CN1420850A - 制造光学纤维的棒状预制体和制造该预制体和纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造光学纤维的棒状预制体，以及制造这种棒状预制体的方法。本发明还涉及制造光学纤维的方法，其中对棒状预制体的一端进行热处理，此后对该棒状预制体的软化端施加拉力以从那里拉出光学纤维。

Description

制造光学纤维的棒状预制体和制造该预制体和纤维的方法

本发明涉及一种制造光学纤维的棒状预制体，以及制造这种棒状预制体的方法。本发明还涉及制造光学纤维的方法，其中对棒状预制体的一端进行热处理，此后对该棒状预制体的软化端施加拉力以从那里拉出光学纤维。

从日本专利公开JP-A-11079772中可以知道这样一种预制体，并且根据所说的文件，可以将所说的预制体视为许多设置在预制体端部，垂直于该预制体轴线方向的深度不同的分离沟槽。这种阶梯式的直径降低是不利的，因为在窑炉中，预制体的玻璃在这种阶梯位置发生软化至这样一种程度，即来自窑炉的材料从所说的阶梯位置发生下垂。因为通过窑炉在圆锥体圆周处对其进行加热，所以就有在预制体中心附近的区域发生软化的危险，其结果是，将不会从圆锥体中心处发生拉丝，而这是不希望的。

这种预制体本身也可以从以本申请人的名义申请的欧洲专利申请0 530 917中知道。可以将从那里知道的预制体视为沿其整个长度方向上直径均匀的棒状预制体。当用这种棒状预制体拉制光学纤维时，在窑炉中，加热所说棒状预制体的一端，这样就形成了软化区。在所说的加热过程中，对这样软化的区域施加拉力，此后，所说软化区的塑性条件使从那里拉光学纤维成为可能。根据所说的专利公开文本，加热区的方向与施加于软化端上的拉力的方向相反。

玻璃纤维工业当前的发展呈现出提高棒状预制体性能的趋势。主要是通过增加棒状预制体的直径实现这种性能的提高。然而，也可以增加棒状预制体的长度，但这种措施会在实践中产生问题，因为目前制造预制体的设备不合适。此外，长的预制体难以操作。

在本说明书的前言中使用的术语“棒状预制体”应理解为包括质量大的棒和管子，特别是被一根或多根同心管围绕的棒。通常，在拉丝塔(draw tower)中拉出这样的棒状预制体而形成直径约为125微米的光学纤维。在所说的拉丝过程中，棒状预制体慢慢通过窑炉，于是在其一端会发生熔化，从而形成圆锥体。从所说的已经通过加热获得的圆锥体中高速带走(carried away)上述玻璃纤维。因此，当使用目前生成的棒状预制体，特别是具有大直径的预制体时，启动拉丝过程，特别是形成圆锥体会占用很多的时间。应该理解的是，当使用具有更大直径的棒状预制体时，此启动时间大大延长。由于上述趋势，其中要加工具有较大直径的棒状预制体，因此，理想的是有益地影响拉丝过程的启动时间，从而使拉丝过程，特别是缩短其起始阶段成为可能。

因此，本发明的目的是提供一种棒状预制体，该棒状预制体具有能够明显缩短拉丝过程起始阶段的几何形状。

本发明的另一个目的是提供一种制造棒状预制体的方法，该棒状预制体能明显缩短拉丝过程的起始阶段，特别是在预制体具有大直径的情况下。

本发明的再一个目的是提供一种用于制造光学纤维的棒状预制体，以及制造所说光学纤维的方法，其中可以精确地限定棒状预制体端部的几何形状。

根据本发明，制造如前言中提到的光学纤维的棒状预制体的特征在于，棒状预制体的一端具有圆锥体的几何形状，该圆锥体的几何形状符合下列等式： $\frac{D}{d_0}=2-25,$ $\frac{D}{d_{1/2}}=1.2-5,$ $\frac{L_C}{D}=0.8-3.5$ 其中D＞d_1/2＞d₀

其中

L_C＝锥长(毫米)

D＝棒状预制体的直径(毫米)

d₀＝棒状预制体圆锥端的直径(毫米)

d_1/2＝圆锥一半处的棒状预制体的直径(毫米)

尽管欧洲专利申请0 999 189(早期未公开)揭示了一种直径降低的预制体，但所说的公开文本对上述需求的结合没有提供任何指示，特别是d_1/2与D之间的比率，而这是为了明显缩短拉丝过程的起始阶段，本预制体要满足的。

