[发明专利]直接拉丝制造光纤的方法

说明书

相关申请

本申请是1999年7月8日提交的美国专利申请09/350,068的后续申请。本申请根据35USC§120享有上述美国专利申请的优先权，并将其参考于此。

发明背景

发明领域

本发明一般涉及对制造光纤方法的改进，具体而言，涉及制造含掺杂剂光纤的方法，有这些掺杂剂很难加工成没有质量缺陷的纤维，例如，在一些专用器件例如光放大器中使用的纤维。

背景技术

在光纤技术方面已经有了许多重要进步。例如，目前可以利用光纤技术制造光放大器，而无需将光信号转换为电信号用于放大。为用于这些和其它的用途，已对制造光纤的材料进行改进和提纯，达到所需的光学性能。在制备用于制造光放大器的最新一代光纤中用作掺杂剂的材料的例子，有氧化铝和氧化锑。

不幸的是，这些新材料采用目前的制造技术一直未能得到满意的结果。在目前采用的制造光纤方法中，是先制造出一种烧结的玻璃预制坯，它包含完整要求的芯和包覆层的剖面。然后将玻璃坯(预制坯)装在拉丝塔上，加热后拉成光纤成品。

图1所示是目前采用的制造光纤预制坯方法10的详细流程图，这种方法称作外部汽相沉积法(OVD)。制造这种玻璃预制坯的OVD法包括下列步骤：

1.沉积芯材料和某种包覆材料，产生一个积炭坯。

2.将该积炭坯固化为玻璃坯。

3.将该玻璃坯预拉成棒。

4.试验该棒的光学性能。

5.将包覆材料沉积在该棒上，产生第二个积炭坯。

6.将第二个积碳坯固化成为具有纤维成品完整要求的芯和包覆剖面的玻璃坯。

该方法的第一步骤中，如图1所示的步骤12，使用火焰水解器，将芯材料以炱的形式沉积在例如氧化铝(Al₂O₃)或其它合适材料制造的饵棒上，该铒棒通过车床装置旋转。火焰水解器将前体物质提供给一输送燃烧器。包含老的掺杂剂(如GeO₂)的芯材料通常使用本领域已知的蒸气输送燃烧器输送到饵棒上。前体和掺杂剂决定了沉积在饵棒上各炱层的组成。除芯材料外，一预定部分的包覆材料也在第一步骤沉积在饵棒上的芯材料上面。这些材料沉积之后，取下饵棒，留下有完整的芯和部分包覆层剖面的积炭坯。此外，积炭坯沿其长度上有一个除去饵棒后留下的轴线孔。

该方法的下一个步骤，如图1所示的步骤14，将芯积炭坯固化。首先，在固化步骤中，积炭坯在约1000℃固化炉内，使用氯气(Cl₂)和氦气(He)进行干燥。该干燥步骤排出水和一些不需要的金属元素，尤其是坯中会干扰玻璃基体的水以及在最终纤维成品中会导致不希望光衰减的杂质。坯干燥好之后，加热至约1500℃，烧结成透明玻璃。整个固化过程需耗时数小时，包括固化后坯的冷却时间。

固化之后，在步骤16，对固化的玻璃坯进行所谓的“预拉伸”过程。在预拉伸工艺中，将坯装在预拉伸塔中加热，然后拉伸成要求直径的长的细棒。预拉伸时还将坯中的轴线孔封闭起来。这是在预拉伸的同时施加真空来完成的。

预拉伸之后，在步骤18中，对制成的棒检测其光学性能，尤其是其折射指数。这样可以根据需要，根据折射指数偏离合适量的差异，调整后面的制造方法。

在步骤20中，进行第二沉积过程。此时，使用火焰水解器将二氧化硅包覆材料沉积在步骤16中形成的玻璃棒的上面。在沉积此包覆材料过程中，通常使用蒸气输送系统。此时可调节沉积的包覆材料量，用来补偿步骤18中测得的与要求折射指数的偏离。第二沉积的结果是形成另一个积炭坯。然而，不将新沉积的炱层与玻璃棒分离，而是在后面的制造过程中留在原位。

在步骤22中，按照上述步骤14，通过干燥和烧结，固化第二积炭坯。第二固化步骤的结果是具有纤维成品的完整芯和包覆层剖面的玻璃坯。

在步骤24中，将制成的坯装在拉丝塔上，该拉丝塔内具有温度约为2000℃的热区。

在步骤26中，将坯靠近其底部的部分加热直到玻璃融化，此时有熔块滴下，在其后面拉出熔融纤维的尾部，在拉开热区的瞬间冷却至室温固化。生成的纤维收集卷绕在线轴上用于储存。

尽管上述方法已表明能很好满足许多纤维包括标准长途传输纤维的生产，但是制造一些专用光纤已产生一些问题。这些光纤包括例如光放大器中使用的纤维。为达到要求的光学性能(例如，更宽波长的响应)，材料的设计者已在芯中引入一些新的掺杂剂。