CN105073662A - 用于制造光纤预制体和光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造光纤预制体或光纤的方法。所述方法包括以下步骤：(a)提供玻璃管和玻璃芯棒；(b)将所述玻璃芯棒插入到所述玻璃管中以形成组装体：(c)加热所述组装体以使所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上且黏附到所述玻璃芯棒；和(d)在所述组装体的至少部分的加热期间处理所述玻璃芯棒与所述玻璃管之间的界面间隙。所述界面间隙的处理涉及：(i)在所述界面间隙中建立真空压力，(ii)通过处理气体穿过所述界面间隙持续预定时间增加所述界面间隙的压力，和(iii)在经过所述预定时间之后在所述界面间隙中重建真空压力。

Description

用于制造光纤预制体和光纤的方法
发明背景
光纤是传输光的纤维。光纤通常是通过在火炉中加热和软化光纤预制体且然后将光纤预制体拉丝到所需纤维厚度而制造。光纤预制体通常包括由外包(overclad)体包围的芯棒。目前存在多种常规系统和方法来生产此类光纤预制体和预制体的个别组件。
用于形成芯棒的常规方法包括轴向汽相沉积(VAD)、外部汽相沉积(OVD)、改进的化学汽相沉积(MCVD)和等离子化学汽相沉积(PCVD)。外包体然后可以诸如通过OVD直接形成在芯棒的外表面上，或可以独立地形成。
用于形成外包体的常规方法如下：通过OVD在芯轴或衬底上沉积起始材料(通常是硅化合物，诸如四氯化硅和/或二氧化硅粒子)以形成粉尘沉积体。沉积继续进行直到取得所需主体大小为止。在完成沉积之后，移除芯轴或衬底。粉尘沉积体然后脱水且随后在加热火炉中玻璃化以形成有孔延伸穿过的石英玻璃圆柱体。最后，石英玻璃圆柱体可以经历某种方式的机械加工，诸如圆柱体的内表面和外表面的抛光。此类石英玻璃圆柱体通常具有近似200mm的外径和近似3米的长度。
石英玻璃圆柱体然后可以用作与芯棒整合以形成光纤预制体的外包体。形成光纤预制体的常规方法包括管中棒(RIT)方法和圆柱体中棒(RIC)方法。在RIT方法中，如上所述般形成的石英玻璃圆柱体向下拉丝成通常具有近似60mm到90mm的直径和近似1米到2米的长度的多个外包管，外包管随后与芯棒整合。在RIC方法中，石英玻璃圆柱体用作将与芯棒整合的外包圆柱体。所述两种方法均涉及在石英玻璃圆柱体或管中插入芯棒，且因此从技术角度来看是相同的。所述方法之间的主要区别仅仅在于外包管的大小相对于外包圆柱体的大小。
在RIT和脱机RIC方法中，芯棒被插入到外包管或圆柱体中，且组合件被加热到足够高的温度以使外包管或圆柱体塌缩在芯棒上且黏附到芯棒，藉此产生光纤预制体。在脱机RIC方法中，组合件还在外包圆柱体塌缩到芯棒上期间拉伸以形成光纤预制体。所得预制体然后被发送到拉丝塔以形成光纤。在联机RIC方法中，芯棒被插入到外包圆柱体中，且组合件被加热到足够高的温度以使外包圆柱体塌缩在芯棒上且黏附到芯棒以产生光学预制体，且所得预制体被立即拉丝以在拉丝塔中产生光纤。
通常，由这些方法生产的光纤预制体具有近似50mm到210mm的外径和近似1,000mm到3,000mm的平均长度。通常，由这些方法生产的光纤具有近似90μm到125μm的外径和近似1,000km到10,000km的平均长度。
然而，运用常规的RIT和RIC方法，难以生产没有不规则体(诸如空隙、空气管路和气泡)和污染物(诸如各种异物)的预制体或纤维。通常，此类不规则体和污染物存在于芯棒与外包管/圆柱体之间的界面处。此类不规则体和污染物最终不利地影响所得光纤的各种性质，诸如增加衰变和光散射损耗。因此，将有利的是，提供用于生产没有污染物、杂质和原子缺陷的光纤预制体和光纤的改善RIT和RIC系统和方法。
概述
本发明的一个优选实施方案涉及一种制造光纤预制体或光纤的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供玻璃管和玻璃芯棒；(b)将玻璃芯棒插入到玻璃管中以形成组装体；(c)加热组装体以使玻璃管塌缩在玻璃芯棒上且黏附到玻璃芯棒；和(d)在组装体的至少部分的加热期间处理玻璃芯棒与玻璃管之间的界面间隙。界面间隙的处理包括：(i)在界面间隙中建立真空压力，(ii)通过使富含氧气的空气流过界面间隙持续预定时间增加界面间隙的压力，和(iii)在经过预定时间之后在界面间隙中重建真空压力。
本发明的另一优选实施方案涉及一种制造光纤预制体或光纤的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供玻璃管和玻璃芯棒，和(b)将玻璃芯棒插入到玻璃管中以形成组装体。组装体具有第一前端和相对第二尾端。所述方法还包括：(c)通过开始于组装体的第一前端加热组装体的长度将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上，和(d)在玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间处理玻璃芯棒与玻璃管之间的界面间隙。界面间隙的处理包括：(i)在靠近组装体的第二尾端将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间在界面间隙中建立真空压力，(ii)在靠近组装体的第二尾端将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间通过使处理气体流过界面间隙持续预定时间增加界面间隙的压力，和(iii)在靠近组装体的第二尾端将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间在界面间隙中重建真空压力。
可单独或组合实施的本发明的有利改进在附属权利要求书中加以规定。光纤预制体或光纤的背景中描述的特征和细节也应相对于所述方法适用，且反之亦然。
总之，以下实施方案被提出作为本发明的范围中特别优选的实施方案：
