CN1012362B - 单模光纤玻璃预制棒的制造方法 - Google Patents

Abstract

包含芯和包层的单模光纤用的玻璃预制棒的制造方法，包括：用火焰水解法把玻璃原料的细玻璃颗粒沉积在具有光滑与洁净表面的圆柱形籽棒的周围，以制成一个细玻璃料的粉尘沉积件，把此籽棒从该粉尘沉积件中抽出，将一根玻璃芯棒插入此粉尘沉积件的中空部分，然后使此含有芯棒和包层的复合件脱水和烧结，制成一玻璃预制棒，再以该预制棒拉制出单模光纤，此光纤的光传输损耗低，特别是其由于羟基引起吸收所造成的光传输损耗低。

Description

本发明涉及单模光纤用玻璃预制棒的一种制造方法，更具体地说，涉及到这样一种制造玻璃预制棒的方法，此种预制棒可用于制造减小了光传输损耗的单模光纤，而这种光纤则包括纯二氧化硅制的芯和掺有选定添加剂之石英质玻璃的包层。

有几种制造光纤的已知方法，其中之一是使玻璃原料经火焰水解成一种粉尘，同时，此种细微的玻璃粉粒即沉积到一根作为芯料的玻璃棒的周缘，将此种粉尘熔化成由芯棒与包层组成的预制棒，然后拉制这一玻璃预制棒成为光纤。

本发明人等曾经提出过如下一种方法，即通过火焰水解法使细的玻璃粉粒沉积到作为芯料的纯石英玻璃棒的周缘上，然后进行脱水处理，并在一包括着含有气态氟的化合物在内的气氛中烧结此种粉尘，使氟掺杂到这样的石英玻璃内，制成一包括芯棒与包层的玻璃预制件。

然而，上述这类传统方法都有以下缺点，即从此种玻璃预制棒制成的光纤都受到羟基对于光吸收的影响，即令是芯料，它的表面层及包覆材料统统经过彻底的脱水处理也是如此。这样就很难生产出在1.3微米波长附近范围具有低光传输损耗的单模光纤，而上述波长范围则是靠近因羟基而出现大吸收峰的1.39微米波长处。这或许是由于用火焰水解法使细玻璃粉粒沉积到芯料棒的初始阶段中，芯料因受氢氧焰加热而有羟基从芯料表面扩散至其内部所改。

本发明的一个目的是：提供一种玻璃预制棒，由此可拉制出包含芯和包层的单模光纤，该光纤具有大为降低的，因羟基引起的光传输损耗。

本发明的另一个目的是：提供一种制造玻璃预制棒的方法，从此预制棒可以拉制出包含芯和包层的单模光纤，该光纤具有大为降低的，因羟基引起的光传输损耗。

于是本发明就提供了这样一种供单模光纤用的包含有芯棒和包层的玻璃预制棒的制造方法，该方法包括把玻璃原料的细玻璃粉尘沉积在一个圆柱形籽棒的周缘上，而此籽棒例如可以是具有光滑和洁净外表面的棒或管，通过火焰水解来形成细的玻璃材料粉尘层，然后把这种籽棒从沉积的粉尘层中抽出，在该粉尘层的中空部位插入一玻璃芯棒，再对此芯棒和包层的复合件进行脱水和烧结，并有选择地给包层掺杂一种添加剂，而制造出玻璃预制棒。

图1示明从本发明实施例制造的玻璃预制棒拉制成的光纤的折射率分布;

图2示明据本发明实施例制造成的玻璃预制棒的折射率的分布。

如上所述，本发明的方法包括：形成一种管形的细玻璃颗粒的粉尘件，把玻璃芯棒插入此粉尘沉积管的中空部位，以形成一种芯棒和包层的复合件，然后在适宜的气氛中对此复合件脱水和烧结，使其熔化成玻璃预制棒。在烧结阶段，可以有选择地将添加剂加入包层之中。由本发明方法所制成的玻璃预制棒可用传统方法拉制成单模光纤。

因为在本发明的方法中，玻璃芯棒是在粉尘沉积管即包层形成之后插入的，因而防止了羟基扩散进芯子，这种羟基的扩散常发生在传统方法中把包层沉积在芯棒上的阶段。此粘附在或含于粉尘沉积管中的羟基在脱水和烧结阶段可完全去掉。

传统方法之一包括形成一个含有芯棒和包层的粉尘沉积棒，这是通过把细玻璃颗粒沉积在一个籽棒上得到的，然后将此沉积棒烧结和熔化而得到玻璃预制棒。可是用这样的方法，在烧结阶段中任何添加物都不能有选择地加到包层中去。反之，用本发明的方法，在烧结阶段可以有 选择地将任何一种添加剂加到包层中而制造出玻璃预制棒，再从此预制棒拉制出单根光纤，此种光纤包含由纯SiO₂制的芯1和含氟的SiO₂制的包层2以及由纯石英玻璃制的套管3，并且具有图1所示的折射率分布，且不存在羟基吸收的影响。

作为籽棒，可采用石英玻璃、碳和铝一类金属制的棒或管子。以一种适合于该籽棒材料的加工方法使此籽棒的外周缘变得光滑和洁净。例如，在用玻璃籽棒的情况下，它的表面可用机械方法研磨并用氢氧焰等进行火焰抛光。如果是碳或金属棒，则可用机床磨光并用细砂纸或磨料打光。

