СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА Российский патент 2004 года по МПК C03B37/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу изготовления заготовки оптического волокна, которую используют при изготовлении оптических волокон.

Уровень техники

Одним из способов изготовления оптических волокон является известный способ, который содержит в себе следующие операции: осуществляют формовку пористого вещества, предназначенного для использования в оптических волокнах (ниже именуемого пористым веществом, из которого впоследствии формируют оптическое волокно), а после спекания этого пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, получают заготовку оптического волокна, осуществляют плавление и вытягивание заготовки для формирования оптического волокна.

Также существуют такие способы изготовления заготовки оптического волокна, как способ осаждения из газовой фазы на торец заготовки (VAD), способ осаждения из газовой фазы на внешнюю сторону заготовки (OVD), способ модифицированного химического осаждения из газовой фазы (MCVD) и способ плазменного химического осаждения из газовой фазы (PCVD). Входящий в состав этих способов способ осаждения из газовой фазы на внешнюю сторону заготовки (OVD) представляет собой способ, содержащий следующие операции: осуществляют распыление газов исходного вещества, например тетрахлорида кремния (SiCl₄) и тетрахлорида германия (GeCl₄), вместе с кислородом и водородом на цилиндрическую поверхность исходного материала, снабженного сердцевиной из стекла, и осуществляют нагревание поверхности исходного материала, который вращают вокруг его оси, посредством кислородно-водородной горелки таким образом, чтобы обеспечить осаждение частиц стекла (в виде ультрадисперсного порошка), образующих пористый слой, состоящий из множества слоев, служащий в качестве пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, в результате чего путем остекловывания до прозрачного состояния, осуществляемого посредством обезвоживания и спекания в электропечи, формируют заготовку оптического волокна.

Однако в заготовке оптического волокна, полученной путем спекания пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, возникают производственные дефекты, такие как сдвиг и отслоение сердцевины от области оболочки, образованной путем спекания пористого слоя. Полагают, что их возникновение обусловлено низкой степенью адгезии между исходным материалом и пористым слоем, а также между частицами стекла, образующими пористый слой, и большим сокращением объема пористого слоя при спекании пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно. Таким образом, низкая степень адгезии между исходным материалом и пористым слоем, а также между частицами стекла, из которых сформирован пористый слой, приводит к тому, что объемная плотность пористого слоя является низкой.

Сущность изобретения

С учетом указанной выше ситуации целью настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления заготовки оптического волокна, при котором не возникают какие-либо производственные дефекты, такие как сдвиг и отслоение сердцевины от области оболочки в заготовке оптического волокна, полученной путем спекания пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно.

В частности, целью настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления заготовки оптического волокна, который обеспечивает увеличение объемной плотности пористого слоя пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, и улучшение степени адгезии между исходным материалом и пористым слоем, а также между частицами стекла, из которых образован пористый слой.

Вышеуказанная цель изобретения может быть достигнута путем обеспечения способа изготовления заготовки оптического волокна, содержащего следующие операции: на внешнюю часть исходного материала цилиндрической формы, который снабжен сердцевиной из стекла, осуществляют осаждение частиц стекла в радиальном направлении, посредством чего формируют пористый слой, образующий пористое вещество, из которого впоследствии формируют оптическое волокно; и выполняют спекание пористого вещества, в результате чего осуществляют изготовление заготовки оптического волокна, причем непосредственно перед операцией формирования пористого слоя осуществляют операцию нагрева, при которой осуществляют нагрев поверхности исходного материала.

При вышеуказанной операции нагрева поверхность исходного материала может быть нагрета до температуры поверхности, равной 600°C или более, а при указанной операции формирования пористого слоя температура поверхности пористого слоя во время осаждения частиц стекла может составлять от 800°C до 1150°C.

Подробное описание изобретения

На чертеже изображена блок-схема, на которой показан вариант осуществления способа изготовления заготовки оптического волокна согласно настоящему изобретению.

В этом варианте осуществления способа изготовления заготовки оптического волокна сначала подготавливают исходный материал 1, который снабжен стеклянной сердцевиной, расположенной в центре его сечения, образующей собой сердцевину заготовки оптического волокна и выполненной из кварцевого стекла, к которому добавлен диоксид германия, имеет форму цилиндра, внешний диаметр которого равен приблизительно от 10 до 40 мм, а длина составляет приблизительно от 500 до 2000 мм. Кварцевое стекло, расположенное по внешнему периметру этой стеклянной сердцевины и образующее собой одну из частей области оболочки заготовки оптического волокна, может быть многослойным.

