CN101287683A - 具有大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法，其中棒相对的端部由加热装置加热以获得一预定温度，该预定温度以一种逐级的或逐渐的或非线性的受控方式通过改变到加热装置的氧氢气体的流速和/或比例来提高，以获得一特定温度和期望直径的烟炱多孔体。在一个实施例中，该预定温度被提高以获得一特定温度和一中间直径的烟炱多孔体，其中该特定温度选择性地保持直到期望直径的烟炱多孔体被制造，该烟炱多孔体经过烧结过程以制造具有大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件。

Description

具有大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种具有大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件及其制备方法。特别涉及一种具有较大尺寸直径在预制件相对的末端无裂缝、破损、损伤、弯曲、裂开或者滑移的具有烟炱多孔体的光纤预制件及其制备方法。更特别地涉及一种在目标棒上沉积优选大于约130mm，更优选在约130mm到约190mm之间直径的较大尺寸直径烟炱多孔体的方法，以形成在其相对的末端没有裂缝、破损、损伤、弯曲、裂开或者滑移的光纤预制件，及光纤预制件和由其制造的光纤。

背景技术：

光纤作为传输介质对于所有的信息形式，例如声音、影像或者数据，有内在的多功能性。光纤从光纤预制件拉制而成。预定尺寸的光纤通过使预制件一端经受高温，例如2000℃以上从光纤预制件中拉制而成。在这样的高温下，预制件的尖端软化，期望尺寸的细光纤由此被拉制。制造这些预制件的不同的方法在文献中描述。

光纤预制件可以通过不同的化学汽相沉积(CVD)的方法制造。光纤预制件制造过程首先包括制备由光纤芯和包层的一部分组成的芯棒，包层可能在随后被完全覆盖。芯棒可以通过本领域已知的方法制备，比如改进的化学汽相沉积(MCVD)、等离子体化学气相沉积(PCVD)、外部气相沉积(OVD)、气相轴向沉积(VAD)等等。芯棒的完全覆盖还可以通过多种方法进行，比如玻璃管夹套、OVD烟炱完全覆盖、VAD烟炱完全覆盖、等离子体完全覆盖等等。光纤预制件可以通过任何的芯棒制造方法和完全覆盖制备方法的结合来制造。

最普遍使用的制造过程是MCVD处理，它同OVD比较起来本质上更简单。然而由于柔韧性好，OVD处理已经成功地实现工业化并且目前比MCVD优选用于制造宽波段的光纤，例如单模光纤，长距离、梯度折射率多模光纤，短距离光纤等等。

在OVD方法中，在由芯组成的芯棒表面上用火焰水解反应烧制烟炱玻璃粒子。参与烟炱粒子形成的化学反应物为四氯化硅[SiCl₄]、氧气[O₂]和氢氧炉气。SiCl₄气化物与O₂借助于氢氧焰反应以形成亚微米尺寸SiO₂玻璃粒子，反应如下表示：

上述的淀积过程发生直到期望数量的玻璃粒子已被沉积，然后烟炱多孔体被移入烧结炉，在烧结炉中沉积烟炱层用氯气氛干燥，然后凝结以在大约1500℃氦气氛中形成固态玻璃预制件。凝结预制件被拉制成由芯和包层组成的光纤。

在用于在目标棒上沉积烟炱粒子的典型常规方法中，采用一种在附图1中详细描述的系统，其中玻璃烟炱被沉积在目标棒101上以形成烟炱多孔体104。在此方法中烟炱的沉积通过目标棒101在燃烧器103上如图1箭头111所示的横向往复运动和棒101如箭头112所示的转动来完成。目标棒101被设置在烟炱沉积燃烧器103上方的卡盘102和105之间的活动玻璃-工作车床100上，烟炱沉积燃烧器103在数目上可以是一个或多个。玻璃-工作车床被包围在提供用于此目的的气体室107内部。室107装备有排气管106用以除去未沉积的反应气体和烟炱粒子。棒101沿箭头112方向初始沉积时优选地以150rpm以上的高速度旋转而之后该转速允许减少至100rpm或更低。目标棒101也沿着其自身的轴如箭头111所示在保持固定的燃烧器103上方来回移动。在具有图1展示的系统的变体的组合中，有可能移动棒101和燃烧器103，但两者朝相反方向移动或者仅移动燃烧器103，而棒101保持固定，在这两种情况下，可同时如箭头112所示棒101在其自身轴线上旋转。

在来回移动通过期间，不论棒101来回移动和/或燃烧器103来回移动，SiCl₄气化物从燃烧器103与氢氧燃料一起从输送管线108被供应到棒101上以使SiCl₄与氧气反应以在目标棒101上形成烟炱多孔体104。提高玻璃烟炱沉积的反应指标所用的添加剂通过从燃烧器103与氧气一起供应GeCl₄而获得。

烟炱沉积步骤继续直到期望数量的烟炱粒子沉积在目标棒上，并且目标棒与沉积烟炱多孔体被移动至烧结炉，在烧结炉中沉积烟炱层用氯气氛干燥，然后在大约1500℃在氦气氛中凝结以形成固态玻璃预制件。凝结预制件被拉制成由芯和包层组成的光纤。

注意到在烟炱多孔体通过采用以上讨论的OVD方法沉淀期间，如果在棒/芯轴的某一点加热不充分，在棒/芯轴的该点会引起裂缝或者破损，而如果加热过度，则移去棒/芯轴变得困难并且通常不可能不破坏烟炱内表面而进行。裂缝、破损、损伤，以及弯曲、裂开或者滑移的问题一般在棒/芯轴的两个相对端发生。此处使用的术语裂缝、破损、损伤、弯曲、裂开或者滑移同本领域光纤预制件方面具有相同的意思。

