Способ изготовления заготовок волоконных световодов, устройство для его осуществления и заготовка, изготовленная этим способом

Изобретение относится к способу изготовления заготовок одномодовых и многомодовых волоконных световодов W-типа. Способ осуществляют плазмохимическим осаждением глубоко депрессированной фторсиликатной оболочки SiO₂-F с (Δn=-2,5%) и кварцевой сердцевины на внутреннюю поверхность оптически чистой опорной кварцевой трубы, поверхность которой предварительно подвергают химической, огневой и СВЧ плазмохимической обработке с использованием «холодной» неравновесной равномерно ионизованной плазмы СВЧ-разряда пониженного давления. Последовательно подают внутрь трубы в СВЧ-разряд смеси газов О₂ и SiCl₄+C₃F₈ (отражающая оболочка) и затем SiCl₄+O₂ (сердцевина). Способ осуществляется с помощью устройства, в котором перед входом в плазмотрон установлен поляризатор или устройство ввода СВЧ-излучения с вращением плоскости поляризации. В качестве источника СВЧ-энергии применен широкополосный транзисторный усилитель с задающим генератором, электрически перестраиваемым по частоте, между которыми установлен электрически управляемый аттенюатор. Техническая задача изобретения - повышение производительности процесса изготовления световодов с необходимым профилем показателя преломления. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способу получения заготовок волоконных световодов и может быть использовано для создания высокоинформативных систем связи, волоконных лазеров, усилителей и волоконно-оптических датчиков контроля различных физических величин (температуры, напряженности электромагнитных и магнитных полей, механических напряжений и перемещений и др. параметров).

Известны способы и устройства для изготовления кварцевых заготовок в плазме СВЧ-разряда пониженного давления (PCVD-методы) волоконных световодов, в том числе с глубоко депрессированной фторсиликатной оболочкой, характеризующейся значительно пониженным показателем преломления (ПП) по сравнению с ПП кварцевого стекла, равным Δn -2% [1. P.Geittner et.al. "Appl. Phys. Lett.", v.28, 11, 1976. 2. Патент ФРГ №2444100, С03В 37/018, 25.03.1976. 3. DE №3632684 Н056/80, 31.03.1988. 4. ЕР №0086533 С03В 37/018, 24.08.1983].

Также хорошо известна присущая PCVD-методу высокая эффективность осаждения чистого SiO₂ и SiO₂, легированного фтором. Важным преимуществом световодов состава SiO₂/SiO₂-F, получаемых этим способом, является отсутствие провала в профиле показателя преломления (ППП), низкие оптические потери, высокая числовая апертура (NA=0,3) и слабая чувствительность к изгибам в одномодовых волоконных световодах (ОВС).

Однако отличные и неизменные дисперсионные свойства ОВС W-типа могут быть получены только при существенном увеличении глубины депрессированной оболочки, используя для этого наиболее эффективные фторсодержащие реагенты и оптимальную температуру поверхности опорной кварцевой трубы.

Световоды W-типа с глубоко депрессированной оболочкой, в особенности для ОВС, можно изготовить PCVD-методом как с чистой кварцевой сердцевиной, так и легируя кварцевую сердцевину германием и фтором.

Используя широко известные термические методы изготовления заготовок волоконных световодов (MCVD, OVD, VAD, PCVD атмосферного давления), не удалось получить оптимизацию профиля показателя преломления (ППП) по различным параметрам, как для многомодовых световодов (МВС), так и для одномодовых световодов (ОВС) по достижению высоких оптических свойств световодов, в особенности дисперсионных, состава SiO₂/SiO₂-F, SiO₂+GeO₂/SiO₂-F, что связано, прежде всего, с невозможностью получения этими методами глубоко депрессированной фторсиликатной отражающей оболочки.

Способ, заявленный в патенте ЕР 0086533 С03В 37/018, 24.08.1983, является ближайшим аналогом данного изобретения. Сущность этого способа такова: СВЧ плазма пониженного давления (1-25 торр), создаваемая СВЧ-плазмотроном на частоте 2450 Мгц, создает внутри опорной кварцевой трубы локальную реакционную зону, которая при его возвратно-поступательном перемещении осаждает внутри трубы тысячи компактных концентрических слоев кварцевого стекла. Исходными материалами служат: SiCl₄, GeCl₄, C₂F₆ и O₂. Температура опорной трубы при осаждении варьируется от 1100°С до 1200°С. После окончания осаждения трубчатая заготовка схлопывается в штабик с помощью газовой горелки при температуре 2000-2200°С. При изготовлении ОВС внешний диаметр заготовки увеличивается с помощью процедуры нахлопывания снаружи дополнительной кварцевой трубы.

