CN102596832B - 用粒状玻璃烟炱形成光纤外包覆部的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了形成光纤外包覆部的方法，所述方法包括将芯棒件设置在外包覆管中，形成棒-管组件。随后，将玻璃烟炱球粒设置在棒-管组件中，置于芯棒件与外包覆管的内侧壁之间。然后，对棒-管组件进行再拉制，再拉制条件能够有效地使外包覆管和玻璃烟炱球粒在至少1800秒的烧结时间t_烧结里，在芯棒件周围形成连续的、无空隙的玻璃层，从而形成光纤外包覆部。

Description

用粒状玻璃烟炱形成光纤外包覆部的方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年11月4日提交的题为“用粒状玻璃烟炱形成光纤外包覆部的方法”(Methods For Forming An Overclad Portion Of An Optical FiberFrom Pelletized Glass Soot)的美国非临时专利申请第12/612127号的权益和优先权，该专利申请全文通过参考结合入本文并且作为本文的依据。

技术领域

本说明书一般涉及光纤，更具体地，涉及利用玻璃烟炱制备光纤预制件的方法。

背景技术

利用外气相沉积法(OVD)、改进的化学气相沉积法(MCVD)或轴向气相沉积法(AVD)，将玻璃烟炱沉积到目标如玻璃芯棒(core cane)或玻璃圆柱体上，可形成光纤预制件的包覆部。例如，玻璃烟炱可通过四氯化硅、八甲基四硅氧烷或类似的气相前体材料的热解产生。这些沉积方法是高度优化的高产率制造方法。然而，在使光纤产量最大化的过程中，形成包覆层常常是速率限制步骤。此外，在沉积光纤预制件的包覆部的过程中，沉积在目标上的八甲基四硅氧烷原料的热解产物不到100％。八甲基四硅氧烷原料的其余热解产物以较高纯度的二氧化硅玻璃烟炱形式收集在集尘室中。

为了进一步提高光纤产量和降低原料成本，需要形成光纤包覆部的替代方法。

发明内容

根据一个实施方式，形成光纤外包覆部的方法包括：通过将芯棒件设置在外包覆管中，形成棒-管组件(rod-tube assembly)。然后，将粒状玻璃烟炱设置在芯棒件与外包覆管内侧壁之间。然后，对棒-管组件进行再拉制，再拉制条件能够有效地使外包覆管和粒状玻璃烟炱在至少1800秒的烧结时间t_烧结里，在芯棒件周围形成连续的、基本上无空隙的玻璃层，从而形成光纤外包覆部。

在另一个实施方式中，形成光纤外包覆部的方法包括：通过将芯棒件设置在外包覆管中形成棒-管组件。然后，将粒状玻璃烟炱设置在芯棒件与外包覆管内侧壁之间。粒状玻璃烟炱包含平均等效球径D_P至少为0.3mm的球粒。然后，在至少1800秒的烧结时间t_烧结里，在至少1700℃的烧结温度T_再拉制下，对棒-管组件进行再拉制，使外包覆管和玻璃烟炱球粒在芯棒件周围形成连续的无空隙玻璃层。

在以下详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都说明了各种实施方式，用来提供理解要求专利权的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来说明要求专利权的主题的原理和操作。

附图说明

图1绘出了根据本说明书所显示和描述的用来形成光纤包覆部的方法的一个或多个实施方式形成的棒-管组件局部；

图2通过图形说明了在三种不同的烧结时间条件下，再拉制温度(x坐标轴)与颗粒平均等效球径(y坐标轴)之间的关系；

图3绘出了根据本说明书所显示和描述的一个或多个实施方式形成的光纤预制件的横截面；以及

图4绘出了根据本说明书所显示和描述的一个或多个实施方式将图1所示的棒-管组件固结为光纤预制件的再拉制工艺。

具体实施方式

下面详细说明用来形成光纤外包覆部的方法的各种实施方式，附图呈现了它们的实例。只要有可能，在所有附图中用相同的附图标记表示相同或相似的部分。图1绘出了用来形成光纤外包覆部的棒-管组件的一个实施方式。棒-管组件一般包含外包覆管、芯棒件和粒状玻璃烟炱。可对棒-管组件进行再拉制，再拉制条件能够有效地使粒状玻璃烟炱和外包覆管在芯棒件周围形成连续的无空隙层。下面将更详细地描述棒-管组件和将棒-管组件拉制成光纤外包覆部的方法。

