TW504500B - Optical fiber base material heat treatment method and optical fiber manufacture method - Google Patents

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504500 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583 lpif.doc/008 發明說明（ 本方法及賴生產方 法，且㈣疋有關於—種使用火談均句地處理光纖基礎材 料表面之光纖熱處理方法及光纖生產方法。 習知技-藝 光纖是由雜基礎簡，即未加工過之材料，所製 成’而光纖基礎材料的主要原料爲石英玻璃。光纖基礎材 料經由力_赌伸-職長度後，作爲光酬置材料，再 由此光纖前置材料經由拉伸而成爲光纖。 右在光纖基礎材料的表面有些許的損傷與不平坦， 則在光纖基礎材料拉伸爲光纖的過程中，將會使光纖斷 裂。且，核軸直徑與覆膜直徑的比値將不一致。若外來的 不純物質附著在光纖基礎材料的表面，則會降低光纖的品 質。更進一步地，若殘留在光纖基礎材料內部的應力大時， 則在光纖基礎材料拉伸或運輸過程中的微小衝擊，都將導 致光纖龜裂。 因此，光纖基礎材料的表面必須平滑且沒有外來不 純物質附著，且光纖基礎材料內殘存的應力必須小。通常， 火燄拋光可以移除光纖基礎材料表面的損傷與光纖基礎材 料內的應力，因爲火燄拋光是將火爐內的光纖基礎材料旋 轉，使光纖基礎材料加熱至攝氏2000度。 然而，在此溫度之下，光纖基礎材料表面上材質爲 Si〇2的部份石英玻璃將分解成SiO，導致部份的Si02石英 玻璃四處分散，而SiO將與大氣中的氧結合，重新成爲玻 璃粒子。接著，玻璃粒子將經由火燄加熱，附著至光纖基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂，—-----. 504500 A7 583 lpif.d〇c/〇〇8 B7 五、發明說明（1 ) 礎材料的部份表面，而在光纖基礎材料的表面形成遮蔽 層。 此遮蔽層可以由弱火燄加熱光纖基礎材料而移除， 但是’如果加熱得不充分，應力將繼續存留在光纖基礎材 料之中，相反地，若過度地加熱，遮蔽層將重新產生。 因此本發明的主要目的就是在提供一種光纖基礎材 料熱處理方法及使用熱處理方法解決上述問題的光纖生產 方法。光纖基礎材料熱處理方法可以移除光纖基礎材料表 面上的損傷、凹凸不平、外來不純物質所造成的不平坦、 光纖基礎材料內的應力、以及玻璃粒子附著所形成的遮蔽 層。 本發明提供一種光纖基礎材料熱處理方法，其進行 第一火燄拋光步驟，在光纖基礎材料之長度維持定値的條 件下’以火談加熱光纖基礎材料的表面後，進行第二火談 拋光步驟，以低於第一火燄拋光步驟的加熱溫度，對光纖 基礎材料加熱。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其中第 一火燄拋光步驟是以加熱的方法移除光纖基礎材料表面上 的不平坦。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其第一 火燄拋光步驟藉由加熱移除光纖基礎材料內部殘留的應力 以及光纖基礎材料表面之遮蔽層。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其中第 一火燄拋光步驟至少對光纖基礎材料表面之局部不平坦部 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）— ' " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t 訂—：----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504500 A7 583 1pif.doc/008 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（々） 份加熱，且第二火燄拋光步驟對整個光纖基礎材料之表面 加熱。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其第一 火燄拋光步驟是對光纖基礎材料加熱’使光纖基礎材料表 面之溫度約爲攝氏1800度至2200度。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其第二 火燄拋光步驟是對光纖基礎材料加熱’使光纖基礎材料表 面之溫度約爲攝氏1000度至1800度。