CN1223532C - 光纤预型件的制造方法及光纤预型件以及光纤 - Google Patents

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Abstract

一种制造通过降低心部的偏心度和非圆率具有大的直径的光纤预型件的方法，并提供一种即使是大直径，仍然具有小的非圆率以及复杂折射率轮廓的光纤预型件，并提供可以用于色散补偿的光纤。本发明涉及一种插棒坍缩工艺，其中，经由对中夹具将一个玻璃棒固定到一个玻璃管(或者一个附加在端部上的毛坯管)中。通过对中夹具的固定在一端或两端进行，对中夹具为圆筒状，具有一个或多个缩径部，也可以没有缩径部。在固定在一端时，加热和结合工艺优选地从对向端开始进行。利用具有折射率分布的玻璃棒和玻璃管，可以实现复杂的轮廓。

Description

光纤预型件的制造方法及 光纤预型件以及光纤
技术领域
本发明涉及利用插棒坍缩法(rod-in collapse)制造光纤预型件(preform)的方法以及光纤。
背景技术
作为光纤预型件的制造方法，插棒坍缩方法是公知的，这种方法为：将至少具有心部的玻璃成形为棒状，将另一个成为包覆层的玻璃成形为厚的玻璃管，将该棒插入到该玻璃管内之后，一边加热一边使玻璃管内的压力处于比管外低的状态，将棒和玻璃管加热使之熔合，制成具有心部及包覆层的光纤预型件。将所获得的坍缩体作为预型件中间体，在其外周部利用VAD法和OVD法等气相合成法，或者插棒坍缩法形成包覆层制成大型的预型件。
利用这种方法，如图15A所示，将毛坯(dummy)管3a、3b连接到形成包覆层等用的玻璃管2上，并且将所述玻璃管2以中心轴呈铅直的方向(立式)置于图中省略的进行坍缩用的电阻炉、高频炉或者氢氧焰等热源附近，将玻璃管2的内表面进行腐蚀使之平滑化并除去杂质之后，将至少具有心部的玻璃棒(下面，有时也简称为玻璃棒)1用毛坯棒4以上推的形式插入玻璃管2内。插入玻璃棒1之后，在氯气等气氛中进行焙烧，干燥并除去杂质后，从玻璃管2的上部或者下部将其坍缩，制成光纤预型件。利用这种方法，如图15A所示，在玻璃棒1倾斜的状态下坍缩的可能性很大，由于重力加在因加热变得柔软的部分引起如图15B所示的那样的变形，所以，存在着所获得的光纤预型件的心部含容易发生偏心和变形的问题。
此外，如图16A所示，在把玻璃棒1配置在水平方向(横式)的情况下，在现有技术的方法中，将毛坯管3a、3b连接到玻璃管2的两端上，在该毛坯管3a、3b的一部分上形成缩径部5a、5b，如图所示将玻璃棒1插入贯穿到玻璃管2及毛坯管3a、3b中，将玻璃棒1熔融固定在一侧的毛坯管3b的缩径部5b上，从与固定侧相反的毛坯管3a侧进行坍缩。在这种情况下，特别是，当玻璃管2的外径在φ45mm以上时，由于加热量大，所以如图16B所示，当因为加热玻璃棒1变得柔软时，玻璃棒1移动，被加热的部分会发生变形，所以，所获得的光纤预型件，存在着和立式的情况同样的问题。
近年来，作为光纤之一，开发了利用在1.3μm波段具有零色散的光纤补偿在1.55μm波段进行光通信时产生的色散用的色散补偿光纤。由于1.3μm波段零色散光纤在1.55μm波段产生大的正色散，所以，为了补偿这种色散，色散补偿光纤在1.55μm波段必须具有与前述色散相反的负的大色散。
因此，色散补偿光纤，通过添加掺杂物加大心部/包覆层的比折射率差Δ(通常，在1.3μm传送用的最普遍的单模光纤中，为0.35％左右，但在色散补偿光纤中为1.0～3.0％左右)，并且，减少心部的直径(通常，在单模光纤中为8～10μm左右，而在色散补偿用光纤中为2～6μm左右)。
色散补偿光纤，由于使用高折射率的心部，所以，容易产生偏振波色散(PMD)，此外，由于在心部内掺杂的GeO2的影响，使心部的玻璃的粘度降低，容易引起椭圆化。所谓心部的非圆率，当可以把心部基本上看作是椭圆时，由公式1表示，当非圆率的值越小时，越接近于正圆。
(公式1)
非圆率＝(长轴的长度-短轴的长度)/长轴的长度×100(％)
PMD与非圆率成比例地增大，已知，特别是，前述比折射率差Δ越高，心部的非圆化对PMD恶化的影响也越大。从而，对于比折射率差Δ高的色散补偿光纤，要求其非圆率小。
例如，为了适应于每一个波10Gb/s(千兆字节/秒)以上的WMD传输系统(入射波长不同的多个信号光，传送为通常的很多倍的信息的系统)，要求色补偿光纤具有良好的偏振波色特性，必须防止心部的非圆化。
