專利名稱：：制造預(yù)制件以及由此獲得的光纖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種通過氣相沉積工藝制造光纖預(yù)制件的方法，包括以下步驟i)提供具有供給側(cè)和排出側(cè)的中空玻璃基管；ii)將摻雜的或非摻雜的玻璃成形氣體經(jīng)由供給側(cè)提供到基管的內(nèi)部；iii)在基管內(nèi)部產(chǎn)生等離子體條件，以通過在基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)和基管的排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)之間沿基管的縱向軸來回移動(dòng)等離子體來在基管的內(nèi)表面上沉積玻璃層；iv)將在步驟iii)中獲得的管固化成預(yù)制件。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種形成光纖的方法，其中在一端加熱光學(xué)預(yù)制件，隨后從該光學(xué)預(yù)制件拔出光纖。
背景技術(shù)：
：前面提及的方法本身出自美國專利No.4,741,747，其中通過在至少一個(gè)反轉(zhuǎn)點(diǎn)區(qū)域根據(jù)時(shí)間非線性移動(dòng)等離子體和/或通過沿基管長度根據(jù)時(shí)間改變等離子體的強(qiáng)度，使端部錐形減小。術(shù)語"端部錐形"被理解為表示在基管端部處的沉積區(qū)域，其中沉積層的光學(xué)和幾何特性不能保持不變。美國專利No.5,188，648公開了一種減小幾何端部錐形的方法。通過該專利，利用中斷等離子體在玻璃成形氣體供給側(cè)的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的來回運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。美國專利No.5,145,509公開了一種通過將玻璃棒放置在基管中心來減小幾何錐形的方法，玻璃棒的半徑可在玻璃基管的內(nèi)徑的最大0.67倍和最小0.2倍之間，并且玻璃棒在沉積工藝剛一完成就被乂人基管內(nèi)部移走，于是中空基管通過在高溫熔縮轉(zhuǎn)換成固體預(yù)制件。申請?zhí)枮閃O20(M/101458Al的國際專利申請中公開了一種減小錐形的方法，其中等離子體在反轉(zhuǎn)點(diǎn)附近的第一端部區(qū)域的速率是根據(jù)沉積工藝中的時(shí)間和所述第一端部區(qū)域的位置而變化。術(shù)語"端部區(qū)域，，被理解為其中等離子體速率是根據(jù)位置而變化的區(qū)域。上述引用文獻(xiàn)提及的方法中的問題之一是實(shí)際上幾何錐形的優(yōu)化將導(dǎo)致光學(xué)錐形并且反之亦然。利用氣相沉積工藝，其中等離子體在兩個(gè)相對于基管具有固定位置的反轉(zhuǎn)點(diǎn)間來回移動(dòng)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)縱向折射率分布曲線通常展現(xiàn)折射率的最大值。術(shù)語"縱向折射率分布曲線"被理解為表示在光學(xué)預(yù)制件中根據(jù)縱向位置的折射率的值。特別發(fā)現(xiàn)在供給側(cè)附近的折射率的最大值出現(xiàn)在當(dāng)?shù)入x子體根據(jù)時(shí)間沿著其非線性移動(dòng)的那個(gè)長度被優(yōu)化以便獲得最大可用預(yù)制件長度的時(shí)候。術(shù)語"化學(xué)氣相沉積工藝"指的是，例如，？CVD(等離子體化學(xué)汽相沉積)工藝。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種通過氣相沉積工藝制造光纖預(yù)制件的方法，其中光學(xué)錐形和幾何錐形二者都同時(shí)達(dá)到最小。本發(fā)明的另一目的是提供一種通過氣相沉積工藝制造光纖預(yù)制件的方法，其中最大預(yù)制件長度可被用于形成光纖。本發(fā)明的又一目的是提供一種通過氣相沉積工藝制造光纖預(yù)制件的方法，其中在作為沉積結(jié)果的沉積玻璃層中產(chǎn)生的應(yīng)力被減小。前面提及的方法的特征在于，在步驟iii)的至少一部分期間，基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置沿基管的縱向軸移動(dòng)。利用本發(fā)明所述的方法，一個(gè)或多個(gè)上述目的可被完成。本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)通過在步驟iii)的至少一部分期間沿基管的縱向軸移動(dòng)基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置，前述基管的供給側(cè)附近的折射率最大值可被減小。在此情況下他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)幾何錐形上的影響被消除并且因此就可能增加可用預(yù)制件長度。盡管錐形效應(yīng)在基管的排出側(cè)不如在基管的供給側(cè)那么明顯，還是可以在步驟m)的至少一部分期間移動(dòng)排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置。在氣相沉積工藝期間沉積層中產(chǎn)生的應(yīng)力以此方式被減小、。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置往遠(yuǎn)離排出側(cè)的方向移動(dòng)。這種移動(dòng)可以增加可用預(yù)制件長度。在另一個(gè)實(shí)施例中，供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置還可以往排出側(cè)的方向移動(dòng)。在以上兩種情況中作為沉積結(jié)果的玻璃中產(chǎn)生的應(yīng)力被減小。玻璃中的應(yīng)力減小可防止層脫落。