專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖及光纖制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖制造方法以及光纖。
背景技術(shù)：
日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)2000-233937、WO03/080522或WO01/90010，已經(jīng)披露了光纖制造方法，其中光纖是這樣形成的即，將圓柱狀玻璃芯插入圓筒狀玻璃包層內(nèi)，然后加熱和拉制。
在日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)2000-233937所披露的方法中，玻璃包層的外徑與玻璃芯的直徑之比設(shè)定為等于或大于10，并且玻璃芯直徑的尺寸誤差以及玻璃包層內(nèi)徑的尺寸誤差都設(shè)定為等于或小于5μm。
在WO03/080522所披露的方法中，將芯棒同軸地放在外徑等于或大于100mm(這是通過(guò)加工得到的最終尺寸)的石英玻璃管中，并且當(dāng)玻璃管和芯棒之間形成的空間塌縮時(shí)，從其底端拉出光纖。
在WO01/90010所披露的方法中，光纖是通過(guò)拉制同軸放置的芯棒和包層管而制造的，其中包層管的OH濃度最大為1ppm(重量)，芯棒在玻璃芯層周?chē)哂泄鈱W(xué)包層玻璃層，光學(xué)包層玻璃層外徑與玻璃芯層直徑之比在1到2.2之間，在深度達(dá)10μm的表面附近區(qū)域，芯棒的OH濃度最大為1ppm(重量)。
WO98/43921中披露了一種方法，其中將預(yù)制棒和玻璃管在其一端密封，將真空泵連接到另一端，在加熱玻璃管的同時(shí)，對(duì)預(yù)制棒和玻璃管之間形成的空間進(jìn)行抽氣，從而將玻璃管包在預(yù)制棒上，由此生產(chǎn)出光纖預(yù)制棒，或者將玻璃管塌縮在預(yù)制棒上，由此拉制光纖。
日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)62-3034中披露了一種得到光纖的方法，其中將折射率高于石英管的合成玻璃沉積在石英管內(nèi)，然后對(duì)其進(jìn)行拉制。在日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)62-3034披露的方法中，將石英管的一端封閉，接著在加熱石英管的同時(shí)，從其另一端抽出石英管內(nèi)的氣體而對(duì)石英管進(jìn)行干燥，隨后，將石英管充滿鹵素氣體或者不含氫的鹵化氣體，然后拉制形成光纖。
日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)7-109141披露了一種制造大型石英玻璃預(yù)制棒的方法，其中采用管內(nèi)棒法將制造光纖的大型石英玻璃管和玻璃芯棒并合在一起，玻璃芯棒包括芯部分和包層部分中傳輸光的部分(光學(xué)包層部分)。在日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)7-109141所披露的方法中，大型石英玻璃管的外徑為50到300mm，外徑與內(nèi)徑之比為1.1到7，厚度等于或大于10mm，厚度誤差等于或小于2％，內(nèi)表面粗糙度等于或小于20μm。另外，根據(jù)日本未授權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)7-109141，光學(xué)包層部分的外徑必須至少是芯部分直徑的2倍。
PCT日本專(zhuān)利申請(qǐng)譯文公開(kāi)文獻(xiàn)2002-501871披露了一種制造光纖預(yù)制棒的方法。在該方法中，將棒放在管中，從而在棒和管之間形成圓環(huán)空間，將管的一端塌縮，并對(duì)圓環(huán)空間抽氣，再將另一端封閉，形成光纖預(yù)制棒。
一般地，在光纖中傳播的相當(dāng)大的部分的光會(huì)透過(guò)光學(xué)包層部分，因而芯和包層之間的界面以及光學(xué)包層部分存在的雜質(zhì)和缺陷會(huì)增大傳播光的損失，減小光纖機(jī)械強(qiáng)度等，從而嚴(yán)重影響光纖的性能。因此，一般地，與光纖芯對(duì)應(yīng)的部分(芯部分)不是單獨(dú)形成的。特別是，在制造單模光纖時(shí)，當(dāng)芯部分和設(shè)置在芯部分周?chē)A(yù)定量的光學(xué)包層部分同時(shí)形成以使得光學(xué)包層部分與芯部分的直徑之比為3到5之后，接著在周?chē)纬善溆嗟陌鼘硬糠帧Ｓ纱送瓿芍圃?，這樣使得即使當(dāng)光學(xué)包層與設(shè)置在其周?chē)陌鼘又g的界面及其附近存在雜質(zhì)和缺陷時(shí)，也不會(huì)對(duì)得到的光纖的性能產(chǎn)生不良影響。
一般地，光纖芯部分的折射率分布必須得到精確控制，因此與包層部分相比，其合成的成本高，時(shí)間長(zhǎng)。但是，當(dāng)如上所述同時(shí)形成芯部分和光學(xué)包層部分時(shí)，光學(xué)包層部分的制造成本可以?xún)H大致與芯相等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有能實(shí)現(xiàn)低損耗和高生產(chǎn)率的結(jié)構(gòu)的光纖，并提供其制造方法。
為達(dá)到上述目的，提供一種制造光纖的方法，該光纖是這樣形成的即，通過(guò)將芯棒插入包層管，然后在芯棒和包層管通過(guò)加熱而并合的同時(shí)執(zhí)行光纖拉制步驟。該制造方法包括如下步驟將芯棒插入包層管；去除芯棒表面和包層管內(nèi)表面上存在的水分；將包層管的至少一端封閉；以及在芯棒和包層管之間形成的空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的狀態(tài)下從一端進(jìn)行拉制，從而形成光纖。
在本說(shuō)明書(shū)中，“芯棒”并不限于構(gòu)成相當(dāng)于光纖的芯(芯部分)的部分，而是包括構(gòu)成芯部分和一部分包層部分(下面稱(chēng)為第一包層部分)的部分，該部分包層部分環(huán)繞芯部分并且折射率小于芯部分的折射率。
在去除水分的步驟中，在該空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的同時(shí)，可以加熱芯棒和包層管。去除水分的步驟可以包括第一子步驟，即，在該空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的同時(shí)，加熱芯棒和包層管；以及第二子步驟，即，在該空間保持在含有鹵素氣體或者鹵化氣體的干燥氣體氣氛的同時(shí)，加熱芯棒和包層管。封閉包層管至少一端的步驟可以是封閉包層管的一端，并且在該空間被減壓的同時(shí)進(jìn)一步封閉包層管的另一端。
本發(fā)明提供另一種制造光纖的方法，所述方法包括將芯棒插入包層管的步驟，以及在芯棒和包層管通過(guò)加熱而并合的同時(shí)進(jìn)行光纖拉制的步驟。此制造方法包括以下步驟將芯棒插入包層管；封閉包層管的至少一端；以及在芯棒和包層管之間的空間連接到干燥氣體氣氛的狀態(tài)下，在通過(guò)加熱芯棒和包層管去除芯棒表面和包層管內(nèi)表面吸附的水分的同時(shí)，從一端進(jìn)行拉制，從而形成光纖。在封閉包層管至少一端的步驟中，該空間可以連接到干燥氣體氣氛，也可以是被減壓；另外，也可以包括在所述一端將芯棒和包層管彼此并合的步驟。
在任一種制造方法中，還可以包括將支撐件連接到芯棒一端的步驟，并且封閉包層管至少一端的步驟可以包括將支撐件和包層管在一端并合在一起的步驟。還可以包括將支撐管連接到包層管一端的步驟，并且可以通過(guò)使芯棒和支撐管彼此并合來(lái)執(zhí)行封閉包層管至少一端的步驟。還可以包括連接支撐件和芯棒一端的步驟以及連接支撐管和包層管一端的步驟，可以通過(guò)使支撐件和支撐管彼此并合來(lái)執(zhí)行封閉包層管至少一端的步驟。
干燥氣體中的氫分子或含氫原子的化合物的濃度總計(jì)可以等于或小于10ppm(體積)。在插入步驟之前還可以包括加熱包層管的步驟。
芯棒直徑D與芯部分直徑d之比D/d可以在1到小于2的范圍內(nèi)。芯棒可以?xún)H僅由芯部分形成，在這種情況下，優(yōu)選的是芯棒與包層管的相對(duì)折射率差等于或大于0.2％。另外，芯棒可以由芯部分和第一包層部分形成。在這種情況下，優(yōu)選的是芯部分與第一包層部分的相對(duì)折射率差等于或大于0.2％，第一包層部分的折射率優(yōu)選地基本等于在從包層管內(nèi)表面到包層管厚度十分之一深度范圍內(nèi)的這一部分包層管的折射率。
包層管外徑D2與其內(nèi)徑d2之比D2/d2可以在5到30的范圍內(nèi)，包層管的長(zhǎng)度可以等于或大于500mm。D2/d2之比更理想的是在大于7到30的范圍內(nèi)。
包層管內(nèi)圓周與其外圓周的偏心度可以在其形成產(chǎn)品的部分(有效部分)的總長(zhǎng)度上等于或小于0.3％。芯棒在1200℃的平均粘度可以等于或大于包層管的平均粘度。
另外，提供一種光纖，它具有芯和包層，該包層圍繞芯的外圓周而設(shè)置并且其折射率小于芯的折射率；并且其中，作為棒和管通過(guò)加熱并合在一起的結(jié)果，僅有一個(gè)邊界形成在垂直于其軸線的橫截面上，并且波長(zhǎng)1.38μm時(shí)的光傳輸損耗等于或小于0.5dB/km。
芯中心和邊界之間的距離p1與芯半徑r1之比p1/r1可以在1到小于2范圍內(nèi)。芯與第一包層(從邊界到芯的部分)的相對(duì)折射率差可以等于或大于0.2％，并且當(dāng)?shù)谝话鼘拥暮穸缺硎緸閠時(shí)，第一包層的折射率可以基本等于從邊界到半徑為r+2t、并且與芯中心同心的圓之間的部分的折射率。芯在1200℃的平均粘度可以等于或大于包層的平均粘度。芯可以由純石英玻璃或含有添加劑的石英玻璃制成，包層可以由主要包括含氟石英玻璃的玻璃制成。


下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。給出的附圖僅僅是為了解釋的目的，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。
圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的流程圖；圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)修改例的流程圖；圖3是表示具有多個(gè)燃燒器的OVD法的一個(gè)例子的視圖；圖4是表示具有多個(gè)燃燒器的OVD法的U拐點(diǎn)燃燒器的一個(gè)例子的視圖；圖5是表示對(duì)包層管進(jìn)行穿孔的一個(gè)例子的視圖；圖6是表示凈化包層管的一個(gè)例子的視圖；圖7a是表示包層管和支撐管之間熔融連接的一個(gè)例子的視圖，圖7b是表示包層管和支撐管之間熔融連接的另一個(gè)例子的視圖；圖8是表示加熱包層管的一個(gè)例子的視圖；圖9是表示將芯棒插入包層管的一個(gè)例子的視圖；圖10是表示芯棒固定夾具的一個(gè)例子的視圖；圖11是表示將芯棒插入包層管并將其固定的一個(gè)例子的視圖；圖12是表示將芯棒插入包層管并將其固定的另一個(gè)例子的視圖；圖13是表示封閉包層管一端的步驟的一個(gè)例子的視圖；圖14a是表示一端封閉的包層管的一個(gè)例子的視圖，圖14b是表示一端封閉的包層管的另一個(gè)例子的關(guān)鍵部分的視圖；圖15是表示棒—拉制的一個(gè)例子的視圖；圖16是表示棒—拉制另一個(gè)例子的關(guān)鍵部分的視圖；圖17是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的流程圖；圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的棒—拉制一個(gè)例子的關(guān)鍵部分的視圖；圖19是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的流程圖；圖20是表示在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例中，將芯棒和包層管之間形成的空間減壓的減壓步驟的一個(gè)例子的視圖；圖21是表示本發(fā)明第三實(shí)施例封閉包層管兩端的一個(gè)例子的視圖；圖22是表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的棒—拉制起始狀態(tài)的一個(gè)例子的視圖；圖23是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的棒—拉制的一個(gè)例子的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，為了避免重復(fù)說(shuō)明，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部分。圖中所示的比例大小不總是準(zhǔn)確的。
將芯棒插入包層管，然后通過(guò)加熱并合它們的過(guò)程，下文稱(chēng)為棒—塌縮。在通過(guò)加熱使包層管和插在其中的芯棒并合在一起的同時(shí)執(zhí)行光纖拉制的過(guò)程下文稱(chēng)為棒—拉制。
當(dāng)在制造光纖的過(guò)程中執(zhí)行棒—拉制時(shí)，通過(guò)加熱使棒和管并合的結(jié)果是形成界面(下面有時(shí)稱(chēng)為“棒內(nèi)界面”)。當(dāng)將垂直于光纖軸線切割的橫截面，通過(guò)浸泡在氫氟酸溶液或者含有氟化銨的緩沖氫氟酸溶液中進(jìn)行化學(xué)腐蝕，并利用電子顯微鏡觀察得到的表面時(shí)，邊界表現(xiàn)為臺(tái)階。
在制造光纖的方法中，根據(jù)本發(fā)明，將芯棒插入包層管，去除芯棒表面以及包層管內(nèi)表面的水分，封閉包層管的至少一端，在將芯棒和包層管之間形成的空間連接到干燥氣體氣氛和/或減壓的同時(shí)，加熱芯棒和包層管。如此加熱的芯棒和包層管軟化，并且隨著其直徑的減小而并合在一起，然后在此狀態(tài)下進(jìn)行光纖拉制。
上述步驟可以有效消除存在于芯棒表面和包層管內(nèi)表面，即存在于二者之間界面附近的雜質(zhì)(特別是OH基)，或者缺陷。另外，當(dāng)芯棒和包層管并合在一起時(shí)，可以抑制可能出現(xiàn)的雜質(zhì)侵入。因此，與過(guò)去傳統(tǒng)棒—拉制制造的光纖相比，根據(jù)本發(fā)明的棒—拉制所制造的光纖可具有優(yōu)異的光傳輸性能。另外，由于其大多數(shù)光學(xué)包層或全部光學(xué)包層是一次形成的，并且是在與芯合成步驟無(wú)關(guān)的步驟形成的，因而可實(shí)現(xiàn)降低制造成本和制造時(shí)間。
由于隨著拉制步驟中管直徑的減小，沿從管的外圓周部分到其內(nèi)徑中心的方向均勻地施加外力，所以快速而均勻地進(jìn)行直徑的減小，因此，氣泡不會(huì)殘留在與芯棒的界面上，并且芯和包層不會(huì)具有非圓形或偏心的形狀。因此，即使在大而厚的包層管的情況下，也能夠使用上述包層管通過(guò)棒-拉制制造出良好的光纖。
另外，本發(fā)明的光纖具有芯和包層，包層環(huán)繞芯而設(shè)置并且其折射率小于芯；在垂直于光纖軸線的橫截面上的僅僅一個(gè)邊界，這是通過(guò)加熱使棒和管并合在一起時(shí)形成的；在波長(zhǎng)1.38μm時(shí)等于或小于0.5dB/km的光傳輸損耗；低雜質(zhì)(特別是水分)濃度，以及低損耗；以及具有高生產(chǎn)率的結(jié)構(gòu)。
下面將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的流程圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)修改例子的流程圖。下面將主要參考圖1所示的例子說(shuō)明各個(gè)步驟。
在第一實(shí)施例中，準(zhǔn)備分別制造的芯棒和包層管。不管芯棒和包層管是內(nèi)部制造的，還是從第三方得到的，都可以使用。圖1和2所示的括號(hào)內(nèi)的步驟可以省略。包層管的凈化、清洗、加熱脫水、腐蝕、光滑以及芯棒的清洗，優(yōu)選地作為棒—拉制的預(yù)處理步驟執(zhí)行。隨后，將芯棒插入包層管并固定。在隨后的烘烤步驟中，通過(guò)加熱使芯棒表面和包層管內(nèi)表面脫水。封閉包層管的一端。隨后，優(yōu)選地使用干燥氣體對(duì)芯棒和包層管之間形成的空間進(jìn)行循環(huán)凈化。接著，加熱包層管，從而減小其直徑。并且在將包層管和芯棒并合在一起時(shí)，從這樣并合的部分開(kāi)始進(jìn)行棒—拉制，以得到光纖。
如圖2所示，在包層管的預(yù)處理步驟中，只要需要，就可以根據(jù)包層管的內(nèi)徑執(zhí)行包層管的外表面拋光或腐蝕，從而使包層管可以具有預(yù)定的外徑和內(nèi)徑。另外，優(yōu)選地，支撐管連接到包層管，從而對(duì)其支撐。
<芯棒的制造>
芯棒采用VAD法制造。使用芯合成燃燒器和第一包層合成燃燒器，并且將玻璃原料氣體、可燃?xì)怏w、助燃?xì)怏w以及，只要需要，添加劑原料氣體，供應(yīng)到各個(gè)燃燒器，從而沿軸向在起始棒的底部沉積細(xì)小玻璃顆粒，由此制造玻璃顆粒沉積體。根據(jù)需要，將添加劑原料氣體供應(yīng)到芯合成燃燒器和第一包層合成燃燒器之一或二者上。所用玻璃合成燃燒器的數(shù)量根據(jù)需要確定。如上所述，制造玻璃顆粒沉積體時(shí)調(diào)節(jié)可燃?xì)怏w、助燃?xì)怏w、添加劑原料氣體的流速、玻璃沉積量，等等，使得第一包層部分的直徑D(在這種情況下，等于芯棒的直徑)與芯部分直徑d(二者最終通過(guò)玻璃化形成)之比D/d，成為大于1并小于2的范圍內(nèi)的預(yù)定值，從而得到預(yù)定的折射率分布。
當(dāng)制造僅僅包括芯部分的芯棒時(shí)，不使用包層合成燃燒器，將玻璃原料氣體、可燃?xì)怏w、助燃?xì)怏w以及，只要需要，添加劑原料氣體，供應(yīng)到芯合成燃燒器，從而沿軸向在起始棒的底部沉積細(xì)小玻璃顆粒，由此制造玻璃顆粒沉積體。在這種情況下，芯棒直徑D與芯部分直徑d之比D/d為1。
OVD法也可以用于制造芯棒。將要形成于芯部分的玻璃顆粒首先沉積在起始棒周?chē)Ｔ谥圃炀哂械谝话鼘拥男景魰r(shí)，將要形成于第一包層部分的玻璃顆粒沉積在芯部分周?chē)?。調(diào)節(jié)芯部分的沉積量以及第一包層部分的沉積量，使得第一包層部分的直徑D(在這種情況下，等于芯棒的直徑)與芯部分直徑d(二者最終通過(guò)玻璃化形成)之比D/d，成為大于1并且小于2的范圍內(nèi)的預(yù)定值。在使用OVD法時(shí)，從這樣得到的玻璃顆粒沉積體中抽出起始棒。
在上述二種情況下，將得到的玻璃顆粒沉積體脫水并玻璃化，從而得到芯周?chē)鷽](méi)有包層的芯棒，或者包層很少的芯棒。當(dāng)采用OVD法制造玻璃顆粒沉積體時(shí)，為了形成芯棒，將通過(guò)玻璃化得到的玻璃管加熱塌縮成實(shí)心棒，或者同時(shí)進(jìn)行玻璃顆粒沉積體的玻璃化和塌縮。除了上述的VAD法和OVD法，也可以單獨(dú)使用或者綜合使用其它的公知方法來(lái)制造芯棒，其它的公知方法例如溶膠—凝膠法、MCVD法和PCVD法。只要需要，采用公知的加熱裝置，例如電阻加熱爐或感應(yīng)加熱爐，通過(guò)拉制過(guò)程來(lái)處理玻璃化的芯棒，以得到預(yù)定的直徑。例如，進(jìn)行拉制得到3到30mm的直徑。
<制造包層管>
采用VAD法或OVD法可以制造包層管。當(dāng)要制造外徑大的包層管時(shí)，優(yōu)選多燃燒器多層沉積法(MMD法)，其中多個(gè)燃燒器并列形成燃燒器列，燃燒器列與起始棒相對(duì)移動(dòng)的距離不超過(guò)燃燒器間距的幾倍。通過(guò)包括MMD法的OVD法，通過(guò)在起始棒周?chē)练e玻璃顆粒制造玻璃顆粒沉積體。通過(guò)從這樣得到的玻璃顆粒沉積體中拉出起始棒，隨后執(zhí)行脫水和玻璃化來(lái)獲得包層管。另外，可以通過(guò)在玻璃顆粒沉積體脫水和玻璃化之后拉出起始棒來(lái)制造包層管。
下面將參考圖3說(shuō)明MMD法。在這種方法中，玻璃顆粒沉積時(shí)在玻璃顆粒沉積體的長(zhǎng)度方向僅有一個(gè)相應(yīng)部分是由一個(gè)相應(yīng)燃燒器形成的，由這些部分構(gòu)成整個(gè)玻璃顆粒沉積體。起始棒1置于容器4中，多個(gè)燃燒器2布置成面對(duì)起始棒1，從而形成燃燒器列7。起始棒1和燃燒器列7之一是運(yùn)動(dòng)的，或者二者都運(yùn)動(dòng)，從而起始棒1和燃燒器列7相對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離確定為大致等于燃燒器之間的間距。在這個(gè)實(shí)施例中，燃燒器之間的間距表示為燃燒器中心之間的距離。從燃燒器2供應(yīng)的玻璃顆粒沉積在起始棒1上，從而形成玻璃顆粒沉積體6。玻璃原料氣體、可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w可以供應(yīng)到燃燒器，使得玻璃顆粒在從燃燒器噴出的火焰中被合成。另外，玻璃顆?？梢怨?yīng)到燃燒器，再?gòu)娜紵鲊姵?。干凈空氣通過(guò)設(shè)置在燃燒器附近的通風(fēng)口3供應(yīng)到容器中，容器4內(nèi)的氣體與未沉積的玻璃顆粒一起從排氣口5排出。
為了形成沿長(zhǎng)度方向直徑均勻的玻璃顆粒沉積體6，往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變其方向的U拐點(diǎn)分散，使得其位置不總是處于相同的點(diǎn)。在圖4中，示出了處于最外位置的燃燒器2a的運(yùn)動(dòng)(實(shí)線)以及與燃燒器2a相鄰的在其內(nèi)側(cè)的燃燒器2b的運(yùn)動(dòng)(虛線)，直到每個(gè)燃燒器的U拐點(diǎn)返回其原始位置，但其它燃燒器的運(yùn)動(dòng)未圖示。在圖4中，U拐點(diǎn)在每次運(yùn)動(dòng)時(shí)沿垂直方向移動(dòng)燃燒器間距的1/5，從而分散定位。根據(jù)起始棒的位置，沉積在玻璃顆粒沉積體兩端的層數(shù)是變化的，例如，2、6、10、14和18層，在兩端部分以外的位置沉積20層。
