CN108503211B - 多芯光纤的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多芯光纤的制造方法，该方法用于在对共用包层管中的孔进行降压的同时制造多芯光纤。多芯光纤的制造方法包括：预制件形成步骤：形成共用包层管，该共用包层管具有在第一端与第二端之间延伸的多个孔；端面加工步骤：从第二端将共用包层管挖切至预定深度以形成第三端；连接步骤：将玻璃管连接至第二端；插入步骤：将芯棒插入孔中并插至第三端；密封步骤：对第一端进行密封；以及拉制步骤：在经由玻璃管对孔进行降压并且从第一端对共用包层管和芯棒进行结合的同时对多芯光纤进行拉丝。

Description

多芯光纤的制造方法
技术领域
本发明涉及多芯光纤的制造方法。
背景技术
近来，通过光通信经由光纤传输的数据量不断增加。一个原因在于，使用手机的通信数据量增加了，而这使基站之间以及基站与电信运营商之间的通信数据量增加。在电视广播中，例如所谓的4K广播和8K广播已部分地开始或已列入计划，并且经由有线电视的广播分配使通信数据量增加。
为了应对通信数据量的增加，已积极研究和报道了每根光纤均包括多个芯部的多芯光纤。在多芯光纤中，多个芯部沿光纤的延伸方向(轴向)布置在由玻璃制成的共用包层中。由于非耦合型芯部的多芯光纤允许经由每个芯部发送和接收通信数据，因此可以根据芯部的数量增加通信数据量。在耦合型芯部的多芯光纤中，通信数据在芯部之间传输。然而，由于可以通过接收侧的信号处理使通信数据分离，因此可以根据芯部的数量增加通信数据量。
在已知的多芯光纤的制造方法中，在将由石英玻璃制成的芯棒插入到由石英玻璃制成的共用包层管的多个孔中之后，在对共用包层管和芯棒进行结合的同时实施拉制。在该方法中，已知在经由玻璃管(连接至与要拉制的端部相反的端部)对孔进行降压的同时实施拉制(参见，例如，日本未审查专利申请公开No.2006-160528)。
发明内容
本发明的目的在于提供制造多芯光纤的方法，该方法包括在可靠地对共用包层管中的孔的内部进行降压并且对共用包层管和芯棒进行结合的同时对多芯光纤进行拉制(拉丝)。
根据本发明的多芯光纤的制造方法包括：(1)预制件形成步骤：形成共用包层管，所述共用包层管由石英玻璃制成并且具有在第一端与第二端之间沿轴向延伸的多个孔；(2)端面加工步骤：从所述第二端朝向所述第一端将除外周部之外的所述共用包层管挖切至预定深度以形成第三端；(3)连接步骤：将玻璃管连接至所述第二端；(4)插入步骤：将由石英玻璃制成的芯棒插入所述共用包层管的所述多个孔中并插至所述第三端；(5)密封步骤：在所述第一端处对所述多个孔进行密封；以及(6)拉制步骤：在经由所述玻璃管对所述多个孔的内部进行降压并且从所述第一端对所述共用包层管和所述芯棒进行结合的同时对所述多芯光纤进行拉丝。
在根据本发明的多芯光纤的制造方法中，所述预定深度可以为20mm以上。在所述拉制步骤中施加于所述共用包层管与所述玻璃管之间的连接界面的拉应力(M/S)可以为2kgf/cm2以下。这里，S表示共用包层管与玻璃管之间的连接面积，并且M表示在拉制步骤中施加于连接界面的力，该力是共用包层管、插入在共用包层管中的多个孔中的芯棒以及在密封步骤中所连接的玻璃块的重量(重力)的总和。所述密封步骤可以包括将玻璃块连接至所述第一端以在所述第一端处对所述多个孔进行密封。
根据本发明，可以在可靠地对共用包层管中的孔的内部进行降压并且对共用包层管和芯棒进行结合的同时制造多芯光纤。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的多芯光纤的制造方法中的预制件形成步骤。
图2A和图2B示出了根据实施例的多芯光纤的制造方法中的端面加工步骤。
图3示出了根据实施例的多芯光纤的制造方法中的连接步骤。
图4示出了根据实施例的多芯光纤的制造方法中的插入步骤。
图5示出了根据实施例的多芯光纤的制造方法中的密封步骤。
图6示出了根据实施例的多芯光纤的制造方法中的拉制步骤。