实施方案1：一种制造光纤预制体或光纤的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供玻璃管和玻璃芯棒；(b)将玻璃芯棒插入到玻璃管中以形成组装体；(c)加热组装体以使玻璃管塌缩在玻璃芯棒上且黏附到玻璃芯棒；和(d)在组装体的至少部分的加热期间通过以下项处理玻璃芯棒与玻璃管之间的第一界面间隙：(i)在第一界面间隙中建立真空压力，(ii)通过使富含氧气的空气流过第一界面间隙持续预定时间增加界面间隙的压力，和(iii)在经过预定时间之后在第一界面间隙中重建真空压力。
实施方案2：根据前述实施方案所述的方法，其特征在于富含氧气的空气包括近似30％到近似50％的氧气。
实施方案3：根据前述两个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于富含氧气的空气包括近似40％的氧气。
实施方案4：根据前述三个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于逐区地加热组装体的整个长度，加热开始于组装体的第一前端处且终止于组装体的相对第二尾端处。
实施方案5：根据前述四个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括密封组装体的前端且在加热组装体之前在第一界面间隙中建立真空压力。
实施方案6：根据前述五个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于第一界面间隙的处理是在组装体中靠近组装体的第一前端的部分的加热期间执行。
实施方案7：根据前述六个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于第一界面间隙的处理是在组装体中靠近组装体的第二尾端的部分的加热期间执行。
实施方案8：根据前述七个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括重复处理第一界面间隙的步骤。
实施方案9：根据前述八个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于在第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，富含氧气的空气流过第一界面间隙持续近似10秒钟到近似5分钟。
实施方案10：根据前述九个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于在第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，富含氧气的空气流过第一界面间隙持续近似30秒钟到近似3分钟。
实施方案11：根据前述十个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于在第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，富含氧气的空气流过第一界面间隙持续近似3分钟。
实施方案12：根据前述十一个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括在组装体周围提供玻璃套管以形成第二界面间隙且加热组装体和玻璃套管以使玻璃套管塌缩在组装体上且黏附到组装体。
实施方案13：根据前述十二个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括在加热期间通过以下项处理第二界面间隙：(i)在第二界面间隙中建立真空压力，(ii)通过使富含氧气的空气流过第二界面间隙持续预定时间增加界面间隙的压力，和(iii)在经过预定时间之后在第二界面间隙中重建真空压力。
实施方案14：一种制造光纤预制体或光纤的方法，方法包括以下步骤：(a)提供玻璃管和玻璃芯棒；(b)将玻璃芯棒插入到玻璃管中以形成组装体，组装体具有第一前端和相对第二尾端；(c)通过开始于组装体的第一前端加热组装体的长度将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上；和(d)在玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间通过以下项处理玻璃芯棒与玻璃管之间的第一界面间隙：(i)在靠近组装体的第二尾端将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间在第一界面间隙中建立真空压力，(ii)在靠近组装体的第二尾端将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间通过使处理气体流过第一界面间隙持续预定时间增加界面间隙的压力，和(iii)在靠近组装体的第二尾端将玻璃管塌缩在玻璃芯棒上期间在第一界面间隙中重建真空压力。
实施方案15：根据前述实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括密封组装体的第一前端且在加热组装体的长度之前在第一界面间隙中建立真空压力。
实施方案16：根据前述两个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于当在第一界面间隙中建立真空压力时，去除界面间隙中存在的气体。
实施方案17：根据前述三个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于处理气体是以下项中的至少一种：空气、干燥空气、富含氧气的空气、纯氮气与氧气的混合物、纯氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、氨气和硫化氢。
实施方案18：根据前述四个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括重复处理第一界面间隙的步骤。
实施方案19：根据前述五个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于在第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，处理气体流过界面间隙持续从近似10秒钟到近似3分钟。