當(dāng)采用VAD法形成包層管時(shí)，玻璃顆粒沉積體形成在起始棒的底部，隨后執(zhí)行脫水和玻璃化，以形成實(shí)體玻璃棒，然后將這樣得到的玻璃棒穿孔。穿孔的方法可以是使用鉆頭形成孔，或者如圖5所示，將穿孔工具推入加熱軟化的玻璃棒中心部分形成孔。另外，如同OVD法的情況，包層管也可以通過(guò)這樣的步驟形成即，在起始棒周?chē)练e玻璃顆粒、拉出起始棒、然后進(jìn)行脫水和燒結(jié)；或者通過(guò)這樣的步驟形成即，對(duì)玻璃顆粒沉積體進(jìn)行脫水和玻璃化、然后拉出起始棒。
也可以使用各種公知技術(shù)作為包層管的制造方法，如同芯棒的制造方法。只要需要，包層管的內(nèi)和外表面可以機(jī)械研磨、拋光或拉長(zhǎng)到具有預(yù)定的外徑，從而調(diào)節(jié)內(nèi)徑、外徑以及內(nèi)、外表面的粗糙度。
參看圖5，下面說(shuō)明將穿孔工具推入加熱軟化的玻璃棒中心部分而形成孔的方法。將需要形成包層管的棒10裝到穿孔設(shè)備20上。在加熱部分23兩側(cè)設(shè)置的夾持裝置22a和22b的卡盤(pán)27a和27b夾持支撐管11a和11b。將穿孔工具21從接收側(cè)插入支撐管11b的孔中，并推到棒10末端。穿孔工具21通過(guò)設(shè)置在穿孔工具21和固定裝置28之間的支撐件26固定在固定裝置28上。以這樣的方式將小方塊(dice)25推在棒10的外表面上即，使小方塊25面對(duì)穿孔工具21并夾住棒10。小方塊25的內(nèi)徑設(shè)置得略小于棒10的直徑。小方塊25裝在接收端靠近加熱部分23。
通過(guò)加熱源30的加熱，棒10被加熱到可被軟化的1800℃到2600℃范圍內(nèi)。夾持裝置22a和22b分別在基座24a和24b上以各自預(yù)定的速度從加料側(cè)向接收側(cè)運(yùn)動(dòng)(圖5中箭頭A所示的方向)，使得棒10運(yùn)動(dòng)到接收側(cè)。穿孔工具21被推入軟化的棒10中，從而形成孔。通過(guò)小方塊25，形成具有預(yù)定外形的包層管10b。
<凈化步驟>
對(duì)這樣得到的包層管執(zhí)行凈化步驟。在對(duì)包層管內(nèi)部施加高DC電壓(例如等于或大于5kV(電場(chǎng)10V/mm))的同時(shí)，將包層管保持在500到1500℃范圍中預(yù)定的溫度下3小時(shí)或3小時(shí)以上。以這種方式，使玻璃中存在的或者吸附在玻璃內(nèi)外表面上的金屬雜質(zhì)陽(yáng)離子運(yùn)動(dòng)到負(fù)極一側(cè)。隨后，通過(guò)去除雜質(zhì)富集的一部分玻璃，就可以得到高質(zhì)量的包層管。
例如，如圖6所示，將正極31a和負(fù)極31b裝在加熱爐32中，包層管10b放在加熱爐32中，并夾在正極31a和負(fù)極31b之間。在支撐管11b從加熱爐向外伸出的狀態(tài)下，夾持裝置34夾持支撐管11b。加熱器33執(zhí)行加熱，從而將包層管加熱到500℃到1300℃范圍內(nèi)。30kV的高DC電壓施加在電極31a和31b之間，從而使金屬雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)到負(fù)極31b一側(cè)。隨后，從加熱爐32中取出包層管10b，然后將其外圓周部分拋光，從而去除雜質(zhì)。在這種情況下，優(yōu)選地執(zhí)行此拋光過(guò)程使得包層管內(nèi)圓周與其外圓周的偏心度等于或小于0.3％，由此可以減小包層管形成的光纖的不圓度和偏心度。包層管內(nèi)圓周與其外圓周的偏心度是通過(guò)將管外徑中心與其內(nèi)徑中心之間的位移量除以外徑而得到的數(shù)值。
<HF清洗處理>
將上述得到的芯棒和包層管浸入氫氟酸溶液中清洗。如果氫氟酸溶液的濃度為0.1到50％(重量百分?jǐn)?shù))，則氫氟酸溶液容易處理。浸漬時(shí)間設(shè)定為1小時(shí)或多于1小時(shí)。通過(guò)這種處理，可以去除芯棒表面和包層管內(nèi)外表面存在的含有雜質(zhì)的層。
將這樣清洗的芯棒和包層管通過(guò)在含有以下氣體的氣氛中加熱來(lái)脫水諸如He或Ar的惰性氣體、N2氣、O2氣、諸如Cl2或氟的鹵素氣體、諸如亞硫酰氯(SOCl2)或SiF4的含有鹵素原子的氣體、諸如SiCl4、GeCl4、POCl3、PCl3、BCl3或BBr3的氣體或者這些氣體的混合氣體。
<支撐管的連接>
只要需要將支撐管連接到包層管兩端，從而通過(guò)夾持支撐管可以處理包層管。被夾持部分位于包層管外部，從而防止包層管部分的有效部分因其被夾持而損壞。如圖7a所示，使用諸如氫氧燃燒器12的加熱源加熱包層管10b和支撐管11之間的連接點(diǎn)，從而將支撐管11熔化連接到包層管10b的兩端。根據(jù)包層管10b的形狀，在切掉包層管10b的兩端后，支撐管11可以連接到包層管。如果使用不產(chǎn)生水分的加熱源，例如，當(dāng)使用等離子燃燒器替代氫氧燃燒器12時(shí)，或者如圖7b所示，當(dāng)使用電阻加熱型或感應(yīng)加熱型加熱器13時(shí)，則OH基不進(jìn)入連接點(diǎn)。即，包層管兩端的OH基濃度可保持在低水平。因此，可以在制造的光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上減小OH基所造成的損失。優(yōu)選地，在拉制起始側(cè)或塌縮起始側(cè)設(shè)置的支撐管，其直徑小于包層管。如下所述，當(dāng)包層管的末端通過(guò)在棒—拉制時(shí)使支撐管塌縮而封閉，從而與芯棒或連接其末端的支撐件并合時(shí)，如果支撐管具有較小直徑，則容易進(jìn)行封閉。
<安裝>
如圖8所示，將包層管10b垂直安裝到拉制設(shè)備上。將頂部和底部側(cè)的支撐管11b和11c分別安裝到夾持裝置43b和43a上。
在包層管安裝到夾持裝置之后以及芯棒插入之前，優(yōu)選地使干燥氣體流入包層管，將包層管內(nèi)表面加熱到80℃到1000℃范圍內(nèi)的溫度。在150℃到800℃范圍內(nèi)加熱更為理想。從而將物理吸附在包層管內(nèi)表面的水分去除。可以使用長(zhǎng)度大致等于包層管長(zhǎng)度的加熱源加熱整個(gè)包層管，或者當(dāng)加熱源比包層管短時(shí)，可以使加熱源與包層管相對(duì)移動(dòng)而進(jìn)行加熱。加熱包層管、芯棒和存在于二者之間的干燥氣體的方法可以是，例如，將火焰吹到包層管外部的方法，吹等離子體狀態(tài)的氣體的方法，或者利用加熱器產(chǎn)生熱量的方法。在圖8中，圖示的例子使用長(zhǎng)度大致等于包層管長(zhǎng)度的加熱器70，從而整個(gè)加熱區(qū)被同時(shí)加熱。
<氣相腐蝕>
在包層管的加熱和脫水步驟之后，可以對(duì)包層管內(nèi)表面執(zhí)行氣相腐蝕步驟。當(dāng)管的內(nèi)表面殘留有大量雜質(zhì)時(shí)，該步驟是一種有效方法，因?yàn)橥ㄟ^(guò)腐蝕處理可以更加有效地去除管的內(nèi)表面上殘留的雜質(zhì)。當(dāng)管的內(nèi)表面上的異物量減少時(shí)，可以抑制光纖拉制過(guò)程中的光纖斷裂以及光纖不規(guī)則點(diǎn)的形成。作為腐蝕氣體，例如，可以使用諸如SF6、NF3、SiF4、CF4或C2F6的氟化物氣體或氟氣。也可以使用以下混合氣體含有上述化合物氣體和諸如氦或氬的惰性氣體、N2、O2或具有脫水作用或去除過(guò)渡金屬作用的化合物氣體，例如含Cl原子的化合物氣體。
在氣相腐蝕步驟中，管的內(nèi)表面的溫度升高到1000℃到2300℃范圍內(nèi)的溫度。氟化物氣體、氟氣或類(lèi)似氣體被分解并能與玻璃反應(yīng)，從而腐蝕管的內(nèi)表面。優(yōu)選地，腐蝕量設(shè)定為等于或大于10μm，從而防止管的內(nèi)表面粗糙。
<內(nèi)表面的光滑化>
也可以執(zhí)行使包層管的內(nèi)表面變光滑的步驟，其中使氯氣、含有氯原子的化合物氣體、氧氣、氦氣或含有上述氣體中至少兩種氣體的混合氣體流過(guò)包層管，并將包層管的內(nèi)表面加熱到1700℃到2300℃范圍內(nèi)的溫度。這個(gè)步驟通過(guò)使殘留在管的內(nèi)表面上的微小劃傷或凹凸部分熔化和變光滑，使得內(nèi)表面的粗糙度減小到等于或小于20μm，同時(shí)包層管基本不變形。當(dāng)使用氯氣時(shí)，可以去除化學(xué)吸附在包層管上的水分以及殘留在管上的過(guò)渡金屬基雜質(zhì)，并且可以有效地防止氣泡產(chǎn)生。
<芯棒的插入>
如圖9所示，芯棒40插入包層管10b中。通過(guò)使干燥氣體從固定在蓋47b并裝到支撐管11b上的管42流入包層管10b，可以防止空氣進(jìn)入包層管10b，從而防止空氣中的水分吸附在芯棒40和包層管10b上。使干燥氣體從與芯棒40插入側(cè)相反的一側(cè)流入包層管10b。當(dāng)芯棒40從底部側(cè)插入時(shí)，使干燥氣體從頂部側(cè)流入；當(dāng)芯棒40從頂部側(cè)插入時(shí)，情況相反。優(yōu)選地，使用氣密封蓋作為蓋47b，例如，可以使用由氟化物樹(shù)脂制成的蓋。為了增強(qiáng)蓋的氣密封性，也可以使用諸如O形圈的密封材料。例如，可以聯(lián)合使用石英制成的蓋以及由氟化物樹(shù)脂制成的O形圈。如下所述，優(yōu)選地，將支撐件41a和41b熔化連接到芯棒40兩端。
通過(guò)考慮芯棒直徑D與芯部分直徑d之比D/d，確定包層管外徑D2和內(nèi)徑d2之比D2/d2，并且芯棒和包層管結(jié)合在一起，從而可以制造出具有所需結(jié)構(gòu)和性能的光纖。芯棒和包層管之間的間隙，優(yōu)選地在0.05到3mm范圍內(nèi)。換言之，管內(nèi)徑與棒直徑之差等于或大于0.1mm。當(dāng)棒插入管并且二者之間的間隙太小時(shí)，棒和管會(huì)彼此磨，在一些情況下可能產(chǎn)生劃傷。當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，通過(guò)熔化的二者之間的并合可能進(jìn)行得不均勻。
芯棒和包層管之間的間隙大，或者芯棒很細(xì)時(shí)，可以將芯棒分成兩根。在這種情況下，芯棒彼此間機(jī)械接觸。因此，可以抑制位移造成的芯偏心或者芯棒彎曲。芯棒的接縫部分在拉制過(guò)程中或在拉制之后丟棄。
<干燥氣體>