图7A至图7E示出了根据比较例的多芯光纤的制造方法。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。在附图中，相同元件将由相同的附图标记表示，并且有时省略对相同元件的冗余描述。应注意的是，本发明并不旨在被局限于以图示的方式呈现的这些实例，而旨在包括如在权利要求的范围中描述的，在与权利要求的范围等同的范围内的全部变化。
优选的多芯光纤在包括多个芯部的同时具有与常规光纤的玻璃直径相同的玻璃直径。出于上述目的，使形成在用于拉制的共用包层管中的孔的内径和插在孔中的芯棒的外径减小，并且使共用包层管中最外周(最靠外周布置)的孔与共用包层管的外周之间的厚度减小。由于为了在拉制期间实施降压需要将玻璃管连接至共用包层管的与要拉制的端部相反的端部，因此当使共用包层管中最外周的孔与共用包层管的外周之间的厚度减小时，已连接的玻璃管将最外周的孔封闭，并且这有时会妨碍在这些孔中充分地降压。因此，在制成的多芯光纤中留有气泡，并且有时这会使质量降低。
实施例
图1示出了根据本发明的实施例的多芯光纤的制造方法中的预制件形成步骤。在多芯光纤的制造中，首先在预制件形成步骤中形成共用包层管1。图1是共用包层管1的侧剖视图。
共用包层管1由石英玻璃制成。共用包层管1包括第一端11、第二端12和外周部10。在共用包层管1内部，多个孔在第一端11与第二端12之间延轴向延伸。术语“轴向”是指从第一端11到第二端12的方向或与该方向相反的方向。尽管图1示出了孔V1至孔V5，但孔可以布置为六角密排结构以增加孔的布置密度。在六角密排结构中，当从第一端11或第二端12观看共用包层管1时，孔V3布置在中央并且包括孔V2和孔V4的孔布置在以孔V3的位置为中央的六角形的顶点处。此外，包括V1和V5在内的其它孔可以朝向外周部10布置。如将在后文中描述的，可以将芯棒插入孔V1至孔V5中。
要插入孔V1至孔V5中的芯棒形成光纤中包层的一部分以及芯部。因此，为了在不改变光纤的直径的情况下增加芯部的数量，需要减小孔V1至孔V5的内径dv和芯棒的外径，并且减少共用包层管1内部的最外周的孔V1和孔V5与共用包层管1的外周部10之间的厚度d1。
图2A和图2B示出了根据本发明的实施例的多芯光纤的制造方法中的端面加工步骤。图2A示出了从第二端12朝向第一端11对除外周部10之外的共用包层管1进行挖切之后的状态。通过沿轴向挖切共用包层管1，除外周部10之外的部分在第二端12侧形成第三端13。第三端13形成在第二端12侧的外周部10的内侧。
在图2A中，d3表示从第二端12挖切共用包层管1的深度。深度d3优选为20mm以上。这是由于，如图2B所示，有时将共用包层管1的外周部10的内侧挖切为除在端面加工步骤中形成第三端131之外还在孔V1和孔V5的侧面形成台阶部分132。在这种情况下，外周部10与最外周的孔V1及V5之间的厚度在第二端12处发生变化。因此，如果d3较小，则用于将玻璃管与第二端12连接起来的加热处理有时在台阶部分132附近引起不均匀变形和断裂。当如上文所述，将d3设定为20mm以上时，即使对共用包层管1的外周部10的孔侧面进行了挖切，也可以防止在将玻璃管和第二端12连接起来时通过加热处理在被挖切的共用包层管1的外周部10(台阶部分132附近)中产生不均匀变形和由于变形导致的断裂。
如图2A所示，即使没有形成台阶部分132，如果d3较小，则当将玻璃管与第二端12连接起来时，通过对第二端12和被插入到孔V1至孔V5中的芯棒进行的加热处理而被传输到第三端13的热量也可能使孔V1至孔V5熔化并封闭。因此，即使没有形成台阶部分132，d3也优选地被设定为20mm以上。尽管在实施例中在预制件形成步骤之后实施端面加工步骤，但也可以在端面加工步骤之后实施预制件形成步骤。
