專利名稱：制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體和制造該預(yù)制體和纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，以及制造這種棒狀預(yù)制體的方法。本發(fā)明還涉及制造光學(xué)纖維的方法，其中對棒狀預(yù)制體的一端進行熱處理，此后對該棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維。
從日本專利公開JP-A-11079772中可以知道這樣一種預(yù)制體，并且根據(jù)所說的文件，可以將所說的預(yù)制體視為許多設(shè)置在預(yù)制體端部，垂直于該預(yù)制體軸線方向的深度不同的分離溝槽。這種階梯式的直徑降低是不利的，因為在窯爐中，預(yù)制體的玻璃在這種階梯位置發(fā)生軟化至這樣一種程度，即來自窯爐的材料從所說的階梯位置發(fā)生下垂。因為通過窯爐在圓錐體圓周處對其進行加熱，所以就有在預(yù)制體中心附近的區(qū)域發(fā)生軟化的危險，其結(jié)果是，將不會從圓錐體中心處發(fā)生拉絲，而這是不希望的。
這種預(yù)制體本身也可以從以本申請人的名義申請的歐洲專利申請0 530 917中知道?？梢詫哪抢镏赖念A(yù)制體視為沿其整個長度方向上直徑均勻的棒狀預(yù)制體。當用這種棒狀預(yù)制體拉制光學(xué)纖維時，在窯爐中，加熱所說棒狀預(yù)制體的一端，這樣就形成了軟化區(qū)。在所說的加熱過程中，對這樣軟化的區(qū)域施加拉力，此后，所說軟化區(qū)的塑性條件使從那里拉光學(xué)纖維成為可能。根據(jù)所說的專利公開文本，加熱區(qū)的方向與施加于軟化端上的拉力的方向相反。
玻璃纖維工業(yè)當前的發(fā)展呈現(xiàn)出提高棒狀預(yù)制體性能的趨勢。主要是通過增加棒狀預(yù)制體的直徑實現(xiàn)這種性能的提高。然而，也可以增加棒狀預(yù)制體的長度，但這種措施會在實踐中產(chǎn)生問題，因為目前制造預(yù)制體的設(shè)備不合適。此外，長的預(yù)制體難以操作。
在本說明書的前言中使用的術(shù)語“棒狀預(yù)制體”應(yīng)理解為包括質(zhì)量大的棒和管子，特別是被一根或多根同心管圍繞的棒。通常，在拉絲塔(draw tower)中拉出這樣的棒狀預(yù)制體而形成直徑約為125微米的光學(xué)纖維。在所說的拉絲過程中，棒狀預(yù)制體慢慢通過窯爐，于是在其一端會發(fā)生熔化，從而形成圓錐體。從所說的已經(jīng)通過加熱獲得的圓錐體中高速帶走(carried away)上述玻璃纖維。因此，當使用目前生成的棒狀預(yù)制體，特別是具有大直徑的預(yù)制體時，啟動拉絲過程，特別是形成圓錐體會占用很多的時間。應(yīng)該理解的是，當使用具有更大直徑的棒狀預(yù)制體時，此啟動時間大大延長。由于上述趨勢，其中要加工具有較大直徑的棒狀預(yù)制體，因此，理想的是有益地影響拉絲過程的啟動時間，從而使拉絲過程，特別是縮短其起始階段成為可能。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種棒狀預(yù)制體，該棒狀預(yù)制體具有能夠明顯縮短拉絲過程起始階段的幾何形狀。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造棒狀預(yù)制體的方法，該棒狀預(yù)制體能明顯縮短拉絲過程的起始階段，特別是在預(yù)制體具有大直徑的情況下。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，以及制造所說光學(xué)纖維的方法，其中可以精確地限定棒狀預(yù)制體端部的幾何形狀。
