專利名稱：用粒狀玻璃煙炱形成光纖外包覆部的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書一般涉及光纖，更具體地，涉及利用玻璃煙炱制備光纖預(yù)制件的方法。
背景技術(shù)：
利用外氣相沉積法(OVD)、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)或軸向氣相沉積法(AVD)，將玻璃煙炱沉積到目標(biāo)如玻璃芯棒(core cane)或玻璃圓柱體上，可形成光纖預(yù)制件的包覆部。例如，玻璃煙炱可通過四氯化硅、八甲基四硅氧烷或類似的氣相前體材料的熱解產(chǎn)生。這些沉積方法是高度優(yōu)化的高產(chǎn)率制造方法。然而，在使光纖產(chǎn)量最大化的過程中，形成包覆層常常是速率限制步驟。此外，在沉積光纖預(yù)制件的包覆部的過程中，沉積在目標(biāo)上的八甲基四硅氧烷原料的熱解產(chǎn)物不到100%。八甲基四硅氧烷原料的其余熱解產(chǎn)物以較高純度的二氧化硅玻璃煙炱形式收集在集塵室中。為了進(jìn)一步提高光纖產(chǎn)量和降低原料成本，需要形成光纖包覆部的替代方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實(shí)施方式，形成光纖外包覆部的方法包括通過將芯棒件設(shè)置在外包覆管中，形成棒-管組件(rod-tube assembly) 0然后，將粒狀玻璃煙炱設(shè)置在芯棒件與外包覆管內(nèi)側(cè)壁之間。然后，對棒-管組件進(jìn)行再拉制，再拉制條件能夠有效地使外包覆管和粒狀玻璃煙炱在至少1800秒的燒結(jié)時間t^g里，在芯棒件周圍形成連續(xù)的、基本上無空隙的玻璃層，從而形成光纖外包覆部。在另一個實(shí)施方式中，形成光纖外包覆部的方法包括通過將芯棒件設(shè)置在外包覆管中形成棒-管組件。然后，將粒狀玻璃煙炱設(shè)置在芯棒件與外包覆管內(nèi)側(cè)壁之間。粒狀玻璃煙炱包含平均等效球徑Dp至少為0. 3mm的球粒。然后，在至少1800秒的燒結(jié)時間t
里，在至少170(TC的燒結(jié)溫度Tff■下，對棒-管組件進(jìn)行再拉制，使外包覆管和玻璃煙炱球粒在芯棒件周圍形成連續(xù)的無空隙玻璃層。在以下詳細(xì)描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中部分特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都說明了各種實(shí)施方式，用來提供理解要求專利權(quán)的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實(shí)施方式的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本文所述的各種實(shí)施方式，并與說明書一起用來說明要求專利權(quán)的主題的原理和操作。


圖1繪出了根據(jù)本說明書所顯示和描述的用來形成光纖包覆部的方法的一個或多個實(shí)施方式形成的棒-管組件局部；圖2通過圖形說明了在三種不同的燒結(jié)時間條件下，再拉制溫度(χ坐標(biāo)軸)與顆粒平均等效球徑(y坐標(biāo)軸)之間的關(guān)系；圖3繪出了根據(jù)本說明書所顯示和描述的一個或多個實(shí)施方式形成的光纖預(yù)制件的橫截面；以及圖4繪出了根據(jù)本說明書所顯示和描述的一個或多個實(shí)施方式將圖1所示的棒-管組件固結(jié)為光纖預(yù)制件的再拉制工藝。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)說明用來形成光纖外包覆部的方法的各種實(shí)施方式，附圖呈現(xiàn)了它們的實(shí)例。只要有可能，在所有附圖中用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。圖1繪出了用來形成光纖外包覆部的棒-管組件的一個實(shí)施方式。棒-管組件一般包含外包覆管、芯棒件和粒狀玻璃煙炱?？蓪Π?管組件進(jìn)行再拉制，再拉制條件能夠有效地使粒狀玻璃煙炱和外包覆管在芯棒件周圍形成連續(xù)的無空隙層。下面將更詳細(xì)地描述棒-管組件和將棒-管組件拉制成光纖外包覆部的方法。參考圖1，該圖繪出了根據(jù)本文所述的用來形成光纖包覆部的方法的一個實(shí)施方式形成的棒-管組件100的局部。棒-管組件100包含外包覆管102和芯棒件110。在本文所述的實(shí)施方式中，芯棒件110包含玻璃棒。如圖1所示，芯棒件110—端可漸漸縮小，以利于將棒-管組件拉制成直徑更小的光纖預(yù)制件或光纖，這將在下文更詳細(xì)地描述。在本文所述的優(yōu)選實(shí)施方式中，芯棒件110的最大直徑約為6. 9mm。但應(yīng)當(dāng)理解，在本文所述的方法中，也可使用直徑更大或更小的芯棒件110。芯棒件110—般包含二氧化硅玻璃。