CN108349779B - 制造光纤用玻璃芯预成形体的方法 - Google Patents

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Abstract

光纤用玻璃纤芯预成形体的制造方法包括：提供中心纵向孔轴向延伸经过其中且a/b之比为0.20至0.40的多孔烟炱纤芯预成形体；在1000℃至1350℃的温度下，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于含有含氯气体和含氟气体的气氛下，同时脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体，其中在该气氛内含氟气体的含量为0.01％至0.50％体积，和在1500℃至1650℃的固结温度下，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于基本上不含氟和氯的气氛下，同时固结烟炱纤芯预成形体并闭合中心纵向孔，同时降低达到中心孔下的压力，由此形成玻璃纤芯预成形体。

Description

制造光纤用玻璃芯预成形体的方法
技术领域
本发明涉及制造光纤用预成形体的方法。特别地，本发明的公开内容涉及制造纤芯预成形体的方法，以生产包括氟掺杂区的光纤。
背景技术
在纤维到房屋(fibre-to-the-premises)(FTTP)应用，其中包括纤维到家(FTTH)和纤维到建筑物(FTTB)应用中使用单模光纤一般要求在可能施加绷紧的弯曲半径的苛刻安装限制条件(例如因建筑物中的尖角或者光纤压缩导致)下，通过纤维传输的光学信号的弯曲损失低。另外，粗糙的波分复用***(CWDM)和无源光学网络(PON)***也可需要使用对弯曲不敏感的光纤。
可绕光纤纤芯区掺杂，获得具有低弯曲损失的光纤，以便合适地成型折射指数曲线分布。氟是降低折射指数的常用掺杂剂。
在US 2013/136406中，公开了低弯曲损失的光纤，其具有被纤芯区补偿的沟槽(低的折射指数区)。相对于外包覆层(最外面的包覆层)，沟槽指数(Δ3)是0.01％≤Δ4-Δ3≤0.09％，且沟槽V3的绝对体积为约5％至40％μm2。
专利申请US 2013/136408描述了一种单模光纤，它包括具有外半径r1，相对折射指数Δ1，最大相对折射指数Δ1max，和具有α曲线分布alphacore，0.5≤alphacore≤4的渐变折射率的中心纤芯区；包覆区，所述包覆区包括(a)围绕所述渐变折射率的中心纤芯区且包括相对折射指数Δ，Δ3曲线分布(它随着半径增加而变得更负值)的沟槽区，所述沟槽区具有内半径r2，外半径r3>10微米，和最小相对折射指数Δ3min，使得Δ1max＞Δ3min，r3≥r3a，和0.5≤(r3a-r2)/(r3-r2)≤1，其中r3a是离纤维中心线的距离，其中Δ3首先达到值Δ3min，所述沟槽区具有α曲线分布alphat，使得0.5≤alphat≤5，和(b)围绕所述沟槽区且具有相对折射指数Δ4，且Δ3min<Δ4的外包覆区。
在US 4,812,155中描述了生产玻璃预成形体的方法以供生产具有在其内引入氟的石英玻璃预成形体。这一专利述及，根据所公开的方法，氟引入到玻璃微粒内的速率增加，和在添加氟的工艺期间，诸如Fe和Cu之类的杂质引入到玻璃内得到防止。在该方法中，在含有含氟-基化合物的至少一种非-氢气的气体和不含氟的氯-基化合物的气体的气体气氛中，首先加热烟炱粒状物料，将具有氟的粒状物料掺杂到由纯石英制造且具有铁和铜杂质的马弗管内，然后加热氟掺杂的玻璃粒状物料，在由纯石英制造的马弗管内生产光纤用的透明玻璃预成形体。
专利US 4,772,302涉及具有氟掺杂的氧化硅包覆层和纯或掺杂的氧化硅纤芯的光波导的制造方法。
在US 4,629,485中公开了形成玻璃制品的方法，所述玻璃制品的至少一部分用氟掺杂。该方法包括下述步骤：形成玻璃预成形体，所述玻璃预成形体的至少一部分是多孔的且含有间隙，在具有由高氧化硅含量的玻璃形成的马弗固结炉内***所述预成形体，在所述多孔部分的表面上流过含氟的气体，所述气体的一部分向内扩散通过所述预成形体的间隙，和加热所述多孔预成形体到固结温度范围内的温度，其时间足以引起所述氟扩散到所述间隙的表面内，并引起所述预成形体的多孔部分熔融并形成氟掺杂的致密玻璃。优选地，流动步骤包括流动含足量氯气的气体，以干燥所述预成形体。
US 4,586,943提供通过加热由玻璃微粒组成的玻璃烟炱预成形体，生产光纤用玻璃预成形体的方法，所述玻璃微粒主要由氧化硅制成，所述方法包括下述步骤：(1)加热玻璃烟炱预成形体，脱水并从中除去杂质；(2)在含有至少氟或氟基化合物的气体气氛中，加热玻璃烟炱预成形体，添加氟到玻璃烟炱预成形体中；和(3)加热玻璃烟炱预成形体，使之透明。
专利US 5,163,987描述了在制造光纤中使用的玻璃预成形体的生产方法，所述方法包括在包括含氟化合物的气氛中，在烟炱预成形体处于多孔状态的温度下，添加氟到烟炱预成形体中，然后在含有含氟化合物的气氛中保持或***烟炱预成形体以供脱水和/或除去杂质。鉴于改进耐氢性或耐辐射性，在添加氟之前或同时，进行用含氯化合物脱水，而在不存在含氯化合物的情况下进行预成形体的玻璃化。该专利述及由于在含氟化合物存在下进行烟炱预成形体的玻璃化，因此在氟添加步骤中添加到预成形体的周边部分中的氟在玻璃化步骤中没有消散。
专利申请WO 00/58232A1描述了通过将烟炱预成形体暴露于含氟气体下，其时间和温度足以导致沿着与含氟气体，优选CF4接触的烟炱预成形体的表面，氟含量下降，将氟在内部引入到烟炱预成形体内的方法。在马弗炉内进行氟的掺杂步骤，含氟气体流经所述马弗炉且含氟气体优选含有稀释气体，例如氦气。可使用任选的中心流动的氦气。进行氟掺杂操作，其时间足以导致在与氟气接触的烟炱主体的外表面处耗尽(deplete)所得玻璃的氟含量，同时随着掺杂时间增加，朝空白中心的氟含量增加。
专利申请WO02/49977A2涉及具有氟掺杂区的预成形体的制造方法。所描述的方法包括优选在实质上不具有含任何卤化物的化合物的气氛中，热处理实质上不含任何烧结玻璃层的多孔烟炱预成形体到第一温度，和在第二温度下，将该预成形体暴露于包括含氟化合物的气氛下，其中氟和烟炱之间的反应速率和氟化合物扩散到预成形体内的速率二者均依赖于温度，且作为温度增加的函数，反应速率的增加大于作为温度增加的函数，扩散速率的增加，进而控制氟径向渗透到预成形体内。热处理多孔烟炱预成形体是到大于1200℃的温度。
在WO 2014/193801A1中，公开了制造光纤预成形体的方法，所述方法按序包括下述步骤：(i)制造具有至少一个多孔层的玻璃预成形体；(ii)预先致密化所述预成形体，以增加所述多孔玻璃层的平均密度到至少0.7g/cm3但小于1.9g/cm3，进而形成预先致密化的预成形体；(iii)在小于或等于1290℃的温度下将预先致密化的预成形体暴露于氟前体下，制造在所述预先致密化的氟掺杂的预成形体的最外面区域处或者与之相邻处氟浓度最大的预先致密化的氟掺杂预成形体，(iv)将该预先致密化的氟掺杂的预成形体暴露于高于1400℃的温度下，完全烧结氟掺杂的预成形体；和进而在所述氟掺杂的烧结预成形体内形成氟掺杂的曲线分布(profile)，使得在预成形体的内部区域内氟的浓度对具有最大氟浓度的预成形体的区域内的氟浓度之比小于0.4。在所公开的实施方案中，随着预成形体的半径增加，相对折射指数变得更负。
