專利名稱：光纖預制體的制造方法以及燒結裝置的制作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及一種光纖及其制造裝置。
具體地說，本發明涉及一種燒結用于形成光纖的光纖預制體的硅基玻璃多孔體(硅基玻璃炱質體)的方法以及一種燒結裝置。
2.相關技術描述業已知曉和使用了各種類型的光纖，但是現在要把單模光纖(SMF)作為例子加以描述。SMF包括直徑為10um的芯體和在芯體上形成的、直徑為125um的覆層。芯體的折射率高于覆層折射率。下面將參照
圖1概略描述一下SMF的制造方法示例。
步驟1到3形成玻璃芯棒步驟1例如，通過氣相軸向淀積(VAD)法或外部氣相淀積(OVD)法在籽晶棒上結合硅基玻璃多孔炱質體。多孔炱質體將形成SMF的芯體。如果需要可在該步驟(過程)中摻雜提高芯體折射率的摻雜劑，例如Ge。
步驟2將接合后的多孔炱質體置于燒結爐中，在此進行脫水、燒結(固化或玻璃化)，形成芯體透明玻璃預制體。
步驟3將所得透明玻璃芯體拉成細長的玻璃芯棒。該拉伸工序可在利用燃燒火焰、等離子火焰或電爐的加熱條件下進行。
步驟4到5形成覆層部分步驟4例如，通過OVD法在細長玻璃芯棒外圍結合多孔炱質體。結合后的炱質體將成為SMF的覆層。
步驟5所得光纖炱質預制體包括細長玻璃芯棒和在玻璃芯棒上接合的多孔炱質覆層體，將該預制體置于燒結爐中，對多孔炱質覆層體進行脫水和燒結。結果形成了包括細長玻璃芯棒和玻璃覆層部分的光纖預制體。
步驟6到7形成光纖步驟6將所得光纖預制體置于回火爐中，在此預制體受熱熔解，然后從回火爐中拉伸熔解的預制體，生成SMF，該SMF包括直徑為10μm的芯體和在芯體外圍形成的直徑為125μm的覆層。
步驟7在覆層外圍涂敷保護樹脂，制得SMF的最終產品。
可以選擇的是，為了在步驟1到2中制造透明的玻璃芯棒，可通過改進的CVD法或等離子法直接制造該透明玻璃芯棒。在該方法中不需要脫水和熔解過程。此后進行與上述工序相同的過程。
例如，為了提高光纖的生產率，可增大用于生產光纖的光纖預制體的尺寸。例如，可制造成長度為2400mm或更長、直徑為250mm或更大、重量為40kg或更重的光纖預制體。
本專利申請的發明人發現了步驟5的過程中的缺點，該缺點在制造大尺寸光纖預制體時產生，但在制造小尺寸光纖預制體時不產生。下面將參照附圖2A和2B描述這些缺點。
如圖2A所示，在燒結玻璃芯棒CT外圍形成的覆層多孔炱質體SN中會殘留未燒結的部分US。
如圖2B所示，燒結后的上部Y的直徑可小于燒結后下部X的直徑。該上部Y和下部X的直徑差大于預定值，例如10mm，于是不能獲得具有理想特性的光纖。
另外，燒結后的光纖會從支持棒SR上脫落。
已經討論了用于單模光纖(SMF)的光纖預制體，但是在用于其它類型光纖的具有要被燒結的多孔炱質體的其它光纖預制體中也會出現這些缺點。
發明概述本發明的目的是提供一種用于制造光纖并具有理想特性的光纖預制體的燒結方法。
本發明的另一個目的是提供一種用于上述燒結方法的燒結裝置。
本專利申請的發明人調查了產生上述缺點的原因，其找到下述這些原因。
他們認為，參照圖2B描述的在要被燒結的多孔炱質體SN內存留未燒結部分US的缺點的產生是基于以下原因由于燒結多孔炱質體SN的電加熱器布置在爐管外部，且多孔炱質體SN受到爐管輻射熱的加熱作用，因此燒結從多孔炱質體SN的表面開始。另外，他們認為缺點的出現基于以下原因在表面已燒結(固化)了的多孔炱質體的內部收容了He氣、Cl2氣和/或雜質。換言之，他們認為在內部收容的這些氣體干擾了多孔炱質體SN內部的燒結，因而會存留未燒結的部分。
他們認為，參照附圖2B所述出現的光纖預制體縱向發生偏差的缺點是基于以下原因燒結的上部Y正在熔解，其抗拉強度下降，于是正在燒結的上部Y由于燒結后下部的重量而伸長。
它們還認為，出現光纖預制體從支持棒SR上脫落的缺點是基于以下原因具有諸如30mm的小直徑支持棒SR在光纖預制體的上部Y或上端的燒結過程中發生熔解或軟化，熔解或軟化的支持棒再不能支持光纖預制體。