Основным легирующим фторсодержащим реагентом, с помощью которого были получены все основные результаты по оптимизации ППП, был фреон С₂F₆, а основным устройством, используемым для осаждения различных оптических структур, сначала было простейшее волноводное устройство на волне Н₁₀ с короткозамыкающим поршнем на конце и термическими секциями печи над и под волноводом, а в дальнейшем - устройство на волне H₀₁ (тип колебаний резонатора

Н₀₁₁), расположенное и перемещаемое в термической печи.

Однако, несмотря на высокие достижения по созданию световодов W-типа с глубоко депрессированной оболочкой, легирование отражающей кварцевой оболочки фтором, используя фреон C₂F₆, не дало возможности добиться максимального ее легирования фтором, т.е. добиться наибольшей глубины депресированной оболочки (Δn не превышала -2%).

Использование же в качестве СВЧ-плазмотрона волноводного устройства на волне Н₁₀ было не эффективно по многим параметрам (низкая скорость осаждения, ограниченный диаметр кварцевой опорной трубы и прежде всего неэффективное использование оптически чистой и дорогой опорной кварцевой трубы (не более 40-50%)). Устройство же типа Н₀₁₁ целесообразно для осаждения внутри труб только большого диаметра (40-43 мм), так как напряженность электрического поля по оси резонатора Е=0 и достигает максимального значения на расстоянии ~R/2, где - R радиус резонатора.

В этом случае опорные кварцевые трубы должны иметь внутренний диаметр не менее 40 мм (диаметр трубы 45×40 мм). Это представляет определенные трудности в реализации PCVD-метода по следующим причинам:

1. Оптически чистых труб диаметром 45х40 мм и более промышленность не выпускает.

2. Мощность генератора на частоте 2450 МГц для создания СВЧ плазмы и осаждения оптических структур в опорной кварцевой трубе диаметром 45×40 мм и более должна составлять 10-15 кВт. Соответственно увеличиваются вес генераторного блока и его размеры, что представляет технические трудности в качественной реализации PCVD-процесса.

3. Появляется техническая проблема схлопывания таких трубчатых заготовок.

4. Оптимизация оптических параметров световодов W-типа с глубоко депреcсированной оболочкой в этом случае усложняется.

Прототипом настоящего изобретения является способ изготовления заготовок световодов, в котором на поверхность цилиндрического стержня из кварцевого стекла наносят с использованием «холодной» неравновесной СВЧ плазмы фторсиликатную отражающую оболочку (US 6988380, С03В 37/014, 2004-02-19).

Данный способ не позволяет с приемлемой производительностью получить заготовки для одномодовых волоконных световодов W-типа с необходимым профилем показателя преломления, обладающих повышенной широкополосностью.

Задачей данного изобретения является создание способа изготовления кварцевых заготовок волоконных световодов как многомодовых (МВС), так и одномодовых (ОВС) с чистой кварцевой сердцевиной, с сердцевиной, легированной германием и фтором, а также кварцевой сердцевиной, легированной различными РЗМ (неодимом, эрбием, тербием), одним, двумя и более элементами и добавками к ним, таким как калий, алюминий, фосфор, германий, азот, фтор, как в отдельности, так и в различных сочетаниях, с более глубоко депрессированной фторсиликатной отражающей оболочкой, чем в способе-прототипе.

Для решения поставленной задачи и достижения большей глубины фторсиликатной депрессированной оболочки предлагается способ изготовления заготовок одномодовых и многомодовых волоконных световодов W-типа плазмохимическим осаждением глубоко депрессированной фторсиликатной оболочки SiO₂-F и кварцевой сердцевины SiO₂ с Δn, равной -2,5%, с использованием «холодной» неравновесной, равномерно ионизованной плазмы СВЧ-разряда пониженного давления на внутреннюю поверхность оптически чистой опорной кварцевой трубы, которую предварительно подвергают химической, огневой и СВЧ плазмохимической обработке, а затем последовательно внутрь трубы в СВЧ-разряд при температуре 1050°С подают смесь газов O₂ и SiCl₄+C₃F₈ для образования отражающей оболочки и при температуре 1200°С смесь газов SiCl₄+O₂ для формирования кварцевой сердцевины заготовки при возвратно-поступательном перемещении СВЧ плазмы с резонатором ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁) вдоль трубы со скоростью 2,0-3,5 м/мин и вращении опорной кварцевой трубы со скоростью 0,5-1 об/мин.

В предлагаемом способе кварцевая сердцевина может быть легирована германием и фтором, а также различными редкоземельными металлами из группы, содержащей неодим, эрбий, иттербий, и добавками к ним, выбранными из группы, содержащей калий, алюминий, фосфор, германий, азот, фтор, как в отдельности, так и в совокупности в различных сочетаниях, в качестве исходных реагентов используют летучие соединения редкоземельных металлов преимущественно металлоорганические соединения с высоким давлением паров.

Уровень внедрения фтора при формировании отражающей оболочки в плазме СВЧ-разряда пониженного давления определяется скоростью осаждения, температурой поверхности опорной кварцевой трубы, СВЧ мощностью, видом фреона и уровнем его концентрации, давлением, скоростью потока реагентов.

В настоящем изобретении в качестве фторсодержащего реагента используют фреон С₃F₈, что позволяет при предлагаемых режимах осуществления способа изготовления заготовки получать заготовку состава SiO₂/SiO₂-F с Δn, равной -2,5% (NA=0,33).

Осаждение чистого кварцевого стекла для формирования сердцевины заготовки, в отличие от осаждения фторсиликатного стекла при образовании фторсиликатной оболочки, ведется при температуре поверхности опорной кварцевой трубы 1200°С и расходе O₂ на барботаж SiCl₄ 12 л/час. Это позволяет получать высококачественное кварцевое стекло. Время изготовления заготовки SiO₂/SiO₂-F - 3 часа (2 часа - SiO₂-F оболочки и 1 час - сердцевины).

Способ, предлагаемый в настоящем изобретении, осуществляется следующим образом.

Пример 1

Для подготовки к освоению опорной кварцевой трубы диаметром 20×17 мм ее предварительно подвергают химической и огневой (термической) обработке, для чего в трубу подается смесь газов O₂ со скоростью 40 л/час и SF₆ со скоростью 15 л/час. С помощью водородно-кислородной горелки опорная кварцевая труба нагревается до температуры размягчения, после чего ее поверхность (после 3-х проходов горелки) становится чистой как внутри, так и снаружи. Далее горелку убирают, опускают печь и включают нагрев, трубу герметизируют и вакуумируют до давления 1-3 Торр. Перед осаждением SiO₂-F оболочки при температуре печи 1000°С зажигают СВЧ плазму и в разряд при давлении 3-5 Торр подают смесь O₂ со скоростью 60 л/час и ССl₄ со скоростью 3 л/час. Таким образом, проводят мягкое плазменное травление внутренней поверхности опорной трубы, при котором удаляют органические и неорганические соединения, засевшую пыль и, самое главное, активируют подложку (поверхность внутри опорной трубы). Заканчивают обработку внутренней поверхности трубы полировкой в СВЧ плазме кислорода. После этого температуру опорной кварцевой трубы поднимают до 1050°С и начинают процесс осаждения отражающей фторсиликатной оболочки на ее внутреннюю поверхность при давлении 6-8 Торр. Для процесса осаждения фторсиликатной оболочки опорную кварцевую трубу вращают со скоростью 0,5-1 об/мин, вдоль нее при мощности источника СВЧ излучения 800 Вт со скоростью 2,5-3,0 м/мин возвратно-поступательно перемещают резонатор ТЕ₁₁₁ (H₁₁₁). При температуре 1050°С внутрь опорной кварцевой трубы в СВЧ-разряд подают смесь газов O₂ и SiCl₄+C₃F₈ для образования фторсиликатной отражающей оболочки на ее внутренней поверхности. Затем температуру поднимают до 1200°С и внутрь опорной кварцевой трубы с образованной на ее внутренней поверхности фторсиликатной оболочкой подают смесь газов SiCl₄+O₂ для формирования кварцевой сердцевины заготовки. Далее полученная трубчатая заготовка схлопывается, после чего измеряется Δn заготовки.