根據(jù)本發(fā)明，制造如前言中提到的光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體的特征在于，棒狀預(yù)制體的一端具有圓錐體的幾何形狀，該圓錐體的幾何形狀符合下列等式Dd0=2-25,]]>Dd1/2=1.2-5,]]>LCD=0.8-3.5]]>其中D＞d1/2＞d0其中LC＝錐長(毫米)D＝棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)d0＝棒狀預(yù)制體圓錐端的直徑(毫米)d1/2＝圓錐一半處的棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)盡管歐洲專利申請0 999 189(早期未公開)揭示了一種直徑降低的預(yù)制體，但所說的公開文本對上述需求的結(jié)合沒有提供任何指示，特別是d1/2與D之間的比率，而這是為了明顯縮短拉絲過程的起始階段，本預(yù)制體要滿足的。
通過在最終的拉絲過程前已經(jīng)使棒狀預(yù)制體呈圓錐體的幾何形狀，使拉絲過程，特別是其起始階段所需的時間明顯縮短。因此，對于棒狀預(yù)制體特別理想的是包括具有圓錐體幾何形狀的端部，其圓錐體的幾何形狀基本符合從棒狀預(yù)制體中連續(xù)拉制光學(xué)纖維自動形成圓錐體的幾何形狀。因此，在這樣一個實施方案中，達到所需終速所需的時間也可以明顯縮短。因此，應(yīng)該明白可以將該預(yù)制體視為待用于拉制光學(xué)纖維的預(yù)制體，不應(yīng)將該棒狀預(yù)制體與已經(jīng)從中拉出光學(xué)纖維的現(xiàn)有技術(shù)已知的棒狀預(yù)制體混為一談。圓錐體的幾何形狀起始于預(yù)制體的尖部，直徑D從那里開始減小?？梢詫⒃搱A錐體的幾何形狀視為從直徑D平滑連續(xù)減小至直徑d0，該幾何形狀基本上不同于JP-A-11079772突變的、階梯形的幾何形狀。
為了形成特定的直徑降低以提供所需的效果，特別是縮短最終拉絲過程的起始階段，上述比率D/d0是重要的。應(yīng)該清楚的是比率D/d0的下限特別適用于具有小直徑的棒狀預(yù)制體，特別是直徑超過約30毫米的棒狀預(yù)制體。比率D/d0的上限特別適用于具有較大直徑的棒狀預(yù)制體，特別是直徑超過約150毫米的棒狀預(yù)制體。但是，應(yīng)當指出在其任何實施方案中，都不限制該棒狀預(yù)制體的具體直徑，而是僅限制如前所述的圓錐體幾何形狀與棒狀預(yù)制體之間的比率。
上述比率D/d1/2涉及棒狀預(yù)制體軟化端的具體幾何形狀，特別是圓錐體。如果此比率大于5，圓錐端將非常迅速地離開加熱區(qū)，這意味著大量的玻璃將離開窯爐，這是不希望的。如果上述比率小于1.2的下限，將不能充分縮短促進最后拉絲過程的啟動階段所需的時間，因此也不能完全實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
上述比率LC/D特別依賴于用于在該棒狀預(yù)制體的端部形成圓錐體幾何形狀的窯爐中加熱區(qū)的長度，特別是在為實行光學(xué)加工而進行的最后拉絲過程以前。正如前面已經(jīng)描述的，優(yōu)選的是位于棒狀預(yù)制體端部的圓錐體幾何形狀的長度基本上與在最終拉光纖過程中將形成的圓錐體形狀一致。通常，當棒狀預(yù)制體具有較大的直徑時，需要較長的加熱區(qū)。如果加熱區(qū)太短，所述窯爐就必需提供較高的溫度，這會在用該棒狀預(yù)制體最終拉制光纖時，在圓錐體中產(chǎn)生高的剪切率。所說的較高溫度會對最終的玻璃纖維中缺陷的出現(xiàn)有副作用，這主要是由于較高的紫外線照射和較高的剪切率造成的。然而，如果使用較長的加熱區(qū)，實際上所需的溫度會變低，但棒狀預(yù)制體的端部在加熱區(qū)中的停留時間將變長，因此由于棒狀預(yù)制體較長時間暴露于紫外線照射下，會導(dǎo)致更多數(shù)量的缺陷。
特別優(yōu)選的是，在端部呈圓錐體幾何形狀的該棒狀預(yù)制體符合以下等式LRLC≥4,]]>其中LR＝棒狀預(yù)制體的長度(毫米)。