更进一步地注意到，在沉积烟炱中裂缝或者断裂或者破坏或者弯曲的问题随着沉积烟炱的直径增加而进一步加剧。因此，该方法不适合于不在预制件尾部产生裂缝或者或者损伤或者弯曲而沉积具有大于60mm直径的烟炱多孔体。为了避免这些问题在棒的相对的端提供一个或者两个端面燃烧器，给棒的端部提供加热以避免棒端部一圈的裂缝、破损、损伤、弯曲、裂开以及滑移。

在上文讨论的一个已知的采用OVD方法原理用于制造具有烟炱沉积光纤预制件的方法包括经过燃烧器供应玻璃在棒上形成材料以在目标棒上形成烟炱多孔体。在一个这样的已知方法[US专利4,453,961]中，教导了一个或多个端面燃烧器的提供。该方法仅公开端面燃烧器的提供，但没有教导使用这些端面燃烧器以避免在具有大于60mm直径的烟炱多孔体要求沉积在棒上的情况下出现裂缝、破损、弯曲、损害、分裂以及滑移问题的方法。相应地，该已知的方法的主要的缺点是其仅仅可以使烟炱沉积的直径增加至60mm。为了获得该直径的烟炱沉积，氧气在1.4slpm[标准升/分种]下供给。

更进一步地注意到该方法的主要目标是弥合所制备预制件的缝隙以及避免在其步骤中的污染，而该方法中提供的端部喷灯/燃烧器的主要目的是为了弥合在最初棒中的缝隙，不是避免在沉积烟炱中的裂缝或者破损或者损伤或者弯曲。

因此，以上所述的方法不能用以具有直径大于约60mm，优选地直径大于约130mm，更优选地直径为约190mm的烟炱多孔体。

在另一个已知的方法[US专利4,714,488]中，其中教导了端面燃烧器的提供，在棒上具有烟炱沉积的预制件可以以增加的直径来制备，但仅达到130mm的直径。该方法也未教导如何得到具有直径为大于130mm，优选地达到约190mm直径的大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件。该方法中用于端面燃烧器的可燃气体/氧气被以在0.37至2.42/0.49至2.271/min之间的速度供给。

已经注意到该方法中端面燃烧器的主要的目的是控制部分烟炱的温度并使得烟炱在该部分变硬。但该方法既没有教导如何控制此温度以获得烟炱特定部分的变硬也没有教导如何得到具有大于约130mm直径的烟炱多孔体。

更进一步地，以上所述的方法额外地受到由于预制件的低温区域导致的锗损失的主要缺点的影响。此问题已经在此方法中克服，但在移动化学燃烧器超过棒的端部和摆动另一个化学燃烧器导致了光纤预制件生产总成本的提高。因此在此方法中未指示如何实现对具有大于约130mm直径，优选地达到约190直径的烟炱多孔体的沉积而在其相对两端没有裂缝或者破损或者损伤或者弯曲或者裂开。

又一个已知的方法[US专利6,789,401B1]，采用CVD(OVD)技术用来在棒/芯轴上涂覆烟炱粒子其中描述了端面燃烧器的提供，注意到该方法的主要目标是增加沉积速率或者沉积效率而不是烟炱沉积的厚度或者直径。在此方法中没有指示增加沉积速率或者效率会导致烟炱沉淀积厚度或直径的增加。更进一步地，按照此方法，工件(棒)的温度通过在室中优选地以双排的通风孔数量来控制而不是通过端面燃烧器控制。相应地，在得到的预制件端部的裂缝、破损、弯曲、裂开和滑移没有减少，特别地当要求烟炱多孔体的直径大于约130mm，特别地达到约190mm的时候。

根据此方法，端面燃烧器提供在棒的端部上加热以避免断裂和/或裂缝，但未教导通过端面燃烧器控制棒端部温度的机构。相反地，注意到在此方法中若端面燃烧器提供过多热量，棒会在端部弯曲。此方法没有教导如何克服棒端部弯曲的问题。

因此，在此方法中没有教导获得更大厚度或者具有大于约130mm，特别地达到约190mm的直径的烟炱沉积而没有裂缝、破损、弯曲、损伤和裂开的方法。

更进一步地注意到在此方法中在工件端部的附加热量通常减少了硅石烟炱粒子和工件之间的温度梯度，并因此，减少了载热体效果。载热体效果的减少导致工件端部沉积效率的减少。端部的直径因此比此工件上其它的位置增加得更缓慢。这进一步也导致了在端部上裂缝、破损和弯曲之外锥形效果增加的问题。

此处使用的锥形效果这一术语意指圆锥状而非圆锥体长度。

这一方法克服了上述沉积速率/效率减少的问题，而通过增加工件的转速为大于约60，优选地约每分钟80转数(RPM)以在烟炱粒子和工件之间保持充分的载热体效果。在80RPM或以上的转速可以导致非均匀沉积，其进一步可导致椭圆或者高的芯/包层同心度。

目前已经注意到甚至上述已知的采用一个或两个端面燃烧器的方法仍继续遇到在相对端部的烟炱多孔体上的裂缝、破损、损害、弯曲、裂开、滑移的问题。这些问题在棒的尾部加热不充分的情况下进一步增加。更进一步地，在加热过多的情况下，移去棒/芯轴的而不破坏烟炱内表面变得困难。