他們注意到當光纖預制體尺寸變大時產生了上述缺點。
在上述知識背景下，為了克服上述缺點，本專利申請的發明人已經嘗試了各種實驗，并找到了技術關鍵相應于被燒結的光纖預制體的位置，(a)改變燒結溫度，(b)改變燒結爐中光纖預制體和燒結區域之間的相對移動速度，以及(c)改變供應給燒結區域的光纖預制體的供氣(多種氣體)量。
依照本發明的第一方面，提供了一種光纖預制體的制造方法，其包括在光纖預制體被懸吊起來的狀態下，對光纖預制體的多孔炱質體進行脫水和燒結，響應光纖預制體放到燒結區域的位置，通過改變多孔炱質體燒結溫度、多孔炱質體燒結位置與燒結區域間的相對移動速度、以及供應給燒結區域的氣體流量中的至少一個進行燒結。
在同一個裝置中可同時或分開進行脫水處理和燒結處理。
相應于光纖預制體放置到燒結區域的位置，在向燒結區域供應預定流量的氣體并在光纖預制體與燒結區域之間保持預定相對速度時，在以下條件下控制多孔炱質體的燒結溫度T1＞T2＞T3其中，T1是位于光纖預制體下端的多孔炱質體的燒結溫度，T3是光纖預制體上端的多孔炱質體的燒結溫度，以及T2是位于下端和上端之間的中間部分的多孔炱質體的燒結溫度，它單調地從溫度T1改變到溫度T3。
相應于光纖預制體放置到燒結區域中的的位置，在預定燒結溫度下在向燒結區域供應預定流量的氣體時，在以下條件下控制燒結區域與光纖預制體之間的相對移動速度S1＜S2≤S3
其中，S1是位于光纖預制體下端的多孔炱質體燒結時的相對移動速度，S3是位于光纖預制體上端的多孔炱質體燒結時的相對移動速度，以及S2是位于下端和上端之間的中間部分的多孔炱質體燒結時的相對速度，該速度從速度S1單調改變到速度S3。
相應于光纖預制體放置到燒結區域的位置，在光纖預制體和燒結區域之間保持預定的相對速度下，在以下條件下可以控制供應給燒結區域的氣體流量V1＞V2≥V3其中，V1是位于光纖預制體下端的多孔炱質體在燒結時的氣體流量，V3是位于光纖預制體上端的多孔炱質體在燒結時的氣體流量，V2是位于下端與上端間中間部分的多孔炱質體在燒結的氣體流量，它從氣體流量V1單調改變到氣體流量V3。
這些控制可以組合使用。
依照本發明的第二方面，提供了一種對光纖預制體的多孔炱質體進行脫水和/或燒結的裝置，它包括可將光纖預制體置于其中的爐管；用于保持光纖預制體一端的支持裝置，它能使光纖預制體旋轉，并可將光纖預制體置于爐管中；用于對放置到爐管中的光纖預制體進行加熱的加熱裝置；用于檢測多孔炱質體的燒結位置與爐管內燒結區域之間的相對位置的位置傳感裝置；速度傳感裝置，用于檢測爐管內燒結區域與光纖預制體之間的相對移動速度；供氣裝置，用于向爐管中的燒結區域供應燒結氣體；溫度傳感裝置，用于檢測爐管內燒結區域的燒結溫度；以及控制裝置，控制裝置相應于光纖預制體置于燒結區域的位置通過改變多孔炱質體的燒結溫度、多孔炱質體的燒結位置與燒結區域之間的相對移動速度、以及供應給燒結區域的氣體流量中的至少一個來控制燒結。
附圖的簡要說明詳細參照附圖，將使本發明的上述和其它目的和特征更加清楚，在附圖中圖1是表示用于制造單模光纖的過程的流程圖；圖2A和2B是表示有缺陷的固化光纖預制體的形狀的視圖；圖3A是光纖預制體的截面圖，其中在芯部外圍沿縱向方向接合了覆層部分的多孔炱質體，圖3B是圖3A所示光纖預制體的剖視圖；圖4A是表示圖3A所示的光纖預制體為了進行燒結而被懸吊起來的狀態的視圖，圖4B是表示固化了的透明光纖預制體的形狀的視圖5是表示本實施例的燒結裝置結構的視圖；圖6是表示光纖預制體燒結位置與燒結溫度的特性曲線的視圖；圖7是表示光纖預制體對燒結區域的燒結位置與移動速度的特性曲線的視圖；圖8是表示光纖預制體的燒結位置與供氣流量的特性曲線的視圖；圖9是圖5中步驟5的脫水過程和燒結過程的工藝流程。
優選實施例描述現在將描述依照本發明優選實施例的光纖預制體多孔炱質體的燒結方法和燒結裝置。
