石英包皮管始终处于旋转状态,使石英包皮管外壁温度达到1800℃。原石英包皮管这时与沉积的石英玻璃熔缩成一体,成为预制棒的外包层。外包层不起导光作用,因为依前几章的分析可知:激光束是在沉积的芯层玻璃中传播。
由于光脉冲需经芯层传输,芯层剖面折射率的分布型式将直接影响其传输特性,那么如
果控制芯层的折射率呢?芯层折射率的保证主要依靠携带掺杂试剂的氧气流量来精确控制。在沉积熔炼过程中,由质量流量控制器(MFC)调节原料组成的载气流量实现。如果是阶跃型光纤预制棒,那么载气(O2)的流量应为恒定:
Q=cont (5-2-8)
如果是梯度分布型光纤预制棒,载气的流量Q可由下式决定:
g 2 xt x (5-2-9) Qx Q0 1 xt
Q式中:0-掺杂试剂载气的最大流量。
Qx-沉积第x层时所需的掺杂试剂载气总流量。
xt-沉积芯层过程中的总层数。
-沉积的第x层。
g-光纤剖面折射率分布指数。
为使光纤预制棒的折射率分布达到所需的要求,可以通过向二氧化硅基体中加入少量掺
杂剂来改变其折射率的方法实现。为满足光纤的导光条件要求,通常可采用三种掺杂方式:
1.在熔炼纤芯玻璃时,按某种规律掺入少量的较石英折射率n0稍高的材料,例如(GeO2)氧化锗或氧化磷P2O3、使芯层的折射率为n1,即n1>n0;
在制备包层玻璃时,同样,掺入少量的较石英折射率n0稍低的材料,例如氟F或氧化
硼B2O3等,使包层的折射率为n2并小于纯二氧化硅的折射率n0,即n2<n0;
这样掺杂熔炼出的光纤预制棒完全满足对光纤导光条件的要求:n1>n2。
2.熔炼纤芯玻璃时,掺杂方法与“1”中相同,n1>n0;而在制备包层时,只沉积二氧化
硅材料,不掺杂任何掺杂剂,得到纯SiO2玻璃层,其折射率为n2=n0,满足n1>n2=n0的光纤导光条件的要求。
3.熔炼纤芯玻璃时,只沉积二氧化硅材料,不掺杂任何掺杂剂,得到纯SiO2玻璃层,
其折射率为n1=n0,而制备包层玻璃时,与1.中沉积包层的方法相同,使包层的折射率为n2并小于纯二氧化硅的折射率n0,即n2<n0,从而满足n1=n0>n2的光纤导光条件的要求。
在光纤预制棒沉积过程中,如果掺杂试剂的含量过多,沉积层之间的玻璃热膨胀系数会
出现不一致,在最后的软化吸收熔缩成棒工艺中,棒内玻璃将会产生裂纹,影响预制棒的最终质量与合格率,所以必须严格控制掺杂剂的含量。
此外,使用MCVD法熔炼光纤预制棒时,由于最后一道工序----熔缩成棒时的温度过高,1800℃,使石英包皮管芯层中心孔内表面附近的掺杂剂分解升华,扩散(GeO2沸点 ?℃),最终导致预制棒中心的折射率下降,折射率分布曲线出现中心凹陷,如图5-2-5所示。
GeO+(5-10) x
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