参考图1，该图绘出了根据本文所述的用来形成光纤包覆部的方法的一个实施方式形成的棒-管组件100的局部。棒-管组件100包含外包覆管102和芯棒件110。在本文所述的实施方式中，芯棒件110包含玻璃棒。如图1所示，芯棒件110一端可渐渐缩小，以利于将棒-管组件拉制成直径更小的光纤预制件或光纤，这将在下文更详细地描述。在本文所述的优选实施方式中，芯棒件110的最大直径约为6.9mm。但应当理解，在本文所述的方法中，也可使用直径更大或更小的芯棒件110。

芯棒件110一般包含二氧化硅玻璃。在一个实施方式中，芯棒件110包含纯二氧化硅玻璃。本文所用的词语“纯二氧化硅玻璃”是指二氧化硅玻璃不包含其含量会明显改变二氧化硅玻璃的折射率的物质，如掺杂剂和/或其他痕量物质。但是，在原本为纯二氧化硅的玻璃中可以包含少量掺杂剂(例如含量各自小于1500ppm的氯和/或氟)。较佳的是，使用“纯二氧化硅”芯棒件110的实施方式不含氧化锗。或者，芯棒件110可包含这样的二氧化硅玻璃，它含有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂会增大或减小二氧化硅玻璃的折射率，例如氧化锗、氧化铝、磷、氧化钛、氟、硼、氯和/或会增大或减小折射率的类似掺杂剂。在又一个可选实施方式中，芯棒件110可具有复杂的折射率分布，如阶跃折射率分布或梯度折射率分布，其中芯棒件的某些部分的折射率大于外包覆管102和/或粒状玻璃烟炱120的折射率(将在下文进一步讨论)，而芯棒件110的其他部分的折射率小于外包覆管102和/或粒状玻璃烟炱120的折射率。

在本文所述的实施方式中，外包覆管102包含空心管，所述空心管由纯二氧化硅玻璃形成，或者由含有一种或多种用来调节外包覆管折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃形成。例如，当芯棒件110包含掺杂了一种或多种可增大二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃时，外包覆管102可包含纯二氧化硅玻璃或者含有一种或多种可减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃，所述掺杂剂是例如硼、氟或者可减小二氧化硅玻璃折射率的类似掺杂剂，使得外包覆管的折射率小于芯棒件的折射率。或者，当芯棒件110包含纯二氧化硅玻璃时，如上所述，外包覆管102可包含含有一种或多种可减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃，使得外包覆管的折射率小于芯棒件的折射率。一般应当理解，外包覆管102所包含的二氧化硅玻璃的折射率优选小于芯棒件110的至少一部分的折射率。

在本文所述的实施方式中，外包覆管102一般具有环形横截面。例如，外包覆管102可具有内径约为32mm、外径约为36mm的环形横截面，使得外包覆管102的厚度约为2mm。但应当理解，结合本文所述方法使用的外包覆管102可具有更大或更小的尺寸。

在一个实施方式中，外包覆管102渐渐缩小，以适应芯棒件的渐缩部分，而芯棒件的渐缩部分有利于将管组件100拉制成直径更小的光纤预制件或光纤。或者，外包覆管102开始形成时可没有渐缩部分(即外包覆管102基本上是圆筒形)，等到将芯棒件设置在外包覆管中之后，再使其渐渐缩小，密封外包覆管一端。

继续参考图1，棒-管组件100还包含玻璃烟炱，更具体地说是粒状玻璃烟炱120。粒状玻璃烟炱120可与外包覆管102一起在再拉制工艺中固结成连续的、基本上无空隙的玻璃层，所述玻璃层在芯棒件110周围延伸，从而形成光纤或光纤预制件的外包覆部，这将在下文更详细地描述。

