CN1260154C - 多孔光纤母体的制造装置和制造方法 - Google Patents

多孔光纤母体的制造装置和制造方法 Download PDF

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Abstract

提供可以防止多孔性光纤母体发生裂纹并且使其品质沿纵向稳定的多孔性光纤母体的制造装置，具有装备有种棒4、喷枪1和2的反应器11，在反应容器11中设置气流调整单元8，以便在从种棒4能看到并在喷枪1和2侧设置供气口10和与由种棒4的转动轴及喷枪1和2的轴构成的平面平行地且沿相对种棒4的转轴大致垂直的方向流动的气流6中，在形成玻璃微粒沉积体5的多孔光纤母体的制造装置中，在供气口10与玻璃微粒沉积体5之间使气流6避开玻璃微粒沉积的区域。

Description

多孔光纤母体的制造装置和制造方法
技术领域
本发明涉及多孔光纤母体的制造装置和制造方法，特别是涉及在VAD(气相轴向沉积)法的多孔光纤母体的制造中防止裂纹发生、保持多孔光纤母体的性能一致的多孔光纤母体的制造装置和制造方法。
背景技术
光纤正在光通信等各种领域内应用。这样的光纤形成方法的概要描述如下。首先合成多孔光纤母体。接着加热多孔光纤母体使其透明玻璃化。再加热透明玻璃化的光纤母体的同时进行拨丝，例如形成由直径10mm的芯和在芯外围上形成直径125um的包层构成的单模光纤，然后在这样形成的光纤上覆盖树脂。
在为了形成光纤而使用的多孔光纤母体的制造中，主要采用VAD法。利用VAD法的多孔性光纤母体的制造方法，如图解反应容器11内部的图1所示，在通过配设在反应容器11的反应部11C内的芯合成用的多管喷枪1和包层合成用多管喷枪2产生的氢氧火焰3中通入四氯化硅(SiCl4)气体，通过火焰加水分解反应生成二氧化硅(SiO2)玻璃微粒，使该玻璃微粒沉积在正在转动的种棒4上，在种棒4的周围形成玻璃微粒沉积体5。然后边向上引导正在转动的种棒4，边在其纵向生长玻璃微粒沉积体5，从而获得光纤母体。这时把作为使芯部分的折射率比包层部分的折射率提高而掺杂的少量四氯化锗(GeCl4)等添加剂与四氯化硅一起通入芯合成用多管喷枪1中时，同时生成二氧化锗(GeO2)等微粒，从而能制作出沿玻璃微粒沉积体5的半径方向分布的二氧化锗等。符号10表示供气口，符号13表示主排气口，符号12表示副排气口。
按照上述方法，在从喷枪1、2侧流到副排气口12侧的水平气流6中使种棒4转动，并且边向上引导边进行玻璃微粒在种棒4上的沉积，没有沉积上的剩余的玻璃微粒借助从供气口10导入的水平气流6通过反应部11C和借助主排气口13排到反应容器外面。这样，由于排出没有沉积在种棒4上的剩余玻璃微粒，而使没有在种棒4上沉积的玻璃微粒附着在反应容器11上，其后由于从反应容器11上剥离而附着在玻璃微粒沉积体5的表面上，从而可以防止玻璃微粒沉积体5玻璃化后产生气泡。
作为水平气流6大多采用空气或惰性气体例如氩气。这些水平气流6往往在常温下引入。
可是，在用VAD方式合成玻璃微粒的情况下，使沉积层生成速度即每单位时间的种棒(玻璃微粒子沉积体)向上引导的距离一定这一点对防止截止波长的偏差和玻璃微粒沉积体的外形均匀等是不可缺少的。即如果火焰不晃动，则使玻璃微粒沉积体的生长速度稳定，并使用于提高芯部分折射率的掺杂剂例如氧化锗沿玻璃微粒沉积体纵向的浓度分布一定，最终使光纤的特性偏差变小。
然而实际上由于反应容器内的气流紊乱而使火焰晃动，很难使玻璃微粒沉积体的纵向生长速度一定。为此，到目前为止人们一直谋求各种防止火焰晃动的对策。
