TWI380966B - 光纖用母材以及光纖與其製造方法 - Google Patents

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Description

光纖用母材以及光纖與其製造方法
本發明是有關於一種光纖用母材(optical fiber base material)以及光纖(optical fiber)與其製造方法，特別是有關於一種於氫氧火焰(oxyhydrogen flame)中供給原料氣體，使所生成之玻璃微粒子(glass microparticle)沉積於纖芯母材(core base material)上而形成多孔質母材(porous base material)，進而將該多孔質母材進行透明玻璃化處理等步驟之光纖用母材之製造方法、藉上述製造方法而製造之光纖母材，以及使用該光纖母材之光纖之製造方法與藉由該製造方法而獲得之光纖。
再者，就認可文獻參照之編入之指定國，於本申請案中通過參照而將下述申請案所揭示之內容編入，作為本申請案揭示之一部分。
日本專利特願2004－309760號(申請日：平成16年10月25日)
用以通過抽拉纖維而製成光纖(optical fiber)之光纖用母材(optical fiber base material)是經過如下步驟而製成：形成折射率較高之纖芯部(core)的纖芯部製造步驟；以及於纖芯部製造步驟中所獲得之纖芯部之外周上形成折射率低於纖芯部之包層部(cladding)的包層部製造步驟。
圖1繪示為纖芯部製造步驟中所使用之纖芯部製造裝置100的示意圖。於反應容器11內之燃燒器21(burner)中，若供給含有氫以及氧之燃燒氣體，並且供給含有SiCl4 以及GeCl4 之原料氣體，則會藉由如下述反應式所示之火焰水解反應而生成摻雜有GeO2 之玻璃微粒子SiO2 。
SiCl4 ＋2H2 O＝SiO2 ＋4HCl GeCl4 ＋2H2 O＝GeO2 ＋4HCl使所生成之玻璃微粒子，附著並不斷沉積於反應容器11中旋轉之起始目標材料30的前端。於此，通過監視器55(monitor)監視並反饋(feedback)控制所形成之沉積體的前端，並根據沉積體的成長，而向上抽回起始目標材料30。藉此，形成凝聚有玻璃微粒子之纖芯用多孔質母材40。此時，將未附著之玻璃微粒子，自排氣管51排出於系統外。
另一方面，將完成沉積之纖芯用多孔質母材40，於燒結步驟中實施脫水或透明玻璃化處理，而使之成為纖芯母材(core base material)。該纖芯母材，有時會單獨形成纖芯部(core)之材料，有時則會與纖芯部的材料一體形成對應於包層部(cladding)之一部分的材料。
圖2繪示為使用纖芯製造步驟中所製造之纖芯母材70而實施包層部製造步驟中所使用之包層部製造裝置200的示意圖。首先，在延伸於規定長度及直徑之纖芯母材70的兩端，熔接虛設用玻璃棒61、62而製成起始材料玻璃棒(starting material glass rod)。
其次，於反應容器12內，旋轉起始材料玻璃棒，並且將含有氫或氧之燃燒氣體與含有SiCl4 之原料氣體一併供給至一個或多數個燃燒器22中而生成玻璃微粒子，並使所生成之玻璃微粒子沉積於起始材料玻璃棒之纖芯母材70的周邊。此時，如圖中箭頭所示般，使燃燒器22沿著纖芯母材70之軸向反覆移動，藉此使玻璃微粒子均勻地沉積於纖芯母材70之整個範圍。
圖3中繪示如上述般所獲得之光纖用母材300。如該圖所繪示，於纖芯母材70的周圍形成有多孔質母材80。再者，未附著於多孔質母材80之玻璃微粒子，可以利用如圖2所繪示之包層部製造裝置200的排氣管52而排出於系統之外。又，將完成沉積之多孔質母材80，繼續在燒結步驟中實施脫水或透明玻璃化處理，而使之成為光纖。