相应地，从以上描述中可以理解现有技术仅提供了端面燃烧器，但现有技术提供的这些端面燃烧器不能够克服在棒/芯轴相对的尾部的烟炱多孔体的裂缝、破损、损害、弯曲、分裂或滑移的问题。更进一步地，如果这些问题的一个或多个与尾部锥形效果结合则制造预制件的全过程变得冗长和严重浪费。同样注意到当要求烟炱沉积超过约130mm的直径，特别地达到约190mm的直径时这些问题进一步增加并且因此已知的方法由于预制件相对端部的消耗量而导致光纤生产总成本的提高。

因此，现有技术已知的方法没有教导如何制造具有特别地大于约130mm直径，更特别地在约130mm到约190mm之间的直径的大尺寸烟炱多孔体而在预制件烟炱多孔体相对的端部无裂缝、破损、弯曲、损害、裂开或滑移问题。

发明的需求：

因此，需要有一种方法可以教导如何制造一种具有特别地大于约130mm直径的，更特别地直径在130mm到约190mm之间改变的大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件，而在预制件的烟炱多孔体相对的端部不存在裂缝、破损、弯曲、损害、裂开或滑移问题，并且同时由其制造的此预制件能够产生一种具有期望物理和功能特性的光纤。

发明内容

本发明的主要目标是提供一种方法用来制造具有特别地大于约130mm直径，更特别地在约130mm到约190mm之间的直径的大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件，而在预制件烟炱多孔体相对的端部无裂缝、破损、弯曲、损害、裂开和滑移问题。

本发明的另一个目标是提供一种方法用于制造一种具有大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件使得工序高度经济并避免预制件端部浪费。

本发明的又一目标是提供一种方法用来制造一种不仅具有大于约130mm直径，特别地在约130mm到约190mm之间改变的直径的大尺寸烟炱多孔体，而且能够加工具有期望物理和功能特性的光纤预制件。

发明概述

现有技术的方法通过对棒的相对的端部采用一个或两个朝向棒的相对端部的端面燃烧器试图克服在棒相对的端部处烟炱多孔体的裂缝、破损、损害、弯曲、裂开、或滑移的问题，但如在上文中所阐明，这些已知的方法没有能令人满意地克服这些问题而更继续存在上述的问题。当试图制造一种较大直径的烟炱多孔体，更特别地一种直径大于约130mm的烟炱多孔体，具体地一种直径从约130mm到约190mm改变的烟炱多孔体时，上述的问题特别地明显。

本发明旨在克服现有技术的上述问题，提供一种方法用于制造一种可以克服现有技术中描述的以上问题的光纤预制件，即可以制造一种具有大尺寸的，特别地具有大于约130mm直径，更特别地具有从约130mm到约190mm改变的直径的烟炱多孔体的光纤预制件，而不在预制件烟炱多孔体相对的端部形成裂缝、破损、弯曲、损伤、裂开、和滑移。

本发明的发明者已经意外地注意到，当棒相对的端部在达到预定温度(较低温度)之后在该相对的端部加热以达到一特定温度(较高温度)同时在受控方式上逐渐地或以分段的方式或以非线性模式增加上述的预定温度，在沉积烟炱中形成裂缝的问题，在烟炱沉积中破损的发生的问题和在烟炱多孔体中沿着棒长度的裂开的问题被最小化至一可忽略的程度，由此使整个制造过程不仅有效，而且高度经济。

进一步，根据本发明，当获得该特定温度同时沉积烟炱粒子，移去具有烟炱多孔体的棒同样变得容易而不破坏多孔预制棒的内表面。

同样已经意外地注意到，当在棒端部期望的特定温度通过控制氧气和燃料气体流速给加热设备，如端面燃烧器、氧氢燃烧器/喷灯、等离子体电弧枪、熔炉、等等而达到时，其进一步导致控制棒相对的端部的加热并且在棒相对的端部以一种受控方式获得期望的特定温度，由此避免在沉积烟炱中裂缝的形成、在烟炱沉积中破损的发生和烟炱多孔体沿着棒长度的裂开，并且使其移去更容易而不破坏多孔预制棒。

因此，在一个实施例中，本发明涉及一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法包括以下步骤：

a)设置一棒在卡盘上和一活动车床，装备有在其自身的纵轴上以箭头所示方向旋转棒的装置，沿着其自身的纵轴在箭头所示方向来回移动棒的装置，一个或多个烟炱形成燃烧器装备有沿着上述的棒的纵轴来回移动燃烧器的装置以及供给反应性气体的装置，和一个或多个加热装置，该装置朝向所述棒的相对端部，其中加热装置装备有供应氧气和可燃气体的装置，其又装备有控制氧气和可燃气体流速的装置和/或控制氧气和可燃气体量的装置；

b)在其自身的纵轴上沿箭头方向通过所述的旋转装置旋转所述的棒并且沿着其自身的纵轴在如箭头所示的方向通过所述的往复运动装置往复移动所述的棒；和

c)控制玻璃从烟炱形成燃烧器形成烟炱材料以得到所述棒表面上的沉积直到期望量的烟炱粒子沉积在所述的棒上以得到期望直径的烟炱多孔体，转移所述烟炱多孔体至烧结炉，在所述烧结炉中制造大的尺寸的光纤预制件，其特征在于

