用于制造多芯光纖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造多芯光纖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本專利No. 5176274(專利文獻(xiàn)1)公開了一種用于通過拉制來制造單芯光纖 (在下文中稱為"SCF"）的棒管拉制法（在下文中稱為"RID法"）。在這種RID法中，通過 將芯部插入到僅在中央處具有孔的包層材料的管中并且沿豎直方向布置該包層材料來制 造SCF。然后，將管引導(dǎo)到拉絲爐中，并且將管在加熱的同時拉制光纖而成為一體。這種 RID法具有以下步驟：在將芯部插入到包層管中之后，除去芯棒和包層管的內(nèi)表面的水；密 封包層管的至少一端；以及在將芯棒與包層管之間的間隙連接至干燥氣體氣氛或使間隙減 壓的同時從一端將管拉制成光纖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在使用RID法制取SCF時，芯部插入孔在預(yù)制件階段不收縮，并且由于孔僅存在于 包層材料的中央，因此在收縮過程中存在使芯部靠近預(yù)制件中央的動作，并由此易于將拉 制得到的光纖的芯部的偏心量控制在一定程度內(nèi)。另一方面，應(yīng)認(rèn)識到，在使用RID法制取 多芯光纖（在下文中稱為"MCF"）時，由于芯部插入孔在預(yù)制件階段不收縮，并且還存在除 了位于包層材料的中央的孔以外的孔，因此不總是使各個芯部靠近各個孔的中央，并且這 不利于實現(xiàn)芯部在截面中的布置的高精度。出于這個原因，難以通過使用RID法制造MCF。 具體而言，沒有能夠在實現(xiàn)良好的芯部位置精度、傳輸損耗和量產(chǎn)的同時利用RID方法制 造MCF的已知方法；出于這個原因，在常規(guī)的MCF制造方法中，通過棒管收縮法（在下文中 稱為"RIC法"）在MCF的預(yù)制件階段固定芯部布置位置后，如果需要的話，通過外周研磨等 修正芯部位置，此后通過常用的光纖拉制法來拉制管以獲得光纖。
[0004] 理想的是，MCF距預(yù)定芯部位置具有小的變化，以確保良好的相互連通性。對于 MCF而言，芯部布置位置的高精度需要是個特定問題，并且將會發(fā)生熔接損耗的增大，除非 芯部位置被精確布置，使得所有芯部一次全部地光連接，從而將兩個MCF光熔接起來或?qū)?該MCF光熔接至光接收裝置或發(fā)光裝置。為了提高芯部位置的精度，需要在棒管狀態(tài)下降 低各個芯部在孔中的位置誤差。如果在RID法中各個芯棒的外徑與包層材料中的對應(yīng)孔的 內(nèi)徑之間存在大的差值（間隙），則芯棒將會在包層材料的孔中移動大的量，從而使制得的 MCF中的芯部位置發(fā)生變化；因此間隙優(yōu)選為盡可能小。
[0005] 此外，在MCF的芯部預(yù)制件中除了位于包層材料的中央的孔之外還存在其它孔 (衛(wèi)星芯部，例如參見圖2B中的芯部4a)。包層材料的外徑與從衛(wèi)星芯部到包層材料的最 外周為止的距離之比率變?yōu)榇笥诎鼘硬牧系耐鈴脚cSCF的中央芯部之比率。因此，當(dāng)前導(dǎo) 管（du_y pipe)恪接至小尺寸的預(yù)制件時，在MCF的情況下前導(dǎo)管變薄。前導(dǎo)管的變薄導(dǎo) 致熔接部分的強(qiáng)度的下降。另一方面，如果熔接部分的面積增大，則會同等程度地增大包層 部分的面積，從而導(dǎo)致MCF的光纖直徑的不想要的增大。
[0006] 如上所述，與SCF情況相比，使用RID法制造MCF的方法具有以下問題：限制了前 導(dǎo)管的厚度的減小、使芯部位置精度變差、因殘留OH基而造成的傳輸損耗的增大。