实施方案20：根据前述六个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于在第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，处理气体流过界面间隙持续从近似30秒钟到近似2分钟。
实施方案21：根据前述七个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于在第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，处理气体流过界面间隙持续近似1分钟。
实施方案22：根据前述八个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于处理第一界面间隙的步骤是在组装体的长度中靠近组装体的第二尾端的一半的加热期间执行。
实施方案23：根据前述九个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于处理第一界面间隙的步骤是在组装体的长度中靠近组装体的第二尾端的四分之一的加热期间执行。
实施方案24：根据前述十个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于处理第一界面间隙的步骤是在组装体的长度中靠近组装体的第二尾端的三分之一的加热期间执行。
实施方案25：根据前述十一个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括在组装体周围提供玻璃套管以形成第二界面间隙且加热组装体和玻璃套管以使玻璃套管塌缩在组装体上且黏附到组装体。
实施方案26：根据前述十二个实施方案中的任一实施方案所述的方法，其特征在于所述方法还包括在加热期间通过以下项处理第二界面间隙：(i)在第二界面间隙中建立真空压力，(ii)通过使富含氧气的空气流过第二界面间隙持续预定时间增加界面间隙的压力，和(iii)在经过预定时间之后在第二界面间隙中重建真空压力。
附图简述
在结合附图阅读时将更好地了解前述发明内容以及本发明的优选实施方案的以下详述。为了说明目的，图示中展示当前优选的实施方案。然而，将了解，装置和方法不限于所示的精确布置和工具。
在图示中：
图1是根据本发明的一个实施方案的用于生产光纤预制体或光纤的系统的部分横截面图；
图2A是根据本发明的一个实施方案的用于生产光纤预制体或光纤的组装体的横截面图；
图2B是根据本发明的一个实施方案的由用于生产光纤预制体或光纤的套管包围的组装体的横截面图；
图3是根据本发明的一个实施方案的用于生产光纤预制体或光纤的系统的部分的示意表示；
图4是根据本发明的一个实施方案的用于生产光纤预制体或光纤的处理步骤的图形表示；
图5是根据本发明的另一实施方案的用于生产光纤预制体或光纤的处理步骤的图形表示；且
图6是根据本发明的另一实施方案的用于生产光纤预制体或光纤的处理步骤的图形表示。
具体实施方式
本发明涉及一种用于生产光纤预制体或光纤的系统和方法。所属领域技术人员将了解，由以下描述的系统和方法生产的预制体可以用于除了制造光纤以外的各种其它目的。更特定地说，本发明涉及一种用于生产光纤预制体或光纤的方法，光纤预制体或光纤实质上不具有非所需不规则体、视觉缺陷、污染物、金属杂质、原子缺陷等等。本发明还造成减小将从预制体拉丝的光纤中的衰变。
将了解，在此申请的背景中，术语“大约”或“近似”意指所叙述或所要求的值的±5％的变动，且更优选地所叙述或所要求的值的±2％的变动，且最优选地所叙述或所要求的精确值。
因为本发明的处理过程可以适用于常规的光纤预制体或光纤生产方法，所以将参考图1和2描述典型的预制体/纤维生产。然而，所属领域技术人员将了解，本发明的处理过程也可以适用于其它预制体/纤维生产方法。
参考图1，展示用于生产光纤预制体或替代地用于直接生产光纤的系统10。系统10包括可被加热到近似1,500℃到近似2,300℃的温度的垂直布置拉丝塔20、加热元件32和气体供应系统40(参见图3)。参考图2，在拉丝过程中，芯棒12被插入到外包体14中。芯棒12优选地是大体上圆柱形构造的实心棒。外包体14优选地是具有形成穿过外包体14的中心的孔16的外包圆柱体(用于RIC方法)或外包管(用于RIT方法)。
如上所述，从技术角度来看，RIC和RIT方法本质上是相同的。因此，为了系统和方法的描述的方便和简单性，外包体14将在下文中称作外包管14，前提是外包体14可以是用于制造光纤预制体28的脱机RIC系统和方法中或用于制造光纤28’的联机RIC系统和方法中使用的圆柱体，或可以是用于制造光纤预制体28的RIT系统和方法中使用的管。
外包管14优选地是玻璃管，且更优选地是石英玻璃管。玻璃管14可以由纯石英玻璃或石英玻璃复合物制成。优选地，玻璃管14是由纯石英玻璃制成。芯棒12优选地是玻璃棒，且更优选地是具有均匀或复杂的径向折射率分布的纯石英玻璃。
参考图1到2，玻璃芯棒12被插入到石英玻璃管14的孔16内以形成组装体18，其经历加热以形成光纤预制体28或光纤28’。组装体18具有大体上圆柱形或管状构造且具有长度L，其从主体的第一或上端18a延伸到主体的第二或下端18b。此外，细长的第一间隙30保留在芯棒12与外包管14之间的界面中，且更特定地说保留在玻璃芯棒12的外表面与外包玻璃管14的内表面之间的界面中(参见图2)。第一界面间隙30的大小可以取决于芯棒12和外包管14的相对大小而改变，但是通常多达近似6mm。优选地，第一界面间隙30装备有压力传感器(未展示)以连续或间歇地监测间隙的压力。
在一个实施方案中，薄壁套管62被提供来包围组装体18，使得外包玻璃管14的外表面与套管62的内表面之间形成第二界面间隙64。套管优选地是玻璃管，且更优选地是石英玻璃管。套管可以由纯石英玻璃或石英玻璃复合物制成。优选地，套管是由纯石英玻璃制成。
