паров кислорода и тионилхлорида. При этом обеспечивается решение двух задач:

а) удаляется вода вследствие протекания химических реакций SOClj t + НгО SOa t +С1, t +Нг t

2SOCU t +20H 250г +2С1г f +Нг f

б) пористый стержень, имевший диаметр около 60 мм и длину 200 мм, превращается в прозрачную стеклянную заготовку диаметром 20 мм.

Сухие газы 0г + 50С1г

Исходный стертень из нварца

Грасритовая нагревательная печь I

- Выходящие У газы

Рис. 4.3. Схема получения заготовки с использованием процесса осевого осаждения из газовой фазы (VAD)

Рис. 4.4. Экспериментально полученные характеристики потерь волокна, изготовленного с использованием VAD-процес-са прн улучшенной осушке газов

Л5.0

0.5 0.1

0,6 0,8 1,0 ,1,2 1,6 Л,мнм

Метод может обеспечить получение достаточно хорошо контролируемого профиля показателя преломления путем тщательного поддержания в процессе осаждения требуемого закона распределения температуры в поперечном сечении пористого стержня. Установлено, что концентрация GeOg в синтезируемых стеклянных частицах увеличивается равномерно с температурой осаждения в диапазоне 300 ... ... 800" С. Прн использовании данного процесса были получены длинные градиентные волокна с потерями менее 0,5 дБ/км на 1,55 мкм и дисперсией, не превышающей 1 нскм. Приведенная на рис. 3.5 кривая потерь была получена для волокна, изготовленного этим методом. Невозможность поддержания соответствующего контроля диаметра сердцевины данного волокна привело к наличию остаточных волноводных потерь порядка 0,4 дБ/км.

Совсем недавно улучшенный метод сушки позволил изготавливать волокна рассматриваемым способом с содержанием водяных паров менее, чем одна часть на 10*. Типичная кривая потерь такого волокна приведена на рис. 4.4. Обнаруживается лишь один пик поглощения на 1,39 мкм, обусловленный ОН", а диапазон длин волн, в пределах которого потери остаются менее 1 дБ/км, составляет 1,1 ...1,7 мкм. Была установлена возможность введения в пламя более широкого ассортимента легирующих веществ, распыляемых из водного раствора. Таким образом, этот метод уже не ограничивается использованием только таких материалов, как галоидные соединения или их гибриды, имеющие соответствующее давление паров.

В методе, который первым обеспечил получение волокон высшего качества (характеристики волокна представлены на рис. 3.2 и 3.3), осаждение из газовой фазы осуществлялось за счет теплового окисления внутри полой трубки из чистового плавленного кварца. Обычно такая трубка имеет длину около 1 м, диаметр 15 мм и толщину стенок около 1 мм. Сначала ее тщательно очищают, а внутреннюю поверхность протравливают и промывают. Затем трубку устанавливают горизонтально и вращают с помощью токарного станка для производства стекольных работ, оборудованного кислородно-водородной горелкой, осуществляющей нагрев трубки на коротком отрезке по замкнутой окружности. Горелки перемещают с контролируемой скоростью вдоль оси трубки от одного конца до другого. Обеспечение процесса исходными материалами осуществляется пропусканием внутрь трубки паров

4 Заказ 1425 97

четыреххлористого кремния (SiCl4), а также хлоридов и бромидов любых других легирующих примесей, таких как GeCl4, POCI4 и ВВгз, вместе с кислородом. При этом скорости потоков паров указанных веществ тщательно регулируют и контолируют, а требуемая высокая чистота исходных материалов обеспечивается их перегонкой. Схема установки, реализующей данный способ, приведена на рис. 4.5.

Обычный процесс гюлучения заготовок начинается с нескольких проходов пламени вдоль трубки и пропускания через нее только чистого кислорода. Это обеспечивает нагрев трубки до 1500° С и эффективную полировку ее внутренней поверхности. Затем в пропускаемый сквозь трубку поток газов вводят легирующие примеси ооболочки, например, SiCU или ВВгз. Эта операция следует за дополнительными проходами пламени при пропускании через трубку паров примеси для обра-чования сердцевины волокна, например SiCU и GeCl4. При изготовлении заготовок для получения градиентных волокон осуществляется 50-100 таких проходов пламени для формирования сердцевины, причем концентрации легирующих примесей плавно увеличивается от прохода к проходу. Каждый из таких проходов может длиться 4...5 мин.

На внутренней поверхности кварцевой трубки в области нагрева имеет место взаимодействие между парами осаждаемых веществ и кислородом, в результате которого осаждается слой SiOj, содержащий легирующие примеси (GeOj, В2О3), а образующийся при этом газ, содержащий галогены осажденных веществ, уносится потоком паров. В зависимости от температуры стенки трубки осажденный слой может иметь вид «сажи» или быть более или менее прозрачным. Если формируются «сажевые» слои, то необходима последующая тепловая обработка для получения из них в результате плавления прозрачных слоев изменяющегося состава общей толщиной около 200 ...300 мкм. При этом протекают следующие химические реакции:

SiCl4t H-Oat Si02 + 2Cl2t GeCUt Н-Oat GeO.,H-2011 (Сердцевина)

4POCI3 t Н-ЗОг t 2РА f 6С1г f SiCl4t+0.t -SiO, + 2Cl,t Ьоболочка) 4ВВгз t + ЗО2 -> 2B2O3 + бВгг t j

Температуру и давление паров обычно выбирают такими, чтобы эти реакции протекали в трубе до некоторой степени в газовой фазе. Этот способ называют иногда «модифицированным способом химического осаждения из азовой фазы» (MCVD). В раннем способе химического осаждения из газовой фазы (CVD*). использовались более низкие температуры и давления, вследствие чего реакции происходили

MCVD - Modified Ciiemical Vapor Deposition technique. CVD - Ciiemical Vapor Deposition teciinique.