制造用于具有低水峰的光纖的預(yù)制件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造光纖預(yù)制件的方法及其設(shè)備，特別是一種制造具有低水峰的光傳輸光纖的預(yù)制件的方法。
[0002]相關(guān)技術(shù)
[0003]波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和更新的密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)促使光傳輸光纖制造商生產(chǎn)在透射光譜的寬頻域內(nèi)具有極小光學(xué)衰減的光纖。過(guò)去十年一直面對(duì)的一個(gè)具體問(wèn)題是光纖在其制造過(guò)程中吸收存在于光纖的光學(xué)有效區(qū)域內(nèi)的氫氧根(-OH)和/或職分子造成的衰減。在光纖預(yù)制件的制造過(guò)程中當(dāng)光纖預(yù)制件暴露給各種來(lái)源的氫氣時(shí)，能夠形成-OH基團(tuán)和水。氫氧根或水造成的污染導(dǎo)致1380nm處的直線衰減，在衰減光譜中可見一個(gè)峰值，一般被稱為“水峰”。
[0004]獲取待被拉伸為大約125 μm典型直徑的光纖的玻璃預(yù)制件的通常程序包括:制造固體玻璃芯部棒(也被稱為芯部桿)的第一過(guò)程，以及通過(guò)合適的工藝(例如通過(guò)圍繞芯部棒沉積疏松體，或者通過(guò)將芯部棒套入玻璃管中(管中棒RIT技術(shù)))給芯部棒添加外包殼的第二過(guò)程。
[0005]W001/47822涉及一種制造在低水峰光纖的制造過(guò)程中使用的圓柱玻璃體的方法，該方法包括以下步驟:形成在光纖預(yù)制件的制造過(guò)程中使用的固結(jié)玻璃前體，所述前體包括所述預(yù)制件的至少一個(gè)局部芯部區(qū)；將所述玻璃前體暴露給氘氣，然后在所述前體上形成附加的包殼，從而形成光纖預(yù)制件。所述前體是一種包括芯部區(qū)和至少一部分玻璃包殼區(qū)的玻璃芯部桿。在給芯部桿增加額外的外包疏松體之前，芯部桿被懸掛在爐內(nèi)，并用足以防止已固結(jié)的玻璃芯部桿再潮濕的時(shí)間和溫度進(jìn)行氘氣處理。
[0006]疏松體前體(尤其是采用外部氣相沉積法(OVD)、氣相軸向沉積法(VAD)制成時(shí))典型地具有被近包殼區(qū)(也被稱為內(nèi)包殼區(qū))所圍繞的芯部區(qū)，所述近包殼區(qū)通常由純二氧化硅制成。任選地，所述內(nèi)包殼區(qū)包括一層或多層摻雜質(zhì)的二氧化硅。所獲得的前體被干燥并固結(jié)，從而形成芯部玻璃體。固結(jié)之后通常是拉伸，以縮小該玻璃體的直徑，然后玻璃體被切割成多個(gè)芯部棒?；蛘撸静堪粢部梢酝ㄟ^(guò)內(nèi)部沉積工藝形成，比如改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法或爐式化學(xué)氣相沉積法(MCVD/FCVD)、或者等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)。
[0007]經(jīng)常用來(lái)表示所生產(chǎn)的光纖的成本和性能的參數(shù)是玻璃芯部棒的芯部-包殼比，a/b，其中a是芯部棒的芯部區(qū)的半徑，b是圍繞芯部區(qū)的內(nèi)包殼區(qū)的外半徑。a/b的值越大，制造過(guò)程的產(chǎn)量就越高，因?yàn)橥ㄟ^(guò)單個(gè)疏松體預(yù)制件能獲得更多的芯部棒。
[0008]US2011/0023551公開了一種制造可用于成品光纖預(yù)制件的芯部棒段的方法。該方法據(jù)稱允許增大包殼對(duì)芯部的比例，用D/d表示。所公開的方法包括將兩個(gè)或多個(gè)芯部體件端對(duì)端軸向插入玻璃柱內(nèi)，從而限定了相鄰的插入芯部體件之間的接合部；將玻璃柱和所含的芯部體件豎直地安裝在爐的區(qū)域內(nèi)；加熱爐內(nèi)的玻璃柱和芯部體件，從而拉長(zhǎng)該玻璃柱和包含在玻璃柱內(nèi)的芯部體件；使拉長(zhǎng)的柱收縮從而形成成品芯部棒；然后沿芯部棒長(zhǎng)度在與所述相鄰芯部體件之間的接合部重合的一個(gè)或多個(gè)位置處切割成品芯部棒，從而獲得多個(gè)芯部棒段，一個(gè)或多個(gè)所述芯部棒段可用于光纖預(yù)制件的生產(chǎn)。所述芯部體件具有4或更小的D/d，而成品芯部棒以大于五的D/d比形成。
[0009]W02012/010212描述了一種抗彎光纖，所述抗彎光纖具有芯部區(qū)和圍繞芯部區(qū)的包殼區(qū)，并包括摻氟的含空穴環(huán)形層。在固結(jié)過(guò)程中完成摻氟，之后在預(yù)制件的芯部坯料上實(shí)現(xiàn)二氧化硅層的疏松體沉積。