用于生产光纤预制体28或光纤28’的方法(即，RIC或RIT过程)包括将组装体18连续供应给拉丝塔20和以逐区方式加热其中的组装体。为了生产方法的目的且更特定地说为了组装体行进穿过拉丝塔20的目的，组装体的下端18b是前端且组装体的上端18a是尾端，使得组装体以向下方向行进穿过拉丝塔。然而，将了解，相反构造和行进也是可能的。即，在替代实施方案中，组装体的上端18a是前端且下端18b是尾端，使得组装体以向上方向行进穿过拉丝塔。
在一个实施方案中，组装体18被馈送到垂直定向的拉丝塔20，诸如垂直定向车床，用于制造预制体28或光纤28’(参见图1)。所属领域技术人员将了解，任何常规的垂直定向的拉丝设备可以用于形成光纤预制体或光纤，前提是所述设备装备有如下文描述的加热元件。
参考图1到2B，组装体18优选地进入拉丝塔20的上部开口端22，且所得预制体28或光纤28’退出拉丝塔20的相对下部开口端24。更特定地说，组装体18的下端18b在RIT、脱机RIC或联机RIC预制体/纤维制造过程开始时优选地以稳定方式定位在拉丝塔20的上部开口端22处，且预制体28或纤维28’通过在拉丝过程期间熔化变形且视情况由于重力拉伸而从下部开口端24连续拉出。当组装体18的上端18a作为预制体28或纤维28’退出拉丝塔20时，完成生产方法。拉丝塔20优选地包括多个制动轮27以减缓预制体/纤维的移动(参见图1)。
随着组装体18从拉丝塔20的上部开口端22朝下部开口端24行进，芯棒12和外包管14由加热元件32加热到足以使所述两个组件软化且熔融在一起以形成单体的预定温度。加热元件32优选地具有大体上环形构造且定位在拉丝塔内或周围以形成拉丝塔的热区26。
当拉丝过程或运行开始时，随着组装体18下降穿过拉丝塔20且接近热区26，开始加热组装体的下端(即，前端)18b。随着组装体18的下端18b接近热区26且达到第一温度，外包玻璃管14和芯棒12开始软化，且软化的外包玻璃管14开始塌缩在芯棒12上，使得第一界面间隙30的大小减小(参见图1)。如果存在薄壁套管62，那么第二界面间隙64的大小类似地减小(参见图2B)。优选地，外包管14在芯棒12上软化和塌缩发生在近似1,600℃到2,200℃的温度下。更优选地，外包管14在芯棒12上软化和塌缩发生在近似1,600℃到1,700℃的温度下。然而，所属领域技术人员将了解，诸如运行时间和吞吐量的其它因素也会影响外包管14开始塌缩在芯棒12上的时间。
在一个实施方案中，在拉丝过程/运行的开始阶段处，组装体18的下端18b处的软化区域的部分优选地开始形成启动块或下降块(未展示)。启动块或下降块随后被挤压成封闭以密封组装体18的下端18b。
随着组装体18继续行进穿过拉丝塔20，组装体的下端18b随后进入热区26。在热区26中，下端18b被加热到高于第一温度的第二温度，在第二温度下，塌缩的外包玻璃管14的软化玻璃开始黏附到芯棒12的软化玻璃。因而，在拉丝塔20的热区26中，芯棒12和外包玻璃管14开始熔融在一起以开始形成预制体28或纤维28’。优选地，软化塌缩的外包管14到软化的芯棒12的黏附发生在近似1,600℃到2,200℃的温度下。更优选地，软化塌缩的外包管14到软化的芯棒12的黏附发生在近似1,800℃到2,200℃的温度下。然而，所属领域技术人员将了解，诸如运行时间和吞吐量的其它因素也会影响塌缩的外包管开始黏附到芯棒时的阶段。
随着组装体18的整个长度L行进穿过拉丝塔20，组装体的每个部分均以此逐区方式加热。具体地说，在拉丝过程/运行期间，外包玻璃管14的接续部分随着这些部分接近热区26且被加热到第一温度而被连续地加热且塌缩在玻璃芯棒12的对应部分上。随后，随着外包玻璃管14和芯棒12的接续部分进入热区26且被加热到第二更高温度，软化且塌缩的外包玻璃管和软化的玻璃芯棒彼此黏附且熔融在一起以连续地形成预制体28。
根据本发明的实施方案，随着外包管14的部分塌缩在玻璃芯棒12上，组装体18优选地经历处理过程以消除或减小存在于芯棒12与外包管14之间的界面间隙30(或外包管14与薄壁套管62之间的界面间隙64)中的有机和无机污染物和缺陷的存在，诸如界面气泡和空气管路。处理过程包括连续地遍及拉丝过程/运行或只在拉丝过程/运行的选择阶段处使界面间隙30、64中的一者或两者的压力循环。更特定地说，如下文中更详细地描述，通过间歇地抽排真空以从界面间隙30、64中的一者或两者排放气体(即，降低压力)和将一种或多种气体提供给界面间隙(即，增加压力)，界面间隙压力在外包管14塌缩在芯棒12上期间循环重复次数或连续地遍及拉丝过程而循环。
现在将详细地描述处理过程的特定步骤和用来执行这些步骤的设备。为了简单起见，以下描述只是指芯棒12与外包管14之间的第一界面间隙30的处理。然而，所属领域技术人员将了解，在薄壁套管62被提供来包围组装体18的情形中，相同处理过程可以用于外包管14与薄壁套管62之间的第二界面间隙64的处理。
参考图1，组装体18的上端18a优选地被固定或附接到手柄34。手柄34优选地具有足够大的大小以完全遮盖组装体18的上端18a。在一个实施方案中，手柄34优选地具有圆形横截面形状和等于或大于组装体18的直径的直径。更特定地说，在使用中，组装体18的上端18a被手柄34完全封闭或遮盖。所属领域技术人员将了解，虽然术语手柄在下文中是用于说明目的，但是诸如罩、盖塞、套环、端帽等等的任何适当描述术语可以用于识别手柄状组件的目的。
手柄34包括延伸穿过手柄主体的孔隙或孔36。优选地，孔36大体上位于手柄34的几何中心处。然而，所属领域技术人员将了解，孔36可以位于手柄34的主体内的任何位置处，诸如大体上与界面间隙30对准的位置处。气体接头38优选地被固定到手柄34的孔36，使得孔充当气体从组装体18的供应和排放的端口。
气体接头38优选地密封地接合到手柄34的孔36或孔36内。在一个实施方案中，垫圈(未展示)优选地安置在气体接头38的外周边与手柄34的孔36的内周边之间，以保证接头与手柄之间的充分密封。垫圈的使用还保证没有多余的气体可通过孔36进入界面间隙30且没有所需气体可通过孔退出界面间隙。垫圈优选地是由被构造来承受高温的橡胶(诸如耐高温的尼龙材料)制成。
气体接头38优选地被构造来促进一种或多种气体到组装体18中的供应且还促进组装体中的真空的施加。更优选地，在遍及拉丝过程/运行的某些周期处，气体接头38使得一种或多种气体能够被供应到组装体18的芯棒12与外包管14之间的界面间隙30，而在遍及所述过程的其它周期处，气体接头使得能够施加真空于界面间隙且排放其中存在的任何气体。