但是，在前述结构的色散补偿光纤中，在实施插棒坍缩时，含有大量的掺杂物的玻璃棒容易因受热而变形，并且，当为了获得大型的光纤预型件加厚玻璃管的厚度时，利用现有技术的坍缩法，在加热一体化的工艺过程中的热量大，存在着心部必须椭圆化，非圆率恶化难以获得良好的偏振波色散特性的问题。在利用插棒坍缩法制造大型的预型件使用直径粗的玻璃管时，更加困难。
发明内容
本发明鉴于上述现状，其目的是，提供一种利用插棒坍缩法，降低心部的非圆率，可以制造比现有技术的方法更加接近于正圆的光纤预型件的方法，以及提供降低非圆率的光纤预型件及光纤。
本发明通过采用下面所述的(1)～(16)的结构解决上述课题。
(1)一种光纤预型件的制造方法，至少包括将玻璃棒插入玻璃管内并加热一体化的插棒坍缩工序，其中，前述插棒坍缩工序将前述玻璃棒经由固定到连接在前述玻璃管或者前述玻璃管的端部上的毛坯管中的对中夹具固定前述玻璃棒。
(2)如(1)所述的光纤预型件的制造方法，其中，对中夹具被固定在玻璃管内，将玻璃棒插入到玻璃管内，玻璃棒固定在对中夹具上。
(3)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，对中夹具具有一个固定部分和一个对中部分。
(4)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，在加热和形成一个整体的过程中，将玻璃管的中心轴保持在铅直方向。
(5)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，在加热和形成一个整体的温度下，所插入的玻璃棒的粘度系数小于玻璃管的粘度系数。
(6)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，玻璃管，对中夹具和玻璃棒一边旋转一边被加热形成一个整体。
(7)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，加热和形成一个整体的过程从靠近玻璃棒的与玻璃棒固定侧对向的端部开始，并向固定端进行加热并形成一个整体。
(8)如(3)所述的光纤预型件的制造方法，其中，玻璃管的固定端设置在上侧，加热和形成一个整体的开始端设置在下侧。
(9)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，在即将开始加热和形成一个整体之前，于玻璃棒及玻璃管之间的间隙在0.1mm至3mm。
(10)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，玻璃棒具有一个折射率分布。
(11)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，玻璃管具有一个折射率分布。
(12)如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法，其中，进一步包括一个在通过插棒坍缩工艺制造的玻璃棒的外部形成一个玻璃层的工艺，以便制造光纤预型件。
(13)一种利用根据(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法制造的光纤预型件。
(14)如(13)所述的光纤预型件，它是利用如(1)或(2)所述的光纤预型件的制造方法制造。
(15)一种光纤，它是通过拉伸预型件或者玻璃棒制成的，其中，所述预型件是根据(13)所述的光纤预型件，所述玻璃棒是由如(13)所述的光纤预型件作为中间产品，进行拉伸而形成的。
(16)如(15)所述的光纤，其中PMD在0.15ps(皮可秒) 以下。
附图的简单说明
图1是表示本发明的一种实施形式的剖面图。
图2是表示本发明的对中夹具的一种实施形式的透视图。
图3是表示本发明的另外一种实施形式的剖面图。
图4A、图4B是表示本发明的插棒坍缩工艺的实施形式的剖面图，图4A是使热源移动的插棒坍缩工艺的剖面图，图4B是玻璃体移动的插棒坍缩工艺的剖面图。
图5A～图5C是表示不进行本发明的固定时出现的问题的剖面图，图5A、图5B是表示坍缩过程当中的状态，图5C是坍缩后的状态。
图6是表示本发明的进一步的另外一种实施形式的剖面图。
图7A、图7B表示本发明的进一步的另外一种实施形式，图7A是将缩径部设置在一个对中夹具的剖面图，图7B是在两个部位处设置对中夹具的剖面图。
