專利名稱：光纖預(yù)型件的制造方法及光纖預(yù)型件以及光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用插棒坍縮法(rod-in collapse)制造光纖預(yù)型件(preform)的方法以及光纖。
背景技術(shù)：
作為光纖預(yù)型件的制造方法，插棒坍縮方法是公知的，這種方法為將至少具有心部的玻璃成形為棒狀，將另一個成為包覆層的玻璃成形為厚的玻璃管，將該棒插入到該玻璃管內(nèi)之后，一邊加熱一邊使玻璃管內(nèi)的壓力處于比管外低的狀態(tài)，將棒和玻璃管加熱使之熔合，制成具有心部及包覆層的光纖預(yù)型件。將所獲得的坍縮體作為預(yù)型件中間體，在其外周部利用VAD法和OVD法等氣相合成法，或者插棒坍縮法形成包覆層制成大型的預(yù)型件。
利用這種方法，如

圖15A所示，將毛坯(dummy)管3a、3b連接到形成包覆層等用的玻璃管2上，并且將所述玻璃管2以中心軸呈鉛直的方向(立式)置于圖中省略的進行坍縮用的電阻爐、高頻爐或者氫氧焰等熱源附近，將玻璃管2的內(nèi)表面進行腐蝕使之平滑化并除去雜質(zhì)之后，將至少具有心部的玻璃棒(下面，有時也簡稱為玻璃棒)1用毛坯棒4以上推的形式插入玻璃管2內(nèi)。插入玻璃棒1之后，在氯氣等氣氛中進行焙燒，干燥并除去雜質(zhì)后，從玻璃管2的上部或者下部將其坍縮，制成光纖預(yù)型件。利用這種方法，如圖15A所示，在玻璃棒1傾斜的狀態(tài)下坍縮的可能性很大，由于重力加在因加熱變得柔軟的部分引起如圖15B所示的那樣的變形，所以，存在著所獲得的光纖預(yù)型件的心部含容易發(fā)生偏心和變形的問題。
此外，如圖16A所示，在把玻璃棒1配置在水平方向(橫式)的情況下，在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，將毛坯管3a、3b連接到玻璃管2的兩端上，在該毛坯管3a、3b的一部分上形成縮徑部5a、5b，如圖所示將玻璃棒1插入貫穿到玻璃管2及毛坯管3a、3b中，將玻璃棒1熔融固定在一側(cè)的毛坯管3b的縮徑部5b上，從與固定側(cè)相反的毛坯管3a側(cè)進行坍縮。在這種情況下，特別是，當(dāng)玻璃管2的外徑在φ45mm以上時，由于加熱量大，所以如圖16B所示，當(dāng)因為加熱玻璃棒1變得柔軟時，玻璃棒1移動，被加熱的部分會發(fā)生變形，所以，所獲得的光纖預(yù)型件，存在著和立式的情況同樣的問題。
近年來，作為光纖之一，開發(fā)了利用在1.3μm波段具有零色散的光纖補償在1.55μm波段進行光通信時產(chǎn)生的色散用的色散補償光纖。由于1.3μm波段零色散光纖在1.55μm波段產(chǎn)生大的正色散，所以，為了補償這種色散，色散補償光纖在1.55μm波段必須具有與前述色散相反的負(fù)的大色散。
因此，色散補償光纖，通過添加摻雜物加大心部/包覆層的比折射率差Δ(通常，在1.3μm傳送用的最普遍的單模光纖中，為0.35％左右，但在色散補償光纖中為1.0～3.0％左右)，并且，減少心部的直徑(通常，在單模光纖中為8～10μm左右，而在色散補償用光纖中為2～6μm左右)。
色散補償光纖，由于使用高折射率的心部，所以，容易產(chǎn)生偏振波色散(PMD)，此外，由于在心部內(nèi)摻雜的GeO2的影響，使心部的玻璃的粘度降低，容易引起橢圓化。所謂心部的非圓率，當(dāng)可以把心部基本上看作是橢圓時，由公式1表示，當(dāng)非圓率的值越小時，越接近于正圓。
(公式1)非圓率＝(長軸的長度-短軸的長度)/長軸的長度×100(％)PMD與非圓率成比例地增大，已知，特別是，前述比折射率差Δ越高，心部的非圓化對PMD惡化的影響也越大。從而，對于比折射率差Δ高的色散補償光纖，要求其非圓率小。
例如，為了適應(yīng)于每一個波10Gb/s(千兆字節(jié)/秒)以上的WMD傳輸系統(tǒng)(入射波長不同的多個信號光，傳送為通常的很多倍的信息的系統(tǒng))，要求色補償光纖具有良好的偏振波色特性，必須防止心部的非圓化。
但是，在前述結(jié)構(gòu)的色散補償光纖中，在實施插棒坍縮時，含有大量的摻雜物的玻璃棒容易因受熱而變形，并且，當(dāng)為了獲得大型的光纖預(yù)型件加厚玻璃管的厚度時，利用現(xiàn)有技術(shù)的坍縮法，在加熱一體化的工藝過程中的熱量大，存在著心部必須橢圓化，非圓率惡化難以獲得良好的偏振波色散特性的問題。在利用插棒坍縮法制造大型的預(yù)型件使用直徑粗的玻璃管時，更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)狀，其目的是，提供一種利用插棒坍縮法，降低心部的非圓率，可以制造比現(xiàn)有技術(shù)的方法更加接近于正圓的光纖預(yù)型件的方法，以及提供降低非圓率的光纖預(yù)型件及光纖。