图3示出了根据本发明的实施例的多芯光纤的制造方法中的连接步骤。图3示出了具有厚度d2的玻璃管3被连接至共用包层管1的第二端12的状态。在连接中，共用包层管1的第二端12与玻璃管3放置为彼此靠近，共用包层管1和玻璃管3在被旋转的同时被例如燃烧器加热，并且使共用包层管1的第二端12和玻璃管3的端部熔化以使共用包层管1和玻璃管3结合。即使当dv+d1小于d2时，在共用包层管1和玻璃管3结合之后也保持了由通过挖切形成的第三端13所限定的间隙14，并且维持了经由孔V1和孔V5以及间隙14与玻璃管3的内部W的连通。
尽管图3示出了紧接着端面加工步骤之后实施连接步骤，但连接步骤也可以在端面加工步骤之后且在拉制步骤之前的任何时间实施。例如，连接步骤可以在接在端面加工步骤之后的插入步骤之后实施。当在插入步骤之后实施连接步骤时，如果共用包层管1和玻璃管3在连接步骤中被旋转，则芯棒15有时被例如因旋转而产生的振动移动至第一端11或第二端12。因此，有时优选的是在插入步骤之前实施连接步骤。
玻璃管3用于在后续的拉制步骤中悬挂并支撑共用包层管1。因此，如果共用包层管1的第二端12与玻璃管3之间的连接区域S较小并且在共用包层管1的第二端12与玻璃管3之间的已连接部分施加有较大重力，则共用包层管1的第二端12与玻璃管3之间的连接界面的单位面积产生的拉应力增加。因此，在拉制步骤期间在已连接部分处可能产生断裂。因此，由于施加到已连接部分的重力M而产生的以M/S计算的拉应力优选地小于或等于2kgf/cm2。因此，需要考虑共用包层管1的重量、在端面加工步骤中的挖切量、在要在下文描述的插入步骤中的芯棒的重量以及在密封步骤中的密封方法，使得拉应力变为2kgf/cm2。
图4示出了将由石英玻璃制成的芯棒15插入到共用包层管1中的多个孔V1至V5中的插入步骤。尽管将芯棒15从第一端11插入到孔V1至孔V5中，但如果连接步骤尚未实施并且玻璃管3未连接至第二端12，则也可以将芯棒15从第二端12插入到孔V1至孔V5中。芯棒15的外径比孔V1至孔V5的内径稍小。因此，即使当芯棒15插入在孔V1至孔V5中时，也可以经由孔V1至孔V5的第二端12对孔V1至孔V5的第一端11实施降压。
在插入步骤中，可以将芯棒15插至第三端13，如同图4中最上面的芯棒15那样，而不浪费芯棒15，这是由于在第三端13的更靠近第二端12的一侧不存在共用包层管1的材料。
图5示出了共用包层管1的第一端11通过实施密封步骤而被密封的状态。通过密封，共用包层管1的第一端11处的孔V1至孔V5被封闭并且进入气密状态。图5示出了利用具有锥形侧面的玻璃块40对共用包层管1的第一端11进行密封。与当共用包层管1自身软化和变形时相比，根据本实施例，第一端11可以被更容易地密封。
用于密封的玻璃块不限于锥形玻璃块40，而是还可以使用圆柱状玻璃块40。作为选择，将另一玻璃管与共用包层管1的第一端11连接，在对孔V1至孔V5进行降压的同时对第一端11进行加热，并且对共用包层管1和另一玻璃管进行拉制以使它们之间的距离增加，从而可以通过将共用包层管1和芯棒15在第一端11处结合对第一端11进行密封。在实施棒内熔缩(rod-in collapse)处理时，需要在将与共用包层管1的第一端连接的玻璃管去除之后实施拉制步骤。从而，利用玻璃块40通常更容易进行密封。
当在插入步骤中将芯棒15分别插入孔V1至孔V5中时，这些芯棒15可以从第一端11凹进。即，芯棒15在第一端11处的端部与共用包层管1的第一端11之间可以形成空间。借助于这些空间，当在密封步骤中对第一端11进行密封时，被热量熔化的石英玻璃的表面张力使第一端11的直径减少。这样可以减少例如玻璃块的尺寸和玻璃块的重量。
在预制件形成步骤中，共用包层管1的外周部10在共用包层管1的第一端11处可以被切割以形成斜切面20。因此，当在密封步骤中利用玻璃块对第一端11进行密封时，可以通过减小玻璃块的直径使玻璃块的重量减少并且使玻璃块、共用包层管和被插入孔中的芯棒的重量的总和减少。因此，可以防止共用包层管1与玻璃块的连接界面的断裂。另外，可以防止玻璃块在拉制步骤开始时在玻璃块自身的重量作用下脱落。
