[发明专利]用管棒法制造具有纤芯和玻璃包层的光纤的方法

说明书

本发明涉及一种应用所谓管棒法制造具有纤芯和玻璃包层的光纤的方法。

管棒法这一工艺是众所周知的。在这种工艺中，通常是将由纤芯材料制成的芯棒安放于由包层材料制成的管子中，然后就可选择地通过热处理而使该管子先已收缩到该芯棒上之后，将该芯管组合体拉制成光纤。

人们确认在这种方法的某种改进实施例中（其中芯棒是由纤芯材料而包层是由石英玻璃组成的），利用管棒法所制得的光纤有时在抗拉强度上不能满足某些最低要求。

人们认为在确定最小抗拉强度（筛选）之际发生裂口的情况通常是由棒芯所安放的石英玻璃管的外表面或外表面下的稍深区域内存在着污染物所造成的。

所述污染物可能是具有熔点高于石英玻璃的氧化物，例如氧化铝、氧化铬和二氧化锆。在用石英晶体制成的商用石英玻璃管中，现已发现在紧接管子外表面以下处会同时产生外来颗粒和外来颗粒的集聚物。

这些颗粒可能来源于制造过程。所述集聚物在管子的轴向和切线方向上的尺寸至多是100微米。它们存在于紧接管子外表面以下深度为10微米的区域中。

如果目的是要去除该被污染的表面区域，则对这种石英玻璃管进行浸蚀是有可能去除的，例如可用氢氟酸溶液。但是，在其表面上会形成许多小凹坑，同时在实践中发现用这种方法是难于彻底去除对抗拉强度有有害影响的污染物的。

氧化颗粒形式的污染物能用热处理来充分融化，以消除所述颗粒对于该制得光纤的机械性能的有害影响，本发明就是基于这种认识的。

根据本发明的方法的特征在于该方法的以下步骤是按以下顺序进行的：

-在石英玻璃管的里面涂有一层纤芯玻璃;

-使该涂有内层的管子收缩成同样长或基本上同样长的实心芯棒;

-将一石英玻璃管的外表面加热至2100℃或更高，为时足以充分融化由存在于表面层的10微米深处的高熔点氧化物所组成的污染物，以消除对该制得的光纤的机械特性的有害影响;

-将该实心芯棒放入预先经热处理过的石英玻璃管;

-然后将该芯棒和预先热处理过的管子组合体拉制成光纤。

在这种方法中，有害的颗粒完全消失了、或者它们的尺寸变成很小而使得临界断裂极限不再按有害颗粒尺寸的关系而超出（格里菲思定律指出：临界断裂极限与材料的不连续性长度倒数的平方根成正比关系）。

在本发明的方法中，可以使用众所周知的内部沉积法来制造光纤，例如MCVD（改进的化学汽相沉积法）和PCVD（等离子激活的化学汽相沉积法），可参考例如公布在1982年9月在法国戛纳（Cannes）召开的第八届欧洲光通信会议的会刊（8ECOC）第108页上由G.Koel博士所著的《不同的光纤制造方法的技术与经济情况》一文。

通过热处理，该内部涂复过的管子以通常方式进行收缩，在该热处理过程中，该管子就在表面应力和压差的影响下收缩成一根芯棒。在该收缩期间，该管子被转动。棒的长度等于或基本上等于开始时的管子长度。将最后所得到的芯棒放入石英玻璃管。石英玻璃管的内径仅需比芯棒的直径大得使该芯棒可被容易地插入管子中即可。在该芯棒被插入石英玻璃管之前，要对管子进行热处理。当该管子的近10微米深处被加热到2100℃或更高时就足够了。

为完成这样一种加热过程的合适装置是要能在短时期内传递大量热能的热源，例如氢氧燃烧器或等离子燃烧器。

最好是用等离子燃烧器，在这种燃烧器中，等离子体是在至少部分地是由分子气体（例如氮和氧）所组成的气体中形成的。这样一种等离子体把热能传递到所要加热的表面的传递过程基本上是靠表面处的分离分子的重新结合而进行的。该气体分子的结合能被释放出来。这就在表面薄层中引起很高的温度，因而外来颗粒的集聚物就能在几秒钟内融化于石英玻璃中。