專利名稱：制造光纖的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明要求2004年5月12日提交的美國臨時專利申請60/570279作為優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及一種通過在光纖從拉伸爐中的預(yù)成形物拉制時對其進行原位處理來制造低水峰值光纖(low water peak fiber，LWPF)的方法。本發(fā)明提供一種在拉制光纖時用氘、氘離子等離子體或混有其它氣體的氘處理光纖而將其鈍化的方法。
通常，從使用二氧化硅前體的化學(xué)蒸氣沉積法(CVD)制造的預(yù)成形物制造玻璃光纖。該CVD工藝通常使用氧氫焰作為熱源，促使該前體與氧進行反應(yīng)。這通過直接的氧化反應(yīng)(火焰與CVD反應(yīng)區(qū)隔開)或水解反應(yīng)(前體與氧氣在氧-氫火焰中反應(yīng))而實現(xiàn)。在任何一種情況中，沉積的二氧化硅中可能存在有水蒸氣，這是原料中存在濕氣或氧-氫火焰的作用的結(jié)果。已知這少量的濕氣位于沉積的二氧化硅的玻璃基質(zhì)中的某些缺陷位點中，足以引起雖小但可測量的光纖衰減(attenuation)的增大。這種衰減增大將引起電纜的一些透射光譜損失。即使光纖生產(chǎn)中的各種干燥步驟能除去濕氣，光纖四周環(huán)境中的氫將隨著時間而擴散到光纖的核心，產(chǎn)生額外的光衰減中心。
光纖的透射特性取決于多種因子，如散射、光纖彎曲度(fiber bending)和吸收度。羥基(OH)吸收或“水吸收”減少了多種光學(xué)系統(tǒng)工作波長區(qū)域中的可用帶寬。歸因于光纖中羥基離子的振動倍頻的OH吸收引起了950nm、1240nm和1385nm三處的損耗峰。需要減少這些損耗峰，尤其是1385nm峰，因為這樣能有效提供透射損失較低的連續(xù)區(qū)域(1200-1600nm)。一種類型的吸收損失是老化損失，它包括光纖壽命期間出現(xiàn)的氫老化損失。據(jù)認(rèn)為，這些損失是由于光纖中各種缺陷與由環(huán)境擴散到光纖中的氫之間的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的。
減少由于光纖中存在氫而導(dǎo)致的這種衰減增大的一種方法是使用氘，它是一種含有電子、質(zhì)子和中子的氫的同位素。與氫相同，氘也將存在于沉積的二氧化硅的玻璃基質(zhì)中的缺陷位點中。雖然這將再次引起衰減的增大，但是其共振峰和峰尾(tail)都不在目前用于透射的光譜帶中。氘的存在將進一步阻止光纖吸收氫，有效使其在其使用壽命期間“無水”。
在光纖制造中，可在兩個階段用氘進行處理或“保溫處理”(soaked)在沉積成預(yù)成形物后，以及拉制光纖后。典型的處理包括將預(yù)成形物或光纖暴露于氘在惰性氣體的靜止混合物(通常是1-10％氘在氮氣中的氣體)中。氘的濃度對于玻璃吸收氘的擴散過程中是至關(guān)重要的，但實際摻入玻璃中的混合物中的氘是非常少的。處理用的氣體的剩余部分就排出棄去，這是光纖制造中在氘方面的巨大費用和額外開支。
因此，需要一些處理光纖的方法，這些方法將能鈍化或包涂光纖，同時克服光纖生產(chǎn)過程中遇到的問題。
發(fā)明概要本發(fā)明提供一種在拉制操作過程中鈍化光纖的方法，該方法包括使該光纖與氘接觸?；蛘?，可使用含有氘的氣體混合物，其中，氘混合的氣體選自氦、氬和氮。
本發(fā)明還提供一種在拉制操作過程中鈍化光纖的方法，該方法包括使該光纖與氘離子等離子體接觸。
在本文中，“含氘”指氣體混合物中的氘濃度約為1-100體積％。
本發(fā)明另一可用的實施方式提供一種制造光纖的方法，該方法包括a)從預(yù)成形物拉制出所述光纖；b)使所述光纖與氘氣體接觸；和c)回收未反應(yīng)的氘氣體。
本發(fā)明另一可用的實施方式提供一種抑制光纖制造過程中光纖和氫之間的化學(xué)反應(yīng)的方法，該方法包括使所述光纖與氘接觸。
發(fā)明詳述光纖的處理可在位于拉制爐下面的處理管中進行。處理管可以是分隔開的設(shè)備，或者可與光纖冷卻管或用于制造過程中的其它管結(jié)合在一起。
在冷卻和用涂料包涂光纖之前，處理光纖的本發(fā)明要比常規(guī)的拉制后處理方法更有效。將光纖處理和光纖冷卻結(jié)合在一個步驟中具有多種優(yōu)點。由于氘的導(dǎo)熱性高，將氘與冷卻氣體混合不會減少此方法的冷卻效率。
使用氘混合物代替純的氘氣體，將能使該處理氣體保持在氘的可燃范圍之外，并將阻止接近拉制爐的熱區(qū)中的光纖玻璃材料和氘之間發(fā)生還原反應(yīng)。
用于氣體混合物中的氣體較佳是惰性氣體，更佳選自氮、氬、氦和二氧化碳。通常，氣體混合物中氘以約1-10重量％的量存在。
采用此方法獲得的其它優(yōu)點包括在制造成光纖后不再需要對其處理。這將減少所使用處理裝置的數(shù)量，并縮短制造時間。
在本發(fā)明的方法中，氘可以與氘離子等離子體混合，用來在光纖的制造過程中將其鈍化。