图6示出了共用包层管1被放置为第一端11朝下的直立位置的状态，其中芯棒15插入在孔V1至孔V5中、第一端11被密封并且玻璃管3与第二端12连接。经由玻璃管3对插有芯棒15的孔V1至孔V5的内部进行降压，并且将共用包层管1的第一端11放置在加热炉50中。由于利用例如玻璃块40对第一端11进行密封，因此防止了芯棒15落下。此外，由于孔V1和孔V5经由间隙14与玻璃管3的内部W连通，因此经由玻璃管3的内部W对孔V1和孔V5进行降压。
通过在该状态下对第一端11进行加热，形成玻璃液滴并且玻璃液滴落下。通过由正在落下的玻璃液滴接续出玻璃丝(glass strand)来实施光纤拉丝(fiber pulling)。在这之后，在拉制步骤中，通过在从第一端11对共用包层管1和芯棒15进行结合的同时实施拉丝来制造多芯光纤。
综上所述，根据实施例，即使当在端面加工步骤中使共用包层管1的外周部10与最外周的孔V1和孔V5之间的厚度减少并使孔V1至孔V5的内径减小时，也可以对孔V1至孔V5进行降压。
比较例
图7A至图7E示出了根据比较例的多芯光纤的制造方法，并且图7A示出了预制件形成步骤。在根据比较例的多芯光纤的制造方法中，与实施例类似地，在预制件形成步骤中形成共用包层管1。
在比较例中，在不对共用包层管1的第二端12进行挖切的情况下共用包层管1和玻璃管3连接在一起。图7B示出了在连接步骤中玻璃管3被连接至共用包层管1的第二端12的状态。在连接中，与实施例类似地，共用包层管1的第二端12与玻璃管3放置为彼此靠近，共用包层管1和玻璃管3在被旋转的同时被例如燃烧器加热，并且使共用包层管1的第二端12和玻璃管3的端部熔化以使共用包层管1和玻璃管3结合。当在不对共用包层管1的第二端12进行挖切的情况下共用包层管1和玻璃管3连接在一起时，如果dv+d3小于d2，则孔V1和孔V5在第二端12处被玻璃管3的外周部30封闭。
图7C示出了在孔V1和孔V5在第二端12处被玻璃管3封闭的同时在插入步骤中将芯棒15插入在孔V1至孔V5中。即使当插入芯棒15时，孔V1和孔V5也在第二端12处保持为被玻璃管3封闭。
图7D示出了在密封步骤中第一端11被玻璃块40密封的状态。孔V1和孔V5在第一端11和第二端12处完全被封闭。
图7E示出了在拉制步骤中将第二端12与玻璃管3连接的共用包层管1放置为第一端11朝下的直立位置的状态。即使当想要经由玻璃管3对孔V1至孔V5的内部进行降压时，由于孔V1和孔V5在第二端12处完全被封闭，因此不能对孔V1和孔V5的内部进行降压。因此，在实施拉制时，由于空气留在孔V1和孔V5中而导致在芯体周围留存有气泡，并且这有时会使要制造的多芯光纤的质量降低。为了解决该问题，必须在降压环境中实施连接步骤和密封步骤，并且必须由比在拉丝步骤中对玻璃管3的内部进行降压时的装备更大的装备来实施。这增加了多芯光纤的制造成本。

Claims (3)

1.一种多芯光纤的制造方法，包括：
预制件形成步骤：形成共用包层管，所述共用包层管由石英玻璃制成并且具有在第一端与第二端之间沿轴向延伸的多个孔；
端面加工步骤：从所述第二端朝向所述第一端将除外周部之外的所述共用包层管挖切20mm以上以形成第三端；
连接步骤：将玻璃管连接至所述第二端；
插入步骤：将由石英玻璃制成的芯棒插入所述共用包层管的所述多个孔中并插至所述第三端；
密封步骤：在所述第一端处对所述多个孔进行密封；以及
拉制步骤：在经由所述玻璃管对所述多个孔的内部进行降压并且从所述第一端对所述共用包层管和所述芯棒进行结合的同时对所述多芯光纤进行拉丝。
2.根据权利要求1所述的多芯光纤的制造方法，其中
在所述拉制步骤中施加于所述共用包层管与所述玻璃管之间的连接界面的拉应力为2kgf/cm2以下。
3.根据权利要求1或2所述的多芯光纤的制造方法，其中
所述密封步骤包括将玻璃块连接至所述第一端以在所述第一端处对所述多个孔进行密封。
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