干燥氣體是含有氫分子或者含有氫原子的化合物(例如，H2O，或CH3OH)、總濃度等于或小于10ppm(體積)的氣體，理想的是等于或小于4ppm(體積)，特別理想的是等于或小于1ppm(體積)，最理想的是等于或小于1ppb(體積)。當(dāng)化合物是水分時(shí)，其濃度可以使用露點(diǎn)測(cè)量。在這種情況下，10ppm(體積)相當(dāng)于-60℃，4ppm(體積)相當(dāng)于-67℃，1ppm(體積)相當(dāng)于-76℃，1ppb(體積)相當(dāng)于-112℃。這里所說(shuō)的露點(diǎn)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下測(cè)量的。至于氣體的種類(lèi)，可以使用諸如He或Ar的惰性氣體、N2氣、O2氣、諸如Cl2或氟的鹵素氣體、或者諸如SOCl2或SiF4的含有鹵素原子的氣體。另外，還可以使用SiCl4、GeCl4、POCl3、PCl3、BCl3或BBr3之類(lèi)的氣體。
<芯固定>
芯棒通過(guò)事先置于支撐管中的固定夾具44夾持和固定。由固定夾具44夾持的芯棒部分不能得到具有所需性能的光纖(好產(chǎn)品)。但是，如果由固定夾具44夾持的部分是由僅僅用于支撐芯棒的支撐件形成時(shí)，芯棒就不會(huì)被浪費(fèi)。因此，支撐件優(yōu)選地連接到芯棒兩端。在通過(guò)塌縮包層管而將包層管末端封閉、使得包層管接觸芯棒的情況下，由通過(guò)塌縮使包層管與芯棒并合的部分不能得到好的產(chǎn)品。因此，優(yōu)選地使連接到包層管的支撐管塌縮，從而與連接到芯棒的支撐件并合，這是因?yàn)榘鼘庸芎托景舨粫?huì)被浪費(fèi)。
下面說(shuō)明支撐件41a和41b熔化連接到芯棒上以及支撐件被固定夾具夾持的情況。如圖10所示，固定夾具例如是具有槽45的環(huán)46。環(huán)的外徑被形成為略大于支撐管的內(nèi)徑，環(huán)46的內(nèi)徑被形成為略小于支撐件的外徑。當(dāng)環(huán)46由彈性材料制成時(shí)，可以將環(huán)46推入支撐管中，并且可以將支撐件推入環(huán)46中，從而通過(guò)環(huán)46將支撐件固定在支撐管上，環(huán)46置于它們之間。因此，芯棒40固定在包層管10b內(nèi)。即使當(dāng)芯棒處于固定狀態(tài)下，干燥氣體也可以沿垂直方向通過(guò)環(huán)46的槽45流入。
當(dāng)芯棒40從其底部插入包層管時(shí)，如圖11所示，將固定夾具44在頂部側(cè)插入支撐管11b，并將支撐件41b推入其中，從而固定芯棒40的上端。通過(guò)使用固定夾具44，可以將芯棒40固定在包層管10b的中心。結(jié)果，可以減小通過(guò)拉制得到的光纖的不圓度和偏心度。支撐件41a預(yù)先在其底端裝有固定夾具44，并與固定夾具44一起被推入位于底部側(cè)的支撐管11c內(nèi)，支撐桿48置于支撐件41a下面，蓋47a裝在位于底部側(cè)的支撐管11c的底端。芯棒40由支撐管11b和支撐管11c固定，并且懸在管中，芯棒40的底端由具有支撐桿48的蓋47a支撐，支撐桿48置于它們之間。蓋47a具有管49，由此可以輸入或排出氣體。支撐管11c借助于蓋47a而被密封。
代替固定夾具的使用，可以通過(guò)加熱減小支撐管或者包層管末端部分的直徑來(lái)夾持芯棒。在這種情況下，以這樣的方式減小支撐管的直徑或包層管的直徑使得形成間隙，從而使氣體在直徑減小部分處上下流動(dòng)?？梢詼p小支撐管或包層管的末端部分厚度，從而能夠易于實(shí)現(xiàn)直徑的減小。在圖12所示的例子中，支撐件41b設(shè)計(jì)成從支撐管11b向上突出，突出部分被夾持裝置50夾持，從而固定芯棒40。在這種情況下，管42和支撐件41b布置成彼此不接觸。支撐件41b和蓋47b之間的間隙減小到最小值。特別是，當(dāng)諸如SF6或Cl2的有毒氣體流入包層管10b時(shí)，通過(guò)在支撐件41b和蓋47b之間的間隙中填充密封材料來(lái)保持氣密性。
從插入芯棒到結(jié)束拉制，為了防止空氣中的水分、氫分子或含有氫原子的化合物進(jìn)入包層管，芯棒和包層管之間的空間總是置于干燥氣體氣氛、減壓氣氛或干燥氣體和減壓氣氛中。保持包層管內(nèi)的干燥氣體氣氛的方法可以是，例如，這樣的方法即，用上面提到的這樣的氣體置換包層管內(nèi)的氣體并隨后密封；或者這樣的方法即，從包層管一端排出干燥氣體，同時(shí)從另一端連續(xù)供應(yīng)上面提到的這樣的氣體。在后一種方法中，干燥氣體從管42中供應(yīng)，包層管10b內(nèi)的氣體從管49排出，如圖11和12所示的。當(dāng)連續(xù)供應(yīng)干燥氣體時(shí)，不再要求將蓋47a裝到支撐管11c的氣密性。
<烘烤>
當(dāng)芯棒插入并固定到包層管之后，在芯棒和包層管之間形成的空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的狀態(tài)下加熱管和芯棒，從而去除吸附在管內(nèi)表面和芯棒表面上的氫分子或含氫原子的化合物(下面將這種處理稱(chēng)為脫氫處理)。例如，在該空間連接到干燥氣體的流路并且被供應(yīng)干燥氣體時(shí)，將芯棒和包層管加熱。另外，在通過(guò)排出空間內(nèi)存在的氣體而對(duì)空間減壓時(shí)，加熱芯棒和包層管。或者，加熱芯棒和包層管，同時(shí)將干燥氣體供應(yīng)到空間中并同時(shí)排出其中的氣體，使空間處于減壓狀態(tài)。此脫氫處理執(zhí)行的加熱步驟稱(chēng)為烘烤步驟。當(dāng)芯棒表面和包層管內(nèi)表面通過(guò)烘烤步驟進(jìn)行脫氫處理時(shí)，可以減小隨后棒—拉制步驟得到的光纖的棒內(nèi)界面附近的OH基濃度。因此，可以得到傳輸損耗(由OH基存在而造成的)呈現(xiàn)為如此低值的光纖，而通過(guò)以前的棒—拉制是不能得到的。
下面將說(shuō)明在通入干燥氣體氣氛時(shí)執(zhí)行加熱處理的情況的一個(gè)例子。如圖11和12所示，通過(guò)從管42供應(yīng)干燥氣體以及通過(guò)管49從包層管10b排出氣體，而從包層管的頂部到底部產(chǎn)生氣流。氣流也可以沿著與上述方向相反的方向來(lái)產(chǎn)生。優(yōu)選地將氣體流速設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)條件下每分鐘1升或大于1升。包層管內(nèi)表面或芯棒表面加熱到80℃到1000℃范圍內(nèi)的溫度。如果溫度高，例如超過(guò)1000℃，則物理吸附在棒表面或管的內(nèi)表面的水分可以與玻璃反應(yīng)，并且化學(xué)吸附到芯棒或包層管上，或者能夠以O(shè)H基的形式結(jié)合在玻璃中。結(jié)果，在一些情況下去除水分可能變得困難。加熱溫度優(yōu)選為等于或小于800℃。當(dāng)加熱溫度設(shè)定為等于或小于600℃時(shí)，在玻璃表面不產(chǎn)生OH基。當(dāng)溫度設(shè)定為等于或小于550℃時(shí)，水分不會(huì)化學(xué)吸附在玻璃表面。另一方面，為了去除物理吸附的水分，等于或大于80℃的溫度是有效的。當(dāng)溫度等于或大于150℃時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行去除。當(dāng)溫度等于或大于350℃時(shí)，可以在更短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行去除。例如，包層管的內(nèi)表面在450℃保持30分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。干燥氣體可以是諸如氮?dú)?、氧氣、氦氣或氬氣的氣體，或者可以是含有鹵素氣體或鹵化氣體的氣體。
可以對(duì)烘烤期間位于干燥氣體供應(yīng)側(cè)的支撐管進(jìn)行加熱，使得干燥氣體在流過(guò)支撐管時(shí)可被加熱，然后供應(yīng)到包層管內(nèi)。在這種情況下，氣體流過(guò)管的流速可以設(shè)定為，例如等于或大于1slm，從而防止空氣從下游側(cè)流入。
作為加熱源，可以使用燃燒器或加熱器?？紤]到不能將水分供應(yīng)到包層管外表面，優(yōu)選地使用加熱器。加熱區(qū)設(shè)定為包層管整個(gè)長(zhǎng)度。當(dāng)支撐管塌縮以與芯棒或支撐件并合時(shí)，在烘烤步驟對(duì)在支撐管或支撐件并合位置開(kāi)始的有效部分側(cè)的部分執(zhí)行脫氫處理，從而減少吸附在上述部分的氫分子或含氫原子的化合物的數(shù)量。因此，在棒—拉制過(guò)程中彼此并合的部分不產(chǎn)生OH基，因此不會(huì)出現(xiàn)OH基所造成的光傳輸損耗增大的問(wèn)題。在與上述相同的原因下，當(dāng)支撐管和支撐件的OH基濃度在從其表面到10μm深的區(qū)域內(nèi)設(shè)定為等于或小于1ppm(體積)，在此區(qū)域的氫不會(huì)形成OH基，從而不會(huì)造成光傳輸損耗的增大。
當(dāng)加熱源的長(zhǎng)度小于加熱區(qū)長(zhǎng)度時(shí)，加熱源與包層管和芯棒彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？梢砸苿?dòng)加熱源，或者包層管和芯棒，并且它們能夠以彼此不同的速度運(yùn)動(dòng)。使用長(zhǎng)度與加熱區(qū)的長(zhǎng)度大致相同的加熱源時(shí)，可以同時(shí)加熱整個(gè)加熱區(qū)。
在烘烤步驟，當(dāng)包層管10b內(nèi)部是減壓氣氛時(shí)，與干燥氣體的供應(yīng)量相比，包層管10b內(nèi)的氣體排出量增大，或者不供應(yīng)干燥氣體，包層管10b內(nèi)的氣體從管42或49排出。包層管10b內(nèi)的壓力，優(yōu)選地設(shè)定為等于或小于60kPa。因?yàn)閺陌鼘庸軆?nèi)表面和芯棒表面去除的水分是從包層管內(nèi)排出的，因此，通過(guò)對(duì)包層管內(nèi)部進(jìn)行抽氣可加速水分的去除。另外，水分一旦從包層管或芯棒上去除，就不再吸附到其上面。烘烤步驟可以在用固定夾具或類(lèi)似物將芯棒40固定在包層管10b內(nèi)部之前進(jìn)行。
如果在不同溫度下執(zhí)行烘烤步驟兩次(第一子步驟和第二子步驟)，可以進(jìn)一步去除芯棒和包層管上的水分。在第一子步驟，如上所述，進(jìn)行加熱時(shí)使包層管內(nèi)表面或芯棒表面的溫度達(dá)到80℃到1000℃的范圍，或者優(yōu)選地為150℃到1000℃；第二子步驟優(yōu)選地在高于第一子步驟的溫度下進(jìn)行。在第一子步驟，芯棒和包層管之間的空間氣氛如上所述，但在第二子步驟，使芯棒和包層管之間的空間具有這樣的干燥氣體氣氛即，含有鹵素氣體或鹵化氣體。例如，當(dāng)從包層管一端將含有具有去除過(guò)渡金屬作用的氣體(例如Cl2)的氣氛氣體供應(yīng)到包層管、并將其從另一端排出時(shí)，包層管內(nèi)的溫度升高到等于或大于1000℃。含有氯原子的氣體(諸如氯氣或SOCl2)，例如可以用作具有去除過(guò)渡金屬作用的氣體。可以用氦、氬之類(lèi)的氣體稀釋具有去除過(guò)渡金屬作用的氣體。當(dāng)加熱溫度設(shè)定為等于或大于1020℃時(shí)，化學(xué)結(jié)合在芯棒表面和包層管內(nèi)表面及其附近的水分可以在短時(shí)間內(nèi)去除。另外，由于氯化鎳或氯化鐵的蒸氣壓為等于或大于1atm，因此通過(guò)蒸發(fā)可以去除其過(guò)渡金屬。例如，將包層管內(nèi)表面在1020℃保持30分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。