本發(fā)明通過采用下面所述的(1)～(16)的結(jié)構(gòu)解決上述課題。
(1)一種光纖預(yù)型件的制造方法，至少包括將玻璃棒插入玻璃管內(nèi)并加熱一體化的插棒坍縮工序，其中，前述插棒坍縮工序?qū)⑶笆霾ＡО艚?jīng)由固定到連接在前述玻璃管或者前述玻璃管的端部上的毛坯管中的對中夾具固定前述玻璃棒。
(2)在前述(1)中所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，前述對中夾具具有固定部和對中部。
(3)在前述(1)或(2)中所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，在加熱一體化的過程中，將玻璃管的中心軸保持在鉛直方向。
(4)在前述(1)至(3)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，在前述加熱一體化的溫度下插入的玻璃棒的粘性系數(shù)小于前述玻璃管的粘性系數(shù)。
(5)在前述(1)至(4)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，將對中夾具固定到前述玻璃管內(nèi)，將前述玻璃棒插入前述玻璃管內(nèi)，將該玻璃棒固定在對中夾具上。
(6)在前述(1)至(5)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，一邊使前述玻璃管、前述對中夾具及前述玻璃棒旋轉(zhuǎn)，一邊加熱一體化。
(7)在前述(1)至(6)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，從前述玻璃棒固定側(cè)的相反側(cè)的端部附近開始進行一體化加熱，向固定端加熱并一體化。
(8)在前述(1)至(7)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，當(dāng)令前述玻璃管的中心軸處于鉛直方向時，將固定端配置于上側(cè)，將加熱并一體化的開始端配置在下側(cè)。
(9)在前述(1)至(8)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，在即將加熱和一體化之前，前述玻璃棒于前述玻璃管的間隙在0.1mm以上3mm以下。
(10)在前述(1)至(9)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，前述玻璃棒具有折射率分布。
(11)在前述(1)至(10)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，前述玻璃管具有折射率分布。
(12)在前述(1)至(11)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，包括在由前述插棒坍縮工序中獲得的玻璃棒的外部形成玻璃層制成光纖預(yù)型件的工序。
(13)一種光纖預(yù)型件，其特征為，所述光纖預(yù)型件利用在前述(1)至(12)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法制造的。
(14)在利用在前述(1)至(12)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法獲得的光纖中，其中該心部的非圓率為1.5％以下。
(15)一種光纖，所述光纖是通過將利用在前述(1)至(12)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法獲得的光纖預(yù)型件作為預(yù)型件，或者將該光纖預(yù)型件作為中間體、將所獲得的玻璃棒作為預(yù)型件，并將其拉伸而獲得的。
(16)在通過將利用在前述(1)至(12)中任何一個所述的光纖預(yù)型件的制造方法獲得的光纖預(yù)型件或者前述(14)中所述的光纖預(yù)型件作為預(yù)型件，或者將該光纖預(yù)型件作為中間體獲得的玻璃棒作為預(yù)型件，通過將其拉伸獲得的前述(13)中所述的光纖中，其中，該PMD在0.15ps(皮可秒)/ 以下。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明的一種實施形式的剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明對中夾具的一種實施形式的透視圖。
圖3是表示本發(fā)明的另外一種實施形式的剖面圖。
圖4A、圖4B是表示本發(fā)明的插棒坍縮工藝的實施形式的剖面圖，圖4A是使熱源移動的插棒坍縮工藝的剖面圖，圖4B是玻璃體移動的插棒坍縮工藝的剖面圖。
圖5A～圖5C是表示不進行本發(fā)明的固定時出現(xiàn)的問題的剖面圖，圖5A、圖5B是表示坍縮過程當(dāng)中的狀態(tài)，圖5C是坍縮后的狀態(tài)。
