CN101031517B - 光纤母材的制造方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤母材的制造方法及装置，其中燃烧器与烟灰沉积体的相对位置一直固定，并可制造出折射率分布稳定的光纤母材。在利用火焰水解反应使烟灰沉积而制造光纤母材的方法中，将包括光纤母材合成用燃烧器(4、5)的燃烧器固持器(6)及其固定夹具(7)的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度控制在小于等于80℃。并且，该温度可通过下述方式进行控制，即，在燃烧器火焰与燃烧器固定部之间设置隔热板(8)，进而，设置加热或冷却燃烧器固定部的温度调节机构。

Description

光纤母材的制造方法及装置
技术领域
本发明涉及一种光纤母材的制造方法及装置。更详细而言，本发明涉及一种可应用于利用火焰水解反应的光纤母材的制造中的制造方法以及实施该制造方法的制造装置。
另外，对于因参照文献而允许并入的指定国，通过参照而将下述申请案中所揭示的内容并入本申请案中，作为本申请案揭示内容的一部分。
日本专利特愿2004-288177号(申请日：2004年9月30日)
背景技术
光纤母材的制造装置，例如有利用轴向气相沉积法法(Vapor-PhaseAxial Deposition，VAD)的制造装置。如图1所示，在石英制腔室1内，悬挂石英基材2，并在该石英基材2上沉积烟灰(soot)，由此获得烟灰沉积体3。合成烟灰的燃烧器是以下述方式配设，即，朝向石英基材2的下端前端配设芯棒(core)用燃烧器4，朝向石英基材2的侧面配设包层(clad)用燃烧器5，并且，其均由包括燃烧器固持器(burner holder)6及其固定夹具7的燃烧器固定部支持。
于芯棒用燃烧器4上，连接有作为芯棒原料的四氯化硅(SiCl4)，及作为控制折射率的掺杂剂(dopant)的四氯化锗(GeCl4)等的原料管路，并且连接有氢氧焰(oxyhydrogen flame)用氢气(H2)气体及氧气(02)气体等的气体管路。于包层用燃烧器5上，连接有四氯化硅气体及氢氧气体管路。
芯棒用燃烧器4及包层用燃烧器5均由固定夹具7支持，由此，可对燃烧器的位置进行调整，至燃烧器与烟灰沉积体前端的最佳相对位置。
光纤母材的制造方法是，一边使石英基材2旋转，一边从芯棒用燃烧器4及包层用燃烧器5向其目标(target)部喷出原料气体，使通过火焰水解反应而生成的烟灰沿石英基材2的轴向而沉积，并且配合其成长而提高石英基材2，由此，获得包含高折射率的芯棒及低折射率的包层的烟灰沉积体3，并在电炉中使该烟灰沉积体3脱水·透明玻璃化。
于合成光纤用玻璃母材的制造技术中，燃烧器与烟灰沉积体的相对位置关系，不仅影响到烟灰的附着速度及密度等，也会决定所获得的玻璃母材的折射率分布，所以极为重要。尤其是在VAD法中，如果燃烧器与烟灰沉积体前端的相对位置关系产生偏移，那么所获得的玻璃母材的折射率分布会产生细微的变化，所以关于燃烧器的固定方法，提出了各种各样的方法。
例如，日本专利实公平03-22256号公报提出了，使用石英玻璃制的燃烧器，并且，采用铸模(mold)方式，使用树脂或石膏将燃烧器安装固定在基座(base)上，作为解决由于用以固定的紧固力不足而导致的燃烧器的位置偏移的方法。
另外，日本专利特开2000-256032号公报提出了，规定燃烧器保持孔的精度，并使之与燃烧器固定夹具成为嵌合方式，由此提升燃烧器的固定精度及再现性。
然而，近年来，要求光纤用玻璃母材大型化。为实现该大型化而要求所供给的原料气体量增加，因此存在下述问题。即，由于烟灰沉积时及停止时的热循环，而产生由于燃烧器及燃烧器固定部的热膨胀所引起的位置偏移或固定部分松动，从而导致燃烧器与烟灰沉积体的相对位置产生偏移。进而，受到该偏移的影响，会产生烟灰相对于母材的轴向的附着速度及密度、以及折射率分布发生变化的问题。
发明内容
相对于此，本发明的目的在于提供一种光纤母材的制造方法及制造装置，其将燃烧器与烟灰沉积体的相对位置一直保持固定，从而获得折射率分布稳定的光纤母材。本发明的目的尤其是提供一种如下所述的光纤母材的制造方法及制造装置，即，相对于烟灰沉积体的相对位置经过调整后的燃烧炉烧器的位置，可稳定地加以维持，而不会在沉积期间随时产生变化。
因此，为达成所述目的，本发明的第1形态是提供一种光纤母材的制造方法，其使用可产生光纤母材合成用的燃烧器火焰的燃烧器，使利用火焰水解反应所生成的烟灰沉积，由此制造光纤母材，其特征在于包括：温度控制，该温度控制将使燃烧器定位的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度维持在小于等于80℃。另外，当然此变动幅度越小越好，具体而言如后文所述，如果使变动幅度小于等于80℃，则最终获得的光纤母材的折射率分布足够稳定。