绕光纤的纤芯形成低指数的沟槽一般地使制造光纤预成形体的工艺增加额外步骤，进而增加制造光纤的工艺的成本。专利申请WO2013/003003A1涉及形成具有低指数沟槽的光纤预成形体的方法，根据一个实施方案，该方法包括在饵棒上沉积氧化硅-基玻璃烟炱，形成光纤预成形体中低指数的沟槽区。沉积氧化硅-基玻璃烟炱，使得低指数的沟槽区具有第一密度。绕低指数的沟槽区形成具有比第一密度大的第二密度的阻挡层。然后绕阻挡层沉积氧化硅-基玻璃烟炱，形成光纤预成形体的包覆区，进而形成沟槽-包覆的组件。然后从沟槽-包覆的组件的中心通道中取出诱饵棒，并将独立地形成的纤芯组件***到中心通道内。然后当加热沟槽包覆的组件，用负掺杂剂(down-dopant)掺杂低指数的沟槽区时，将含负掺杂剂的前体气体导引通过沟槽-包覆组件的中心通道，其中阻挡层防止负掺杂剂从低-指数的沟槽区扩散到外包覆区内。
申请人观察到在WO2013/003003的方法中，可出现可能的制造成本降低，其代价是不那么有效地除去金属污染物和/或羟基，因为在脱水阶段期间，氯分子受到阻碍而不扩散到纤芯区内，因为存在较高密度的阻挡层。
发明内容
本发明的公开内容一般地涉及玻璃纤芯预成形体的制造方法，其中通过氟化含中心孔轴向延伸经过其中的多孔烟炱纤芯预成形体，进行氟的掺杂。在一些优选的实施方案中，通过外部蒸汽沉积(OVD)，获得烟炱纤芯预成形体。
本发明的公开内容旨在制造玻璃预成形体，以供在制造具有沟槽辅助的折射指数曲线分布的抗弯曲的单模光纤中使用。申请人观察到，就获得与标准G.652纤维完全相容的纤维而言，在绕玻璃纤芯预成形体的纤芯区周围的区域内轻度氟掺杂是有利的。若要通过优选相对折射指数差为-0.0015至-0.0035的氟掺杂，获得浅的沟槽，则优选的是沟槽足够宽，以确保弯曲损失有效减少。然而，申请人注意到若氟太接近于典型地用锗掺杂的纤芯区，则可生成结构缺陷，所述结构缺陷会增加氢敏感度并因此可影响最终纤维的光衰减。
通过将多孔烟炱纤芯预成形体暴露于含有含氟气体的气氛下，进行氟掺杂，所述含氟气体可跨越烟炱的多孔结构渗透。申请人理解，有利的是控制氟跨越预成形体的渗透深度，其方式使得基本上不含氟的区域位于纤芯区和氟掺杂的区域之间。
使用烟炱纤芯预成形体起始的制造工艺一般地包括通过使干燥气体流动，除去金属杂质和羟基基团(-OH)(它们会负面影响光纤的光衰减)，使烟炱预成形体进行脱水。在脱水后，烟炱纤芯预成形体需要通过使预成形体置于比玻璃化转变温度高且足以诱导多孔预成形体烧结成实心玻璃的温度下固结。为了生产用于光纤的预成形体的纤芯棒，要求中心纵向孔完全闭合或塌缩。可在固结纤芯预成形体期间或之后，实现中心孔的闭合，后者例如通过再牵伸或拉伸固结的纤芯预成形体来实现。
申请人考虑到，就光纤总的制造工艺的效率而言，组合脱水和氟掺杂工艺是有利的。
申请人观察到，在烟炱纤芯预成形体的固结期间存在氟通常不是掺杂预成形体的有效方式，因为氟通过预成形体的扩散至少部分受到玻璃化工艺阻碍。另一方面，在脱水之后，例如在玻璃化期间，继续暴露于含氯的气体下可引起生成结构缺陷，所述结构缺陷似乎因通常用锗掺杂的纤芯区内相对高浓度的氯引起，且可影响光衰减。
与本发明公开内容一致的是，烟炱纤芯预成形体在脱水期间用氟掺杂。脱水和用氟掺杂烟炱预成形体包括将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体和含氟气体的气氛下。在脱水和F掺杂烟炱纤芯预成形体期间的温度为1000℃至1350℃。在该气氛内含氟气体的含量为0.01％至0.50％体积。优选地，在该气氛内含氟气体的含量为0.05％至0.20％体积。
申请人意识到，紧跟在组合的脱水与含氯气体和氟掺杂烟炱预成形体之后，采用同时玻璃化烟炱纤芯预成形体和闭合中心孔，可控制氟的渗透深度，同时沿着预成形体的长度实现基本上均匀掺杂的低指数区。特别地，氟从预成形体的外部侧扩散可以以稳定和可重复的方式限制到烟炱纤芯预成形体半径的约1/4处。按照这一方式，获得能生产具有改进的弯曲性能的纤维的纤芯预成形体。优选地，纤芯预成形体包括从纤芯预成形体的外表面延伸的氟掺杂的区域。
与本发明公开内容一致的是，制造光纤用纤芯预成形体的方法包括：
-提供多孔烟炱纤芯预成形体，它包括轴向延伸经过其中的中心纵向孔且纤芯对包覆层(a/b)之比为0.20至0.40；
-在1000℃至1350℃的温度下，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于含有含氯气体和含氟气体的气氛下，同时脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体，其中在该气氛内含氟气体的含量为0.01％至0.50％体积，和
-在1500℃至1650℃的固结温度下，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于基本上不含氟和氯的气氛下，同时沿中心纵向孔向下降低压力，同时固结烟炱纤芯预成形体并闭合其中心纵向孔，由此形成玻璃纤芯预成形体。
优选地，a/b之比为0.25至0.35。
在不希望束缚于任何理论或解释的情况下，存在氯可使得氟的蚀刻不那么有效，因为预期氯主要与-OH基反应，在其他情况下它倾向于通过产生HF，与氟反应。氢氟酸通常对多孔层具有强烈的蚀刻效果，其结果是因蚀刻导致氟掺杂水平下降。一经脱水和F掺杂阶段终止以及含氯与氟的气体的流动停止，沿预成形体的中心孔向下降低压力可防止氟不想要地从F掺杂区扩散。固结阶段与同时闭合中心孔还具有对于形成玻璃纤芯预成形体来说，总的加工时间下降的优点。
含氟气体优选选自SiF4，SF6，CF4，和C2F6。可在本发明的公开内容的方法中使用的其他含氟气体是C4F8，CC2F2，Si2F6，NF3，和F2。氯气优选用作干燥气体，但可使用其他含氯气体，例如SiCl4或CCl4。
根据本发明的公开内容，该方法包括固结烟炱纤芯预成形体以至同时通过在固结期间沿中心孔向下降低压力，闭合预成形体的中心纵向孔。在固结期间沿该孔向下降低压力优选下降到小于100mbar的压力。优选地，通过在中心纵向孔内施加真空，实现压降。在一个实施方案中，压降是降低到5至50mbar的压力。
烟炱纤芯预成形体具有外表面，在同时脱水和氟掺杂期间，在该气氛内包含的气体从外表面经烟炱扩散。
优选地，在同时固结和闭合中心纵向孔期间，纤芯预成形体绕其纵轴旋转，更优选均匀旋转。
优选地，在脱水和氟掺杂阶段期间，烟炱纤芯预成形体绕其纵轴旋转，更优选均匀旋转。
在一些实施方案中，该方法进一步包括，在将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体和含氟气体的气氛下之前，将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体和基本上不含氟的气氛下。优选地，在这些实施方案中，干燥段进行干燥处理时间，和结合的干燥与F掺杂阶段进行掺杂处理时间，干燥和掺杂处理时间之和对应于预成形体的脱水和F掺杂的总处理时间。