作為優選實施例，是用于硅基玻璃單模光纖(SMF)的光纖預制體覆層部分的多孔炱質體的燒結方法。
光纖預制體的多孔炱質體的燒結方法涉及圖1中步驟5的過程。由此，在實施該實施例之前，要先完成圖1中步驟1至4的過程，以形成圖3A和3B中所示的光纖預制體50。
光纖預制體光纖預制體50包括芯部52，在步驟1中接合了芯部多孔炱質體，在步驟2中它被燒結為透明玻璃，在步驟3中被拉長；以及與芯部52的頂部相連的支持棒54。芯部52和支持棒54稱為透明玻璃棒60。
光纖預制體50還包括步驟4中在芯部52外圍接合的覆層部分多孔炱質體58。覆層部分多孔炱質體58將在步驟5中被燒結。
光纖預制體50由端部72、中間部分70和另一端部74組成，它們沿縱向分布形成一體。中間部分70為圓柱形，由芯部52和覆層部分的多孔炱質體58構成，其中直徑O52和O58的比在預定范圍d1和d2內。端部72和74的形狀為圓形或發射形，芯部52和多孔炱質體58的直徑D52和D58的比值不在預定范圍d1和d2內。
參照圖4A、4D和圖5，與光纖預制體50的端部74相連的支持棒54由支持機構14保持，光纖預制體50被懸吊起來并置于燒結爐12中。在該實施例中，端部72稱為下端，端部74稱為上端。
將步驟5中在透明玻璃芯部52上接合了覆層多孔炱質體58的光纖預制體50放置到燒結爐中，對多孔炱質體58進行脫水和燒結，形成透明玻璃，由此制造出圖4B所示的固化了的光纖預制體80。固化后的光纖預制體80具有透明的固化玻璃部分59，它是透明的，其具有小直徑，直徑小于光纖預制體50的多孔炱質體58的直徑。
在圖1的步驟6和7中對固化了的光纖預制體80進行處理，形成硅基單模光纖作為最終產品。
下面將詳細描述本實施例的步驟5的過程及其燒結裝置。
第一實施例圖5是表示作為第一實施例的用于燒結光纖預制體的多孔炱質體的燒結裝置的結構的視圖。
圖5中所示的燒結裝置具有燒結爐12、支持機構14、控制器16、供氣部件18、氣體流量計20、溫度傳感器22、速度傳感器24、電加熱器驅動部件26、位置傳感器30、以及支持機構驅動部件34。
燒結裝置10同時進行脫水和燒結處理。
燒結爐12包括中空且為圓柱形的爐管122。
例如，爐管122是由硅基玻璃制成的，它具有位于底部的供氣入口122a、位于底部的上部導入部分122b、與上部導入部分122b相鄰的排氣部分122c、以及位于上部導入部分122b和供氣入口122a之間的中間圓柱部分122d。
利用支撐部件14通過上部導入部分122b將要被燒結的光纖預制體50置于爐管122內部。
由供氣部件18供應燒結氣體，氣體通過氣體流量計20、穿過供氣入口122a導入到爐管122中，它們在爐管122內上升，從排氣部分122c排出。
燒結爐12具有布置在爐管122的中間圓柱形部分122d的外周邊周圍的同心形電加熱器124。
在電加熱器124內部與中間圓柱形部分122d的外周邊之間的間隙內設置了熱平衡管(未示出)，這些管例如由碳制成。熱平衡管平衡從電加熱器124發出的熱，將平衡后的熱傳遞給爐管122內光纖預制體50要被燒結的部分(燒結區域)。即，來自電加熱器124的熱被熱平衡管平衡，平衡后的熱對光纖預制體50的覆層部分的多孔炱質體58進行脫水，并將脫水后的覆層部分燒結成透明玻璃。
電加熱器124由電加熱器驅動部件26提供電能。由控制器16對從電加熱器驅動部件126向電加熱器124供應的電能進行控制。
電加熱器124和熱平衡管對應于本發明的加熱裝置，其決定了爐管122內的燒結區域。
支持機構14保持住與光纖預制體50的上端74相連的支持棒54，從而沿豎直方向將光纖預制體50懸吊起來，它通過上部導入部分122b將光纖預制體50放置到爐管122中。
支持機構14使光纖預制體旋轉，并相應于多孔炱質體58的燒結進程使光纖預制體在爐管122內下降。支持機構驅動部件34響應控制器16的命令實施支持機構14的下降和旋轉操作。
