减少固结过程中光纤坯棒/预成形体的变形制造技术

根据本发明专利技术的一个实施方式，一种制备光纤坯棒的方法包括以下步骤：（ｉ）提供由较低粘度玻璃制备的芯棒；（ｉｉ）将基于ＳｉＯ↓［２］的烟炱沉积在所述芯棒周围，形成烟炱预成形体，该烟炱是粘度较高的材料，使得低粘度玻璃的软化点至少比高粘度外芯区的粘度低２００℃；（ｉｉｉ）使烟炱预成形体接触温度在１０００℃－１６００℃的热区，从而使烟炱预成形体的烟炱固结。通过以较快的加热速率加热炱预成形体的外部部分来使烟炱固结，该加热速率应足以使烟炱致密化，从而使致密化的材料具有足够的刚性来限制受热的芯棒，以防止受热芯棒出现混搅现象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减少固结过程中光纤坯棒/预成形体的变形
技术介绍
专利
本专利技术一般涉及具有低粘度芯的光纤坯棒(optical fiber canes)的形成，更具体涉及具有掺杂碱金属的内芯的光纤芯坯棒的形成。
技术介绍
光纤芯坯棒的制造包括将玻璃烟炱(soot)沉积在作为内芯的掺杂碱金 属的玻璃棒上，形成多孔烟炱预成形体，然后使该预成形体以足以使烟炱 固结的速率通过加热区，使烟炱固结，形成外芯。在外芯固结的过程中，预成形体在径向和轴向上收縮。我们观察到在 内芯棒底部相对于外芯区有鼓出或变形。以前沉积在其它类型芯坯棒(例 如，用于制备标准单模光纤预成形体的掺杂氧化锗的二氧化硅坯棒)上的烟 炱在固结时还没有观察到此种现象。我们推测，造成这种变形(也称为"混 搅(puddling)现象")的原因是与外围的包覆(外芯)区相比，内芯坯棒区具 有较低的粘度(如在掺杂碱金属的芯坯棒中那样)，在固结的过程中低粘度 的内芯玻璃向光纤预成形体的底部区域移动。这种混搅现象也导致碱金属 在预成形体底部区域中富集，而在上部区域中缺乏。因为这种富集作用， 底部区域的碱金属浓度高于低损耗光纤所需的最佳范围，而上部区域中的 碱金属浓度低于该最佳范围。因此，"混搅"现象明显减少了固结后可用于 加工制备低损耗光纤的芯坯棒(由内芯区和外芯区组成)的量。更具体而言, 在固结的过程中，预成形体承受足够高的温度，以使烟炱发生粘性烧结。 随着该烧结的发生，根据设置的条件，烟炱密度从0.2-0.7克/立方厘米的范 围增加到约2.2克/立方厘米的固体玻璃的密度。该过程伴随坯体的径向和 轴向收縮，从而在密度增加的同时保持质量不变。在外芯区固结的过程中， 玻璃收縮过程对固体玻璃内芯坯棒产生径向和轴向应力。根据我们的推测，对于大部分光纤组合物，内芯粘度很高，足以使内 芯在固结过程中保持其刚性，因此所造成的变形较小。在掺杂碱金属的内 芯坯棒中，内区玻璃的软化点比外芯区的相应软化点低20(TC以上。因为内 芯区的粘度在外芯区固结所需的温度下较低，所以在烧结过程中产生的应 力和流动足以导致内芯坯棒相对于外芯部分发生变形，结果造成"混搅" 现象。当在烧结过程中烟炱密度较低时，烟炱很容易随内芯变形，以适应 在预成形体底部相对于外芯膨胀的内芯鼓出部分，以及相应的在预成形体 顶部相对于外芯的内芯窄化。在观察到"混搅"现象时，芯坯棒的可用长度小于坯体的总长度。另 外，如上所述，混搅现象还导致掺杂剂在芯区中的分布变化，由此给制造 过程造成误差和不确定性。例如，图l显示了包覆了二氧化硅的固结的内坯棒(芯坯体)，其包括掺杂碱金属的内芯IO和二氧化硅外芯12。该图显示 了在固结过程中内芯IO的混搅现象。更具体而言，该图显示了己经变形的 内芯IO，它具有一个鼓出部分(区域A)。除了几何变形外，芯坯棒的区域 A包含太多的碱金属掺杂剂，而区域C(内芯区相对于外芯区发生窄化)所 含的碱金属掺杂剂不够，因此，至少从碱金属掺杂剂的要求考虑，坯棒只 有区域B是可用的。图2是经过测量的在固结后变形的内芯坯体直径的变 化图(直径-轴向距离)。该图显示内芯直径从约48.75毫米增加到约49.75 毫米，而大部分直径增加(49.25毫米到49.75毫米)在内芯10的较小区域A 中发生。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方式， 一种制备光纤坯棒的方法包括以下步骤 (i)提供由较低粘度玻璃制备的内芯棒；(ii)将基于Si02的烟炱沉积在内芯 棒周围，形成烟炱预成形体，该烟炱是粘度较高的材料，使得低粘度玻璃 的软化点至少比高粘度外芯区的粘度低200°C; (iii)使烟炱预成形体接触 1000°C-1600°C的热区，从而使烟炱预成形体的烟炱固结。通过以较快的加 热速率加热烟炱预成形体的外部部分来使烟炱固结，该加热速率应足以使 烟贫致密化，从而使致密化的材料具有足够的刚性来限制受热的芯棒，以防止受热芯棒出现混搅现象。