CN108508528B - 用于多芯光纤的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种用于制作多芯光纤且减小与共同包层管连接的玻璃块的质量的方法。用于多芯光纤的制作方法顺序地包括如下步骤：预制件形成步骤，形成共同包层管，共同包层管具有在第一端与第二端之间延伸的多个孔；插入步骤，将芯棒插入到孔中，呈芯棒的端部从第一端凹入的状态；热收缩步骤，通过加热来缩小第一端的直径；密封步骤，通过将玻璃块连接至第一端来密封孔；以及拉制步骤，从第二端使孔的内部减压并且在将共同包层管和芯棒结合起来的同时从第一端进行旋转。

Description

用于多芯光纤的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于多芯光纤的制作方法。
背景技术
最近，通过光通信经由光纤传输的数据量在增加。这其中一个原因在于使用手机的通信数据量增加了，并且这增加了基站之间以及基站与电信运营商之间的通信数据量。在电视广播中，例如，已部分开启或安排所谓的4K广播和8K广播，并且经由有线电视的广播分布增加了通信数据量。
为了应对通信数据量的增加，已主动研究并报道了如下多芯光纤，在每根多芯光纤中单根光纤包括多个芯部。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同包层中。因为芯部不耦合的多芯光纤允许经由芯部传输并接收通信数据，所以可以根据芯部数量来增加通信数据量。在芯部耦合的多芯光纤中，在芯部之间传递通信数据。然而，因为通信数据可以被接收侧的信号处理分离，所以可以根据芯部数量来增加通信数据量。
在用于多芯光纤的已知制作方法中，在将由石英玻璃制成的芯棒插入到由石英玻璃制成的共同包层管的多个孔中之后，在将共同包层管与芯棒结合起来的同时进行拉制。在该方法中，已知如下技术：在光纤的拉制开始之前，通过将直径与共同包层管的直径相同的玻璃块连接至共同包层管(芯棒被插入到共同包层管中)的拉制端来密封共同包层管的拉制端(见例如日本未经审查的专利申请公开No.2006-160528)。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于制作多芯光纤且减小与共同包层管连接的玻璃块的质量的方法。
根据本发明的用于多芯光纤的制作方法顺序地包括如下步骤：预制件形成步骤、插入步骤、热收缩步骤、密封步骤和拉制步骤。在预制件形成步骤中，形成共同包层管，所述共同包层管由石英玻璃制成并具有在第一端与第二端之间沿轴向延伸的多个孔。在插入步骤中，将由石英玻璃形成的芯棒插入到所述共同包层管的所述多个孔中，呈所述芯棒的端部从所述第一端凹入的状态。在热收缩步骤中，通过加热所述第一端来缩小所述第一端的直径。在密封步骤中，通过将玻璃块连接至所述第一端来密封所述多个孔。在拉制步骤中，从所述第二端将所述共同包层管中的所述多个孔的内部减压并且在将所述共同包层管和所述芯棒结合起来的同时从所述第一端进行旋转。
在根据本发明的用于多芯光纤的制作方法中，在所述插入步骤之前或之后可以包括直径缩小步骤，所述直径缩小步骤使所述共同包层管的外周部从所述第一端起在固定范围内渐缩，以缩小所述外周部的直径。在该情况下，在所述直径缩小步骤之后，所述共同包层管的最外周的孔与所述共同包层管的所述外周部之间的厚度在所述第一端处优选为10mm以下。在根据本发明的用于多芯光纤的制作方法中，所述多个孔中的相邻孔之间的厚度在所述第一端处可以为10mm以下。
在根据本发明的用于多芯光纤的制作方法中，所述玻璃块可以具有顶点以及要与所述第一端连接的基部，在与所述共同包层管的轴线垂直的横截面的面积中，所述顶点小于所述基部。在该情况下，当所述基部具有半径r cm时，所述玻璃块的质量优选小于2.63×r3g。另外，所述玻璃块优选具有大于或等于1.15r cm的高度h cm。
在根据本发明的用于多芯光纤的制作方法中，在所述拉制步骤开始之前，可以在保持所述多个孔在所述第一端处密封的同时通过进行熔化拉伸来从所述共同包层管去除所述玻璃块。
根据本发明，因为可以减小与共同包层管连接的玻璃块的尺寸和质量，所以可以在防止玻璃块掉落的同时制作多芯光纤。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的预制件形成步骤。
图2示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的插入步骤。
图3A和图3B示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的热收缩步骤。
图4A和图4B示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的密封步骤。
图5A和图5B示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的拉制步骤。
图6示出了根据本发明的第二实施例的用于多芯光纤的制作方法中的预制件形成步骤。
图7示出了根据本发明的第二实施例的用于多芯光纤的制作方法中的直径缩小步骤。
图8示出了根据本发明的第二实施例的用于多芯光纤的制作方法中的插入步骤。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。在附图的描述中，相同的元件将用相同的附图标记表示，并且有时将省略对它们的冗余的描述。应注意的是，本发明无论如何都不意图受限于下文中举例说明的实例，而是如权利要求书的范围所描述的，意图包括落入与权利要求书的范围等同的含义和范围内的所有变型。
