直接拉丝制造光纤的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造光纤的方法，该方法包括下列步骤：沉积芯材料和包覆材料，形成积炭坯，积炭坯包含一种玻璃改性剂；将未固化的积炭坯装入拉丝塔；提供一热区，加热炱坯的一部分至足以将积炭烧结成熔融玻璃的温度；将熔融玻璃直接拉丝成为光纤。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Method for manufacturing optical fiber by direct drawing

The invention relates to a method for producing optical fiber, the method comprises the following steps: depositing core and cladding materials to form coke coke blank, blank including a glass modifier; the coke blank into the drawing tower uncured; providing a hot zone heating heating a portion of the blank to be sintered into coke by foot the temperature of molten glass; directly drawing the molten glass into fiber.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请是1999年7月8日提交的美国专利申请09/350,068的后续申请。本申请根据35USC§120享有上述美国专利申请的优先权，并将其参考于此。
技术介绍
专利
本专利技术一般涉及对制造光纤方法的改进，具体而言，涉及制造含掺杂剂光纤的方法，有这些掺杂剂很难加工成没有质量缺陷的纤维，例如，在一些专用器件例如光放大器中使用的纤维。
技术介绍
在光纤技术方面已经有了许多重要进步。例如，目前可以利用光纤技术制造光放大器，而无需将光信号转换为电信号用于放大。为用于这些和其它的用途，已对制造光纤的材料进行改进和提纯，达到所需的光学性能。在制备用于制造光放大器的最新一代光纤中用作掺杂剂的材料的例子，有氧化铝和氧化锑。不幸的是，这些新材料采用目前的制造技术一直未能得到满意的结果。在目前采用的制造光纤方法中，是先制造出一种烧结的玻璃预制坯，它包含完整要求的芯和包覆层的剖面。然后将玻璃坯(预制坯)装在拉丝塔上，加热后拉成光纤成品。附图说明图1所示是目前采用的制造光纤预制坯方法10的详细流程图，这种方法称作外部汽相沉积法(OVD)。制造这种玻璃预制坯的OVD法包括下列步骤1.沉积芯材料和某种包覆材料，产生一个积炭坯。2.将该积炭坯固化为玻璃坯。3.将该玻璃坯预拉成棒。4.试验该棒的光学性能。5.将包覆材料沉积在该棒上，产生第二个积炭坯。6.将第二个积碳坯固化成为具有纤维成品完整要求的芯和包覆剖面的玻璃坯。该方法的第一步骤中，如图1所示的步骤12，使用火焰水解器，将芯材料以炱的形式沉积在例如氧化铝(Al2O3)或其它合适材料制造的饵棒上，该铒棒通过车床装置旋转。火焰水解器将前体物质提供给一输送燃烧器。包含老的掺杂剂(如GeO2)的芯材料通常使用本领域已知的蒸气输送燃烧器输送到饵棒上。前体和掺杂剂决定了沉积在饵棒上各炱层的组成。除芯材料外，一预定部分的包覆材料也在第一步骤沉积在饵棒上的芯材料上面。这些材料沉积之后，取下饵棒，留下有完整的芯和部分包覆层剖面的积炭坯。此外，积炭坯沿其长度上有一个除去饵棒后留下的轴线孔。该方法的下一个步骤，如图1所示的步骤14，将芯积炭坯固化。首先，在固化步骤中，积炭坯在约1000℃固化炉内，使用氯气(Cl2)和氦气(He)进行干燥。该干燥步骤排出水和一些不需要的金属元素，尤其是坯中会干扰玻璃基体的水以及在最终纤维成品中会导致不希望光衰减的杂质。坯干燥好之后，加热至约1500℃，烧结成透明玻璃。整个固化过程需耗时数小时，包括固化后坯的冷却时间。固化之后，在步骤16，对固化的玻璃坯进行所谓的“预拉伸”过程。在预拉伸工艺中，将坯装在预拉伸塔中加热，然后拉伸成要求直径的长的细棒。预拉伸时还将坯中的轴线孔封闭起来。这是在预拉伸的同时施加真空来完成的。预拉伸之后，在步骤18中，对制成的棒检测其光学性能，尤其是其折射指数。这样可以根据需要，根据折射指数偏离合适量的差异，调整后面的制造方法。在步骤20中，进行第二沉积过程。此时，使用火焰水解器将二氧化硅包覆材料沉积在步骤16中形成的玻璃棒的上面。在沉积此包覆材料过程中，通常使用蒸气输送系统。