[0007] 于是，發(fā)明人開始考慮：作為用于避免前導(dǎo)管的厚度的減小的方法，必須有效減小 包括衛(wèi)星芯部在內(nèi)的所有芯部的孔徑。這意味著前導(dǎo)管的厚度可以增大且增大量為孔徑減 小的程度。然而，將要插入到各個孔中的芯部材料由具有芯部和包層部分（部分包層）的 芯棒構(gòu)成，以形成包層的一部分。通過減小該包層部分的厚度，可以減小孔徑。然而，如果 該包層部分被制造得太薄，將會導(dǎo)致光從芯棒泄漏到包層材料的光量的增大，從而導(dǎo)致因 包含在包層材料中的OH基而造成的傳輸損耗的增大。
[0008] 本發(fā)明旨在解決上述問題。為了解決上述問題，發(fā)明人將注意力集中在以下這點(diǎn) 上：根據(jù)包含在包層材料中的OH基的量，通過適當(dāng)設(shè)定芯棒中的包層部分的厚度將能夠解 決上述問題。
[0009] 對于MCF而目，另一特定問題是需要確保衛(wèi)星芯郃的位置精度的問題。關(guān)于衛(wèi)星 芯部的位置，作為RID法特有的現(xiàn)象，不僅存在孔的位置的問題，而且還存在拉制期間孔收 縮時的位置精度的問題。作為上述問題的對策，可以減小芯棒的直徑，然后還可以減小孔 徑，從而同等程度地變得更易于確保芯部的位置精度。就針對前導(dǎo)管的直徑的減小的措施 而言，孔徑的減小也是優(yōu)選的。然而，由于芯棒直徑的減小還會導(dǎo)致覆蓋芯部的包層的厚度 的減小，就增大了光從芯棒泄漏到包層中的部分的傳輸損耗而言，這是不利的。
[0010] 在多個包層材料中形成孔時，很可能在孔之間的中間部中產(chǎn)生裂紋。盡管裂紋取 決于材料、組合物和因玻璃的熱歷史而造成的殘余應(yīng)力，但裂紋的產(chǎn)生率趨向于隨著中間 部的厚度的減小而增大，在通用合成二氧化硅的情況下，中間部的厚度優(yōu)選為不小于1_。 因此，包層材料中的孔徑的減小在這方面具有重大意義。
[0011] 如專利文獻(xiàn)1的圖13所示，當(dāng)使用RID法制造SCF時，孔在包層材料中的位置僅為 軸線上的中央，并由此能夠通過加熱所熔接的前導(dǎo)管的一部分以略微減小直徑來使所插入 的芯棒緊靠前導(dǎo)管。此時，在芯棒與前導(dǎo)管之間的接觸部分中，在芯棒的外周上預(yù)先形成傾 斜部，并且芯棒處理成在接觸部分中形成傾斜部的間隙的形狀，從而能夠固定芯棒以防止 芯棒掉落，同時確保氣體的流動路徑。這允許我們通過在鹵素氣體等從包層材料的孔的內(nèi) 壁與芯棒的外周之間流動的情況下進(jìn)行加熱來進(jìn)行氣相凈化處理。在凈化處理之后，拉制 開始端側(cè)上的前導(dǎo)管部分在加熱時延伸，從而使前導(dǎo)管和芯部成一體并且密封前導(dǎo)管和芯 部，同時利用與包層材料的頂部連接的壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將芯棒與包層材料的孔之間的壓力保 持為負(fù)壓，通過加熱執(zhí)行拉制處理以使芯棒和包層材料成一體，從而獲得具有低傳輸損耗、 在芯棒與包層材料的孔之間的界面處不存在雜質(zhì)的光纖。
[0012] 另一方面，當(dāng)使用RID法制造MCF時，除了軸線上的中央之外，在包層材料中還存 在其它位置的孔，因此，當(dāng)部分地減小所熔接的前導(dǎo)管的直徑時，可以使周側(cè)上的芯棒緊靠 前導(dǎo)管的直徑減小部，但不能使中央側(cè)上的芯棒進(jìn)行緊靠。將前導(dǎo)管的直徑減小成足夠使 中央側(cè)上的芯棒緊靠前導(dǎo)管的直徑減小部需要長的處理時間。