又，作为一实施形态，于所述制造方法中，温度控制是通过控制燃烧器固定部温度的温度控制机构而进行。由此，可实现维持燃烧器固定部表面温度的变动幅度的机构。
又，作为其他实施形态，于所述制造方法中，燃烧器固定部包括燃烧器固持器及其固定夹具，而温度控制机构包括隔热板，该隔热板配设于燃烧器火焰与燃烧器固持器及固定夹具的至少一者之间。由此，可隔离来自燃烧器火焰的辐射热，从而抑制燃烧器固定部表面温度的变化。
进而，作为其他实施形态，于所述制造方法中，温度控制机构包括加热燃烧器固定部的温度调节机构及使其冷却的温度调节机构中的至少一者。另外，“温度调节”中可包括加热、冷却及温度保持。对于加热而言，例如，可列举使用电炉直接或间接地进行加热的方法。又，对于冷却而言，可列举使用冷媒进行冷却的方法。由此，可将燃烧器固定部的表面温度保持在规定的范围内。
又，本发明的第2形态是提供一种光纤母材的制造装置，其特征在于包括温度控制机构，该温度控制机构在使用可产生光纤母材合成用的燃烧器火焰的燃烧器，使利用火焰水解反应所生成的烟灰沉积而制造光纤母材的方法中，将使燃烧器定位的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度维持在小于等于80℃。另外，当然此变动幅度越小越好，具体而言如后文所述，如果使变动幅度小于等于80℃，那么最终获得的光纤母材的折射率分布足够稳定，并且其变动量于光纤母材整体不会超过规定的容许范围。
又，作为其他实施形态，于所述制造装置中，燃烧器固定部包括燃烧器固持器及其固定夹具，而温度控制机构包括隔热板，该隔热板配设在燃烧器火焰与燃烧器固持器及固定夹具中的至少一者之间。由此，可隔离来自燃烧器火焰的辐射热，从而抑制燃烧器固定部表面温度的变化。
进而，作为其他实施形态，于所述制造装置中，温度控制机构包括对燃烧器固定部进行加热的温度调节机构及使其冷却的温度调节机构中的至少一者。另外，“温度调节”中，可包括加热、冷却及温度保持。对于加热而言，例如可列举使用电炉直接或间接地进行加热的方法。又，对于冷却而言，可列举使用冷媒进行冷却的方法。由此，可形成将燃烧器固定部的表面温度保持在规定范围内的机构。
所述发明概要，并未列举本发明的所有必要特征，这些特征群的变形(subcombination)也可以形成发明。
根据本发明，在烟灰的沉积期间，当然在烟灰沉积体制造的批次之间，也可以将相对于烟灰沉积体的相对位置经过调整后的燃烧器的相对位置维持为固定。由此，可制造出折射率分布稳定的光纤母材。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是表示利用VAD法的光纤母材的制造装置的结构例的概略图。
图2是表示实施例1中所使用的制造装置的结构例的概略图。
图3是表示实施例1中所获得的光纤母材的折射率差△n1的变动的曲线图。
图4是表示实施例2中所使用的制造装置的结构例的概略图。
图5是表示实施例2中所获得的光纤母材的折射率差△n1的变动的曲线图。
图6是表示利用先前制造方法及制造装置而获得的光纤母材的折射率差△n1的变动的曲线图。
1：石英制腔室          2：石英基材
3：烟灰沉积体          4：芯棒用燃烧器
5：包层用燃烧器        6：燃烧器固持器
7：固定夹具            8：隔热板
9：恒温箱
具体实施方式
以下，列举实施形态进行说明，但以下的实施形态并不对权利要求范围的发明加以限定。而且，各实施形态中的所有特征均并不一定是必需的构成要件。
(实施例1)
使用图2所示的装置，以制造烟灰沉积体3。另外，图2中，对于与图1相同的构件标注相同的参照符号，并省略重复的说明。
图2所示的装置具备SUS制的隔热板8，该隔热板8配置在包括燃烧器固持器6及固定夹具7的燃烧器固定部与燃烧器火焰之间。由此，该隔热板8可将燃烧器固定部与燃烧器火焰所产生的辐射热隔离。另外，准备100mm×100mm×5mm的SUS板及150mm×150mm×5mm的SUS板这2种尺寸互不相同的板材，以作为隔热板8，并对隔离燃烧器火焰的辐射热而带给烟灰沉积体3的折射率分布的影响加以研究。
向芯棒用燃烧器4中供给氢氧焰用氢气(H2)气体及氧气(O2)气体，并且供给作为芯棒原料的四氯化硅(SiCl4)及四氯化锗(GeCl4)，向包层用燃烧器5中供给四氯化硅气体以及氢氧气体，而制造烟灰沉积体3。进而，在电炉中使所获得的烟灰沉积体3脱水·透明玻璃化，获得直筒部长度为600mm，外径为100mm的光纤母材。
表1中表示在沉积期间所测定的包括燃烧器固持器6及其固定夹具7的燃烧器固定部表面的最高温度及最低表面温度。另外，在图3中，以曲线图表示使所获得的光纤母材透明玻璃化后的芯棒与包层的折射率差△n1的测定结果。
表1
Figure S05833227520070403D000051