作为其中的一个例子，为了防止在种棒4上合成玻璃微粒沉积体5的部分的水平气流6的流动紊乱，而建议用送风机强制使水平气流6流过，使水平气流6的流动稳定的方法(例如参考特开平1-242431号公报)。
作为另一个例子，也有环绕主排气口设置整流板，尽量使水平气流从主排口13流畅地排出的建议(例如参考特开平2-283632号公报)。
然而上述方法存在下述问题：
第一个问题是，当水平气流6流过合成中的玻璃微粒堆积体5时，常温导入的水平气流6使玻璃微粒堆积体5的表面温度下降，从而使玻璃微粒堆积体5的密度下降，进而导致玻璃微粒堆积体与产生裂纹。
第二个问题是，当水平气流6流过喷枪1、2的火焰时，喷枪1、2的火焰产生摇动，从而使合成中的玻璃微粒堆积体5的品质，换句话说是多孔光纤母体的品质在纵向上变得不合格。
发明内容
本发明的目的在于提供防止从供气口向主排气口流动的水平气流扰乱玻璃微粒火焰的形状或防止其与合成玻璃沉积体的部分接触的多孔光纤母体的制造装置。
本发明的另一目的在于，作为上述目的结果，提供可以通过防止玻璃微粒沉积体表面温度下降来防止在玻璃微粒沉积体上发生裂纹的多孔光纤母体的制造装置。
本发明的另一目的在于，作为上述目的结果，提供可以通过防止来自喷枪的玻璃微粒火焰晃动来防止玻璃微粒沉积体(多孔光纤母体)的性质沿纵向变动的多孔光纤母体的制造装置。
本发明的另一目的在于，作为上述目的结果，提供一种使被喷枪喷射出的玻璃微粒在种棒上有效沉积并能高效率合成玻璃微粒沉积体(多孔光纤母体)的多孔光纤母体的制造装置。
本发明的另一目的在于提供上述多孔光纤母体的制造方法。
按照本发明的第一观点，本发明提供一种多孔光纤母体的制造装置，该装置是制造具有芯部分和已在该芯部分外周上合成的包层部分的多孔光纤母体的制造装置，该装有包括：反应部，把气流导入该反应部中的供气口，和夹着上述反应器并与上述供气口在水平方向对置并排出上述反应部中的气流的主排气口的反应容器。导入上述反应部中并装有合成多孔光纤母体的种棒且可以转动和向上引导的转动单元，使变成上述芯部的第一玻璃微粒的火焰朝水平方向或上方喷射到引入到上述反应部中并装在上述转动单元上的种棒或已沉积在种棒上的多孔性光纤母体上的第一喷枪；使变成上述包层部分的第二玻璃微粒的火焰朝水平方向或上方喷射到沉积在引入到上述反应部中并装在上述转动单元上的种棒上的多孔性光纤的母体的芯部上的第二喷枪；为了不使被上述第一和第二喷枪喷射后沉积在上述种棒上的玻璃微粒的火焰流受到上述气流的扰动和不使上述气流直接接触在上述种棒的下端部上合成的玻璃微粒沉积体上，而调整从上述供气口流向上述主排气口的气流流动的气流调整板。
优选的是，上述反应容器还具有置于上述反应部内的多孔光纤母体的合成部与上述主排气口之间并把多孔光纤母体背后的气流排出到外部的副排气口。
优选的是，上述气流调整板为了使被上述第一和第二喷枪喷射出的玻璃微粒流经已沉积在上述种棒上的多孔光纤母体的下端区域的上侧流过，而调整气流的流动。
优选的是：上述气流调整板设置在上述供气口上，使得部分堵塞上述供气口的下方和使上述气流流经已沉积在上述种棒上的多孔光纤母体的下端部区的上侧。
更优选的是：还具有使上述气流调整板在上述供气口内沿垂直方向上下的导轨。
特别是：在水平方向上并列设置两个供气口，在并列设置的所述两个供气口中央部上设置有所述气流调整板，使得使气流沿上述反应部水平方向的侧壁流过，且气流不流过上述第一和第二喷枪的配设位置。
优选的是：还具有使上述两个气流调整板分别在上述供气口内沿水平方向移动的导轨。
优选的是：上述气流调整板水平方向宽度比已在上述种棒上形成的多孔光纤母体的直径大。