層脫落發(fā)生在當(dāng)沉積層的裝入應(yīng)力很高時(shí)，以至于隨時(shí)間一層又一層沉積的層之間互相分離。發(fā)生層脫落的預(yù)制件，即使僅有一小部分，也不能用來形成光纖。優(yōu)選地，供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置移動(dòng)量最大為等離子體長度的一半。術(shù)語"等離子體長度"被理解為平行于基管的縱向軸的長度。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的移動(dòng)量大于等離子體長度的一半時(shí)，可用預(yù)制件長度將減小。可用預(yù)制件長度的減小或者歸結(jié)于幾何錐形的發(fā)生，或者歸結(jié)于折射率的過度改變引起的光學(xué)錐形的發(fā)生，或者歸結(jié)于兩者的結(jié)合。術(shù)語"幾何錐形"被理解為表示與光學(xué)預(yù)制件的幾何特性相關(guān)的錐形。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置移動(dòng)大于等離子體長度的最大一半時(shí)，可用預(yù)制件長度小于當(dāng)供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置在整個(gè)沉積工藝中是固定時(shí)的情況。其它特殊實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給予限定。如果希望，通過本發(fā)明獲得的預(yù)制件可以在外部提供一層或更多層另外的玻璃層，例如通過將預(yù)制件放入石英玻璃管或通過外部沉積工藝涂:沐硅石，或者通過兩者的結(jié)合。該預(yù)制件，有或沒有在外部提供一層或更多層另外的玻璃層，它的一端可以被加熱，之后光纖可從那里拔出。將在下文中參考一系列附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，然而應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不限于這些特殊實(shí)施例。圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基管的示意圖，圖2表示當(dāng)利用本發(fā)明的方法時(shí)等離子體的速率分布曲線，圖3表示兩個(gè)預(yù)制件的縱向折射率分布曲線，圖4表示單一階躍折射率光纖的徑向折射率分布曲線，圖5表示W(wǎng)-型階躍折射率光纖的徑向折射率分布曲線。具體實(shí)施例方式圖1中，示意性地示出中空基管10，本發(fā)明的內(nèi)部氣相沉積工藝可以在其中進(jìn)行。在具有供給側(cè)20和排出側(cè)30的基管10中，具有長度L的等離子體40在兩組反轉(zhuǎn)點(diǎn)(分別為AO、Al、A2和D0、Dl、D2)之間來回移動(dòng)。長度L被認(rèn)為是等離子體40沿基管IO的縱向軸延伸的長度。供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置分別用AO、Al和A2表示。排出側(cè)30附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)分別用DO、Dl和D2表示。等離子體40由圍繞基管IO的諧振器(未示出)產(chǎn)生。該諧振器連接到微波發(fā)生裝置(未示出)并且將微波耦合進(jìn)基管IO以在基管IO的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體條件。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，基管10和諧振器被加熱爐(未示出)包圍。位置AO對應(yīng)于在步驟iii)的開始處供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置。位置DO對應(yīng)于在步驟iii)的開始處排出側(cè)30附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置。供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)AO的位置在步驟iii)的至少一部分期間沿基管10的縱向軸移動(dòng)。供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)AO的位置可以向Al(遠(yuǎn)離排出側(cè))或向A2(在排出側(cè)的方向)移動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)AO的位置因此往遠(yuǎn)離基管10的排出側(cè)30的方向移動(dòng)，即，往A1的方向。當(dāng)反轉(zhuǎn)點(diǎn)AO的位置往遠(yuǎn)離基管10的排出側(cè)30的方向移動(dòng)，即，往A1的方向時(shí)，幾何錐形上的效應(yīng)將小于當(dāng)供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)AO的位置往基管10的排出側(cè)30的方向移動(dòng)時(shí)的情況。供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的最大縱向移動(dòng)優(yōu)選地為等離子體40的長度L的一半?？紤]到沉積工藝可能持續(xù)一段時(shí)間，以數(shù)小時(shí)為數(shù)量級，同時(shí)等離子體40從供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)傳播到排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)并且又回到供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的時(shí)間是以數(shù)秒為數(shù)量級，例如10秒，相對大量的離散位置將在A0和D0之間和A1或A2與Dl或D2各自之間出現(xiàn)。