图8A、图8B是表示根据本发明的对中夹具的另外一种实施形式的简略说明图，图8A是透视图，图8B是剖面图。
图9A～图9C是表示本发明的另外一种实施形式的简略说明图，图9A是将玻璃棒的锥形部熔融固定到对中夹具上的剖面图，图9B是对中夹具的透视图，图9C是把对中夹具插入到玻璃棒的锥形部内熔融固定的剖面图。
图10是表示在本发明的实施例3中使用的心棒的折射率的结构的图示。
图11A、图11B表示在本发明的实施例4中使用的玻璃的折射率的结构，图11A是表示玻璃棒的折射率的结构的图示，图11B是表示玻璃管的折射率的结构的图示。
图12A、图12B是表示在本发明的实施例5中使用的玻璃的折射率的结构，图12A是表示玻璃管的折射率的结构的图示，图12B是表示玻璃棒的折射率的结构的图示。
图13是表示光纤的心部的非圆率与PMD的关系的图示。
图14是表示图13的各光纤的折射率的结构的图示。
图15A、图15B是说明现有技术的方法的概况的图示，图15A是玻璃棒配置在玻璃管内的剖面图，图15B是坍缩过程当中的剖面图。
图16A、图16B是说明现有技术的方法(横式配置)的概况的图示，图16A是将玻璃棒配置在玻璃管内的剖面图，图16B是在坍缩过程当中的剖面图。
图17A、图17B是心棒和玻璃管的中心轴不一致(偏心)的情况下、偏心非圆率增高时的说明图，图17A是坍缩前的剖面图，图17B是坍缩后的剖面图。
此外，图中的标号，1是玻璃棒，2是玻璃管，3、3a、3b是毛坯管，4是毛坯棒，5a、5b是毛坯管的缩径部，6是对中夹具，6a、6c是圆筒部，6b是缩径部，7是对中夹具，7a、7c是圆筒部，7b是缩径部，8是支持棒，9、10是热源，11是对中夹具，11a、11c、11d是圆筒部，11b1是缩经部(固定部)，11b2是缩径部(对中部)。12是对中夹具，13是对中夹具，13a、13c是圆筒部，13b是缩径部，14是对中夹具。
具体实施方式
本发明提供一种制造非圆率很小的光纤预型件以及PMD特性很少蜕(恶)化的光纤的方法，在该方法中，在经由一个具有对中功能的对中夹具将玻璃棒熔融固定到一个毛坯管上进行加热时，防止所述玻璃棒变形或变成椭圆形，使得即使所述玻璃棒的厚度很厚或者直径较大，包含有一个心部的玻璃棒也不会因在插棒坍缩时进行加热引起的拉长或熔融而移动。
下面将参照图1具体说明本发明。在图1中，与图15和16中的相同的部分标上相同的标号，并省略这些部分的说明。
首先，利用公知的技术，准备用于插棒坍缩法的具有至少一个心部的心棒或玻璃棒1(下面一般称之为玻璃棒)和一个用于形成包覆层的玻璃管2。
例如，将利用VAD法合成的具有预定的玻璃组分、折射率或折射率分布的以石英玻璃为基础的多孔质预型件脱水，使之玻璃(透明)化，然后如果需要的话，经受一个拉伸过程，制成一个具有预定的外径的玻璃棒。作为一个插棒坍缩工艺的预处理，可以对所述玻璃棒的外周进行研磨使该玻璃棒成为完全的圆形，或者利用HF清洗净化其表面层。
利用VAD法，或OVD法，溶胶-凝胶法或者形成玻璃颗粒法合成由石英玻璃或者掺杂有折射率改性剂的石英玻璃制成的多孔质预型件，制成玻璃管2，将其烧结或玻璃化，制成管状。同时，利用公知技术准备与玻璃管2连接的毛坯管3a、3b。尽管在图1中并不使用，如果需要的话，仍然准备连接到玻璃棒1上的毛坯棒。
图2是本发明的一种对中夹具的一个例子的透视图。该例子的对中夹具6制成圆筒状，其外径可以插入到玻璃管和/或毛坯管内，玻璃棒的至少端部部分可以插入该内径中，该圆筒状部在其中心部附近具有缩小的外径部。在上部圆筒状部6a和下部圆筒状部6c的中间，圆筒状部具有一个缩径部6b，该缩径部6b的内径稍大于玻璃棒的外径(具有一个玻璃棒在熔融之前可以穿过的间隙)，其外径从圆筒状部6a、6c的外径开始缩小。所述对中夹具6的材料优选地为以二氧化硅为基础的玻璃，以便与玻璃棒及玻璃管熔融固定，而石英系玻璃则更好。
本发明的插棒坍缩过程按下述方式进行。①准备具有连接到上端部和下端部上的毛坯管3a和3b的玻璃管2。②将制成圆筒状、中心部分具有图1所示的缩径部6b的对中夹具6插入玻璃管2和毛坯管3a或3b的一个端部内。③将单独准备的玻璃棒1插入到玻璃管2和/或对中夹具6内。④将设于反相端的对中夹具7插入到玻璃管2和毛坯管3a或3b中。⑤将对中夹具6、7固定到毛坯管3a、3b或玻璃管2上。⑥玻璃棒1固定到对中夹具上。作为固定方法，可以用图1中未示出的外部热源加热熔融进行固定。在图1中，玻璃棒1的上端部经由对中夹具6与毛坯管3固定，玻璃棒1的下端部经由对中夹具7与玻璃管2固定。在图1中，这意味着由斜线表示的部分被固定。在图2至图9中情况相同。