在上述氣相腐蝕步驟或上述內(nèi)表面光滑化步驟之前，可以在將包層管內(nèi)的空間連接到干燥氣體氣氛和/或保持在減壓狀態(tài)的同時(shí)執(zhí)行與烘烤處理相同的處理。通過(guò)上述處理，在通過(guò)氣相腐蝕處理包層管內(nèi)表面時(shí)，可以抑制由腐蝕氣與水分之間的反應(yīng)所生成的諸如硫等的有毒物生成。
<封閉>
在通過(guò)烘烤步驟去除芯棒表面和包層管內(nèi)表面的水分之后，如圖13所示，將底部側(cè)的支撐管11c置于朝向光纖拉制爐51的加熱部分52的位置處。在此步驟中，包層管10b可以運(yùn)動(dòng)，或者光纖拉制爐51可以運(yùn)動(dòng)。使加熱部分52產(chǎn)生熱量，從而將包層管10b和支撐管11c加熱到1800℃到2600℃范圍內(nèi)的溫度，并且此部分直徑減小。這樣，如圖14a所示，將芯棒40和包層管10b并合在一起，從而將包層管10b的底端封閉。另外，作為圖14b表示的關(guān)鍵部分，支撐管11c和支撐件41a并合在一起，從而使包層管10b的底端封閉。直到包層管10b封閉之前，將干燥氣體從管42供應(yīng)到包層管10b內(nèi)，并且包層管10b內(nèi)的氣體由管49排出。在空間72中，干燥氣體從圖12的頂部流到底部。所用的干燥氣體可以是氧、氮、氬、氦、氯或含有這些氣體中至少兩種氣體的混合氣體。
為了保持空間72的氣密封狀態(tài)，在蓋47b和支撐管11b之間的接觸部分使用諸如O形圈的密封材料。但是，當(dāng)空間72減壓時(shí)，外部空氣不可避免地從蓋47b和支撐管11b之間或者蓋47b和支撐件41b之間的間隙進(jìn)入空間72。在第一實(shí)施例中，通過(guò)從管42將干燥氣體供應(yīng)到空間72，可以減少進(jìn)入空間72的外部空氣量。另外，通過(guò)稀釋和吹開(kāi)外部空氣，空間72的露點(diǎn)可以保持在低數(shù)值(1evel)。另一方面，根據(jù)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)7-109141中的圖4或圖6所示的結(jié)構(gòu)，不可能使干燥氣體流過(guò)芯棒和包層管之間形成的空間，當(dāng)空間減壓時(shí)，高露點(diǎn)的外部空氣進(jìn)入此空間。結(jié)果，此空間的露點(diǎn)不能保持在低數(shù)值，因此由此芯棒和包層管得到的光纖的棒內(nèi)界面的OH基濃度不能降低到足夠低的水平。
管42具有流量計(jì)56和壓力計(jì)57，從而可以測(cè)量包層管10b內(nèi)的氣體流速和壓力。根據(jù)結(jié)果可以判斷包層管10b底端是否完全封閉。當(dāng)從包層管10b的頂部流到底部的氣體流速快速下降時(shí)，或者包層管10b內(nèi)的壓力快速增大時(shí)，可以確定包層管底端完全封閉。當(dāng)包層管底端封閉時(shí)，立即打開(kāi)閥60，使得空間72內(nèi)的空氣從管59排出。為了在包層管10b封閉并且其中壓力增大時(shí)防止包層管10b爆炸，也可以提供旁路管54。當(dāng)包層管10b底端封閉時(shí)，旁路管54設(shè)置的閥55打開(kāi)，從而即使在包層管10b完全封閉時(shí)，也使干燥氣體流過(guò)旁路管54。
當(dāng)包層管10b底端封閉時(shí)，通過(guò)加熱軟化芯棒40底部。但在圖13所示的例子中，芯棒40的全部重量未施加在軟化部分，因?yàn)樾景?0通過(guò)支撐件41b而被夾持裝置50固定。因此，抑制了芯棒在軟化部分的變形。
如上所述，包層管10b末端的封閉未限制包層管自身和芯棒的末端部分之間的并合。包層管的末端也可以這樣的方式封裝即，將支撐管連接到包層管，并且支撐管和芯棒并合在一起。當(dāng)支撐件連接到芯棒時(shí)，包層管的末端也可以通過(guò)將支撐件與包層管或支撐管并合而封閉。
在拉制步驟中，光纖的拉制是從并合部分開(kāi)始的。在光纖拉制速度以及光纖直徑達(dá)到預(yù)定的穩(wěn)定值之前，從光纖拉制開(kāi)始需要一段時(shí)間。因此，在此期間拉制的光纖不能成為好產(chǎn)品，并被丟棄。當(dāng)支撐管和支撐件彼此并合時(shí)，從光纖拉制開(kāi)始起給定的一段時(shí)間內(nèi)所拉制的、需要丟棄的光纖部分，來(lái)自于支撐管和支撐件，因此可以認(rèn)為從包層管和芯棒開(kāi)始拉制的光纖幾乎全部都是好產(chǎn)品，由此可以提高產(chǎn)量。
如果通過(guò)在包層管、支撐管、芯棒和/或支撐件并合的相應(yīng)部分添加磷、鍺或氟降低熔點(diǎn)，則可以容易地執(zhí)行并合。
優(yōu)選地，在封閉包層管末端后，將封閉部分連續(xù)加熱幾分鐘到幾十分鐘，從而防止封閉部分具有不圓的形狀。理想的是將包層管、支撐管、芯棒和/或支撐件相對(duì)于加熱源而相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)檫@可以進(jìn)一步防止形成不圓的形狀。
<循環(huán)凈化>
當(dāng)包層管10b一端封閉之后，優(yōu)選地對(duì)包層管10b內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)凈化，從而可以使脫氫處理更加有效地進(jìn)行。如圖14a所示，關(guān)閉管42設(shè)置的閥58，打開(kāi)管59設(shè)置的閥60，通過(guò)管59對(duì)包層管10b內(nèi)部抽氣。管59裝有壓力計(jì)57，可以測(cè)量包層管10b內(nèi)的壓力。當(dāng)包層管10b內(nèi)的壓力達(dá)到等于或小于10kPa時(shí)，關(guān)閉閥60，從而停止抽氣。接著打開(kāi)閥58，從而將干燥氣體輸入包層管10b內(nèi)，直到其中的壓力達(dá)到等于或大于50kPa。重復(fù)上述抽氣和氣體輸入，使得包層管10b內(nèi)部處于干燥氣體氣氛中。
優(yōu)選地，執(zhí)行抽氣直到壓力達(dá)到等于或小于1kPa，并且優(yōu)選地，進(jìn)行氣體的輸入直到壓力達(dá)到等于或大于100kPa。通過(guò)進(jìn)行循環(huán)凈化，可以去除通過(guò)烘烤未能去除的氫分子或含氫原子的化合物，或者可以去除烘烤后吸附在棒或管上的氫分子或含氫原子的化合物，例如水分。
<棒—拉制>
當(dāng)封閉包層管10b時(shí)，將底部側(cè)的支撐管11c拉出光纖拉制爐51，光纖是從封閉部分開(kāi)始拉制的。如上所述，當(dāng)僅封閉包層管一端時(shí)，在拉制步驟將包層管另一端連接到干燥氣體氣氛，從該另一端抽出包層管與芯棒之間空間內(nèi)的氣體，用于減小該空間的壓力，或者在該空間連接到干燥氣體氣氛的同時(shí)執(zhí)行減壓。
當(dāng)芯棒40和包層管10b輸送到光纖拉制爐51時(shí)，芯棒的表面加熱到500℃到1800℃范圍內(nèi)的溫度，包層管的外表面加熱到1300℃到2300℃范圍內(nèi)的溫度，理想的是1300℃到2100℃，更理想的是1400℃到2100℃。因此，芯棒40和包層管10b從底到頂彼此并合在一起，并且從并合部分拉出光纖。
在此步驟，當(dāng)芯棒和包層管之間的空間減壓到壓力等于或小于10kPa時(shí)，芯棒表面加熱到500℃到1300℃范圍內(nèi)的溫度，包層管的外表面加熱到1000℃到1800℃范圍內(nèi)的溫度。當(dāng)此空間未減壓，或者僅是略微減壓時(shí)，芯棒的表面加熱到1000℃到1800℃范圍內(nèi)的溫度，包層管的外表面加熱到1500℃到2100℃范圍內(nèi)的溫度。因此，通過(guò)棒—拉制由芯棒40和包層管10b形成光纖。包層管10b和芯棒40可以繞其軸線旋轉(zhuǎn)。
光纖拉制爐的入口具有氣體供應(yīng)部分53，將諸如氮或氦的惰性氣體吹入包層管，從而進(jìn)行氣體密封，以防止光纖拉制爐外部的氣體從其頂部進(jìn)入光纖拉制爐。氣體供應(yīng)部分53的箭頭表示氣體流動(dòng)方向。
當(dāng)拉出的光纖具有預(yù)定的縮小直徑時(shí)，切斷拉出的光纖，并且將支撐管11c和連接到其上的部分，即，蓋47a和管49，與包層管10b分離。隨后，如圖15所示，使光纖61經(jīng)過(guò)冷卻裝置62、外徑測(cè)量裝置63、樹(shù)脂涂覆裝置64和樹(shù)脂固化裝置65，然后裝到由導(dǎo)輥66、絞盤(pán)(capstan)67和蓄線器(accumulator)68構(gòu)成的路線上。這樣，光纖由絞盤(pán)67拉出，以便由卷繞裝置69卷取。
將由芯棒和包層管制成的并合部分加熱到1800℃到2400℃范圍內(nèi)的溫度，使光纖由此拉出。圖16表示拉制光纖的一個(gè)例子。在此例子中，加熱部分具有兩段結(jié)構(gòu)(52a和52b)，并且芯棒40的表面由上側(cè)加熱部分52a加熱到500℃到1800℃范圍內(nèi)的溫度，從而芯棒40和包層管10b彼此并合在一起；芯和包層的并合部分由下側(cè)加熱部分52b加熱到1800℃到2400℃范圍內(nèi)的溫度，從而拉制光纖。如上所述，根據(jù)芯棒40和包層管10b之間的空間的減壓程度，調(diào)節(jié)將芯棒40和包層管10b并合在一起所需的溫度。另一方面，拉制由芯和包層形成的并合部分所需的溫度與空間的減壓程度無(wú)關(guān)。因此，如果并合所需溫度由上側(cè)加熱部分52a控制，并且下側(cè)加熱部分52b的溫度設(shè)定為高于上側(cè)溫度，則可以增大拉制速度。這里，可以使用電阻加熱或感應(yīng)加熱作為加熱方法。
在棒—拉制過(guò)程中，干燥氣體氣氛與芯棒40和包層管10b之間的空間72之間的連接，是通過(guò)管42與外部干燥氣體供應(yīng)源連接而實(shí)現(xiàn)的，外部干燥氣體供應(yīng)源未在附圖中表示。干燥氣體包括氧、氮、氬、氦、氯之一或者含有至少兩種所列舉氣體的混合氣體，將其通過(guò)管42供應(yīng)到空間72?？臻g72的減壓是通過(guò)管59排出空間72的氣體而實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，芯棒40和包層管10b之間的空間72是這樣進(jìn)行減壓的通過(guò)將芯棒40和包層管10b之間存在的空間連接到作為干燥氣體流動(dòng)通道的管42并供應(yīng)干燥氣體，同時(shí)空間72的氣體通過(guò)管59減壓?？臻g72的理想減壓程度為等于或小于10kPa。優(yōu)選地，該壓力進(jìn)一步減小到等于或小于4kPa，更理想的等于或小于1kPa，最理想的等于或小于0.1kPa。如果芯棒40和包層管10b之間的空間連接到干燥氣體氣氛，則可以在向其供應(yīng)干燥氣體的同時(shí)執(zhí)行光纖拉制，從而可以防止空氣中的水分進(jìn)入該空間。通過(guò)芯棒40和包層管10b之間的空間減壓，包層管10b內(nèi)的氣體量減少。并且即使氫分子或含氫原子的化合物氣體進(jìn)入該空間，其數(shù)量也可以減少。
