[發明專利]制備光纖預制棒的設備和方法

無效

• 申請號: 200780000002.9
• 申請日: 2007-01-23
• 公開（公告）號: CN101213149A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 桑科特·沙;錢覺維爾·辛格;尼汀·辛德
• 申請（專利權）人: 斯德萊特光學技術有限公司
• 主分類號: C03B37/014
• 分類號: C03B37/014
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 曾旻輝

技術領域

本發明涉及一種制備光纖預制棒的設備和方法，特別涉及一種制造光纖預制棒的轉動密封機械裝置以及包含該裝置的設備。本發明還涉及到應用帶有轉動密封機械裝置的設備制作光纖預制棒的方法，以及用這種預制棒生產的光纖，其中所制作光纖的衰減很小，在波長為1300nm到1625nm范圍內小于0.35dB/Km。

背景技術

光纖一直被作為各種信息的聲音、圖像以及數據的傳播介質。電信產業的主要目的是以更短的時間通過較長的距離傳輸更多的信息。如果光纖在波長為1300nm到1625nm范圍內有低的光學衰減損耗，那么這個目標可以由光纖實現。

光纖由光纖預制棒拉絲而成。光纖預制管通常包括纖芯和外部包層。纖芯棒包括一個纖芯和光纖預制棒的部分包層。按照慣例，纖芯棒可以用任何一種公知的方法制備，例如化學氣相沉積(ACVD)法，其中煙塵在沉積步驟中沉積在圓柱形元件上(也被稱為標桿或芯軸)來形成煙塵狀多孔坯體。在這種方法中，煙塵沉積通過圓柱形元件在燒結爐上橫向移動來實現，反之亦然(or?vice?versa)。最初的煙塵沉積包含摻雜劑來增加纖芯的折射率，當得到需要的纖芯直徑后，就停用摻雜劑。當得到煙塵狀多孔坯體的尺寸可以滿足光纖預制棒中需求的纖芯直徑以及光纖中纖芯和包層的直徑比例時，沉積過程完成。一個典型單模光纖可能含有直徑約為8-10μm的纖芯和直徑約為125μm的包層。煙塵沉積完成后，圓柱形元件將從煙塵狀多孔坯體上移除，來形成在中心定義了一個毛細管的空的圓柱形煙塵狀多孔坯體(下文中稱之為空煙塵狀多孔坯體)。一個玻璃塞通過空煙塵狀多孔坯體的把手插入其遠離的一端空煙塵狀多孔坯體被移入燒結爐內，其中，這個空煙塵狀多孔坯體先被脫水，然后在1500℃的氯氦混合氣體中燒結(也可以稱之為玻璃化或透明化)來形成光纖預制棒。

干燥和燒結步驟可以通過任何一種現有的技術來實現。更好的是，我們能夠在一種構造特殊的燒結爐內來完成這兩個步驟，這個燒結爐裝配有一個或多個加熱單元和氣體輸入裝置。干燥和燒結步驟包含將空圓柱形煙塵狀多孔坯體插入燒結爐內并將其置于可控化學環境下的一個溫度機制中，來形成燒結玻璃預制棒。干燥所需的化學環境由有助于干燥的氣體提供。而燒結所需的化學環境由具有高導熱系數的惰性氣體提供。

帶有毛細管的燒結預制棒從燒結爐中移出之后，它們將進入拉絲工序以形成具有預定直徑的很多纖芯棒。在這個工序中，我們將真空用于毛細管中來壓平由于玻璃表面張力、纖芯和包層的相對粘度而縮緊的毛細管。真空的應用增加了壓碎步驟的速度，同時便于移出在拉絲步驟中預制棒毛細管中形成的氣體。

如果需要的話，拉絲而成的纖芯棒可能進入到包層(overcladding)工序中，該工序通過在纖芯棒上沉積煙塵來形成帶有固體纖芯棒的煙塵狀多孔坯體。煙塵狀多孔坯體可能進入到干燥和熔凝的工序中，來形成光纖預制棒(稱為子預制棒)。因此，光纖可以直接從母預制棒拉絲而成，也可以由子預制棒拉制而成。

如上文所述，其中有未被壓碎的毛細管的燒結預制棒將從燒結爐中移至拉絲的獨立工序中，它將在負壓或真空環境中被壓碎。拉絲工序中壓碎毛細管的步驟增加了毛細管受污染的機會。預制棒毛細管形成了光纖纖芯的中心，幾乎所有的光通過這個中心傳播。光纖的傳輸性能主要由其光學衰減損耗和色散決定。任一種毛細管的污染或者變形都對由其拉制的光纖的衰減有嚴重的負面影響。根據要求，毛細管不能暴露在環境大氣中。

美國專利4,251,251透露了一種方法使得毛細管不會暴露在環境大氣中。根據專利4,251,251，制作預制棒的工序采用如下順序：

1.沉積；

2.移除圓柱形元件；

3.燒結和壓碎毛細管，以得到其中有已壓碎的毛細管的固體玻璃預制棒；

4.由上面形成的固體玻璃預制棒拉絲而成的棒；

來防止毛細管暴露在環境大氣中。在燒結空煙塵狀多孔坯體或者在沒有從燒結爐中移出空煙塵狀多孔坯體的燒結步驟的同時，將毛細管壓碎。我們將在空煙塵狀多孔坯體的毛細管中應用真空裝置。燒結步驟中毛細管的粉碎是取決于玻璃的表面張力以及包層和纖芯的相對粘度(due?to?glass?surface?tension；relative?viscosities?of?core?and?cladding?layer)。

美國專利4,251,251還透露了為了使毛細管在燒結步驟中壓碎，所需高溫需要比僅燒結空煙塵狀多孔坯體所需溫度高。這個溫度要高于玻璃的軟化點。