控制器16通過支持機構驅動部分34控制支持機構14的下降操作，于是光纖預制體50下降，從而將光纖預制體50的多孔炱質體的要被燒結部分置于電加熱器124的燒結區域上。
例如，控制器16由帶有存儲器的計算機構成，其能完成說明書中描述的各種控制。
例如，速度傳感器24和位置傳感器30可設置在支持機構14內。
位置傳感器30檢測光纖預制體50的多孔炱質體58的要被燒結部分與電加熱器122上燒結位置的相對位置，并將檢測到的相對位置輸送給控制器16。相對位置隨支持機構14的下降操作而變化。例如，位置傳感器30累計在支持機構14內安裝的用于使光纖預制體50下降的電動機旋轉，從而檢測光纖預制體50相對電加熱器124上燒結位置的位置。
速度傳感器24檢測光纖預制體50的下降速度，并向控制線16輸送檢測到的速度。例如，速度傳感器24檢測下降電動機的轉速作為光纖預制體50的下降速度。
在本實施例中已經描述了將電加熱器124安裝在爐管122周圍、使光纖預制體50下降到爐管122內，相反的是，可以固定光纖預制體50的位置而使電加熱器124向上移動。于是，速度傳感器24檢測電加熱器124對光纖預制體50的速度，位置傳感器30檢測電加熱器124對光纖預制體50的移動位置。
溫度傳感器22檢測在爐管122的中間圓柱形部分122d內光纖預制體50的多孔炱質體58的燒結部分的溫度。溫度傳感器22設置在爐管122的側壁上。例如，溫度傳感器22是輻射型溫度傳感器。
由溫度傳感器22檢測到的溫度信號輸送給控制器16。
供氣部件18通過氣體流量計20和供氣入口122a向爐管122內供應氣體。通過供氣入口122a供應的氣體在中間圓柱形部分122d內部上升，接觸到光纖預制體50，并從排氣部分122c排出。在爐管122內，圍繞光纖預制體50的多孔炱質體58的燒結部分并與電加熱器124相鄰的部分稱為燒結區域或燒結氣氛。
控制器16控制氣體流量計20，并控制向爐管122供應的氣體流量。
氣體可以是惰性氣體，例如He氣、As氣或N2氣，和/或Cl2氣。
在上述描述中，為了提高芯部折射率可摻雜摻雜物，例如摻雜Ge。可以選擇的是，也可以不向芯部摻雜摻雜物，而是在燒結過程中向覆層部分摻雜可以降低覆層部分折射率的摻雜物。在該情況下，可將降低覆層部分折射率的摻雜物、例如F包含在由供氣部件18供應的氣體中。
圖5表示以下情形供氣部件18向爐管122內供應氣體，支持機構14保持著與光纖預制體50相連的支持棒14以便將光纖預制體50懸吊到爐管122中，旋轉光纖預制體50，并相應于多孔炱質體58的燒結進程使光纖預制體在爐管122內以預定速度下降。即，圖5表示以下情形光纖預制體50的多孔炱質體58被電加熱器124的熱加熱，使其從下端72、經過中間部分70向上端74開始脫水和燒結，從而使多孔炱質體58固化為透明玻璃。特別是，圖5表示位于光纖預制體50的下端72的多孔炱質體58成為透明的固化(玻璃化)部分SN的情形。當所有多孔炱質體58燒結后就獲得了透明的燒結部分59，同時形成了圖4B中所示的光纖預制體80，該預制體80比光纖預制體50的直徑小。
下面描述控制器16的控制過程。
燒結溫度控制圖6是表示位置與燒結溫度之間的特性曲線圖，其中橫坐標表示光纖預制體50的多孔炱質體58的燒結位置，縱坐標表示燒結溫度。
在該情況下，光纖預制體50向爐管122內的下降速度是恒定的，從供氣部件18向爐管122內供應的例如為He的氣體流量也是恒定的。
用下面的公式定義圖6中所示的燒結溫度T2、T2和T3之間的關系T1＞T2≥T3…(1)位置與燒結溫度之間的特性曲線表明，當燒結位于光纖預制體50的下端72的多孔炱質體58時，將燒結溫度T1設置到高溫，例如1540℃，當燒結位于上端74上的多孔炱質體58時，將燒結溫度T3設置到低溫，例如1450℃，當燒結位于中間部分70上的多孔炱質體58時，燒結溫度隨中間部分70在電加熱器124上燒結區域的位置而單調地從高溫T1變到低溫T3。