玻璃芯棒最好是纯石英玻璃棒，且最好是抛光过，并在等离子焰加热下拉细到预定的外径，因为这样可降低残余的水量。

在籽棒的周缘上，细的玻璃粒通过玻璃原料的火焰水解而沉积成粉尘层。这里的火焰水解基本上可以在一般方法中所采用的相同条件下进行。作为此种玻璃原料的具体例子是SiCl₄，GeCl₄等。由此产生出的粉尘件的外径最好从100到200毫米。

然后，抽出此种籽棒而形成管状粉尘件。把玻璃芯棒插入此粉尘沉积件的中空部分，而形成芯棒和粉示尘沉积件即包层的复合件，此复合件在适当气氛下脱水和烧结，以形成一个包含芯棒和包层的玻璃预制棒。此种烧结方法依常规方法的相同方式进行。例如，将此复合件在惰性气体（例如氦气）气氛中在1300到1700℃，最好是在1400到1700℃的温度范围内烧结。为了往包层中加入添加物，上述气氛中应含有这类添加物。此种添加物可以是任何通常用的添加物之一（如SF₆、CF₄、CCl₂F₂、SiF₄、BF₃、BCl₃等）。

下面的实施例示出优选的制造条件。

玻璃预制棒本身可用已知方法拉制成一根包含有芯和包层的光纤。

可为上述玻璃预制棒配备一套管，使之熔化而产生一芯棒/包层/ 套管的复合件，将此复合件拉制成一根由芯、包层和外套组成的光纤。

本发明将通过下例实施例作详细解释。

实施例

外径为8毫米的石英棒经火焰抛光，使其表面光滑作为籽棒。

把SiCl₄引入并由喷射到此籽棒表面上的氢氧焰所水解。籽棒围绕它自身的轴线旋转并作水平移动，于是所形成的SiO₂玻璃颗粒即沉积在该籽棒的周缘上，形成一个外径为180毫米的粉尘件。然后，将籽棒抽出，即形成一管状的粉尘沉积件。

另外，将一根8毫米直径的纯石英玻璃棒用等离子焰进行火焰抛光，然后插入到上述粉尘沉积件的中空部分，制成一个纯石英玻璃棒和管状粉尘沉积件的复合件。

将此复合件脱水，在含有流量为5000毫升/分钟的氦和流量为50毫升/分钟的氯以及流量为200毫升/分钟的SF₆的混合气体中，于1300℃温度以3毫米/分钟并逐渐减慢的速率加入氟。然后将此复合件在氦气流量为10000毫升/分钟，温度为1650℃，以4毫米/分钟并逐渐减慢的速率烧结，使其变成透明态。

这样制成的透明玻璃预制棒具有图2所示的折射率分布，此预制棒中，芯棒和包层间的折射率差为0.30，而包层直径同芯棒直径之比为8.0。

包围上述玻璃预制棒的外套是一个石英管，此芯棒/包层/外套复合件在2100℃拉丝，成为一根外径125微米、包层直径56微米、芯直径7微米的光纤，具有如图1所示的折射率分布。

这样拉制成的光纤，其光传输损耗在1.3微米波长约为1分贝/公里，这就是说此种光纤是一优异的单模光纤。

比较例

籽棒材料采用与上述实施例中相同的纯石英玻璃棒。细玻璃颗粒按 以上实施例中相同的方式沉积在该籽棒之外周。将这样形成的复合件脱水，并按与实施例同样方式加入氟，而制成一玻璃预制棒，再按与实施例同样方式以此预制棒拉制成光纤。此种光纤因羟基引起的吸收，在波长为1.39微米时，使光传输损耗大于50分贝/公里;而在波长为1.30微米时，由于受到1.39微米处吸收峰的影响，使光传输损耗大于2分贝/公里。

Claims (6)

1、一种供含有芯和包层的单模光纤用的玻璃预制棒的制造方法，此方法包括：(a)用火焰水解法把玻璃原料的细玻璃颗粒沉积在具有光滑与洁净表面的圆柱籽棒的周围，以制成一种细玻璃料的粉尘沉积件；(b)把上述籽棒从此粉尘沉积件中抽出；(c)将一根玻璃芯棒插入该粉尘沉积件的中空部分；(d)然后将含有芯棒和包层的此种复合件脱水和烧结，烧结时采取含有一种含氟化合物作为添加物的气氛，并且使添加物中的氟加入到该包层中，从而制备成一玻璃预制棒。

2、按照权利要求1的方法，其中所述含氟化合物是SF₆、CF₄、CCl₂F₂、SiF₄或BF₃。

3、按照权利要求1的方法，其中所述的籽棒是一根棒或管，由选自石英玻璃、碳和铝中的一种材料制成。

4、按照权利要求1的方法，其中所述的玻璃芯棒是由纯石英玻璃制成。

5、按照权利要求1的方法，此种方法还包括在所述芯棒和包层组成的复合件外围配备一套管。

6、按照权利要求5中的方法，其中所述的套管是石英管。

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