这时，优选地，将玻璃棒1和玻璃管2尽可能地对准，使得它们的中心轴基本上相互匹配(相一致)，以避免玻璃棒1偏心或成为椭圆形。如果它们的中心不匹配，将会如图17A，产生一个加工量大的部分(在玻璃棒1和玻璃管2之间具有大的间隙)和一个加工量小的部分(在玻璃棒1和玻璃管2之间具有小的间隙部分)。因此，坍缩的玻璃体(坍缩体)具有一个心部偏心得很严重以至于具有如图17B所示的非圆率很高的周向截面。
然后，利用诸如火焰、电炉或高频等离子体等加热装置，将玻璃棒1和玻璃管2加热并形成一个整体，制成一个没有偏心且非圆率很小的坍缩体。优选地，加热装置沿玻璃棒1和玻璃管2的周向方向的温度分布是均匀的。为此，在加热时旋转玻璃棒1和玻璃管2(包括毛坯管)。如果在周向方向的温度分布是不均匀的，玻璃棒将会是偏心的，并具有很大的非圆率。
在图1中示出了经由对中夹具6、7在两端将玻璃棒1和玻璃管2熔融固定的例子。但是，在本发明中，也可以至少在一端处经由对中夹具将玻璃棒1和玻璃管2熔融固定。如图3所示，也可以将玻璃棒1和玻璃管2仅在一端按如下方式固定，即，将它们的上端经由对中夹具6和图1所示的同样的方式熔融固定，在其下端作为一个支柱在玻璃棒1的下面设置一个支承杆8进行一端固定。
当只在一端将玻璃棒1和玻璃管2固定时，玻璃管2从固定端的相反端开始被坍缩，并且，如图4A所示，通过移动玻璃管2和玻璃棒1或者热源9向固定端坍缩。从而，可以获得和前面所述的将两端熔融固定的情况同样的效果。
不管是在两端还是只在一端进行熔融固定，在立式(铅直配置)的情况下，优选地，如图4A和4B所示，从下方向上方坍缩玻璃管2。如果从上方向下方坍缩玻璃管2，如图5A所示，重力会作用到加热部分上拉伸玻璃棒1。但是，由于玻璃棒1被固定在反向端，玻璃棒1如图5B所示的那样被弯曲。如果玻璃棒1未被固定，则如图5C所示，在拉伸坍缩之后的玻璃棒1’的外径与坍缩后的玻璃管2’的外径在纵向方向之比不是恒定的。
另一方面，如果如图4A和4B所示，在上端熔融固定玻璃棒，并且从下方向上方进行坍缩，坍缩的部分紧靠加热区域之下，所以，不会发生拉伸，心部非圆率也很小。
在上面的描述中，玻璃棒通过达到对中夹具的圆筒状部6a熔融固定玻璃棒。但是，也可以如图6所示，通过将玻璃棒的一个端部配置在缩径部分6c的位置上将玻璃棒熔融固定。
在如图1所示的本发明的例子中，对中夹具6经由一个缩径部。在这种情况下，如果如图7所示由于为了将对中夹具和玻璃棒熔融在一起所进行的加热使玻璃棒弯曲时，尽管使用了对中夹具，玻璃棒和玻璃管的中心轴也会偏移(错位)，如图7A所示的那样。特别是当玻璃棒的粘度低时，将会发生这种问题。
作为避免这一危险的方法，可以设置两个或更多个对中夹具11的缩径部11b，其中，将玻璃棒与最外端的缩径部11b1熔融固定在一起，如图7B所示。这种方法是非常适宜的，因为，即使玻璃棒在用作固定部的最外端处的缩径部11b1处发生变形，下一个缩径部11b2作为一个对中部起着对中的作用，从而，玻璃棒和玻璃管的中心轴不会偏移(错位)。
本发明的对中夹具，只要它介于玻璃管(以及/或者毛坯管)和玻璃棒之间以便把它们熔融固定在一起，可以采取任意形式。在上面的描述中，对中夹具具有圆筒状结构，带有一个或多个缩径部。但是，对中夹具也可以是一个简单的圆筒状，其中，玻璃棒熔融固定在一端或两端，如图8A所示。假定圆筒状对中夹具12在中心轴方向的长度为图中的L1，如果对中夹具12的长度L1比加热结合用的热源的加热区域的长度L2足够长的话，如图8B所示，未被加热的部分(未加热部)会起到对中部的作用，获得良好的结果。
图9表示，在本发明中玻璃棒在端部具有一个锥形部的情况下，将玻璃棒与对中夹具熔融固定的例子。图9A表示玻璃棒1的锥形部与对中夹具13的缩径部13b熔融固定、对中夹具在圆筒状部13a处熔融固定到毛坯管3上的例子。图9B是一个具有圆筒状外形、在内壁面上具有一个锥形部的对中夹具14的透视图。如图9C所示，带有锥形的玻璃棒1插入穿过该对中夹具14，用斜线表示的部分与玻璃棒1熔融固定。
如上面已经描述过的，这些对中夹具13和14可以只设置在一端，也可以设置在两端，并且固定在一端或两端。