i)通过所述的加热装置加热所述的棒相对的端部达到一预定温度；

ii)持续所述加热步骤同时保持在上述步骤i)中获得的所述棒的相对的端部的所述预定温度直到形成一最小直径的烟炱多孔体；

iii)持续所述的加热步骤同时增加所述棒的所述相对端部的所述预定温度并同时在其上沉积烟炱粒子以获得一特定温度和中间直径的烟炱多孔体；

iv)选择性地持续所述加热步骤同时保持在所述步骤iii)中获得的所述棒的所述相对端部的所述特定温度直到形成期望直径的烟炱多孔体。

相应地，在另一个实施例中，本发明涉及一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法包括以下步骤：

a)设置一棒在一活动车床的卡盘上，装备有在其自身的纵轴上旋转棒的装置，沿着其自身的纵轴往复移动棒的装置，一个或多个烟炱形成燃烧器装备有沿着所述的棒的纵轴往复移动燃烧器的装置以供给反应气体，和一个或多个朝向所述棒的相对端部的加热设备，其中加热设备装备有供应氧气和可燃气体的装置，其还装备有控制氧气和可燃气体流速的装置和/或控制氧气和可燃气体量的装置；

b)在其自身的纵轴通过所述旋转装置旋转所述棒并且沿其自身的纵轴通过所述往复移动装置移动所述棒；和

c)控制玻璃从烟炱形成燃烧器形成烟炱材料以得到上述棒表面上的沉积直到期望量的烟炱粒子沉积在所述的棒上以得到期望直径的烟炱多孔体，该烟炱多孔体被转移至烧结炉，在所述烧结炉中制造较大尺寸的光纤预制件，其特征在于

i)通过所述的加热设备加热所述棒的相对端部达到一预定温度；和

ii)持续所述的加热步骤同时增加所述棒的所述相对端部的所述预定温度并同时在其上沉积烟炱粒子以获得一特定温度和期望直径的烟炱多孔体。

根据本发明的一个实施例，棒的相对端部被加热到约700℃的预定温度，其通过改变给加热设备的氧气和可燃气体流速来改变。

根据本发明的另一个实施例，所述预定温度增加到约1300℃或以上的所述特定温度。

根据本发明的又一个实施例，棒相对的端部的所述预定温度以受控的方式被逐渐地或分段地或非线性地增加。

根据本发明，朝向棒相对的端部安装的加热设备可以是从包括端面燃烧器、氧-氢燃烧器/喷灯、等离子体电弧枪、熔炉的一组中选出来的，优选地是端面燃烧器，更优选地是具有提供用于供应一个或多个气体的端面燃烧器。

本发明其它的优选实施例和优点将从如下不意欲限制本发明范围的描述连同附图的阅读中变得清楚。

附图说明：

图1是安装于装备有端面燃烧器的活动车床中以形成根据本发明一个实施例的光纤预制件的目标棒的烟炱覆盖略图。

图2描绘根据本发明优选实施例的端面燃烧器的温度分布。

图3展示根据本发明方法的一种具有形成在棒上的大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件。

图4展示根据本发明方法获得的光纤预制件。

具体实施方式：

现在参照附图1，端面燃烧器110朝向棒101的相对的两端安装。端面燃烧器110安装在卡盘102和105之间支持棒101的活动车床100相对的垂直臂上。作为本领域公知的，端面燃烧器装备有供应氧气和可燃气体的装置，其进而装备有控制氧气和燃料气体流速的装置和/或控制氧气可燃气体量的装置[未示于图中]。

根据本发明，提供一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法，包括如下步骤：

a)设置一棒101在一活动车床100的卡盘102和105上，活动车床100装备有在其自身的纵轴上以箭头112所示方向旋转棒的装置，沿着其自身的纵轴在箭头111所示方向往复移动棒的装置，一个或多个烟炱形成燃烧器103装备有沿着上述的棒的纵轴往复移动燃烧器的装置和供给装置108以供给反应气体，和一个或多个加热设备110朝向上述棒101的相对端部安装，其中加热设备110装备有供应氧气和可燃气体的装置，其还装备有控制氧气和可燃气体流速的装置和/或控制氧气和可燃气体量的装置；

b)在其自身的纵轴上沿箭头112方向通过所述的旋转装置旋转所述的棒并且以沿着其自身的纵轴在如箭头111所示的方向通过所述的往复移动装置移动所述棒；和

c)控制玻璃从烟炱形成燃烧器103形成烟炱材料以得到所述棒101表面上的沉积直到期望量的烟炱粒子沉积在所述的棒101上以得到期望直径的烟炱多孔体104，将其转移到烧结炉，在所述烧结炉中制造较大尺寸的光纤预制件113，其特征为在于

i)通过所述的加热设备110加热所述的棒101相对的端部达到一预定温度；

ii)持续上述的加热步骤同时保持在上述步骤i)中获得的上述棒101的相对的端部的上述预定温度直到形成一最小直径的烟炱多孔体；

iii)持续所述的加热步骤同时增加所述棒101的所述相对端部的所述预定温度并同时在其上沉淀烟炱粒子以获得一特定温度和中间直径的烟炱多孔体；

iv)选择性地持续所述加热步骤同时保持在所述步骤iii)中获得的所述棒101的所述相对端部的所述特定温度直到形成期望直径的烟炱多孔体。

烟炱多孔体的最小直径大约35mm。本发明的范围不局限于最小直径的选择，其可能是比约35mm更低或者更多，优选约35mm，更优选小于约60mm。烟炱多孔体的中间直径是约150mm或以上，优选地其是大于约130mm。可能是注意到使用本方法可以在以上步骤iii)中达到特定温度和中间直径之后被中止。

