CN101891379A - 光纤预型体制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤预型体制造方法，该方法提供具有稳定的传输损耗特性的光纤且提高制造效率。制造光纤预型体的方法包括：通过使光纤火焰水解预型体在隔焰管中降低并且通过加热区域来使光纤火焰水解预型体脱水；将已脱水光纤火焰水解预型体上拉到预定位置；并且通过使光纤火焰水解预型体在隔焰管中再一次降低并通过加热区域的温度大于在脱水中的加热区域的温度的所述加热区域来烧结已脱水光纤火焰水解预型体；其中满足A≤B，其中A是在所述上拉期间已脱水光纤火焰水解预型体的以毫米/分钟为单位的上拉速度，B是在所述上拉期间室温下所述隔焰管中的以毫米/分钟为单位的气体流率。而且满足1.5×A≤B。

Description

光纤预型体制造方法
技术领域
本发明涉及光纤预型体制造方法。更具体地说，本发明涉及包括核芯的光纤火焰水解预型体的脱水和烧结。
背景技术
传统上，使用脱水烧结装置来执行光纤火焰水解预型体的脱水和烧结。脱水烧结装置配备有隔焰管和加热器。隔焰管能够容纳由支撑杆支撑的光纤火焰水解预型体，并且加热器围绕隔焰管的外围定位。气体供应端口定位在隔焰管的底部位置，并且气体供应端口提供脱水和烧结光纤火焰水解预型体所需要的气体(诸如不活泼气体)。另外，气体排放管定位在隔焰管的顶部，并且气体排放管排出从气体供应端口提供的气体。而且，通过在隔焰管中使光纤火焰水解预型体旋转的同时使其降低，并且使其通过加热器的加热区域，来脱水和烧结由支撑杆支撑的光纤火焰水解预型体。
两级玻璃化通常被用作脱水和烧结方法。在所述方法中，通过使光纤火焰水解预型体通过温度被设置在900℃～1300℃的加热区域来使光纤火焰水解预型体脱水，然后将已脱水光纤火焰水解预型体沿着隔焰管上拉到预定位置，并且通过再一次通过温度被设置在1400℃和1600℃的加热区域来烧结。
但是，如果隔焰管中的压强变为负的，则环境空气可能进入隔焰管中，并且在光纤火焰水解预型体中产生杂质污染；并且，可能增加所产生的光纤的传输损耗。因此，在脱水烧结过程中，对压强进行控制使得隔焰管的内部压强比外部大预定值(通常大约几十帕)。
而且，已知，如果在光纤火焰水解预型体的外径和隔焰管的内径之间的比率小并且/或者光纤火焰水解预型体在隔焰管中竖直地移动，则隔焰管中的压强波动较大。日本公开专利申请特开平08-157229公开了一种方法，所述方法通过使得在光纤火焰水解预型体的外径和隔焰管的内径之间的比率大于1.5，来防止在光纤预型体的脱水和烧结期间隔焰管中不同的压强波动、隔焰管中的环境空气进入和气体的泄露。
近来，光纤预型体的尺寸被提高以减小制造成本。但是，需要隔焰管的内径较大，以便根据上述方法防止隔焰管中的不同压强波动，所述方法要求在光纤火焰水解预型体的外径和隔焰管的内径之间的比率大于1.5。而且，在上述方法中，通过光纤火焰水解预型体的外径和隔焰管的内径之间的比率来限制可制造的预型体的尺寸；并且，仅仅可以制造相对于所提供的气体量较小的光纤预型体。因此，存在使用这种方法的制造低效的问题。
发明内容
本发明公开了一种用于制造光纤预型体的方法，所述方法不受在光纤火焰水解预型体的外径和隔焰管的内径之间的比率影响，提供了具有稳定的传输损耗特性的光纤，并且改善了制造效率。