在光纤的光纤拉制之前，进行被称为“光纤拉丝(fiber pulling)”的操作，以使通过加热光纤预制件的拉制开始端而产生的玻璃滴滴落。在日本未经审查的专利申请公开No.2006-160528中描述的方法中，当布置在共同包层管中的芯部数量增加时，密封共同包层管的拉制开始端所需的玻璃块的直径增大，并且这还增大了玻璃块的质量(重量)。因此，容易发生玻璃块自身掉落的现象。如果玻璃块自身掉落，则再次进行操作。在最坏的情况下，从共同包层管的制备开始再次进行操作，而这降低了多芯光纤的制作效率。
第一实施例
图1示出了根据第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的预制件形成步骤。图1的左部为共同包层管10的正视图，而图1的右部为共同包层管10的侧剖图。在多芯光纤的制作中，首先在预制件形成步骤中形成共同包层管10。共同包层管10由石英玻璃制成，并具有在第一端11与第二端12之间沿轴向延伸的多个孔13。术语“轴向”指的是从第一端11至第二端12的方向或与该方向相反的方向。虽然在第一实施例中孔13的数量为7个，但孔13的数量可以为大于或等于2的任意自然数。还可以给定例如19或37等两位数的自然数作为孔13的数量的特定实例。
共同包层管10的相邻的孔13之间的厚度可以为例如10mm以下。共同包层管10的厚度可以在相同圆周上相邻的孔13之间是最小的。作为选择，共同包层管10的厚度可以在一个半径上相邻的孔13之间是最小的。在前者情况中，距离d1为10mm以下。在后者情况中，距离d2为10mm以下。通过将共同包层管10的相邻的孔13之间的厚度设定为10mm以下，可以在不改变半径的情况下将更多个芯部布置在共同包层管10中。优选的是，在形成共同包层管10之后，对共同包层管10的孔13的内壁面进行气相蚀刻处理，并且通过如下清洁处理来清洁孔13的内部：在使氯气或氧气的清洁气体通过孔13的同时加热共同包层管10。
图2示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的插入步骤。芯棒14由石英玻璃制成，并且芯棒14的外径比芯棒14要插入的孔13的直径稍小。可以通过使孔13的直径相同来给予芯棒14相同的外径。在该情况下，当形成孔13和芯棒14时，可以减少因直径不同而导致的麻烦。此外，可以使要制作的多芯光纤中的芯部的光传播特性相同，并且可以提高使用多芯光纤的通信的性能。将芯棒14从共同包层管10的第一端11插入到孔13中。作为选择，可以将芯棒14从第二端12插入到孔13中。
图3A和图3B示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的热收缩步骤。在图3A中，将芯棒14插入到孔13中，使得芯棒14的端部从第一端11凹入。在芯棒14的端部从第一端11凹入的状态下，加热第一端11。也就是说，图3A示出了：在芯棒14的位于第一端11的端部从第一端11凹入以形成凹部15的状态下，利用例如燃烧器60加热共同包层管10的第一端11。
图3B示出了通过加热第一端11来缩小共同包层管10的第一端11的直径的状态(图3B的左部为正视图，而图3B的右部为侧剖图)。如图3A所示，当将燃烧器60置于共同包层管10的第一端11附近时，第一端11的至少外周部被加热。通过加热，石英玻璃熔化，并且表面张力起作用而减小熔化的石英玻璃的表面积。如图3B所示，部分16收缩，并且第一端11的直径缩小。
如图3B所示，通过将共同包层管10的相邻的孔13之间的厚度设定为较小(例如10mm以下)，共同包层管10的孔13之间的材料的温度在第一端11处容易升高，并且还可容易地使孔13在第一端11处的内径缩小。当孔13在第一端11处的内径在短时间内缩小时，第一端11处的芯棒14可以防止孔13因加热而熔化且闭合，并且使得孔13在凹部15与第二端12之间连通。因此，当从第二端12侧进行减压时，也可以使凹部15减压。因此，不管凹部15是否存在，抑制了气泡的形成，并且可以提高要制作的多芯光纤的质量。
图4A和图4B示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的密封步骤。在密封步骤中，通过将玻璃块30连接至第一端11来从第一端11侧密封多个孔13。能够通过密封孔13来进行上述减压。
为了防止玻璃块30自身在拉制步骤(稍后描述)中掉落，优选地使玻璃块30的质量小。因此，在玻璃块30的形状中，可以根据共同包层管10的第一端11的直径(该直径因热收缩步骤而缩小)使基部31的直径d3小于预制件形成步骤中的共同包层管10的直径。
为了进一步减小玻璃块30的质量，玻璃块30优选地具有随着距共同包层管10的距离增大而直径减小的形状而不是筒状，并且更优选地具有顶点32，在与共同包层管10的轴线垂直的横截面的面积中，该顶点32小于基部31。因为玻璃块30具有顶点32，所以可以减小玻璃块30的质量。当从玻璃块30的外部观察时，玻璃块30在基部31与顶点32之间的侧面朝玻璃块30的内部凹陷。换句话说，优选的是，玻璃块30应被包括在由顶点32和基部31限定的锥体的内部。通过使用这种形状的玻璃块30，可以进一步减小玻璃块30的质量。
实验性地发现：玻璃块30的基部31与顶点32之间的距离(玻璃块30的高度)的优选范围的下限值与基部31的半径成正比。根据实验，当基部31的半径r为3.5cm时，玻璃块30的距离h的下限值为4.0cm，从而在拉制之前通过加热形成玻璃滴。因此，高度h的优选范围的下限值为(40/35)×r＝1.15×r cm。当玻璃块30成形如直圆锥体那样时，玻璃块30的质量M(单位：克(g))的下限值遵循下式：
M＝2.2×(πr2×h)/3＝2.63×r3.
