[发明专利]用于单模纤维的大的MCVD预型件的制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及采用改性化学蒸汽沉积(MCVD)法的玻璃预型件的制造，特别是一种增加这种MCVD预型件的尺寸的方法。

背景技术

在光纤制造中，将一玻璃预型件垂直地悬挂，并以一控制的速率移动到一炉内。该预型件在炉内软化，一位于一拉伸塔的基部的绞盘从预型件的熔融端自由地拉出一玻璃纤维。本发明涉及这种玻璃预型件的制造，这种玻璃预型件是一固体的圆柱棒，其具有一适合于光导的折射指数曲线。需要说明的是，预型件和拉伸纤维的折射指数曲线(即，折射指数作为离棒的中心线的距离的函数的变化)基本上相同，既使预型件的直径是拉伸纤维的直径的几千倍。可以从一玻璃预型件拉出的纤维量与该预型件的尺寸成正比。使用较大的预型件可以显著地节省成本。

存在着许多有竞争力的玻璃预型件的制造工艺，其中一种公知为改性化学蒸汽沉积(MCVD)法，其通过在一玻璃管(有时称之为基质管)的内壁上沉积玻璃质颗粒(碳黑)来形成预型件的折射指数。碳黑包括一般硅，硅中一般掺有锗，以增加其折射指数。其它常用的制造预型件的工艺包括外侧蒸汽沉积(OVD)和蒸汽轴向沉积(VAD)，其中碳黑沉积在一碳黑刚玉上，碳黑刚玉通过一种连续步骤烧结而成。

在MCVD预型件的尺寸上显然存在着局限性，这是由于在内沉积工艺中玻璃沉积率较低，沉积出的玻璃量较少。在MCVD工艺过程中，碳黑同时沉积并烧结在基质管内表面上的玻璃内。一种典型的MCVD热源是往复式氧-氢焰炬，其加热基质管的外表面。这种焰炬每沿管通过一趟，就在基质管的内表面上添加一薄层玻璃。首先沉积多个薄层涂敷材料，然后沉积多个薄层芯核材料。在最简单的单模设计(即，非扩散转移、配合的包覆或凹陷包覆的纤维)中，包覆通常在一个等级上，这种包覆可以通过氟和/或磷涂敷得到，而芯核是在另一个等级上(通常只掺杂锗)。在更复杂的单模设计(例如扩散转移纤维)中，折射指数可能跨越包覆和芯核变化。通过改变所用的掺杂物(例如锗)的浓度形成差异。通过基质管壁的热传递和可以沿管向下发送并有效地达到热区域的最大的反应剂的量是有限的，这限制了沉积率。典型的MCVD沉积率在0.2与2.0克/分之间，因玻璃的成分不同。沉积的芯核的直径指明为(d)，沉积的包覆层的直径指明为(D)。理想的是，只有芯核材料需要沉积在基质管的内壁上，形成理想的折射指数曲线。在这种情况下，所沉积的包覆/芯核(D/d)的比例为1.00。然而，这对于基质管的纯度的要求太严格。目前，通过MCVD制造预型件产生出的每米预型件长高达250千米(km)纤维。与此形成对比，OVD和VAD工艺的沉积率在5与50克/分之间，通过OVD和VAD预型件制成的每米预型件长超过400千米的纤维。

无论如何，MCVD与上述外沉积工艺相比具有某些优点。因为在MCVD中碳黑沉积和烧结同时发生，所以掺杂剂可以结合到玻璃内，并以一层接一层的基础固定到位。然而，可以用于MCVD的掺杂剂的范围大于外工艺的范围。除了对于所有工艺共用的掺杂剂，例如提高折射指数的锗以外，氟掺杂层可以用于MCVD来显著地降低折射指数。在外工艺中很难掌握氟掺杂，因为在碳黑中的结合基本上是一种扩散工艺。MCVD关于掺杂剂选择的多面性允许直接构成复杂的指数曲线形状。MCVD的另一优点是在整个纤维制造工艺中使用基质管并随后使用外包覆管，以提供大量玻璃，这一优点部分地抵消了沉积率的缺点。

在MCVD工艺中，在长时间暴露于极高温度下的基质管中出现尺寸不稳定性，并形成气泡，在制造大的MCVD预型件时会出现这种情况，因为大量芯核材料需要沉积在基质管内。如果象在沉积率超过每分钟一克的用于多模纤维的MCVD预型件中所作的那样，只增加芯核材料的沉积，则可以消除这种担忧。然而，与使用高含量的GeO₂掺杂材料的多模纤维不同，单模纤维使用较低等级的GeO₂。其差别是很重要的，因为高含量掺杂剂容易使沉积材料的软化点温度(粘性)下降，因此，它们在低温时在基质管的内壁形成一光滑层。所以，在低温下可以进行烧结。此外，多模纤维预型件还包括P₂O₅作为掺杂材料，这进一步降低了沉积材料的软化点温度(见，例如US4339173)。

发明内容

因此，本发明所寻求的是一种单模MCVD预型件，其每米长度生产大约400km或更长纤维，还寻求一种制造这种预型件的商业上有吸引力的工艺。