参考图3，气体接头38是气体供应系统40的部分。更特定地说，在一个实施方案中，气体供应系统40包括连接到气体接头38的主气体管路42。优选地，主气体管路42包括多个连接且配合的柔性或刚性软管、管或管道。主气体管路42的软管、管和/或管道各自优选地是由耐腐蚀材料制成。在优选实施方案中，主气体管路42包括多个互连且配合的硅酮橡胶软管和不锈钢管道。然而，所属领域技术人员将了解，主气体管路42可以包括单个一体形成的管路。优选地，主气体管路42的一端密封地连接到气体接头38。
参考图3，主气体管路42优选地连接到至少两个不同气体源且由至少两个不同气体源供应。在一个实施方案中，主气体管路42是由净化气体的第一源44和处理气体的第二源46供应。优选地，净化气体是至少一种实质上惰性气体，诸如氮气、氦气、氩气或其混合物。净化气体优选地经由净化气体管路52从第一源44供应到主气体管路42，净化气体管路52的一端连接到净化气体源且其另一端连接到主气体管路。
处理气体优选地是氧化气体或还原气体，如本文中更完整地描述。处理气体优选地经由处理气体管路54从第二源46供应到主气体管路42，处理气体管路54的一端连接到处理气体源且其另一端连接到主气体管路。类似于主气体管路42，净化气体管路52和处理气体管路54各自优选地包括多个连接且配合的柔性和刚性软管、管或管道，但是将了解，每一管路可以包括单个一体形成的管路。
气体供应系统40还优选地包括排放管路48，其一端连接到真空源50，诸如真空泵，且其另一端连接到主气体管路42。真空源50促进经由主气体管路42和排放管路48排放组装体18的界面间隙30中存在的任何气体。
在一个实施方案中，净化气体供应管路52、处理气体供应管路54和排放管路48全部优选地经由气体歧管系统连接到主气体管路42，使得气体可经由单个端口且更特定地说经由形成于手柄34中的孔36供应到组装体18和从组装体18排放。
在另一实施方案中，主气体管路42和排放管路48是相同管路，使得主气体/排放管路的一端连接到真空源50且主气体/排放管路的另一端连接到气体接头38。在此构造中，净化气体供应管路52和处理气体供应管路54经由气体歧管系统连接到主气体/排放管路，且气体可经由形成于手柄34中的孔36供应到组装体18和从组装体18排放。
优选地，排放管路48、净化气体供应管路52和处理气体供应管路54各自具有流量控制阀56。更优选地，管路48、52、54中的每一者具有用于流量控制的电磁阀56。压力计58优选地提供在主气体管路42上且与监测界面间隙30的压力的压力传感器操作地通信。因而，气体供应优选地通过使用提供在界面间隙30中的压力传感器测量气压的浮动且然后基于测量值供应气体而实现。至少净化气体供应管路52和处理气体供应管路54还优选地各自具有过滤膜60和流量计，诸如质量流量控制器或仅仅针阀，用于测量和控制气体的流速。
气体供应系统40的每个组件优选地操作上受控于中央控制器(未展示)。更特定地说，净化气体供应管路52、处理气体供应管路54和排放管路48的操作受控于控制器。然而，所属领域技术人员将了解，气体供应系统40可以由监测界面间隙30的压力测量的操作者手动控制。
在处理过程的一个实施方案中，在组装体18开始行进穿过拉丝塔20之前，组装体18的下端18b的部分被密封。然后在手柄34上提供匙状物或盖(未展示)且在组装体引入到拉丝塔中之前施加真空于主体。
在另一实施方案中，在加热之前没有形成此密封部分。相反地，在塔20中的加热期间，组装体18的启动或下降块被挤压成封闭以密封下部前端18b。然而，在组装体18的启动或下降块被挤压成封闭以密封下部前端18b之前，净化气体的正流视情况通过净化气体供应管路52和主气体管路42从净化气体源44供应到界面间隙30。在此选用步骤中，在拉丝过程/运行的开始阶段处，用于排放管路48和处理气体供应管路54的控制阀是在关闭位置中，而用于净化气体供应管路52的控制阀是在打开位置中。
净化气体优选地以预定流速和预定压力供应到界面间隙30。优选地，净化气体是在由组装体18产生的多达近似20毫巴的系统背压或头压下以多达近似每分钟10升的流速供应。更优选地，净化气体是在多达近似10毫巴的系统背压下以近似每分钟1升到5升的流速供应。最优选地，净化气体是在近似3毫巴的系统背压下以近似每分钟1.5升的流速供应。在优选实施方案中，净化气体是氮气。
在启动/下降块被挤压使得组装体18的下部前端18b被密封且净化气体流过界面间隙30之后，界面间隙压力开始增加。一旦界面间隙压力达到第一压力设置点，控制器从净化流量控制模式切换到真空控制模式。更具体地说，一旦间隙30中的压力达到近似20毫巴到40毫巴且更优选地近似25毫巴，控制器提示用于净化气体供应管路52的控制阀从打开位置切换到关闭位置，使得净化气体的供应终止。
大体上同时地，控制器提示用于主气体管路42的控制阀切换到打开位置且提示真空源50开始操作，藉此抽排真空且减小界面间隙30中的压力直到达到第二压力设置点(示为图4和图5上的P2)为止。第二压力设置点是预定负(真空)压力。
此初始真空使存在于界面间隙30中的所有气体以及存在于手柄34的顶端空间中的任何气体经由主气体管路42和排放管路48排放或从间隙吸出。在拉丝过程的此阶段处于界面间隙30中建立初始真空压力还促进外包玻璃管14塌缩到组装体18的芯棒12上，尤其是在组装体靠近加热元件32的区域中。
因此，处理过程开始于首先使净化气体流过界面间隙，藉此增加界面间隙压力，且随后抽排界面间隙上的真空，藉此降低界面间隙压力和排放或排出净化气体和来自界面间隙的任何反应产物。然而，所属领域技术人员将了解，给界面间隙30供应净化气体的步骤是选用的。
因此，在一个实施方案中，处理过程开始于一旦组装体18的下部前端18b被密封便抽排初始真空，藉此将界面间隙30的压力降低到预定标称真空压力(即，第二压力设置点P2)且使其中存在的任何气体被排放或排出。参考图4到图6，第二压力设置点P2优选地是近似-800毫巴到-950毫巴且更优选地近似-900毫巴到-930毫巴且最优选地近似-930毫巴(近似80毫巴绝对值到90毫巴绝对值)或更低的标称真空压力。