圖6是表示本發(fā)明的進一步的另外一種實施形式的剖面圖。
圖7A、圖7B表示本發(fā)明的進一步的另外一種實施形式，圖7A是將縮徑部設(shè)置在一個對中夾具的剖面圖，圖7B是在兩個部位處設(shè)置對中夾具的剖面圖。
圖8A、圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明的對中夾具的另外一種實施形式的簡略說明圖，圖8A是透視圖，圖8B是剖面圖。
圖9A～圖9C是表示本發(fā)明的另外一種實施形式的簡略說明圖，圖9A是將玻璃棒的錐形部熔融固定到對中夾具上的剖面圖，圖9B是對中夾具的透視圖，圖9C是把對中夾具插入到玻璃棒的錐形部內(nèi)熔融固定的剖面圖。
圖10是表示在本發(fā)明的實施例3中使用的心棒的折射率的結(jié)構(gòu)的圖示。
圖11A、圖11B表示在本發(fā)明的實施例4中使用的玻璃的折射率的結(jié)構(gòu)，圖11A是表示玻璃棒的折射率的結(jié)構(gòu)的圖示，圖11B是表示玻璃管的折射率的結(jié)構(gòu)的圖示。
圖12A、圖12B是表示在本發(fā)明的實施例5中使用的玻璃的折射率的結(jié)構(gòu)，圖12A是表示玻璃管的折射率的結(jié)構(gòu)的圖示，圖12B是表示玻璃棒的折射率的結(jié)構(gòu)的圖示。
圖13是表示光纖的心部的非圓率與PDM的關(guān)系的圖示。
圖14是表示圖13的各光纖的折射率的結(jié)構(gòu)的圖示。
圖15A、圖15B是說明現(xiàn)有技術(shù)的方法的概況的圖示，圖15A是玻璃棒配置在玻璃管內(nèi)的剖面圖，圖15B是坍縮過程當(dāng)中的剖面圖。
圖16A、圖16B是說明現(xiàn)有技術(shù)的方法(橫式配置)的概況的圖示，圖16A是將玻璃棒配置在玻璃管內(nèi)的剖面圖，圖16B是在坍縮過程當(dāng)中的剖面圖。
圖17A、圖17B是心棒和玻璃管的中心軸不一致(偏心)的情況下、偏心非圓率增高時的說明圖，圖17A是坍縮前的剖面圖，圖17B是坍縮后的剖面圖。
此外，圖中的標(biāo)號，1是玻璃棒，2是玻璃管，3、3a、3b是毛坯管，4是毛坯棒，5a、5b是毛坯管的縮徑部，6是對中夾具，6a、6c是圓筒部，6b是縮徑部，7是對中夾具，7a、7c是圓筒部，7b是縮徑部，8是支持棒，9、10是熱源，11是對中夾具，11a、11c、11d是圓筒部，11b1是縮經(jīng)部(固定部)，11b2是縮徑部(對中部)。12是對中夾具，13是對中夾具，13a、13c是圓筒部，13b是縮徑部，14是對中夾具。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種制造非圓率很小的光纖預(yù)型件以及PMD特性很少蛻(惡)化的光纖的方法，在該方法中，在經(jīng)由一個具有對中功能的對中夾具將玻璃棒熔融固定到一個毛坯管上進行加熱時，防止所述玻璃棒變形或變成橢圓形，使得即使所述玻璃棒的厚度很厚或者直徑較大，包含有一個心部的玻璃棒也不會因在插棒坍縮時進行加熱引起的拉長或熔融而移動。
下面將參照圖1具體說明本發(fā)明。在圖1中，與圖15和16中的相同的部分標(biāo)上相同的標(biāo)號，并省略這些部分的說明。
首先，利用公知的技術(shù)，準(zhǔn)備用于插棒坍縮法的具有至少一個心部的心棒或玻璃棒1(下面一般稱之為玻璃棒)和一個用于形成包覆層的玻璃管2。
例如，將利用VAD法合成的具有預(yù)定的玻璃組分、折射率或折射率分布的以石英玻璃為基礎(chǔ)的多孔質(zhì)預(yù)型件脫水，使之玻璃(透明)化，然后如果需要的話，經(jīng)受一個拉伸過程，制成一個具有預(yù)定的外徑的玻璃棒。作為一個插棒坍縮工藝的預(yù)處理，可以對所述玻璃棒的外周進行研磨使該玻璃棒成為完全的圓形，或者利用HF清洗凈化其表面層。
利用VAD法，或OVD法，溶膠-凝膠法或者形成玻璃顆粒法合成由石英玻璃或者摻雜有折射率改性劑的石英玻璃制成的多孔質(zhì)預(yù)型件，制成玻璃管2，將其燒結(jié)或玻璃化，制成管狀。同時，利用公知技術(shù)準(zhǔn)備與玻璃管2連接的毛坯管3a、3b。盡管在圖1中并不使用，如果需要的話，仍然準(zhǔn)備連接到玻璃棒1上的毛坯棒。
圖2是本發(fā)明的一種對中夾具的一個例子的透視圖。該例子的對中夾具6制成圓筒狀，其外徑可以插入到玻璃管和/或毛坯管內(nèi)，玻璃棒的至少端部部分可以插入該內(nèi)徑中，該圓筒狀部在其中心部附近具有縮小的外徑部。在上部圓筒狀部6a和下部圓筒狀部6c的中間，圓筒狀部具有一個縮徑部6b，該縮徑部6b的內(nèi)徑稍大于玻璃棒的外徑(具有一個玻璃棒在熔融之前可以穿過的間隙)，其外徑從圓筒狀部6a、6c的外徑開始縮小。所述對中夾具6的材料優(yōu)選地為以二氧化硅為基礎(chǔ)的玻璃，以便與玻璃棒及玻璃管熔融固定，而石英系玻璃則更好。