值2.2表示玻璃密度(单位：g/cm3)。因此，当玻璃块30被包括在直圆锥体的内部时，玻璃块30的质量M(单位：g)优选地小于2.63×r3。这可以更可靠地形成玻璃滴且减小玻璃块30的质量。
图4B是示出了操作管40被连接至第二端12的状态的侧剖图。操作管40的侧壁的厚度可以例如为共同包层管10的最外周上的孔13与共同包层管10的外周部之间的厚度。通过使用这种厚的操作管40，操作管40的侧壁不会封闭所有孔13，并且可以利用操作管40来使孔13的内部减压。可以在插入步骤之前进行操作管40与第二端12的连接。当操作管40的侧壁没有封闭所有孔13时，操作管40的侧壁的厚度的上限值的实例为孔13的直径以及共同包层管10的最外周上的孔13与共同包层管10的外周部之间的厚度的总和。
图5A和图5B示出了根据本发明的第一实施例的用于多芯光纤的制作方法中的拉制步骤。图5A示出了在玻璃块30面向下的情况下与操作管40连接的共同包层管10被置于竖直位置的状态，利用操作管40使插入有芯棒14的孔13的内部减压，并且将共同包层管10的第一端11和玻璃块30置于加热炉50中。利用加热炉50加热玻璃块30，并且玻璃滴形成且掉落。因此，在拉制步骤中，通过使用因玻璃滴掉落而连续的玻璃丝(glass string)来进行光纤拉丝。在这之后，在从第一端11将共同包层管10和芯棒14结合起来的同时进行旋转，从而制作多芯光纤。
如图5B所示，共同包层管10的第一端11和玻璃块30被置于加热炉50中并因此熔化。因此，可以在保持孔13在第一端11处被玻璃块30密封的同时，向下熔化拉伸熔化的玻璃块30和第一端11。这时，可以去除熔化拉伸的玻璃块30的团块部(lump)33。为了安全操作，优选地在熔化拉伸玻璃块30的同时反复进行去除，且不会形成这种团块部33。因此，通过去除熔化拉伸的玻璃块30的团块部33，可以去除从光纤拉丝开始被旋转的玻璃块30或可以减小玻璃块30的质量。这可以缩短直到多芯光纤的旋转开始所需的时间。
如上所述，根据第一实施例，可以通过引入热收缩步骤来缩小共同包层管10的第一端11的直径。因此，可以通过减小密封第一端11的玻璃块30的基部31的尺寸来减小玻璃块30的质量。减小质量可以防止玻璃块30的掉落，并且可以抑制多芯光纤的制作效率的劣化。
第二实施例
图6示出了根据第二实施例的用于多芯光纤的制作方法中的预制件形成步骤，并且是共同包层管10的侧剖图。为了制作多芯光纤，首先在预制件形成步骤中形成共同包层管10。共同包层管10由石英玻璃制成，并具有在第一端11与第二端12之间沿轴向延伸的多个孔13。虽然在第二实施例中设置在共同包层管10内部的孔13的总数量也为7个，但孔13的总数量可以为两个以上的任意自然数。
与第一实施例类似的是，共同包层管10的相邻的孔13之间的厚度可以为例如10mm以下。优选的是，在形成共同包层管10之后，对孔13的内壁面进行气相蚀刻处理，并且通过如下清洁处理来清洁孔13的内部：在使氯气或氧气的清洁气体通过孔13的同时加热共同包层管10。这一点也与第一实施例的情况类似。
图7示出了如下状态：在预制件形成步骤之后通过直径缩小步骤使得共同包层管10的外周部16的一部分从自第一端11起在固定范围内渐缩并且直径缩小。可以利用机械方法或化学方法来进行直径缩小。因为可以利用直径缩小步骤来减小外周部16在第一端11处的厚度d4，所以可以通过要在之后进行的热收缩步骤使第一端11处的直径甚至小于第一实施例的第一端11处的直径。因此，可以进一步减小玻璃块30的基部的直径和玻璃块30的质量。
在利用直径缩小步骤的第一端11的直径缩小中，共同包层管10的最外周的厚度d4在第一端11处优选地为10mm以下。通过使上述厚度为10mm以下，可以使得在之后的热收缩步骤中第一端11的直径缩小效果增强。这可以进一步减小要与共同包层管10连接的玻璃块的尺寸和质量。
图8示出了在直径缩小步骤之后将芯棒14插入到多个孔13中的插入步骤。与第一实施例类似的是，芯棒14由石英玻璃制成，并且芯棒14的外径比芯棒14将要插入的孔13的直径稍小。将芯棒14从共同包层管10的第一端11插入到孔13中。作为选择，可以将芯棒14从第二端12插入到孔13中。虽然在第二实施例中在插入步骤之前进行直径缩小步骤，但也可以根据需要在插入步骤之后进行直径缩小步骤。