如实施例1中具体描述的以及后面将要描述的那样，按照本发明的方法以上述方式制造的坍缩体的心部具有低的非圆率，或者，比起用传统方法未加固定地坍缩的心部来，更接近于正圆。
特别优选地，本发明的坍缩体具有1.5％以下的非圆率。如下面将要描述的，用这种坍缩体制造的光纤具有非常小的PMD。
图13是表示通过由发明人所进行的试验获得的心部的非圆率(％)和PMD
Figure C0182019600131
之间的关系的图解。如图14所示，一个玻璃预型件由GeO-SiO2的形成的中心的心部、F-SiO2形成的第一包覆层及SiO2形成的第二包覆层构成，其中，中心的心部相对于第二包覆层的比折射率差Δ为1.5％，第一包覆层的比折射率差Δ-为0.45％。将该玻璃预型件拉伸，并具有直径为5μm的中心心部，直径10.5μm的第一包覆层，在波长1550nm处的特性为：色散为-47ps/km/nm，色散斜率-0.08ps/km/nm2，Aeff(有效面积)20μm2，截止波长750nm，透射(传送)损失0.27dB/km。因此制成具有心部非圆率在约0.04至4％范围内的各种光纤。对每一种所制成的光纤，心部非圆率(％)与PMD之间的关系示于图13。在图13中，符号“●”表示如特开平6-171970和特开平9-243833各公报中所述的振动拉伸的光纤，符号“×”表示不进行振动拉伸的光纤。如图13所示，PMD在以下，适合于大容量的传送，其非圆率在1.5％以下。同时，振动拉伸的光纤的PMD比不振荡拉伸的光纤小。
这里，所谓振动拉伸是一种拉伸方法，其中，利用一个具有在拉伸时周期性振动的旋转轴的导向辊对光纤进行导向，将光纤扭转一定的角度，借此，通过在拉伸时强制性地扭转玻璃的软化的部分将偏振模式耦合。然后，与不进行振动拉伸、偏振模式很少耦合的情况相比，获得由偏振模式色散引起的由公式2表示的输入脉冲的展宽。
(公式2)
(4Lh)-1/2倍
其中，L是光纤的长度(m)，h是光纤每米的旋转数(1/m)。从而，h越大，PMD越小。
可以将本发明的插棒坍缩法用于光纤预型件中间产品的制造工艺，其它工艺可以采用本技术领域中公知的技术，以便制造光纤中间产品和光纤预型件(预型件)，然后拉伸以便获得光纤。
即，本发明的坍缩体可以直接用于光纤预型件，并利用公知的技术将其作为一个拉伸预型件进行拉伸，制成光纤，或者，将利用公知的熏黑法，插棒坍缩法，或者溶胶-凝胶法将所述坍缩体进一步封装以便获得拉伸的预型件和制造光纤。在后一种情况下，将通过坍缩制成的玻璃体用作预型件中间产品，其中，心部直径(外径2a)相对于用于中间产品的包覆层的直径(外径2D)的比例(2a/2D)大于设计值，通过封装使之等于设计值。利用这种方法，可以获得低非圆率的大型的预型件。
拉伸本发明的光纤的方法，可以利用公知的装置，但是，如果进行振动拉伸的话，获得光纤可以具有非常小的PMD。
在本发明的方法中，玻璃棒和玻璃管的玻璃组分没有任何限制，但玻璃棒和/或玻璃管可以具有折射率分布。因此，可以制造具有复杂折射率轮廓的光纤预型件和光纤。
同时，本发明的方法对于任何尺寸的玻璃棒和玻璃管的组合的插棒坍缩法都是有效的。
当玻璃管的外径大于φ45mm时，用于坍缩的加热量增加，其中，利用传统的坍缩方法在整个心部上会发生变形，本发明可以用于抑制心部的偏心和变形，使得非圆率降低，并产生非常明显的效果。
在坍缩具有大的厚度的玻璃管时，由于在水平(横向)配置中的加热部变形成弓形，所以，优选地，将玻璃管竖直配置。
例如，被加工的玻璃管具有大的粘度系数，同时绝对不能变形的玻璃棒具有小的粘度系数的情况下，玻璃管由纯的SiO2制成，而玻璃棒由F-SiO2或GeO2-SiO2的组合制成，利用传统的不进行固定的方法，玻璃棒更加容易变形，心部的非圆率会变差。在这种情况下，可以非常有效地使用本发明的方法。
(例子)
下面将用举例的方式具体地对本发明进行描述，但本发明并不受所给出的例子的局限。
(例1和比较例2)
利用表1中所示的外径为φ70mm内径为15.1至φ22mm的玻璃管(用纯SiO2制造)，和外径为φ15mm的玻璃棒(由SiO2制造，掺杂浓度为0.9mol％的F)，在表1中所列出条件下将玻璃管进行坍缩。No.1至No.12利用图7B所示的对中夹具和固定方法，No.13采用图7A所示的对中夹具和固定方法，其中，热源是一个电炉。在坍缩时玻璃的最高表面温度为1550℃(用辐射高温计测得)，排气压力为5kPa。表面温度在1500至1550℃范围内的加热区域的长度为60mm。在表1中，在栏目“固定”中的“有”意味着在本发明中玻璃棒熔融固定在两端或者一端。No.1、3和5至12是本发明的例子，No.2和4是比较例。测量了所制成的坍缩体的心部的非圆率。结果列于表1。