此时可调节沉积的包覆材料量，用来补偿步骤18中测得的与要求折射指数的偏离。第二沉积的结果是形成另一个积炭坯。然而，不将新沉积的炱层与玻璃棒分离，而是在后面的制造过程中留在原位。在步骤22中，按照上述步骤14，通过干燥和烧结，固化第二积炭坯。第二固化步骤的结果是具有纤维成品的完整芯和包覆层剖面的玻璃坯。在步骤24中，将制成的坯装在拉丝塔上，该拉丝塔内具有温度约为2000℃的热区。在步骤26中，将坯靠近其底部的部分加热直到玻璃融化，此时有熔块滴下，在其后面拉出熔融纤维的尾部，在拉开热区的瞬间冷却至室温固化。生成的纤维收集卷绕在线轴上用于储存。尽管上述方法已表明能很好满足许多纤维包括标准长途传输纤维的生产，但是制造一些专用光纤已产生一些问题。这些光纤包括例如光放大器中使用的纤维。为达到要求的光学性能(例如，更宽波长的响应)，材料的设计者已在芯中引入一些新的掺杂剂。发现，使用一些新掺杂剂包括氧化铝和氧化锑，会在玻璃棒中形成晶体(以后称作结晶)。在固化过程中的某个阶段会开始结晶，并且在固化后和预拉伸之后变得很明显，并且在玻璃棒中产生空隙(称作“种子”)。由包含结晶的预制坯制造的纤维存在质量缺陷。在标准纤维拉丝过程的升高温度条件下，结晶在纤维中会形成空隙。纤维中有这些空隙不能用。因为结晶引起不能接受的高背景损失即衰减，所以这种纤维不能使用。解决这种问题的一种方法是在结晶形成以后没法消除之。然而，如果可能的话，这是要求防止结晶的形成。因此，需要能避免制造这种专用纤维中结晶问题的光纤制造方法。专利技术概述本专利技术第一个实施方案提供制造光纤的方法，该方法包括下列步骤沉积芯材料和包覆材料，形成积炭坯，该积炭坯较好是至少其芯包含一种玻璃改性剂；将未固化的积炭坯装在拉丝塔上，提供一热区加热该坯的一部分至足以将炱烧结成为熔融玻璃的温度，并将熔融玻璃直接拉成纤维。这种方法能使包含这种玻璃改性剂的专用纤维的结晶减到最低程度。因而可以减轻衰减性能。根据一个实施方案，芯较好的包括一种光学活性掺杂剂，选自Er、Yb、Nd、Tm和Pr。玻璃改性剂较好的选自Al、As、Be、Ca、La、Ga、Mg、Sb、Sn、Ta、Ti、Y、Zn和Zr。根据本专利技术的另一个实施方案，使积炭坯在拉制光纤步骤中处于卤化物气体中，可以降低衰减和水峰。较好的卤化物气体是含氯气体，选自Cl2、C2F6、SOCl4、GeCl4和SiCl4。由下面的详细描述以及附图能更完整地理解本专利技术，以及本专利技术的其它特征和优点。附图简述图1所示是制造光纤现有技术方法的流程图。图2所示是根据本专利技术采用直接拉丝法制造光纤方法的流程图。图3所示是本专利技术制造光纤芯材料棒的方法流程图。图4所示是用于沉积芯材料和包覆材料的OVD法侧视图。图5所示是图4中积炭坯沿5-5线的剖面图。图6所示是装在拉丝塔炉内的积炭坯局部剖面图。较好实施方案的详细描述下面参考附图(所示为本专利技术较好实施方案)详细描述本专利技术。但是，所描述的本专利技术可以按照各种形式实施，不应局限于在此提出的实施方案。对这些代表性的实施方案进行详细描述，只是使本领域技术人员能够充分理解本专利技术的结构、操作、功能以及应用范围。图2所示是本专利技术方法28的第一实施方案的流程图。已经发现，可以直接取用积炭坯进行拉丝，不需要另行采用一个分开的固化步骤，从而避免在炱预制坯中使用玻璃改性剂时会产生结晶。根据本专利技术制造的纤维中，至少在纤维的芯中包含玻璃改性剂。玻璃改性剂包括例如Al、As、Be、Ca、La、Ga、Mg、Sb、Sn、Ta、Ti、Y、Zn和Zr。玻璃改性剂不包括玻璃形成物质即Si、Ge、P和B。根据本专利技术，玻璃改性剂与稀土金属结合使用，作用是不使稀土金属在芯内发生聚集或是改变所制造纤维的光谱性能。因此，在图2的步骤30中以及如图4中所示，全部的芯材料和包覆材料按照合适的重量比例沉积，形成有纤维成品的完整芯54和包覆层56剖面的未固化积炭坯60。例如，使用液体输送系统将含掺杂剂的芯材料的炱沉积在饵棒58上，如下面将讨论的那样。掺杂剂较好包括一种选自Er、Yb、Nd、Tm和Pr的光学活性掺杂剂。这些光学活性掺杂剂在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造光纤的方法，该方法包括下列步骤：（ａ）沉积芯材料和包覆材料，形成积炭坯，积炭坯中至少芯包含一种玻璃改性剂；（ｂ）将未固化的积炭坯装入拉丝塔；（ｃ）在拉丝塔热区内加热坯的一部分至足以将积炭坯一端烧结成熔融玻璃的温度；（ ｄ）将熔融玻璃在拉丝塔中拉制成为光纤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RL贝内特，RA范宁，DW霍托夫，王吉，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]