在这之后，与第一实施例类似的是，执行热收缩步骤和密封步骤，并且将操作管40连接至共同包层管10的第一端11。然后，在玻璃块30面向下的情况下将共同包层管10置于竖直位置，使被芯棒14插入的孔13的内部经由操作管40减压，并且将共同包层管10的第一端11和玻璃块30置于加热炉50中。在拉制步骤中，在从第一端11侧将共同包层管10和芯棒14结合起来的同时进行旋转，从而制作多芯光纤。
如上所述，根据第二实施例，因为引入了直径缩小步骤，所以可以进一步缩小共同包层管10的第一端11的直径。因此，可以通过减小玻璃块30的质量来防止密封第一端11的玻璃块30的掉落，并且这可以抑制多芯光纤的制作效率的劣化。

Claims (11)

1.一种用于多芯光纤的制作方法，顺序地包括如下步骤：
预制件形成步骤，形成共同包层管，所述共同包层管由石英玻璃制成并具有在第一端与第二端之间沿轴向延伸的多个孔；
插入步骤，在用于减压的操作管被连接至所述第二端的同时，从所述第一端将由石英玻璃形成的芯棒插入到所述共同包层管的所述多个孔中，呈所述芯棒的端部从所述第一端凹入的状态；
热收缩步骤，通过加热所述第一端来缩小所述第一端的直径；
密封步骤，通过将玻璃块连接至所述第一端来密封所述多个孔；以及
拉制步骤，通过利用所述操作管从所述第二端将所述共同包层管中的所述多个孔的内部减压并且在将所述共同包层管和所述芯棒结合起来的同时从所述第一端进行旋转，来制作所述多芯光纤。
2.根据权利要求1所述的用于多芯光纤的制作方法，还包括：
直径缩小步骤，在所述插入步骤之前或之后，所述直径缩小步骤使所述共同包层管的外周部从所述第一端起在固定范围内渐缩，以缩小所述外周部的直径。
3.根据权利要求2所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
在所述直径缩小步骤之后，所述共同包层管的最外周的孔与所述共同包层管的所述外周部之间的厚度在所述第一端处为10mm以下。
4.根据权利要求1所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
所述多个孔的相邻的孔之间的厚度在所述第一端处为10mm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
所述玻璃块具有顶点以及要与所述第一端连接的基部，在与所述共同包层管的轴线垂直的横截面的面积中，所述顶点小于所述基部。
6.根据权利要求5所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
当所述基部具有半径rcm时，所述玻璃块的质量小于2.63×r3g。
7.根据权利要求6所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
所述玻璃块具有大于或等于1.15r cm的高度h cm。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
在所述拉制步骤开始之前，在保持所述多个孔在所述第一端处密封的同时通过进行熔化拉伸来从所述共同包层管去除所述玻璃块。
9.根据权利要求5所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
在所述拉制步骤开始之前，在保持所述多个孔在所述第一端处密封的同时通过进行熔化拉伸来从所述共同包层管去除所述玻璃块。
10.根据权利要求6所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
在所述拉制步骤开始之前，在保持所述多个孔在所述第一端处密封的同时通过进行熔化拉伸来从所述共同包层管去除所述玻璃块。
11.根据权利要求7所述的用于多芯光纤的制作方法，其中，
在所述拉制步骤开始之前，在保持所述多个孔在所述第一端处密封的同时通过进行熔化拉伸来从所述共同包层管去除所述玻璃块。
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