(表1)
  No.   管和棒的配置   管的内径(φmm)   管与棒之间的间隙(mm)   固定   旋转数(rpm)
  1   水平   17   1.0   有   10
  2   水平   17   1.0   无   10
  3   竖直   17   1.0   有   10
  4   竖直   17   1.0   无   10
  5   竖直   17   1.0   有   10
  6   竖直   17   1.0   有   0
  7   竖直   20   2.5   有   10
  8   竖直   21   3.0   有   10
  9   竖直   22   3.5   有   10
  10   竖直   16   0.5   有   10
  11   竖直   15.2   0.1   有   10
  12   竖直   15.1   0.05   有   10
  13   竖直   17   1.0   有   10
(续表1)
  No.   坍缩方向   心部非圆率分布(％)   气孔数(数/100mm)
  1   ---   1.0-2.0   0
  2   ---   2.5-4.0   0
  3   下方→上方   0.05-0.5   0
  4   下方→上方   1.6-4.0   0
  5   上方→下方   1.0-2.0   0
  6   下方→上方   0.8-1.8   0
  7   下方→上方   0.2-0.9   0
  8   下方→上方   0.5-1.4   0
  9   下方→上方   0.7-1.7   0
  10   下方→上方   0.05-0.4   0
  11   下方→上方   0.05-0.3   0
  12   下方→上方   0.05-0.3   5
  13   下方→上方   1.0-2.0   0
玻璃管：SiO2，外径φ70mm
玻璃棒：掺杂0.9mol％，F SiO2，外径φ15mm
坍缩时玻璃表面温度：1500℃
排气压力：5kPa
No.1至12利用结构如图7B所示的夹具进行坍缩。
No.13利用结构如图7A所示的夹具进行坍缩。
如可以从表1所示的结果清楚地看出的，为了缩小心部的非圆率，优选地，玻璃管至少在上端被固定，并且沿着从下向上的方向坍缩，同时旋转玻璃管和玻璃棒。
同时，将会发现，为了获得良好的效果，在开始坍缩之前，玻璃棒和玻璃管之间的间隙从0.1mm至3mm。尽管利用更小的间隙会缩小心部的非圆率，本发明人等所进行的试验表明，当玻璃棒和玻璃管之间的交界面上留有小于0.1mm的间隙会不适当地引起气孔。同时，如果间隙太小，在插入玻璃棒时，玻璃棒与玻璃管的内表面接触，容易引起损伤。这种损伤同样会引起气孔。
另一方面，如果间隙超过3mm，心部非圆率超过1.5％。
(例2)
1)利用VAD法制造由添加25mol％的GeO2的SiO2制成的外径为φ7mm的玻璃棒和外径为φ70mm、内径φ8mm由纯二氧化硅(石英)制成的玻璃管。玻璃管具有用蒸气腐蚀平滑化的内表面，内径为φ8mm。
2)将玻璃棒插入玻璃管内，经由一个图7B所示的对中夹具固定到玻璃管的上端，并在玻璃表面温度为1880℃，排气压力5kPa，转数为10rpm的条件下，利用一个电炉作为功率源从位于下端的开始端进行坍缩，从而制成一个直径为φ69.8mm的光纤预型件中间产品。测量该中间产品的心部非圆率为0.5％，非常好。
3)在测量所制成的中间产品的折射率轮廓之后，利用公知的VAD方法在中间产品上形成具有乘以3.1的外径的纯SiO2封装层，以便制造一个光纤预型件(预型件)。
4)利用公知的振动拉伸法拉伸制成的光纤预型件，以便制造光纤。测量该光纤的特性，发现其特性非常优异，在波长1550纳米处，PMD为 ，透射(传递)损失为0.33dB/km，色散为-76ps/km/nm，色散斜率为+0.1ps/km/nm2，Aeff为16μm2，λc(2m)为770nm，在直径为φ20mm时的弯曲损失为0.01dB/m。
(例3)