Пример 2

Способ осуществляется в тех же режимах, что и в примере 1. После осаждения отражающей фторсиликатной оболочки формирование кварцевой сердцевины осуществляют из парогазовой смеси в присутствии SiCl₄+GeCl₄ с небольшой добавкой -С₃F₈.

Осаждение кварцевой сердцевины SiO₂ вместе с GeO₂ и фтором позволяет получать большое разнообразие МВС и ОВС W-типа варьированием Δ⁺ и Δ^- величин. Кроме того, добавка фтора в сердцевину снижает рэлеевское рассеяние и ОН^- поглощение. При этом эффективность легирования SiO₂ германием составляет 85%, фтором 90-95%, причем легирование световодов фтором не влияет на их оптические свойства. Использование для легирования SiO₂ этих двух добавок дает возможность создавать широкий диапазон конфигураций ППП ОВС с оптимизацией профилей по различным параметрам, что позволяет смещать нулевую дисперсию (λ₀) в область более низких оптических потерь - 1,55 мкм и достигать низких значений общей дисперсии (<2 псек/нм км).

Пример 3

Предлагаемый способ предусматривает легирование кварцевой сердцевины редкоземельными металлами для создания активных световодов. В качестве исходных реагентов для легирования кварцевой середины используют летучие соединения редкоземельных металлов с высоким давлением паров, такие как хлориды РЗМ или предпочтительно их летучие металлоорганические соединения формулы МL₃ nQ, где М - редкоземельный элемент, L - ацетилацетонат-ион, пивалат-ион, изо-бутилат-ион; n - 1,3; Q - о-фенантролин, α,α′ - дипиридил, пивалевая, изомасляная кислота. Для улучшения люминесцентных свойств в пары летучих металлоорганических соединений вводятся различные добавки, такие как калий, алюминий, азот, германий, фосфор и фтор.

В этом примере способ осуществляется в тех же режимах, что и в примере 1, но в конце осаждения фторсиликатной отражающей оболочки формирование кварцевой сердцевины осуществляют в присутствии дипивалоилметаната эрбия ЕrА₃Рhеn, неодима NdA₃Phen или иттербия YbA₃Phen с добавлением азота, калия или германия, как в отдельности, так и в различных сочетаниях. Пары соединений редкоземельных металлов и добавки к ним подают со скоростью 30 л/час.

Пример 4

Способ осуществляется в тех же режимах, что и в примере 1. После осаждения фторсиликатной отражающей оболочки формирование кварцевой сердцевины осуществляют в присутствии хлорида неодима формулы NdCl₂6H₂O или хлорида эрбия формулы ЕrСl₃6Н₂O с добавлением алюминия, фосфора или германия как в отдельности, так и в различных сочетаниях. Пары соединений редкоземельных металлов и добавки к ним подают со скоростью 30 л/час.

Осаждение в СВЧ плазме пониженного давления кварцевой сердцевины в присутствии хлоридов РЗМ или металлоорганических соединений редкоземельных металлов одним, двумя и более, как в отдельности, так и в различных сочетаниях, позволяет добиться в активных световодах:

- равномерности осаждения легирующих элементов и добавок,

- получить резкие профили легирования,

- достигнуть высокой концентрации и однородности активатора,

- получить высокую числовую апертуру стекла световода (0,45-0,5) за счет частичного легирования сердцевины азотом и РЗМ, а оболочки - фтором,

- достигнуть высоких скоростей осаждения.

В таблице приведены данные оптических характеристик кварцевой сердцевины, легированной различными металлоорганическими соединениями.

На фиг.1 приведена кривая зависимости Δn заготовки от концентрации введенного фтора и температурного режима опорной кварцевой трубы.

Данные параметров проведения основных стадий способа, предлагаемого в настоящем изобретении, приведены ниже.