为了由玻璃烟炱形成致密、无空隙的玻璃，已经确定必须控制烧结速率，使位于烟炱颗粒之间的孔里的气体或空气在闭孔之前从孔里逸出。例如，若烧结速率太快，则孔里的气体或空气没有在闭孔之前从孔里逸出，被截留住，从而在固结玻璃中形成空隙。类似地，当玻璃烟炱的烧结速率比外包覆管朝芯棒件坍缩的速率快时，烧结的烟炱附着到与芯棒件之间的界面或者与外包覆管之间的界面上，从而在另一界面上产生大的空隙或间断。

当通过烧结二氧化硅玻璃烟炱形成光纤或光纤预制件的外包覆部时，增加玻璃烟炱的烧结时间可显著抑制存在于烧结的玻璃烟炱中、烧结的玻璃烟炱与外包覆管之间的界面处以及烧结的玻璃烟炱与芯棒件之间的界面处的空隙的大小和数量，因为增加玻璃烟炱的烧结时间可降低玻璃烟炱的烧结速率，从而减缓烧结过程。更具体地，已经确定玻璃烟炱的烧结时间随玻璃烟炱颗粒尺寸的增大而增加。因此，通过增大用来形成光纤外包覆部的玻璃烟炱颗粒的尺寸，可增加玻璃烟炱的烧结时间，而增加玻璃烟炱的烧结时间又可降低玻璃烟炱的烧结速率。降低或减慢玻璃烟炱的烧结速率使气体和/或空气能在闭孔之前从烟炱里的孔中逸出。这样就得到基本上没有空隙的玻璃，在芯棒件与烧结的玻璃烟炱之间形成连续的、基本上没有空隙的界面，并在外包覆管与烧结的玻璃烟炱之间形成连续的、基本上没有空隙的界面。

例如，若考虑受表面能驱动的黏流是烧结玻璃颗粒的主要机理，则烧结平均等效球径为D_P的玻璃颗粒的特征时间t_烧结可用以下数学式表示：

其中μ是二氧化硅玻璃烟炱颗粒在再拉制温度(即烧结温度)下的黏度[单位是P(泊)]，σ是二氧化硅玻璃烟炱颗粒在再拉制温度下的表面张力[单位是dyn/cm(达因/厘米)]。本文所用的术语“等效球径”是指与颗粒具有相同的等效体积的球的直径。例如，当颗粒大体上呈圆柱形时，圆柱形颗粒的等效球径是与该圆柱形颗粒具有相同体积的球的直径。

玻璃烟炱的黏度μ是再拉制温度T_再拉制的函数。例如，当玻璃烟炱是二氧化硅玻璃烟炱时，黏度μ可表达为：

其中T_再拉制的单位是K。但应当指出，黏度的具体表达式可依玻璃烟炱的组成而变化。例如，向玻璃烟炱中添加掺杂剂可改变玻璃烟炱的黏度。

类似地，玻璃烟炱颗粒的表面张力σ是再拉制温度T_再拉制的函数。例如，当玻璃烟炱是二氧化硅玻璃烟炱时，表面张力σ可表达为：

σ＝233.28+0.035T_再拉制      (3)。

其中T_再拉制的单位是K。但应当指出，表面张力的具体表达式可依玻璃烟炱的组成而变化。例如，向玻璃烟炱中添加掺杂剂可改变玻璃烟炱的表面张力。

因此，考虑到方程式1-3，应当理解烧结时间t_烧结与再拉制温度T_再拉制和所烧结的烟炱颗粒的直径D_P都有关系。此外，当玻璃烟炱包含可增大或减小玻璃烟炱折射率的掺杂剂时，应当理解，黏度μ和表面张力σ可增大或减小，因而可增大或减小平均等效球径的大小，以实现所需的烧结时间t_烧结。例如，若烟炱颗粒的黏度因玻璃烟炱的掺杂而减小4/5，则烟炱颗粒的平均等效球径D_P应增大4倍，以保持其烧结时间t_烧结与未掺杂的二氧化硅玻璃烟炱的烧结时间相同。因此，应当理解，由于黏度μ和表面张力σ随玻璃烟炱的组成而变化，可改变烟炱颗粒的平均等效球径D_P，以实现所需的烧结时间t_烧结。