當(dāng)包層管內(nèi)部被減壓時(shí)，芯棒和包層管可以在低溫下彼此并合。當(dāng)加熱溫度下降時(shí)，傳遞到芯的熱量可被減少。在包層管內(nèi)部被減壓到等于或小于10kPa的情況下，如上所述，芯棒表面加熱到500℃到1300℃范圍內(nèi)的溫度，包層管的外表面加熱到1300℃到1800℃范圍內(nèi)的溫度。在這些溫度范圍內(nèi)，芯棒和包層管不會(huì)軟化到這樣的程度作為因其自身重量而下垂的結(jié)果而使得它們變形。因此，如此形成的光纖的偏心度和不圓度小，包層外徑與芯直徑之比沿長(zhǎng)度方向保持在恒定值，諸如截止波長(zhǎng)和色散的性能的變化小。
當(dāng)空間72的壓力減小到等于或小于4kPa時(shí)，即使具有較厚的壁厚，包層管也容易塌縮。因此可以不用不必要地提高光纖拉制爐的溫度。因此，未浪費(fèi)能量。另外，在確定諸如線速度和張力等拉制條件方面可以得到較大的自由度。
在圖17所示的第二實(shí)施例中，在將芯棒表面和包層管內(nèi)表面進(jìn)行脫氫處理的同時(shí)拉制光纖。在圖17中，圓括號(hào)中描述的步驟是可以省略的步驟。將芯棒插入包層管并對(duì)它們二者進(jìn)行固定的步驟以及之前的步驟均與第一實(shí)施例的相同。接著，當(dāng)包層管至少一端封閉后，芯棒和包層管之間的空間受到循環(huán)凈化。上述兩步也與第一實(shí)施例的相同。接著，芯棒和包層管運(yùn)動(dòng)到光纖拉制爐上方的一個(gè)位置。在此步驟中，通過(guò)封閉包層管由芯棒和包層管形成的并合部分，置于加熱部分中心上方的一個(gè)位置。運(yùn)動(dòng)到這樣一個(gè)位置，使包層管的內(nèi)表面在最靠近芯棒和包層管形成的并合部分的位置(在此位置，芯棒和包層管尚未并合在一起)，具有大致80℃到150℃的溫度。光纖拉制爐51的加熱部分52的溫度可以臨時(shí)減小。在這種情況下，芯棒和包層管之間的空間保持連接到干燥氣體氣氛。
隨后，芯棒和包層管逐漸向下運(yùn)動(dòng)到光纖拉制爐。在加熱部分52的溫度臨時(shí)下降的情況中，溫度提高。隨著芯棒和包層管的運(yùn)動(dòng)，芯棒表面和包層管內(nèi)表面的溫度在彼此尚未并合的部分逐漸增大。在這種情況下，芯棒和包層管之間的空間在最靠近并合部分的部分(在此部分，芯棒和包層管尚未并合在一起)連接到干燥氣體氣氛。另外，芯棒和包層管之間的空間連接到干燥氣體氣氛，同時(shí)抽出空間內(nèi)的氣體，從而進(jìn)行減壓。在這種狀態(tài)下，芯棒表面和包層管內(nèi)表面受到烘烤，因?yàn)樾景舯砻婧桶鼘庸軆?nèi)表面加熱到80℃到1000℃范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選的是150℃到1000℃的范圍。隨后，將芯棒和包層管逐漸向下運(yùn)動(dòng)到光纖拉制爐的較低位置。因此，對(duì)應(yīng)于芯棒和包層管的運(yùn)動(dòng)，要被烘烤的部分逐漸移動(dòng)到芯棒和包層管的上部部分。
當(dāng)芯棒和包層管并合在一起的部分達(dá)到光纖拉制爐加熱部分中心附近，芯棒和包層管的運(yùn)動(dòng)臨時(shí)停止。芯棒和包層管保持在此位置，使得芯棒和包層管并合在一起的部分的溫度升高。當(dāng)在并合部分的包層管外表面的溫度升高到1300℃到2100℃范圍內(nèi)的溫度時(shí)，從并合部分開(kāi)始光纖拉制，從而得到光纖。此后的步驟是在與第一實(shí)施例所述相同的方式下執(zhí)行的。隨著連續(xù)拉制光纖，芯棒和包層管也連續(xù)地從其頂部側(cè)到底部側(cè)進(jìn)入光纖拉制爐。因此，在芯棒表面和包層管內(nèi)表面要被加熱的一部分未并合部分逐漸從并合部分移動(dòng)到其相反的另一端。芯棒和包層管之間的空間連接到干燥氣體氣氛。同時(shí)，芯棒和包層管之間的并合沿向上的方向進(jìn)行。因此，在連續(xù)烘烤芯棒表面和包層管內(nèi)表面時(shí)，執(zhí)行光纖的拉制。也可以在執(zhí)行減壓的同時(shí)執(zhí)行這些步驟。
在第二實(shí)施例中，如圖18所示，由至少兩段形成的加熱部分是有效的。如果加熱用于光纖拉制的并合部分的下側(cè)加熱部分52b加熱到1800℃到2400℃范圍內(nèi)的溫度，并且上側(cè)加熱部分52a置于面向尚未并合在一起的包層管和芯棒的位置，其溫度設(shè)定為80℃到1000℃范圍內(nèi)的溫度，就能容易去除物理吸附在包層管內(nèi)表面和芯棒表面的水分，而這些位置是由加熱部分52a加熱的。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，光纖的棒—拉制可以在包層管兩端封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，這種狀態(tài)使其內(nèi)部封閉。
在包層管兩端將被封閉的情況下，封閉其一端，隨后將芯棒和包層管之間的空間中的氣體從另一端抽出，從而將此空間減壓，然后封閉另一端。因此，可以得到存在于芯棒和包層管之間的空間處于減壓狀態(tài)的光纖預(yù)制棒。此空間的減壓程度是由兩端封閉時(shí)形成的空間體積確定的。此空間隨著棒—拉制的進(jìn)行而變小，因此其壓力增大。對(duì)此空間進(jìn)行減壓，使得此空間在光纖拉制結(jié)束時(shí)的氣體壓力不會(huì)等于或大于大氣壓。例如，該空間減壓到等于或小于1kPa。當(dāng)此光纖預(yù)制棒進(jìn)行光纖拉制時(shí)，芯棒和包層管之間的空間處于減壓狀態(tài)。
當(dāng)包層管末端封閉時(shí)，在僅封閉一端或者封閉兩端的情況下，芯棒和包層管之間空間的露點(diǎn)，可以通過(guò)對(duì)空間減壓同時(shí)將空間連接到干燥氣體氣氛而降低。因此，可以防止在芯棒表面和包層管內(nèi)表面形成OH基，從而可以減小棒—拉制得到的光纖由于OH基所造成的傳輸損耗。
由兩端封閉的包層管以及封閉在其中的芯棒構(gòu)成的光纖預(yù)制棒，可以按照與傳統(tǒng)實(shí)心光纖預(yù)制棒相同的方式處理。在第三實(shí)施例中，從烘烤步驟到封閉包層管兩端的步驟等這些步驟是在與光纖拉制爐不同的設(shè)備中進(jìn)行的，由此形成的光纖預(yù)制棒可以在與傳統(tǒng)相同的光纖拉制爐中拉制?？紤]到使用現(xiàn)有的制造設(shè)備，上述方法是一種有效的方法。
在第三實(shí)施例中，執(zhí)行包層管的封閉就是為了封閉包層管的兩端，并且與傳統(tǒng)棒—塌縮不同，包層管的整個(gè)長(zhǎng)度不塌縮。因此，可以在一定程度上節(jié)省時(shí)間、設(shè)備和操作成本。結(jié)果，可以在低成本下制造光纖。
參看圖19，下面說(shuō)明第三實(shí)施例的流程。在圖19中，括號(hào)中所述的步驟可以省略。
封閉包層管一端的步驟，是在通過(guò)烘烤步驟對(duì)芯棒表面和包層管內(nèi)表面脫氫處理之后執(zhí)行的，并且前續(xù)步驟與第一實(shí)施例的相同。但是，只要烘烤步驟可以在除了光纖拉制爐以外的加熱設(shè)備中執(zhí)行，烘烤步驟和封閉包層管就可以在上述加熱設(shè)備中執(zhí)行。另外，加熱設(shè)備并不限于圖12所示的設(shè)備，在圖12中，芯棒和包層管沿垂直方向安裝。也可以使用芯棒和包層管沿水平方向安裝的加熱設(shè)備。
當(dāng)包層管一端封閉后執(zhí)行的循環(huán)凈化步驟與第一實(shí)施例中的相同。當(dāng)空間內(nèi)的氣體排出，使得其中的壓力下降到等于或小于1kPa之后，封閉包層管的另一端。將兩端封閉的光纖預(yù)制棒加熱，隨后執(zhí)行棒—拉制過(guò)程。
下面將參考圖20具體說(shuō)明在封閉包層管一端后所執(zhí)行的步驟。打開(kāi)閥60，從管59排出空間72內(nèi)的氣體?？臻g72的壓力由壓力計(jì)57監(jiān)測(cè)，排出空間72的氣體，直到壓力下降到等于或小于1kPa。一旦空間72的壓力下降到等于或小于1kPa之后，可以像第一實(shí)施例一樣執(zhí)行循環(huán)凈化，其中重復(fù)執(zhí)行空間72的氣體輸入和抽空。
當(dāng)排出空間72中的氣體直到壓力等于或小于1kPa之后，如圖21所示，將加熱源73置于包層管10b的頂部或者支撐管11d的側(cè)面，并且支撐管11d或包層管10b頂端塌縮，從而與支撐件41b或芯棒40并合。如圖21所示，因?yàn)樾枰行Ю眯景?0以及包層管10b的整個(gè)長(zhǎng)度，因而，優(yōu)選地使支撐管11d和支撐件41b彼此并合。
當(dāng)包層管兩端的封閉結(jié)束時(shí)，停止抽真空，從支撐管上拆下蓋47a和47b以及各個(gè)管。
在對(duì)這樣形成的光纖預(yù)制棒開(kāi)始光纖拉制的一側(cè)，在并合部分外側(cè)的位置切斷支撐管和支撐件，或者在加熱后將它們撕掉。優(yōu)選地，對(duì)切斷或撕掉的末端進(jìn)行處理，使其形狀適合于開(kāi)始拉制。如上所述，從開(kāi)始拉制起的一段時(shí)間內(nèi)，光纖拉制不能形成好的產(chǎn)品。因此，優(yōu)選地，允許殘留一部分支撐管和支撐件作為光纖拉制開(kāi)始的邊緣末端，殘留的程度使這段時(shí)間的初始光纖拉制是利用這部分支撐管和支撐件進(jìn)行的。
如圖22所示，連接在支撐管11d上的延伸件74由夾持裝置75夾持，光纖預(yù)制棒100從預(yù)制棒100的拉制起始端進(jìn)入光纖拉制爐51。另外，不使用延伸件，支撐管11d可以直接由夾持裝置75夾持。夾持裝置75連接到預(yù)制棒輸送裝置76。
如圖23所示，光纖61由絞盤(pán)67從光纖預(yù)制棒100的底端拉制，同時(shí)通過(guò)光纖拉制爐51的加熱部分52的加熱，包層管10b的底端塌縮并與芯棒40并合。通過(guò)包層管的塌縮實(shí)現(xiàn)并合，這與第一實(shí)施例相同，并且光纖拉制爐的加熱部分的熱量分布，按與第一實(shí)施例相同的方式確定。芯棒和包層管之間的空間77減壓到等于或小于1kPa，并且被封閉，因此包層管10b的塌縮可以平穩(wěn)地進(jìn)行。