根据表1及图3所示的结果可知，通过使沉积期间燃烧器固定部表面温度的变动幅度小于等于80℃，可抑制热膨胀对燃烧器4与燃烧器5的位置偏移的影响，并且可将所获得的光纤母材的轴向上的折射率分布的变化抑制为较低。由此，于最终获得的光纤母材中，芯棒与包层的折射率差△n1于其整体中不会超过容许的范围。另外，对于隔热板8的效果而言，尺寸越大则效果越明显，并且，在批次间也可以获得相同效果。
(实施例2)
除了使用图4中所示的制造装置以外，均利用与实施例1相同的材料及条件而制造光纤母材。另外，在图4中，对于与图1及图2相同的构件标注相同的参照符号，并省略重复的说明。
该制造装置中，将包括燃烧器固持器6及固定夹具7的燃烧器固定部收纳在作为温度调节机构的恒温箱9内，并加以控制，使其温度保持在60℃±1℃的范围内。对最后进行透明玻璃化而获得的光纤母材的折射率分布进行测定，并于图5中以曲线图表示其结果。如图5所示，可将折射率分布的变动抑制为极小。
(比较例1)
除使用图1所示的装置以外，均利用与实施例1相同的材料及条件而制造光纤母材。
在表2中，表示在沉积期间所测定的包括燃烧器固持器6及其固定夹具7的燃烧器固定部表面的最高温度及最低表面温度。另外，在图6中，以曲线图表示使所获得的光纤母材透明玻璃化后的芯棒与包层的折射率差△n1的测定结果。根据表2及图6所示的测定结果可知，折射率差△n1的变动量较大为0.012。
表2
 
最低温度(停止时) 最高温度(沉积时) 变动幅度
燃烧器固持器 22℃ 123℃ 101℃
固定夹具 22℃ 120℃ 98℃
以上，列举实施形态而对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于所述实施形态中所揭示的范围。而且，本领域技术人员了解，可对所述实施形态施加各种变更或改良。进而，根据权利要求范围的揭示内容可知，施加了所述变更或改良的形态也包含在本发明的技术范围内。
产业上的可利用性
本发明的光纤用玻璃母材的制造方法及制造装置，在烟灰(玻璃微粒)的沉积期间或批次间，维持以高位置精度而设置的燃烧器的位置。因此，可获得轴向的折射率分布的变动受到抑制的高品质的光纤母材，特别是可较好地应用在大型化的光纤母材的制造中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种光纤母材的制造方法，其使用可产生光纤母材合成用的燃烧器火焰的燃烧器，使利用火焰水解反应所生成的烟灰沉积而制造光纤母材，其特征在于包括：
温度控制，该温度控制将使所述燃烧器定位的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度维持在小于等于80℃，所述温度控制是使用控制所述燃烧器固定部的温度的温度控制机构而进行，所述温度控制机构包括对所述燃烧器固定部进行加热的温度调节机构。
2.一种光纤母材的制造方法，其使用可产生光纤母材合成用的燃烧器火焰的燃烧器，使利用火焰水解反应所生成的烟灰沉积而制造光纤母材，其特征在于包括：
温度控制，该温度控制将使所述燃烧器定位的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度维持在小于等于80℃，所述温度控制是使用控制所述燃烧器固定部的温度的温度控制机构而进行，所述温度控制机构包括使所述燃烧器固定部冷却的温度调节机构。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：
所述燃烧器固定部包括燃烧器固持器及其固定夹具；以及
所述温度控制机构包括隔热板，该隔热板配设在所述燃烧器火焰与所述燃烧器固持器及所述固定夹具中的至少一者之间。
4.一种光纤母材的制造装置，其特征在于包括：
温度控制机构，该温度控制机构在使用可产生光纤母材合成用的燃烧器火焰的燃烧器，使利用火焰水解反应所生成的烟灰沉积而制造光纤母材的方法中，将使所述燃烧器定位的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度维持在小于等于80℃，所述温度控制机构包括对所述燃烧器固定部进行加热的温度调节机构。
5.一种光纤母材的制造装置，其特征在于包括：
温度控制机构，该温度控制机构在使用可产生光纤母材合成用的燃烧器火焰的燃烧器，使利用火焰水解反应所生成的烟灰沉积而制造光纤母材的方法中，将使所述燃烧器定位的燃烧器固定部的表面温度的变动幅度维持在小于等于80℃，所述温度控制机构包括使所述燃烧器固定部冷却的温度调节机构。
6.根据权利要求4或5所述的制造装置，其特征在于：
所述燃烧器固定部包括燃烧器固持器及其固定夹具；以及
所述温度控制机构包括隔热板，该隔热板配设在所述燃烧器火焰与所述燃烧器固持器及所述固定夹具中的至少一者之间。
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