如图10所示，制造一个外径为φ15mm，包括一个由掺杂量最大为15mol％的GeO2的石英玻璃的中心部分(直径φ7.2mm)和掺杂1.3mol％的F的石英玻璃制的外周部分的玻璃棒。这种以中心部分作为玻璃棒以掺F部分作为玻璃管构成玻璃棒是利用根据本发明的坍缩方法制造的。
该棒可以利用VAD法按下述方式制造。首先，用VAD法制造一个多孔质预型件，使得在多孔质玻璃预型件中的心部的外周部分包含由高浓度的GeO2。将该预型件加热硬化使得作为掺杂剂的氟不会渗透到下一个工艺中。在含氟的气氛中加热预型件，将氟添加到预型件的包覆部分中。用这种方式，可以选择性地只将氟添加到预型件的包覆部分中。同时，利用掺氟(F)的部分作为玻璃管，可以用CVD法在内部形成含GeO2的中心部分。
单独地准备一个外径为φ70mm、内径为φ17mm由纯SiO2制造的玻璃管，将所制造的玻璃棒插入到该玻璃管中。然后，在用例2中的图7B所示的对中夹具固定上端的情况下，从下端坍缩所制造成管。坍缩的条件是，温度1860℃，排气压力4kPa，旋转数为10rpm。在端部坍缩后，用和例2同样的方法形成一个3.5倍的由纯SiO2构成的封装层，以便制造一个光纤预型件。
用公知的振动拉伸法拉伸所制造的光纤预型件以便制造一个光纤。在波长1550nm处定该光纤的特性，PMD为
Figure C0182019600181
，透射损失为0.26dB/km，色散为-49.4ps/km/nm，色散斜率为-0.08ps/km/nm2，Aeff为19μm2，λc(2m)为790nm，直径φ20mm时的弯曲损失为0.3dB/m，借此制成一个色散和色散斜率补偿的光纤。
(例4)
用和例2相同的方式制备具有外径15mm的图11A所示的结构的玻璃棒。同时，单独准备由掺杂4.5mol％GeO2的SiO2制造的外径为φ80mm的玻璃管，其中，该玻璃管具有如图11B所示的两层结构，该结构包括一个内径φ17mm外径为φ20mm的内层部分和一个围绕该内层部分的外周设置的由纯SiO2制造的外层部分。尽管在本例中采用公知的VAD方法，但这种结构也可以利用OVD法合成具有所需的折射率分布和开放的中心部分的的玻璃体制成，或者，在利用CVD法由纯二氧化硅制成的管的内部沉积具有GeO2-SiO2组分的玻璃的方法制成。
将玻璃管的上端用图7B所示的对中夹具固定、以和例2中相同的方式将该玻璃棒和玻璃管坍缩。条件为，表面温度为1840℃，排气压力为6kPa，转数为10rpm。从而，制成外径为φ79.6mm的预型件中间产品。该中间产品的心部非圆率为0.4％。
在测量心部的非圆率之后，利用公知的振动拉伸法拉伸预型件。这样制成的光纤的特性为，在波长1550nm处，PMD为
Figure C0182019600182
，透射损失为0.35dB/km，色散为-102ps/km/nm，色散斜率为-1.0ps/km/nm2，Aeff为10μm2，λc(2m)为1450nm在直径20mmφ时的弯曲损失为18dB/m，借此，制成色散和色散斜率补偿的光纤。
(例5)
准备由掺杂1.5mol％的氟(F)的二氧化硅制的玻璃棒制成的外径为φ5mm的玻璃棒。同时，单独准备添加有10mol％的GeO2的SiO2制造的外径为φ100mm玻璃管，其中，和例3的形式一样，所述玻璃具有两层结构，该两层结构由内径为φ7mm外径为φ12mm的内层部分以及围绕所述内层部分的外周用纯SiO2制成的外层构成。尽管在本例中采用公知的VAD法，但这种结构也可以通过合成具有用OVD法制成的所需折射率分布和开放的中心部的玻璃体制成，也可以在采用CVD法用纯二氧化硅制造的管的内部沉积具有GeO2-SiO2组分的玻璃的方法制成这种结构。
将玻璃管的上端用图7B所示的对中夹具固定、以和例2中相同的方式将该玻璃棒和玻璃管坍缩。条件为，表面温度为1920℃，排气压力为3kPa，转数为10rpm。从而，制成外径为φ99.6mm的预型件中间产品。该中间产品的心部非圆率为0.6％。在测量心部的非圆率之后，利用公知的振动拉伸法拉伸预型件。这样制成的光纤的特性为，在波长1550nm处，PMD为
Figure C0182019600191
，透射损失为0.23dB/km，色散为-2.5ps/km/nm，色散斜率为+0.07ps/km/nm2，Aeff为80μm2，λc(2m)为1100nm在直径φ20mm时的弯曲损失为2dB/m，借此，制成一个图12B所示的环形心部型的色散位移光纤。
