CN1064462A - 制造一种光波导体毛坯的方法 - Google Patents

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Abstract

制造一种光波导体毛坯的方法，这种方法是，在 一根圆柱形玻璃制芯棒上覆盖一个管状粉末层的覆 盖层，并通过加热固结，粉末层的相对密度大约为 6％，在固化处理过程中，其密度提高到25至50％。
为使这种方法不对所生成的毛坯造成损坏，先用 很小的加热速度加热粉末层，加热速度从约150℃以 后以倍数提高。

Description

本申请涉及制造一种光波导体毛坯的方法，这种方法是，在一根圆柱形玻璃制的芯棒上覆盖一个管状粉末层的表面层，并通过加热使其在等温线的温度场中固化。固结时粉末层的相对密度大约为6%，在固化处理过程中，其密度提高到25至50%。为使这种方法不对所生成的毛坯造成损坏，先用很小的加热速度加热粉末层，加热速度从约150℃以后以倍数提高。最后在高于1250℃的温度下，粉末层烧结成表面。
名为MSP方法（MSP-毛坯的机械成形）的这样一种方法是已知的（见论文：“制造光导纤维毛坯的技术”，《电气通讯设施》杂志，3/4，1988）。采用目前已知的方法可以制造出玻璃制光波导体，其质量体现在衰减值上几乎能达到理论上可行的极限，现在的工作是要用全力来减少制造费用。为此还作出各种努力其目的在于加大毛坯，可以用这样的毛坯连续不断地制成长段光波导体。从一个最后直径为55毫米长为50厘米的毛坯可以拉出一条长为100公里的光波导体。
按照MSP方法制造毛坯时，由氧化粉末组成的表面层其初始堆积密度为5～15%，经过温度作用被固化，提高到至少为其最终密度（＝100%密度）的25%（最后烧结成的玻璃表面密度为100%），此时，会引起所形成的物体弯曲和断裂。这种半成品毛坯的毁坏显然是由于不利于芯棒与正在成形的表面发生相互作用所致。
固化的表面层必须是无裂缝的，以使由其烧结的、玻璃状表面层同样也是无裂缝的，而且由该光波导体毛坯拉制成的光波导体其衰减值不会增大。
由于粉末状的、或者极为多孔的表面层在固化过程中不但在其径向、而且在轴向都有剧烈的收缩，因此必须要保证管状表面层能够在芯棒上滑移，如果这一点达不到，表面层牢固地粘合在芯棒上，则所生成的光波导体毛坯会断裂。
在固化时，多孔表面层中仍会含有少量物质。如果这些物质在固化过程中或在此后未被除去，则会影响制成光波导体的光导性能。
本发明要解决的技术问题是提供一种固化的方法，使固化的表面层中不产生裂缝，因此使生成的光波导体毛坯不会断裂。
此外，应该还有可能达到，在固化过程中至少可以去掉一部分在多孔表面层中含有的杂质及不希望的一些元素。
按照本发明，这一技术问题的解决方案是，将粉末层慢慢地加热到约150℃，然后再以一个较快的速度使温度连续地升到1150℃至1200℃，并长时间地保持该最终温度。
如果采用这一方法对表面层进行固化处理，那么此时在多孔表面层内的微粒之间其粘着力大于玻璃芯棒与表面层之间的粘着力。因此，当表面层不但在径向而且在轴向几乎都被各向同性固结时，多孔表面层就能够在芯棒上滑移。为了保证由氧化粉末组成的表面层在固化时不变形，按照另一个发明构思，在一个大约为1200℃高温、具有等温线温度分布的空间中固结，使相对密度达到25至50%。
当表面层的固化是在一个具有等温线温度分布的空间中进行时，那么芯棒与表面层基本上处于同样的温度下。
在固化过程中，粉末层在最高温度几乎为1200℃的氦气氛中被预干燥，同时多孔表面层沿轴向收缩，这时，表面层沿着芯棒滑移。而芯棒没有什么变形。多孔表面层的收缩过程几乎是各向同性的。本发明有利的布置为：使粉末层用氦冲洗或净化，在氦中混有极少量的氧，但最多不超过10%（容积百分比）。
按本发明的方法具体如下所述：
一根内径15厘米长110厘米的玻璃管，在该玻璃管内装有一根与其同轴的直径为8毫米的玻璃芯棒，玻璃管内充填SiO2粉末，其相对密度为5%。光波导体毛坯制成后的表面直径与芯棒直径之比应该是2.5，计算值的误差应是5.0×10-3。
按照本发明的方法上述配置的构件在一个具有等温线温度场的熔炉中由30℃被加热直到最高为1180℃。加热是连续进行的，其中在第一阶段，是以0.5℃/分的加热速度升温到约150℃，从150℃开始以2℃/分的加热速度升温。在1180℃的最高温度下保温3小时。
用这种方法制成的产品是一种无裂缝的、几何形状均匀的光波导体毛坯，其表面相对密度为50%，在长度为50厘米时表面层的直径为66厘米。在固化过程中，该表面层几乎是各向同性收缩，在径向的收缩是很微小的，也就是说约大5%。
采用这种方法制成的光波导体毛坯在必要时可以经过进一步处理后、例如除去杂质后，紧接着放在一个具有100℃/厘米温度梯度的梯度温度场的烧结炉中，在1530℃左右温度下烧结。这样一个光波导体毛坯可以拉出一根100公里长的光波导体。
包含在多孔表面层中的杂质一般是物理式或化学式的结合水、氯化物、如氯化锗和铁化合物。这些在光波导体内影响光导性能的物质必须在固化过程中、或者在紧接着的氯化过程中除去。
在固化过程中，主要是用氦作为循环用气体，这种气体是化学惰性的，具有高导热性，并且容易渗透过玻璃。当氮与含量极少的氧混合时，更容易除去碳氢化合物。

Claims (5)

1、一种制造光波导体毛坯的方法，其中在一个玻璃制圆柱形的芯棒上覆盖一个管状粉末层作为表面层，通过加热在一个等温线的温度场中固化，最后在高于1250℃的温度下被烧结成表面，其特征是，使粉末层慢慢地被加热到150℃，然后以较快的速度使温度连续地升高到1150℃至1200℃，长时间在最终温度下保温。
2、一种制造光波导体毛坯的方法，其中，以粉末作为光波导体表面层覆盖在芯棒上，在很高的温度下固化，最后在高于1250℃的温度下烧结成表面，其特征是，在一个大约为1200℃的等温线温度分布的空间中固结至相对密度至少为25%。
3、按权利要求1或2所述的方法，其特征是，使粉末层固结至相对密度为25～50%。
4、按照权利要求1或后面任一项所述的方法，其特征是，使粉末层用氦冲洗或净化。
5、按权利要求4所述的方法，其特征是，在氦中混有极少量的氧，但最多不超过10%（容积百分比）。
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