根据本专利技术的一个实施方式， 一种制备光纤坯棒的方法包括以下步骤 (i)提供由较低粘度玻璃制备的内芯棒，使得该内芯棒的软化点T^(粘度为 1076泊时的温度)小于或等于1470。C;(ii)将基于Si02的烟炱沉积在内芯棒 周围，形成烟炱预成形体，该烟炱由粘度较高的材料制成，使得其软化点T"(粘度为1076泊时的温度)大于或等于1600°C，而低粘度玻璃的软化点至 少比高粘度外芯区的粘度低200。C;(iii)使烟炱预成形体接触1000°C-1600°C 的热区，以较快的加热速率加热烟炱预成形体的外部部分，从而使烟炱预 成形体的烟炱固结，所述加热速率足以在内芯棒软化到足以发生混搅现象 之前使烟炱致密化。较快的加热速率优选至少为6。C/分钟。例如，该加热 速率可以是至少7。C/分钟，或者可以是12。C/分钟，25。C/分钟，50。C/分 钟，60。C/分钟，75。C/分钟，100。C/分钟，或者它们之间的任何值。这些 加热速率可通过例如将预成形体以较高的速度移动通过非等温热区(i)来实 现，可以是加热元件相对于烟炱预成形体移动，或者烟炱预成形体相对于 加热元件移动。该速度可以是例如25毫米/分钟，30毫米/分钟，35毫米/ 分钟，40毫米/分钟，50毫米/分钟，100毫米/分钟，150毫米/分钟，200 毫米/分钟，或者它们之间的任何速度，或者通过随时间变化提高加热元件 的温度。在以下的详细描述中提出了本专利技术的附加特征和优点，其中的部分特 征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，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专利技术而被 认识。本专利技术的一个优点是减少或消除"混搅"现象，从而有利地增加了固 结后可用坯棒的量。本专利技术的另一个优点是减少或消除不均匀的掺杂剂再 分布，减少变形，增加坯体的可用长度，从而节省成本，改善工艺控制， 获得更好的光纤性质。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本专利技术的示例， 用来提供理解要求保护的本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。包括的 附图提供了对本专利技术的进一步的理解，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专利技术的各种实施方式，并与说明 书一起用来说明本专利技术的原理和操作。附图说明图1是具有变形的芯的坯棒的图片；图2是经过测量的在固结后变形的内芯直径的变化图。图3是在较低的向下推进速度(down-drive speed)下固结的三种内芯坯棒和在较高的向下推进速度下依据本专利技术实施方式固结的一种内芯坯棒的内芯半径图4A显示了从依据本专利技术实施方式制备的固结的坯棒的不同部分重拉得到的玻璃棒的折射率曲线；图4B是软化点(T,单位。C)、 ATs与二氧化硅玻璃中K20浓度的关系；图5显示发生了混搅现象的坯棒中折射率曲线的典型变化；图6总结了两组数据，显示了两种以不同方式烧结的坯棒在固结后，内坯棒区中估测的钾含量(内芯棒中的K浓度)与轴向位置的关系；图7显示了根据本专利技术一个实施方式的掺杂碱金属氧化物的光纤的制备方法；图8显示了沉积玻璃烟炱的方法；图9示出了用碱金属氧化物对玻璃管掺杂的方法；图IO显示了根据本专利技术一个实施方式拉制玻璃棒的方法；图11显示了固结炉中烟炱预成形体的部分截面侧视图。优选实施方式的详细描述 根据本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备光纤坯棒的方法，其包括以下步骤：　（ｉ）提供由较低粘度玻璃制备的芯棒，使得该芯棒粘度为１０↑［７．６］泊时的软化点Ｔ↓［ｓ１］小于或等于１４７０℃，所述玻璃包含至少０．５摩尔％的碱金属掺杂剂；　（ｉｉ）将基于ＳｉＯ↓［２ ］的烟炱沉积在所述芯棒周围，形成烟炱预成形体，从而形成高粘度区，所述烟炱由粘度较高的材料制成，其粘度为１０↑［７．６］泊时的软化点Ｔ↓［ｓ２］大于或等于１６００℃，其中低粘度玻璃的软化点至少比高粘度区的粘度低２００℃；和　（ｉｉｉ）使 所述烟炱预成形体接触温度在１０００℃－１６００℃的热区，以较快的加热速率加热所述烟炱预成形体的外部部分，从而使所述烟炱预成形体的所述烟炱固结，所述加热速率足以在所述芯棒软化到足以开始发生混搅现象之前使所述烟炱致密化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J巴拉克里希纳，S康纳，CB奥努，SM拉尼，P坦登，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]