烧结玻璃烟炱和将棒-管组件拉至较小直径的再拉制工艺通常在高于玻璃软化点的温度下进行，这样就容易向下拉制棒-管组件，可使玻璃烟炱固结成实心玻璃。例如，再拉制工艺通常可在约1700-2100℃的温度下进行。在本文所述的实施方式中，再拉制温度T_再拉制优选约高于1700℃，更优选约高于1750℃，最优选约高于1800℃。

在本文所述的实施方式中，烟炱颗粒的平均等效球径约大于0.3mm，更优选约大于0.8mm，最优选约大于2.0mm，使得烟炱颗粒在指定的再拉制温度下烧结之后，固结为完全致密的无空隙玻璃。

利用方程式1-3，当平均等效球径D_P在确定范围内的烟炱颗粒在指定的再拉制温度T_再拉制下烧结时，由玻璃烟炱颗粒形成基本上没有空隙的玻璃的烧结时间t_烧结优选大于或等于约1800秒，更优选大于或等于约3000秒，最优选大于或等于约4500秒。

例如，下面参考图2，该图所示的图线显示了三种不同烧结温度(即t_烧结＝1800秒、3000秒和4500秒)条件下的再拉制温度(x坐标轴)与颗粒平均等效直径(y坐标轴)之间的关系。如图2所示，对于指定的烧结时间t_烧结和再拉制温度T_再拉制，烟炱颗粒应具有最小平均等效球径，以便在烧结之后形成无空隙的玻璃。例如，当烧结时间t_烧结为4500秒、再拉制温度T_再拉制为1800℃时，烟炱颗粒的平均等效球径应至少为1mm，以便在烧结之后形成无空隙的玻璃。在另一个例子中，当烧结时间t_烧结为1800秒、再拉制温度T_再拉制为1850℃时，烟炱颗粒的平均等效球径应至少为0.8mm，以便在烧结之后形成无空隙的玻璃。在又一个例子中，当烧结时间t_烧结为1800秒、再拉制温度T_再拉制为1800℃时，烟炱颗粒的平均等效球径应至少为1mm，以便在烧结之后形成无空隙的玻璃。在上述每个例子中，若颗粒的平均等效球径小于指定值，则在指定条件下烧结之后得到的玻璃可能含有空隙。但是，在上述每个例子中，若颗粒的平均等效球径大于指定值，则在指定条件下烧结之后得到的玻璃将基本上不含空隙。

虽然在前述例子中，颗粒的平均等效球径是根据再拉制温度和烧结时间选择的，但应当理解，烧结时间可根据颗粒的平均等效球径和再拉制温度选择。类似地，再拉制温度可根据烧结时间和颗粒的平均等效球径选择。

虽然方程式1-3和图2指出了在烧结之后足以形成基本上没有空隙的玻璃的条件，但是玻璃烟炱的平均等效球径一般比1mm小得多，通常小于10μm。例如，通过OVD、MCVD或VAD方法收集的二氧化硅玻璃烟炱的平均等效球径可约为0.01-0.5μm，更优选约为0.03-0.25μm，最优选约为0.06-0.25μm。因此，为了用玻璃烟炱形成光纤的基本上没有空隙的外包覆部，必须先对烟炱进行预处理，以增大玻璃烟炱的平均等效球径。