隨著光纖拉制預(yù)制棒100的拉制進(jìn)行，空間77的尺寸減小，并且其中的壓力不斷增大。在支撐件41b和支撐管11d并合在一起的情況下，空間77包括位于光纖預(yù)制棒頂端的非有效部分的空間，以及在光纖預(yù)制棒100的有效部分拉制結(jié)束時(shí)的階段、在支撐件41b和支撐管11d之間的空間。當(dāng)包層管頂端封閉時(shí)設(shè)定的空間壓力是預(yù)先計(jì)算的，使得光纖拉制結(jié)束時(shí)存在的空間壓力可以小于光纖預(yù)制棒100周?chē)嬖诘耐獠繅毫?，并且?dāng)包層管頂端封閉時(shí)，使空間具有上述計(jì)算的壓力值。支撐件和支撐管彼此并合的部分可以設(shè)置為離開(kāi)包層管10b一定距離，使得光纖拉制結(jié)束時(shí)存在的空間具有足夠的體積。
在圖23所示的氣體密封方法中，為了防止光纖拉制爐51外部的氣體進(jìn)入光纖拉制爐51，將氣體從位于光纖拉制爐51的氣體供應(yīng)部分53噴射到光纖預(yù)制棒100。但是，整個(gè)光纖預(yù)制棒可以置于容器內(nèi)，并且爐內(nèi)氣氛和爐外氣氛可以在支撐管或延伸件的位置分開(kāi)。根據(jù)所用的加熱源，爐內(nèi)氣氛和爐外氣氛不需要總是分開(kāi)。
預(yù)制棒輸送裝置76向下運(yùn)動(dòng)，從而將光纖預(yù)制棒100輸入光纖拉制爐51。隨著光纖預(yù)制棒100輸入光纖拉制爐51，包層管10b和芯棒40彼此逐漸并合；同時(shí)，絞盤(pán)67從并合部分拉制光纖61。如同第一實(shí)施例的情況，使拉出光纖拉制爐51的光纖61經(jīng)過(guò)冷卻裝置62、外徑測(cè)量裝置63、樹(shù)脂涂覆裝置64和樹(shù)脂固化裝置65，接著進(jìn)入由導(dǎo)輥66、絞盤(pán)67和蓄線器68組成的路線，最后由卷取裝置69卷取。
在第三實(shí)施例中，在光纖預(yù)制棒的光纖拉制過(guò)程中，不需要提供用于排出芯棒和包層管之間空間的氣體的管以及用于將空間連接到干燥氣體氣氛的管。因此，當(dāng)光纖由預(yù)制棒輸送裝置輸入光纖拉制爐時(shí)，不存在管的位置排列問(wèn)題，從而可以容易地定位光纖預(yù)制棒。另外，可以使用用于實(shí)心光纖預(yù)制棒的傳統(tǒng)光纖拉制爐，而無(wú)需任何修改。
在第一和第三實(shí)施例中得到的光纖僅有一個(gè)邊界，它是在通過(guò)加熱使棒和管彼此并合時(shí)形成的，并且波長(zhǎng)1.38μm的光傳輸損耗可以減小到等于或小于0.5dB/km，并且進(jìn)一步可達(dá)到等于或小于0.35dB/km。這些數(shù)值分別對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)1.38μm的OH基吸收損耗約等于或小于0.25dB/km，以及約等于或小于0.1dB/km。邊界存在于p1/r1之比為1到小于2的區(qū)域，其中p1是從芯的中心到邊界的距離，r1是芯的半徑。
另外，偏振模色散(PMD)可以減小到等于或小于0.15ps/km1/2，并且進(jìn)一步減小到等于或小于0.08ps/km1/2。長(zhǎng)度方向色散值變化的絕對(duì)值可以減小到等于或小于2ps/nm/km2，并且進(jìn)一步減小到等于或小于0.5ps/nm/km2。芯的偏心度也等于或小于0.3％。
<芯棒>
優(yōu)選地，這樣設(shè)定芯棒的直徑D與芯部分的直徑d之比D/d，使得其保持1≤D/d＜2。當(dāng)滿足此關(guān)系時(shí)，先前已經(jīng)合成為一部分芯棒的光學(xué)包層部分的主要部分合成為包層管。因此，可以實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間。對(duì)芯棒執(zhí)行的火焰拋光步驟也可以省略。當(dāng)D/d之比在1到1.4的范圍內(nèi)時(shí)，在必須與芯相同的工藝中合成的第一包層，可以?xún)H僅具有與芯大致相等的體積，因此在生產(chǎn)率方面的作用是明顯的。
制造芯棒的材料可以是，例如，純石英本身，由純石英和添加的氧化鍺(GeO2)組成的材料，或者由純石英和添加的增大折射率的添加劑(例如，P2O5、Al2O3、TiO2或Cl)組成的材料。
通過(guò)在芯棒外圓周部分提供成分大致等價(jià)于包層管內(nèi)表面部分的一部分光學(xué)包層，可以抑制芯棒或包層管的變形，或者當(dāng)加熱芯棒和包層管時(shí)可以抑制界面產(chǎn)生氣泡。因此，可以制造出在傳輸損耗、PMD、色散性(光纖在長(zhǎng)度方向的色散值變化)等等方面具有優(yōu)異性能的光纖。
在將諸如GeO2的添加劑添加到芯，并且使用純石英作包層的情況下，通過(guò)在芯棒周?chē)峁┮徊糠钟杉兪⒅瞥傻墓鈱W(xué)包層，芯棒和包層可以彼此并合，使得在加熱過(guò)程中其同心度得以保持。因此，可以抑制芯的不圓度或偏心度的出現(xiàn)。并且，與先前相比，由于芯棒中存在的光學(xué)包層的數(shù)量小，因此可以降低制造成本。只要比例D/d等于或小于1.2，就可以按這樣的方式形成光學(xué)包層即，制造僅僅由添加GeO2的玻璃顆粒組成的玻璃顆粒沉積體，并且使存在于其外圓周部分的鍺在玻璃顆粒沉積體脫水和玻璃化期間擴(kuò)散或蒸發(fā)。
<包層管>
包層管內(nèi)表面附近的折射率，理想的是可以基本等于芯棒的第一包層，并且包層管的制造可以使用，例如，其中加入減小折射率的、諸如氟或B2O3的添加劑的純石英；純石英本身；或者其中加入增大折射率的、諸如GeO2、P2O5、Al2O3、TiO2或Cl的添加劑的純石英。更優(yōu)選的是，包層管內(nèi)表面附近的成分與第一包層相同。
<管的擴(kuò)大>
包層管的外徑D2與其內(nèi)徑d2之比D2/d2在5到30的范圍內(nèi)，理想的是大于7到30，更理想的是8到30。另外，理想的外徑等于或大于90mm，更理想的是等于或大于120mm，進(jìn)一步理想的是等于或大于140mm。另外，長(zhǎng)度理想的是等于或大于500mm，更理想的是等于或大于600mm。使用這種大的包層管，可以通過(guò)一個(gè)拉制操作制造長(zhǎng)度更長(zhǎng)的光纖，因此能提高生產(chǎn)率。包層管外徑與其內(nèi)徑之比可以根據(jù)所需光纖的結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)整。
<偏心度>
芯棒和包層管在其整個(gè)長(zhǎng)度上的偏心度，理想的是等于或小于0.3％，更理想的是等于或小于0.2％。如同這里使用的，對(duì)于具有第一包層的芯棒，術(shù)語(yǔ)“偏心度”是這樣的數(shù)值即，其可以通過(guò)將芯部分的中心與芯棒中心之間的位移量除以芯棒直徑而得到。包層管的偏心度是根據(jù)內(nèi)圓周與外圓周的關(guān)系確定的，并且是這樣的數(shù)值即，將管內(nèi)徑中心與其外徑中心之間的位移量除以外徑而得到的數(shù)值。因此，不但可以減小最終得到的光纖的芯偏心度的量，而且也能在芯棒和包層管彼此并合時(shí)減小垂直軸線的橫截面上熔融態(tài)的不均勻度，由此可以抑制氣泡的產(chǎn)生和芯的不圓度。結(jié)果，可以得到傳輸性能優(yōu)異的光纖。
<管的不圓度>
芯和芯棒第一包層的不圓度以及包層管外徑和內(nèi)徑的不圓度，優(yōu)選地分別等于或小于1.5％。更為理想的采用等于或小于0.5％的不圓度，并且進(jìn)一步理想的采用等于或小于0.2％的不圓度。棒—拉制不圓度小的芯棒或包層管得到的光纖，抑制了芯不圓度的惡化以及雙折射率的增大，并且減小了PMD。例如，可以達(dá)到等于或小于0.15ps/km1/2。另外，當(dāng)芯棒和包層管彼此并合時(shí)，可以減小垂直軸線的橫截面上熔融態(tài)的不均勻度，均勻地進(jìn)行芯棒和包層管之間的并合，并且可以抑制氣泡產(chǎn)生。因此，可以使由此生產(chǎn)的光纖的傳輸性能優(yōu)異。另外，由于由此得到的光纖包層的壁厚偏差小，即，由于芯不是偏心的，由光纖接合生成的損耗低。當(dāng)組合使用不圓度和偏心度都小的芯棒和包層管時(shí)，上述效果可以進(jìn)一步加強(qiáng)。
優(yōu)選使用表面粗糙度等于或小于20μm的芯棒以及內(nèi)表面粗糙度等于或小于20μm的包層管。因此，當(dāng)芯棒和包層管彼此并合時(shí)，可以有效抑制氣泡的產(chǎn)生，這是因?yàn)楹附釉谝黄鸬倪@些表面的粗糙度小。因此可以抑制光纖拉制中出現(xiàn)的光纖斷裂和直徑變化。另外，可以減小得到的光纖的傳輸損耗?？梢赃@樣減小表面粗糙度即，通過(guò)使用加熱裝置，例如電阻加熱爐或感應(yīng)加熱爐，拉制棒或管使得具有預(yù)定直徑；或者通過(guò)在摩爾濃度0.1％到50％(重量百分?jǐn)?shù))的氟化氫水溶液中浸漬1小時(shí)或1小時(shí)以上，去除表面含雜質(zhì)的層。
芯棒的OH基濃度，理想的是等于或小于20ppm(重量)，更理想的是等于或小于10ppm(重量)，更理想的是等于或小于2ppm(重量)，更理想的是等于或小于1ppm(重量)，最為理想的是等于或小于0.1ppm(重量)。對(duì)于包層管，包括在所形成光纖的模場(chǎng)直徑中的部分的OH濃度，理想的是等于或小于20ppm(重量)，更理想的是等于或小于10ppm(重量)，更理想的是等于或小于2ppm(重量)，更理想的是等于或小于1ppm(重量)。通過(guò)使用起始OH濃度低的芯棒和包層管，可以得到由OH基造成的光傳輸損耗低的光纖。當(dāng)芯和包層之間的界面的OH濃度為0.05ppm時(shí)，由于OH基造成的光傳輸損耗為0.5dB。
如同上述的例子，當(dāng)厚度小的芯棒以及厚度大的包層管通過(guò)加熱彼此并合時(shí)，熱容量比包層管的熱容量明顯小的芯棒更加容易變形。因此，優(yōu)選的是芯棒平均粘度等于或大于包層管的平均粘度。其原因是，可以易于防止并合期間可能出現(xiàn)的芯棒變形。結(jié)果，在這樣得到的光纖芯中，不太可能出現(xiàn)氣泡、不圓度和偏心度等等。在這種情況下，用于對(duì)比的粘度值是在上述二者通過(guò)熔化并合的溫度區(qū)域內(nèi)的典型粘度值，并且對(duì)于二氧化硅基玻璃，溫度范圍一般是1000℃到2400℃。這里，將溫度1200℃的數(shù)值認(rèn)為是典型數(shù)值。
形成能夠達(dá)到上述粘度組合的芯和包層的玻璃的例子包括以下情況。即，對(duì)于制造芯，優(yōu)選的是純石英玻璃或者含有鹵素原子(例如氟或Cl)和金屬氧化物(例如GeO2、B2O3、P2O5或Al2O3)中的至少一種的石英玻璃；對(duì)于制造包層，理想的是含氟石英玻璃，或者是含有氟以外鹵素原子和金屬氧化物(例如GeO2、B2O3、P2O5或Al2O3)中的至少一種的含氟石英玻璃。特別理想的組合如下芯是含Cl原子的石英玻璃，或者含Cl原子和氟原子的石英玻璃，并且包層是含氟石英玻璃或者含有Cl原子的含氟石英玻璃；或者芯是含GeO2的石英玻璃或者含GeO2和Cl原子的石英玻璃，包層是含氟石英玻璃或者含有Cl原子的含氟石英玻璃。例如，當(dāng)芯是含有大約1000ppm(重量)Cl原子的石英玻璃，包層是含有大約1％(重量)氟原子的石英玻璃時(shí)，滿足上述芯和包層之間的粘度關(guān)系；另外，可以得到的相對(duì)折射率差約為0.34％。除了這個(gè)例子，可以適當(dāng)?shù)剡x擇和調(diào)整添加劑的類(lèi)型及其數(shù)量，從而得到芯和包層的預(yù)定粘度以及二者之間預(yù)定的相對(duì)折射率差。