特别是：在上述气流调整板上预先形成使上述第二喷枪穿过的孔；上述第二喷枪的配设应使上述第二喷枪穿过上述气流调整板的孔和使变成包层部分的玻璃微粒的火焰向上方喷射在变成已沉积在上述种棒上的芯部分的玻璃微粒上。
特别是：上述气流调整板是平坦的。
更特别是：上述气流调整板具有水平方向弯曲而垂直方向平坦的形状。
优选的是：上述气流调整板在水平方向的两端部附近以沿垂直方向排列的方式设置了多个孔。
气流调整单元既可以防止从供气口向上述排气口流动的惰性气流扰乱玻璃微粒火焰的形状，又能防止其与玻璃微粒沉积体接触。结果可以通过防止玻璃微粒沉积体表面温度降低来防止在玻璃微粒沉积体上发生裂纹。还可以通过防止喷枪的玻璃微粒火焰的晃动来防止玻璃微粒沉积体(多孔光纤母体)的品质沿纵向的变动。
附图说明
本发明的上述目的和特征以及其它目的和特征从与附图有关的下述描述可以进一步清楚了解。
图1是已有技术的多孔光纤母体的制造装置的剖视图。
图2(A)和(B)分别是与本发明有关的多孔光纤母体的制造装置的第一实施方式的剖视图和局部切断面的放大斜视图。
图3(A)和(B)分别是表示从图2(B)中的方向看去的配置在反应容器11内的芯合成用多管喷枪，包层合成用的多管喷枪和气流调整板的位置的剖视图。
图4是本发明的第二实施方式的局部剖面图。
图5是本发明的第三实施方式的局部剖面斜视图。
图6是本发明的第四实施方式的局部剖面斜视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的多孔光纤母体的制造装置和制造方法的实施方式。
第一实施方式：
图2(A)和(B)分别是本发明的多孔光纤母体的制造装置的第一实施方式的剖视图及其局部剖面的放大斜视图。在图2(A)和(B)中，用相同的符号表示与用于说明现有技术说明的图1的部分相同的部分。
参看图1和图2(A)，本发明的实施方式的多孔光纤母体的制造装置具有：反应容器11，配置在位于反应容器11中央的反应部11C内部的芯合成用多管喷枪1和包层合成用的多管喷枪2，把惰性气体气流导入反应容器11的反应部11C内的供气口10，主排气口13，和置于玻璃微粒沉积体5的背后的副排气口12。
在反应部11C中，多管喷枪1和2产生氢氧火焰，在多管中通入四氯化硅气体，通过火焰加水分解反应，产生二氧化硅气体。结果在种棒4的下端部上形成玻璃微粒沉积体5。使种棒4转动，同时随着在其下端部上形成玻璃微粒沉积体5逐渐向上方引导种棒4。结果沿种棒4的纵向生成玻璃微粒沉积体5，形成多孔光纤母体。形成这样的多孔光纤的母体的制造方法被称为VAD法。
惰性气体例如氩气的水平气流6在常温状态从供气口10导入反应部11C中后，流向主排气口13和副排气口12。水平气流6的流动大致平行于由种棒4的转动轴和前述喷枪1和2的轴构成的平面(纸面)并且是大致垂直于种棒4的转动轴沿垂直方向流动的水平气流。
高速自动温度计7以非接触方式测定玻璃微粒沉积体5的表面温度。
供气口10为了置于喷枪1和2的两侧而设置成两个横向并列(在水平方向即垂直纸面的方向)的形式。无助于玻璃微粒沉积体合成的剩余玻璃微粒的一大半从副排气口12排出到反应器11的外部。为了促进排气而设置主排气口13。即主排气口13从供气口10看去，置于种棒4的背后，这有利于对无助于玻璃微粒沉积体5合成的玻璃微粒6中未被副排气口12排出的剩余部分进行排气，从而促进了反应部11内的排气。
在图2A和B图解的第一实施方式的多孔光纤母体的制造装置中，在横向并列的两个供气口10各自的前面设置调整水平气流6的气流调整板8。即，气流调整板8为了不使水平气流6与种棒4的下端部合成的玻璃微粒沉积体5接触而引起合成的玻璃微粒体积5的表面温度下降，和不使因水平气流6引起芯合成用的多管喷枪1和包层合成用的多管喷枪2喷射的玻璃微粒火焰的形状改变而调整水平气流6的流动(整流)。