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其中火 燄是由燃燒易燃氣體，例如氫氣，以及用以助燃之助燃氣 體，例如氧氣，所產生。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，其中火 燄是由燃燒易燃氣體，例如鏈狀碳氫化合物，以及用以助 燃之助燃氣體，例如氧氣，所產生。 本發明提出一種光纖基礎材料熱處理方法，在第一 火燄拋光步驟中以火燄對光纖基礎材料之表面加熱時，維 持光纖基礎材料之長度爲一定値。且在第二火燄拋光步驟 中以火燄對光纖基礎材料之表面加熱時，使用低於第一火 燄拋光步驟所使用的溫度，並經由對光纖基礎材料加熱， 拉伸光纖基礎材料至纖維狀，以形成光纖。 本發明提出一種光纖生產方法，其第一火燄拋光步 驟藉由加熱，移除光纖基礎材料表面的不平坦部份。 本發明提出一種光纖生產方法，其第二火燄拋光步 驟藉由加熱移除光纖基礎材料內部殘留的應力以及光纖基 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t 訂——丨-----SP. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297^^) 504500 A7 583 lpif.doc/008 B7 五、發明說明（Μ ) 礎材料表面之遮蔽層。 本發明提出一種光纖生產方法，其中第一火燄拋光 步驟至少對光纖基礎材料表面之局部不平坦部份加熱’且 第二火燄拋光步驟對光纖整個基礎材料之表面加熱。 本發朋提出一種光纖生產方法，其第一火燄拋光步 驟是對光纖基礎材料加熱，使光纖基礎材料表面之溫度約 爲攝氏1800度至2200度。 本發明提出一種光纖生產方法，其第二火燄拋光步 驟是對光纖基礎材料加熱，使光纖基礎材料表面之溫度約 爲攝氏1000度至1800度。 本發明提出一種光纖生產方法，其中火燄是由燃燒 可燃性氣體，例如氫氣，以及用以助燃之助燃氣體，例如 氧氣，所產生。 本發明提出一種光纖生產方法，其中火燄是由燃燒 可燃性氣體，例如鏈狀碳氫化合物，以及用以助燃之助燃 氣體，例如氧氣，所產生。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖繪示本發明光纖製造裝置之系統示意圖； 第2圖繪示本發明光纖之生產方法；以及 第3圖繪示第1圖中玻璃棒狀結構第二延伸裝置之 剖面圖。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) t 訂··—：----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504500 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583 lpif.doc/008 五、發明說明（c ) 圖式之標記說明： 102 :玻璃基礎材料 106 :玻璃棒狀結構 107 :光纖前置材料 600 :玻璃基礎材料產生裝置 700 :玻璃基礎材料脫水與燒結裝置 900 :玻璃基礎材料第一延伸裝置 380 :玻璃棒狀結構傳輸裝置 111 :玻璃棒狀結構第二延伸裝置 5〇〇 :光纖前置材料拉伸裝置 12 :燈頭 14、16 :玻璃棒狀結構之終端 18、20 :夾盤 22、24 :馬達 26 :螺紋桿 A、B :玻璃棒狀結構之一端 實施例 本發明將藉由下文所述之實施例作詳細地說明。 請參照第1圖，其繪示本發明光纖製造裝置之系統 示意圖。本發明光纖製造裝置之系統包括：玻璃基礎材料 產生裝置600，用以產生玻璃基礎材料102，以作爲光纖 基礎材料；玻璃基礎材料脫水與燒結裝置700，對玻璃基 礎材料102脫水與燒結；玻璃基礎材料第一延伸裝置900， 用以拉伸玻璃基礎材料102,產生玻璃棒狀結構106;玻 8 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504500 A7 5 8 3 1pif. doc/00 8 B7 五、發明說明) 璃棒狀結構傳輸裝置380,用以傳輸玻璃棒狀結構1〇6; 玻璃棒狀結構第二延伸裝置lu，對玻璃棒狀結構1〇6作 第二次拉伸，產生光纖前置材料1〇7 ;以及光纖前置材料 拉伸裝置500，拉伸光纖前置材料以產生光纖。 第二圖繪示本發明光纖之生產方法。玻璃基礎材料 102由玻璃基礎材料產生裝置600以氣相軸沉積法(vap〇r_ phase axial deposition method，VAD method)或類似的方法 產生（S200)。接著，藉由玻璃基礎材料脫水與燒結裝置 700，在氯氣環境下對玻璃基礎材料1〇2脫水，並於惰性 氣體環境中對其燒結(S202)。 玻璃基礎材料102的直徑通常爲no毫米至2〇〇毫 米，而實際上用來拉伸以作爲光纖的適當直徑爲30毫米 至80笔米’因此’以玻璃基礎材料第一'延伸裝置900首 次拉伸脫水且燒結過的玻璃基礎材料102,產生玻璃棒狀 結構106(S204)，作爲光纖基礎材料。玻璃棒狀結構106 之直徑比便於拉伸爲光纖的直徑，30毫米至80毫米，大 3毫米至5毫米。 玻璃棒狀結構106以玻璃棒狀結構傳輸裝置380傳 輸(S205)，接著，對玻璃棒狀結構106加熱並拉伸，且對 其施行火燄拋光步驟以移除表面的不平坦，作爲光纖前置 材料107(S206)。光纖前置材料1〇7以光纖前置材料拉伸 裝置500加熱並拉伸至纖維狀，以產生光纖(S2l〇)。 第3圖繪示第1圖中玻璃棒狀結構第二延伸裝置m 之剖面圖。本發明光纖基礎材料熱處理方法，使用玻璃棒 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） C請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -φφ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 川45〇〇 ----583 lpif，d〇c/〇〇8__B7 —___________ 五、發明說明（1 ) 狀結構第二延伸裝置111，對玻璃棒狀結構106施行火燄 拋光。本發明光纖基礎材料熱處理方法，連續施行第一火 自炎拋光步驟與第二火燄拋光步驟。 第一火燄拋光步驟以火燄對光纖基礎材料的表面加 熱，並同時維持光纖基礎材料的長度爲一定値，而第二火 炎拋光步驟使用火燄以低於第一火燄拋光步驟的溫度對光 纖基礎材料的表面加熱。 玻璃棒狀結構第二延伸裝置111具有燃燒器噴嘴12 ' 夾盤18，20、馬達22，24、螺紋桿26。玻璃棒狀結構106 的兩端14，16由夾盤18，20所固定，玻璃棒狀結構1〇6 延著連接夾盤18之中心與夾盤20之中心的軸，由馬達22 驅動旋轉。燃燒器噴嘴12連接至螺紋桿26，且螺紋桿26 由馬達24驅動旋轉。燃燒器噴嘴12延著玻璃棒狀結構106 之軸向’循著螺紋桿26相對地移動，對玻璃棒狀結構106 加熱。而玻璃棒狀結構106是由燃燒器噴嘴12以氫氧燄 (acid hydrogen flame)，伴隨氫氣與氧氣所燃燒的火燄，來 加熱。 桌一火燄拋光步驟移除玻璃棒狀結構106表面之不 平坦’且第二火燄拋光步驟以低於第一火燄拋光步驟的溫 度加熱玻璃棒狀結構106，移除玻璃棒狀結構106內部的 殘留應力與玻璃棒狀結構106表面的遮蔽層。 在此所使用的火燄必須是伴隨可燃性氣體，例如氫 氣/鏈狀碳氫化合物，與助燃性氣體，例如氧氣，所燃燒 的火燄，而氫氧燄是較佳的選擇。 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂—— 504500 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____5831pif.doc/008 β7 五、發明說明（g ) 第一火燄拋光步驟是由加熱玻璃棒狀結構106之一 端A開始，燃燒器噴嘴12延著螺紋桿26移動，將玻璃棒 狀結構106之表面加熱至攝氏2000度，並移動至玻璃棒 狀結構106之另一端B，因此，燃燒器噴嘴12可以火燄 拋光玻璃棒狀結構106的整個表面。在此過程中，玻璃棒 狀結構106表面的損傷、不平坦、以及外來不純物可以被 移除，使玻璃棒狀結構106的表面變得平坦。但在此時， 玻璃粒子會依附在玻璃棒狀結構106之表面，而使玻璃棒 狀結構106的表面產生遮蔽層，且應力依舊留存在玻璃棒 狀結構106之內部。所以，第一火燄拋光步驟是局部火燄 拋光步驟，火燄部份拋光了具有損傷的玻璃棒狀結構106。 在第一火燄拋光步驟中，玻璃棒狀結構106表面的 温度須局於攝氏1600度，此溫度是合成石英玻璃的軟化 溫度。藉此，表面的不平坦，例如損傷、不平坦、表面上 的外來不純物質，皆可被移除。然而，玻璃棒狀結構1〇6 的部份表面溫度會達到約攝氏2200度，遮蔽層將因附著 在玻璃棒狀結構106表面的玻璃粒子·而產生。在第二火談 拋光步驟中，玻璃棒狀結構106的表面將被加熱至軟化溫 度，藉此，遮蔽層以及殘留在玻璃棒狀結構106內的應力 可經由第二火燄拋光步驟被移除。 光纖的主要原料爲石英玻璃，因此，在第一火談拋 光步驟中’玻璃棒狀結構106的表面必須加熱至攝氏18〇〇 度至2200度之間，而較佳的情況則是在攝氏19〇〇度至 度之間。若表面的溫度高於攝氏2200度，玻璃棒狀結構1〇6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------tl-----^----- 11

504500 A7 r^__5 83lpif.doc/008 _B7 i、發明說明（^)) 表面石英玻璃的分解將加劇；另一方面，若表面的溫度低 於攝氏1800度，損傷、不平坦、以及外來不純物質將無 法由玻璃棒狀結構106的表面移除。 在完成第一^火談抛光步驟之後’螺紋桿2 6將反向旋 轉，使燃燒器噴嘴12移動至玻璃棒狀結構之一端a，加 熱步驟的起始點。接著，進行第二火燄拋光步驟，燃燒器 噴嘴12延著螺紋桿26移動，將玻璃棒狀結構106的表面 加熱至攝氏1500度。隨著燃燒器噴嘴12移動至玻璃棒狀 結構106的另一端B，以及火燄的拋光整個玻璃棒狀結構 106的表面，整個玻璃棒狀結構106的表面將被加熱至低 於第一火燄拋光步驟時的溫度，藉此，玻璃棒狀結構106 表面的玻璃粒子可被移除。玻璃棒狀結構106的表面將變 得透明，且位於玻璃棒狀結構106內的殘留應力可被移除。 在第二火燄拋光步驟中，玻璃棒狀結構1〇6的表面 必須加熱至攝氏1000度至1800度之間，而玻璃棒狀結構 106表面溫度較佳的範圍是在攝氏1200度至16〇〇度之間。 若表面的溫度高於攝氏1800度，新的遮蔽層將產生於玻 璃棒狀結構106之表面；另一方面，若玻璃棒狀結構1〇6 表面的溫度低於攝氏1000度，玻璃棒狀結構1〇6內部殘 留的應力將無法被移除。 (範例） 平均直徑爲60毫米之玻璃棒狀結構106被安裝在玻 璃棒狀結構第二延伸裝置111，直徑1毫米之外來不純物 質的黑點依附在玻璃棒狀結構106的表面，此黑點無法以 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ0 訂--------蠢♦_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504500 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 83 lpif.doc/008 發明說明（ 布來拭去。玻璃棒狀結構106以每分鐘25轉的轉速旋轉。 在第一火燄拋光步驟中’附著有外來不純物質的部份玻璃 棒狀結構106，以含有300 L/m氫氣與170 L/m氧氣的氫 氧燄加熱至攝氏2000度’藉以移除外來不純物質’但此 時玻璃粒子將附著在玻璃棒狀結構106的表面’於玻璃棒 狀結構106的表面形成白色遮蔽層。 在接下來的第二火談拋光步驟中，玻璃棒狀結構 的表面將以含有230 L/m氫氣與130 L/m氧氣的氫氧談加 熱至攝氏1500度。此時，以鹵素燈或螢光燈照射並觀察 玻璃棒狀結構106的表面，使玻璃棒狀結構1〇6的表面透 明、平坦，沒有損傷、不平坦、外來不純物質、以及玻璃 粒子。且，殘留在玻璃棒狀結構1〇6內的應力將以偏極光 板作性質上的測試，直到玻璃棒狀結構1〇6內的應力確定 被移除。 若玻璃棒狀結構106的表面有一直徑約20微米的細 孔，則玻璃棒狀結構106的表面將變得透明且平坦’且玻 璃棒狀結構106內的應力將被移除。 (比較範例） 外來不純物質附著在玻璃棒狀結構106的表面，使 其不平坦。若只施行第二火燄拋光步驟而使玻璃棒狀結構 106加熱至攝氏1500度，則玻璃棒狀結構106上的外來不 純物質與不平坦將無法被移除。 根據本發明光纖基礎材料熱處理方法，可以穫得高 品質的、作爲光纖基礎材料的玻璃棒狀結構。光纖基礎材 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504500 583 lpif.doc/〇〇8 五、發明說明（u) 料的表面将變成翻，沒有玻璃粒子所形成的遮蔽層。光 纖基礎材料的表面將變得平坦，沒有損傷、不平坦、以及 外來不純物鹭。更進一步地，可以穫得內部沒有殘留應力 的光纖基礎材料。由於本發明之光纖生產方法使用本發明 光纖基礎材料熱處理方法所處理過的光纖基礎材料，所以 可以穫得高品質的光纖。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並許 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之涑意事頊存填寫本貢)

Claims (1)

1. 504500

