[发明专利]生产含氟覆层光导纤维玻璃坯的方法

说明书

本发明涉及含氟覆层光导纤维用的玻璃预制件的生产方法。

图1示出一种单一模式光导纤维具有的折射率分布，迄今为止，这种折射率分布主要通过添加一种可增加玻璃对光导纤维芯的折射率的添加剂而获得。作为添加剂，通常采用如GeO₂，P₂O₅和Al₂O₃一类的氧化物。然而，这种添加剂会带来一系列问题，如：（1）由于雷利散射的增加而增加光导纤维的光传递衰减，（2）添加剂导致玻璃预制件内产生气泡或晶粒集聚，和（3）由于玻璃热膨胀系数的增加，玻璃预制件往往会破裂。因此，愈降低玻璃预制件内的添加剂含量则愈好。

由于这种原因，提出了通过添加一种可降低玻璃对覆层折射率的添加剂来提高芯子和覆层之间的折射率差的方法。这种添加剂的实例是B₂O₃和氟以及它们的组合物。然而，B₂O₃有增加石英玻璃的热膨胀系数，以及在较长波长的范围内发生吸收损失的缺点。因此，最好采用氟作为降低折射率的添加剂。

在VAD法或OVPO法中，利用火焰水解玻璃原料生产多孔质粉尘预制件（porous    soot    preform）是众所周知的一种经济和高产量生产光导纤维的方法。然而，利用这种火焰水解法很难添加足够量的氟，以降低覆层的折射率。例如，日本专利公开公报（未审查）No.15682/1980透露了一种向玻璃预制件添加氟的方法。通过此法，折射率只能降低0.2-0.3%，这就意味着在这种方法中氟的添加量有它的极限。

日本专利公开公报（未审查）No.67533/1980揭示一种在含氟化合物的气氛中，加热细玻璃粒沉积物，藉此有效地向玻璃预制件添加氟的方法。然而，这种方法难以使氟均匀分布于玻璃预制件中，因此，单独使用氟也就难行获得图1所示的折射率分布，图1所示的是生产实际有效的光导纤维时主要的折射率分布。

图2中图示说明的方法是生产含氟光导纤维的一种生产方法，以及采用火焰水解法形成细玻璃粒沉积物，藉此而有实际有效的折射率分布。

图2所示，当逐渐施转提升能构成芯子并装到提升装置2的玻璃棒1时，燃烧器3产生的细玻璃粒被沉积在玻璃棒1的表面上，形成相当于覆层的多孔玻璃层4。将氢，氧和玻璃原料如SiCl₄同时供入燃烧器3，并对它们进行火焰水解而产生细玻璃颗粒。图2中标号5和6分别表示反应器和出口。将这样形成的玻璃棒和多孔玻璃层的复合体置于含氟的气氛中加热以向多孔玻璃层中添加氟，同时使它透明以形成一种具有图1所示折射率分布的透明玻璃预制件。如果在这一步骤中覆层厚度不够，透明玻璃预制件将被拉长，细玻璃颗粒再一次沉积在拉长玻璃预制件的表面上，并在含氟气氛中加热。这种工艺可以重复操作以获得具有所要厚度的覆层。

在上述利用图2装置的方法中，通常在含水蒸汽的气氛中将玻璃棒加热和拉制到所需直径，以此来制备构成芯子的玻璃棒。这样会导致羟基基团对玻璃棒表面的污染，尤其是在含氢的燃烧气体火焰中拉制玻璃棒时，玻璃棒表面受到氢基基团严重的污染。此外，在形成与覆层相应的多孔玻璃的过程中，玻璃棒表面会受到在合成细玻璃粒所用火焰中产生的水蒸汽引起的羟基基团所污染。

当用芯子表面已受羟基基团污染的透明玻璃预制件拉制光导纤维时，通过光导纤维传播的光，由于羟基基团会产生吸收损失，从而降低了光导纤维的光传递特性。尤其是，当光导纤维被用作单一模式的光导纤维时，光传递会因芯子和覆层之间存在有羟基基团所污染的界面层而受到很大的影响，由于在单一模式光导纤维中的能量分布可达覆层，所以光传递特性显著变坏。

例如，将很低羟基基团含量（最多约10ppb）的纯石英玻璃棒在氢氧火焰中拉制成直径12毫米的石英棒，然后用图2的装置在拉成的石英棒表面上，形成纯石英玻璃的多孔玻璃层，玻璃层的外径为110毫米。将这种石英棒和多孔玻璃层构成的复合体置于含氟的气氛中加热，得到外径为45毫米的透明玻璃预制件，它具有如图3所示的折射率分布。

然后，将该玻璃预制件在氢氧火焰中拉制成直径为12毫米的棒，通过图2的装置在其上面再次形成多孔玻璃层，玻璃层的外径为110毫米。在含氟气氛中加热如此制得的复合体，得到透明的玻璃预制件，它具有如图4所示的折射率分布。