[0010]盡管有時(shí)候RIT工藝因?yàn)椴粌A向于在芯部棒和外包殼之間的交界處引入氫污染而是優(yōu)選的，但是相比RIT工藝，通過(guò)疏松體沉積而得到的直接外包能明顯地減少制造成本。
[0011]通過(guò)火焰水解法(比如OVD)在芯部棒上形成包殼區(qū)通常是優(yōu)選的，因?yàn)樗试S從芯部棒相對(duì)快地生產(chǎn)疏松體光學(xué)預(yù)制件。
[0012]然后以干燥劑處理多孔疏松體預(yù)制件以去除水分，然后在爐內(nèi)在高于玻璃化溫度的溫度下被固結(jié)(或燒結(jié))成緊密玻璃預(yù)制件。
[0013]W02010/059464描述了一種通過(guò)將疏松體預(yù)制件暴露給低于大氣壓的低壓、同時(shí)將預(yù)制件暴露給足以使預(yù)制件完全固結(jié)成無(wú)孔預(yù)制件的溫度，來(lái)在固結(jié)爐中固結(jié)含疏松體光纖預(yù)制件的方法。該文獻(xiàn)提到了在同一個(gè)爐內(nèi)通過(guò)多個(gè)預(yù)制件支撐件固結(jié)多個(gè)預(yù)制件，而不是單個(gè)預(yù)制件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明人已經(jīng)意識(shí)到，利用具有大芯部-包殼比的芯部棒通過(guò)執(zhí)行中間包殼過(guò)程能夠獲得具有低水峰的光纖，其中形成具有小于第一芯部-包殼比的第二芯部-包殼比的中間玻璃預(yù)制件，然后完成所述包覆以形成光纖預(yù)制件。
[0015]通過(guò)形成厚度比光纖預(yù)制件的總包殼區(qū)域的厚度相對(duì)小的中間包殼區(qū)的方式來(lái)包覆芯部棒，這允許使用芯部-包殼比較大的芯部棒。
[0016]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，圍繞芯部棒沉積(優(yōu)選通過(guò)火焰水解法)相對(duì)少量的疏松體材料，然后固結(jié)所沉積的疏松體材料，然后再完成所述包殼的形成，這能制造出生產(chǎn)低水峰光纖所用的光纖預(yù)制件。
[0017]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管總效率取決于芯部棒的a/b比，這對(duì)拉伸芯部預(yù)制件所獲得的芯部棒來(lái)說(shuō)繼而又取決于從單個(gè)芯部預(yù)制件所獲得的芯部棒的數(shù)量，但是為了所述芯部棒的完整包覆以及為了最終光纖預(yù)制件的形成需要兩個(gè)固結(jié)過(guò)程。所以相對(duì)于通過(guò)在芯部棒上形成單個(gè)包覆層來(lái)獲得最終預(yù)制件的工藝而言，完成光纖預(yù)制件的耗時(shí)可能明顯增加。
[0018]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一種以兩階段包覆工藝所生產(chǎn)的光纖預(yù)制件能獲得具有低水峰的光纖，并且通過(guò)一種多個(gè)中間疏松體預(yù)制件被同時(shí)固結(jié)的方法能獲得相對(duì)高的產(chǎn)會(huì)K。
[0019]所述中間玻璃預(yù)制件具有0.20-0.30、優(yōu)選0.20-0.25的芯部-包殼比。
[0020]所述芯部棒的芯部-包殼比(即a/b)在下面被稱為第一芯部-包殼比，而所述中間玻璃預(yù)制件的芯部-包殼比(a/c)被稱為第二芯部-包殼比。
[0021]優(yōu)選地，芯部棒具有大于或等于0.34、更優(yōu)選地大于或等于0.38的芯部-包殼比。根據(jù)部分優(yōu)選實(shí)施例，芯部棒的芯部-包殼比小于或等于0.40。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種制造光纖預(yù)制件的方法，包括:
[0023]提供多個(gè)局部多孔中間預(yù)制件，每個(gè)局部多孔中間預(yù)制件具有縱軸線并分別包括圍繞各自的玻璃芯部棒形成的相應(yīng)疏松體中間包殼層，所述玻璃芯部棒包括半徑a的中心芯部區(qū)以及外半徑b的內(nèi)包殼區(qū)，從而定義了第一芯部-包殼比a/b ;
[0024]固結(jié)所形成的疏松體中間包殼層，從而形成相應(yīng)多個(gè)中間玻璃預(yù)制件，所述多個(gè)中間玻璃預(yù)制件中的每個(gè)均包括外半徑c的中間包殼區(qū)，從而定義了在0.20-0.30之間的第二芯部-包殼比a/c ;以及
[0025]通過(guò)圍繞中間包殼區(qū)形成外包區(qū)來(lái)外包至少一個(gè)中間玻璃預(yù)制件，從而形成光纖玻璃預(yù)制件，