在一個實(shí)施方式中，芯棒件110包含純二氧化硅玻璃。本文所用的詞語“純二氧化硅玻璃”是指二氧化硅玻璃不包含其含量會明顯改變二氧化硅玻璃的折射率的物質(zhì)，如摻雜劑和/或其他痕量物質(zhì)。但是，在原本為純二氧化硅的玻璃中可以包含少量摻雜劑(例如含量各自小于1500ppm的氯和/或氟)。較佳的是，使用“純二氧化硅”芯棒件110的實(shí)施方式不含氧化鍺?；蛘撸景艏?10可包含這樣的二氧化硅玻璃，它含有一種或多種摻雜劑，所述摻雜劑會增大或減小二氧化硅玻璃的折射率，例如氧化鍺、氧化鋁、磷、氧化鈦、氟、硼、氯和/或會增大或減小折射率的類似摻雜劑。在又一個可選實(shí)施方式中，芯棒件110可具有復(fù)雜的折射率分布，如階躍折射率分布或梯度折射率分布，其中芯棒件的某些部分的折射率大于外包覆管102和/或粒狀玻璃煙炱120的折射率(將在下文進(jìn)一步討論)，而芯棒件110的其他部分的折射率小于外包覆管102和/或粒狀玻璃煙炱120的折射率。在本文所述的實(shí)施方式中，外包覆管102包含空心管，所述空心管由純二氧化硅玻璃形成，或者由含有一種或多種用來調(diào)節(jié)外包覆管折射率的摻雜劑的二氧化硅玻璃形成。例如，當(dāng)芯棒件110包含摻雜了一種或多種可增大二氧化硅玻璃折射率的摻雜劑的二氧化硅玻璃時，外包覆管102可包含純二氧化硅玻璃或者含有一種或多種可減小二氧化硅玻璃折射率的摻雜劑的二氧化硅玻璃，所述摻雜劑是例如硼、氟或者可減小二氧化硅玻璃折射率的類似摻雜劑，使得外包覆管的折射率小于芯棒件的折射率。或者，當(dāng)芯棒件110包含純二氧化硅玻璃時，如上所述，外包覆管102可包含含有一種或多種可減小二氧化硅玻璃折射率的摻雜劑的二氧化硅玻璃，使得外包覆管的折射率小于芯棒件的折射率。一般應(yīng)當(dāng)理解，外包覆管102所包含的二氧化硅玻璃的折射率優(yōu)選小于芯棒件110的至少一部分的折射率。在本文所述的實(shí)施方式中，外包覆管102 —般具有環(huán)形橫截面。例如，外包覆管102可具有內(nèi)徑約為32mm、外徑約為36mm的環(huán)形橫截面，使得外包覆管102的厚度約為2mm。但應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)合本文所述方法使用的外包覆管102可具有更大或更小的尺寸。在一個實(shí)施方式中，外包覆管102漸漸縮小，以適應(yīng)芯棒件的漸縮部分，而芯棒件的漸縮部分有利于將管組件100拉制成直徑更小的光纖預(yù)制件或光纖?；蛘?，外包覆管102開始形成時可沒有漸縮部分(即外包覆管102基本上是圓筒形)，等到將芯棒件設(shè)置在外包覆管中之后，再使其漸漸縮小，密封外包覆管一端。繼續(xù)參考圖1，棒-管組件100還包含玻璃煙炱，更具體地說是粒狀玻璃煙炱120。粒狀玻璃煙炱120可與外包覆管102 —起在再拉制工藝中固結(jié)成連續(xù)的、基本上無空隙的玻璃層，所述玻璃層在芯棒件110周圍延伸，從而形成光纖或光纖預(yù)制件的外包覆部，這將在下文更詳細(xì)地描述。為了由玻璃煙炱形成致密、無空隙的玻璃，已經(jīng)確定必須控制燒結(jié)速率，使位于煙炱顆粒之間的孔里的氣體或空氣在閉孔之前從孔里逸出。例如，若燒結(jié)速率太快，則孔里的氣體或空氣沒有在閉孔之前從孔里逸出，被截留住，從而在固結(jié)玻璃中形成空隙。類似地，當(dāng)玻璃煙炱的燒結(jié)速率比外包覆管朝芯棒件坍縮的速率快時，燒結(jié)的煙炱附著到與芯棒件之間的界面或者與外包覆管之間的界面上，從而在另一界面上產(chǎn)生大的空隙或間斷。當(dāng)通過燒結(jié)二氧化硅玻璃煙炱形成光纖或光纖預(yù)制件的外包覆部時，增加玻璃煙炱的燒結(jié)時間可顯著抑制存在于燒結(jié)的玻璃煙炱中、燒結(jié)的玻璃煙炱與外包覆管之間的界面處以及燒結(jié)的玻璃煙炱與芯棒件之間的界面處的空隙的大小和數(shù)量，因?yàn)樵黾硬Ａ熿频臒Y(jié)時間可降低玻璃煙炱的燒結(jié)速率，從而減緩燒結(jié)過程。更具體地，已經(jīng)確定玻璃煙炱的燒結(jié)時間隨玻璃煙炱顆粒尺寸的增大而增加。因此，通過增大用來形成光纖外包覆部的玻璃煙炱顆粒的尺寸，可增加玻璃煙炱的燒結(jié)時間，而增加玻璃煙炱的燒結(jié)時間又可降低玻璃煙炱的燒結(jié)速率。降低或減慢玻璃煙炱的燒結(jié)速率使氣體和/或空氣能在閉孔之前從煙炱里的孔中逸出。這樣就得到基本上沒有空隙的玻璃，在芯棒件與燒結(jié)的玻璃煙炱之間形成連續(xù)的、基本上沒有空隙的界面，并在外包覆管與燒結(jié)的玻璃煙炱之間形成連續(xù)的、基本上沒有空隙的界面。例如，若考慮受表面能驅(qū)動的黏流是燒結(jié)玻璃顆粒的主要機(jī)理，則燒結(jié)平均等效球徑為Dp的玻璃顆粒的特征時間t^g可用以下數(shù)學(xué)式表示
權(quán)利要求