例如，反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置可能隨時(shí)間線性移動(dòng)。優(yōu)選地，供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的移動(dòng)在整個(gè)步驟iii)期間發(fā)生，尤其是考慮到在所述步驟期間沉積玻璃層中產(chǎn)生的應(yīng)力。由于同樣的原因，排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的移動(dòng)優(yōu)選地在整個(gè)步驟iii)期間發(fā)生。在步驟m)的至少一部分期間，基管10的供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的移動(dòng)不必在一個(gè)和相同的方向上進(jìn)行。這表示供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的特殊位置在步驟iii)的至少一部分期間可多于一次地出現(xiàn)。因此，在步驟iii)的開始處的供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置可能與在步驟iii)的結(jié)束處的供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置相同，同時(shí)在整個(gè)氣相沉積工藝中，或步驟iii)中，供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)在步驟iii)的至少一部分期間的移動(dòng)確實(shí)可以在排出側(cè)的方向和遠(yuǎn)離排出側(cè)的方向兩者上發(fā)生。圖2表示本方法的在步驟iii)期間的等離子體40的速率分布曲線。相對于基管10(見圖1)的縱向軸的等離子體40(見圖1)的位置標(biāo)于橫軸。等離子體40沿基管IO的縱向軸傳播的歸一化速率標(biāo)于縱軸。術(shù)語"歸一化速率"被理解為表示相對于在BO-C區(qū)域中速率的速率，為了清楚，該區(qū)域中的速率被認(rèn)為是不變速率。當(dāng)?shù)入x子體40從供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)(見圖1)向排出側(cè)30附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的(見圖1)方向傳播時(shí)，等離子體40的速率在位置A0和B0之間或者A1或A2和B0之間的區(qū)域內(nèi)增加到等于1的歸一化的值。盡管不是必要的，等離子體40在位置BO和C之間以基本上不變速率傳播。等離子體40的速率在位置C和D0之間或者C和D1或D2之間的區(qū)域內(nèi)降為O的值。一旦等離子體40從排出側(cè)30附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)向供給側(cè)20附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)傳播時(shí)，速率在位置DO和C之間或者Dl或D2和C之間的區(qū)域內(nèi)增加，并且速率在位置BO和AO之間或者BO和Al或A2之間的區(qū)域內(nèi)減小。在圖2中，等離子體40假設(shè)在區(qū)域BO-C之間以恒定速率傳播。圖3表示利用標(biāo)準(zhǔn)工藝制造的固化的預(yù)制件(1)和利用本發(fā)明的方法制造的固化的預(yù)制件(2)的縱向折射率分布曲線。在橫軸上標(biāo)出的是在預(yù)制件上的縱向位置或預(yù)制件的長度。兩個(gè)預(yù)制件的長度都是約1200mm。位置0對應(yīng)基管10的供給側(cè)20并且位置1400對應(yīng)基管10的排出側(cè)30。容許極限3表示申請人確定的折射率的最小值和最大值。在折射率值超出這些容許極限的情況下，該預(yù)制件制造出的光纖將存在光學(xué)缺陷。在圖3中容許極限分別是0.33和0.4delta%,但是這些值不能被解釋為被限定的。值delta。/?？赏ㄟ^下式計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>在該公式中，nj是在固化的預(yù)制件的徑向位置i的折射率值并且nc是在固化的預(yù)制件的徑向參考位置c的折射率值。例如值nc等于圍繞纖芯的層的折射率值，該層也被稱為"包層"。基于圖4所示的光纖徑向折射率分布曲線，例如，delta—1%可利用ni的值n計(jì)算出?？v向折射率分布曲線1示出落在前述容許極限3外的、圍繞位置200的區(qū)域4中的折射率最大值。因此，預(yù)制件的分布曲線1的這部分將不適合形成光纖?？v向折射率分布曲線2也示出了供給側(cè)附近的折射率最大值，但是該值落在了容許極限3內(nèi)。結(jié)果，具有折射率曲線2的預(yù)制件的可用預(yù)制件長度相比于通過現(xiàn)有技術(shù)制造的預(yù)制件，即，具有折射率曲線l的預(yù)制件的可用預(yù)制件長度增加了大約50mm。這相應(yīng)于預(yù)制件長度的約5%的增加，或者，用光纖長度表示為普通的單模光纖實(shí)施例(見圖4)中的30km或更多的增加。除了關(guān)于可用預(yù)制件長度的上述改進(jìn)以外，預(yù)制件2中比預(yù)制件1中在步驟iii)中沉積的玻璃中將建立更小的應(yīng)力。本發(fā)明的方法特別適用于所謂的階躍折射率型(step-index)光纖的預(yù)制件的制造。該術(shù)語用于存在沉積層的至少一個(gè)殼體的具有徑向折射率分布曲線的光纖，其中術(shù)語"殼體"被認(rèn)為是在徑向具有常數(shù)折射率值的多個(gè)層。這樣的分布曲線的示例由圖4和圖5示出。圖4表示包括具有折射率ni的纖芯和具有折射率nc的包層的普通的階躍折射率分布曲線。圖5表示包括由具有折射率n,、112和113的殼體組成的纖芯和具有折射率n。的包層的W-型分布曲線。