   __11^::苯 ΜΜ 日期：2〇〇Μ·7 .

   爲第89100602號啦 申請專利範圍 1· 一種以熱處理光纖基礎材料之拋光光纖基礎材料的 方法，該方法包括： 一第一火燄拋光步驟，在維持該光纖基礎材料之一 長度爲一定値的情況下，以一火燄加熱該光纖基礎材料之 一表面；以及 一第二火燄拋光步驟，以一溫度低於該第一火燄拋 光步驟加熱溫度之火燄加熱該光纖基礎材料之該表面，其 中該第二火燄8光金驟之該火焰搵藏實質上要高於1000 °C νϋ篮位ϋ蓋光胤基Μ杖毅內部殘留的應力。 2·如申請專利範圍第1項所述拋光光纖基礎材料的方 法，其中該第一火燄拋光步驟是以加熱移除該光纖基礎材 料之該表面的一不平坦部份。 3. 如申請專利範圍第1項所述拋光光纖基礎材料的方 法，其中該第二火燄拋光步驟是以加熱移除位於該光纖基 礎材料內部殘留的應力，以及位於該光纖基礎材料之該表 面的一遮蔽層。 4. 如申請專利範圍第2項所述拋光光纖基礎材料的方 法，其中該第一火燄拋光步驟至少局部加熱該光纖基礎材 料之該表面的該不平坦部份，而該第二火燄拋光步驟加熱 整個該光纖基礎材料之該表面。 5. 如申請專利範圍第1項所述拋光光纖基礎材料的方 法，其中該第一火燄拋光步驟是對該光纖基礎材料加熱， 使該光纖基礎材料之該表面的溫度大約在攝氏1800度至 2200度之間。 15 請 先 閱 讀 背 意 寫 本 頁 I I I I I 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） 504500 5 83 lpifl .doc/〇〇8 A8 B8 C8 D8 ^_I_I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 乂畀刊軺IMI修止本 U it Η 申請專利範圍 6.如申請專利範圍第1項所述拋光光纖基礎材料自勺$ 法’其中該火燄是由燃燒一可燃性氣體，包括一氫氣，以 及一助燃性氣體，包括一氧氣，所形成。 7·如申請專利範圍第1項所述拋光光纖基礎材料的$ 法’其中該火燄通常是由燃燒一可燃性氣體，包括〜鏈狀 碳氫化合物，以及一助燃性氣體，包括一氧氣，所形成。 8·—種光纖生產方法，其中該方法包括： 一第一火燄拋光步驟，在維持一光纖基礎材料之— 長度爲一定値的情況下，以火燄加熱該光纖基礎材料之~ 表面； —第二火燄拋光步驟，以=1溫度低於該第一火燄拋 光步驟加熱溫度之火燄，加熱該光纖基礎材料之該表面， 其中該第二火燄拋光步驟之該火焰溫度略高於1000°c」以 去險位於蓋光邋基畿就料L內部i戔置的應力；以及 對該光纖基礎材料加熱，拉伸該光纖基礎材料至纖 維狀，以形成該光纖。 9·如申請專利範圍第8項所述之光纖生產方法，其中 該第一火燄拋光步驟是以加熱移除該光纖基礎材料之該表 面的不平坦部份。 10. 如申請專利範圍第8項所述之光纖生產方法，其 中該第二火燄拋光步驟以加熱移除該光纖基礎材料內殘留 的應力，以及該光纖基礎材料之該表面的一遮蔽層。 11. 如申請專利範圍第9項所述之光纖生產方法，其 中該第一火燄拋光步驟至少局部加熱該光纖基礎材料之該 先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂--------•線J ^------------------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504500 A8 、 B8 583 1 pifl.doc/008 ^ '爲苐i 1)061)2 ¾¾屮夂專利範圍修止本 it Η Μ'"2ΌΌ 1.6./ t、申請專利範圍 表面的該不平坦部份，而該第二火燄拋光步驟加熱整個該 光纖基礎材料之該表面。 12. 如申請專利範圍第8項所述之光纖生產方法，其 中該第一火燄拋光步驟是對該光纖基礎材料加熱，使該光 纖基礎材料之該表面的溫度大約在攝氏1800度至2200度 之間。 13. 如申請專利範圍第8項所述之光纖生產方法，其 中該火燄是由燃燒一可燃性氣體，包括一氫氣，以及一助 燃性氣體，包括一氧氣，所形成。 14. 如申請專利範圍第8項所述之光纖生產方法，其 中該火燄是由燃燒一可燃性氣體，包括一鏈狀碳氫化合 物，以及一助燃性氣體，包括一氧氣，所形成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）