CN1195110A - 光学纤维预制体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种制造光学纤维预制体的方法,通过改性化学汽相淀积方法进行,包括步骤:(1)将形成预制体的石英管固定到固定夹具上;(2)将物料气体供应系统中的物料气体送入石英管中;(3)在气流控制部分的控制下供应氧气和天然气作为燃烧炉的热源;(4)随着燃烧炉在横向方向移动加热旋转的石英管;(5)通过步骤(4)在石英管的内表面上形成烧结透明层和特殊的硬壳;(6)重复步骤(5)在石英管的内表面上形成镀层和芯层;和(7)通过用燃烧炉加热到高温软化步骤(6)中所得到的产品并冷凝石英管的内部空间。

Description

光学纤维预制体的制造方法
本发明涉及一种制造光学纤维预制体的方法，特别涉及一种使用天然气代替氢气作为燃烧炉的热源来加热石英管的方法，目的是操作时没有潜在的爆炸危险。
在所有种类的光学纤维中，最广泛使用的是由主要组份石英(二氧化硅)和用于调节折射率的选择性组份氧化磷或氧化锗组成的石英基光学纤维。制造上述石英基光学纤维预制体的方法分为三类：MCVD(改性的化学汽相淀积法)、VAD(汽相轴向淀积法)和OVD(外部汽相淀积法)。在制造高质量的石英基光学纤维预制体中最广泛使用的方法是MCVD法，包括在外部加热的石英管内发生化学反应来生产玻璃颗粒并同时将它们沉积在石英管的内表面。
下面参考图1对MCVD法进行详细的描述。
安装石英管10，使其两端与位于玻璃架50两边的固定夹具52衔接。当石英管10在玻璃架50上面旋转时，来自气体供应系统56中的氧气流载带的足够量的由SiCl4、GeCl4和其它化学添加物组成的物料气体12被送入石英管10中。然后使用氢气和氧气作为热源的燃烧炉20进行外部加热，形成管10中最热部分的高温区14。通过高温区14的物料气体12被如下表示的反应粒化： 和 。产生的颗粒流入石英管10内并由于热分解附着在石英管10内表面不太热的前部分。如果燃烧炉20以足够的速度沿着物料气体12流动的方向移动，那么随着燃烧炉20的移动形成颗粒并附着在石英管10的内表面上。附着的颗粒经过烧结，结果沿着燃烧炉20的移动轨迹在石英管10的内表面上形成玻璃。
下面更详细地描述上述方法。通过上述反应首先在石英管10的内表面上形成足够厚度的防止污染物质的镀层16。通过将第二种组成的物料气体12输入石英管10中形成光直接传导通过的芯层18。在约2300℃下通过外部加热，石英管10收缩和接着在封闭步骤中将石英管10转变成棒形，最后制成光学纤维预制体。
在MCVD中，用氢气和氧气作为热源供应燃烧炉来加热石英管。在这个步骤中，氢气和氧气反应生成水，引起燃烧炉有关设备腐蚀，缩短了它们的使用寿命，并且石英管表面的氢氧离子(OH-)的含量增加，结果增加了光学纤维的透明性损失。而且，作为燃烧炉热源的氢气昂贵，以至于增加了生产成本和由于潜在的爆炸危险而难于处理。
本发明的一个目的是提供一种制造光学纤维预制体的方法，此方法通过使用天然气作为燃烧炉的热源防止了在加热石英管的过程中水(H2O)的形成。
本发明的另一个目的是提供一种制造光学纤维预制体的方法，此方法能使石英管表面氢氧离子(OH-)的形成达最小。
本发明的再一个目的是提供一种制造光学纤维预制体的方法，该方法由于采用了天然气作为燃烧炉的热源而使生产成本降低。
本发明的最后一个目的是提供一种天然气，能防止潜在的爆炸并容易处理。
根据本发明，在制造光学纤维预制体的方法中，为了使石英管表面氢氧离子含量达最小，用来加热和冷凝石英管形成预制体的燃烧炉的热源是天然气。
为了实现本发明的目的，通过改性的化学汽相淀积方法进行的制造光学纤维预制体的方法包括如下步骤：(1)将形成预制体用的石英管固定到夹具上；(2)将物料气体供应系统中的物料气体送入石英管中；(3)在气流控制部分的控制下供应氧气和天然气作为燃烧炉的热源；(4)随着燃烧炉在横向方向移动，加热旋转的石英管；(5)通过步骤(4)在石英管的内表面上形成烧结的透明层和特殊的硬壳(incrustation)；(6)重复步骤(5)，在石英管的内表面上形成镀层和芯层，以及(7)通过用燃烧炉加热到高温来软化步骤(6)形成的产品和冷凝石英管的内部空间。
图1是说明通过通常使用的MCVD方法制造光学纤维预制体方法的示意图；和
图2是说明根据本发明的优选具体方案在使用MCVD方法制造预制体时使用天然气作为热源制备光学纤维预制体方法和所使用的的夹具的示意图。
图2是说明在使用MCVD方法制造预制体时使用天然气作为热源的光学纤维预制体的淀积和冷凝方法的示意图。
如图2所示，固定石英管10，使其两端与安装在玻璃架50两边的固定夹具52衔接。当玻璃架50上面的石英管10以50rpm(每分钟的转数)的速度旋转时，将来自气体供应系统56的氧气流载带的足够量的由SiCl4、GeCl4或POCl3和其它化学添加物如氟氯烷组成的物料气体12送入石英管10中。在计算机控制部分28的控制下的气流控制部分26b以60-70升/分钟的速度向燃烧炉20供应天然气24，使石英管10的表面温度升高到1900℃，而气流控制部分26a向燃烧炉20供应用足够量的氧气，完全点燃送入燃烧炉20的天然气24。使用的天然气24优选选自液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)和甲烷和丙烷气体，以提高石英管10中的淀积和冷凝效率。
在横向方向以足够的速度移动燃烧炉20，加热石英管10的外表面和形成管10中最热部分的高温区14。物料气体12通过高温区14被粒化成颗粒，该颗粒随着燃烧炉20的移动附着在石英管10的内表面上。在石英管10的内表面上形成足够厚度的防止污染物质的镀层16，接着将第二种组成的物料气体12引入石英管10中形成光直接传导通过的芯层18。
接着淀积，气流控制部分26b以大约100升/分钟的速度向燃烧炉20供应天然气24，如图1所示，气体供应系统56将Cl2和O2送入到石英管10中。在石英管10的横向方向以8厘米/分钟的速度移动在2250-2350℃温度范围的燃烧炉20，以便淀积玻璃产生直径大约为2-3mm的石英管10。在这个步骤中，石英管10的内部压力保持在1.1个压力下。根据进入石英管10中的物料气体12的组成，可以以4厘米/分钟或1.5厘米/分钟的速度移动燃烧炉20。
当将石英管10的一端长时间加热使其完全熔封后，随着燃烧炉20以0.8厘米/分钟的速度逐渐移动，通过以30rpm速度旋转石英管10使石英管10全部收缩。这样获得高质量的光学纤维预制体。然后用氟酸酸洗，干净地除去预制体表面上的残余碳或硫组份。
如上所述，按照本发明的优选具体方案，使用天然气代替氢气作为燃烧炉的热源制造光学纤维预制体的方法能降低气体成本大约五分之一，显著地节约预制体的生产成本和生产时间。使用天然气也提供了容易操作的舒适的工作环境，既没有在通常的氧气/氢气燃烧炉点燃过程中发生的爆炸噪音，也没有生成水，因此氢氧(OH-)的含量变为最小。减少了光学纤维的透明损失。
因此，应该明白，本发明不局限于本文所公开的实现本发明最好方式的具体实施方案，而且除了附属的权利要求书外，本发明不局限于说明书中描述的具体实施方案。

