[发明专利]制备光纤预制件的方法

说明书

本发明涉及一种用于通过在透明玻璃棒形式的起始元件周围沉积细玻璃颗粒而制备光纤预制件的方法，更进一步地说，涉及通过对细颗粒玻璃沉积体的两端未稳定的外径部分进行保护以免受到局部温度升高而制备高质量光纤预制件的方法。

常规的用于制备光纤预制件的方法之一是采用透明玻璃棒形式的起始元件，所说的玻璃棒由芯料或芯料、皮料组合而成，将该玻璃棒水平或坚直地插入容器中并且绕着其自身的轴旋转，同时向燃烧器中供入汽态玻璃形成物料以合成细玻璃颗粒，这些颗粒沉积在该相对该燃烧器往复移动的起始元件上。通常人们把这种方法称为“外部法”，而所获得的细颗粒玻璃沉积物(光纤预制件)通过加热熔化，直到它变成玻璃化(变成透明玻璃)从而合成一种夹套(例如参见未审日本专利公开2-172838)。

通过外部法制备光纤预制件的一种典型装置示于图1中。容器1具有坚直安装的起始元件2，该元件安装在棒7上，从而可以绕其自身的轴旋转并且可以通过升降装置5而在坚直方向上往复移动。在容器1的横向方向上与起始元件2的旋转轴成直角安装玻璃合成燃烧器3，从而使由供料单元8提供的原料合成的细玻璃颗粒沉积在元件2上。玻璃合成燃烧器3通过燃烧器移动单元4可以向着或背着起始元件2移动。在容器1的横向方向上设置一个出气口6，它远离玻璃合成燃烧器3，含有过量所合成的细玻璃颗粒的废气由该出气口排出。

当采用图1所示的装置制备光纤预制件时，围绕着起始原料2形成的如图2中所示的细颗粒玻璃沉积体9的中部是具有恒定外径的稳定的外径部分10。但是，在该沉积体的上端和下端形成了具有可变外径的不稳定的外径部分11。由于燃烧器在这些端部形成圆形移动并且两端的外径均较小，因此，如果燃烧器的加热能力不变，则细颗粒玻璃沉积体的热容，即温度就会局部升高。此外，用于合成细玻璃颗粒的起始物料的供应在不稳定的外径部分也减少或停止，因此如果氢气和氧气的流量不变，该沉积体的表面温度将会增加。如果采用多个燃烧器来合成细玻璃颗粒(沉积物)，起始物料的供应将这样来停止，从而使最外面的燃烧器的供应首先停止，而次外层的燃烧器的供应随后也停止，从而缩短在细颗粒玻璃沉积体的两端的不稳定的外径部分的长度。但是，这样又会引起类似的局部温度升高。举例来说，当靶物以固定的速度移动时，即使操作燃烧器使得固定的外径部分的温度约为900℃，而在细颗粒玻璃沉积体两端的温度有时会升到约1100℃，结果使该玻璃沉积体具有体密度梯度，这会在硬度上形成不规则，而且在透明玻璃棒和细颗粒玻璃沉积体之间的热膨胀失配将会在该沉积体中产生裂纹。此外，高于1100℃的温度会导致玻璃化。

人们还知道用于制备掺入稀土元素的石英，例如含有稀土元素的石英棒，根据该方法，通过VAD或OVD法在起始元件棒上沉积细玻璃颗粒的沉积体以制备一种沉积模型并且将该沉积模型浸入稀土金属氯化物的醇溶液中，然后将其干燥并加热使之玻璃化，由此形成掺入稀土元素的石英棒。该方法的一个问题是通过常规技术如VAD法形成的沉积模型在中心与表面区域之间存在较大的体密度差。如果用这种沉积模型浸渍稀土金属氯化物的醇溶液，则中心与表面区域之间的稀土元素的含量将会不同，从而难以制备具有均匀稀土元素径向分布的石英棒。为了解决这个问题，人们提出应当通过OVD法、使沉积体圆周表面的温度保持不变从而在起始元件棒上沉积沉积体，由此制备具有较小径向体密度变化的沉积模型(参见未审日本专利公开4-367536)。

随着沉积模型外径的增加，其表面积和体积也相应地增加并且该沉积模型与燃烧器的火焰相接触的比例减少。同时，单位体积的沉积模型的热容量及其表面温度将会降低。在前面附图中所说的方法主要是用来处理这种情况并且当沉积模型的表面温度降低时，送入燃烧器的氢气和氧气也会增加，从而产生更大量的火焰以保持沉积模型的表面温度稳定不变。换句话说，所说的方法是用来在沉积模型表面上保持恒定的温度而不是为了在细颗粒玻璃沉积体的两端防止出现上述不稳定外径部分的局部温度升高的问题。