為了實現(xiàn)高生產(chǎn)力，這種LR/LC比率是特別需要的。如果比率在上述的范圍以外，該棒狀預(yù)制體將更加難以處理。
在本發(fā)明的具體實施方案中，可以將該棒狀預(yù)制體視為包括芯和包裹芯的包裹層的棒狀預(yù)制體，其中包裹層的衍射指數(shù)低于芯的衍射指數(shù)。
而且，本發(fā)明涉及一端呈圓錐體幾何形狀的棒狀預(yù)制體，特別是如上所述的棒狀預(yù)制體的制造方法，根據(jù)本發(fā)明，該方法的特征在于包括以下步驟i)在加熱區(qū)中加熱該棒狀預(yù)制體的一端，同時使其旋轉(zhuǎn)，ii)為了將所說端部的一部分變成圓錐體的幾何形狀，向步驟i)中加熱的端部施加拉力，iii)沿棒狀預(yù)制體端部的長度方向移動加熱區(qū)，直至所說的端部具有所說的圓錐體幾何形狀，iv)冷卻步驟iii)中獲得的棒狀預(yù)制體，該棒狀預(yù)制體的一端呈圓錐體幾何形狀。
特別優(yōu)選的是，通過使棒狀預(yù)制體的端部與對稱包裹棒狀預(yù)制體端部的等離子體接觸，進行上述步驟i)中的加熱，使用產(chǎn)生等離子體的方法在棒狀預(yù)制體外部的等離子氣體中產(chǎn)生等離子體。
特別優(yōu)選的是等離子氣體流動的方向與棒狀預(yù)制體的軸成90°角，其中等離子體是氧等離子體或含氧的等離子體。
優(yōu)選的是用等離子火焰法在該棒狀預(yù)制體的端部形成圓錐體的幾何形狀。如果使用大直徑，特別是橫截面積大于1000毫米2的棒狀預(yù)制體，等離子火焰特別合適。已知等離子火焰具有約10,000K的溫度，結(jié)果，在棒狀預(yù)制體中可以獲得足夠的穿透深度，因此棒狀預(yù)制體在其整個橫截面積上都變軟了。除此之外，等離子火焰幾乎不顯示任何推力，因為等離子體所需的氣體是以大氣壓供給的。低的推力有下列好處，即圓錐體的幾何形狀不會受到不好的影響。在本發(fā)明的一個具體實施方案中，使用了氧等離子體或含氧的等離子體，這樣做的結(jié)果是，由于氧化環(huán)境使得可以防止石英在高溫下燒壞。此外，不出現(xiàn)不希望有的等離子火焰的冷卻。
在一個具體的實施方案中，更可能的是通過使棒狀預(yù)制體的端部與氫/氧焰接觸而進行步驟i)中的加熱，其中特別是向氫/氧焰中供給過量的氧。
此具體實施方案特別適用于橫截面積較小的棒狀預(yù)制體。對于這種橫截面玻璃面積小于1000毫米2的棒狀預(yù)制體，棒狀預(yù)制體的軟化端對氫/氧焰的推力略有敏感，其中在旋轉(zhuǎn)時必須特別準確地進行所說的加熱。
而且，本發(fā)明還涉及一種制造光學(xué)纖維的方法，其中對棒狀預(yù)制體的一端進行熱處理，此后，對棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維，該方法的特征在于使用的是本棒狀預(yù)制體。而且，本發(fā)明還涉及按照上述方法獲得的光學(xué)纖維。
現(xiàn)在將參考附圖
解釋本發(fā)明。
附圖示意性地說明該棒狀預(yù)制體所需的參數(shù)。在該圖中，用LR表示棒狀預(yù)制體的長度。因為在加熱區(qū)加熱該棒狀預(yù)制體的端部時旋轉(zhuǎn)該棒狀預(yù)制體并對其施加拉力，所以加熱端會變成具有圓錐體幾何形狀的端部，其中用LC示意地表示圓錐的長度。在附圖中，用D表示棒狀預(yù)制體的直徑。而且，在圖中，用d1/2表示圓錐一半處的棒狀預(yù)制體的直徑，用d0表示在圓錐端部的棒狀預(yù)制體的直徑。應(yīng)該指出的是不應(yīng)將圖中位于d0處的球形端視作本發(fā)明的實質(zhì)。特別重要的是為了形成光學(xué)纖維，還沒有對圖中所示的棒狀預(yù)制體進行拉絲處理，但是擁有圓錐體幾何形狀的該預(yù)制體適于隨后制造光學(xué)纖維，其會在d0處形成光學(xué)纖維。
權(quán)利要求