在一些实施方案中，脱水仅仅与氟掺杂同时发生。在这些实施方案中，含氯气体总是与含氟气体结合存在。
在一个实施方案中，进行脱水和F掺杂的总处理时间为120至240分钟(min)。
提供制造光纤的方法，该方法包括：
-根据本发明的公开内容，制造玻璃纤芯预成形体；
-拉伸玻璃纤芯预成形体，减少其外部直径，由此形成至少一个玻璃纤芯棒；
-外包覆玻璃纤芯棒，形成由被玻璃外包覆层包围的玻璃纤芯棒形成的光纤预成形体，和
-牵伸光纤预成形体，生产光纤。
通过该方法，可生产光纤，所述光纤包括位于纤芯区和外包覆区之间的氟掺杂区。
根据一些优选的实施方案，与本发明公开内容一致的方法生产弯曲性能符合ITU-T G.657.A1标准，版本(10/2012)，且优选宏观弯曲(macrobending)损失超过ITU-TG.657.A1(10/2012)标准要求并介于ITU-T G.657.A1(10/2012)设定的要求和ITU-TG.657.A2(10/2012)设定的要求之间的单模光纤。
附图说明
现参考附图，下文更加充分地描述了本发明，其中示出了一些，但并非所有本发明的实施方案。阐述这些实施方案的附图并没有按比例图示。
对于本发明说明书和所附权利要求的目的来说，除了另外指明，表达用量，数量，百分比等等的所有数值要理解为在所有情况下用术语“约”修饰。此外，所有范围包括所公开的最大和最小点且包括在其内的任何中间范围，它们可以是或者可以不是在本文中具体地枚举。
图1是根据与本发明公开内容一致的实施方案，脱水和氟掺杂以及固结烟炱预成形体的装置的侧视图，其中一些部件在截面视图显示，以更好地强调装置的一些细节。
图2是示意性阐述根据本发明公开内容的一些实施方案，所设计的光纤的相对折射指数分布的图表。
图3示出了根据本申请描述的实施例生产的纤芯棒所测量的相对折射指数分布。
图4示出了根据本申请描述的进一步的实施例生产的纤芯棒所测量的相对折射指数分布。
图5示出了根据本申请描述的仍然进一步的实施例生产的纤芯棒所测量的相对折射指数分布。
图6是示意性描述根据一些实施方案，在组合的脱水和氟掺杂以及固结纤芯烟炱预成形体的工艺期间，在炉内的温度梯度和预成形体的纵向位置的标绘图式。
具体实施方式
在优选的实施方案中，将通过与本发明公开内容一致的方法所要获得的玻璃纤芯预成形体用于制造适合于光传输***的单模光纤，尤其抗弯曲的单模光纤。
玻璃纤芯预成形体具有沟槽辅助的折射指数分布，它包括位于纤芯区以外的低指数区。在一些优选的实施方案中，低指数区从外表面延伸跨越相对于预成形体的外半径宽度为0.2至0.4的预成形体。
优选地，玻璃纤芯预成形体由氧化硅-基材料制造。
由使用火焰水解沉积工艺，优选外部蒸汽沉积(OVD)工艺形成的烟炱预成形体，获得玻璃纤芯预成形体。在OVD工艺中，通常逐渐变细以容易取出并由氧化铝或其他陶瓷材料制造的纵向芯轴在其端部之一处被固定到中空手柄上，所述中空手柄称为预成形体手柄。预成形体手柄典型地通常为具有一个或多个突起以供在装置内容易预成形体悬挂和/或互锁的管状以用于纤芯预成形体的进一步加工。在为旋转芯轴并相对于一个或多个火焰水解燃烧器转化它而构造的车床上安装预成形体手柄和芯轴的相对端，所述火焰水解燃烧器供应氧化硅基粒状材料(即，烟炱)的物流以供形成多孔烟炱预成形体。在沉积烟炱层期间，引入到燃烧器内的反应物，例如GeCl4和SiCl4的流速可以以本身已知的方式变化，而在烟炱预成形体中获得预定的折射指数分布。
主要通过纤芯区和直接围绕纤芯区的区域(以下称为近包覆层区域)的折射指数分布，测定光纤的光学性能。优选地，烟炱纤芯预成形体具有纤芯区和围绕纤芯区的近包覆层区域。优选地，近包覆层区域由非刻意掺杂的氧化硅(在本发明说明书和权利要求中称为纯氧化硅)制成。在一些实施方案中，烟炱纤芯预成形体包括相对于纯氧化硅的折射指数，具有正的相对折射指数的纤芯区。在一个实施方案中，纤芯区具有阶跃-指数分布。优选地，纤芯区由用增加折射指数的掺杂元素，例如锗掺杂的氧化硅制成。在一些实施方案中，纤芯区的折射指数分布可显示出被相对正的折射指数区包围的中央下沉(dip)。
正如通常已知的，在OVD沉积期间，烟炱向外填充预成形体手柄的纵向部分，使得它与烟炱纤芯预成形体一体化，和由于该原因，它常常表示为纤芯一体化手柄。在沉积工艺完成之后，从烟炱预成形体中取出芯轴，从而留下沿着烟炱预成形体的纵轴的中心孔。根据本发明的公开内容，对烟炱纤芯预成形体进行脱水和氟掺杂工艺，接着固结工艺，以便形成玻璃纤芯预成形体。
图1是根据与本发明公开内容一致的实施方案，用于脱水和氟掺杂以及固结烟炱预成形体的装置的侧视图，且一些部件在截面视图中显示，以更好地强调装置的一些细节。在脱水和固结装置20中加工优选通过OVD获得的多孔的烟炱纤芯预成形体24。多孔预成形体24具有纵轴和沿着纵轴的中心孔17(表示为中心纵向孔)，所述中心孔轴向延伸经过预成形体。多孔的烟炱预成形体具有外表面和内表面，其中内表面纵向定界中心孔17。
多孔预成形体在具有中空预成形体手柄18的端部之一处提供，所述中空预成形体手柄18附着到预成形体的一端或者是预成形体的一体化部分。预成形体手柄18具有与中心纵向孔17相对应的纵向孔隙。这一结构允许气体进料和/或通过手柄向下施加真空到中心孔。
装置20包括具有底座13的炉体10。炉体10被构造为容纳细长的预成形体，它沿着炉子纵向延伸，且它垂直取向，以便炉子的纵轴平行于向下进料的方向以供沿着炉体平移预成形体。炉体优选是垂直的马弗炉，更优选圆柱形，所述圆柱形马弗炉具有带内表面的侧壁11。炉与气体传输***(未示出)通过一个或多个气体入口导管12相连用以供应载体气体，所述载体气体从出口29排放。在该附图的实施方案中，气体从炉底进料。当气体经导管12进料时，预成形体的外表面暴露于含有这些气体的气氛下，所述气体可扩散越过烟炱的多孔结构。
借助常规的垂直平移装置或向下进料***30，悬挂多孔预成形体24，所述向下进料***30仅仅一部分在该附图中图示。向下进料***30包括支持手柄27，例如互锁预成形体手柄18的钳形支持手柄。按照本身已知的方式，向下进料***赋予支持手柄27沿着炉体平移(上下)和绕与向下进料方向平行的纵轴旋转。因此，预成形体可在炉体内向下移动(和向上)且可绕其纵轴旋转。
预成形体手柄18的顶部与***到支持手柄27内的中空内部手柄31相连。通过预成形体手柄，提供流体通路经中空内部手柄31向下进入预成形体的中心孔17。
为了通过施加真空，降低中心纵向孔内的压力，将真空导管21***到中空内部手柄31的轴向孔隙内，且它与真空泵22(或其他类型的真空源)相连。在一个实施方案中，真空导管21是合适长度的挠性管，以便允许预成形体在炉体内上下移动。由于优选预成形体在脱水和F掺杂步骤期间以及在固结期间都旋转，管道21需要旋转，以跟随通过向下进料***30赋予支持手柄27的旋转。按照本身已知的方式，真空导管21可以与泵22或者通过旋转接头，与(静态)泵传输导管直接相连，其中泵传输导管连接到泵上。
支持手柄27从顶部进入炉体10的腔室34。尽管在附图中没有显示，但炉体提供有顶帽，所述顶帽充当主要炉体的闭合盖子且具有支持手柄27经过其中的孔。当预成形体完全***时，正如附图中所示的结构一样，顶帽防止气体和热量从炉体10的顶部泄露出。