<折射率分布>
對(duì)光纖的折射率分布沒(méi)有特別的限制。還可以使用具有像色散移光纖或色散補(bǔ)償光纖一樣的復(fù)雜折射率分布的芯棒。在制造具有簡(jiǎn)單臺(tái)階型折射率分布的單模光纖的情況下，如果芯相對(duì)于包層的相對(duì)折射率差等于或大于0.2％，就可以制造典型的單模光纖。
當(dāng)使用這樣的芯棒即，在相當(dāng)于芯的部分的周?chē)哂械谝话鼘訒r(shí)，在從包層管內(nèi)表面到其厚度十分之一深的區(qū)域內(nèi)的折射率，優(yōu)選地基本等于第一包層部分的折射率。即，上述二者之間的相對(duì)折射率差在-0.05％到+0.05％的范圍內(nèi)，更理想的在-0.02％到+0.02％的范圍內(nèi)。因此，可以得到性能(諸如截止波長(zhǎng)和色散)變化小的光纖。
當(dāng)芯棒具有第一包層時(shí)，為了使第一包層和其周?chē)纬傻陌鼘拥恼凵渎试陬A(yù)定范圍內(nèi)，可以調(diào)整為控制折射率而加入的添加劑的類(lèi)型及其濃度。上述調(diào)整包括不使用添加劑的情況。含有第一包層的包層部分可以具有折射率不同的多個(gè)區(qū)域。另外，在上述例子中主要描述了單模光纖，但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于多模光纖，并且也可以得到與上述相同的、減小傳輸損耗的效果。
實(shí)例根據(jù)第三實(shí)施例，在表I所示條件下通過(guò)棒—拉制制造光纖(實(shí)例1到4)。為了更加精確，將包層管浸在氟化氫水溶液中進(jìn)行清洗，包層管和支撐管彼此連接，并且包層管的內(nèi)表面受到氣相腐蝕，然后進(jìn)行包層管內(nèi)表面的氯處理。接著，通過(guò)在將芯棒和包層管之間的空間保持在露點(diǎn)Td℃的同時(shí)，將芯棒表面和包層管內(nèi)表面加熱到管內(nèi)表面溫度Tb，來(lái)執(zhí)行烘烤處理。在烘烤步驟的第二子步驟，使干燥的氯氣流過(guò)。接著，封閉包層管的底端(相對(duì)于氣流的下游側(cè))，在將包層管內(nèi)部保持在P kPa壓力的同時(shí)，再封閉頂端(相對(duì)于氣流的上游側(cè))，形成光纖預(yù)制棒，接著對(duì)光纖預(yù)制棒的外表面執(zhí)行火焰拋光。隨后，通過(guò)拉制此光纖預(yù)制棒，制造出光纖。在實(shí)施例2中，將芯棒分成兩根，并從相對(duì)于氣流的下游側(cè)末端將它們插入包層管中。
表I

對(duì)于在條件1、2或4下制造的光纖，在波長(zhǎng)1.38μm可以得到的光傳輸損耗等于或小于0.1dB/km。對(duì)于在條件3下制造的光纖，在波長(zhǎng)1.38μm的光傳輸損耗為1.2dB/km，并且大于0.5dB/km。這認(rèn)為是由于在烘烤步驟使用高露點(diǎn)的干燥氣體造成的。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)2003-139732(2003年5月19日提交)以及2003-139733(2003年5月19日提交)的全部?jī)?nèi)容，包括說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、附圖和摘要，以引用的方式并入本文。
工業(yè)適用性可以在低成本下以高的生產(chǎn)率制造傳輸損耗低的光纖。
權(quán)利要求
1.一種制造光纖的方法，所述光纖是這樣形成的即，將芯棒插入包層管，隨后在通過(guò)加熱使芯棒和包層管并合在一起的同時(shí)通過(guò)拉制而形成，所述方法包括以下步驟將芯棒插入包層管；去除芯棒表面和包層管內(nèi)表面存在的水分；封閉包層管的至少一端；以及在芯棒和包層管之間形成的空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的狀態(tài)下，從所述一端進(jìn)行拉制，從而形成光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的制造光纖的方法，其中，去除水分的步驟是在芯棒和包層管之間的空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的同時(shí)，通過(guò)加熱芯棒和包層管而進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造光纖的方法，其中，去除水分的步驟包括第一子步驟，即，在所述空間連接到干燥氣體氣氛和/或被減壓的同時(shí)加熱芯棒和包層管；以及第二子步驟，即，在所述空間保持在含有鹵素氣體或鹵化氣體的干燥氣體氣氛的同時(shí)加熱芯棒和包層管。
4.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，封閉包層管至少一端的步驟是封閉包層管一端并且在所述空間減壓的同時(shí)進(jìn)一步封閉包層管另一端的步驟。
5.一種制造光纖的方法，所述光纖是這樣形成的即，將芯棒插入包層管，隨后在通過(guò)加熱使芯棒和包層管并合在一起的同時(shí)通過(guò)拉制而形成，所述方法包括以下步驟將芯棒插入包層管；封閉包層管的至少一端；以及在芯棒和包層管之間的空間連接到干燥氣體氣氛的狀態(tài)下，在通過(guò)加熱芯棒和包層管去除芯棒表面和包層管內(nèi)表面吸附的水分的同時(shí)，從所述一端進(jìn)行拉制，從而形成光纖。
6.如權(quán)利要求1到5的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，在封閉包層管至少一端的步驟中，將所述空間連接到干燥氣體氣氛并且進(jìn)行減壓。
7.如權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，封閉包層管至少一端的步驟包括在所述一端將芯棒和包層管彼此并合的步驟。
8.如權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，還包括以下步驟將支撐件連接到芯棒的一端，其中，封閉包層管至少一端的步驟包括在所述一端將支撐件和包層管彼此并合的步驟。
9.如權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，還包括以下步驟將支撐管連接到包層管的一端，其中，封閉包層管至少一端的步驟是通過(guò)使芯棒和支撐管彼此并合而進(jìn)行的。
10.如權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，還包括以下步驟將支撐件連接到芯棒的一端；以及將支撐管連接到包層管的一端，其中，封閉包層管至少一端的步驟是通過(guò)使支撐件和支撐管彼此并合而進(jìn)行的。
11.如權(quán)利要求1到10的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，氫分子或含氫原子的化合物在干燥氣體中的總濃度等于或小于10ppm(體積)。
12.如權(quán)利要求1到11的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，還包括以下步驟在將芯棒插入包層管的步驟之前加熱包層管。
13.如權(quán)利要求1到12的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，芯棒直徑D與芯部分直徑d之比D/d在1到小于2的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的制造光纖的方法，其中，芯棒僅由芯部分組成。
15.如權(quán)利要求14所述的制造光纖的方法，其中，芯棒與包層管的相對(duì)折射率差等于或大于0.2％。
16.如權(quán)利要求13所述的制造光纖的方法，其中，芯棒包括芯部分和第一包層部分，第一包層部分的折射率小于芯部分的折射率。
17.如權(quán)利要求16所述的制造光纖的方法，其中，芯部分與第一包層部分的相對(duì)折射率差等于或大于0.2％，以及第一包層部分的折射率優(yōu)選地基本等于從包層管的內(nèi)表面到包層管厚度十分之一深度的區(qū)域的折射率。
18.如權(quán)利要求1到17的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，包層管外徑D2與其內(nèi)徑d2之比D2/d2在5到30的范圍內(nèi)，包層管的長(zhǎng)度等于或大于500mm。
19.如權(quán)利要求18所述的制造光纖的方法，其中，D2/d2之比在大于7到30的范圍內(nèi)。
20.如權(quán)利要求1到19的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，包層管內(nèi)圓周與其外圓周的偏心度在整個(gè)有效長(zhǎng)度上等于或小于0.3％。
21.如權(quán)利要求1到20的任一項(xiàng)所述的制造光纖的方法，其中，芯棒在1200℃的平均粘度等于或大于包層管的平均粘度。
22.一種光纖，包括芯和包層，所述包層圍繞所述芯的外圓周而設(shè)置并且其折射率小于芯的折射率，其中，光纖僅有一個(gè)邊界形成在垂直于其軸線的橫截面上，所述邊界是由于棒和管通過(guò)加熱彼此并合而形成的，以及波長(zhǎng)1.38μm時(shí)，光纖的光傳輸損耗等于或小于0.5dB/km。
23.如權(quán)利要求22所述的光纖，其中，從芯中心到邊界的距離p1與芯半徑r1之比p1/r1在1到小于2的范圍內(nèi)。
24.如權(quán)利要求22或23所述的光纖，其中，芯與第一包層的相對(duì)折射率差等于或大于0.2％，第一包層是從所述邊界到芯的部分，以及第一包層的折射率基本等于所述邊界和半徑為r+2t的圓之間的部分的折射率，所述圓與芯的中心同心，并且第一包層的厚度用t表示。
25.如權(quán)利要求22到24中的任一項(xiàng)所述的光纖，其中，芯在1200℃的平均粘度等于或大于包層的平均粘度。
26.如權(quán)利要求22所述的光纖，其中，芯是由純石英玻璃或含有添加劑的石英玻璃制成的，并且包層是由主要為含氟石英玻璃組成的玻璃制成的。
全文摘要
將芯棒插入包層管，去除在芯棒和包層管之間的空間中的水分，并且在將該空間連接到干燥氣體氣氛和/或減壓的同時(shí)，以及在芯棒和包層管彼此并合的同時(shí)，進(jìn)行光纖拉制。另外也可以是，將芯棒插入包層管，并且在去除芯棒表面和包層管內(nèi)表面的水分的同時(shí)，從一端拉制光纖。因此，能夠以高的生產(chǎn)率制造高質(zhì)量的光纖。
文檔編號(hào)C03B37/023GK1791559SQ20048001357
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者大賀裕一, 大西正志, 嘉數(shù)修, 加藤秀一郎, 足立徹, 佐佐木隆, 平野正晃 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社