图3(A)是表示从图2(B)中的方向A看去配置在反应容器11内的芯合成用的多管喷枪1和包层合成用的多管喷枪2和气流调整板8的位置的剖视图。
图2(B)和图3(A)中图解的第一实施方式的气流调整板8的上端倾斜，以使反应容器11的中央侧变高，结果使水平气流6不与种棒4下端上合成的玻璃微粒沉积体接触，而朝既定已合成的上部玻璃微粒沉积体5流动，显然水平气流6流过对来自芯合成用的多管喷枪1和包层合成用多管喷枪2的玻璃微粒的火焰形状没有直接影响的部分。
气流调整板8沿导轨9在反应容器11内上下位置可调整地设置。结果可以边使水平气流6的流动沿垂直方向变化边对其调整。
在本实施例中，使气流调整板8的宽度逐渐变大，以便使水平气流6产生避开喷枪1和2以及来自喷枪1和2的玻璃微粒火焰部分的流动。
因图解的关系，在图2A中省略了导轨9。
在第一实施方式中，利用图3(A)中图解的气流调整板8堵住供气口10的下部，可以调整来自供气口10的水平气流6的流动。通过气流调整板8使水平气流6主要流过反应容器11的上方，使水平气流6在反应容器10内的垂直方向的流动随着经过供气口10的下侧内壁而减弱。在与水平气流6正交的水平方向在反应气11内的中央部(两个供气口10之间)的水平气流6也同时减弱。
因此，在玻璃微粒沉积体5形成前，为了使水平气流6不冲击到喷枪1和2形成的玻璃微粒沉积体5所在的区域上事先用风速计沿导轨9调整气流调整板8的上下方向位置，借此使反应器11的中央部形成的玻璃微粒沉积体5所在的区域及其下侧上几乎没有水平气流6流动，在玻璃微粒沉积体5所在的区域的两侧(反应容器11的壁面上)，水平气流6可以沿上下方向在宽范围内流动。即通过气流调整板8调整水平气流6的流动，即可以使残留的玻璃微粒从主排气口13和副排气口12中排出，又可以不妨碍气流从喷枪1和2到玻璃微粒沉积体5的玻璃微粒火焰的流动。
另外按照这样的构成，从喷枪1和2流向玻璃微粒沉积体5的玻璃微粒可以不象现有技术那样把水平气流6引入后从主排气口13和副排气口12过量排出，从而提高了玻璃微粒沉积体5的沉积效率。
在第一实施方式中，作为实验例子，作为水平气流的空气以流速0.1m/min流动时，可以防止水平气流6直接冲击到或减弱冲击到玻璃微粒沉积体5上。可以使玻璃微粒沉积体5的密度增加20％，结果使玻璃微粒沉积体5的裂纹发生率降低，并且已形成的多孔性光纤母体沿纵向的特性稳定，线拉伸的光纤的截止波长偏差减小。
如上所述，在VAD方式合成玻璃微粒沉积体的情况下，使生成速度即单位时间的种棒(玻璃微粒沉积体)向上拉的距离一定对防止截止波长的偏差和使玻璃微粒沉积体的外形均匀是不可缺少的，按照本发明的实施方式，利用气流调整板8防止火焰晃动，使玻璃微粒沉积体的生成速度稳定。结果使用于提高芯部分折射率的掺杂剂，例如锗浓度分布在微粒沉积体的纵向保持恒定，最终使光纤的特性偏差减小。
另外，所谓截止波长被称为单模光纤与多模光纤的边界波长。虽然单模光纤适合于远距离传输，正在广泛使用，但当截止波长不一致时，作为单模光纤不实用。因此，使在拉拨后最终制造出的光纤的截止波长在全长没有偏差是重要的。
虽然在图3A中所示的第一实施方式中，气流调整板8的上端倾斜成使反应容器11的中央侧较高，但是也可以象图3(B)所示那样，使气流调节板8呈水平状。
图3(B)与图3A相同，是表示从图2(B)的方向看去配置在反应容器11内的芯合成用多管喷枪1、包层合成用多管喷枪2和气流调整板位置的剖视图。除图3(B)中的气流调整8的结构与图3(A)的结构不同外，图3(B)的结构与图3(A)相同。
