制造用于具有低水峰的光纤的预制件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造光纤预制件的方法及其设备，特别是一种制造具有低水峰的光传输光纤的预制件的方法。
[0002]相关技术
[0003]波分复用(WDM)技术和更新的密集波分复用(DWDM)技术促使光传输光纤制造商生产在透射光谱的宽频域内具有极小光学衰减的光纤。过去十年一直面对的一个具体问题是光纤在其制造过程中吸收存在于光纤的光学有效区域内的氢氧根(-OH)和/或职分子造成的衰减。在光纤预制件的制造过程中当光纤预制件暴露给各种来源的氢气时，能够形成-OH基团和水。氢氧根或水造成的污染导致1380nm处的直线衰减，在衰减光谱中可见一个峰值，一般被称为“水峰”。
[0004]获取待被拉伸为大约125 μm典型直径的光纤的玻璃预制件的通常程序包括:制造固体玻璃芯部棒(也被称为芯部杆)的第一过程，以及通过合适的工艺(例如通过围绕芯部棒沉积疏松体，或者通过将芯部棒套入玻璃管中(管中棒RIT技术))给芯部棒添加外包壳的第二过程。
[0005]W001/47822涉及一种制造在低水峰光纤的制造过程中使用的圆柱玻璃体的方法，该方法包括以下步骤:形成在光纤预制件的制造过程中使用的固结玻璃前体，所述前体包括所述预制件的至少一个局部芯部区；将所述玻璃前体暴露给氘气，然后在所述前体上形成附加的包壳，从而形成光纤预制件。所述前体是一种包括芯部区和至少一部分玻璃包壳区的玻璃芯部杆。在给芯部杆增加额外的外包疏松体之前，芯部杆被悬挂在炉内，并用足以防止已固结的玻璃芯部杆再潮湿的时间和温度进行氘气处理。
[0006]疏松体前体(尤其是采用外部气相沉积法(OVD)、气相轴向沉积法(VAD)制成时)典型地具有被近包壳区(也被称为内包壳区)所围绕的芯部区，所述近包壳区通常由纯二氧化硅制成。任选地，所述内包壳区包括一层或多层掺杂质的二氧化硅。所获得的前体被干燥并固结，从而形成芯部玻璃体。固结之后通常是拉伸，以缩小该玻璃体的直径，然后玻璃体被切割成多个芯部棒。或者，芯部棒也可以通过内部沉积工艺形成，比如改进化学气相沉积法或炉式化学气相沉积法(MCVD/FCVD)、或者等离子体化学气相沉积法(PCVD)。
[0007]经常用来表示所生产的光纤的成本和性能的参数是玻璃芯部棒的芯部-包壳比，a/b，其中a是芯部棒的芯部区的半径，b是围绕芯部区的内包壳区的外半径。a/b的值越大，制造过程的产量就越高，因为通过单个疏松体预制件能获得更多的芯部棒。
[0008]US2011/0023551公开了一种制造可用于成品光纤预制件的芯部棒段的方法。该方法据称允许增大包壳对芯部的比例，用D/d表示。所公开的方法包括将两个或多个芯部体件端对端轴向插入玻璃柱内，从而限定了相邻的插入芯部体件之间的接合部；将玻璃柱和所含的芯部体件竖直地安装在炉的区域内；加热炉内的玻璃柱和芯部体件，从而拉长该玻璃柱和包含在玻璃柱内的芯部体件；使拉长的柱收缩从而形成成品芯部棒；然后沿芯部棒长度在与所述相邻芯部体件之间的接合部重合的一个或多个位置处切割成品芯部棒，从而获得多个芯部棒段，一个或多个所述芯部棒段可用于光纤预制件的生产。所述芯部体件具有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描述了一种抗弯光纤，所述抗弯光纤具有芯部区和围绕芯部区的包壳区，并包括掺氟的含空穴环形层。在固结过程中完成掺氟，之后在预制件的芯部坯料上实现二氧化硅层的疏松体沉积。
[0010]尽管有时候RIT工艺因为不倾向于在芯部棒和外包壳之间的交界处引入氢污染而是优选的，但是相比RIT工艺，通过疏松体沉积而得到的直接外包能明显地减少制造成本。
[0011]通过火焰水解法(比如OVD)在芯部棒上形成包壳区通常是优选的，因为它允许从芯部棒相对快地生产疏松体光学预制件。
[0012]然后以干燥剂处理多孔疏松体预制件以去除水分，然后在炉内在高于玻璃化温度的温度下被固结(或烧结)成紧密玻璃预制件。
[0013]W02010/059464描述了一种通过将疏松体预制件暴露给低于大气压的低压、同时将预制件暴露给足以使预制件完全固结成无孔预制件的温度，来在固结炉中固结含疏松体光纤预制件的方法。该文献提到了在同一个炉内通过多个预制件支撑件固结多个预制件，而不是单个预制件。
【发明内容】