Затем оба конца исходного материала 1 зажимают в зажимных приспособлениях 3 и располагают исходный материал 1 горизонтально.

После этого осуществляют вращение исходного материала 1 в этом состоянии вокруг оси, проходящей через его центр. Затем ту часть, из которой будет сформирован пористый слой 2 на поверхности исходного материала 1, нагревают посредством нагревательной горелки 4, причем эту операцию осуществляют непосредственно перед операцией формирования пористого слоя 2. В это время нагревательную горелку 4 перемещают параллельно продольному направлению исходного материала 1. При этом в качестве нагревательной горелки 4 используют кислородно-водородную или аналогичную горелку.

Затем в кислородно-водородное пламя кислородно-водородной горелки 5 осуществляют подачу газов исходного вещества, например SiCl₄ и GeCl₄, вместе с кислородом и водородом и осуществляют синтез частиц стекла за счет реакции гидролиза (реакции гидролиза в пламени), происходящей внутри пламени. Эти частицы стекла, находящиеся в полуспеченном состоянии, осаждаются в радиальном направлении в виде множества слоев на поверхность исходного материала 1, который был нагрет нагревательной горелкой 4, образуя пористый слой 2, в результате чего получают пористое вещество, из которого впоследствии формируют оптическое волокно.

Затем удаляют избыточные части полученного пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, а пористое вещество, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, помещают в электропечь. После этого путем обезвоживания в атмосфере инертных газов, например гелия (He) и неона (Ne), осуществляют его спекание до тех пор, пока оно не превратится в прозрачное стекло, в результате чего получают цилиндрическую заготовку оптического волокна, внешний диаметр которой составляет приблизительно от 50 до 200 мм, а длина приблизительно равна от 300 до 2000 мм.

В вышеуказанном способе изготовления заготовки оптического волокна предпочтительным вариантом является тот, в котором температуру части поверхности исходного материала 1, на которой формируют пористый слой 2, повышают путем нагрева посредством нагревательной горелки 4 непосредственно перед операцией формирования пористого слоя 2. В этом случае предпочтительным вариантом является тот, в котором осуществляют предварительный нагрев поверхности исходного материала 1 до температуры 600°C или выше, а в наиболее предпочтительном варианте до температуры 650°C или выше. Если поверхность исходного материала 1 имеет температуру ниже 600°C, то даже при установке температуры формирования пористого слоя 2, равной предварительно заданному значению температуры, степень адгезии между исходным материалом 1 и пористым слоем 2, а также между частицами стекла, которые образуют пористый слой 2, уменьшается.

Частицы стекла, которые формируют пористый слой 2, при осаждении на поверхность исходного материала 1 находятся в полурасплавленном состоянии. Следовательно, путем придания поверхности исходного материала 1 температуры, находящейся в пределах вышеуказанного диапазона температур, поверхность исходного материала 1 также переходит в полурасплавленное состояние, что приводит к сплавлению исходного материала 1 и частиц стекла между собой и к увеличению степени их адгезии. К тому же вследствие того, что поверхности исходного материала 1 придана температура, находящаяся в пределах вышеуказанного диапазона температур, затруднено охлаждение частиц стекла на поверхности исходного материала 1, и происходит сплавление частиц стекла, находящихся в полурасплавленном состоянии, между собой, а также возрастает степень адгезии между частицами стекла.

В частности, поскольку температура поверхности исходного материала 1, на которой пористый слой 2 сформирован не полностью, является чрезвычайно низкой, то до того, как будет сформирован пористый слой 2, поверхности исходного материала 1 должна быть придана температура, находящаяся в пределах вышеуказанного диапазона температур.

В этом варианте осуществления способа изготовления заготовки оптического волокна для повышения температуры поверхности исходного материала 1 путем нагрева до предварительно заданной температуры осуществляют нагрев поверхности исходного материала 1 посредством нагревательной горелки 4. Однако в способе изготовления заготовки оптического волокна согласно настоящему изобретению может быть осуществлен нагрев всего исходного материала 1 посредством источника тепла, например электропечи или плазменной горелки.