当达到所需真空压力时，控制器从真空控制模式切换到处理流量控制模式，其中处理气体流过界面间隙30以增加间隙的压力且与其中存在的污染物反应(参见图4到图6)。在处理流量控制模式中，用于排放管路48的控制阀切换到关闭位置，真空源50优选地停止操作，用于净化气体供应管路52的控制阀保持在关闭位置中，且用于处理气体供应管路54的控制阀切换到打开位置。
在一个实施方案中，处理气体是氧化气体，诸如标准的空气、干燥的空气、富含氧气的空气、纯氮气与氧气的混合物、纯氧气或其混合物。在另一实施方案中，处理气体是还原气体，诸如一氧化碳、二氧化碳、氢气、富含氢气的气体(诸如甲烷、氨气和硫化氢)或其混合物。
当非所需有机污染物存在于界面间隙30中时氧化气体尤其有利地用作处理气体，因为氧化气体与有机污染物反应且使有机污染物燃烧。氧化和还原气体两者均尤其有利地用作处理气体以实现存在于界面间隙30中的金属杂质或原子种类的氧化状态变为非所需氧化状态，诸如诸如Fe2+、Cu2+和Ni2+。
在一个实施方案中，处理气体优选地是标准的空气或氧气。在另一实施方案中，处理气体优选地是富含氧气的空气，其中氧气含量为近似30％到50％且更优选地近似40％。在另一实施方案中，处理气体优选地是一氧化碳。
随着外包管14被加热且塌缩在芯棒12上，处理气体被供应到组装体18且更特定地说被供应到界面间隙30。因此，在外包管14塌缩在芯棒12上期间，处理气体流过界面间隙30。
随着处理气体被供应到界面间隙30，界面间隙的压力开始从第二压力设置点P2的真空压力(优选地近似-930毫巴)朝第三压力设置点P3上升(参见图4到图6)。处理气体优选地以预定流速流过界面间隙直到达到第三压力设置点P3为止。一旦达到近似-900毫巴的压力，通常开始污染物的氧化/还原。
优选地，处理气体是以多达近似每分钟20升的流速供应直到界面间隙压力达到近似-10毫巴到5毫巴为止。更优选地，处理气体是以近似每分钟1升到10升的流速供应直到界面间隙压力达到近似-5毫巴到5毫巴为止。最优选地，处理气体是以近似每分钟1升到10升的流速供应直到界面间隙压力达到近似0毫巴(规格)的第三压力设置点P3为止。将了解，近似0毫巴或近似0毫巴规格等于或等效于大气压。
一旦界面间隙30的压力达到第三压力设置点P3(优选地近似0毫巴)，处理气体的流速被优选地调整使得界面间隙压力保持在0毫巴。处理气体继续以此调整流速供应持续预定时间周期。
在一个实施方案中，在界面间隙压力达到近似0毫巴之后，处理气体优选地以调整流速供应到界面间隙30持续近似10秒钟到近似5分钟，更优选地持续近似30秒钟到近似3分钟，且最优选地持续近似3分钟。在另一实施方案中，在界面间隙压力达到近似0毫巴之后，处理气体优选地被供应到界面间隙持续相对较短的持续时间，优选地持续近似10秒钟到近似3分钟，更优选地持续近似30秒钟到近似2分钟，且最优选地持续近似1分钟。
在处理气体的供应经过预定时间周期之后(即，一旦实现所需程度的污染物的氧化或还原)，控制器从处理流量控制模式切回到真空控制模式，其中处理气体的供应终止且真空源50开始操作以降低界面间隙30的压力且在其中重建真空压力。真空还使界面间隙30中存在的所有气体(诸如通过处理气体与有机污染物的反应产生的燃烧气体)经由主气体管路42和排放管路48排放或从间隙吸出。
因此，处理过程涉及通过间歇地抽排真空以从界面间隙30排放气体(即，降低压力)、将处理气体提供给界面间隙(即，增加压力)、抽排真空以重建真空压力且从界面间隙排放反应产物(即，降低压力)(以此类推)来使界面间隙压力循环。在一个实施方案中，一旦第一次重建真空压力，处理过程完成且组装体18到预制体28或纤维28’的拉丝在真空下继续进行。
在另一实施方案中，一旦第一次重建所需真空压力，重复界面间隙压力的循环。具体地说，控制器切回到处理流量控制模式，其中处理气体以上述参数流过界面间隙30。然后，在处理气体的供应经过预定时间周期之后，控制器再次切回到真空控制模式以第二次重建所需真空压力。控制器然后可以切回到处理流量控制模式以进行额外处理或可以保持在真空控制模式中，表明处理过程完成且组装体18的拉丝应在真空下继续进行。
在一个实施方案中，在形成下降块且挤压下降块之后，在拉丝过程/运行的开始阶段执行处理过程(即，界面间隙压力的循环)。优选地，拉丝过程/运行的开始阶段对应于拉丝过程/运行中的某个时刻，在所述时刻，组装体18的第一半靠近且行进穿过拉丝塔20的热区26。虽然处理气体沿着组装体18的整个长度L流过界面间隙30，但是拉丝过程/运行的开始期间的界面间隙压力的循环已被发现造成大幅改善光纤预制体或光纤，因为诸如预制体中的气泡或所拉丝纤维中的空气管路的视觉缺陷趋向于在拉丝过程/运行的开始期间变大。
更特定地说，在此实施方案中，界面间隙压力的循环优选地是在组装体的长度L中靠近下端和前端18b的一半的加热期间实行。即，界面间隙压力优选地是在组装体的长度L中靠近下端和前端18b的一半以内外包管14塌缩在芯棒12上的生产运行的阶段期间循环。更优选地，界面间隙压力优选地是在组装体18的长度L中靠近下端和前端18b的三分之一以内外包管14塌缩在芯棒12上的生产运行的阶段期间循环。最优选地，界面间隙压力优选地是在组装体18的长度L中靠近下端和前端18b的四分之一以内外包管14塌缩在芯棒12上的生产运行的阶段期间循环。
在另一实施方案中，处理过程(即，界面间隙压力的循环)是在拉丝过程/运行的结束阶段期间执行。优选地，拉丝过程/运行的结束阶段对应于拉丝过程/运行中的某个时刻，在所述时刻，组装体18的第二半靠近且行进穿过拉丝塔20的热区26。此外，处理气体沿着组装体18的整个剩余长度L流过界面间隙30。然而，界面间隙压力关于拉丝过程/运行的结束阶段的循环已被发现造成大幅改善光纤预制体或光纤，因为非所需氧化状态中存在的金属杂质或原子缺陷趋向于在拉丝过程/运行结束期间最为突出。
