[发明专利]带有极薄的氧化钛-氧化硅外包层的光导纤维及其生产方法

说明书

本发明涉及一种制造带有极薄的氧化钛-氧化硅外包层的光导纤维的方法以及由此方法生产的光导纤维，使在保持可接受的接合性和解理性的同时，降低在拉丝后强度筛选步骤中出现的由拉丝炉耐火材料颗粒导致的纤维断裂数目。

在生产光导纤维中所用的拉丝炉典型的要设有氧化锆套筒(muffle)，可抽出光导纤维的玻璃坯暴露于套筒的内表面，例如请见Kaiser的美国专利No.4,030,901。从套筒散裂的微米大小的颗粒形成耐火材料颗粒，这些耐火材料颗料是由于在生产套筒材料和/或在使用中套筒材料形成裂纹，由套筒材料表面缺陷形成的。

其它方法也已被用来降低拉丝耐火材料颗粒引起的断裂率。Roba的美国专利No.4,735,826揭示了在拉丝炉套筒的内表面涂覆二氧化硅层来抑制套筒产生氧化锆颗粒。Lamb的美国专利No.4,748,307揭示了用激光束来熔融氧化锆套筒内表面以抑制氧化锆颗粒形成。这两种方法在生产时都需要附加的费用和对套筒材料的附加处理。

Harding等人的美国专利No.4,988,374公开了带有一可拆卸衬套的光学纤维拉丝炉，在拉伸过程中产生的污染物沉积在该衬套上，当对一个给定预制棒的拉丝工作完成后，就把污染物从衬套中除去。Harding等人的衬套使拉丝炉及其操作变得复杂了。

对于本技术领域人员来说，已经知道给光导纤维加上Tio₂-Sio₂外包层具有好的结果，已有工作的主要焦点在于提高生成的光导纤维的抗疲劳强度。许多工作都集中于使用相对较厚(最薄约1μm)的TiO₂-SiO₂外包层，例如，Kao等人的美国专利No.4,243,298公开了使用1-10μm厚的Tio₂-SiO₂层，较佳为1-5μzm。Kar的美国专利No.4,877,306公开了约2-3μm厚的TiO₂-SiO₂外包层。其它的专利指明包层厚度为2-5μm，例如Edahiro等人的美国专利No.4,975,102；Oh等人的“通过使用可压缩的包层来增加光导纤维的耐久性”，《光学通讯》(Optics Letters)第7卷第5期，第243-243页，1982年5月。Backer等人的美国专利No5,067,975阐明了使用厚约1-3μm的TiO₂-SiO₂外包层，同时Backer等人的专利中也可看到有应用小于1μm厚的包层的可能性(见于下文)。

Backer等人的美国专利No.5,067,975揭示了深度在0.07-2.5cm范围的裂纹深度与弹性极限应力之间的计算关系(见Backer等人的专利文本中表1第19栏)。考虑到裂纹深度和层厚的关系并计及纤维在其使用寿命期间的可能的裂纹生成率，由这关系可以推知TiO₂-SiO₂外包层厚度可小于1μm。另外，Backer等人的申请于1989年12月22日，题目为“具有氧化钛、氧化硅外包层的光导纤维”的待审专利申请US Ser.No.07/456,140，(此后简称为“Backer等2”)要求保护一种光导纤维，该纤维具有包括一层小于2μm最外包层的TiO₂-SiO₂外包层，并进一步要求保护小于1μm厚的最外包层。(Backer等2，权利要求1和5)。Backer等2的说明书基本上与Backer等人的专利相同，但Backer等2是涉及产品，而Back-er等人的专利涉及方法。