优选地，优选由玻璃制造，例如由标准石英或低温熔融玻璃制造的短棒或塞子19适配在中心孔的底部处，它同与入口管道21相连的孔的上部相对，以供当施加真空时，从下面密封通道用于中心孔更加有效地抽真空。
为了启动脱水和氟掺杂的工艺，多孔烟炱纤芯预成形体附着到向下进料***30上，且它位于炉体上方和外侧。然后向下移动多孔预成形体到炉子的干燥热区15，所述干燥热区15沿着炉体10的第一纵向部分的炉子纵向延伸。在附图中用虚线表示的干燥热区15用于使烟炱纤芯预成形体的多孔层脱水。优选地，干燥热区15是等温区。
在脱水工艺中，一种或多种干燥气体，典型地包括氯气或由其组成的干燥气体在炉子内与惰性气体，优选氦气一起进料。在图1所示的装置中，氦气和氯气从入口导管12向上流经炉体10。与本发明公开内容一致的是，在脱水期间，烟炱纤芯预成形体用氟掺杂，亦即烟炱预成形体脱水的至少一部分步骤与氟掺杂同时进行。含氟气体优选选自SiF4，SF6，CF4，和C2F6。在同时脱水和F掺杂期间，干燥热区15的温度为1000℃至1350℃，且在以下表示为脱水温度Td。
优选地，含氯和含氟气体在惰性气体，优选氦气中稀释。
优选地，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体和含氟气体的气氛下，以便含氟气体与含氯一起在整个步骤当中一起存在，从而进行同时脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体的步骤。
优选地，在该气氛中含氟气体的浓度为0.01vol.％至0.50vol.％，更优选0.05vol.％至0.20vol.％。
优选地，在该气氛中，含氯气体的浓度为0.5vol.％至3.0vol.％。
在一些实施方案中，氦气在炉内流动，其用量使得基本上填充炉子的内部体积。优选地，含氯气体是Cl2气体。
在一些实施方案中，含氟气体是SF6。
在没有刻意限制本发明公开内容的情况下，下述说明是指Cl2气体和SF6。
在一些实施方案中，该方法包括，在同时脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体之前，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体且基本上不含氟的气氛下，使烟炱纤芯预成形体脱水。提到“基本上不含氟”是指没有刻意添加氟的气氛。优选地，在基本上不含氟的气氛内脱水在1000℃至1350℃的温度下。在一些实施方案中，脱水步骤(没有氟掺杂)在与同时脱水和F掺杂步骤相同的温度下进行。
将干燥热区15设定在没有诱导烟炱烧结的脱水温度Td下。在一些实施方案中，脱水和用F掺杂是在1000℃至1350℃的温度Td下。优选地，在脱水和用氟掺杂期间，应当基本上没有发生烟炱纤芯预成形体的烧结。
在图1所示的装置中，可通过使He，SF6，和Cl2气体从入口导管12向上流经炉体10，进行组合的脱水和氟掺杂。当气体经导管12进料时，使预成形体的外表面暴露于含有He，SF6，Cl2气体的气氛下，所述气体从外表面扩散经过烟炱。
在脱水和F掺杂工艺的最后，生产在近包覆层区域的最外面区域内用氟掺杂的(干燥的)烟炱纤芯预成形体。
在一个实施方案中，在脱水和F掺杂期间，相对于与干燥热区15相对应的炉体的垂直方向，烟炱预成形体保持静止，并旋转，以确保该工艺的轴向对称。在这一实施方案中，在脱水和氟掺杂阶段最后，预成形体24向下朝位于干燥热区15下方的固结热区16移动(在图1中总是用虚线表示)。固结热区16沿着炉体10的第二纵向部分的炉子纵向延伸，且将它设定在1500℃至1650℃的固结温度Tc下。
在一个实施方案中(未示出)，炉子具有单一热区和烟炱预成形体在脱水和F掺杂阶段以及固结阶段二者期间保持静止。在这一情况下，在脱水和F掺杂阶段最后，热区的温度升高到固结温度。
在图1所示的装置中，干燥热区和固结热区彼此通过过渡区14隔开。在一些实施方案中，同时脱水和F掺杂步骤包括第一段，和在第一段后的第二段，在所述第一段内，烟炱预成形体相对于炉体的垂直方向和对应于与设定在温度Td下的干燥热区15保持静止，在所述第二段内，烟炱预成形体优选以恒定速度向下朝固结热区16移动。
在一些实施方案中，当预成形体24向下朝固结热区16移动时，脱水和氟掺杂的第二段包括：
-在第一下降速率下，优选恒定速率下，向下朝设定在比温度Td高的中间温度Ti下的固结热区16移动预成形体第一处理时间，同时将烟炱预成形体的外表面暴露于包括含氯气体和含氟气体的气氛下，和
-设定固结热区16在比Ti高的温度Tc下，和在第二下降速率下，优选在恒定速率下，向下移动预成形体第二处理时间，同时将烟炱预成形体的外表面暴露于包括含氯气体和含氟气体的气氛下，只要固结区的温度从Ti增加到Tc即可。
优选地，在预成形体的整个下降期间和随后的固结阶段，惰性气体，优选氦气的流动继续。
在一些实施方案中，当固结热区的温度达到Tc时，该工艺包括关闭含氯气体和含氟气体，同时在第二下降速率下，保持向下移动烟炱预成形体，直到它进入到固结热区16中。
优选地，中间温度Ti和固结温度之差(Tc-Ti)为40℃至80℃。在一些实施方案中，Ti为1450℃至1550℃。
当进入固结热区时，中心纵向孔17与真空泵22通过真空导管21相连，以产生小于100mbar的真空，同时纤芯预成形体24经历烧结或固结工艺。在固结工艺中，预成形体逐渐下降经过维持在比干燥热区高的温度Tc下的固结热区。优选地，在固结期间，固结热区的温度Tc为1500℃至1650℃。预成形体在给定速率下，向下驱动经过固结热区，以便从底部到顶部完全固结预成形体。通过穿过固结热区16，多孔预成形体径向(和轴向)收缩，且中心孔同时塌缩(collapse)，和它被玻璃化，以便获得玻璃纤芯预成形体。
通过将烟炱纤芯预成形体暴露于基本上不含氟和基本上不含氯的气氛下，同时进行烟炱纤芯预成形体的固结和预成形体的中心纵向孔的关闭。提到“基本上不含氯”是指没有刻意添加氯的气氛。
通过与本发明公开内容一致的方法获得的实心玻璃纤芯预成形体具有包括纤芯区和近包覆层区域的折射指数分布，其中近包覆层区域包括具有负的相对折射指数之差的氟掺杂的区域。折射指数相对差定义为△i＝(ni-n0)，它可以正或者负，其中ni是在折射指数分布的i-区域内的最大折射指数(最大值或最小值)，和n0是典型地由未掺杂的氧化硅制造的外部包覆层的折射指数。未掺杂的氧化硅是指没有刻意掺杂的氧化硅玻璃(也将被称为纯氧化硅)。据说若ni小于参考折射指数n0，则折射指数差是负。具有负的折射指数差的区域被称为低指数区或沟槽。具有正或负的相对折射指数差的区域的数值被分别视为在该区域内的最大值或最小值。
图2是示意性阐述根据本发明一些实施方案的玻璃纤芯预成形体的相对折射指数分布的图表，其显示出所述指数分布的不同区域为离纤维中心的径向距离r的函数，即垂直轴代表光纤的中心线(r＝0)。光纤包括被近包覆层区域4包围的纤芯区1。优选地，近包覆层区域与纤芯区接触。
近包覆层区域4包括朝纤芯区1径向向外延伸且与纤芯区接触的内部圆形区2，和朝内部圆形区2径向向外延伸的外部圆形区3。优选地，外部圆形区3与内部圆形区2接触。在许多实施方案中，例如如图2所示的实施方案中，外部圆形区3是纤芯预成形体的最外面的径向区。
优选地，由内部圆形区和外部圆形区形成近包覆层区4。