为了实现上述目的，所述用于制造光纤预型体的方法包括：通过使光纤火焰水解预型体(optical fiber soot preform)在隔焰管中降低并且通过加热区域来使所述光纤火焰水解预型体脱水；将已脱水光纤火焰水解预型体上拉到预定位置；并且通过使所述光纤火焰水解预型体在所述隔焰管中再一次降低并且通过加热区域的温度大于在脱水中的加热区域的温度的所述加热区域来烧结已脱水光纤火焰水解预型体。在所述脱水、上拉和烧结期间，从底部向所述隔焰管提供气体，并且满足A≤B，其中，A是在所述上拉期间已脱水光纤火焰水解预型体的上拉速度(毫米/分钟)，并且B是在所述上拉期间室温下所述隔焰管中的气体流率(毫米/分钟)。
附图说明
图1示出了与本发明的实施例相关的脱水烧结装置；以及
图2示出了例如与本发明和比较示例的实施例相关的在上拉速度A(以毫米/分钟为单位)和气体流率B(以毫米/分钟为单位)之间的关系。
具体实施方式
下面说明与本发明的实施例相关的光纤预型体制造方法。
(本发明的实施例)
首先说明在实施例中使用的脱水烧结装置和光纤火焰水解预型体。图1示出了在实施例中使用的脱水烧结装置和光纤火焰水解预型体4的横截面示意图。
脱水烧结装置1具有隔焰管6、在围绕隔焰管6的外围的加热器7和围绕隔焰管6的外围的炉体9。隔焰管6由硅玻璃构成，并且具有顶盖5，以包含光纤火焰水解预型体4，所述光纤火焰水解预型体4通过支撑杆3而连接到旋转提升装置2。加热器7从外部加热光纤火焰水解预型体4。炉体9通过热绝缘材料包含加热器7。
而且，隔焰管6在其底部部分具有气体供应端口10，并且在其顶部具有气体排放部分11。气体供应端口10向隔焰管6提供脱水和烧结所需要的气体。所述气体包括诸如氦气的不活泼气体。气体排放部分11将隔焰管6中的气体排出到隔焰管6外部。
例如，通过汽相轴向沉积(VAD)方法来合成光纤火焰水解预型体4，并且光纤火焰水解预型体4具有围绕中轴线而形成的核芯部分和在所述核芯部分周边的包层部分。通过脱水和烧结包括核芯部分的光纤火焰水解预型体4而产生的玻璃杆被称为芯棒。
接下来详细说明通过包含核芯部分的光纤火焰水解预型体4的脱水和烧结来制造芯棒的方法。在所述方法中，使用在图1中所示的脱水烧结装置1。所述芯棒制造方法涉及本发明的光纤预型体制造方法，并且包括三个过程：脱水过程、转换过程和烧结过程。首先说明脱水过程。
(脱水过程)
支撑杆3通过旋转提升装置2的保持部分保持，并且支撑杆3的一端连接到光纤火焰水解预型体4的顶部。然后，光纤火焰水解预型体4被插到隔焰管6中，并且由顶盖5覆盖。接下来将光纤火焰水解预型体4设置到预定开始位置，并且将加热器7加热到预定温度。
加热器7的温度被控制为使得隔焰管6中的最高温度变为预定的处理温度。所述处理温度通常在900℃和1300℃之间。
气体供应端口10向隔焰管6提供脱水所需要的气体。所述气体包括氦气和氯气。然后光纤火焰水解预型体4由旋转提升装置2以预定速度旋转和降低。如上所述的脱水过程是传统过程。
(转换过程)
接下来说明转换过程。当光纤火焰水解预型体4的顶部边缘由加热区域充分地加热时，旋转提升装置2使光纤火焰水解预型体4返回到与开始位置大致相同的高度。此时，加热器7的温度具有与在脱水过程中相同的温度，并且气体供应端口10向隔焰管6提供诸如氦气的气体。并且同时，A和B被控制成满足A≤B，其中，A是以毫米/分钟为单位的光纤火焰水解预型体4的上拉速度，并且B是以毫米/分钟为单位的室温下隔焰管6中的气体流率。以此能够稳定所产生的光纤的传输损耗特性。优选的是，A和B被控制成满足1.5×A≤B。以此能够进一步稳定所产生的光纤的传输损耗特性。