根据本发明，提供一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法，包括如下步骤：

a)设置一棒101在一活动车床100的卡盘102和105上，活动车床100装备有在其自身的纵轴上以箭头112所示方向旋转棒的装置，沿着其自身的纵轴在箭头111所示方向往复移动棒的装置，一个或多个烟炱形成燃烧器103装备有沿着上述的棒的纵轴往复移动燃烧器的装置和供给反应气体的供给装置108，和一个或多个加热设备110朝向上述棒101的相对端部安装，其中加热设备110装备有供应氧气和可燃气体的装置，其又装备有控制氧气和可燃气体流速的装置和/或控制氧气和可燃气体量的装置；

b)在其自身的纵轴上沿箭头112方向通过所述的旋转装置旋转所述的棒并且以沿着其自身的纵轴在如箭头111所示的方向通过所述的往复移动装置移动所述棒；和

c)控制玻璃从烟炱形成燃烧器103形成烟炱材料以得到所述棒101表面上的沉积直到期望量的烟炱粒子沉积在所述的棒101上以得到期望直径的烟炱多孔体104将其转移至烧结炉，在所述烧结炉中制造较大尺寸的光纤预制件113，其特征为在于

i)通过所述的加热设备110加热所述的棒101相对的端部达到一预定温度；

iii)持续所述的加热步骤，同时增加在所述步骤d)中获得的所述棒101的所述相对端部的所述预定温度并同时在其上沉积烟炱粒子以获得一特定温度和期望直径的烟炱多孔体。

可能注意到棒同样可以被当作芯棒或目标棒或作为芯轴。

根据本发明的一个实施例，棒的相对端部被加热到约700℃的预定温度，所述棒的相对端部所述预定温度通过改变给端面燃烧器的氧气和可燃气体流速来增加。

根据本发明的优选实施例，来自加热设备[端面燃烧器]的氢气和氧气流速以一种受控方式被改变而以这种期望的受控方式提高棒的端部的温度。

可能注意到本发明不由到加热设备[端面燃烧器]的气体流速限制，因为气体流速取决于加热设备的设计和加热设备到目标棒的距离。已经注意到加热设备到目标棒越靠近，气体流速越慢。然而，根据本发明的一个优选实施例，来自加热设备[端面燃烧器]的氢气和氧气的流速分别被保持在大约25slpm[标准升/分种]和14slpm，在一种控制方式中其分别被增加到约45slpm和25slpm。氢气和氧气流速的增加将导致在期望受控方式中棒端部温度的提高。

在棒端部的温度还可以通过改变氧气/氢气比率来增加，例如从约1.0比率到约0.4比率。氧气/氢气比率的变化同样将导致在期望受控方式中棒端部温度的提高。

根据本发明的优选实施例，所述预定温度被增加到约1300℃或以上的所述特定温度。根据本发明所述棒相对的端部的所述预定温度以一种受控方式逐渐或分段地或非线性地增加。

本方法可以通过改变一个或两个加热设备[端面燃烧器]的预定温度，优选地通过改变两个加热设备[端面燃烧器]的预定温度来进行。

此处涉及的预定温度是约700℃或以上。可能注意到本发明不由这样的预定温度限制，其甚至可以低于约700℃。

此处涉及的所述预定温度被增加到的特定温度是约1300℃或以上。

已经注意到根据本发明的方法控制端面燃烧器的加热温度将导致烟炱粒子和棒之间的刚性连接以及在玻璃棒上的最小应力，因此通过此方法避免在形成在棒上的烟炱多孔体的裂开或裂缝或破损或损害。

同样已经观察到当棒101端部的温度在低温侧被保持在大约700℃时，在玻璃棒上将有最小应力但同时烟炱的密度变得如此小以致于其不能保持芯和烟炱之间的握力而将导致在确定的沉积路径之后的裂开或者在烧结过程中的滑移。裂开和滑移的问题可以被克服，但通过保持棒端部的温度向较高侧例如在大约1300℃。但是克服在烟炱多孔体中裂开或者滑移问题的努力导致了棒端部的应力，因此由其导致了在一定量的烟炱沉积之后在棒端部的棒的破损或者弯曲，其进而使得获得期望大直径的，优选地直径大于约130mm，更优选地直径从约130到约190mm或以上改变的烟炱多孔体变得不可能。

根据克服了上述在多孔体中裂开或者滑移的问题；在棒端部上的应力的问题；和在棒端部的棒的破损或者弯曲问题并且能够制造大于约130mm，优选地从约130mm到约190mm或以上改变的直径的大尺寸烟炱多孔体，在棒端部的起始温度或者预定温度被保持在低温例如在大约700℃，在此温度可以观察到避免了在玻璃棒上应力的产生，并且棒端部的预定温度以一种受控方式以一种非线性模式或者逐级的模式或者逐渐地被增加到较高温度或者特定温度例如到约1300℃直到烟炱预制棒端部沉积通过。棒端部的特定温度通过改变到端面燃烧器的氢氧气体的流速和/或量来获得。本发明者注意到当温度保持随着烟炱尺寸增长而增加，烟炱密度将变得越来越高以在棒和烟炱多孔体之间保持足够的握力而不引起在使用本方法期间形成的烟炱多孔体中裂缝、断裂、弯曲、分裂、或者滑移的问题。