當用于燒結下端72多孔炱質體58的燒結溫度很高時，0燒結后的玻璃體變軟，并且由于重力的作用成直線形。相反，當下端72的燒結溫度很低時，燒結后的玻璃體在水平方向上發生彎曲。當下端72的燒結玻璃體形成直線時，中間部件70和上部74就被燒結成直的，形成橫截面為真正圓形的固化光纖預制體80。如果下部燒結端72未形成直的，光纖預制體80的橫截面就不能具有真正圓形的截面。正如上面所討論的，下端72的燒結溫度T1應當高一些。
通過在低溫下燒結上端74的多孔炱質體58，能克服參照圖2B描述的缺點支持棒57熔解或軟化，光纖預制體50從支持棒54上滴落下來。
中間部分70上的燒結溫度從溫度T1單調地變到溫度T3，但是，如果該燒結溫度陡然變化，燒結過程變得不穩定，燒結后的玻璃部分就會破裂。因此，燒結穩定陡然變化不是優選的。當然，中間部分70上的多孔炱質體58的燒結溫度T2的變化率取決于光纖預制體50的下降速度和其它條件，但其優選約為0.1到0.25℃/min。
當然，溫度T1和溫度T3取決于光纖預制體50的下降速度、由供氣部件18供應的氣體(幾種氣體)類別和流量、光纖預制體的尺寸(直徑、長度和重量)，以及其它條件，但還應當在公式1限定的溫度關系下對光纖預制體50的多孔炱質體58進行燒結。
控制器16讀取位置傳感器30檢測到的位置信號和溫度傳感器22檢測到的溫度信號，并響應所檢測到的位置信號和溫度信號，在公式1限定的條件下通過電加熱器驅動部件26控制電加熱器124的溫度，從而獲得對光纖預制體的多孔炱質體58來說較為優選的燒結溫度。
溫度T1和T3以及溫度T2的變化率存儲在控制器16的存儲器中。
例1為長度為2400、直徑為250mm、重量達40Kg的光纖預制體的多孔炱質體58調節燒結溫度控制。燒結時間為8到10小時。燒結后的光纖預制體80直徑為20到80mm，在縱向方向上是圓柱形，其橫截面近似為真正的圓形，這樣在其縱向方向上具有更小的直徑差。在此也未發現圖2A所示的未燒結部分。當然，也不存在光纖預制體50從支持棒上滴落下來。
利用步驟6和7的過程處理所得到的光纖預制體80。所得單模光纖展示出低于0.3％的非圓形度。
燒結移動速度控制圖7是表示光纖預制體50的位置與移動速度之間的特性曲線圖，其中橫坐標表示位置，縱坐標表示移動速度。
該情況下，電加熱器124的加熱溫度恒定，由供氣部件18供應到爐管122中的例如為He的氣體流量也是恒定的。
移動(下降)速度S1、S2和S3之間的關系由下面的公式2限定。
S1＜S2≤S3…(2)圖7所示的光纖預制體的位置移動速度的特性曲線表示，當燒結位于光纖預制體50的下端72上的多孔炱質體58時，將下降(移動)速度S1設為低速，例如150mm/h，以使下端72在電加熱器124內部的燒結區域內停留較長時間，在燒結上端74時，將下降速度S3設為高速，例如300mm/h，以便使上端74在短時間內經過燒結區域，當燒結中間部分70時，隨中間部分70在燒結區域內的位置使下降速度S2單調地從低速S1變到高速S3。
這樣的移動速度控制克服了參照圖2A和2B描述的缺點，其類似于上述燒結溫度控制。
移動速度S1和S3的值以及移動速度S2的變化率取決于光纖預制體50的尺寸(長度、直徑和重量)、燒結溫度、由供氣部件18供應的氣體類別和流量、以及其它條件，但是光纖預制體50的多孔炱質體58的燒結應當在公式2限定的移動速度關系下進行。
控制器18讀取位置傳感器30檢測的位置信號和速度傳感器24檢測的速度信號，并響應位置信號和速度信號，在公式2限定的關系下通過支持機構驅動部件34控制光纖預制體50的下降速度。
移動速度S1和S3的值以及移動速度S2的變化率可存儲在控制器16的存儲器中。
例2調節移動速度控制，獲得類似上述燒結溫度控制的結果。
供氣流量控制圖8是表示光纖預制體50的位置對燒結區域和諸如He的氣體的流量的曲線圖，其中橫坐標表示位置，縱坐標表示氣體流量。