隔焰管6中的气体流率B的计算如下：
气体流率B(毫米/分钟)＝(向隔焰管提供的气体流量(升/分钟)×1000)/隔焰管6的横截面面积(cm2)×10
如上所述，隔焰管6中的气体流率B采用室温下的气体流率。在实际转换过程期间隔焰管6中的温度的范围从几百摄氏度到1300℃。在这样的高温下，隔焰管6中的气体由于气体膨胀和收缩的影响而变为复杂的湍流。因为难于检查实际气体流率，因此采用室温下的气体流率。
在本发明中，将隔焰管6中的室温气体流率B用作一个参数，并且考虑气体流率B和所产生的光纤的传输损耗特性之间的关系。
(烧结过程)
接下来说明烧结过程。加热器7的温度被控制成使得隔焰管6中的最高温度变为预定处理温度。所述处理温度通常在1400℃和1600℃之间。然后，气体供应端口10向隔焰管6供应烧结所需要的气体，诸如氦气。
其后，光纤火焰水解预型体4由旋转提升装置2以预定速度旋转和降低，并且通过经过加热区域而被从底部烧结。如上所述的烧结过程是传统的过程。因为所述烧结过程，光纤火焰水解预型体4变为透明玻璃，因此，其变为透明芯棒。
通过诸如外部汽相淀积(OVD)法和/或套管法(RIT)的已知方法来向所产生的芯棒加上包层，以获得具有预定的核芯和包层比的玻璃光纤预型体。然后，能够通过使用已知方法来拉玻璃光纤预型体而获得光纤。
直到现在，当进行通过使光纤火焰水解预型体4降低通过加热区域而使光纤火焰水解预型体4脱水、上拉烧结的光纤火焰水解预型体4并且通过使预型体再一次降低通过加热区域而烧结所述预型体的两级玻璃化时，在脱水过程和烧结过程之间的已脱水光纤火焰水解预型体4的上拉操作仅仅是为烧结过程而进行的移动光纤火焰水解预型体4的操作，并且以较高速度移动所述预型体以减少制造时间。
但是，本发明的发明人发现光纤传输损耗受到在脱水过程和烧结过程之间的上拉光纤火焰水解预型体4的操作影响。
对于本发明的光纤制造方法，即使在光纤火焰水解预型体的外径和隔焰管的内径之间的比率小，也能够获得具有稳定的传输损耗特性的光纤。
而且，通常被用作向脱水烧结装置提供的不活泼气体的氦气很昂贵。因此，优选的是，利用可能最少的所提供的气体来进行脱水和烧结，以减少制造成本。但是，如果减少了所提供的气体，则难于保持隔焰管中的正压，并且所产生的光纤的传输损耗特性的稳定性趋向于降低。但是，如果使用本发明的光纤制造方法，则即使当在脱水和烧结过程期间提供相对少的气体时，也能够制造具有稳定的传输损耗特性的光纤。
(示例1和比较示例1)
下面详细说明本发明的示例1和比较示例1。
使用具有内径为200mm的隔焰管6的脱水烧结装置1来对光纤火焰水解预型体4进行脱水和烧结。光纤火焰水解预型体4包括通过VAD制造的包层和核芯。光纤火焰水解预型体4在脱水过程之前具有150～170毫米的最大外径(以下称为外径)，并且具有1000毫米的长度。因此，隔焰管6的内径和光纤火焰水解预型体4的外径之间的比率大约是1.15到1.30。
通过如上所述的脱水、转换和烧结过程来从光纤火焰水解预型体4制造芯棒。通过改变上拉速度A(mm/分钟)和气体流率B(mm/分钟)，A和B被控制成满足A≤B，利用各个条件制造20个芯棒，其中，A是在转换过程期间的一个制造参数，B采取室温下在隔焰管6中流动的气体流率。