第二实施方式
第二实施方式如图3所示，在第一实施方式中所示的反应容器11内沿导轨9水平方向位置可调地设置上端为水平状的气流调整板8。
图4是从喷枪1和2侧能看见两个供气口10的反应容器11内的局部剖视图。两个气流调整板8分别沿导轨9并与两个供气口10相对应以可沿水平方向移动的方式设在反应容器内。即虽然在第一实施方式中，气流调整板8在反应容器11内沿垂直方向可移动地配设，但在第二实施方式中，沿水平方向可移动地配设。水平气流6垂直于纸面流动。
在第二实施方式中，通过气流调整板8堵塞两个供气口10的喷枪1和2侧(反应容器11的中央部)使水平气流6沿反应容器11的壁面在上下方向较宽广的区域上流动，从而使水平气流6不冲击到玻璃微粒沉积体5(图中未示出)上，借此可以使水平气流6流过。
第二实施方式的效果基本上与上述的第一实施方式的效果相同。
第三实施方式
第三实施方式如图5所示，在反应容器11中设置一个供气口10，在供气口10与喷枪1和2间设置一个细长的气流调整板8B，以便堵塞供气口10。
气流调整板8B呈平板状，其宽度W比玻璃微粒沉积体5的直径D大，在本例中，气流调整板8B的宽度W为玻璃微粒沉积体5的直径D的1.1倍，板上设置包层合成用多管喷枪2穿过的孔8a。喷枪2与孔8a的间隙用硅橡胶等密封。
把用第三实施方式的多孔性光纤母体制造装置制作的多孔性光纤母体拉拨得到的光纤与气流调整板8B的宽度W为玻璃沉积体5的直径的0.9倍的情况相比，截止波长的偏差(标准偏差)减少了30％。
如果具体描述，虽然在W＝0.9D情况下的截止波长为23nm，但在W＝1.1D的情况下，截止波长都变成17nm。
因此，为了使气流调整板8B的宽度W比玻璃微粒沉积体5的直径D大(W≥D)，而通过正确地选择气流调整板8的尺寸和正确地调整水平气流，可以使多孔性光纤母体的品质以及作为最终制品的光纤的品质提高。
第四实施方式：
第四实施方式如图6所示，其改变了第三实施方式中的气流调整板8B的形状，即预先把气流调整板8C在水平面内弯曲，其宽度W比玻璃微粒沉积体5的直径D大得多，例如达到玻璃微粒沉积体5的直径D的2倍(W＝2D)。并且，在气流调整板8C的两端部上沿纵向并列设置若干个小孔8b。
在第四实施方式中，为了把气流调整板8C弯曲，在气流调整板8C两端部上设置小孔8b，而使在气流调整板8C两端的水平气流6的紊乱和涡流等减少。结果使拉拨得到的光纤的截止波长的偏差(标准偏差)与上述第3实施方式相比，进一步减少40％。
如果具体地描述，就第三实施方式中W＝1.1D时的截止波长17nm而言，在W＝2D的第四实施方式中的截止波长的偏差，进一步减少到40％，截止波长变为10nm。
如以上说明的那样，按照本发明，通过设置气流调整单元，可以防止在多孔性光纤母体中发生裂纹，并且可以使多孔性光纤母体的品质沿纵向稳定。本发明显示出这两个良好的效果。
用这样的多孔性光纤母体制造的最终制品的光纤品质显著提高。

Claims (12)

1.一种多孔光纤母体的制造装置，该装置是制造具有芯部分和在该芯部分外周上合成的包层部分的多孔光纤母体的制造装置，包括：
具有：反应部(11C)，把气流导入该反应部中的供气口(10)，和夹着上述反应器并与上述供气口(10)在水平方向对置并排出上述反应部中的气流的主排气口(13)的反应容器(11)；
导入上述反应部(11C)内装有合成多孔光纤母体的种棒(4)且能回转地引导向上的转动单元；
使变成上述芯部的玻璃微粒的火焰朝水平方向或向上方喷射到引入上述反应部(11)中并装在上述转动单元上的种棒(4)或已沉积在种棒上的多孔性光纤母体上的第一喷枪(1)；
