光导纤维制作方法技术

本发明专利技术涉及一种光纤制造方法，它包括制备直径为Ｄ的二氧化硅基质玻璃棒，该棒由有效直径为ｄ并用包覆材料所包覆的芯区（一般Ｄ／ｄ＞２），和二氧化硅基质多孔外套管组成；把玻璃芯棒插进多孔玻璃管中，使多孔材料固结并使外套管热压结在芯棒上，于是制成基本无孔的光纤预制棒。然后用常规方法把该预制棒拉制成光导纤维。固结和热压结是在低于材料软化温度的温度下进行的，一般低于１６００℃。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

Optical fiber manufacturing method

The invention relates to a manufacturing method of optical fiber, it includes the preparation of silica matrix D diameter glass rod, the rod by the effective diameter of D and core area coated with coating materials (D / d > 2), and the porous silica matrix composed of the outer tube; the mandrel is inserted into the glass porous glass tube in the consolidation of the outer tube and porous material sintering on the mandrel, and made basic non porous optical fiber preform rod. The preform is then drawn into an optical fiber by a conventional method. Consolidation and hot pressing are performed at temperatures less than the softening temperature of the material, usually below 1600 degrees.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术适用于二氧化硅基质光导纤维的制作方法。近年来光纤技术得到了很大发展，以致于目前光导纤维成了城市之间通信网中新的音像或数据传输的最佳媒介。另一方面，光导纤维还基本上没有打入电话网的用户环路部分中。为了使光纤在市内电话环路中得到可能的更广泛的应用，普遍认为必须使光纤成本降低。众所周知，目前用于通信目的的光导纤维无例外的都是二氧化硅基质光纤，这种光纤起光学作用的部分是由加入供反应用的适当的光导气体通过汽相沉积(例如改进的汽相沉积法，MCVD;轴向沉积法，VAD;高频等离子体激发的化学汽相沉积法，PCVD;或外气相氧化法，OVPO)形成的材料构成的。该材料在此处称为“被沉积材料”。该光纤起光学作用的部分在此处是指在其工作波长上基本上能容纳全部其典型值大于99%或甚至超过99.90%的所传导光的能量的那部分。该光纤维起光学作用的部分包括具有相对高折射率的中心部分(即光纤芯)，包围该芯並与其紧密接触的是一层具有相对低折射率的沉积包覆层。光纤起光学作用区域的玻璃质一般必须具有光损耗低的性质。所有上面提到的汽相沉积工艺都可制作出超高纯度的玻璃质，然而玻璃质形成的速率一般相当低，因此制作出的玻璃质相当贵。因为光纤通常含有外包覆层或比沉积包覆层纯度低的外套，所以光纤起光学作用的部分一般仅是光纤整个截面的一小部分。这种外套材料一般出自基底管(在MCVD或PCVD工艺中)或者外包覆管(在VAD或OVPO工艺中)。用作基底管或外包覆管的管材一般是熔触石英。举例来说，这些管材的光损耗在100分贝/千米或更大些，然而沉积材料的光损耗可低到0.2～1分贝/千米。现行基底和外包覆材料相当高的损耗带来的结果是必须制备相当厚的沉积包覆层。这种情况通常用D/d的比值来表示，这里D是光纤沉积包覆区域的外径，d是光纤芯(有效区)的直径。比如，假如要把由于外包覆材料造成的附加损耗限定在0.01分贝/千米，那么分别对应于有100分贝/千米和1分贝/千米损耗的外包覆材料的光纤来说，能够进入此包覆材料的光能量仅分别为光能总量的10-4和10-2。其它条件不变，前种情况的D/d值实际上要求要大于后种情况(1分贝/千米损耗的外包覆材料)。因此一般说来，能够提供较低损耗的二氧化硅外包覆材料例如二氧化硅管是有利的。但是为商业上可行，这种二氧化硅必须是可以用相当低的成本制备的。图3表明了一个典型的突变截面(Step Profile)单模光纤外包覆层中功率损耗与归一化了的波长λco/λ的函数关系，並以D/d为参量，这里λ为光波长，λco为该光纤的截止波长。已知以往的技术有几种工艺可用来制造不很昂贵的二氧化硅基质玻璃管(和其它玻璃体)。其中有所谓溶胶-凝胶(sol-gel)技术(例如可参看美国专利NO.4，419，115和NO.4，605，428)。在这种溶胶-凝胶工艺中和其它有关的玻璃制备工艺中产生的中间产品是一种多孔玻璃体，通过适当的热处理，这种多孔体可以转变成基本无孔的玻璃体。用多孔玻璃管材制造的玻璃管可以用作传统加工方法的外包覆管。这需要在等于或高于玻璃管的“软化”温度时把管材烧裹(COll-apsing)在玻璃基棒上，此温度的典型值高于大约2000℃(把管材烧裹在玻璃基棒上的预制料制造工艺称为“管中棒”(rod-in-tube)工艺)。不仅这种高温管材烧裹的能耗高从而使其成本高，而且它还可导致生产出的光纤中信号损失增加。例如在高温处理中，想必某些形式的点缺陷可能在掺杂二氧化硅中产生。这些点缺陷可能产生附加的信号损失，因此不希望在光纤起光学作用的区域内引入这些缺陷。况且在把玻璃管材热裹在玻璃基棒上的管中棒工艺过程中，常常很难保持预制棒内芯部的同心度达到光纤制造所需要的程度。按照上述观点，显而易见的是非常需要一种用“管中棒”方法来制造光纤预制棒的工艺，这种工艺不包含在等于或高于玻璃软化温度下将外包覆管材烧裹在基棒上的加工过程，因而该工艺特别从根本上避免了已有技术的工艺方法带来的同心度问题。本专利申请公开了这种方法。本专利技术姆椒ɑ贡硐殖龅统杀旧系退鸷牡亩趸杌释獍膊牧系那绷Γ谑强梢灾圃斐鼍哂械虳/d值和低到中(例如0.15～5分贝/千米，最好为少于1分贝/千米)损耗的光纤。二氧化硅基质的“软化”温度是指直径为0.5到1.0毫米长度为22.9厘米的同质均匀玻璃纤维在其上部10厘米长度处在特定的炉内加热时，此玻璃纤维在其自身重量作用下以每分钟1毫米的速率延伸时的温度。对于密度约为2.5的玻璃来说，该温度对应于粘度为107.6泊。此定义与由E.B.Shand给出的关于软化点的定义是一致的(参看Glass Engineering Handbook，McGraw Hill，1958，P470)。概括地说，本专利技术是一种制造光纤的方法，此方法包括制备二氧化硅基质(即二氧化硅重量比大于80%)玻璃基棒和二氧化硅基质多孔玻璃管材，将此玻璃基棒插进管材中，在低于该材料软化点的一种温度(或几种温度)下对这种复合体进行加热处理，从而得到整体的、基本上无孔的玻璃体(称为预制棒)，然后用此预制棒拉制光纤。玻璃基棒(常被称为“芯棒”)一般用汽相沉积工艺制备，它包含具有相对高的折射率的中心区，此中心区被具有相对低折射率的区域无间隙地包围着。多孔玻璃管材(这里常称之为“外包覆管”或“外套管”)的密度一般在该种材料理论密度值的10～80%范围内，並且可以用任何适当的工艺生产出来，特别可选用溶胶-凝胶工艺，材料的“理论”密度本质上相当于充分压实了的材料(即无孔玻璃)的密度。制造这种多孔玻璃管材可用的工艺包括在芯棒上高速率沉积白碳黑(Soot)，浸溶多相玻璃管使之成多孔玻璃管(类似于VYCOR玻璃)，或者是压制二氧化硅粉末(可参看R.Dorn等人的文章，ProceedingsOfIOOC-ECOC1985，Pages69-72)。这种多孔玻璃管材可以是掺杂的(如掺氟)或未掺杂的，还可以是径向折射率为常数或非常数的。此多孔玻璃管必须具备机械性能，它可以被干燥、熔凝和与棒材烧结起来而管材不破坏。特别是我们发现使用氢氧化季铵(guaternary ammonium hydroxide)以及相对大颗粒二氧化硅(表面积为5～100米2/克，最好为大于20米2/克)的溶胶/凝胶工艺，能够用来制造多孔玻璃管材，这种管材有利于实现本专利技术。在其它溶胶/凝胶工艺中，可以发现别的尺寸的颗粒是更有利的。颗粒尺寸常常不是对由溶胶/凝胶工艺制造的多孔玻璃管的机械性能影响的唯一工艺变化因素。比如溶胶的组分一般选定为其PH值在11～14范围内，然后加入一种(或多种)化合物，使PH值降到4～11(最优为8～10)。举例来说，溶胶含有氢氧化季铵(例如烷基氢氧化铵，象甲基、乙基或丁基氢氧化铵)或其它适合的碱，並且由于加入甲酸烷基酯如甲酸甲酯、甲酸乙酯，或甲酸丁酯或其它适合的酯类而使PH值降低。我们还发现调整玻璃嵌入管内的结合热处理条件有利于管材的凝固以及棒外围玻璃管的热压结沿着结合部位累进进行。比如，如果多孔管的凝固能产生一个稍小于芯棒外径的内径(例如小到大约10%)，这是我们所希望的。另一方，收缩的结果是在管材的粘滞度减小到使管材发生流动的值以前，管与芯棒紧密接触。至少在某些情况下，芯棒的直径和多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅基质光导纤维的制作方法，它包括：　　（ａ）把二氧化硅基质玻璃棒插入具有软化温度的二氧化硅基质管中并加热这样构成的组合体，从而获得整体的玻璃材料（被称为“预制棒”；并且　　（ｂ）用此预制棒拉制出光导纤维；　　其特征在于：二氧化硅基质管是一个多孔的玻璃管，其密度值范围是该管材理论密度值的约１０％到约８０％，ａ步骤包括使多孔玻璃管固结使之成为基本上无孔的玻璃，并且以如下方式进行，即该组合体达到的最高温度低于此管材的软化温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：德布拉安妮弗雷明，戴维威尔雷德约翰逊，约翰伯内特麦克切斯尼，弗雷德里克W沃滋，
申请(专利权)人：美国电话电报公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]