上述之光纖母材以及光纖製造方法中，利用纖芯部製造步驟製造之纖芯用多孔質母材40的大小將受到設備以及技術上的限制。例如由於反應容器11於無塵室(clean room)內以直立的方式設置，因此反應容器11的大小受制於建築物之尺寸。又，為製造纖芯用多孔質母材40，而必須對反應容器11內進行減壓，使之成為特定之氣體環境。因此，若設置大型設備則設備成本會消耗較大，而使得纖芯用多孔質母材40之製造成本激增。
如此，由於可製造之纖芯用多孔質母材40之大小受到限制，所以使用含有該纖芯用多孔質母材40之起始材料玻璃棒而製造之光纖母材300之尺寸亦會受到限制。又，由於光纖母材300之大小受到限制，所以由此而製造之光纖的生產率之提高亦受到限制。
有鑑於上述問題，本發明之目的在於提供一種光纖用母材之製造方法以及光纖之製造方法，其可易於製造大型的光纖用母材，且可於光纖用母材以及光纖之各個製造步驟中提高生產率，進而有助於降低光纖成本。又，本發明之另一目的在於提供使用上述方法而製造之光纖用母材，以及由此所製造之光纖。
本發明之第一形態，其提供含有如下步驟之光纖用母材之製造方法：藉由熔接使至少兩根纖芯母材結合，而製成一根纖芯母材之步驟；於製成為一根之纖芯母材之兩端將一對虛設用玻璃棒(dummy glass rod)進行熔接而製成起始材料玻璃棒之步驟；使藉由火焰水解反應生成之玻璃微粒子沉積於起始材料玻璃棒之週邊而製成多孔質母材之步驟；以及藉由燒結將多孔質母材進行透明玻璃化處理，而製成含有纖芯部(core)及包層部(cladding)之光纖用母材之步驟。藉此，可製造大型光纖用母材。
又，本發明之第二形態，其提供藉由上述製造方法而製造之光纖用母材。藉此，可通過連續性之一次抽拉纖維步驟而獲得較長之光纖。
又，本發明之第三形態，其提供包括連續進行抽拉纖維之操作，而無需於經過熔接之部分分割上述纖芯母材的光纖之製造方法。藉此可降低於抽拉纖維步驟開始時與完成時不可避免產生之非連續性操作與材料損失。
進而，本發明之第四形態，其提供使用上述製造方法而製造之光纖。該光纖是自一根光纖用母材連續進行抽拉纖維處理而製造之單一光纖。又，該光纖無需連接而具有較長之整體長度，所以其整體長度、直徑及品質較為穩定。
根據上述光纖用母材之製造方法，可節省熔接於纖芯母材兩端之虛設用玻璃棒之使用量。又，由於可使起始材料玻璃棒之直徑變大，所以可增加玻璃微粒子之附著速度。
再者，由於作為所製造之光纖用母材之製品重量增加，因此玻璃旋盤之加工步驟、檢測步驟、抽拉纖維步驟等中之每一單位制品重量之加工成本會降低，故生產率將會提高。又，進而於光纖之抽拉纖維步驟中，光纖之直徑變動較小，因此可連續進行相當於先前之兩根量的光纖之抽拉纖維處理。由此可減輕抽拉纖維之配置作業，故可使光纖實現低成本化。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下將列舉實施例及比較例就本發明之實施形態加以說明。
實施例 (實施例1)
使用圖4所繪示之包層部製造裝置210，而形成多孔質母材80。再者，對於與圖2中所繪示之包層部製造裝置200相同之構成要件附與相同的參照編號，並省略重複之說明。
首先，通過熔接使藉由已如圖1所說明之一般的纖芯部製造步驟而製造之兩根纖芯母材70結合，而製成一根纖芯母材之後，並使其延伸為規定之長度與直徑。接著，於其兩端分別使虛設用玻璃棒61、62(dummy glass rod)熔接而製成起始材料玻璃棒。於所獲得之起始材料玻璃棒上，將纖芯母材70彼此之間的纖芯母材熔接部90之外徑，相對於纖芯母材70之外徑進行調整，並控制於±0.5mm以內。再者，在起始材料玻璃棒未達到所期望之長度的情形時，可通過增加所熔接之纖芯母材70之根數而加以解決。
其次，將含有藉由熔接而達到規定長度之纖芯母材70的起始材料玻璃棒安裝於反應容器12內並使之旋轉，並且沿此反覆移動產生含有原料物質之氫氧火焰的燃燒器22，使多孔質母材80沉積於纖芯母材70之外圍。再來，燒結該多孔質母材80並對其進行脫水及透明化處理。
圖5中繪示如上述般所獲得之光纖用母材310。該光纖用母材310中，將纖芯母材70之熔接部90之外徑變動幅度控制於±0.5mm以內。又，光纖用母材310在品質上較為穩定，其直徑亦粗於使用有由一根纖芯母材70所形成之起始材料玻璃棒。