使变成上述包层部分的玻璃微粒的火焰朝水平方向或向上方喷射到沉积在引入到上述反应部(11)中并装在上述转动单元上的种棒(4)上的多孔性光纤的母体的芯部上的第二喷枪(2)；
为了不使被上述第一和第二喷枪喷射后沉积在上述种棒(4)上的玻璃微粒的火焰流受到上述气流的扰动和不使上述气流直接接触在上述种棒(4)下端部上合成的玻璃微粒沉积体(5)上，而调整从上述供气口(10)流向上述主排气口(13)的气流流动的气流调整板(8)。
2.如权利要求1所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述反应容器还具有置于上述反应部内的多孔光纤母体的合成部与上述主排气口之间并把多孔光纤母体背后的气流排出到外部的副排气口(12)。
3.如权利要求1或2所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述气流调整板(8)为了使被上述第一和第二喷枪(1、2)喷射出的玻璃微粒流经已沉积在上述种棒上的多孔光纤母体的下端区域的上侧，而调整气流的流动。
4.如权利要求3所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述气流调整板设置在上述供气口上，使得部分堵塞上述供气口的下方和使上述气流流经已沉积在上述种棒(4)上的多孔光纤母体的下端部区的上侧。
5.如权利要求4所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：还具有使上述气流调整板在上述供气口内沿垂直方向上下的导轨(9)。
6.如权利要求3所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：在水平方向上并列设置两个供气口，在并列设置的所述两个供气口中央部上设置有所述气流调整板，使得使气流沿上述反应部水平方向的侧壁流过，且气流不流过上述第一和第二喷枪的配设位置。
7.如权利要求6所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：还具有使上述两个气流调整板分别在上述供气口内沿水平方向移动的导轨(9)。
8.如权利要求3所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述气流调整板水平方向宽度比已在上述种棒上形成的多孔光纤母体的直径大。
9.如权利要求8所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：在上述气流调整板上预先形成使上述第二喷枪(2)穿过的孔；
上述第二喷枪(2)的配设应使上述第二喷枪穿过上述气流调整板的孔和使变成包层部分的玻璃微粒的火焰向上方喷射在已沉积在上述种棒(4)上的芯部分的玻璃微粒上。
10.如权利要求9所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述气流调整板是平坦的。
11.如权利要求9所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述气流调整板具有水平方向弯曲而垂直方向平坦的形状。
12.如权利要求11所记载的多孔光纤母体的制造装置，其特征在于：上述气流调整板在水平方向的两端部附近以沿垂直方向排列的方式设置多个小孔。
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