在包括具有徑向常數(shù)折射率的多于一個(gè)殼體的實(shí)施例中，如前述的W-型分布曲線，例如，有可能確定每個(gè)殼體的反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置在本方法的步驟iii)的沉積期間的最適宜的移動(dòng)。本方法因此被認(rèn)為是多個(gè)子步驟iii)，每個(gè)子步驟包括殼體的沉積。特別地，三個(gè)殼體由此可以在圖5中分辨出，即，具有折射率n、2和n3的殼體，其中每個(gè)殼體在子步驟中形成并且其中必須確定每個(gè)殼體的反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置的最佳移動(dòng)以荻得所述殼體沿預(yù)制件長度的常數(shù)折射率值。示例圖4中示出的具有徑向折射率分布曲線的用于形成光纖的預(yù)制件是利用本發(fā)明的方法制造的。供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)在整個(gè)步驟iii)期間向遠(yuǎn)離排出側(cè)的方向移動(dòng)。在圖i和圖2中這表示供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)在步驟iii)期間從A0向Al移動(dòng)。等離子體長度大約為20cm并且隨時(shí)間線性地移動(dòng)?？偟囊苿?dòng)是變化的，并且其在可用預(yù)制件長度上的效應(yīng)是可以確定的。表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過本發(fā)明制造的一批預(yù)制件中發(fā)生層脫落的預(yù)制件減少了約5%權(quán)利要求1.一種利用氣相沉積工藝制造光纖預(yù)制件的方法，包括以下步驟i)提供具有供給側(cè)和排出側(cè)的中空玻璃基管；ii)經(jīng)由該供給側(cè)向該基管內(nèi)部提供摻雜或非摻雜的玻璃成形氣體；iii)在該基管內(nèi)部產(chǎn)生等離子體條件，以通過在該基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)和該基管的排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)之間沿該基管的縱向軸來回移動(dòng)該等離子體來在該基管的內(nèi)表面上沉積玻璃層；iv)將在步驟iii)中獲得的管固化成該預(yù)制件，其特征在于該基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置在步驟iii)的至少一部分期間沿該基管的縱向軸移動(dòng)。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于該供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置沿該基管的縱向軸向遠(yuǎn)離該排出側(cè)的方向移動(dòng)。3.如前述權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置沿該基管的縱向軸的移動(dòng)的量最大等于該等離子體長度的一半。4.如前述權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置在步驟iii)的至少一部分期間沿該基管的縱向軸移動(dòng)。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置沿該基管的縱向軸在該供給側(cè)的方向上移動(dòng)。6.如前述權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置的移動(dòng)在整個(gè)步驟iii)期間發(fā)生。7.如前述權(quán)利要求4-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置的移動(dòng)在整個(gè)步驟iii)期間發(fā)生。8.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于中空基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)位置沿該基管的縱向軸移動(dòng)，以獲得由此在該中空基管內(nèi)部上沉積的玻璃層中的折射率值，該折射率值在該基管的縱向方向上基本上恒定，該玻璃層被認(rèn)為是殼體，其中每一個(gè)都包括多個(gè)玻璃層的一個(gè)或多個(gè)另外的殼體被沉積在由此獲得的該殼體上，其中該基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置針對每個(gè)殼體的沉積來選擇，以使得橫截所述殼體的折射率值在該基管的縱向方向上基本恒定。9.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟iii)的至少一部分期間，基于時(shí)間線性地沿該基管的縱向軸移動(dòng)該供給側(cè)附近和/或該排出側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置。10.—種形成光纖的方法，其中在一端加熱光學(xué)預(yù)制件，隨后從該光學(xué)預(yù)制件拉出光纖，其特征在于所述預(yù)制件是根據(jù)前述權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)方法制造的。全文摘要本發(fā)明涉及一種制造預(yù)制件以及由此獲得的光纖的方法，其中基管的供給側(cè)附近的反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置在沉積工藝的至少一部分期間沿基管的縱向軸移動(dòng)。文檔編號C03B37/018GK101293734SQ20081010923公開日2008年10月29日申請日期2008年4月25日優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日發(fā)明者K·德永格赫,M·科斯滕,R·H·M·德克斯,R·M·M·克雷默斯申請人:德雷卡通信技術(shù)公司