更特定地说，在此实施方案中，界面间隙压力的循环优选地是在组装体18的长度L中靠近上部和尾端18a的第二半的加热期间实行。即，界面间隙压力优选地是在组装体的长度L中靠近上部和尾端18a的一半以内外包管14塌缩在芯棒12上的生产运行的阶段期间循环。更优选地，界面间隙压力是在组装体18的长度L中靠近上部和尾端18a的三分之一以内外包管14塌缩在芯棒12上的生产运行的阶段期间循环。最优选地，界面间隙压力是在组装体18的长度L中靠近上部和尾端18a的四分之一以内外包管14塌缩在芯棒12上的生产运行的阶段期间循环。
在另一实施方案中，界面间隙压力的循环是在拉丝过程/运行的开始阶段处且然后再次在拉丝过程/运行的结束阶段处执行。在另一实施方案中，通过间歇地抽排真空以排放气体(即，降低压力)、提供处理气体(即，增加压力)、抽排真空以排放反应产物(即，降低压力)(以此类推)，界面间隙30的压力在外包管14塌缩在芯棒12上期间循环重复次数或连续地遍及拉丝过程循环。
对于这些实施方案中的任一者，所属领域技术人员将了解，处理气体行进穿过界面间隙30的持续时间可以取决于所使用的特定氧化/还原气体的反应动力和界面间隙30中存在的污染物的特定类型而改变。还将了解，处理气体的流速取决于所使用的处理气体的特定类型以及界面间隙30的总大小。还将了解，处理气体流动的持续时间必须被充分限制以免干扰塌缩过程，维持足够的真空以支撑芯棒12，且保证维持芯棒12的几何形状。
实例1
根据图4中以图形描绘的拉丝过程/运行制造光纤预制体。启动组装体包括由掺杂锗和氟的纯石英玻璃制成的芯棒，其插入在由纯石英玻璃制成的外包管内。组装体然后连续馈送穿过拉丝塔且在其中被逐区地加热以使外包玻璃管塌缩在玻璃芯棒上且黏附到玻璃芯棒。
在过程/运行开始时，界面间隙压力维持在近似0毫巴规格的压力下，且在近似13分钟之后，启动/下降块被挤压来密封下部前端18b。界面间隙压力然后开始上升且因此控制器提示真空源50开始操作。初始真空随后被抽排来将界面间隙压力降低到近似-930毫巴的标称真空压力(示为图4上的P2)。当达到-930毫巴时，控制器切换到处理流量控制模式以使处理气体(尤其是具有近似40％的氧气含量的富含氧气的空气)流过界面间隙30。处理气体的流动造成间隙压力增加。一旦界面间隙压力达到近似0毫巴规格(示为图4上的P3)，处理气体的流量被调整来维持此界面间隙压力，且处理气体以调整流速流过界面间隙持续近似3分钟。在经过3分钟之后，重复处理步骤。
具体地说，真空再次被抽排来将界面间隙压力降低到近似-930毫巴，处理气体然后再次流过界面间隙以将压力增加到近似0毫巴，处理气体的流量被调整来维持近似0毫巴的界面间隙压力，处理气体以调整流速流过界面间隙30持续近似3，且最后真空再次被抽排来重建近似-950毫巴的真空压力持续拉丝过程/运行的持续时间。
实例2
根据图5中以图形描绘的拉丝过程/运行制造光纤预制体。启动组装体与用于实例1的组装体相同。组装体然后连续馈送穿过拉丝塔且在其中被逐区地加热以使外包玻璃管塌缩在玻璃芯棒上且黏附到玻璃芯棒。
处理过程是在拉丝过程/运行的结束阶段期间执行，尤其是在组装体中靠近主体18的尾端18a的部分被加热的阶段期间执行。在处理过程之前，光纤预制体(即，朝向主体的前端)的形成是以近似-950毫巴的真空压力进行以维持组装体的几何形状。
为了开始处理过程，控制器从真空控制模式切换到处理流量控制模式，使得处理气体(尤其是标准的空气)流过界面间隙30以将界面间隙压力增加到近似0毫巴的设置点P3。处理气体的流量然后被调整来维持0毫巴界面间隙压力，且处理气体以调整流速流过界面间隙持续近似1分钟。在经过1分钟之后，真空被抽排来将界面间隙压力降低到近似-930毫巴的设置点P2。然后，重复处理步骤。
具体地说，处理气体再次流过界面间隙以使界面间隙压力循环恢复到多达近似0毫巴，处理气体流速再次被调整来维持0毫巴界面间隙压力，处理气体以调整流速流过界面间隙持续近似1分钟，且真空再次被抽排。界面间隙维持在近似-930毫巴的标称真空压力持续近似10分钟，然后通过处理气体再次流过界面间隙增加到近似0毫巴，且最后降低到近似-950毫巴的真空压力持续拉丝过程/运行的剩余部分。
实例3
根据图6中以图形描绘的拉丝过程/运行制造光纤预制体。拉丝过程本质上是针对实例1和2描述的过程的组合。具体地说，组装体的处理是在拉丝过程/运行的开始阶段(即，组装体中靠近组装体的前端的部分被加热且塌缩的阶段期间)实行，且然后再次在拉丝过程/运行的结束阶段(即，组装体中靠近组装体的尾端的部分被加热且塌缩的阶段期间)实行。所使用的处理气体是标准的空气。
在处理过程的所有实施方案中，去除非所需有机和无机污染物，且在所得预制体28中减少或防止视觉缺陷和杂质，诸如界面气泡、空气管路、异物内含物、模糊的界面部分和由污染物造成的其它缺陷。在处理过程的所有实施方案中，还减小由所得光纤中的此类缺陷和杂质造成的衰变。
所属领域技术人员将明白，在不违背上述实施方案的广泛发明概念的情况下可对所述实施方案作出改变。因此，应了解，本发明不限于所公开的特定实施方案，反而旨在涵盖如由随附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (26)

1.一种制造光纤预制体或光纤的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供玻璃管和玻璃芯棒；
(b)将所述玻璃芯棒插入到所述玻璃管中以形成组装体；
(c)加热所述组装体以使所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上且黏附到所述玻璃芯棒；和
(d)在所述组装体的至少部分的加热期间通过以下项处理所述玻璃芯棒与所述玻璃管之间的第一界面间隙：
(i)在所述第一界面间隙中建立真空压力，
(ii)通过使富含氧气的空气流过所述第一界面间隙持续预定时间来增加所述界面间隙的压力，和