在上述各例子中，制造玻璃棒和玻璃管的方法是VAD法或VAD法和插棒坍缩法的组合。但是，同样的玻璃棒和玻璃管可以用OVD法或溶胶-凝胶法制造，从而可以达到和上述各例子相同的效果。
尽管上面结合具体的实施例对本发明进行了详细的说明，对于熟悉本领域的人员来说很清楚的是，在不超出本发明的范围和主旨的情况下，可以进行各种变型和改型。
本申请以2000年12月8日提出的特开平2000-374081为基础，其内容被引用为本说明书的参考文献。
工业上的可利用性
如上所述，根据本发明，可以制造具有偏心或变形小的心部并且接近与圆形(具有小的非圆率并且非常优异)的光纤预型件。同时，利用具有折射率分布的玻璃棒和玻璃管，可以制造心部非圆率小、具有复杂的轮廓的光纤预型件。由于光纤预型件的低的心部非圆率，如果将预型件拉伸成光纤时，可以制成具有低的PMD的光纤。具有低的PMD的光纤不会使透射信号发生畸变，是非常有益的。

Claims (16)

1.一种光纤预型件的制造方法，包括至少一个将玻璃棒插入到玻璃管并加热将它们形成一个整体的插棒坍缩工序，其特征为，前述插棒坍缩工序将前述玻璃棒经由固定到连接在前述玻璃管或者前述玻璃管的端部上的毛坯管中的对中夹具固定前述玻璃棒。
2.如权利要求1所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述对中夹具被固定在所述玻璃管内，将所述玻璃棒插入到所述玻璃管内，所述玻璃棒固定在所述对中夹具上。
3.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述对中夹具具有一个固定部分和一个对中部分。
4.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，在所述加热和形成一个整体的过程中，将所述玻璃管的中心轴保持在铅直方向。
5.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，在所述加热和形成一个整体的温度下，所插入的所述玻璃棒的粘度系数小于所述玻璃管的粘度系数。
6.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述玻璃管，所述对中夹具和所述玻璃棒一边旋转一边被加热形成一个整体。
7.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述加热和形成一个整体的过程从靠近所述玻璃棒的与所述玻璃棒固定侧对向的端部开始，并向固定端进行加热并形成一个整体。
8.如权利要求3所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述玻璃管的固定端设置在上侧，加热和形成一个整体的开始端设置在下侧。
9.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，在即将开始加热和形成一个整体之前，在所述玻璃棒和所述玻璃管之间的间隙在从0.1mm至3mm的范围。
10.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述玻璃棒具有一个分布型折射率分布。
11.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，所述玻璃管具有一个分布型折射率分布。
12.如权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法，其特征为，进一步包括一个在通过插棒坍缩工艺制造的玻璃棒的外部形成一个玻璃层的工艺，以便制造光纤预型件。
13.一种光纤预型件，其特征为，所述光纤预型件是利用根据权利要求1或2所述的光纤预型件的制造方法制造的。
14.如权利要求13所述的光纤预型件，其特征在于：其心部不圆率为1.5％以下。
15.一种光纤，其特征为，它是通过拉伸预型件或者玻璃棒制成的，其中，所述预型件是根据权利要求13所述的光纤预型件，所述玻璃棒是由如权利要求13所述的光纤预型件作为中间产品形成的。
16.如权利要求15所述的光纤，其特征为，PMD在 0.15 ps / km 以下。
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