当芯棒两端的温度增加的同时，在烟炱沉积尺寸增长的期间，热量被不完全地引导在棒上并因此裂缝或者断裂或者弯曲或者分裂或者滑移的可能性被完全消除。根据本发明，在棒端部的温度如附图2中描述以不同的形状被保持。

根据本发明的一个优选实施例，采取图2的温度分布图1，其中保持700℃的开始温度或者预定温度用以生长烟炱多孔体达到约35mm的直径，接着增加所述预定温度到约1300℃的最终温度或者特定温度同时沉积烟炱粒子以具有直径约150mm或以上的烟炱多孔体，继而沉淀积烟炱粒子直到获得期望直径约180mm或以上的烟炱多孔体同时保持所述最终温度或者特定温度。可能注意到根据本实施例，烟炱粒子沉积在获得第一直径约150mm或以上之后停止。

根据本发明另一个优选实施例采取温度分布图2或者温度分布图3或者温度分布图4其中获得开始温度或者预定温度约700℃而不沉积烟炱粒子继而沉积烟炱粒子同时增加所述开始温度或者预定温度到约1300℃的最终温度或者特定温度并同时沉积烟炱粒子以具有直径约130mm或以上，优选地直径从约130mm到约190mm或以上改变的烟炱多孔体。可能注意到根据本实施例，烟炱粒子沉积可能在获得烟炱多孔体期望直径之后停止。

根据本发明，预定温度以一种逐级的模式或者以一种非线性模式或者逐渐地被增加到最终温度。温度的增加可以通过改变氧气和燃料气体流速或者通过改变氧气和燃料气体比率来获得。

根据本发明优选实施例氢气流速从约20slpm到约45slpm改变而氧气流速从约14slpm到约25slpm改变。

在期望量的烟炱粒子沉积之后，也就是说在形成期望直径的烟炱多孔体104[图3]，优选地直径大于约130mm的烟炱多孔体，更优选地直径从约130mm到约190mm或以上改变的烟炱多孔体之后，带有烟炱多孔体的棒移动至烧结炉，其中以公知的方法发生干燥和烧结以形成大尺寸光纤预制件113[图4]。

可能注意到如果烟炱多孔体被要求以小于约130mm直径沉积时本方法同样可以被采取。当按照本发明的方法进行这样的沉积同样观察到在棒上形成的烟炱多孔体中没有裂开或者裂缝或者破损或者损害或者滑移的现象。

本方法已经被描述用于一种系统，其中棒在其自身的纵轴上旋转并且同时沿着其自身的纵轴往复移动。然而，本方法不局限于这样的一种系统。在一个实施例中，本方法同样可应用于一种系统，其中棒借助于所述旋转工具在其自身的纵轴上旋转并且在其自身的纵轴上水平方向上静止，但是烟炱形成燃烧器能够借助于沿着棒的纵轴往复移动燃烧器的装置而移动。

在另一个实施例中，本方法同样可应用于一种系统，其中棒借助于所述旋转装置在其自身的纵轴上旋转并且借助于往复移动棒的所述装置沿着其自身的纵轴移动，并且烟炱形成燃烧器同样借助于往复移动燃烧器的装置而沿着棒的纵轴往复移动。在该实施例中，棒和燃烧器在彼此相反的方向往复移动。

本方法不受棒和/或燃烧器的旋转和/或往复移动的速度限制。本发明的方法能够避免对棒端部的不完全和过度的加热同时在其上沉积烟炱粒子甚至达到约190mm或以上的直径，由此避免所有与此有关的问题，即，在沉积烟炱中裂缝的形成或者烟炱沉积的破损或者沉积烟炱的裂开或者棒端部的弯曲或者在移除带有沉积烟炱多孔体的棒时的损害。

与不完全或者过度加热有关的问题甚至在用于在棒上通过本发明的方法沉积烟炱粒子达到约190mm或以上直径时，由于棒端部部分的可控加热而可以避免。同样观察到本工序同样可以克服在棒端部部分的锥形效果[圆锥状]的问题并且锥形效果可以在更大程度上被减弱，由此通过避免预制件在棒端部部分的浪费使得制造光纤预制件的全过程更有效并且高度经济。

此处在参数数学值前采用的“约”的措辞意图是包括本领域可允许的经验上的和人为的误差。包括掺杂物的烟炱沉积的成分可以按照光纤的物理和工作特性的要求选择。被用来改变玻璃折射率的掺杂物可以是从包括GeCl₄，PoCl₃，BCl₃，BBr₃，SF₆，CF₄，CCl₂F₂，SiF₄，SOCl₂和CCl₄等的组中选出来的。

本方法可以被采用于制造光纤预制件以制造任何的类型的光纤，例如单模光纤，多模光纤等等。

在本发明的一个特定实施例中，直径约20mm的芯棒被设置在用于通过本方法沉积烟炱粒子的活动车床上。反应气体SiCl₄和氧-氢气被从主燃烧器送入以在棒上形成烟炱多孔体。主燃烧器的温度被保持在大约1050+/-50℃以使SiCl₄与O₂反应以在芯棒上形成SiO₂(烟炱)。芯棒以约60rpm旋转并且以约1500mm/min的速度往复移动。两个端面燃烧器被提供朝向芯棒相对的端部以加热该相对端部。氢气流速从约20slpm到约35slpm改变而氧气流速从约14slpm到约20slpm改变。

本方法导致烟炱多孔体[图3]产量输出的提高，由于消除了上述问题提高率大约是80到95％。这进而导致了生产单位制造能力的提高并且使得全过程高度经济导致光纤预制件[图4]的产生。