可從裝置中排出用過的處理/冷卻氣體，將其收集，使氘與環(huán)境空氣的混合停止?？杉兓占臍怏w，或?qū)⑵湓傺h(huán)返回到冷卻管中，或者通過在燃燒器中燃燒氫氣而將其處置，或者將其與惰性氣體如氮氣混合。
拉制工藝開始時，先將預(yù)成形物下降到爐中，位于拉制塔的頂部。將該預(yù)成形物加熱到一個該預(yù)成形物軟化的溫度，直到熔化的玻璃滴從預(yù)成形物的頭端伸展并在重力的作用下落下。讓落下的玻璃流順次通過一個或多個氘處理裝置和/或冷卻裝置，以及包涂裝置。在通入冷卻氣體前，可向處理/冷卻裝置充入惰性氣體，如氮氣、氬氣、氦氣或二氧化碳。
從一個或多個入口通入氘-處理/冷卻氣體。通過使反應(yīng)性氘?dāng)U散到具有鍺或硅缺陷中心的光纖中和通過羥基到氘氧基的同位素交換反應(yīng)來鈍化光纖?？稍陔幚磉^程中使用氘等離子體，以加強光纖的鈍化。光纖的熱由冷卻氣體轉(zhuǎn)移到冷卻管壁。使用鼓風(fēng)機或泵從氘處理/冷卻裝置的頂部和底部的出口排出用過的冷卻氣體。
從處理/冷卻裝置排出的用過的氣體被送到提純裝置中，在那里除去用過的氣流中的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)通常是空氣、濕氣和二氧化碳，但可包括空氣中存在的其它氣體。提純裝置可以是任何純化系統(tǒng)，它能將冷卻劑與雜質(zhì)和可能在處理/冷卻裝置的頂部和底部中使用的密封氣體分離。純化系統(tǒng)可選自壓力回轉(zhuǎn)吸附(PSA)系統(tǒng)、膜系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)、低溫分離系統(tǒng)，或這些系統(tǒng)的組合。
可將經(jīng)純化的氣體與新的處理/冷卻氣體混合，進行循環(huán)?；蛘?，將從冷卻管中排出的用過的氣體混合物送到燃燒器中，使其與空氣燒掉。還可將用過的氣體與惰性氣體混合并安全地處置。惰性氣體可以是氮氣或二氧化碳，并且可從另一種過程產(chǎn)生的廢氣流中獲得。
為了進一步抑制可燃燒的氣體氘從光纖進入和離開處理/冷卻管時通過的頂部和底部開口逸出，可使用密封氣體。密封氣體可以是選自氮氣、二氧化碳、氬氣或其混合物的氣體，可將其通入處理/冷卻管的頂部出口的上面和底部出口的下面?？蓪⒚芊鈿怏w通入處理/冷卻裝置或連接于處理/冷卻裝置的密封氣體室中。
雖然在此采用一些具體實施方式
描述了本發(fā)明，但明顯的是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其它形式和改動都是顯而易見的?？偟膩碚f，本發(fā)明附帶的權(quán)利要求應(yīng)被視為覆蓋了這些明顯的形式和改動，只要它們都在本發(fā)明的真正精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在制造光纖過程中鈍化光纖的方法，其特征在于，該方法包括使所述光纖與氘接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括使所述光纖與含氘的氣體混合物接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氣體混合物含有選自以下的氣體氮氣、氬氣、氦氣和二氧化碳。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氣體混合物中含有約1-10重量％的氘。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在對所述光纖進行包涂前使所述氘與該光纖接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括使所述光纖與氘離子等離子體接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，回收沒有與所述光纖反應(yīng)的氘。
8.一種在拉制過程中制造光纖的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)從預(yù)成形物中拉制出所述光纖；b)使所述光纖與權(quán)利要求1-7中任一項所述的氘氣體接觸；c)回收未反應(yīng)的氘氣體。
9.一種抑制光纖制造過程中光纖與氫之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，該方法包括使所述光纖與權(quán)利要求1-7中任一項所述的氘接觸。
全文摘要
一種制造光纖的方法，該方法通過在拉制操作過程中使光纖與氘、含氘氣體混合物或氘離子等離子體接觸。在處理管中進行處理或包涂，該處理管與光纖冷卻管是分開的，或者兩者組合在一起。
文檔編號C03CGK1696749SQ20051007129
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者A·I·雪莉, 呂亞平 申請人:波克股份有限公司