[其他]光纖預制件加粉塵式外包層的方法

無效

• 申請號: 87105870
• 申請日: 1987-08-28
• 公開（公告）號: CN87105870A
• 公開（公告）日: 1988-06-22
• 發明（設計）人: P·L·納拉希姆哈姆
• 申請（專利權）人: 美國電話電報公司
• 主分類號: C03B37/018
• 分類號: C03B37/018
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王以平

本發明涉及光纖預制件加粉塵式外包層的方法。更具體地說，本發明涉及這樣一種坯體的燒結方法，而此種坯體則是通過使微波能與某種襯底棒相耦合而沉積在該襯底棒之周緣上的。

用來傳送光信號的那種光纖，通常是由加熱和拉制一部分光纖預制件制成的，這樣的預制件由有折射率的芯子外覆以保護性的玻璃包層構成。業已了解到，美國專利4217027中所描述的一種改進了的化學汽相沉積（MCVD）法是這方面最實用的方法，這是因為它能大規模制造出產生甚低損耗光纖的預制件。

在用MCVD法制備預制件的過程中，將母體原料，含反應劑的氣體例如Sicl₄與Gecl₄通過一旋轉中的由石英玻璃制成的襯底管。當這些母體氣體通過該襯底管內時，用噴燈加熱管子的外側，使此管的內表面沉積上亞微米級的玻璃粉粒。用此噴燈沿著該管縱軸方向多次來回運動，在玻璃膜層上再次熔接上玻璃膜層以形成一預制管。一旦已沉積上足夠層數的玻璃膜時，則加熱此預制管使其塌縮而產生一預制件或慣常所說的預制棒。

對光纖需求量的遞增促進了人們努力去提高MCVD法的生產率。但是，MCVD法的生產速率受到若干種因素的限制，其中包括襯底管的壁厚。為了獲得具有最佳的光學與幾何特性的光纖，上述預制件必須具有在規定范圍內的纖芯包層幾何結構比。要想通過增加襯底管的質量來制取較大型的預制件，就需要將襯底管的壁做得較厚。然而，增大了襯底管的壁厚就會降低對含反應劑之氣體的熱傳輸速率，從而延長了沉積與燒結每層玻璃微粒所需的時間。要是此種襯底管的壁過厚，就可能使熱傳輸不充分，導致氣泡的形成或燒結不完全。

能夠提高MCVD法生產率的一項措施是：先生產出具有較大纖芯和大于所要求的纖芯/包層幾何結構比的預制件;將此預制件插入一稱之為外包層管的玻璃管內，然后加熱該外包層管使其塌縮于預制件上。以上方法被稱作為棒管法。理應要求把此預制件芯體因外包層而附加的任何材料之偏心度降到最小。在外包層管與此大芯體預制件之間的徑向失配也應減至最低程度，不然，最后拉制成的纖芯就可能過于偏心，而有礙于這樣拉制出的光纖相互間的正確接續。由于就較厚的預制件來說，此種外包層是分階段完成的，因而上述要求可能很難達到。在制作芯體時，各個續加的管套都有其自身的縱向質量中心軸線，而這樣的多重式外包層就加大了多層管套中的偏心幾率。

在另一種用來提高生產率的方法中，采用了粉塵式外包層來形成增大了的預制件。在這種方法中，粉塵是沉積在一襯底件之上的。例如，參看前面指出的美國專利4217027。在已經沉淀了此種粉塵而形成一坯體后，即將此坯體沿其長向漸次伸入熱源中燒結該粉塵。通常的做法是，將這種坯體與襯底棒按它們共軸的縱軸線垂直吊掛起來，使其向下運動進入一爐子中。

在燒結上述這種已知大的坯體時存在一些問題。典型的情況是，用一熱源將熱能加到此坯體外表面，使得這種粉塵的外層固結而成為一層透明的固體玻璃。當粉塵沉積到該襯底棒上時，四氯化硅與氧氣的反應物生成出二氧化硅，即這種粉塵，同時形成氯氣作為副產品。這時沉積到該襯底棒上的此類粉塵是松散結合的，粉粒之間帶有1微米級的空隙，為氯氣與其副產物氣體所充填。繼后，用氦來置換出部分或全部這種在燒結過程中陷獲的氣體。

為了提供能據此拉制出合適光纖的預制件，必須驅出殘留在上述空隙中的氦氣和任何一些氯氣。要是向內朝著此襯底棒進行加熱，這會由于上述氣體可能被俘獲在此種玻璃層與襯底棒之間而難以做到。例如，隨著此坯體進入一爐子中燒結的波陣面就會從鄰近此襯底棒的位置延伸到該坯體的外表面。這將促使氣體沿著襯底棒朝其上端推進而逸出。由于這樣一來延長了氣體的逸出路程，此方法就達不到所希望的效率。

此外，或許更重要的一點是，用目前采用的方法不能處理具有極大外徑的坯體。當熱能使得鄰近該坯體外表面的一層粉塵固結成玻璃后，就要求熱能穿透該層玻璃使內部緊鄰接的一薄層粉塵固結。假如該坯體過大，結果，內部的粉塵層就未必能固結。應該認識到，上述這種可能性給坯體尺寸帶來了不利的限制。

現有技術似乎未能解決而又需要的乃是這樣一類有可能提供較大坯體的粉塵式外包層法。這類方法必須在成本上能同現行的方法相競爭，且必須能提供這樣一種坯體，使之經徹底燒結后能從它拉制出高質量的光纖。

現有技術中的前述問題已由本發明的方法得到解決。在形成拉制光纖用的預制件的方法中，提供了一種能與微波能耦合的襯底件。使此襯底件牢固地環裹上一層能在其上固結的、具有合適光學性質的材料。用一微波能源耦合到此襯底件上，沿著由襯底件朝外的方向燒結與固結上述具有合適光學性質的材料，以形成一能用于拉制光纖的光纖預制件。