本發(fā)明的插棒坍縮過程按下述方式進行。①準(zhǔn)備具有連接到上端部和下端部上的毛坯管3a和3b的玻璃管2。②將制成圓筒狀、中心部分具有圖1所示的縮徑部6b和7b的對中夾具6插入玻璃管2和毛坯管3a或3b的一個端部內(nèi)。③將單獨準(zhǔn)備的玻璃棒1插入到玻璃管2和/或?qū)χ袏A具6內(nèi)。④將設(shè)于反相端的對中夾具7插入到玻璃管2和毛坯管3a或3b中。⑤將對中夾具6、7固定到毛坯管3a、3b或玻璃管2上。⑥玻璃棒1固定到對中夾具上。作為固定方法，可以用圖1中未示出的外部熱源加熱熔融進行固定。在圖1中，玻璃棒1的上端部經(jīng)由對中夾具6與毛坯管3固定，玻璃棒1的下端部經(jīng)由對中夾具7與玻璃管2固定。在圖1中，這意味著由斜線表示的部分被固定。在圖2至圖9中情況相同。
這時，優(yōu)選地，將玻璃棒1和玻璃管2盡可能地對準(zhǔn)，使得它們的中心軸基本上相互匹配(相一致)，以避免玻璃棒1偏心或成為橢圓形。如果它們的中心不匹配，將會如圖17A，產(chǎn)生一個加工量大的部分(在玻璃棒1和玻璃管2之間具有大的間隙)和一個加工量小的部分(在玻璃棒1和玻璃管2之間具有小的間隙部分)。因此，坍縮的玻璃體(坍縮體)具有一個心部偏心得很嚴(yán)重以至于具有如圖17B所示的非圓率很高的周向截面。
然后，利用諸如火焰、電爐或高頻等離子體等加熱裝置，將玻璃棒1和玻璃管2加熱并形成一個整體，制成一個沒有偏心且非圓率很小的坍縮體。優(yōu)選地，加熱裝置沿玻璃棒1和玻璃管2的周向方向的溫度分布是均勻的。為此，在加熱時旋轉(zhuǎn)玻璃棒1和玻璃管2(包括毛坯管)。如果在周向方向的溫度分布是不均勻的，玻璃棒將會是偏心的，并具有很大的非圓率。
在圖1中示出了經(jīng)由對中夾具6、7在兩端將玻璃棒1和玻璃管2熔融固定的例子。但是，在本發(fā)明中，也可以至少在一端處經(jīng)由對中夾具將玻璃棒1和玻璃管2熔融固定。如圖3所示，也可以將玻璃棒1和玻璃管2僅在一端按如下方式固定，即，將它們的上端經(jīng)由對中夾具6和圖1所示的同樣的方式熔融固定，在其下端作為一個支柱在玻璃棒1的下面設(shè)置一個支承桿8進行一端固定。
當(dāng)只在一端將玻璃棒1和玻璃管2固定時，玻璃管2從固定端的相反端開始被坍縮，并且，如圖4A所示，通過移動玻璃管2和玻璃棒1或者熱源9向固定端坍縮。從而，可以獲得和前面所述的將兩端熔融固定的情況同樣的效果。
不管是在兩端還是只在一端進行熔融固定，在立式(鉛直配置)的情況下，優(yōu)選地，如圖4A和4B所示，從下方向上方坍縮玻璃管2。如果從上方向下方坍縮玻璃管2，如圖5A所示，重力會作用到加熱部分上拉伸玻璃棒1。但是，由于玻璃棒1被固定在反向端，玻璃棒1如圖5B所示的那樣被彎曲。如果玻璃棒1未被固定，則如圖5C所示，在拉伸坍縮之后的玻璃棒1’的外徑與坍縮后的玻璃管2’的外徑在縱向方向之比不是恒定的。
另一方面，如果如圖4A和4B所示，在上端熔融固定玻璃棒，并且從下方向上方進行坍縮，坍縮的部分緊靠加熱區(qū)域之下，所以，不會發(fā)生拉伸，心部非圓率也很小。
在上面的描述中，玻璃棒通過達(dá)到對中夾具的圓筒狀部6a熔融固定玻璃棒。但是，也可以如圖6所示，通過將玻璃棒的一個端部配置在縮徑部分6c的位置上將玻璃棒熔融固定。
在如圖1所示的本發(fā)明的例子中，對中夾具6經(jīng)由一個縮徑部。在這種情況下，如果如圖7所示由于為了將對中夾具和玻璃棒熔融在一起所進行的加熱使玻璃棒彎曲時，盡管使用了對中夾具，玻璃棒和玻璃管的中心軸也會偏移(錯位)，如圖7A所示的那樣。特別是當(dāng)玻璃棒的粘度低時，將會發(fā)生這種問題。
作為避免這一危險的方法，可以設(shè)置兩個或更多個對中夾具11的縮徑部11b，其中，將玻璃棒與最外端的縮徑部11b1熔融固定在一起，如圖7B所示。這種方法是非常適宜的，因為，即使玻璃棒在用作固定部的最外端處的縮徑部11b1處發(fā)生變形，下一個縮徑部11b2作為一個對中部起著對中的作用，從而，玻璃棒和玻璃管的中心軸不會偏移(錯位)。
本發(fā)明的對中夾具，只要它介于玻璃管(以及/或者毛坯管)和玻璃棒之間以便把它們?nèi)廴诠潭ㄔ谝黄?，可以采取任意形式。在上面的描述中，對中夾具具有圓筒狀結(jié)構(gòu)，帶有一個或多個縮徑部。但是，對中夾具也可以是一個簡單的圓筒狀，其中，玻璃棒熔融固定在一端或兩端，如圖8A所示。假定圓筒狀對中夾具12在中心軸方向的長度為圖中的L1，如果對中夾具12的長度L1比加熱結(jié)合用的熱源的加熱區(qū)域的長度L2足夠長的話，如圖8B所示，未被加熱的部分(未加熱部)會起到對中部的作用，獲得良好的結(jié)果。
