专利名称：用粒状玻璃烟炱形成光纤外包覆部的方法
技术领域：
本说明书一般涉及光纤，更具体地，涉及利用玻璃烟炱制备光纤预制件的方法。
背景技术：
利用外气相沉积法(OVD)、改进的化学气相沉积法(MCVD)或轴向气相沉积法(AVD)，将玻璃烟炱沉积到目标如玻璃芯棒(core cane)或玻璃圆柱体上，可形成光纤预制件的包覆部。例如，玻璃烟炱可通过四氯化硅、八甲基四硅氧烷或类似的气相前体材料的热解产生。这些沉积方法是高度优化的高产率制造方法。然而，在使光纤产量最大化的过程中，形成包覆层常常是速率限制步骤。此外，在沉积光纤预制件的包覆部的过程中，沉积在目标上的八甲基四硅氧烷原料的热解产物不到100%。八甲基四硅氧烷原料的其余热解产物以较高纯度的二氧化硅玻璃烟炱形式收集在集尘室中。为了进一步提高光纤产量和降低原料成本，需要形成光纤包覆部的替代方法。
发明内容
根据一个实施方式，形成光纤外包覆部的方法包括通过将芯棒件设置在外包覆管中，形成棒-管组件(rod-tube assembly) 0然后，将粒状玻璃烟炱设置在芯棒件与外包覆管内侧壁之间。然后，对棒-管组件进行再拉制，再拉制条件能够有效地使外包覆管和粒状玻璃烟炱在至少1800秒的烧结时间t^g里，在芯棒件周围形成连续的、基本上无空隙的玻璃层，从而形成光纤外包覆部。在另一个实施方式中，形成光纤外包覆部的方法包括通过将芯棒件设置在外包覆管中形成棒-管组件。然后，将粒状玻璃烟炱设置在芯棒件与外包覆管内侧壁之间。粒状玻璃烟炱包含平均等效球径Dp至少为0. 3mm的球粒。然后，在至少1800秒的烧结时间t
里，在至少170(TC的烧结温度Tff■下，对棒-管组件进行再拉制，使外包覆管和玻璃烟炱球粒在芯棒件周围形成连续的无空隙玻璃层。在以下详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都说明了各种实施方式，用来提供理解要求专利权的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来说明要求专利权的主题的原理和操作。
图1绘出了根据本说明书所显示和描述的用来形成光纤包覆部的方法的一个或多个实施方式形成的棒-管组件局部；图2通过图形说明了在三种不同的烧结时间条件下，再拉制温度(χ坐标轴)与颗粒平均等效球径(y坐标轴)之间的关系；图3绘出了根据本说明书所显示和描述的一个或多个实施方式形成的光纤预制件的横截面；以及图4绘出了根据本说明书所显示和描述的一个或多个实施方式将图1所示的棒-管组件固结为光纤预制件的再拉制工艺。
具体实施例方式下面详细说明用来形成光纤外包覆部的方法的各种实施方式，附图呈现了它们的实例。只要有可能，在所有附图中用相同的附图标记表示相同或相似的部分。图1绘出了用来形成光纤外包覆部的棒-管组件的一个实施方式。棒-管组件一般包含外包覆管、芯棒件和粒状玻璃烟炱。可对棒-管组件进行再拉制，再拉制条件能够有效地使粒状玻璃烟炱和外包覆管在芯棒件周围形成连续的无空隙层。下面将更详细地描述棒-管组件和将棒-管组件拉制成光纤外包覆部的方法。参考图1，该图绘出了根据本文所述的用来形成光纤包覆部的方法的一个实施方式形成的棒-管组件100的局部。棒-管组件100包含外包覆管102和芯棒件110。在本文所述的实施方式中，芯棒件110包含玻璃棒。如图1所示，芯棒件110—端可渐渐缩小，以利于将棒-管组件拉制成直径更小的光纤预制件或光纤，这将在下文更详细地描述。在本文所述的优选实施方式中，芯棒件110的最大直径约为6. 9mm。但应当理解，在本文所述的方法中，也可使用直径更大或更小的芯棒件110。芯棒件110—般包含二氧化硅玻璃。在一个实施方式中，芯棒件110包含纯二氧化硅玻璃。本文所用的词语“纯二氧化硅玻璃”是指二氧化硅玻璃不包含其含量会明显改变二氧化硅玻璃的折射率的物质，如掺杂剂和/或其他痕量物质。但是，在原本为纯二氧化硅的玻璃中可以包含少量掺杂剂(例如含量各自小于1500ppm的氯和/或氟)。较佳的是，使用“纯二氧化硅”芯棒件110的实施方式不含氧化锗。或者，芯棒件110可包含这样的二氧化硅玻璃，它含有一种或多种掺杂剂，所述掺杂剂会增大或减小二氧化硅玻璃的折射率，例如氧化锗、氧化铝、磷、氧化钛、氟、硼、氯和/或会增大或减小折射率的类似掺杂剂。在又一个可选实施方式中，芯棒件110可具有复杂的折射率分布，如阶跃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/或粒状玻璃烟炱120的折射率(将在下文进一步讨论)，而芯棒件110的其他部分的折射率小于外包覆管102和/或粒状玻璃烟炱120的折射率。在本文所述的实施方式中，外包覆管102包含空心管，所述空心管由纯二氧化硅玻璃形成，或者由含有一种或多种用来调节外包覆管折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃形成。例如，当芯棒件110包含掺杂了一种或多种可增大二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃时，外包覆管102可包含纯二氧化硅玻璃或者含有一种或多种可减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃，所述掺杂剂是例如硼、氟或者可减小二氧化硅玻璃折射率的类似掺杂剂，使得外包覆管的折射率小于芯棒件的折射率。或者，当芯棒件110包含纯二氧化硅玻璃时，如上所述，外包覆管102可包含含有一种或多种可减小二氧化硅玻璃折射率的掺杂剂的二氧化硅玻璃，使得外包覆管的折射率小于芯棒件的折射率。一般应当理解，外包覆管102所包含的二氧化硅玻璃的折射率优选小于芯棒件110的至少一部分的折射率。在本文所述的实施方式中，外包覆管102 —般具有环形横截面。例如，外包覆管102可具有内径约为32mm、外径约为36mm的环形横截面，使得外包覆管102的厚度约为2mm。但应当理解，结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。在一个实施方式中，外包覆管102渐渐缩小，以适应芯棒件的渐缩部分，而芯棒件的渐缩部分有利于将管组件100拉制成直径更小的光纤预制件或光纤。或者，外包覆管102开始形成时可没有渐缩部分(即外包覆管102基本上是圆筒形)，等到将芯棒件设置在外包覆管中之后，再使其渐渐缩小，密封外包覆管一端。继续参考图1，棒-管组件100还包含玻璃烟炱，更具体地说是粒状玻璃烟炱120。粒状玻璃烟炱120可与外包覆管102 —起在再拉制工艺中固结成连续的、基本上无空隙的玻璃层，所述玻璃层在芯棒件110周围延伸，从而形成光纤或光纤预制件的外包覆部，这将在下文更详细地描述。为了由玻璃烟炱形成致密、无空隙的玻璃，已经确定必须控制烧结速率，使位于烟炱颗粒之间的孔里的气体或空气在闭孔之前从孔里逸出。例如，若烧结速率太快，则孔里的气体或空气没有在闭孔之前从孔里逸出，被截留住，从而在固结玻璃中形成空隙。类似地，当玻璃烟炱的烧结速率比外包覆管朝芯棒件坍缩的速率快时，烧结的烟炱附着到与芯棒件之间的界面或者与外包覆管之间的界面上，从而在另一界面上产生大的空隙或间断。当通过烧结二氧化硅玻璃烟炱形成光纤或光纤预制件的外包覆部时，增加玻璃烟炱的烧结时间可显著抑制存在于烧结的玻璃烟炱中、烧结的玻璃烟炱与外包覆管之间的界面处以及烧结的玻璃烟炱与芯棒件之间的界面处的空隙的大小和数量，因为增加玻璃烟炱的烧结时间可降低玻璃烟炱的烧结速率，从而减缓烧结过程。更具体地，已经确定玻璃烟炱的烧结时间随玻璃烟炱颗粒尺寸的增大而增加。因此，通过增大用来形成光纤外包覆部的玻璃烟炱颗粒的尺寸，可增加玻璃烟炱的烧结时间，而增加玻璃烟炱的烧结时间又可降低玻璃烟炱的烧结速率。降低或减慢玻璃烟炱的烧结速率使气体和/或空气能在闭孔之前从烟炱里的孔中逸出。这样就得到基本上没有空隙的玻璃，在芯棒件与烧结的玻璃烟炱之间形成连续的、基本上没有空隙的界面，并在外包覆管与烧结的玻璃烟炱之间形成连续的、基本上没有空隙的界面。例如，若考虑受表面能驱动的黏流是烧结玻璃颗粒的主要机理，则烧结平均等效球径为Dp的玻璃颗粒的特征时间t^g可用以下数学式表示
权利要求
1.一种形成光纤外包覆部的方法，所述方法包括通过将芯棒件设置在外包覆管中和将粒状玻璃烟炱设置在所述芯棒件与所述外包覆管的内侧壁之间形成棒-管组件；以及对所述棒-管组件进行再拉制，其中再拉制条件能够有效地使所述外包覆管和所述粒状玻璃烟炱在至少1800秒的烧结时间t^g里，在所述芯棒件周围形成玻璃层，从而形成光纤外包覆部。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱包含平均等效球径Dp至少为0. 3mm的球粒。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件在至少为1700°C的再拉制温度Tffea下再拉制。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱包含平均等效球径为Dp的球粒；以及所述棒-管组件在再拉制温度Tffea下再拉制，使得