再次参考图1，为了根据本文所述的方法形成光纤的外包覆部，先将玻璃烟炱预处理成粒状玻璃烟炱120，所述粒状玻璃烟炱120包含许多具有所需的平均等效球径的球粒。在本文所述的实施方式中，如上所述，粒状玻璃烟炱的平均等效球径优选约大于0.3mm，更优选约大于0.8mm，最优选约大于2.0mm。预处理玻璃烟炱有利于从平均等效直径小得多的玻璃烟炱颗粒实现这些平均等效球径。

在一个实施方式中，用来形成粒状玻璃烟炱的玻璃烟炱可包含市售二氧化硅玻璃烟炱或二氧化硅玻璃颗粒。或者，二氧化硅玻璃烟炱可以是从化学气相沉积操作的热解过程回收的烟炱，例如在光纤预制件外包覆部的外气相沉积(OVD)或者在生产光纤预制件的另一种类似操作(例如MCVD、VAD或类似的玻璃沉积技术)中，从八甲基四硅氧烷的沉积中回收的烟炱。

在一个实施方式中，玻璃烟炱可包含纯二氧化硅玻璃烟炱。所谓“纯二氧化硅玻璃”，如上所述，我们指的是二氧化硅玻璃烟炱不含任何会增大或减小玻璃烟炱折射率的掺杂剂。或者，二氧化硅玻璃烟炱可包含一种或多种会增大或者减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂。例如，当芯棒件110包含掺杂了一种或多种可增大二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃时，用来形成粒状玻璃烟炱120的玻璃烟炱可包含纯二氧化硅玻璃或者含有一种或多种可减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃，所述掺杂剂是例如硼、氟或者可减小二氧化硅玻璃折射率的类似掺杂剂，使得粒状玻璃烟炱120的折射率小于芯棒件的折射率。或者，当芯棒件110包含纯二氧化硅玻璃时，如上所述，粒状玻璃烟炱120可包含含有一种或多种可减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃，使得粒状玻璃烟炱120的折射率小于芯棒件110的折射率。在本文所述的实施方式中，用来形成粒状玻璃烟炱120的二氧化硅玻璃烟炱的折射率一般大约与外包覆管102的折射率相同，而外包覆管102所含的二氧化硅玻璃的折射率小于芯棒件110的折射率，如上所述。但在其他的实施方式中，应当理解，粒状玻璃烟炱120的折射率可不同于外包覆管102的折射率。

可利用各种技术使玻璃烟炱形成粒状玻璃烟炱。例如，在一个实施方式中，粒状玻璃烟炱可这样形成，先使玻璃烟炱固结为玻璃体。当玻璃烟炱是二氧化硅玻璃烟炱时，可通过将玻璃烟炱加热到约1300-1500℃的温度使玻璃烟炱固结，使得玻璃烟炱形成密度约为2.2g/cm³的实心玻璃体。玻璃烟炱形成玻璃体之后，可使玻璃体破碎成许多较小的玻璃烟炱球粒，从而形成粒状玻璃烟炱。随后，可对粒状玻璃烟炱进行过筛，得到包含大小合适的球粒的粒状玻璃烟炱。例如，在一个实施方式中，可对玻璃烟炱球粒进行过筛，使得粒状玻璃烟炱中的所有球粒都小于特定的直径或者具有所需的平均粒度。或者，可对玻璃烟炱球粒进行过筛，使得所有玻璃烟炱球粒基本上具有相同的直径。

在另一个实施方式中，粒状玻璃烟炱可通过挤出形成。例如，玻璃烟炱可先与粘结剂混合，形成烟炱糊料。在一个实施方式中，粘结剂是可购自陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的METHOCEL^TM。METHOCEL^TM以5重量％的量与25％的水一起跟玻璃烟炱混合，形成烟炱糊料。但应当理解，可使用其他的粘结剂形成烟炱糊料，包括但不限于聚乙烯醇(PVA)或类似的粘结剂。另外，还应当理解，糊料可用水以外的液体形成。

烟炱糊料通过模具挤出，形成烟炱挤出物。例如，在一个实施方式中，烟炱糊料通过圆柱形或圆形模具挤出，使所得烟炱挤出物具有直径为2mm的圆形横截面。随后，将烟炱挤出物分离成许多玻璃烟炱球粒，在此实例中，玻璃烟炱球粒的轴向长度至少为2mm。虽然此具体实例指出玻璃烟炱球粒具有2mm的直径和2mm的长度，但应当理解，圆柱形模具的直径可更大或更小，使得球粒的横截面直径大于或小于2mm。还应当理解，烟炱挤出物可视烟炱球粒所需的最终尺寸切分成更大或更小的轴向长度。此外，虽然此实例描述的是具有圆形横截面的模具，但应当理解，模具可具有其他各种横截面形状。

将烟炱挤出物分离成玻璃烟炱球粒，从而形成粒状玻璃烟炱之后，可对粒状玻璃烟炱进行干燥，除去水、杂质和/或有机材料。此干燥过程可在受控气氛中，在升高的温度下进行。例如，粒状烟炱可在500℃氧气中干燥15分钟。随后，粒状烟炱可在包含95％氦气和5％氯气的气氛中于1000℃干燥，然后在1000℃用100％的氦气吹扫。但应当理解，此干燥方案是示例性的，也可用其他的干燥方案干燥粒状烟炱。

虽然本文描述了用来从玻璃烟炱形成粒状玻璃烟炱的两种示例性技术，但应当理解，在本文所述的用来形成光纤预制件外包覆部的方法中，也可利用通过其他技术形成的粒状玻璃烟炱。

再次参考图1，为了形成棒-管组件100，最初将芯棒件110设置在外包覆管102中，使芯棒件110与外包覆管102基本上共轴。在外包覆管102起初包含渐缩端的实施方式中，芯棒件110可这样设置，也就是使芯棒件110的渐缩端位于外包覆管102的渐缩端之内。或者，最初可将芯棒件110设置在外包覆管102内，然后可加热外包覆管端部，使其在芯棒件110的渐缩端周围坍缩。随后，将粒状玻璃烟炱120设置在外包覆管102中，置于芯棒件110与外包覆管102的内侧壁104之间。

下面参考图4，为了固结棒-管组件100，从而使粒状玻璃烟炱120和外包覆管102在芯棒件110周围形成连续的无空隙玻璃层，将棒-管组件100设置在再拉制设备170中。再拉制设备一般包含含有热区181的拉制炉180、拉紧机构186和控制系统182。一般地，再拉制设备170通过以下方式操作。将棒-管组件100设置在拉制炉180中，利用棒-管进给机构(未示出)使其以指定的下拉速率在拉制炉180中前进并通过热区181，从而将棒-管组件加热到高于玻璃软化点的温度。在本文所述的实施方式中，再拉制温度一般约为1700-2100℃。然后，利用拉紧机构186将加热软化的玻璃向下拉，所述拉紧机构186对加热软化的玻璃施加张力，从而减小玻璃的直径，并且在此实例中，使棒-管组件100形成具有所需直径的预制件200。可利用一个或多个非接触传感器183、184监测拉制玻璃的速度和/或直径。非接触传感器183、184与控制系统182实现电子连接，而控制系统182又与拉紧机构186和棒-管进给机构连接。基于从非接触传感器183、184接收到的信号，可操作控制系统182，以增大或减小棒-管组件100前进并通过拉制炉180的热区181的速率和/或拉紧机构186施加在受热软化的玻璃上的张力大小，从而控制棒-管组件100被下拉的量以及例如光纤预制件200的直径。

在本文所述的实施方式中，可利用方程式1-3所定义并在图2中通过图形显示的关系，根据粒状玻璃烟炱的平均等效球径以及烧结时间或再拉制温度中至少一个参数选择再拉制设备170的操作参数(即热区温度和棒-管组件100前进并通过拉制炉180的热区181的速率)。例如，棒-管组件100可包含平均等效球径D_P为2.0mm的粒状玻璃烟炱120。利用图2通过图形显示的关系，可选择合适的再拉制设备操作参数，以利于烧结粒状玻璃烟炱120，使粒状玻璃烟炱和外包覆管102在芯棒件周围形成连续的、基本上没有空隙的玻璃层。例如，若烧结时间选为1800秒，则再拉制温度应至少约为1925℃；若烧结时间选为3000秒，则再拉制温度应至少约为1875℃；若烧结时间选为4500秒，则再拉制温度应至少约为1850℃。

一旦选定烧结时间和再拉制温度，即可根据选定的烧结时间确定棒-管组件100的具体下拉速率。例如，棒-管组件在拉制炉的热区181中的停留时间至少应与选定的再拉制温度下的烧结时间一样长，以利于将粒状玻璃烟炱120和外包覆管102烧结为基本上没有空隙的玻璃。在拉制炉的热区中的最短停留时间可这样计算：将热区长度L_热区除以棒-管组件通过热区的穿行速率。例如，在本文所述的实施方式中，拉制炉180的热区181的长度L_热区约为304mm(即约为1英尺)。棒-管组件的典型拉制速率约为5.6mm/min，这对应于约大于3200秒的热区停留时间。因此，对等于或小于3000秒的烧结时间t_烧结而言，约5.6mm/min的下拉速率可在拉制炉的热区181中产生足够的停留时间，在指定的再拉制温度下烧结后，产生所需的基本上没有空隙的玻璃。例如，如上文所指出，当粒状玻璃烟炱120的平均等效球径约为2.0mm时，1800秒和3000秒的烧结时间可分别与1925℃和1875℃的再拉制温度结合使用。无论在哪种情况下，5.6mm/min的下拉速率都在拉制炉的热区181中产生足够的时间，使粒状玻璃烟炱120和外包覆管102在芯棒件110周围烧结成基本上连续的玻璃层。

当热区181的温度不均匀时，例如当热区181中存在一个或多个温度梯度时，在热区的长度L_热区上，黏度与表面张力的有效比可这样确定，也就是将热区离散成N个组元，然后对这些组元求平均值，因而：

当拉制炉的热区181的温度不均匀时，根据方程式(4)，方程式(1)可改写成：

一旦确定了再拉制设备的操作参数，即可将拉制炉180的热区181加热到选定的再拉制温度。随后，将棒-管组件100设置在拉制炉180中，使其以确定的下拉速率前进并通过拉制炉180的热区181，从而使棒-管组件100在热区181中停留的时间大于或等于选定的烧结时间。随着棒-管组件100受热软化，拉紧机构将棒-管组件拉至较小的直径，在此实例中，所述直径是可在后面拉制成光纤的光纤预制件200的直径。

下面参考图1和图3，它们显示了根据本文所述的方法形成的光纤预制件200的一个实施方式的横截面示意图。如图3所示，光纤预制件200一般包含芯部210和外包覆部220，其中芯部210一般对应于棒-管组件100的芯棒件110，而外包覆部220一般对应于粒状玻璃烟炱120和棒-管组件100的外包覆管102。利用本文所述的方法，外包覆管102和粒状玻璃烟炱120形成外包覆部220，所述外包覆部220包含围绕芯部210的连续且基本上没有空隙的玻璃层。外包覆管102与粒状玻璃烟炱120之间的界面用虚线230示意性地示出。但是，外包覆管102与粒状玻璃烟炱之间的这种界面是连续的，基本上没有空隙或其他任何间断。此外，芯部210与外包覆部220之间的界面也是连续的，基本上没有空隙或其他任何间断。本文所用的词语“基本上无空隙”或者“基本上没有空隙”是指玻璃所含空隙的量不会改变玻璃的折射率。

虽然图3和图4绘出的棒-管组件100是被再拉制成光纤预制件200，该光纤预制件200可在后面拉制成光纤，但应当理解，在其他的实施方式中，棒-管组件可被直接拉制成光纤。

现在应当理解，本文所述的技术可用来从玻璃烟炱形成光纤的外包覆部，具体做法是对玻璃烟炱进行预处理，增大粒度，从而减小使玻璃烟炱形成玻璃的烧结速率。通过减小烧结速率，位于粒状玻璃烟炱的孔中的任何气体或空气均能在闭孔之前逸出。因此，烧结玻璃基本上没有空隙。