1.一種形成光纖外包覆部的方法，所述方法包括通過將芯棒件設(shè)置在外包覆管中和將粒狀玻璃煙炱設(shè)置在所述芯棒件與所述外包覆管的內(nèi)側(cè)壁之間形成棒-管組件；以及對所述棒-管組件進(jìn)行再拉制，其中再拉制條件能夠有效地使所述外包覆管和所述粒狀玻璃煙炱在至少1800秒的燒結(jié)時間t^g里，在所述芯棒件周圍形成玻璃層，從而形成光纖外包覆部。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒狀玻璃煙炱包含平均等效球徑Dp至少為0. 3mm的球粒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述棒-管組件在至少為1700°C的再拉制溫度Tffea下再拉制。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒狀玻璃煙炱包含平均等效球徑為Dp的球粒；以及所述棒-管組件在再拉制溫度Tffea下再拉制，使得
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述粒狀玻璃煙炱包含二氧化硅玻璃； 所述二氧化硅玻璃的黏度是
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述球粒的平均等效球徑Dp至少約為0. 3mmο
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述再拉制溫度約大于1700°C。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述棒-管組件被再拉制成光纖預(yù)制件。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述光纖預(yù)制件被再拉制成光纖。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒狀玻璃煙炱由再循環(huán)的二氧化硅玻璃煙炱形成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在將所述粒狀玻璃煙炱設(shè)置在所述棒-管組件中之前，先形成所述粒狀玻璃煙炱。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述粒狀玻璃煙炱通過以下方式形成使玻璃煙炱固結(jié)成玻璃體；以及使所述玻璃體破碎成所述粒狀玻璃煙炱。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述粒狀玻璃煙炱通過以下方式形成混合玻璃煙炱和粘結(jié)劑，形成煙炱糊料；擠出所述煙炱糊料，形成煙炱擠出物；以及將所述煙炱擠出物分離成許多球粒。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃層是連續(xù)的、基本上沒有空隙的玻璃層。
15.一種形成光纖外包覆部的方法，所述方法包括通過將芯棒件設(shè)置在外包覆管中和將粒狀玻璃煙炱設(shè)置在所述芯棒件與所述外包覆管的內(nèi)側(cè)壁之間形成棒-管組件，其中所述粒狀玻璃煙炱包含平均等效球徑Dp至少為0. 3mm的球粒；以及在至少1800秒的燒結(jié)時間t^g里，在至少1700°C的燒結(jié)溫度Tffea下，對所述棒-管組件進(jìn)行再拉制，使所述外包覆管和所述粒狀玻璃煙炱在所述芯棒件周圍形成連續(xù)的無孔隙玻璃層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述平均等效球徑DP、所述燒結(jié)時間t^g和所述再拉制溫度Tffea滿足以下方程式
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述粒狀玻璃煙炱包含二氧化硅玻璃所述二氧化硅玻璃的黏度是=
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述棒-管組件被再拉制成光纖預(yù)制件。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述棒-管組件被再拉制成光纖。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述粒狀玻璃煙炱包含由擠出的玻璃煙炱形成的球粒、由固結(jié)的玻璃煙炱形成的球粒或其組合。
全文摘要
本發(fā)明描述了形成光纖外包覆部的方法，所述方法包括將芯棒件設(shè)置在外包覆管中，形成棒-管組件。隨后，將玻璃煙炱球粒設(shè)置在棒-管組件中，置于芯棒件與外包覆管的內(nèi)側(cè)壁之間。然后，對棒-管組件進(jìn)行再拉制，再拉制條件能夠有效地使外包覆管和玻璃煙炱球粒在至少1800秒的燒結(jié)時間t燒結(jié)里，在芯棒件周圍形成連續(xù)的、無空隙的玻璃層，從而形成光纖外包覆部。
文檔編號C03B37/018GK102596832SQ201080050500
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者P·J·龍科, P·坦登, R·A·羅斯, R·B·德索里齊 申請人:康寧股份有限公司