本发明现在借助于如下实例详细描述，实例不意欲限制本发明的范围，但是用来更透彻地了解进行本发明的方法并且与公知的方法作比较。

实例1：

烟炱多孔体通过采用本领域已知的OVD方法沉积在安装在活动车床卡盘之间的直径约20mm的芯棒上。主燃烧器的温度保持在大约1050+/-50℃以允许SiCl₄和氧气的反应以在芯棒上形成该烟炱粒子。芯棒以约60rpm速度旋转并且以约1500mm/min往复移动速度移动。提供给朝向棒相对端部的端面燃烧器的氢气和氧气的流速分别保持在约35slpm和25slpm。观察到棒端部的温度比该棒其它的区域高。在该端部温度的增加被观察到导致在棒端部同棒其它的区域比较起来烟炱沉淀密度增高，其进而导致在棒端部上同棒其它的区域比较起来烟炱沉积的直径的缩小。这一沉积过程被继续直到获得约130mm的直径。在烟炱沉积完成之后，带有烟炱多孔体的棒在棒的端部部分接受裂缝、破损、弯曲、滑移和裂开的测试。除了直径的缩小，在棒端部没有观察到这样的问题。

实例2：

以上所述实例1被重复并且试图生长烟炱多孔体达到约180mm的直径同时保持以上到端面燃烧器的氢气和氧气的流速。在烟炱沉积完成之后，带有烟炱多孔体的棒在棒端部接受裂缝、破损、弯曲、滑移和裂开的测试。当烟炱多孔体的尺寸是约180mm时，观察到烟炱多孔体端部具有从约10％到约20％的所述缺点。

实例3：

上述实例1被重复但是到端面燃烧器的氢气和氧气流速分别被保持在大约45slpm和25slpm以将棒端部的温度从约1000℃提高到约1300℃。在完成烟炱沉积之后，带有烟炱多孔体的棒在棒端部接受裂缝、破损、弯曲、滑移和裂开的测试。当烟炱多孔体的直径从约130mm到约180mm改变时，观察到烟炱多孔体端部具有从约10％到约20％的所述缺点。

实例4：

根据本发明烟炱多孔体通过采用OVD方法沉积在直径约20mm的棒上。到端面燃烧器的氢气和氧气的初始流速分别保持在大约25slpm和约14slpm直到获得直径约35mm的烟炱多孔体。氢气和氧气的流速然后分别增加至约45slpm和约25slpm以导致位于棒两端的温度以一种按照图2中分布1的受控方式来提高，直到烟炱尺寸被增加到约150mm。氢气和氧气的流速然后被分别保持在大约45slpm和约25slpm直到获得大约190mm的烟炱沉积。

实例5：

烟炱多孔体通过采用根据本发明的OVD方法被沉积在直径约20mm的棒上。氢气和氧气到端面燃烧器的初始流速分别保持在大约25slpm和约14slpm。氢气和氧气的流速然后分别以一种受控方式增加到约45slpm和约25slpm以导致棒相对的端部温度以根据图2分布2的受控方式提高直到烟炱尺寸被增加至约190mm。

实例6：

烟炱多孔体通过采用根据本发明的OVD方法被沉积在直径约20mm的棒上。氢气和氧气到端面燃烧器的初始流速分别保持在大约20slpm和约20slpm。然后氢气和氧气的流速以一种受控方式分别增加到约45slpm和约25slpm同时将氧气/氢气比率从约1.0改变到约0.45比率以导致棒相对的端部温度以一种根据图2分布3的受控方式提高，直到烟炱尺寸增加至约185mm。

实例7：

烟炱多孔体通过采用根据本发明的OVD方法被沉积在直径约20mm的棒上。氢气和氧气到端面燃烧器的初始流速分别保持在大约20slpm和约20slpm。氢气和氧气的流速然后分别以一种受控方式增加到约45slpm和约25slpm以导致棒相对的端部温度以根据图2分布4的控制方式提高直到烟炱尺寸被增加至约170mm。

观察到根据实例4，5，6和7沉积的烟炱多孔体的端部即使当烟炱多孔体的直径是约190mm时也没有所述缺点。

在一个实施例中，本发明提供一种通过本方法具有改善的有效长度的光纤预制件。已经观察到按照本发明的方法制造的光纤预制件的有效长度，同通过本领域公知的常规方法制造的光纤预制件比较起来，得到了约10％至约25％的改善，并且观察到通过本方法制造的预制件的直径变化被适当地控制在大约3mm，并且通过本方法制造的预制件其它特征同样被观察到适当地处在获得从通过该方法制造的光纤预制件中拉制而成的光纤的期望参数的限制之内。

已经观察到一种从通过该方法制造的光纤预制件中拉制而成的典型光纤具有如下特征：

光纤预制件的物理特性：

主要成分芯              SiO₂/GeO₂，包层SiO₂

预制件直径(O.D.)        100mm(典型)

棒直径(O.D.)            20mm(典型)

在预制件内O.D.的公差    ±1mm

预制件到预制件的公差    ±3mm

有效预制件长度          800至1200mm

外表                    无尘

光纤物理特性：

包层直径                125.0+0.7微米

包层非圆度              ≤1％

芯非圆度                ≤6％

芯/包层同心度误差       ≤0.5微米

光纤工作特性：

衰减在1310nm            ≤0.34dB/km

在1380nm                ≤1.0dB/km

在1550nm                ≤0.20dB/km

1310nm处模场直径        9.2±0.3微米

截止波长                1160-1320nm

零色散波长              1304-1322nm

零色散波长处斜率        ≤0.09ps/nm 2.km

波长

1550nm处色散系数          ≤17.5ps/nm.km

1285-1330nm内色散系数     ≤3.5ps/nm.km

1550nm处大弯曲损耗        ≤0.05dB

(在60mm直径的棒上绕100圈)