圖9表示，在本發(fā)明中玻璃棒在端部具有一個錐形部的情況下，將玻璃棒與對中夾具熔融固定的例子。圖9A表示玻璃棒1的錐形部與對中夾具13的縮徑部13b熔融固定、對中夾具在圓筒狀部13a處熔融固定到毛坯管3上的例子。圖9B是一個具有圓筒狀外形、在內(nèi)壁面上具有一個錐形部的對中夾具14的透視圖。如圖9C所示，帶有錐形的玻璃棒1插入穿過該對中夾具14，用斜線表示的部分與玻璃棒1熔融固定。
如上面已經(jīng)描述過的，這些對中夾具13和14可以只設(shè)置在一端，也可以設(shè)置在兩端，并且固定在一端或兩端。
如實施例1中具體描述的以及后面將要描述的那樣，按照本發(fā)明的方法以上述方式制造的坍縮體的心部具有低的非圓率，或者，比起用傳統(tǒng)方法未加固定地坍縮的心部來，更接近于正圓。
特別優(yōu)選地，本發(fā)明的坍縮體具有1.5％以下的非圓率。如下面將要描述的，用這種坍縮體制造的光纖具有非常小的PMD。
圖13是表示通過由發(fā)明人所進行的試驗獲得的心部的非圓率(％)和PMD(ps/ )之間的關(guān)系的圖解。如圖14所示，一個玻璃預(yù)型件由GeO2-SiO2的形成的中心的心部、F-SiO形成的第一包覆層及SiO2形成的第二包覆層構(gòu)成，其中，中心的心部相對于第二包覆層的比折射率差Δ為1.5％，第一包覆層的比折射率差Δ-為0.45％。將該玻璃預(yù)型件拉伸，并具有直徑為5μm的中心心部，直徑10.5μm的第一包覆層，在波長1550nm處的特性為色散為-47ps/km/nm，色散斜率-0.08ps/km/nm2，Aeff(有效面積)20μm2，截止波長750nm，透射(傳送)損失0.27dB/km。因此制成具有心部非圓率在約0.04至4％范圍內(nèi)的各種光纖。對每一種所制成的光纖，心部非圓率(％)與PMD(ps/ )之間的關(guān)系示于圖13。在圖13中，符號“●”表示如特開平6-171970和特開平9-243833各公報中所述的振動拉伸的光纖，符號“×”表示不進行振動拉伸的光纖。如圖13所示，PMD在0.15ps/ 以下，適合于大容量的傳送，其非圓率在1.5％以下。同時，振動拉伸的光纖的PMD比不振蕩拉伸的光纖小。
這里，所謂振動拉伸是一種拉伸方法，其中，利用一個具有在拉伸時周期性振動的旋轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)向輥對光纖進行導(dǎo)向，將光纖扭轉(zhuǎn)一定的角度，借此，通過在拉伸時強制性地扭轉(zhuǎn)玻璃的軟化的部分將偏振模式耦合。然后，與不進行振動拉伸、偏振模式很少耦合的情況相比，獲得由偏振模式色散引起的由公式2表示的輸入脈沖的展寬。
(公式2)(4Lh)-1/2倍其中，L是光纖的長度(m)，h是光纖每米的旋轉(zhuǎn)數(shù)(1/m)。從而，h越大，PMD越小。
可以將本發(fā)明的插棒坍縮法用于光纖預(yù)型件中間產(chǎn)品的制造工藝，其它工藝可以采用本技術(shù)領(lǐng)域中公知的技術(shù)，以便制造光纖中間產(chǎn)品和光纖預(yù)型件(預(yù)型件)，然后拉伸以便獲得光纖。
即，本發(fā)明的坍縮體可以直接用于光纖預(yù)型件，并利用公知的技術(shù)將其作為一個拉伸預(yù)型件進行拉伸，制成光纖，或者，將利用公知的熏黑法，插棒坍縮法，或者溶膠-凝膠法將所述坍縮體進一步封裝以便獲得拉伸的預(yù)型件和制造光纖。在后一種情況下，將通過坍縮制成的玻璃體用作預(yù)型件中間產(chǎn)品，其中，心部直徑(外徑2a)相對于用于中間產(chǎn)品的包覆層的直徑(外徑2D)的比例(2a/2D)大于設(shè)計值，通過封裝使之等于設(shè)計值。利用這種方法，可以獲得低非圓率的大型的預(yù)型件。
拉伸本發(fā)明的光纖的方法，可以利用公知的裝置，但是，如果進行振動拉伸的話，獲得光纖可以具有非常小的PMD。
在本發(fā)明的方法中，玻璃棒和玻璃管的玻璃組分沒有任何限制，但玻璃棒和/或玻璃管可以具有折射率分布。因此，可以制造具有復(fù)雜折射率輪廓的光纖預(yù)型件和光纖。
同時，本發(fā)明的方法對于任何尺寸的玻璃棒和玻璃管的組合的插棒坍縮法都是有效的。
當(dāng)玻璃管的外徑大于φ45mm時，用于坍縮的加熱量增加，其中，利用傳統(tǒng)的坍縮方法在整個心部上會發(fā)生變形，本發(fā)明可以用于抑制心部的偏心和變形，使得非圓率降低，并產(chǎn)生非常明顯的效果。
在坍縮具有大的厚度的玻璃管時，由于在水平(橫向)配置中的加熱部變形成弓形，所以，優(yōu)選地，將玻璃管豎直配置。
例如，被加工的玻璃管具有大的粘度系數(shù)，同時絕對不能變形的玻璃棒具有小的粘度系數(shù)的情況下，玻璃管由純的SiO2制成，而玻璃棒由F-SiO2或GeO2-SiO2的組合制成，利用傳統(tǒng)的不進行固定的方法，玻璃棒更加容易變形，心部的非圓率會變差。在這種情況下，可以非常有效地使用本發(fā)明的方法。