Осаждение глубоко депрессированной фторсиликатной оболочки на внутреннюю поверхность опорной кварцевой трубы осуществляют при следующих параметрах:

Диаметр трубы, мм	20×17
Температура поверхности трубы, °С	1050
Мощность СВЧ генератора, Вт	800
Частота СВЧ генератора, мГц	2450
Давление в опорной трубе, торр	6-8
Расход кислорода, л/час	63,2
Расход кислорода, идущего на барботаж SiСl4, л/час	22,4
Расход фреона С3F8, л/час	1,5
Скорость перемещения СВЧ плазмы, м/мин	2,0-3,0
Длина осаждения SiO2-F оболочки, мм	600
Скорость вращения трубы, об/мин	0,5

Осаждение чистой кварцевой сердцевины на внутреннюю поверхность опорной кварцевой трубы с осажденной ранее глубоко депрессированной фторсиликатной оболочкой SiO₂-F осуществляют при следующих параметрах:

Температура печи, °С	1200
Мощность СВЧ генератора, Вт	800
Давление в опорной трубе, торр	6-8
Расход кислорода, л/час	63,2
Расход кислорода, идущего на барботаж SiСl4, л/час	12,0
Скорость перемещения СВЧ плазмы, м/мин	2,0-3,0
Скорость вращения опорной трубы, об/мин	1,0

Полученный результат использования предлагаемого в настоящем изобретении способа качественного изготовления заготовок иллюстрирует фиг.1, на которой приведена кривая зависимости Δn заготовки от концентрации введенного фтора и температурного режима опорной кварцевой трубы.

Техническим результатом изобретения является большая глубина депрессированной фторсиликатной оболочки (Δn=-2,5%),что позволяет получить более высокие и неизменные дисперсионные свойства световодов, низкие оптические потери, высокую числовую апертуру NA=0,33, слабую чувствительность к изгибам световодов без увеличения рэлеевского рассеяния при λ_o=1,3 мкм.

Наиболее близким к устройству, предлагаемому для осуществления способа изготовления заготовок волоконных световодов PCVD-методом, прототипом является устройство, описанное в авторском свидетельстве №1573753, Н05В 7/18, 15.06.1988 г.

Устройство для получения заготовок волоконных световодов состоит из печи сопротивления, СВЧ-плазмотрона резонаторного типа, держателей опорной кварцевой трубки, соединенной с системой подготовки и подачи парогазовых смесей и откачной системой. СВЧ-плазмотрон выполнен в виде резонатора, работающего на типе колебаний ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁), перемещаемого относительно оси неподвижной опорной кварцевой трубки и снабженного механизмом изменения длины плазменной зоны, который выполнен в виде двух металлических цилиндров, экранирующих опорную кварцевую трубку от воздействия СВЧ энергии, установленных с зазором между ними и возможностью регулирования зазора. Выбор волны ТЕ₁₁ (Н₁₁) обоснован следующими ее особенностями:

1. ТЕ₁₁ волна (Н₁₁) является низшим типом волны в круглом волноводе и вторым после ТЕМ в коаксиальном. Отсутствие каких-либо компонент полей, совпадающих по направлению и фазе у этих двух типов волн, делает возможным одномодовый режим работы резонатора ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁ СВЧ-плазмотрона) при волноводном возбуждении.

2. Волна ТЕ₁₁ (Н₁₁) имеет максимальное значение вектора Пойнтинга П на оси волновода, что хорошо стимулирует разряд на оси при любых возмущающих воздействиях в СВЧ-плазмотроне резонаторе, заполненном поглощающей плазмой П_z≠0, и имеет максимум на оси.

3. Волна ТЕ₁₁ (Н₁₁) в коаксиальной структуре, каковой является цилиндрический резонатор с проводящей плазмой на оси, практически не трансформируется в волну ТЕМ, что снижает выход СВЧ энергии через боковые отверстия плазмотрона и по диэлектрическим кварцевым элементам (трубка, штабик).

4. Волна ТЕ₁₁ (Н₁₁) обеспечивает максимальный энерговклад в плазму СВЧ-разряда (т.е. возможность получить максимальное значение Е при минимальном вкладе СВЧ мощности).

5. СВЧ-плазмотрон на волне ТЕ₁₁ (Н₁₁) имеет малые размеры. Данное устройство, однако, имеет следующие существенные недостатки:

1. Волна ТЕ₁₁ (Н₁₁) в данном устройстве не имеет круговой поляризации волны, поэтому при азимутальной несимметрии волны ТЕ₁₁ (Н₁₁) создаются предпосылки для неоднородного осаждения оптических структур световодов, что отрицательно сказывается на выполнении сложных ППП световодов при изготовлении одномодовых и многомодовых заготовок W-типа световодов с глубоко депрессированной фторсиликатной оболочкой и легировании редкоземельными металлами и добавками к ним.