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述粒状玻璃烟炱包含二氧化硅玻璃； 所述二氧化硅玻璃的黏度是
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述球粒的平均等效球径Dp至少约为0. 3mmο
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述再拉制温度约大于1700°C。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件被再拉制成光纤预制件。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光纤预制件被再拉制成光纤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱由再循环的二氧化硅玻璃烟炱形成。
11.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在将所述粒状玻璃烟炱设置在所述棒-管组件中之前，先形成所述粒状玻璃烟炱。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱通过以下方式形成使玻璃烟炱固结成玻璃体；以及使所述玻璃体破碎成所述粒状玻璃烟炱。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱通过以下方式形成混合玻璃烟炱和粘结剂，形成烟炱糊料；挤出所述烟炱糊料，形成烟炱挤出物；以及将所述烟炱挤出物分离成许多球粒。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃层是连续的、基本上没有空隙的玻璃层。
15.一种形成光纤外包覆部的方法，所述方法包括通过将芯棒件设置在外包覆管中和将粒状玻璃烟炱设置在所述芯棒件与所述外包覆管的内侧壁之间形成棒-管组件，其中所述粒状玻璃烟炱包含平均等效球径Dp至少为0. 3mm的球粒；以及在至少1800秒的烧结时间t^g里，在至少1700°C的烧结温度Tffea下，对所述棒-管组件进行再拉制，使所述外包覆管和所述粒状玻璃烟炱在所述芯棒件周围形成连续的无孔隙玻璃层。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述平均等效球径DP、所述烧结时间t^g和所述再拉制温度Tffea满足以下方程式
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述粒状玻璃烟炱包含二氧化硅玻璃所述二氧化硅玻璃的黏度是=
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件被再拉制成光纤预制件。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述棒-管组件被再拉制成光纤。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述粒状玻璃烟炱包含由挤出的玻璃烟炱形成的球粒、由固结的玻璃烟炱形成的球粒或其组合。
全文摘要
本发明描述了形成光纤外包覆部的方法，所述方法包括将芯棒件设置在外包覆管中，形成棒-管组件。随后，将玻璃烟炱球粒设置在棒-管组件中，置于芯棒件与外包覆管的内侧壁之间。然后，对棒-管组件进行再拉制，再拉制条件能够有效地使外包覆管和玻璃烟炱球粒在至少1800秒的烧结时间t烧结里，在芯棒件周围形成连续的、无空隙的玻璃层，从而形成光纤外包覆部。
文档编号C03B37/018GK102596832SQ201080050500
公开日2012年7月18日 申请日期2010年11月3日 优先权日2009年11月4日
发明者P·J·龙科, P·坦登, R·A·罗斯, R·B·德索里齐 申请人:康宁股份有限公司