所产生的核棒进一步利用OVD处理以添加更多的包层以制造玻璃光纤预型体。一旦获得预定的核芯/包层比，使用已知的方法来拉玻璃的光纤预型体，以获得光纤。所制造的光纤是传统的单模光纤，其具有大约为1.3μm的零色散波长。
测量光纤的纵向传输损耗波动以比较所产生的光纤的传输损耗特性的稳定性。作为测量方法，来自一个光纤火焰水解预型体4的光纤(大约1000km)以每50km被切割，并且每个样品的传输损耗由光纤分析系统测量以获得频谱衰减。对于从每个光纤火焰水解预型体4获得的光纤，测量在1.31μm的传输损耗，然后，评估在具有最大传输损耗和最小损耗的样品之间的差(以下称为纵向传输损耗波动)。
表1示出了从上述的评估获得的结果。而且，图2示出了在对于每个所测试的条件而言的上拉速度A(毫米/分钟)、气体流率B(毫米/分钟)和所产生的光纤的传输损耗之间的关系。
在表1和图2中，以下面的方式来确定样品的通过或者失败。在图2中，◎被示出为●。
◎(也为●)；制造条件，其纵向传输损耗波动对于从所有的20个芯棒获得的光纤而言在0.005dB/km内。
○；制造条件，其纵向传输损耗波动对于从5个或者更少的芯棒获得的光纤而言高于0.005dB/km，并且其在可接受的水平中。
×；制造条件，其纵向传输损耗波动对于从5个或者更多的芯棒获得的光纤而言高于0.005dB/km。
上述评估标准基于0.005dB/km的纵向传输损耗波动。所述基础的原因是当考虑光纤分析系统的在1.31μm的测量误差以获得频谱衰减时所述差被认为较大。
[表1]
  上拉速度A(毫米/分钟)   气体流量(升/分钟)   气体流率B(毫米/分钟)   纵向传输损耗波动带
 条件1   1300   50   1592   ○
 条件2   1300   20   637   ×
 条件3   500   50   1592   ◎
 条件4   500   20   637   ○
 条件5   500   10   318   ×
 条件6   300   10   318   ○
 条件7   300   20   637   ◎
 条件8   50   10   318   ◎
图2的虚线示出了其中1.5×A＝B的制造条件，并且条件3、7和8位于虚线之上(即，1.5×A≤B)。从在这个区域中的条件下制造的芯棒获得的所有光纤具有在0.005dB/km中的纵向传输损耗波动，并且传输损耗特性稳定。实线示出了其中A＝B的制造条件，并且条件1、4和6位于实线和虚线之间，并且所述20个芯棒中的5个或者更少具有0.005dB/km或者更大的纵向传输损耗波动。而且，条件2和5在A＞B区域中，并且20个芯棒中超过5个具有0.005dB/km或者更多的纵向传输损耗波动，并且在传输损耗特性上没有稳定性。
使用条件2和5制造的几乎所有样品产生0.005dB/km或者更多的纵向传输损耗波动，在脱水和烧结过程期间从脱水烧结装置1的顶部边缘侧制造的光纤中具有大传输损耗；并且，预期所产生的光纤受到从脱水烧结装置1的顶盖5进入的环境空气影响。
在上述示例中，研究了隔焰管6的内径和光纤火焰水解预型体4的外径之间的比率大约是1.15到1.30的情况。但是，当隔焰管6的内径和光纤火焰水解预型体4的外径之间的比率变得更大时，环境空气难于进入隔焰管6。因为这个原因，如果使用本发明的光纤制造方法，则能够获得在纵向隔焰管中具有低传输损耗波动的光纤，而不依赖于隔焰管的内径和光纤火焰水解预型体的外径之间的比率。