由于在MCF的情況下前導(dǎo) 管的厚度相對于外徑變小，因此如前面所描述的那樣，在直徑減小處理中前導(dǎo)管可能變成 非圓形，并由此難以控制外徑；因此，難以進(jìn)行直徑減小處理來達(dá)到前導(dǎo)管本身的預(yù)定外 徑。出于這個原因，難以在將芯部固定在預(yù)定位置來防止芯部掉落的同時確保氣體的流動 路徑，或者需要使用芯部固定部件來在防止芯部掉落的同時確保氣體的流動路徑。出于上 述原因，使用RID法的MCF制造方法具有以下問題：難以在包層材料的孔的內(nèi)壁與芯棒的外 周之間進(jìn)行氣相凈化處理；以及難以獲得具有低傳輸損耗、在芯棒與包層材料的孔之間的 界面處不存在雜質(zhì)、同時實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率的光纖。
[0013] 為了解決上述問題而完成了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好的 經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率且具有低傳輸損耗的MCF (多芯光纖）制造方法。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于制造MCF的方法包括包層材料制備步驟、芯棒制造 步驟、孔加工步驟、熔接步驟和拉制步驟。包層材料制備步驟是制備包層材料的步驟，所述 包層材料由硅基玻璃組成并且所述包層材料的OH基的平均濃度J ra小于預(yù)定濃度。芯棒 制造步驟是制造多個芯棒的步驟，所述芯棒由硅基玻璃組成并且均具有包層的一部分和芯 部?？准庸げ襟E是在所述包層材料中將多個孔加工為沿所述包層材料的軸向延伸的步驟。 熔接步驟是將前導(dǎo)管熔接至所述包層材料的第一端側(cè)的步驟。插入步驟是在所述熔接步 驟之后的步驟，并且所述插入步驟是將所述多個芯棒插入到所述包層材料的各個孔中的步 驟。拉制步驟是在所述插入步驟之后的步驟，并且所述拉制步驟是使所述包層材料和所述 芯棒成一體并在加熱所述包層材料的第二端側(cè)的同時拉制所述包層材料和所述芯棒由此 成一體的部分的步驟，從而將所述包層材料和所述芯棒拉制成所述MCF。具體而言，制備得 到的所述芯棒的每一個中的OH基的平均濃度小于0.0 Olwt ppm，并且所述Jqh小于IOOwt ppm。MCF 的制造方法包括：計算滿足 X = (62. 6XJQH(wt ppm)+1175) XPj = 0? 1 的 Pjtl」的 Pj計算步驟，Pjai為在X = 〇. 1的情況下的Pj，Pj是與拉制之后的所述MCF中的所述包層 材料對應(yīng)的部分的波長為1383nm時的光功率比；以及計算P raai的P。。計算步驟，以獲得能 夠基于芯棒折射率分布計算得到的所述PjapPcxal為在X = 0. 1的情況下的P。。，？。。是所述 芯棒的外徑與所述芯部的外徑的比率（所述芯棒的外徑/所述芯部的外徑）。所述芯棒制 造步驟包括將所述芯棒處理為滿足比率P。。不小于比率P d i的條件并且將所述芯棒處理為 使所述芯棒中的每一個具有芯棒直徑2Ra i，2Ra i為在P。。彡P(guān) eea i的情況下的2R，2R為如下 芯棒的外徑：所述芯棒的芯部構(gòu)造為拉制之后的所述多芯光纖的外徑與芯部的外徑之間的 預(yù)定關(guān)系對應(yīng)于所述包層材料的外徑與所述芯部的外徑之間的關(guān)系。所述孔加工步驟包括 在間隙C不小于0. 15mm且不超過I. 5mm的范圍內(nèi)處理所述多個孔，在所述包層材料中形成 的所述多個孔的孔徑設(shè)定為所述芯棒直徑2Ra i+C。
【附圖說明】
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