通过在最终的拉丝过程前已经使棒状预制体呈圆锥体的几何形状，使拉丝过程，特别是其起始阶段所需的时间明显缩短。因此，对于棒状预制体特别理想的是包括具有圆锥体几何形状的端部，其圆锥体的几何形状基本符合从棒状预制体中连续拉制光学纤维自动形成圆锥体的几何形状。因此，在这样一个实施方案中，达到所需终速所需的时间也可以明显缩短。因此，应该明白：可以将该预制体视为待用于拉制光学纤维的预制体，不应将该棒状预制体与已经从中拉出光学纤维的现有技术已知的棒状预制体混为一谈。圆锥体的几何形状起始于预制体的尖部，直径D从那里开始减小。可以将该圆锥体的几何形状视为从直径D平滑连续减小至直径d₀，该几何形状基本上不同于JP-A-11079772突变的、阶梯形的几何形状。

为了形成特定的直径降低以提供所需的效果，特别是缩短最终拉丝过程的起始阶段，上述比率D/d₀是重要的。应该清楚的是：比率D/d₀的下限特别适用于具有小直径的棒状预制体，特别是直径超过约30毫米的棒状预制体。比率D/d₀的上限特别适用于具有较大直径的棒状预制体，特别是直径超过约150毫米的棒状预制体。但是，应当指出：在其任何实施方案中，都不限制该棒状预制体的具体直径，而是仅限制如前所述的圆锥体几何形状与棒状预制体之间的比率。

上述比率D/d_1/2涉及棒状预制体软化端的具体几何形状，特别是圆锥体。如果此比率大于5，圆锥端将非常迅速地离开加热区，这意味着大量的玻璃将离开窑炉，这是不希望的。如果上述比率小于1.2的下限，将不能充分缩短促进最后拉丝过程的启动阶段所需的时间，因此也不能完全实现本发明的目的。

上述比率L_C/D特别依赖于用于在该棒状预制体的端部形成圆锥体几何形状的窑炉中加热区的长度，特别是在为实行光学加工而进行的最后拉丝过程以前。正如前面已经描述的，优选的是位于棒状预制体端部的圆锥体几何形状的长度基本上与在最终拉光纤过程中将形成的圆锥体形状一致。通常，当棒状预制体具有较大的直径时，需要较长的加热区。如果加热区太短，所述窑炉就必需提供较高的温度，这会在用该棒状预制体最终拉制光纤时，在圆锥体中产生高的剪切率。所说的较高温度会对最终的玻璃纤维中缺陷的出现有副作用，这主要是由于较高的紫外线照射和较高的剪切率造成的。然而，如果使用较长的加热区，实际上所需的温度会变低，但棒状预制体的端部在加热区中的停留时间将变长，因此由于棒状预制体较长时间暴露于紫外线照射下，会导致更多数量的缺陷。

特别优选的是，在端部呈圆锥体几何形状的该棒状预制体符合以下等式： $\frac{L_R}{L_C}\≥4,$

其中：

L_R＝棒状预制体的长度(毫米)。

为了实现高生产力，这种L_R/L_C比率是特别需要的。如果比率在上述的范围以外，该棒状预制体将更加难以处理。

在本发明的具体实施方案中，可以将该棒状预制体视为包括芯和包裹芯的包裹层的棒状预制体，其中包裹层的衍射指数低于芯的衍射指数。

而且，本发明涉及一端呈圆锥体几何形状的棒状预制体，特别是如上所述的棒状预制体的制造方法，根据本发明，该方法的特征在于包括以下步骤：

i)在加热区中加热该棒状预制体的一端，同时使其旋转，

ii)为了将所说端部的一部分变成圆锥体的几何形状，向步骤i)中加热的端部施加拉力，

iii)沿棒状预制体端部的长度方向移动加热区，直至所说的端部具有所说的圆锥体几何形状，

iv)冷却步骤iii)中获得的棒状预制体，该棒状预制体的一端呈圆锥体几何形状。

特别优选的是，通过使棒状预制体的端部与对称包裹棒状预制体端部的等离子体接触，进行上述步骤i)中的加热，使用产生等离子体的方法在棒状预制体外部的等离子气体中产生等离子体。