相对于A的较大的B使得在纵向上的传输损耗波动更低。但是，如果光纤火焰水解预型体4的上拉速度A太低(例如30毫米/分钟或者更低)或者气体流率B(毫米/分钟)太快(例如1500毫米/分钟或者更大)，则制造成本大大地提高。因此，2.0×A≥B是优选的。而且，为了保持隔焰管6中的稳定正压，气体流率B优选为50毫米/分钟或者更大。
(示例2)
在示例1和比较示例1中，未指定在脱水和烧结过程期间在隔焰管中提供的气体流率；但是，通常，在转换过程期间在隔焰管中提供的气体量大致与在脱水和烧结过程期间提供的量相同。
但是，如果在脱水和烧结过程期间向隔焰管提供的气体流率低，则需要以相当低的速度来上拉光纤火焰水解预型体，以满足A≤B，并且其导致制造低效，其中，A是在转换过程期间的光纤火焰水解预型体的上拉速度(以毫米/分钟为单位)，B是室温下在隔焰管中流动的气体流率(以毫米/分钟为单位)。
在这个示例中，满足C＞D，其中，C是在转换过程期间向隔焰管提供的气体流量(以升/分钟为单位)，并且D是在脱水过程期间向隔焰管提供的气体流量(以升/分钟为单位)。换句话说，在脱水过程期间向隔焰管提供的气体流量大于在转换过程期间向隔焰管提供的气体流量。
以此即使在转换过程期间光纤火焰水解预型体的上拉速度快，能够满足A≤B。
在脱水过程期间向隔焰管提供的气体流量被设置为30升/分钟，并且在转换过程期间向隔焰管提供的气体流量被设置为5升/分钟。以此即使光纤火焰水解预型体的上拉速度(以毫米/分钟为单位)是1300毫米/分钟，也能够获得与表1的条件1具有相同的传输损耗的光纤(20个芯棒中的5个或者更少具有0.005dB/km或者更多的纵向传输损耗波动)。而且，如果在脱水过程期间向隔焰管提供的气体流量被设置为30升/分钟，并且在转换过程期间向隔焰管提供的气体流量被设置为5升/分钟，并且光纤火焰水解预型体的上拉速度是500毫米/分钟，则能够获得与表1的条件3具有相同的传输损耗的光纤(所有20个芯棒具有0.005dB/km或者更少的纵向传输损耗波动)。而且，任意地选择在烧结过程期间向隔焰管提供的气体流量，并且例如，其可以是与脱水过程大致相同的量。

Claims (3)

1.一种用于制造光纤预型体的方法，包括：
通过使光纤火焰水解预型体在隔焰管中降低并通过加热区域来使所述光纤火焰水解预型体脱水；
将已脱水光纤火焰水解预型体上拉到预定位置；并且
通过使所述光纤火焰水解预型体在所述隔焰管中再一次降低并通过所述加热区域来烧结已脱水光纤火焰水解预型体，在所述烧结中所述加热区域的温度高于在所述脱水中的所述加热区域的温度，
其中在脱水、上拉和烧结期间，从底部向所述隔焰管提供气体，并且
满足A≤B，其中A是在所述上拉期间已脱水光纤火焰水解预型体的以毫米/分钟为单位的上拉速度，并且B是在所述上拉期间在室温下所述隔焰管内的以毫米/分钟为单位的气体流率。
2.根据权利要求1的方法，其中满足1.5×A≤B，其中，A是在所述上拉期间已脱水光纤火焰水解预型体的以毫米/分钟为单位的上拉速度，并且B是在所述上拉期间在室温下所述隔焰管内的以毫米/分钟为单位的气体流率。
3.根据权利要求1的方法，其中满足C＞D，其中C是在所述上拉期间向所述隔焰管提供的以升/分钟为单位的气体体积流量，并且D是在所述脱水期间向所述隔焰管提供的以升/分钟为单位的气体体积流量。
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