К тому же в вышеуказанном способе изготовления заготовки оптического волокна предпочтительным вариантом является тот, в котором при формировании пористого слоя 2 поверхности пористого слоя 2 придают температуру в диапазоне от 800 до 1150°C, а в наиболее предпочтительном варианте от 900 до 1150°C. При выполнении этих условий может быть обеспечено улучшение степени адгезии между исходным материалом 1 и пористым слоем 2, а также между частицами стекла, которые образуют пористый слой 2. Это происходит потому, что для улучшения степени адгезии между исходным материалом 1 и пористым слоем 2, а также между частицами стекла, которые образуют пористый слой 2, целесообразно повысить температуру формирования пористого слоя 2, что приводит к увеличению объемной плотности пористого слоя 2. Если температура формирования пористого слоя 2 является высокой, то происходит сплавление частиц стекла и исходного материала 1, а также самих частиц стекла между собой, что приводит к увеличению площади связующих их поверхностей, а образующиеся между ними зазоры становятся очень малыми. Следовательно, в каждой единице объема пористого слоя 2 происходит уменьшение той ее части, которая заполнена зазорами, образующимися в пористом слое 2, и, соответственно, возрастает объемная плотность пористого слоя 2. Для обеспечения увеличения температуры формирования пористого слоя 2 и придания его поверхности такой температуры, которая находится в пределах вышеуказанного диапазона температур, увеличивают количество кислорода и водорода, подаваемого в кислородно-водородное пламя кислородно-водородной горелки 5.

К тому же, если при формировании пористого слоя 2 температура поверхности пористого слоя 2 меньше, чем 800°C, то объемная плотность пористого слоя 2 не увеличивается, а степень адгезии между исходным материалом 1 и пористым слоем 2, а также между частицами стекла, которые образуют пористый слой 2, не улучшается. С другой стороны, если температура поверхности пористого слоя 2 превышает 1150°C, то состояние поверхности получаемой заготовки оптического волокна ухудшается, поскольку происходит агломерация пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно. В частности, при температуре поверхности пористого слоя 2, превышающей 1200°C, в заготовке оптического волокна, сформированной путем спекания пористого вещества, из которого затем формируют оптическое волокно, возникают пузырьки.

В способе изготовления заготовки оптического волокна согласно настоящему изобретению может быть увеличена объемная плотность пористого слоя пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, и может быть улучшена степень адгезии между исходным материалом и пористым слоем, а также между мелкими частицами стекла, которые образуют пористый слой. Следовательно, в заготовке оптического волокна, полученной путем обезвоживания и спекания пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, не возникают такие производственные дефекты, как сдвиг и отслоение сердцевины от области оболочки. К тому же в полученной заготовке оптического волокна отсутствуют пузырьки, возникающие при ее формировании, и, следовательно, может быть получена прочная и однородная заготовка оптического волокна.

Ниже, с использованием чертежа, приведено описание конкретных примеров для пояснения эффекта, достигаемого посредством настоящего изобретения.

Пример

Сначала был подготовлен исходный материал 1 из кварцевого стекла, выполненный в форме цилиндра, имеющего внешний диаметр 20 мм и длину 1000 мм. Затем оба конца этого исходного материала 1 были зажаты в зажимных устройствах 3, при этом исходный материал 1 был размещен горизонтально. Далее, вращая исходный материал 1 вокруг оси, проходящей через его центр, был осуществлен синтез частиц стекла путем подачи газов исходного вещества, например SiCl₄ и GeCl₄, вместе с кислородом и водородом в кислородно-водородное пламя кислородно-водородной горелки 5. Путем перемещения кислородно-водородной горелки 5 параллельно продольному направлению исходного материала 1 было осуществлено осаждение частиц стекла, образующих пористый слой 2, в радиальном направлении на вращающийся исходный материал 1, и таким способом было получено пористое вещество, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, в форме цилиндра, имеющего внешний диаметр 120 мм и длину 1000 мм.

В этот момент времени непосредственно перед операцией формирования пористого слоя 2 был осуществлен нагрев части поверхности исходного материала 1, на которой формируют пористый слой 2, посредством нагревательной горелки 4 таким образом, чтобы температура поверхности исходного материала 1 достигала 600°C, а при операции формирования пористого слоя 2 был осуществлен нагрев поверхности пористого слоя 2 до температуры 1050°C.

Затем полученное таким способом пористое вещество, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, было помещено в электропечь, где было осуществлено его спекание при обезвоживании в среде инертных газов до тех пор, пока оно не превратилось в прозрачное стекло, и таким способом была получена цилиндрическая заготовка оптического волокна, имеющая внешний диаметр 65 мм и длину 1000 мм.