[0026]其中，所述固結(jié)包括將所述多個(gè)中間預(yù)制件暴露給單個(gè)爐體的固結(jié)熱區(qū)，同時(shí)使每個(gè)中間預(yù)制件繞其各自的縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027]優(yōu)選地，所述爐體包括沿爐的縱向延伸的豎直定向的馬弗爐，所述固結(jié)熱區(qū)是豎直熱區(qū)。
[0028]優(yōu)選地，每個(gè)玻璃芯部棒具有外表面，疏松體中間包殼層是沉積在相應(yīng)的玻璃芯部棒外表面上的二氧化硅疏松體層。
[0029]在部分優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法包括:在固結(jié)之前，
[0030]-將所述多個(gè)局部多孔中間預(yù)制件操作地連接到被包括在支撐結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)多個(gè)保持軸，支撐結(jié)構(gòu)包括支撐構(gòu)件，每個(gè)保持軸可旋轉(zhuǎn)地接合支撐構(gòu)件。
[0031]優(yōu)選地，所述多個(gè)保持軸相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸垂直進(jìn)行布置，所述驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)從動(dòng)機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)傳遞給保持軸。
[0032]根據(jù)部分實(shí)施例，在固結(jié)之前，該方法還包括:將所述多個(gè)局部多孔中間預(yù)制件操作地連接到被包括在支撐結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)多個(gè)保持軸，支撐結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)旋轉(zhuǎn)傳遞機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)傳遞給保持軸。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)傳遞機(jī)構(gòu)通過(guò)從動(dòng)機(jī)構(gòu)將來(lái)自驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)傳遞給保持軸。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)包括支撐構(gòu)件，每個(gè)保持軸可旋轉(zhuǎn)地接合到支撐構(gòu)件。
[0033]優(yōu)選地，保持軸是圍繞驅(qū)動(dòng)軸同心設(shè)置的齒輪軸。優(yōu)選地，保持軸與相應(yīng)的從齒輪互鎖，所述從齒輪嚙合與驅(qū)動(dòng)軸互鎖的主齒輪。
[0034]優(yōu)選地，爐體被豎直地定向，并且所述固結(jié)包括相對(duì)于固結(jié)熱區(qū)沿爐的縱向同時(shí)移動(dòng)所述多個(gè)中間預(yù)制件。優(yōu)選地，爐的固結(jié)熱區(qū)被保持在從1400°C _1600°C之間的溫度。
[0035]在部分實(shí)施例中，暴露給固結(jié)熱區(qū)包括將所述多個(gè)多孔中間預(yù)制件同時(shí)下降到爐體的固結(jié)熱區(qū)內(nèi)，其中局部多孔預(yù)制件被玻璃化成多個(gè)玻璃中間預(yù)制件。
[0036]在部分優(yōu)選實(shí)施例中，所述方法還包括:在固結(jié)之前，干燥所述多個(gè)中間預(yù)制件，其中所述干燥包括將所述多個(gè)中間預(yù)制件暴露給爐的脫水熱區(qū)，同時(shí)使每個(gè)中間預(yù)制件圍繞自身縱軸線旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，爐體沿爐縱向被豎直定向，并且脫水熱區(qū)被定位在爐體的第一縱向段，第一縱向段位于與所述固結(jié)熱區(qū)對(duì)應(yīng)的第二縱向段的上方。
[0037]優(yōu)選地，在固結(jié)期間，旋轉(zhuǎn)每個(gè)中間預(yù)制件包括以相等的轉(zhuǎn)速均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)中間預(yù)制件。
[0038]在部分優(yōu)選實(shí)施例中，提供多個(gè)局部多孔中間預(yù)制件包括: