光学玻璃纤维的制造方法技术

拉制光学纤维的玻璃预制坯的生产方法，包括在氢氧焰中火焰水解玻璃原料以形成玻璃微粒，把玻璃微粒沉积在籽件上以产生一种实心或空心的圆柱形沉积预制坯，把整个沉积预制坯放在含有一种脱水剂的气氛中，在能使沉积预制坯直径至少收缩２０％的时间和温度中使其脱水，将脱过水的沉积预制坯从其一端送入一纯惰性气氛中加热和烧结使生产的玻璃预制坯具有纵向折射率均匀分布，由上述玻璃预制坯拉制的光学纤维的光传递（波长为１．３０微米）衰减等于或低于１分贝／千米．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

Method for producing optical glass fiber

A method for producing glass preform for drawing optical fiber, including the oxyhydrogen flame hydrolysis of glass raw materials to form a cylindrical glass particles, deposited preform glass particles deposited on the seed pieces to produce a solid or hollow, the deposited preform in containing a dehydrating agent in the atmosphere, can the deposited preform diameter of at least 20% contraction time and temperature in the dehydration, deposited preform removal of water from the end into the heating and sintering a pure inert atmosphere in the production of glass preform has a longitudinal refractive index distribution, transmitted by optical fiber of the glass preform drawing light (wavelength 1.30 micron) attenuation is equal to or less than 1 dB / km.

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于光学纤维玻璃预制坯的制造方法。尤其是涉及一种利用火焰水解来制造拉制光学纤维用的玻璃予制坯的方法，用该玻璃予制坯拉制成的光学纤维纵向组成均匀，光传递衰减低。适用于大规模生产拉制光学纤维的玻璃予制坯的制造方法有“VAD”-轴向气相沉积法和“OVPD”-外层气相沉积法。两种方法中都包括以下步骤在氢氧焰中用火焰水解玻璃原料，如含有或不含有添加剂(例如GeO2)的SiCl4，形成纯石英玻璃微粒(SiO2)或含有颗粒大小平均为0.1微米的添加剂石英玻璃微粒;使石英玻璃微粒沉积在籽件上，生成多孔的沉积予制坯;在高温下烧结，生成透明的玻璃予制坯。在“VAD”法中，石英玻璃微粒沉积在与籽件旋转轴平行的旋转籽件上，在籽件上不断形成实芯圆柱形沉积予制坯(参见美国专利4，135，901)。而在“OVPD”法中，石英玻璃微粒沉积在与旋转籽件垂直方向的用铝或石英玻璃制成的旋转籽棒上，形成许多薄层的玻璃微粒(参见美国专利3，711，262;3，737，292;3，737，293)。接着，在惰性气氛(如氦气)中，用高温将多孔的沉积予制坯加热烧结，变成透明的玻璃予制坯。光学纤维的实际应用要求具有低的光传递衰减。尤其在使用波长为1.30微米的远距离光导通讯中，光学纤维的光传递总衰减应小于1分贝/千米。这样，就要减少光学纤维中残留的水分(即羟基)，否则，它将吸收波长为1.38微米的光，而影响以波长为1.30微米的光传递。图1是表示光学纤维中残留水份的量与光传递(波长为1.30微米)衰减之间的关系。由此可见，如果光学纤维中残留的水份小于0.3ppm，则光传递衰减就小于0.3分贝/千米。由于理论限定玻璃材料的光传递(波长为1.30微米)衰减范围为0.3-0.4分贝/千米。所以，光传递总的衰减范围是0.6-0.7分贝/千米。为了使光传递总衰减小于1分贝/千米，有必要减少引起光传递衰减的其它因素，尤其要尽可能地降低杂质(如过渡金属铜和铁)的吸收。表1表示光传递(波长为0.8微米)衰减20分贝/千米时杂质元素的量。表1 由表1可见，为了减小光学纤维的光传递衰减，重要的是要减少光学纤维中杂质含量到1ppb以下，由于铜而引起1.30微米波长的光传递衰减是铜引起0.8微米波长的光传递衰减的五分之一。另外，光学纤维中的气泡也要引起光传递的衰减。这些气泡的生成主要是用于沉积予制坯脱水剂的氯气或者为调节折射率而作为添加剂添加的CeO2所引起的。目前，可生产庞大的光学纤维玻璃予制坯，如用“VAD”法制造能拉制200千米长的光学纤维的大玻璃予制坯，这种庞大的玻璃予制坯要求必须具有比较小的玻璃予制坯在纵向上更均匀和更稳定的组成。根据反应式(Ⅰ)和(Ⅱ)，在沉积予制坯进行脱水和烧结时，GeO2要挥发，当温度高于800℃时当温度高于900℃时其中(g)表示气态。因此，GeO2的挥发量随着脱水和/或烧结条件(如温度)及氯气的流速的轻微变化而改变。其结果使玻璃予制坯的折射率分布发生改变。例如，根据美国专利3，993，454公开的方法，把含有GeO2的SiO2玻璃为核心组成的沉积予制坯逐步从炉子一端送入烧结炉内烧结，炉中气氛为含有氯的氦气(即“梯度烧结法”)制得的透明玻璃予制坯两端之间的折射率差为0.3%，相应的GeO2重量差为5%。目前已知的烧结沉积予制坯的另一个方法是把整个沉积予制坯送进含有氯气的气氛内，使温度逐步升到烧结温度，把沉积予制坯烧结成透明的玻璃予制坯(参见美国专利4，338，111)。虽然这种方法适用于制造纵向折射率分布稳定的予制坯，但有一个缺点，它所生产的予制坯与用梯度烧结法生产的玻璃予制坯相比含有许多气泡。本专利技术的第一个目的是提供一种生产纵向折射率分布均匀的玻璃予制坯的方法。第二个目的是提供一种生产玻璃予制坯的方法，用此予制坯拉制的光学纤维的光传递(波长为1.30微米)衰减等于或小于1分贝/千米。因此，本专利技术提供了一种生产光学纤维玻璃予制坯的方法。在氢氧火焰中火焰水解玻璃原料，形成玻璃微粒，并沉积在籽件上，从而得到实心或空心圆柱形的沉积予制坯，将整个沉积予制坯置于含有脱水剂的气氛中，在能使整个沉积予制坯的直径收缩至少20%的时间和温度里脱水，将脱水的沉积予制坯从一端开始送入纯惰性气体气氛中，加热并烧结。图1表示光学纤维中残留水份及其光传递(波长为1.30微米)衰减变化之间的关系。图2表示GeO2挥发量与温度间的关系。图3表示GeO2的氯气化作用和温度间的关系。图4表示用于梯度烧结法的炉。图5表示用于本专利技术的实施例中的另一种炉。根据本专利技术，发现利用美国专利3，993，459公开的生产方法所制备的沉积予制坯，其折射率不稳定的原因之一是将沉积予制坯一端逐步送入脱水和烧结气氛中进行脱水和烧结，即梯度烧结法，因此，GeO2的挥发量随着脱水剂流速和/或温度的轻微变化而变化，一旦挥发了的GeO和/或GeCl4以GeO2沉积在沉积予制坯上，从而造成沉积予制坯折射率的改变;另一个原因是在使予制坯透明化的高温下进行脱水。通过把含有GeO2的SiO2沉积予制坯在氦气中加热，测试出了GeO2的挥发量与加热温度间的关系，如图2所示，可从图上看出，GeO2的挥发量随着温度的升高而增加。例如，1500℃时GeO2挥发量要比1100℃时GeO2挥发量大五倍，〔8th Conference of Optical Communication，C-25，629-632(1982)〕。图3表示的是GeO2氯气化和温度间的关系。由图可知，GeO2的挥发量随着温度升高而增加，根据本专利技术的试验，GeO2的挥发量(V)和温度(T)间的关系可由下式表示V＝A×exp(+40×103/RT)……(Ⅲ)其中，A是一常数。R＝1.987卡/摩尔，T为绝对温度(°K)，由此式可知，挥发动能为40千卡/摩尔。经上述讨论可知，由于GeO2强烈地挥发，利用梯度烧结法，在使予制坯透明化的这样一个高温下，去对生产具有纵向折射率分布均匀的玻璃予制坯进行脱水，是不太合适的。气泡的形成问题也进行了研究。根据美国专利4，338，111描述的方法，当把整个沉积予制坯控制在烧结气氛中时，形成气泡，形成气泡的原因设定如下当把整个沉积予制坯控制在烧结气氛中时，由于它的表面首先转变成透明玻璃，这样由GeO2生成的GeO2和/或GeCl4仍残留在还没有变成透明玻璃的沉积予制坯的多孔中心部位。升温速度越大，沉积予制坯的直径越大，形成的气泡也越多。例如，直径为80毫米的沉积予制坯就有相当多的气泡，长度为50厘米，直径为120毫米或更大的沉积予制坯中就含有肉眼能看见的3-8个气泡。当沉积予制坯直径较大时，其径向堆积密度变动很大。表面和中心部位的温差较大，最大时约有100℃。所以，沉积予制坯的表面要比其内部转变成透明玻璃的速度快，致使气泡留在透明玻璃内部。进一步研究得知，当采用梯度烧结法，烧结直径大于80毫米的沉积予制坯时，径向收缩如此之快致使予制坯碎裂，在径向收缩约20%之前，几乎全部形成，至此不再继续碎裂。由此得出结论至少在予制坯径向收缩约20%之前，将整个予制坯控制在烧结气氛中，使其收缩，而不要采用梯度烧结法烧结它。本专利技术方法中采用的沉积予制坯可以用传统的方法如“VAD”法和“OVPD”法等生产。根据本专利技术的方法，沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉制光学纤维予制坯的生产方法，包括在氢氧焰中火焰水解玻璃原料以形成玻璃微粒，把玻璃微粒沉积在籽件上以形成一种实心或空心圆柱形的沉积予制坯，把整个的沉积予制坯放在含有一种脱水剂的气氛中，在能使沉积予制坯直径至少收缩２０％的时间和温度中使其脱水。而加热和烧结脱过水的沉积予制坯是采用从该件一端送入纯惰性气氛中的方式。

【技术特征摘要】
1.一种拉制光学纤维予制坯的生产方法，包括在氢氧焰中火焰水解玻璃原料以形成玻璃微粒，把玻璃微粒沉积在籽件上以形成一种实心或空心圆柱形的沉积予制坯，把整个的沉积予制坯放在含有一种脱水剂的气氛中，在能使沉积予制坯直径至少收缩20%的时间和温度中使其脱水。而加热和烧结脱过水的沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：京藤伦久，渡边稔，石黑洋一，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]