2. Используется в качестве источника СВЧ излучения магнетронный генератор на частоте 2450 МГц, который имеет достаточно большой вес и размеры, поэтому процесс перемещения магнетронного генератора с резонатором достаточно энергоемкий, но самое главное приводит к неоднородности осаждения на концах трубы при переключении хода резонатора.

3. Так как магнетронный генератор не имеет возможности перестраиваться по частоте, то, чтобы поддерживать резонансный характер работы СВЧ-плазмотрона на типе колебаний ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁), необходимо механически подстраивать резонатор в течение длительного технологического процесса осаждения. Процесс такого способа настройки инерционный и не всегда может реализоваться, так как очень много факторов влияет на резонансный характер работы СВЧ-плазмотрона (изменение концентрации химических реагентов, давления рабочего газа и скорости его протока через опорную трубу, изменение скорости возвратно-поступательного перемещения резонатора и температурного режима термической печи).

Для получения заготовок волоконных световодов по способу, предлагаемому в настоящем изобретении, предлагается устройство, включающее печь, расположенную в ней кварцевую опорную трубу, систему подачи парогазовой смеси, вакуумную систему, СВЧ-генератор и СВЧ-плазмотрон с механизмом перемещения, отличающийся тем, что перед входом в СВЧ-плазмотрон установлен поляризатор или устройство ввода СВЧ излучения с вращением плоскости поляризации, в качестве источника СВЧ энергии применен широкополосный транзисторный усилитель с задающим генератором, электрически перестраиваемым по частоте, между которыми установлен электрически управляемый аттенюатор, а для автоматического поддержания оптимальных режимов работы СВЧ-плазмотрона (резонансный режим и оптимальная температура поверхности опорной трубки) в процессе осаждения оптических структур световодов использован компьютер с программным управлением процессом изготовления заготовок волоконных световодов и система автоматической обратной связи с датчиком температуры поверхности кварцевой трубы и датчиком измерения уровня отраженной от входа СВЧ-плазмотрона СВЧ мощности.

Схема и взаимосвязь основных узлов предлагаемого устройства представлена на фиг.2.

Устройство, предлагаемое в данном изобретении, состоит из маломощного задающего генератора 1, электрически перестраиваемого по частоте, электрически управляемого аттенюатора 2, транзисторного широкополосного усилителя 3, ферритового циркулятора (вентиля) 4 с датчиком контроля уровня отраженной от входа СВЧ-плазмотрона-резонатора СВЧ мощности, круглого (гибкого, гофрированного) волновода или коаксиального кабеля 5, поляризатора волны ТЕ₁₁ (Н₁₁) или предпочтительно устройства ввода СВЧ излучения в резонатор с вращением плоскости поляризации 6, СВЧ-плазмотрона-резонатора на типе колебаний ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁) 7 с кварцевой опорной трубой 8, расположенной соосно оси СВЧ-плазмотрона, печи 9 для нагрева опорной кварцевой трубы, системы перемещения резонатора 10, вакуумной системы 11, системы подачи химических реагентов и кислорода 12, блока осушки кислорода 13, двух вакуумметров 14, расположенных на входе и выходе опорной трубы, натекателя 15 и ловушки 16 перед входом отработанного рабочего газа в насос, системы автоматической обратной связи, состоящей из датчика контроля уровня отраженной от входа резонатора (СВЧ-плазмотрона) СВЧ мощности 4 и датчика контроля температуры опорной трубы 17, электрически управляемого аттенюатора 2 и электрически перестраиваемого по частоте задающего генератора 1, которые с помощью компьютера 18 автоматически обеспечивают резонансный режим работы СВЧ-плазмотрона 7 на типе колебаний ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁) и постоянную, оптимальную для заданного режима осаждения, температуру поверхности опорной кварцевой трубы 8 при различных скоростях перемещения СВЧ-плазмотрона, при изменении давления рабочего газа, концентрации химических реагентов и скорости их протока.

Порядок работы устройства.

Работа начинается с откачки опорной трубы, включения печи и подачи в опорную трубу смеси O₂ и SF₆. С помощью водородно-кислородной горелки труба нагревается до температуры размягчения. Затем горелку убирают, печь опускают и включают нагрев, трубу герметизируют и вакуумируют. Затем следует включение СВЧ-генератора, зажигание разряда в СВЧ-плазмотроне (резонаторе) и включение системы СВЧ плазмохимического мягкого травления и полировки внутренней поверхности опорной трубы.