該情況下，光纖預制體50通過支持機構14向燒結區域移動的速度是恒定的。
圖8所示的供氣流量V1、V2和V3之間的關系由下面的公式3限定。
V1＞V2≥V3…(3)圖8所示的位置與供氣流量之間的特性曲線表示，當燒結位于光纖預制體50的下端72上的多孔炱質體58時，供應較大氣體流量V1，例如120SLM，當燒結上端74時供應較小氣體流量V3，例如20SLM，當燒結中間部分70時，供應位于較大氣體流量V1與較小氣體流量V3之間的氣體流量V2。
如上所述，由于下端72在高溫下燒結，因此多孔炱質體58的表面容易達到固化狀態，這需要供應較大氣流冷卻并延緩那里的固化。
由于上端74在上述低溫下燒結，因此多孔炱質體58的表面不容易固化，所以要降低氣體流量。當燒結位于上端74上的多孔炱質體58時，通過降低供氣流量，在固化后的覆層部分59內部殘留的氣體、例如He或Cl2以及殘留的雜質非常少或較少，這就能避免出現圖2B所示的未固化部分US。另外，由于減少了諸如He的昂貴氣體供應，所以降低了最終產品——單模光纖的成本。
氣體流量V1、V2和V3的值取決于供應氣體(幾種氣體)的類別、光纖預制體50的移動速度、燒結溫度、光纖預制體50的尺寸(長度、直徑和重量)、以及其它條件，但優選的是在公式3限定的供氣流量條件下進行光纖預制體50的燒結。
控制器16讀取位置傳感器30檢測的位置信號，并控制氣體流量計20，以便控制從供氣部件18向爐管12內部供應的氣體流量。
氣體流量量V1、V2和V3的值可存儲在控制器16的存儲器中。
例3調節氣體流量控制，在此不會出現圖2A所示的未固化部分US。
在本實施例中，可以獨立運用或適當組合應用上述燒結溫度控制、移動速度控制和供氣流量控制。
供氣流量控制和燒結溫度控制的組合使用當結合供氣流量控制和燒結溫度控制并進行組合控制時，能夠避免在圖4B所示固化后覆層部分59中出現的象圖2B所示的未固化部分US，同時可獲得燒結溫度控制效果。
供氣流量控制與移動速度控制的組合應用當將供氣流量控制與移動速度控制相結合并實施組合控制時，能夠避免在固化后的覆層部分59中出現未固化部分US，同時獲得移動速度控制的效果。
燒結溫度控制與移動速度控制的組合應用當將燒結溫度控制與移動速度控制相結合并實施組合控制時，能夠使位于光纖預制體50下端72上的多孔炱質體58在高溫下燒結較長時間，并使上端74上的多孔炱質體在低溫下燒結較短時間。結果能克服上述缺點。
供氣流量控制、燒結溫度控制與移動速度控制的組合應用當組合供氣流量控制、燒結溫度控制與移動速度控制時，能夠獲得上述全部效果。
依照第一實施例，能夠完成長度超過1000mm、直徑超過200mm、重量較重的大尺寸光纖預制體50的燒結，而且其在縱向上沒有較大直徑差，同時能實現均勻固化。結果，所得單模光纖的非圓形度小于0.3％。
依照第一實施例，在燒結過程中光纖預制體50不會從支持棒54上滴落下來。
依照第一實施例，能夠減少供氣部件18供應的諸如He的昂貴氣體供應(消耗)。結果，能降低固化光纖預制體80的成本，從而也能降低最終產品——單模光纖的成本。
第二實施例在第一實施例中，可在燒結爐12中將脫水工序和燒結工序作為一個步驟執行，但是，在第二實施例中，如圖9所示，該脫水工序和燒結工序是在兩個不同的步驟中進行的。
首先，在例如為1150-1200℃的恒定溫度下進行脫水處理。
此后，在類似第一實施例的處理過程中利用燒結裝置10對脫水光纖預制體進行燒結處理。當然，可以實施燒結溫度控制、移動速度控制和供氣流量控制中的一種或它們的任何組合。
依照第二實施例，能夠獲得與第一實施例中相同的效果。
另外，依照第二實施例，通過將脫水處理和燒結處理分離開能夠將光纖預制體50的多孔炱質體58內包含的水分極大地降低到足夠低水平，或者降低到基本為零的水平，因此能夠顯著降低例如1.38um頻帶處的傳輸損耗。