[0014]发明人已经意识到，利用具有大芯部-包壳比的芯部棒通过执行中间包壳过程能够获得具有低水峰的光纤，其中形成具有小于第一芯部-包壳比的第二芯部-包壳比的中间玻璃预制件，然后完成所述包覆以形成光纤预制件。
[0015]通过形成厚度比光纤预制件的总包壳区域的厚度相对小的中间包壳区的方式来包覆芯部棒，这允许使用芯部-包壳比较大的芯部棒。
[0016]发明人已经发现，围绕芯部棒沉积(优选通过火焰水解法)相对少量的疏松体材料，然后固结所沉积的疏松体材料，然后再完成所述包壳的形成，这能制造出生产低水峰光纤所用的光纤预制件。
[0017]发明人已经发现，尽管总效率取决于芯部棒的a/b比，这对拉伸芯部预制件所获得的芯部棒来说继而又取决于从单个芯部预制件所获得的芯部棒的数量，但是为了所述芯部棒的完整包覆以及为了最终光纤预制件的形成需要两个固结过程。所以相对于通过在芯部棒上形成单个包覆层来获得最终预制件的工艺而言，完成光纤预制件的耗时可能明显增加。
[0018]发明人已经发现，通过一种以两阶段包覆工艺所生产的光纤预制件能获得具有低水峰的光纤，并且通过一种多个中间疏松体预制件被同时固结的方法能获得相对高的产會K。
[0019]所述中间玻璃预制件具有0.20-0.30、优选0.20-0.25的芯部-包壳比。
[0020]所述芯部棒的芯部-包壳比(即a/b)在下面被称为第一芯部-包壳比，而所述中间玻璃预制件的芯部-包壳比(a/c)被称为第二芯部-包壳比。
[0021]优选地，芯部棒具有大于或等于0.34、更优选地大于或等于0.38的芯部-包壳比。根据部分优选实施例，芯部棒的芯部-包壳比小于或等于0.40。
[0022]根据本发明的一个方案，提供一种制造光纤预制件的方法，包括:
[0023]提供多个局部多孔中间预制件，每个局部多孔中间预制件具有纵轴线并分别包括围绕各自的玻璃芯部棒形成的相应疏松体中间包壳层，所述玻璃芯部棒包括半径a的中心芯部区以及外半径b的内包壳区，从而定义了第一芯部-包壳比a/b ;
[0024]固结所形成的疏松体中间包壳层，从而形成相应多个中间玻璃预制件，所述多个中间玻璃预制件中的每个均包括外半径c的中间包壳区，从而定义了在0.20-0.30之间的第二芯部-包壳比a/c ;以及
[0025]通过围绕中间包壳区形成外包区来外包至少一个中间玻璃预制件，从而形成光纤玻璃预制件，
[0026]其中，所述固结包括将所述多个中间预制件暴露给单个炉体的固结热区，同时使每个中间预制件绕其各自的纵轴线转动。
[0027]优选地，所述炉体包括沿炉的纵向延伸的竖直定向的马弗炉，所述固结热区是竖直热区。
[0028]优选地，每个玻璃芯部棒具有外表面，疏松体中间包壳层是沉积在相应的玻璃芯部棒外表面上的二氧化硅疏松体层。
[0029]在部分优选实施例中，所述方法包括:在固结之前，
[0030]-将所述多个局部多孔中间预制件操作地连接到被包括在支撑结构中的相应多个保持轴，支撑结构包括支撑构件，每个保持轴可旋转地接合支撑构件。
[0031]优选地，所述多个保持轴相对于驱动轴垂直进行布置，所述驱动轴通过从动机构将旋转传递给保持轴。
[0032]根据部分实施例，在固结之前，该方法还包括:将所述多个局部多孔中间预制件操作地连接到被包括在支撑结构中的相应多个保持轴，支撑结构包括驱动轴，驱动轴通过旋转传递机构将旋转传递给保持轴。优选地，旋转传递机构通过从动机构将来自驱动轴的旋转传递给保持轴。优选地，支撑结构包括支撑构件，每个保持轴可旋转地接合到支撑构件。
[0033]优选地，保持轴是围绕驱动轴同心设置的齿轮轴。优选地，保持轴与相应的从齿轮互锁，所述从齿轮啮合与驱动轴互锁的主齿轮。
[0034]优选地，炉体被竖直地定向，并且所述固结包括相对于固结热区沿炉的纵向同时移动所述多个中间预制件。优选地，炉的固结热区被保持在从1400°C _1600°C之间的温度。
[0035]在部分实施例中，暴露给固结热区包括将所述多个多孔中间预制件同时下降到炉体的固结热区内，其中局部多孔预制件被玻璃化成多个玻璃中间预制件。
[0036]在部分优选实施例中，所述方法还包括:在固结之前，干燥所述多个中间预制件，其中所述干燥包括将所述多个中间预制件暴露给炉的脱水热区，同时使每个中间预制件围绕自身纵轴线旋转。优选地，炉体沿炉纵向被竖直定向，并且脱水热区被定位在炉体的第一纵向段，第一纵向段位于与所述固结热区对应的第二纵向段的上方。
[0037]优选地，在固结期间，旋转每个中间预制件包括以相等的转速均匀地转动中间预制件。
[0038]在部分优选实施例中，提供多个局部多孔中间预制件包括: