[发明专利]光纤预制棒的制备方法

说明书

本申请书以1999年3月8日提出的标题为“光纤制造法”的美国临时专利申请No.60/123,136为优先权。

本发明涉及光纤预制棒的制备方法。更具体地说，本发明涉及消除或显著减小光纤中心部分的不符合需要的折射率变化。

制造玻璃光纤的工序之一是将具有中心孔的预制棒烧缩(又称缩棒)成为实心玻璃棒。在封闭中心孔的过程中，挥发性掺杂剂，如锗，从预制棒结构的一个地点解吸或释放。之后这些掺杂剂分子或是再淀积于另一地点，或是从预制棒中间传输出去。由于这些掺杂剂的再淀积或和/或传输，在纤芯中心形成不符合需要的折射率偏移。图1示出现有技术中的多模玻璃光纤的折射率的分布。折射率偏移的形状为尖峰或凹陷。此种折射率偏移在具有受限制的注入条件的高速系统中是有害的。

因此，人们一直试图解决现有技术中的这个问题。美国专利4,793,843公开了一种制造光纤预制棒的方法。在其中所描述的过程中，在预制棒加热烧缩时使一种由氧气和碳氟化合物(C2F6)组成的气态腐蚀剂流过预制棒的中心孔。即在预制棒烧缩的同时发生腐蚀。因此，在腐蚀过程中，会出现氟扩散进入玻璃结构及锗的挥发的激活的过程，因为腐蚀是在烧缩温度下进行。美国专利4,793,843指出，在气态腐蚀剂通过中心孔之前中心孔大致等于1mm。当中心孔尺寸很小时，对中心孔会由于表面张力而封闭的担心使得这一过程难于控制。如果在形成预制棒时中心孔过早封闭，就可能导致玻璃衰减增加和在预制棒中形成不符合需要的空气管路(airline)。尽管所得到的实心预制棒及由此预制棒拉制的光纤具有改进的折射率分布，美国专利4,793,843局限于采用C₂F₆进行腐蚀。此外，还特别公开了采用SF₆在烧缩温度下进行腐蚀不如在烧缩温度下采用C₂F₆进行腐蚀有效。在其它的现有技术(例如美国专利5,761,366；美国专利4,557,561；以及Scheneider et al.,Proceedings of ECOC 1982)中公开了在烧缩时采用SF6进行腐蚀，但不是作为于烧缩分开的独立步骤。

本发明提供一种可消除或显著减小光纤中心部分的不符合需要的折射率变化的方法。根据本发明制备光纤预制棒的方法包括以下步骤。将具有中心孔的预制棒在第一烧缩温度下加热以减小中心孔的尺寸。之后在低于预制棒的最低烧缩温度的温度下对中心孔的表面进行腐蚀以去除一部分淀积芯材。最后，再在第二烧缩温度下对预制棒进行加热以使预制棒的中心孔完全烧缩。腐蚀步骤通过使腐蚀气体流过中心孔而实现。腐蚀气体为氧气和SF₆的混合物。腐蚀温度最好是比预制棒的最低烧缩温度低200-400℃。在本发明中腐蚀温度大约为1600-2000℃。

在本发明的第一实施例中，通过横向火焰在从预制棒的进气口到排气口方向上在2100±100℃的温度下实施3次烧缩，其中在第一次加热/部分烧缩步骤中火焰的横向速度减小。腐蚀步骤是通过使腐蚀气体在1800℃流过中心孔而实施。腐蚀气体包括6sccm的SF₆和194sccm的O₂。之后，预制棒在2200±100℃的温度下最后烧缩。

在本发明的第二实施例中，通过横向火焰在从预制棒的进气口到排气口方向上在2250±150℃的温度下实施3次烧缩，其中火焰的横向速度减小。腐蚀步骤是通过使腐蚀气体在1800℃流过中心孔而实施。腐蚀气体包括6sccm的SF₆和194sccm的O₂。在最后烧缩步骤中，预制棒在2200±100℃的温度下烧缩。

在本发明的第三实施例中，通过横向火焰在从预制棒的排气口端部到进气口端部的方向上实施3次烧缩，其中排气口端部插入一个装置以防止气体从预制棒流出。之后，将该装置从排气口端部去掉，而腐蚀步骤是通过使6sccm的SF₆和194sccm的O₂的腐蚀气体在1800±150℃的温度下流过中心孔而实施。最后，预制棒在2200±100℃的温度下烧缩而形成实心棒。

本发明的特点和部件从本发明的优选实施例的详细描述中可得到更好的了解，其中：

图1为根据常规方法制备的现有技术的多模光纤的折射率分布图。

图2为根据本发明制备的多模光纤的折射率分布图。

图3为现有技术的模时延差曲线图。

图4为根据本发明生产的光纤的模时延差曲线图。