1.一種制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，其特征在于，該棒狀預(yù)制體的一端呈圓錐體的幾何形狀，該圓錐體的幾何形狀符合以下等式Dd0=2-25,]]>Dd1/2=1.2-5,]]>LCD=0.8-3.5]]>其中D＞d1/2＞d0其中LC＝錐長(毫米)D＝棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)d0＝圓錐端的棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)d1/2＝圓錐一半處的棒狀預(yù)制體的直徑(毫米)
2.根據(jù)權(quán)利要求1的棒狀預(yù)制體，其特征在于，所說的圓錐體幾何形狀符合下面的等式LRLC≥4,]]>其中LR＝棒狀預(yù)制體的長度(毫米)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2的棒狀預(yù)制體，其特征在于所說的該棒狀預(yù)制體包括芯和包裹芯的包裹層，其中包裹層的衍射指數(shù)低于芯的衍射指數(shù)。
4.一種制造一端呈圓錐體幾何形狀的棒狀預(yù)制體，特別是權(quán)利要求1-3的棒狀預(yù)制體的方法，其特征在于，所說的方法包括以下步驟i)在加熱區(qū)加熱該棒狀預(yù)制體的一端，同時使其旋轉(zhuǎn)，ii)為了使所說端部的一部分變成圓錐體的幾何形狀，對步驟i)中加熱的端部施加拉力，iii)沿棒狀預(yù)制體端部的長度方向移動加熱區(qū)，直至所說的端部具有所說的圓錐體幾何形狀，iv)冷卻步驟iii)中獲得的棒狀預(yù)制體，該棒狀預(yù)制體的一端呈圓錐體幾何形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于通過使棒狀預(yù)制體的端部與對稱包裹該棒狀預(yù)制體端部的等離子體接觸進行步驟i)中的加熱，使用產(chǎn)生等離子的方法在棒狀預(yù)制體外部的等離子氣體中生成等離子體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于等離子氣體的流動方向與棒狀預(yù)制體的軸成90°角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5-6的方法，其特征在于使用氧等離子體或含氧等離子體作為所說的等離子體。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于通過使棒狀預(yù)制體的端部與氫/氧焰接觸進行步驟i)中的加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于向所說的氫/氧焰中加入過量的氧氣。
10.一種制造光學(xué)纖維的方法，其中對棒狀預(yù)制體的一端進行熱處理，此后對該棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維，其特征在于使用權(quán)利要求1-3的棒狀預(yù)制體。
11.一種按照如權(quán)利要求10中所定義的方法獲得的光學(xué)纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造光學(xué)纖維的棒狀預(yù)制體，以及制造這種棒狀預(yù)制體的方法。本發(fā)明還涉及制造光學(xué)纖維的方法，其中對棒狀預(yù)制體的一端進行熱處理，此后對該棒狀預(yù)制體的軟化端施加拉力以從那里拉出光學(xué)纖維。
文檔編號C03B37/012GK1420850SQ01804977
公開日2003年5月28日 申請日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月14日
發(fā)明者H·L·M·揚森, M·J·德福夫 申請人:德拉卡纖維技術(shù)有限公司