由于包围纤芯棒的用于传输的单模光纤的外包覆层通常由纯氧化硅制造，因此相对指数分布被视为外包覆层的参考(△0＝0)折射指数。氟掺杂的存在使折射指数降低，从而导致数值△3的平均相对负的折射指数差，其数量级一般地取决于氟含量。外部圆形区3因此是低指数区。
纤芯区1具有正的相对指数百分比△1且是从纤维中心线延伸到纤芯半径r1的中央区。纤维的纤芯区1优选由用增加折射指数的掺杂元素，例如锗掺杂的氧化硅制造，以便形成具有正的相对折射指数△1的阶跃-指数分布。
在图2中，内部包覆区2从纤芯区1延伸到半径r2，而外部包覆区3从内部包覆区延伸到半径r3。内部包覆区2优选由没有刻意掺杂的氧化硅制造。
优选地，r3为13μm至25μm，更优选15至20μm。
外部圆形区(即，沟槽)3的宽度w3可定义为(r3-r2)。由于外部圆形区3优选是玻璃纤芯预成形体的最外面的径向区，因此宽度w3基本上对应于氟从纤芯预成形体的外表面渗透的深度。在一些实施方案中，比值w3/r3为0.20至0.40，优选0.25至0.35。在一个实施方案中，渗透深度为0.25x r3。
常常用作所生产的光纤的成本和性能指示的参数是玻璃纤芯棒的纤芯对包覆层之比a/b，其中a是纤芯棒中纤芯区的半径，和b是包围纤芯区的近包覆层区的外半径。a/b的数值越大，则制造工艺的产率可以越高，因为可由单一的烟炱预成形体获得更多纤芯棒。一般地，预成形体的纤芯对包覆层之比在牵伸的光纤中得以保留。参考图2，a/b对应于比值r1/r3。
玻璃纤芯预成形体的纤芯对包覆层之比a/b为0.20至0.40。优选地，玻璃纤芯预成型坯的纤芯对包覆层之比a/b大于0.20，更优选大于0.25。在一些实施方案中，纤芯对包覆层之比a/b为0.20至0.35。在优选的实施方案中，a/b大于0.25且小于0.35。
在固结纤芯预成形体并关闭中心孔之后，从炉体中提取玻璃纤芯预成形体并对其进行拉伸工艺，以减少其外径，并提高圆柱形棒的笔直度。可借助常规的拉伸装置进行拉伸工艺。拉伸的纤芯预成形体按多个纤芯棒被划分(severe)，其中每一个纤芯棒构成最终光纤预成形体的中央区。
每一纤芯棒用作本身已知的外包覆工艺的基底。优选地，通过火焰水解工艺，通过在纤芯棒的外周上沉积烟炱材料，形成烟炱外包覆层。优选地，通过OVD工艺形成外包覆区，其中纤芯棒置于水平车床上，并在旋转的预成形体外部发生氧化硅烟炱的沉积，直到所需量的材料，所述材料量涉及外包覆层区的所需厚度，其在纤芯棒周围生长。一经在纤芯棒上实现烟炱外包覆层的所需厚度，则终止用于形成烟炱外包覆层的烟炱沉积。优选地，外包覆层区由纯氧化硅制造。
在炉内干燥并烧结所得的部分多孔预成形体，所述炉子可以是参考图1所描述类型的脱水-固结炉，其中气体仅仅从炉体的底侧进料。固结产生用于光纤的玻璃预成形体。
紧跟在形成玻璃光纤预成形体之后，在相对低速下，下降玻璃光纤预成形体到牵伸塔内，所述牵伸塔包括在颈缩区内具有热区的炉子，在所述热区内它在熔融温度下(典型地在1900℃至2100℃的温度下)加热，在所述颈缩区内，玻璃软化并使其截面积减少到纤维的所需截面积。从颈缩区的较低尖端出现光纤，在此它被机械装置抓握，并在一个或多个卷中缠绕。单模纤维的典型直径为约125μm。
注意，玻璃纤芯预成形体的指数分布在纤芯棒(由拉伸纤芯预成形体而获得)内和在最终的光纤内(当牵伸最终的玻璃预成形体成光纤时，所述最终的玻璃预成形体具有包围纤芯棒的外包覆层)得以保持。
实施例
实施例1(对比)
将长度约1.4m和直径12mm的圆柱形氧化铝芯轴在其端部之一处固定到中空管状手柄上。中空管状手柄和芯轴的相对端安装在车床上以供通过外部蒸汽沉积(OVD)，形成GeO2-掺杂的氧化硅多孔烟炱预成形体。在沉积期间以本身已知的方式，改变反应物GeCl4和SiCl4的流速，获得在烟炱预成形体中的预定折射指数分布。所得纤芯烟炱预成形体具有获得纤芯对包覆层之比a/b为0.30的阶跃-指数分布，且具有锗-掺杂的纤芯区和包围纤芯区并与之接触的未掺杂氧化硅的近包覆层区。
然后从纤芯烟炱预成形体中提取芯轴，从而在其内留下中心孔，所述中心孔跨越纤芯烟炱预成形体纵向延伸。将多孔烟炱纤芯预成形体插在图1所示类型的固结炉内。
在Td＝1100℃下，在80l/min He+1.5l/min Cl2流速下，将烟炱纤芯预成形体维持在固结炉的干燥热区中60分钟，同时采用1转/分钟的旋转速度旋转，以便确保轴向对称。然后，在5.2mm/min下，在相同的气氛内，朝设定在Ti＝1540℃处的固结炉的固结热区，向下驱动烟炱预成形体约120分钟。
预成形体在相同的速率下继续向下驱动额外约40分钟，同时固结热区的温度上升到约Tc＝1600℃。在预成形体下降的额外时间的最后，预成形体的底部非常接近(即大致进入)固结热区。
在该点处，终止Cl2流动并使He流速下降到20l/min。预成形体的下降速率减少到4mm/min，和预成形体的中心纵向孔与真空泵相连，从而产生低于100mbar的压力。底部进入固结热区并开始塌缩和固结。这些条件维持约160分钟，从而导致全部预成形体固结和同时关闭中心孔。
在炉内，在约1800℃下，对固结的玻璃纤芯预成形体进行拉伸工艺，以减少其外径并提高圆柱形棒的笔直度。拉伸的纤芯预成形体按多个直径为约16mm和长度为约1.35m的圆柱形细长纤芯棒被划分。
纤芯棒用作基底以供通过OVD化学沉积的进一步的工艺，形成用于外包覆层区的氧化硅烟炱层。通过使用SiCl4反应物，沉积约15000g氧化硅烟炱。
将部分多孔预成形体***到图1所示类型的固结炉内。在固结炉的约1100℃下，在15l/min He+0.9l/min Cl2流速下，部分多孔预成形体维持在干燥热区内30分钟，同时采用3转/分钟的旋转速度均匀旋转，以便确保轴向对称。然后在1500℃的固结炉下，在7mm/min的下降速率下，在与脱水期间所使用的相同的He和Cl2气氛下，通过向下驱动烟炱预成形体通过固结热区，烧结烟炱预成形体。获得固结的光纤预成形体。
然后将玻璃光纤预成形体放置在1000℃下的保持烘箱内12小时。
采用上述方法由多个纤芯棒生产多个玻璃光纤预成形体。在牵伸塔内牵伸光纤预成形体，其中在氦气流下，沿着垂直方向供应预成形体到约2000℃下的石墨炉中，获得平均直径为125μm的光纤。
测量在各自的绕纤筒内缠绕的若干光纤长度部分的光学性能。在表I和表II中报道了用于实施例的在若干绕纤筒上测量的光学性能的平均值。
在本文描述的所有实施例中，根据IEC 60793-1-45(2001-07)标准，在1310nm的波长下，测量光纤的模场直径(MFD)。根据在IEC-60793-1-44(2001-07)标准中描述的截止试验方法A，测量光纤的电缆截止波长(λcc)f。
MAC值定义为根据上述标准，在1310nm处测量的模场直径(MFD)(单位微米)和电缆的截止波长(单位微米)之比。
宏弯损失(单位dB)测定为在室温下，在绕半径为15mm的芯轴缠绕10圈的纤维内或者在绕半径10mm的芯轴缠绕1圈的纤维内测量的在给定波长(1625nm或1550nm)下的衰减增加，正如表格中所规定的。
ITU-T G.657.A1(10/2012)推荐表示在15mm半径的芯轴内，在1550nm下，0.25dB/10圈，和在1625nm下1.0dB/10圈的宏弯损失的最大值，和在10mm芯轴内，在1550nm处0.75dB/圈，和在1625nm处1.5dB/圈的宏弯损失的最大值。纤维的平均值在ITU-T技术规格以内，但一些样品超过这些极限。
根据此实施例生产的纤维的光衰减在1310nm下，低于0.33dB/km，在1383nm下低于0.30dB/km，和在1550nm下低于0.19dB/km。
表I
实施例 (λ<sub>cc</sub>)<sub>f</sub>(nm) MFD(μm) MAC
1 1160 9.1 7.8
3 1198 9.3 7.8
4 1173 9.2 7.9
表II
Figure BDA0001666547840000191
实施例2
借助OVD，使用SiCl4和GeCl4反应物，在长度约1米和直径约10毫米的氧化铝靶棒上沉积锗掺杂的氧化硅烟炱和纯氧化硅烟炱以供获得纤芯对包覆层之比a/b＝0.3的阶跃指数分布。
在沉积工艺最后，从烟炱纤芯预成形体中取出氧化铝棒，然后将其***到与实施例1相同类型的固结炉内。
在Td＝1100℃下，在80l/min He+1.5l/min Cl2流速下，将烟炱纤芯预成形体维持在固结炉的干燥热区内60分钟，同时采用1转/分钟的旋转速度旋转，以便确保轴向对称。然后，在烟炱预成形体暴露于其下的气氛内添加氟化气体化合物约120分钟的处理时间，并同时在5.2mm/min下，朝在Ti＝1540℃下设定的炉中固结热区，向下驱动烟炱预成形体。在脱水和用氟掺杂的这一阶段期间，将烟炱纤芯预成形体暴露于80l/min He+1.5l/min Cl2+0.08l/min SF6的流体下。
然后关闭SF6的流动，将固结热区的温度升高到Tc＝1600℃，并在5.2mm/min相同的下降速率下，继续向下驱动预成形体约40分钟的额外时间。
在预成形体下降的额外时间的最后，预成形体的底部非常接近于固结热区。在该点处，关闭Cl2的流动，降低He的流速到20l/min，和预成形体的下降速率降低到4mm/min，同时预成形体的中心纵向孔与真空泵相连，从而产生低于100mbar的压力。
底部进入到固结热区内，并开始固结成实心玻璃预成形体。这些条件维持约160分钟，从而导致中心通道同时关闭和全部纤芯预成形体固结。
在炉内，在约1800℃下，对固结的玻璃纤芯预成形体进行拉伸工艺，获得直径约16mm和长度约1.35m的多根纤芯棒。
采用商业York P106预成形体分析仪，针对在折射指数分布内缩减掺杂的沟槽区的出现做出核查，表征纤芯棒。测量揭示了从纤芯棒的外表面延伸到半径约17％处，且相对于纯氧化硅，相对折射指数Δ3为约-0.0015的外部低指数的圆形区。
图3表明根据这一实施例生产的纤芯棒所测量的折射指数分布。
没有将纤芯棒进一步加工成光纤。
实施例3
借助OVD，使用SiCl4和GeCl4反应物，在长度约1m和直径约10mm的氧化铝靶棒上沉积锗掺杂的氧化硅烟炱和纯氧化硅烟炱，获得纤芯对包覆层之比a/b＝0.3的阶跃指数分布。
在沉积工艺最后，从烟炱纤芯预成形体中取出氧化铝棒，然后将其***到实施例1相同类型的脱水和固结炉内。
在Td＝1100℃的固结炉内，在80l/min He+1.5l/min Cl2+0.08l/min SF6的流速下，采用1转/分钟的旋转速度，在干燥热区内维持预成形体60分钟。当预成形体在脱水热区内时，固结热区设定在Ti＝1540℃下。
然后在5.2mm/min的速率下，朝在Ti＝1540℃下设定的炉中固结热区向下驱动烟炱预成形体约120分钟。还在预成形体朝固结热区下降并经过固结热区期间进行预成形体的均匀旋转。
接下来，升高固结热区的温度到Tc＝1600℃，同时在相同的下降速率下在相同的气氛内，继续向下驱动预成形体约40分钟的额外时间。
在这一额外时间最后，预成形体的底部非常接近于固结热区。在该点处，关闭Cl2和SF6的流动，He的流速下降到20l/min，和预成形体的下降速率减少到4mm/min，同时预成形体的中心通道与真空泵相连，从而产生低于100mbar的压力。
注意，在这一实施例中，贯穿该工艺，通过将烟炱纤芯预成形体暴露于含有含氯气体和含氟气体的气氛下，进行脱水和氟掺杂，直到预成形体到达固结热区并开始固结工艺。
预成形体的底部进入到固结热区并开始固结成实心玻璃预成形体。维持He的流速20l/min，Tc＝1600℃和4mm/min的下降速率这些条件约160分钟以及施加真空，从而导致中心通道同时关闭和全部纤芯预成形体固结。
在炉内，在约1800℃下，对固结的玻璃纤芯预成形体进行拉伸工艺，获得直径约16mm和长度约1.35m的多根纤芯棒。
采用York P106预成形体分析仪，表征纤芯棒，且显示出从纤芯棒的外表面延伸到纤芯棒半径约1/4处，且相对于纯氧化硅，相对折射指数Δ3为约-0.002的外部低指数的圆形区(该图中在约0.0005)。
在图4中报道了根据这一实施例获得的纤芯棒的例举折射指数分布。
纤芯棒用作基底以供通过OVD化学沉积的进一步工艺，形成外包覆层区的氧化硅烟炱层。通过使用SiCl4反应物，在每一纤芯预成形体上沉积近15000g氧化硅烟炱。
然后以与实施例1相同的方式加工部分多孔的预成形体，获得光纤。
测量在各自的绕纤筒内缠绕的若干光纤长度部分的光学性能。在表I和表II中报道了用于这一实施例的在若干绕纤筒上测量的光学性能的平均值(实施例3)。宏弯损失的每一值符合ITUT G.657.A1(10/2012)的推荐，且相对于实施例1的各值，显著下降。
实施例4
借助OVD，使用SiCl4和GeCl4反应物，在长度约1m和直径10mm的氧化铝靶棒上沉积锗掺杂的氧化硅烟炱和纯氧化硅烟炱，获得纤芯对包覆层之比a/b＝0.3的阶跃指数分布。
在沉积工艺最后，从烟炱纤芯预成形体中取出氧化铝棒，然后将其***到实施例1相同类型的脱水和固结炉内。
在约1100℃的固结炉内，在80l/min He+1.5l/min Cl2+0.05l/min SF6的流速下，在干燥热区内维持预成形体60分钟，同时采用1转/分钟的旋转速度旋转预成形体。
然后在2.6mm/min的速率下，在相同的气氛内，朝在Ti＝1540℃下设定的炉中固结热区向下驱动烟炱预成形体约240分钟。
接下来，升高固结热区的温度到Tc＝1600℃，同时在相同的下降速率(2.6mm/min)下在相同的气氛内，继续向下驱动预成形体约70分钟的额外时间。
注意，相对于实施例3的干燥和氟掺杂阶段，SF6的流速较小，而氦气和Cl2的流速相同。还注意，下降速率值和因此下降时间不同于实施例3的那些。
在这一额外时间最后，预成形体的底部非常接近于固结热区。在该点处，关闭Cl2和SF6的流动，He的流速下降到20l/min，和预成形体的下降速率升高到4mm/min，同时预成形体的中心通道与真空泵相连，从而产生低于100mbar的压力。预成形体的底部进入到固结热区并开始固结成实心玻璃预成形体。维持这些条件约160分钟，从而导致中心通道同时关闭和全部纤芯预成形体固结。
还在预成形体从干燥热区朝固结热区下降期间和通过固结热区时，进行预成形体的均匀旋转。
在炉内，在约1800℃下，对固结的玻璃纤芯预成形体进行拉伸工艺，获得直径约16mm和长度约1.35m的多根纤芯棒。
采用York P106预成形体分析仪，表征纤芯棒，且显示出从纤芯棒的外表面延伸到纤芯棒半径约5/8处，且相对于纯氧化硅，相对折射指数Δ3为约-0.002的外部低指数的圆形区。
在图5中报道了根据这一实施例获得的纤芯棒的例举折射指数分布。
纤芯棒用作基底以供通过OVD化学沉积的进一步工艺，形成外包覆层区的氧化硅烟炱层。通过使用SiCl4反应物，在每一纤芯预成形体上沉积近15000g氧化硅烟炱。
然后以与实施例1相同的方式加工部分多孔的预成形体，获得光纤。
测量在各自的绕纤筒内缠绕的若干光纤长度部分的光学性能。在表I和表II中报道了用于这一实施例的在若干绕纤筒上测量的光学性能的平均值(实施例4)。宏弯损失的每一值符合ITUT G.657.A1(10/2012)的推荐，且相对于实施例1的各值，显著下降。
图6是示意性描述在脱水和固结与本发明公开内容的实施例2-4一致的纤芯烟炱预成形体的工艺期间，在炉体内的温度梯度和预成形体的纵向位置的图式模型。在该图的y-轴中，沿着炉体的纵向位置，其中数值0代表炉顶部。在附图中用水平虚线表示干燥热区15，过渡区14和固结热区16。字母“A”至“E”表示脱水和固结工艺的时间演变。沿着x-轴预成形体的位置给出了在相应时间处预成形体的平均温度的估计。马弗炉的长度为2.5m。
在干燥热区15内在时间A处***烟炱纤芯预成形体以供热稳定和脱水直到时间B。干燥热区的温度设定在1100℃。在时间A至B之间，预成形体的估计温度范围为约1000℃至1100℃。
在时间A处开始，在含有氦气，氯气和含氟气体的气氛内发生同时脱水和F掺杂。
脱水和F掺杂的第一段在近等温条件下，和预成形体旋转，同时在干燥热区15内静止。尽管发生脱水和F掺杂，但固结热区设定在比脱水温度高但比固结温度Tc低的温度Ti下。
在另一实施方案中，含氟气体在时间B处打开。
在紧跟在第一段之后，脱水和F掺杂的第二段中，烟炱预成形体在恒定速率下朝固结热区16逐渐下降。在下降期间，预成形体在炉体的过渡区14内。对于Ti＝1540℃和B与C之间的时间来说，预成形体的估计温度范围为约1100℃至1250℃。在时间C处，关闭含氟气体，并升高固结热区的温度到固结期间所使用的数值Tc，当预成形体在相同速率下继续其下降时。在该实施例中，升温至Tc＝1600℃。在时间C至D处，下降的预成形体的估计温度范围为约1100℃至1350℃。在时间D处，在1600℃下，预成形体的底部进入固结热区，关闭含氯气体，和从预成形体的底部到顶部开始固结。进行固结，同时预成形体的中心孔塌缩，直到全部预成形体越过固结热区16的时间E处，并获得实心玻璃的纤芯预成形体。
在另一实施方案中，含氟气体和含氯气体在时间D处均关闭。
用T1(实心线)和T2(虚线)表示的在图6的图表中的曲线代表在炉内的热分布，亦即在炉的每一纵向位置处的局部温度，而与在该位置预成形体的存在无关。通过测量在马弗炉内不同高度处的温度，获得温度分布。T1是当固结热区维持在1540℃的中间温度处的热分布，而T2是在时间C处，当固结热区温度升高到1600℃时的热分布。

Claims (12)

1.一种制造光纤用玻璃纤芯预成形体的方法，该方法包括：
-提供多孔烟炱纤芯预成形体，它包括轴向延伸经过其中的中心纵向孔、纤芯区和直接围绕纤芯区的近包覆层区域且纤芯对包覆层之比a/b为0.20至0.40，其中a是纤芯棒中纤芯区的半径和b是包围纤芯区的近包覆层区的外半径，其中近包覆层区域由非刻意掺杂的氧化硅制成；
-通过在1000℃至1350℃的温度下，将烟炱纤芯预成形体暴露于含有含氯气体和含氟气体的气氛下，同时进行脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体，其中在该气氛内含氟气体的含量为0.01％至0.50％体积，和
-通过在1500℃至1650℃的固结温度下，将烟炱纤芯预成形体暴露于基本上不含氟和氯的气氛下，同时沿中心纵向孔向下降低压力，从而同时进行固结烟炱纤芯预成形体并闭合中心纵向孔，由此形成具有纤芯区和近包覆层区域的玻璃纤芯预成形体，近包覆层区域包括与玻璃纤芯有距离的浅的沟槽，浅的沟槽通过氟掺杂获得和具有从-0.0015至-0.0035的相对折射指数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在同时进行脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体期间，在该气氛内含氟气体的含量为0.05％至0.20％体积。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在同时进行脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体期间，在该气氛内的含氯气体的浓度为0.5％至3.0％体积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中降低向下进入中心纵向孔的压力是直到小于100mbar的压力。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在同时进行脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体之前，将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体和基本上不含氟的气氛下。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在1000℃至1350℃的温度下进行将烟炱纤芯预成形体暴露于包括含氯气体和基本上不含氟的气氛下。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在同时进行脱水和用氟掺杂烟炱纤芯预成形体期间的气体气氛是含有惰性气体的气氛。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在固结期间的气氛含有惰性气体。
9.根据权利要求1所述的方法，其中含氯气体是Cl2气体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中含氟气体是选自SiF4，SF6，CF4和C2F6中的气态化合物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中通过在中心纵向孔内施加真空，实现压降，并且在与中心纵向孔的上部相对的底部处适配短棒或塞子，用于从下面密封中心纵向孔。
12.一种制造光纤的方法，该方法包括：
-根据权利要求1，制造玻璃纤芯预成形体；
-拉伸玻璃纤芯预成形体，以减少其外径，由此形成至少一个玻璃纤芯棒；
-外包覆玻璃纤芯棒，以形成光纤预成形体，该光纤预成形体通过被玻璃外包覆层包围的玻璃纤芯棒形成；和
-牵伸光纤预成形体，以生产光纤。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101567941B (zh) * 2008-04-25 2011-10-19 佛山市顺德区顺达电脑厂有限公司 实时语音预约***及方法
JP6992804B2 (ja) * 2017-03-31 2022-01-13 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材の懸架構造、懸架方法、および光ファイバの製造方法
IT201800009920A1 (it) 2018-10-30 2020-04-30 Prysmian Spa Metodo per fabbricare una preforma di vetro per fibre ottiche
CN112390520A (zh) * 2019-08-13 2021-02-23 斯特里特技术有限公司 烧结光纤预制棒的方法
EP3832363A1 (en) 2019-12-03 2021-06-09 ASML Netherlands B.V. A device and method for connecting a fibre preform to a pressure supply system
JP2022148438A (ja) * 2021-03-24 2022-10-06 住友電気工業株式会社 光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバ母材の製造装置
US11685686B2 (en) * 2021-06-18 2023-06-27 Prime Optical Fiber Corporation Apparatus for optical fiber manufacturing process

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5163987A (en) * 1985-05-07 1992-11-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for producing glass preform for optical fiber

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629485A (en) 1983-09-26 1986-12-16 Corning Glass Works Method of making fluorine doped optical preform and fiber and resultant articles
AU569757B2 (en) 1983-10-19 1988-02-18 Nippon Telegraph & Telephone Corporation Optical fibre preform manufacture
US4586943A (en) 1983-10-20 1986-05-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for the production of glass preform for optical fibers
CA1271316A (en) 1984-12-21 1990-07-10 Koichi Abe Optical waveguide manufacture
US6263706B1 (en) 1999-03-30 2001-07-24 Deliso Evelyn M. Method of controlling fluorine doping in soot preforms
WO2002049977A2 (en) 2000-12-20 2002-06-27 Corning Incorporated Method of doping an optical fiber preform with fluorine
US20030221459A1 (en) * 2002-05-31 2003-12-04 Walczak Wanda J. Method for forming an optical waveguide fiber preform
CN101268021B (zh) * 2005-12-09 2012-12-12 斯德莱特技术有限公司 生产光纤预制棒的方法
WO2011108639A1 (ja) * 2010-03-03 2011-09-09 株式会社フジクラ 石英多孔質体の製造方法、光ファイバ母材の製造方法、石英多孔質体、及び光ファイバ母材
US9873629B2 (en) 2011-06-30 2018-01-23 Corning Incorporated Methods for producing optical fiber preforms with low index trenches
KR20130008704A (ko) 2011-07-13 2013-01-23 삼성전자주식회사 호스트 장치, 화상 독취 장치, 그들의 화상 독취 방법 및 컴퓨터 판독가능 기록 매체
US8849082B2 (en) 2011-11-29 2014-09-30 Corning Incorporated Low bend loss optical fiber
DK2938579T3 (da) * 2012-12-28 2019-07-22 Prysmian Spa Fremgangsmåde til fremstilling af præforme til optiske fibre med lav vand-peak
US9975802B2 (en) 2013-05-31 2018-05-22 Corning Incorporated Method for making low bend loss optical fiber preforms
US11554978B2 (en) * 2013-11-27 2023-01-17 Corning Incorporated Method for reducing processing time for optical fiber preforms
JP6310378B2 (ja) * 2013-11-28 2018-04-11 信越化学工業株式会社 光ファイバ用シリカガラス母材の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5163987A (en) * 1985-05-07 1992-11-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for producing glass preform for optical fiber

Also Published As

Publication number Publication date
CN108349779A (zh) 2018-07-31
WO2017059928A1 (en) 2017-04-13
US10934205B2 (en) 2021-03-02
EP3359498A1 (en) 2018-08-15
PL3359498T3 (pl) 2021-06-14
DK3359498T3 (da) 2021-02-22
EP3359498B1 (en) 2020-12-23
US20180282199A1 (en) 2018-10-04

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