(iii)在经过所述预定时间之后在所述第一界面间隙中重建真空压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氧气的空气包括近似30％到近似50％的氧气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氧气的空气包括近似40％的氧气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中逐区地加热所述组装体的整个长度，所述加热开始于所述组装体的第一前端处且终止于所述组装体的相对第二尾端处。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括密封所述组装体的所述前端且在加热所述组装体之前在所述第一界面间隙中建立真空压力。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一界面间隙的处理是在所述组装体中靠近所述组装体的所述第一前端的部分的加热期间执行。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一界面间隙的处理是在所述组装体中靠近所述组装体的所述第二尾端的部分的加热期间执行。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括重复处理所述第一界面间隙的所述步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，所述富含氧气的空气流过所述第一界面间隙持续近似10秒钟到近似5分钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，所述富含氧气的空气流过所述第一界面间隙持续近似30秒钟到近似3分钟。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，所述富含氧气的空气流过所述第一界面间隙持续近似3分钟。
12.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述组装体周围提供玻璃套管以形成第二界面间隙且加热所述组装体和玻璃套管以使所述玻璃套管塌缩在所述组装体上且黏附到所述组装体。
13.根据权利要求12所述的方法，其还包括在加热期间通过以下项处理所述第二界面间隙：
(i)在所述第二界面间隙中建立真空压力，
(ii)通过使富含氧气的空气流过所述第二界面间隙持续预定时间来增加所述界面间隙的压力，和
(iii)在经过所述预定时间之后在所述第二界面间隙中重建真空压力。
14.一种制造光纤预制体或光纤的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供玻璃管和玻璃芯棒；
(b)将所述玻璃芯棒插入到所述玻璃管中以形成组装体，所述组装体具有第一前端和相对第二尾端；
(c)通过开始于所述组装体的所述第一前端加热所述组装体的长度将所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上；和
(d)在所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上期间通过以下项处理所述玻璃芯棒与所述玻璃管之间的第一界面间隙：
(i)在靠近所述组装体的所述第二尾端将所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上期间在所述第一界面间隙中建立真空压力，
(ii)在靠近所述组装体的所述第二尾端将所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上期间通过使处理气体流过所述第一界面间隙持续预定时间来增加所述界面间隙的压力，和
(iii)在靠近所述组装体的所述第二尾端将所述玻璃管塌缩在所述玻璃芯棒上期间在所述第一界面间隙中重建真空压力。
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括密封所述组装体的所述第一前端且在加热所述组装体的所述长度之前在所述第一界面间隙中建立真空压力。
16.根据权利要求14所述的方法，其中当在所述第一界面间隙中建立真空压力时，去除所述界面间隙中存在的气体。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述处理气体是以下项中的至少一种：空气、干燥空气、富含氧气的空气、纯氮气与氧气的混合物、纯氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、氨气和硫化氢。
18.根据权利要求14所述的方法，其还包括重复处理所述第一界面间隙的所述步骤。
19.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，所述处理气体流过所述界面间隙持续从近似10秒钟到近似3分钟。
20.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，所述处理气体流过所述界面间隙持续从近似30秒钟到近似2分钟。
21.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一界面间隙压力达到近似0毫巴规格之后，所述处理气体流过所述界面间隙持续近似1分钟。
22.根据权利要求14所述的方法，其中处理所述第一界面间隙的所述步骤是在所述组装体的所述长度中靠近所述组装体的所述第二尾端的一半的加热期间执行。
23.根据权利要求22所述的方法，其中处理所述第一界面间隙的所述步骤是在所述组装体的所述长度中靠近所述组装体的所述第二尾端的四分之一的加热期间执行。
24.根据权利要求22所述的方法，其中处理所述第一界面间隙的所述步骤是在所述组装体的所述长度中靠近所述组装体的所述第二尾端的三分之一的加热期间执行。
25.根据权利要求14所述的方法，其还包括在所述组装体周围提供玻璃套管以形成第二界面间隙且加热所述组装体和玻璃套管以使所述玻璃套管塌缩在所述组装体上且黏附到所述组装体。
26.根据权利要求25所述的方法，其还包括在加热期间通过以下项处理所述第二界面间隙：
(i)在所述第二界面间隙中建立真空压力，
(ii)通过使富含氧气的空气流过所述第二界面间隙持续预定时间增加所述界面间隙的压力，和
(iii)在经过所述预定时间之后在所述第二界面间隙中重建真空压力。
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