После выхода печи на заданную температуру включается подача реагентов согласно заложенной в компьютере программы и проводится процесс осаждения кварцевого стекла, легированного фтором, германием и различными соединениями РЗМ для получения требуемого профиля показателя преломления. По окончании процесса осаждения печь поднимается, давление в опорной трубе повышается до атмосферного, к трубе подводится водородно-кислородная горелка и производится процесс схлопывания трубчатой заготовки.

Все технологические параметры процесса (температура, давление, расход и концентрация реагентов, мощность СВЧ-генератора) регулируются и контролируются через компьютер с помощью датчиков и изменяются по заданной программе. Устройство позволяет получить заготовки с большей глубиной депрессированной фторсиликатной оболочки, равной Δn=-2,5%, отсутствием центрального провала в сердцевине световодов состава SiO₂/SiO₂-F, обеспечивающие световодам низкие оптические потери, числовую апертуру NA=0,33, слабую чувствительность к изгибам без увеличения рэлеевского рассеяния при λ₀=1,3 мкм и высокие дисперсионные (передаточные) характеристики световодов (ОВС).

Таблица
Результаты легирования кварцевой сердцевины заготовки различными соединениями РЗМ
№№ пп	Исходное соединение РЗМ	Оптические характеристики световодов (затухание, дБ/км при λ=1,3 мкм)
1	ЕrА3Рhеn	0,5
2	NdCl26H2O	0,6
3	YbA3Phen	0,55

1. Способ изготовления заготовок одномодовых и многомодовых волоконных световодов W-типа плазмохимическим осаждением глубоко депрессированной фторсиликатной оболочки SiO₂-F и кварцевой сердцевины SiO₂ с Δn, равной -2,5% с использованием «холодной» неравновесной, равномерно ионизованной плазмы СВЧ разряда пониженного давления на внутреннюю поверхность оптически чистой опорной кварцевой трубы, поверхность которой предварительно подвергают химической, огневой и СВЧ-плазмохимической обработке, а затем последовательно подают при температуре 1050°С внутрь трубы в СВЧ-разряд смесь газов О₂ и SiCl₄+C₃F₈ для образования отражающей оболочки, а при температуре 1200°С - смесь газов SiCl₄+O₂ для формирования сердцевины заготовки при возвратно-поступательном перемещении СВЧ-плазмы с резонатором ТЕ₁₁₁ (Н₁₁₁) вдоль трубы со скоростью 2,0-3,5 м/мин и вращении опорной кварцевой трубы со скоростью 0,5-1 об/мин.

2. Способ по п.1, в котором кварцевую сердцевину заготовок волоконных световодов W-типа легируют германием и фтором.

3. Способ по п.1, в котором кварцевую сердцевину заготовок волоконных световодов W-типа легируют различными редкоземельными металлами из группы, содержащей неодим, эрбий, иттербий, и добавками к ним, выбранными из группы, содержащей калий, алюминий, фосфор, германий, азот, фтор, как в отдельности, так и в различных сочетаниях, а в качестве исходных реагентов используют летучие соединения редкоземельных металлов, преимущественно металлоорганические соединения с высоким давлением паров.

4. Способ по п.1, в котором при формировании отражающей оболочки в качестве фторсодержащего соединения используют фреон С₃F₈.

5. Устройство, включающее печь, расположенную в ней кварцевую опорную трубу, систему подачи парогазовой смеси, вакуумную систему, СВЧ-генератор и СВЧ-плазмотрон с механизмом перемещения, отличающееся тем, что перед входом в плазмотрон установлен поляризатор или устройство ввода СВЧ-излучения с вращением плоскости поляризации, в качестве источника СВЧ-энергии применен широкополосный транзисторный усилитель с задающим генератором, электрически перестраиваемым по частоте, между которыми установлен электрически управляемый аттенюатор, для автоматического поддержания оптимальных режимов работы СВЧ-плазмотрона устройство содержит компьютер с программным управлением процессом изготовления заготовок волоконных световодов и систему автоматической обратной связи с датчиком температуры поверхности опорной кварцевой трубы и датчиком измерения уровня отраженной от входа резонатора СВЧ-мощности.

6. Заготовка, полученная по пп.1-4, с глубоко депрессированной фторсиликатной оболочкой SiO₂-F с Δn, равной 2,5%.