(例子)下面將用舉例的方式具體地對本發(fā)明進行描述，但本發(fā)明并不受所給出的例子的局限。
(例1和比較例2)利用表1中所示的外徑為φ70mm內(nèi)徑為15.1至φ22mm的玻璃管(用純SiO2制造)，和外徑為φ15mm的玻璃棒(由SiO2制造，摻雜濃度為0.9mol％的F)，在表1中所列出條件下將玻璃管進行坍縮。No.1至No.12利用圖7B所示的對中夾具和固定方法，No.13采用圖7A所示的對中夾具和固定方法，其中，熱源是一個電爐。在坍縮時玻璃的最高表面溫度為1550℃(用輻射高溫計測得)，排氣壓力為5kPa。表面溫度在1500至1550℃范圍內(nèi)的加熱區(qū)域的長度為60mm。在表1中，在欄目“固定”中的“有”意味著在本發(fā)明中玻璃棒熔融固定在兩端或者一端。No.1、3和5至12是本發(fā)明的例子，No.2和4是比較例。測量了所制成的坍縮體的心部的非圓率。結(jié)果列于表1。
(表1)

(續(xù)表1)

玻璃管SiO2，外徑φ70mm玻璃棒摻雜0.9mol％，F(xiàn) SiO2，外徑φ15mm坍縮時玻璃表面溫度1500℃排氣壓力5kPaNo.1至12利用結(jié)構(gòu)如圖7B所示的夾具進行坍縮。
No.13利用結(jié)構(gòu)如圖7A所示的夾具進行坍縮。
如可以從表1所示的結(jié)果清楚地看出的，為了縮小心部的非圓率，優(yōu)選地，玻璃管至少在上端被固定，并且沿著從下向上的方向坍縮，同時旋轉(zhuǎn)玻璃管和玻璃棒。
同時，將會發(fā)現(xiàn)，為了獲得良好的效果，在開始坍縮之前，玻璃棒和玻璃管之間的間隙從0.1mm至3mm。盡管利用更小的間隙會縮小心部的非圓率，本發(fā)明人等所進行的試驗表明，當(dāng)玻璃棒和玻璃管之間的交界面上留有小于0.1mm的間隙會不適當(dāng)?shù)匾饸饪?。同時，如果間隙太小，在插入玻璃棒時，玻璃棒與玻璃管的內(nèi)表面接觸，容易引起損傷。這種損傷同樣會引起氣孔。
另一方面，如果間隙超過3mm，心部非圓率超過1.5％。
(例2)1)利用VAD法制造由添加25mol％的GeO2的SiO2制成的外徑為φ7mm的玻璃棒和外徑為φ70mm、內(nèi)徑φ8mm由純二氧化硅(石英)制成的玻璃管。玻璃管具有用蒸氣腐蝕平滑化的內(nèi)表面，內(nèi)徑為φ8mm。
2)將玻璃棒插入玻璃管內(nèi)，經(jīng)由一個圖7B所示的對中夾具固定到玻璃管的上端，并在玻璃表面溫度為1880℃，排氣壓力5kPa，轉(zhuǎn)數(shù)為10rpm的條件下，利用一個電爐作為功率源從位于下端的開始端進行坍縮，從而制成一個直徑為φ69.8mm的光纖預(yù)型件中間產(chǎn)品。測量該中間產(chǎn)品的心部非圓率為0.5％，非常好。
3)在測量所制成的中間產(chǎn)品的折射率輪廓之后，利用公知的VAD方法在中間產(chǎn)品上形成具有乘以3.1的外徑的純SiO2封裝層，以便制造一個光纖預(yù)型件(預(yù)型件)。
4)利用公知的振動拉伸法拉伸制成的光纖預(yù)型件，以便制造光纖。測量該光纖的特性，發(fā)現(xiàn)其特性非常優(yōu)異，在波長1550納米處，PMD為0.08ps/ ，透射(傳遞)損失為0.33dB/km，色散為-76ps/km/nm，色散斜率為+0.1ps/km/nm2，Aeff為16μm2，λc(2m)為770nm，在直徑為φ20mm時的彎曲損失為0.01dB/m。
(例3)如圖10所示，制造一個外徑為φ15mm，包括一個由摻雜量最大為15mol％的GeO2的石英玻璃的中心部分(直徑φ7.2mm)和摻雜1.3mol％的F的石英玻璃制的外周部分的玻璃棒。這種以中心部分作為玻璃棒以摻F部分作為玻璃管構(gòu)成玻璃棒是利用根據(jù)本發(fā)明的坍縮方法制造的。
該棒可以利用VAD法按下述方式制造。首先，用VAD法制造一個多孔質(zhì)預(yù)型件，使得在多孔質(zhì)玻璃預(yù)型件中的心部的外周部分包含由高濃度的GeO2。將該預(yù)型件加熱硬化使得作為摻雜劑的氟不會滲透到下一個工藝中。在含氟的氣氛中加熱預(yù)型件，將氟添加到預(yù)型件的包覆部分中。用這種方式，可以選擇性地只將氟添加到預(yù)型件的包覆部分中。同時，利用摻氟(F)的部分作為玻璃管，可以用CVD法在內(nèi)部形成含GeO2的中心部分。
單獨地準(zhǔn)備一個外徑為φ70mm、內(nèi)徑為φ17mm由純SiO2制造的玻璃管，將所制造的玻璃棒插入到該玻璃管中。然后，在用例2中的圖7B所示的對中夾具固定上端的情況下，從下端坍縮所制造成管。坍縮的條件是，溫度1860℃，排氣壓力4kPa，旋轉(zhuǎn)數(shù)為10rpm。在端部坍縮后，用和例2同樣的方法形成一個3.5倍的由純SiO2構(gòu)成的封裝層，以便制造一個光纖預(yù)型件。