特别优选的是：等离子气体流动的方向与棒状预制体的轴成90°角，其中等离子体是氧等离子体或含氧的等离子体。

优选的是用等离子火焰法在该棒状预制体的端部形成圆锥体的几何形状。如果使用大直径，特别是横截面积大于1000毫米²的棒状预制体，等离子火焰特别合适。已知等离子火焰具有约10,000K的温度，结果，在棒状预制体中可以获得足够的穿透深度，因此棒状预制体在其整个横截面积上都变软了。除此之外，等离子火焰几乎不显示任何推力，因为等离子体所需的气体是以大气压供给的。低的推力有下列好处，即圆锥体的几何形状不会受到不好的影响。在本发明的一个具体实施方案中，使用了氧等离子体或含氧的等离子体，这样做的结果是，由于氧化环境使得可以防止石英在高温下烧坏。此外，不出现不希望有的等离子火焰的冷却。

在一个具体的实施方案中，更可能的是通过使棒状预制体的端部与氢/氧焰接触而进行步骤i)中的加热，其中特别是向氢/氧焰中供给过量的氧。

此具体实施方案特别适用于横截面积较小的棒状预制体。对于这种横截面玻璃面积小于1000毫米²的棒状预制体，棒状预制体的软化端对氢/氧焰的推力略有敏感，其中在旋转时必须特别准确地进行所说的加热。

而且，本发明还涉及一种制造光学纤维的方法，其中对棒状预制体的一端进行热处理，此后，对棒状预制体的软化端施加拉力以从那里拉出光学纤维，该方法的特征在于使用的是本棒状预制体。而且，本发明还涉及按照上述方法获得的光学纤维。

现在将参考附图解释本发明。

附图示意性地说明该棒状预制体所需的参数。在该图中，用L_R表示棒状预制体的长度。因为在加热区加热该棒状预制体的端部时旋转该棒状预制体并对其施加拉力，所以加热端会变成具有圆锥体几何形状的端部，其中用L_C示意地表示圆锥的长度。在附图中，用D表示棒状预制体的直径。而且，在图中，用d_1/2表示圆锥一半处的棒状预制体的直径，用d₀表示在圆锥端部的棒状预制体的直径。应该指出的是：不应将图中位于d₀处的球形端视作本发明的实质。特别重要的是：为了形成光学纤维，还没有对图中所示的棒状预制体进行拉丝处理，但是拥有圆锥体几何形状的该预制体适于随后制造光学纤维，其会在d₀处形成光学纤维。

Claims (11)

1.一种制造光学纤维的棒状预制体，其特征在于，该棒状预制体的一端呈圆锥体的几何形状，该圆锥体的几何形状符合以下等式： $\frac{D}{d_0}=2-25,$ $\frac{D}{d_{1/2}}=1.2-5,$ $\frac{L_C}{D}=0.8-3.5$ 其中D＞d_1/2＞d₀

其中

L_C＝锥长(毫米)

D＝棒状预制体的直径(毫米)

d₀＝圆锥端的棒状预制体的直径(毫米)

d_1/2＝圆锥一半处的棒状预制体的直径(毫米)

2.根据权利要求1的棒状预制体，其特征在于，所说的圆锥体几何形状符合下面的等式： $\frac{L_R}{L_C}\≥4,$

其中：

L_R＝棒状预制体的长度(毫米)。

3.根据权利要求1-2的棒状预制体，其特征在于：所说的该棒状预制体包括芯和包裹芯的包裹层，其中包裹层的衍射指数低于芯的衍射指数。

4.一种制造一端呈圆锥体几何形状的棒状预制体，特别是权利要求1-3的棒状预制体的方法，其特征在于，所说的方法包括以下步骤：

i)在加热区加热该棒状预制体的一端，同时使其旋转，

ii)为了使所说端部的一部分变成圆锥体的几何形状，对步骤i)中加热的端部施加拉力，

iii)沿棒状预制体端部的长度方向移动加热区，直至所说的端部具有所说的圆锥体几何形状，

iv)冷却步骤iii)中获得的棒状预制体，该棒状预制体的一端呈圆锥体几何形状。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于：通过使棒状预制体的端部与对称包裹该棒状预制体端部的等离子体接触进行步骤i)中的加热，使用产生等离子的方法在棒状预制体外部的等离子气体中生成等离子体。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于：等离子气体的流动方向与棒状预制体的轴成90°角。

7.根据权利要求5-6的方法，其特征在于：使用氧等离子体或含氧等离子体作为所说的等离子体。

8.根据权利要求4的方法，其特征在于：通过使棒状预制体的端部与氢/氧焰接触进行步骤i)中的加热。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于：向所说的氢/氧焰中加入过量的氧气。

10.一种制造光学纤维的方法，其中对棒状预制体的一端进行热处理，此后对该棒状预制体的软化端施加拉力以从那里拉出光学纤维，其特征在于：使用权利要求1-3的棒状预制体。

11.一种按照如权利要求10中所定义的方法获得的光学纤维。

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