本文所述的技术可与从OVD、MCVD和VAD沉积工艺再循环或回收的玻璃烟炱结合使用，因而降低了制备光纤预制件的外包覆部的总制造成本。但应当理解，本文所述的方法也可与市售玻璃烟炱结合使用。

本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (14)

1.一种形成光纤外包覆部的方法，所述方法包括：

通过将芯棒件设置在外包覆管中和将粒状玻璃烟炱设置在所述芯棒件与所述外包覆管的内侧壁之间形成包含粒状玻璃烟炱的棒-管组件，所述粒状玻璃烟炱包含平均等效球径D_P至少为2.0mm的玻璃烟炱颗粒，所述棒-管组件包含位于粒状玻璃烟炱之间的孔里的气体或空气；以及

对所述包含粒状玻璃烟炱的棒-管组件进行再拉制，其中再拉制条件能够有效地使所述外包覆管和所述粒状玻璃烟炱在至少1800秒的烧结时间t_烧结里，在所述芯棒件周围形成玻璃层，从而形成光纤外包覆部；并且在高于粒状玻璃烟炱软化点的再拉制温度T_再拉制下进行所述再拉制，其中平均等效球径D_P、烧结时间t_烧结和再拉制温度T_再拉制满足以下方程式：

式中：

μ是作为再拉制温度T_再拉制的函数的粒状玻璃烟炱的黏度；以及

σ是作为再拉制温度T_再拉制的函数的粒状玻璃烟炱的表面张力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件在至少为1700℃的再拉制温度T_再拉制下再拉制。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述粒状玻璃烟炱包含二氧化硅玻璃；

所述二氧化硅玻璃的黏度是以及

所述二氧化硅玻璃的表面张力是σ＝233.28+0.035T_再拉制。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件被再拉制成光纤预制件。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光纤预制件被再拉制成光纤。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱由再循环的二氧化硅玻璃烟炱形成。

7.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在将所述粒状玻璃烟炱设置在所述棒-管组件中之前，先形成所述粒状玻璃烟炱。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱通过以下方式形成：

混合玻璃烟炱和粘结剂，形成烟炱糊料；

挤出所述烟炱糊料，形成烟炱挤出物；以及

将所述烟炱挤出物分离成许多球粒。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃层是连续的、基本上没有空隙的玻璃层。

10.一种形成光纤外包覆部的方法，所述方法包括：

通过将芯棒件设置在外包覆管中和将粒状玻璃烟炱设置在所述芯棒件与所述外包覆管的内侧壁之间形成包含粒状玻璃烟炱的棒-管组件，其中所述粒状玻璃烟炱包含平均等效球径D_P至少为2.0mm的玻璃烟炱颗粒，并且其中所述棒-管组件包含位于粒状玻璃烟炱之间的孔里的气体或空气；以及

在至少1800秒的烧结时间t_烧结里，在至少1700℃的再拉制温度T_{再 拉制}下，对所述棒-管组件进行再拉制，使所述外包覆管和所述粒状玻璃烟炱在所述芯棒件周围形成连续的无孔隙玻璃层；并且其中平均等效球径D_P、烧结时间t_烧结和再拉制温度T_再拉制满足以下方程式：

式中：

μ是作为再拉制温度T_再拉制的函数的粒状玻璃烟炱的黏度；以及

σ是作为再拉制温度T_再拉制的函数的粒状玻璃烟炱的表面张力。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

所述粒状玻璃烟炱包含二氧化硅玻璃；

所述二氧化硅玻璃的黏度是以及

所述二氧化硅玻璃的表面张力是σ＝233.28+0.035T_再拉制。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件被再拉制成光纤预制件。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件被再拉制成光纤。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱包含由挤出的玻璃烟炱形成的球粒、由固结的玻璃烟炱形成的球粒或其组合。