用公知的振動拉伸法拉伸所制造的光纖預(yù)型件以便制造一個光纖。在波長1550nm處定該光纖的特性，PMD為0.05ps/ ，透射損失為0.26dB/km，色散為-49.4ps/km/nm，色散斜率為-0.08ps/km/nm2，Aeff為19μm2，λc(2m)為790nm，直徑φ20mm時的彎曲損失為0.3dB/m，借此制成一個色散和色散斜率補償?shù)墓饫w。
(例4)用和例2相同的方式制備具有外徑15mm的圖11A所示的結(jié)構(gòu)的玻璃棒。同時，單獨準(zhǔn)備由摻雜4.5mol％GeO2的SiO2制造的外徑為φ80mm的玻璃管，其中，該玻璃管具有如圖11B所示的兩層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個內(nèi)徑φ17mm外徑為φ20mm的內(nèi)層部分和一個圍繞該內(nèi)層部分的外周設(shè)置的由純SiO2制造的外層部分。盡管在本例中采用公知的VAD方法，但這種結(jié)構(gòu)也可以利用OVD法合成具有所需的折射率分布和開放的中心部分的的玻璃體制成，或者，在利用CVD法由純二氧化硅制成的管的內(nèi)部沉積具有GeO2-SiO2組分的玻璃的方法制成。
將玻璃管的上端用圖7B所示的對中夾具固定、以和例2中相同的方式將該玻璃棒和玻璃管坍縮。條件為，表面溫度為1840℃，排氣壓力為6kPa，轉(zhuǎn)數(shù)為10rpm。從而，制成外徑為φ79.6mm的預(yù)型件中間產(chǎn)品。該中間產(chǎn)品的心部非圓率為0.4％。
在測量心部的非圓率之后，利用公知的振動拉伸法拉伸預(yù)型件。這樣制成的光纖的特性為，在波長1550nm處，PMD為0.07ps/ ，透射損失為0.35dB/km，色散為-102ps/km/nm，色散斜率為-1.0ps/km/nm2，Aeff為10μm2，λc(2m)為1450nm在直徑20mmφ時的彎曲損失為18dB/m，借此，制成色散和色散斜率補償?shù)墓饫w。
(例5)準(zhǔn)備由摻雜1.5mol％的氟(F)的二氧化硅制的玻璃棒制成的外徑為φ5mm的玻璃棒。同時，單獨準(zhǔn)備添加有10mol％的GeO2的SiO2制造的外徑為φ100mm玻璃管，其中，和例3的形式一樣，所述玻璃具有兩層結(jié)構(gòu)，該兩層結(jié)構(gòu)由內(nèi)徑為φ7mm外徑為φ12mm的內(nèi)層部分以及圍繞所述內(nèi)層部分的外周用純SiO2制成的外層構(gòu)成。盡管在本例中采用公知的VAD法，但這種結(jié)構(gòu)也可以通過合成具有用OVD法制成的所需折射率分布和開放的中心部的玻璃體制成，也可以在采用CVD法用純二氧化硅制造的管的內(nèi)部沉積具有GeO2-SiO2組分的玻璃的方法制成這種結(jié)構(gòu)。
將玻璃管的上端用圖7B所示的對中夾具固定、以和例2中相同的方式將該玻璃棒和玻璃管坍縮。條件為，表面溫度為1920℃，排氣壓力為3kPa，轉(zhuǎn)數(shù)為10rpm。從而，制成外徑為φ99.6mm的預(yù)型件中間產(chǎn)品。該中間產(chǎn)品的心部非圓率為0.6％。在測量心部的非圓率之后，利用公知的振動拉伸法拉伸預(yù)型件。這樣制成的光纖的特性為，在波長1550nm處，PMD為0.10ps/ ，透射損失為0.23dB/km，色散為-2.5ps/km/nm，色散斜率為+0.07ps/km/nm2，Aeff為80μm2，λc(2m)為1100nm在直徑φ20mm時的彎曲損失為2dB/m，借此，制成一個圖12B所示的環(huán)形心部型的色散位移光纖。
在上述各例子中，制造玻璃棒和玻璃管的方法是VAD法或VAD法和插棒坍縮法的組合。但是，同樣的玻璃棒和玻璃管可以用OVD法或溶膠-凝膠法制造，從而可以達(dá)到和上述各例子相同的效果。
盡管上面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于熟悉本領(lǐng)域的人員來說很清楚的是，在不超出本發(fā)明的范圍和主旨的情況下，可以進行各種變型和改型。
本申請以2000年12月8日提出的特開平2000-374081為基礎(chǔ)，其內(nèi)容被引用為本說明書的參考文獻。
工業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以制造具有偏心或變形小的心部并且接近與圓形(具有小的非圓率并且非常優(yōu)異)的光纖預(yù)型件。同時，利用具有折射率分布的玻璃棒和玻璃管，可以制造心部非圓率小、具有復(fù)雜的輪廓的光纖預(yù)型件。由于光纖預(yù)型件的低的心部非圓率，如果將預(yù)型件拉伸成光纖時，可以制成具有低的PMD的光纖。具有低的PMD的光纖不會使透射信號發(fā)生畸變，是非常有益的。
權(quán)利要求