Claims (19)

1.一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法包括如下步骤：

a)设置一棒101在一活动车床100的卡盘102和105上，活动车床100装备有在其自身的纵轴上以箭头112所示方向旋转棒的装置，沿其自身的纵轴在箭头111所示方向往复移动棒的装置，一个或多个烟炱形成燃烧器103装备有沿所述棒的纵轴往复移动燃烧器的装置和供给反应气体的供给装置108，和一个或多个加热装置110安装于朝向所述棒101的相对端部，其特征在于所述加热装置110装备有供应氧气和可燃气体的装置，其还装备有控制氧气和可燃气体流速的装置和/或控制氧气和可燃气体量的装置；

b)在其自身的纵轴上沿箭头112方向通过所述的旋转装置旋转所述的棒并且沿其自身的纵轴在如箭头111所示的方向通过所述的往复移动装置移动所述的棒；和

c)从烟炱形成燃烧器103引导玻璃形成烟炱材料以获得所述棒101表面上的沉积直到期望量的烟炱粒子沉积在所述的棒101上以得到期望直径的烟炱多孔体104，该烟炱多孔体被转移至烧结炉内，在其中制造较大尺寸的光纤预制件113，其特征在于：

i)通过所述的加热装置110加热所述的棒101相对的端部以达到一预定温度；

ii)持续所述的加热步骤同时保持在所述步骤i)中获得的所述棒101的相对的端部的所述预定温度直到一最小直径的烟炱多孔体形成；

iii)持续所述的加热步骤同时增加所述棒101的所述相对端部的所述预定温度，并同时在其上沉积烟炱粒子以获得一特定温度和一中间直径的烟炱多孔体；

iv)选择性地持续所述加热步骤同时保持在所述步骤iii)中获得的所述棒101的所述相对端部的所述特定温度直到一期望直径的烟炱多孔体形成。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述最小直径优选为大约35mm，较好的为小于60mm。

3.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述中间直径优选大于约130mm。

4.一种用于制造具有大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法，包括如下步骤：

a)设置一棒101在一活动车床100的卡盘102和105上，活动车床100装备有在其自身的纵轴上以箭头112所示方向旋转棒的装置，沿其自身的纵轴在箭头111所示方向往复移动棒的装置，一个或多个烟炱形成燃烧器103装备有沿着所述的棒的纵轴往复移动燃烧器的装置和供给反应气体的供给装置108，和一个或多个加热装置110朝向所述棒101的相对端部安装，其特征在于所述加热装置110装备有供应氧气和可燃气体的装置，其还装备有控制氧气和可燃气体流速的装置和/或控制氧气和可燃气体量的装置；

b)在其自身的纵轴上沿箭头112方向通过所述的旋转装置旋转所述的棒并且沿其自身的纵轴在如箭头111所示的方向通过所述往复移动装置移动所述的棒；

c)从烟炱形成燃烧器103引导玻璃形成烟炱材料以得到所述棒101表面上的沉积直到期望量的烟炱粒子沉积在所述的棒101上以得到期望直径的烟炱多孔体104，该烟炱多孔体被转移到烧结炉中，在其中制造较大尺寸的光纤预制件113，其特征在于：

i)通过所述的加热装置110加热所述的棒101相对的端部达到一预定温度；和

ii)持续所述的加热步骤，同时增加在所述步骤i)中获得的所述棒101的所述相对端部的所述预定温度，并同时在其上沉积烟炱粒子以获得一特定温度和一期望直径的烟炱多孔体。

5.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述预定温度为700℃或以上。

6.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述预定温度通过改变到所述端面燃烧器的氧气和燃料气体的流速来提高。

7.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述预定温度通过改变到所述端面燃烧器的氧气和燃料气体的比例来提高。

8.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述预定温度提高到约1300℃或以上。

9.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述预定温度逐渐地或者逐级地或者非线性地以一种受控方式提高。

10.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述预定温度按照图2的曲线1或曲线2或曲线3或曲线4来提高。

11.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述氢气流速从约20slpm到约45slpm改变并且氧气流速从约14slpm到约25slpm改变。

12.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述氧气/氢气比例从约1.0到约0.4改变。

13.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述烟炱多孔体具有大于约130mm的直径，优选地从约130到约190mm或以上。

14.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述加热装置是从包括端面燃烧器、氧-氢燃烧器/喷灯、等离子体电弧枪、熔炉的一组中选出来的，优选端面燃烧器，更优选具有用于供应一种或多种气体的装置的端面燃烧器。

15.一种用于制造具有实质上如此处借助于前述实例描述的和此处参考附图说明的大尺寸烟炱多孔体光纤预制件的方法。

16.一种通过前述权利要求中任意一项所述的方法制造的光纤预制件。

17.一种具有大于约130mm直径，优选地从约130到约190mm或以上变化的直径的较大尺寸烟炱多孔体的光纤预制件。

18.一种具有经过约10到25％被改善的有效长度和约3mm的直径偏差的光纤预制件。

19.一种从如前述权利要求16-18中任意一项所述的光纤预制件中制造的光纤。

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