上面已經描述了硅基玻璃單模光纖(SMF)的光纖預制體示例，但本發明并不限于僅對SMF的光纖預制體進行燒結。即，本發明可用于各種具有要燒結的多孔炱質體的光纖預制體，可用于帶有多層結構的用于波長分割傳輸的散射補償光纖或其它光纖。
依照本發明，能夠實現大尺寸光纖預制體的燒結而不會出現直徑在縱向方向上的較大偏差。結果，能夠獲得非圓形度較小或很小的光纖。
依照本發明能夠減少供氣消耗。結果降低了光纖預制體的制造成本，由此也降低了光纖的制造成本。
本發明并不需要實施燒結處理的新燒結裝置，僅需要改變控制裝置的內容就可以了，因此這不會增加在燒結裝置方面的成本。
權利要求
1.一種光纖預制體的制造方法，其包括在光纖預制體被懸吊起來的狀態下對光纖預制體的多孔炱質體進行脫水和燒結的步驟，相應于光纖預制體放到燒結區域的位置通過改變多孔炱質體燒結溫度、多孔炱質體燒結位置與燒結區域之間的相對移動速度、以及供給燒結區域的氣體流量中的至少一個進行燒結。
2.根據權利要求1所述的方法，其中在同一個燒結裝置中同時實施脫水過程和燒結過程。
3.根據權利要求1所述的方法，其中進行脫水處理，然后進行燒結處理。
4.根據權利要求1所述的方法，其中在向燒結區域供應預定流量的氣體并使光纖預制體與燒結區域之間保持預定的相對速度時，在以下條件下相應于光纖預制體放到燒結區域的位置控制多孔炱質體的燒結溫度T1＞T2≥T3其中，T1是光纖預制體下端的多孔炱質體的燒結溫度，T3是光纖預制體上端的多孔炱質體的燒結溫度，以及T2是下端和上端之間的中間部分的多孔炱質體的燒結溫度，它單調地從溫度T1變化到溫度T3。
5.根據權利要求1所述的方法，在預定燒結溫度下在向燒結區域供應預定氣體流量時，在以下條件下相應于光纖預制體放到燒結區域的位置控制燒結區域與光纖預制體之間的相對移動速度S1＜S2≤S3其中，S1是燒結光纖預制體下端的多孔炱質體時的相對移動速度，S3是燒結光纖預制體上端的多孔炱質體時的相對移動速度，以及S2是燒結下端和上端之間中間部分的多孔炱質體的相對速度，該速度從速度S1單調變化到速度S3。
6.根據權利要求1所述的方法，其中在光纖預制體和燒結區域之間保持預定的相對速度時，在以下條件下相應于光纖預制體放到燒結區域的位置控制供應給燒結區域的氣體流量V1＞V2≥V3其中，V1是燒結光纖預制體下端的多孔炱質體時的氣體流量，V3是燒結光纖預制體上端的多孔炱質體時的氣體流量，V2是燒結下端與上端間中間部分的多孔炱質體的氣體流量，它從氣體流量V1單調變化到氣體流量V3。
7.一種對光纖預制體的多孔炱質體進行脫水和燒結的裝置，其包括可將光纖預制體置于其中的爐管；用于保持光纖預制體末端的支持裝置，它能旋轉光纖預制體，并能將光纖預制體放置到爐管中；用于對放置到爐管中的光纖預制體進行加熱的加熱裝置；用于檢測爐管內多孔炱質體的燒結位置與燒結區域之間的相對位置的位置傳感裝置；速度傳感裝置，用于檢測爐管內燒結區域與光纖預制體之間的相對移動速度；供氣裝置，用于向爐管中的燒結區域供應燒結氣體；溫度傳感裝置，用于檢測爐管內燒結區域的燒結溫度；以及控制裝置，控制裝置相應于光纖預制體放置到燒結區域的位置，通過改變多孔炱質體的燒結溫度、多孔炱質體的燒結位置與燒結區域之間的相對移動速度、以及供應給燒結區域的氣體流量中的至少一個來控制燒結。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中在當向燒結區域供應預定流量的氣體并使光纖預制體與燒結區域之間保持預定的相對速度時，控制裝置在以下條件下相應于位置傳感器檢測到的位置信號，控制加熱裝置來控制多孔炱質體的燒結溫度T1＞T2≥T3其中，T1是光纖預制體下端的多孔炱質體的燒結溫度，T3是光纖預制體上端的多孔炱質體的燒結溫度，以及T2是下端和上端之間的中間部分的多孔炱質體的燒結溫度，它單調地從溫度T1變化到溫度T3。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中在預定燒結溫度下向燒結區域供應預定氣體流量時，控制裝置在以下條件下相應于位置傳感器檢測到的位置信號控制燒結區域與光纖預制體的相對移動速度S1＜S2≤S3其中，S1是燒結光纖預制體下端的多孔炱質體時的相對移動速度，S3是燒結光纖預制體上端的多孔炱質體時的相對移動速度，以及S2是燒結下端和上端之間中間部分的多孔炱質體的相對速度，該速度從速度S1單調變化到速度S3。