Claims (10)

1.一种制造光学纤维预制体的方法，包括使用天然气作为热源用燃烧炉加热和冷凝石英管形成预制体，以便使石英管的表面上的氢氧含量达最小。
2.根据权利要求1限定的方法，其中天然气是液化天然气或液化石油气以便用少量气流提高淀积和冷凝效率。
3.根据权利要求1限定的方法，其中天然气是甲烷和丙烷气体，以便用少量气流提高淀积和冷凝的效率。
4.一种制造光学纤维预制体的方法，通过改性的化学汽相淀积方法进行，包括步骤：
(1)将形成预制体用的石英管固定到固定夹具上；
(2)将物料气体供应系统中的物料气体送入石英管中；
(3)在气流控制部分的控制下供应氧气和天然气作为燃烧炉的热源；
(4)随着燃烧炉在横向方向移动，加热旋转的石英管；
(5)通过步骤(4)在石英管的内表面上形成烧结透明层和特殊的硬壳；
(6)重复步骤(5)，在石英管的内表面上形成镀层和芯层；和
(7)通过用燃烧炉加热到高温软化步骤(6)中所得到的产品并冷凝石英管的内部空间。
5.根据权利要求4限定的方法，其中天然气是液化石油气、或甲烷和丙烷气体以便用少量气流提高淀积和冷凝的效率。
6.根据权利要求4或5限定的方法，其中将来自气流控制部分的天然气以60-70升/分钟的速度供应燃烧炉，使石英管的表面加热到1900℃。
7.根据权利要求4限定的方法，其中气流控制部分向燃烧炉供应足够量的氧气，完全点燃步骤(3)中的天然气。
8.根据权利要求4限定的方法，其中在步骤(7)中气流控制部分以100升/分钟的速度向燃烧炉供应天然气。
9.根据权利要求4或8限定的方法，其中在2250-2350℃的温度范围内以8厘米/分钟、4厘米/分钟或1.5厘米/分钟的速度移动燃烧炉，加热和冷凝石英管。
10.根据权利要求4限定的方法，其中以30rpm和0.8厘米/分钟的速度移动燃烧炉，加热石英管，完全熔封石英管的内部空间。
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