Сравнительный пример 1

Цилиндрическая заготовка оптического волокна, имеющая внешний диаметр 65 мм и длину 1000 мм, была получена тем же способом, как и в приведенном выше примере, с единственным отличием, которое заключается в том, что непосредственно перед операцией формирования пористого слоя 2 температура поверхности исходного материала 1 была доведена до 620°C путем нагрева части поверхности исходного материала 1, на которой формируют пористый слой 2, посредством нагревательной горелки 4, а при операции формирования пористого слоя 2 температура поверхности пористого слоя 2 была доведена до 750°C.

Сравнительный пример 2

Цилиндрическая заготовка оптического волокна, имеющая внешний диаметр 65 мм и длину 1000 мм, была получена тем же способом, как и в приведенном выше примере, с единственным отличием, которое заключается в том, что непосредственно перед операцией формирования пористого слоя 2 температура поверхности исходного материала 1 была доведена до 560°C путем нагрева части поверхности исходного материала 1, на которой формируют пористый слой 2, посредством нагревательной горелки 4, а при операции формирования пористого слоя 2 температура поверхности пористого слоя 2 была доведена до 750°C.

Сравнительный пример 3

Цилиндрическая заготовка оптического волокна, имеющая внешний диаметр 65 мм и длину 1000 мм, была получена тем же способом, как и в приведенном выше примере, с единственным отличием, которое заключается в том, что непосредственно перед операцией формирования пористого слоя 2 температура поверхности исходного материала 1 была доведена до 560°C путем нагрева части поверхности исходного материала 1, на которой формируют пористый слой 2, посредством нагревательной горелки 4, а при операции формирования пористого слоя 2 температура поверхности пористого слоя 2 была доведена до 1060°C.

Результаты, приведенные в таблице, подтверждают, что в том случае, когда поверхность исходного материала 1 нагрета до температуры поверхности, равной 650°C, а при операции формирования пористого слоя 2 температура поверхности пористого слоя 2 в момент осаждения частиц стекла составляет 1050°C, какие-либо отслоения и сдвиги между сердцевиной и областью оболочки полученной заготовки оптического волокна отсутствуют.

Как описано выше, в способе изготовления заготовки оптического волокна согласно настоящему изобретению объемная плотность пористого слоя пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, может быть увеличена, а степень адгезии между исходным материалом и пористым слоем, а также между частицами стекла, из которых сформирован пористый слой, может быть улучшена.

Следовательно, в заготовке оптического волокна, полученной путем обезвоживания и спекания пористого вещества, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, не возникают производственные дефекты, такие как сдвиг и отслоение сердцевины от области оболочки. К тому же в полученной заготовке оптического волокна отсутствуют пузырьки, возникающие при ее формировании, и может быть получена прочная и однородная заготовка оптического волокна.

Изобретение относится к способу изготовления заготовки, которую используют для изготовления оптического волокна. На внешнюю периферийную часть исходного материала цилиндрической формы, который снабжен сердцевиной, выполненной из стекла, осуществляют осаждение частиц стекла в радиальном направлении, посредством чего формируют пористый слой, образующий собой пористое вещество, из которого впоследствии формируют оптическое волокно, и осуществляют спекание пористого вещества для изготовления указанной заготовки оптического волокна. Непосредственно перед операцией формирования указанного пористого слоя осуществляют операцию нагрева, при которой осуществляют нагрев поверхности исходного материала. Обеспечено получение заготовки оптического волокна, которая не имеет таких дефектов, как сдвиг и отслоение сердцевины от области оболочки. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ изготовления заготовки оптического волокна, включающий следующие этапы: осуществляют осаждение частиц стекла в радиальном направлении, на внешнюю периферийную часть исходного материала цилиндрической формы, который снабжен сердцевиной, выполненной из стекла, посредством чего формируют пористый слой, образующий собой пористое вещество, из которого далее формируют оптическое волокно; и осуществляют спекание указанного пористого вещества для изготовления указанной заготовки оптического волокна, в котором непосредственно перед этапом формирования указанного пористого слоя осуществляют этап нагрева, при котором осуществляют нагрев поверхности указанного исходного материала.2. Способ изготовления заготовки оптического волокна по п.1, в котором при осуществлении указанного этапа нагрева, при котором осуществляют нагрев поверхности указанного исходного материала, поверхность указанного исходного материала нагревают до 600°C или более, а при осуществлении указанного этапа формирования указанного пористого слоя температура поверхности указанного пористого слоя во время осаждения указанных частиц стекла составляет от 800 до 1150°C.