10.根據權利要求7所述的裝置，其中在光纖預制體和燒結區域之間保持預定的相對速度下，控制裝置在以下條件下相應于位置傳感器檢測到的位置信號，控制向燒結區域供應的氣體流量V1＞V2≥V3其中，V1是燒結光纖預制體下端的多孔炱質體時的氣體流量，V3是燒結光纖預制體上端的多孔炱質體時的氣體流量，V2是燒結下端與上端間中間部分的多孔炱質體的氣體流量，它從氣體流量V1單調變化到氣體流量V3。
11.一種對脫水后的光纖預制體的多孔炱質體進行燒結的裝置，其包括可將光纖預制體置于其中的爐管；用于保持光纖預制體一端的支持裝置，它能旋轉光纖預制體，并能將光纖預制體放置到爐管中；用于對放置到爐管中的光纖預制體進行加熱的加熱裝置；用于檢測爐管內多孔炱質體的燒結位置與燒結區域之間的相對位置的位置傳感裝置；速度傳感裝置，用于檢測爐管內燒結區域與光纖預制體之間的相對移動速度；供氣裝置，用于向爐管中的燒結區域供應燒結氣體；溫度傳感裝置，用于檢測爐管內燒結區域的燒結溫度；以及控制裝置，控制裝置相應于光纖預制體放置到燒結區域中的位置，通過改變多孔炱質體的燒結溫度、多孔炱質體的燒結位置與燒結區域之間的相對移動速度、以及供應給燒結區域的氣體流量中的至少一個來控制燒結。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中當向燒結區域供應預定流量的氣體并使光纖預制體與燒結區域之間保持預定的相對速度時，控制裝置在以下條件下相應于位置傳感器檢測到的位置信號，控制加熱裝置來控制多孔炱質體的燒結溫度T1＞T2≥T3其中，T1是光纖預制體下端的多孔炱質體的燒結溫度，T3是光纖預制體上端的多孔炱質體的燒結溫度，以及T2是下端和上端之間的中間部分的多孔炱質體的燒結溫度，它單調地從溫度T1變化到溫度T3。
13.根據權利要求11所述的裝置，其中在預定燒結溫度下在向燒結區域供應預定氣體流量時，控制裝置在以下條件下相應于位置傳感器檢測到的位置信號，控制燒結區域與光纖預制體的相對移動速度S1＜S2≤S3其中，S1是燒結光纖預制體下端的多孔炱質體時的相對移動速度，S3是燒結光纖預制體上端的多孔炱質體時的相對移動速度，以及S2是燒結下端和上端之間中間部分的多孔炱質體的相對速度，該速度從速度S1單調變化到速度S3。
14.根據權利要求11所述的裝置，其中在光纖預制體和燒結區域之間保持預定的相對速度下，控制裝置在以下條件下相應于位置傳感器檢測到的位置信號，控制向燒結區域供應的氣體流量V1＞V2≥V3其中，V1是燒結光纖預制體下端的多孔炱質體時的氣體流量，V3是燒結光纖預制體上端的多孔炱質體時的氣體流量，V2是燒結下端與上端間中間部分的多孔炱質體的氣體流量，它從氣體流量V1單調變化到氣體流量V3。
全文摘要
一種大尺寸光纖預制體的燒結方法和裝置，其在縱向方向上不會出現較大直徑差，在多孔炱質體的固化部分中不會出現未固化部分，不會出現光纖預制體落滴。相應于光纖預制體中多孔炱質體的燒結位置對燒結區域的相對位置，換言之，相應于光纖預制體的下端、中間部分或上端中的任何一個在燒結區域的位置、控制器控制電加熱器的燒結溫度、光纖預制體的移動速度和供給燒結區域的氣體流量中的至少一個。
文檔編號C03B37/014GK1406893SQ0212725
公開日2003年4月2日 申請日期2002年6月27日 優先權日2001年6月28日
發明者香林幸夫, 和田裕之 申請人:古河電氣工業株式會社