用於形成該光纖用母材310之虛設用玻璃棒61、62，其使用每一根纖芯母材70的二分之一的用量即可。又，由於使兩根纖芯母材70熔接，藉此可增粗起始材料玻璃棒之直徑，因此與其相對應之玻璃微粒子之附著速度將較先前技術提高20%。再者，若製造裝置容量允許，則不僅可使起始材料玻璃棒變粗亦可使其增長，藉此可使其大型化。
進而，所獲得之單一光纖用母材310由於大型化而重量增加。由此，在折射率分佈測定、外觀檢測等檢測步驟、玻璃旋盤之加工步驟，抽拉纖維步驟等其他步驟中，每一單位製品重量之成本將會下降，因此光纖生產率得到提高。
又，抽拉纖維步驟中，光纖之直徑變動較小，故可自相當於先前之兩根量之光纖用母材310，連續進行抽拉纖維而製造光纖，並且在纖芯母材熔接部90上不致產生斷線。又，亦可減輕抽拉纖維之配置作業。
進而，以上述製造方法而獲得之光纖，其可藉由生產率之提高而實現低價格化。又，由於自一根光纖用母材310連續進行抽拉纖維處理，故於整體長度上品質較為穩定。
(比較例1)
圖6繪示作為比較例而製作之光纖用母材400之剖面圖。如該圖所示，該光纖用母材400使分別單獨製造之2根光纖用母材藉由熔接而結合為一體化。該光纖用母材400，其包覆於纖芯母材70上而作為多孔質母材80之包層部之部分亦可經過熔接而成為一體化。
如此所製造之光纖用母材400上，含於纖芯70中之GeO2 於熔接時擴散至多孔質母材80之一側。由此，抽拉纖維時，於光纖用母材熔接部95中因過於熔融，故於其附近的光纖直徑之變動幅度將變大。又，有時亦會產生斷線而導致抽拉纖維中斷。
根據本發明，可製造單一較大之光纖用母材而無需大幅度變動製造設備。又，可藉由自如此所製造之較大光纖用母材連續進行抽拉纖維處理，而製造連續之較長光纖。因此，光纖用母材及光纖之製造成本將會降低。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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為準。
11、12．．．反應容器
21、22．．．燃燒器
30．．．起始目標材料
40．．．纖芯用多孔質母材
51、52．．．排氣管
55．．．監視器
61、62．．．虛設用玻璃棒
70．．．纖芯母材
80．．．多孔質母材
90．．．纖芯母材熔接部
95．．．光纖用母材熔接部
100．．．纖芯母材製造裝置
200、210．．．包層部製造裝置
300、310、400．．．光纖用母材
圖1繪示為纖芯部製造裝置100之概略的說明圖。
圖2繪示為包層部製造裝置200之概略的說明圖。
圖3繪示為光纖用母材300之概略剖面圖。
圖4繪示為實施本發明方法之包層部製造裝置210之概略剖面圖。
圖5繪示為光纖用母材310之概略剖面圖。
圖6繪示為比較例之光纖用母材400之概略剖面圖。
11．．．反應容器
21．．．燃燒器
30．．．起始目標材料
40．．．纖芯用多孔質母材
51．．．排氣管
55．．．監視器
100．．．纖芯母材製造裝置

Claims (4)

  1. 一種光纖用母材之製造方法，包括：藉由熔接使至少兩根纖芯母材結合而製成一根纖芯母材之步驟；於製成為一根之該纖芯母材之兩端將一對虛設用玻璃棒熔接而製成起始材料玻璃棒之步驟；使藉由火焰水解反應而生成之玻璃微粒子沉積於該起始材料玻璃棒之週邊而製成多孔質母材之步驟；以及藉由燒結將該多孔質母材進行透明玻璃化處理而製成含有纖芯部及包層部之光纖用母材之步驟。
  2. 一種光纖用母材，其是通過使用申請專利範圍第1項所述之製造方法而製造。
  3. 一種光纖之製造方法，其包括對申請專利範圍第2項所述之光纖用母材連續進行抽拉纖維之操作，而無需於經過熔接之部分分割上述纖芯母材。
  4. 一種光纖，其是藉由申請專利範圍第3項所述之製造方法而製造。
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