1.一種制造光纖預(yù)型件的方法，包括至少一個將玻璃棒插入到玻璃管并加熱將它們形成一個整體的插棒坍縮工序，其特征為，前述插棒坍縮工序?qū)⑶笆霾ＡО艚?jīng)由固定到連接在前述玻璃管或者前述玻璃管的端部上的毛坯管中的對中夾具固定前述玻璃棒。
2.如權(quán)利要求1所述的制造光纖預(yù)型件的方法，其特征為，前述對中夾具具有固定部和對中部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，在加熱一體化的過程中，將玻璃管的中心軸保持在鉛直方向。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，在前述加熱一體化的溫度下插入的玻璃棒的粘性系數(shù)小于前述玻璃管的粘性系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，將對中夾具固定到前述玻璃管內(nèi)，將前述玻璃棒插入前述玻璃管內(nèi)，將該玻璃棒固定在對中夾具上。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，一邊使前述玻璃管、前述對中夾具及前述玻璃棒旋轉(zhuǎn)，一邊加熱一體化。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，從前述玻璃棒固定側(cè)的相反側(cè)的端部附近開始進行一體化加熱，向固定端加熱一體化。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，當(dāng)前述玻璃管的中心軸處于鉛直方向時，將固定端配置上側(cè)，將加熱一體化開始端配置在下側(cè)。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，在即將加熱一體化之前，前述玻璃棒與前述玻璃管之間的間隙在0.1mm以上3mm以下。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，前述玻璃棒具有折射率分布。
11.如權(quán)利要求1至10中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，前述玻璃管具有折射率分布。
12.如權(quán)利要求1至11中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法中，其特征為，包括在由前述插棒坍縮工序中獲得的玻璃棒的外部形成玻璃層以制成光纖預(yù)型件的工序。
13.一種光纖預(yù)型件，其特征為，所述光纖預(yù)型件利用在如權(quán)利要求1至12中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法制造的。
14.一種光纖預(yù)型件，其特征為，由如權(quán)利要求1至12中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法制成，心部的非圓率為1.5％以下。
15.一種光纖，其特征在于所述光纖是通過將利用在如權(quán)利要求1至12中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法制成的光纖預(yù)型件作為預(yù)型件，或者將該光纖預(yù)型件作為中間體、將所獲得的玻璃棒作為預(yù)型件，并將其拉伸制成的。
16.如權(quán)利要求13所述的光纖，其特征為，在通過將利用在如權(quán)利要求1至13中任何一項所述的光纖預(yù)型件的制造方法獲得的光纖預(yù)型件或者如權(quán)利要求14中所述的光纖預(yù)型件作為預(yù)型件，或者將該光纖預(yù)型件作為中間體制成的玻璃棒作為預(yù)型件，通過將其拉伸獲得，其PMD在0.15ps/ 以下。
全文摘要
一種制造通過降低心部的偏心度和非圓率具有大的直徑的光纖預(yù)型件的方法，并提供一種即使是大直徑，仍然具有小的非圓率以及復(fù)雜折射率輪廓的光纖預(yù)型件，并提供可以用于色散補償?shù)墓饫w。本發(fā)明涉及一種插棒坍縮工藝，其中，經(jīng)由對中夾具將一個玻璃棒固定到一個玻璃管(或者一個附加在端部上的毛坯管)中。通過對中夾具的固定在一端或兩端進行，對中夾具為圓筒狀，具有一個或多個縮徑部，也可以沒有縮徑部。在固定在一端時，加熱和結(jié)合工藝優(yōu)選地從對向端開始進行。利用具有折射率分布的玻璃棒和玻璃管，可以實現(xiàn)復(fù)雜的輪廓。
文檔編號G02B6/036GK1479698SQ01820196
公開日2004年3月3日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者平野正晃, 大西正志, 井尻英幸, 幸, 志 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社