專利名稱：用于生產(chǎn)光纖的方法以及管狀半成品的制作方法
用于生產(chǎn)光纖的方法以及管狀半成品說明書本發(fā)明涉及一種用于通過拉伸ー個石英玻璃預成型件或者石英玻璃部件的共軸組合件(Ensemble)來生產(chǎn)光纖的方法，其中該光纖具有ー個折射率為nK的芯區(qū)域，ー個包裹該芯區(qū)域的、折射率為nMi的內殼區(qū)域(innere Mantelzone), —個圍繞該內殼區(qū)域的、由摻雜的石英玻璃制成的、折射率為nF的環(huán)形區(qū)域，以及ー個圍繞該環(huán)形區(qū)域的外殼區(qū)域，其中有:Hf く ^Mi く Hr。此外，本發(fā)明涉及ー種用于生產(chǎn)光纖的管狀半成品。
背景技術：
導入光纖中的光信號的衰減尤其依賴于該纖維的曲率。較小的曲率半徑造成較高的光學衰減。信號損失可以通過采用對彎曲不敏感的光纖來減小。此類纖維自多年前就已為人所知，并且在向住所鋪設玻璃纖維網(wǎng)絡(光纖到戶，F(xiàn)TTH)的過程中越來越多地進入人們的視線。在這種應用中，由于空間限制和美觀要求，常常希望特別小的曲率半徑。ー種此類的對彎曲不敏感的光纖在WO 2010/003856A1中進行了描述，其中還已知一種用于根據(jù)開篇所述類型的纖維的生產(chǎn)方法。這種對彎曲不敏感的光纖具有一個折射率為nK的芯區(qū)域，ー個包裹該芯區(qū)域的、折射率為nMi的殼區(qū)域，ー個圍繞該殼區(qū)域的、由以氟摻雜的石英玻璃制成的、折射率為nF的環(huán)形區(qū)域，以及ー個圍繞該環(huán)形區(qū)域的、由未摻雜的石英玻璃制成的、折射率為nMa的外層，使得產(chǎn)生了一種徑向的折射率分布曲線，對此有nMa > nF < nMi < nK。這種光纖是通過拉伸ー個石英玻璃預成型件或石英玻璃部件組成的一個共軸的組合件而獲得的，其中該環(huán)區(qū)域的石英玻璃是在等離子體-外部沉積エ藝中制造的，其方式為在ー個管狀或棒狀的基體上以至少Imm的層厚度和nF ^ I. 4519的折射率來制造一個用氟摻雜的石英玻璃的環(huán)區(qū)域層。在該生產(chǎn)方法的經(jīng)濟性方面以及使產(chǎn)生廢品的危險最小化方面優(yōu)選的是，將這些獨立的纖維部件在分離的方法步驟中生產(chǎn)并密封地進行組裝。一種此類的方法在EP 1712934A1中描述，其中還已知了一種根據(jù)開篇所述類型的半成品。為了生產(chǎn)ー個大體積的預成型件，提供了僅僅由一定數(shù)量的管狀或棒狀獨立元件組成的半成品。在此，這些獨立元件是芯棒，該芯棒是由對接地(StoPweiPe)彼此上下放置的多個區(qū)段組成的并且安排在ー個內殼管的內部。該內殼管由一個外殼管包圍。這些部件是相對彼此共軸安排的、并且在一個拉伸過程中直接拉拔成光纖。羥基和金屬雜質例如氯、鋁或鐵，可能對將要拉拔的纖維的光傳導產(chǎn)生不利影響。為了使這種影響最小化，該內殼管由高純度且昂貴的石英玻璃品質組成。為了在另一方面總體上將該半成品的成本保持得較低，所提出的是，該外殼管具有較高的雜質濃度。在纖維拉拔過程中，這些獨立元件的分開生產(chǎn)及其密封式的組裝尤其有助于成本低廉地制造光纖并且避免產(chǎn)生廢品的危險。然而，由此不可避免地產(chǎn)生了在這些組合的獨立元件之間額外的表面和界面，這樣加劇了界面問題并且提高了對界面品質的要求。在此特別值得注意的是在界面區(qū)域中的氣泡形成。
DE 102008047736B3描述了使用一種以氟摻雜的石英玻璃管來包覆芯棒。US 6，263，706B1公開了ー種用于在SiO2灰料管中設定ー種氟濃度分布曲線的方法。優(yōu)選的是，在取出一個芯軸(Dorn)之后，該灰料管通過氣相以氟摻雜，其方式為沿該灰料管外壁引導ー種含氟的摻雜氣體并且將氦或不將任何氣體通過內孔。所產(chǎn)生的折射率分布曲線是實質上拋物線式的，其最大值在管中間。DE 600 04 778 T2描述了通過ー種溶膠-凝膠途徑生產(chǎn)氟摻雜的石英玻璃體。這種氟摻雜是通過向溶膠中加入一種含氟的起始物質來進行的，優(yōu)選為四甲基氟化銨。在燒結之后，該圓柱形的石英玻璃樣品展示了折射率曲線為其中該折射率從外向內減小(并且相應地氟濃度從外向內増大)。在中央獲得了最高的氟濃度。氟濃度向邊緣降低的情況歸因于通過加熱造成的氟損失。 US 3，981，707A描述了通過使ー個由氟摻雜的石英玻璃管坍塌(Kollabieren)來生產(chǎn)光學，該石英玻璃管具有一種不均勻的徑向氟濃度分布曲線，其中氟濃度在管中間具有最大值并且朝向管內壁并朝向管外壁而減小。在自由的管表面區(qū)域中的氟貧化(Fluorverarmung)是由于在高溫下處理用氟摻雜的石英玻璃管而造成的。由DE 101 55 134 Cl已知ー種用于生產(chǎn)預成型件的方法，其方式為借助于POD外部沉積在無氫氣氛中給ー個具有預先給定的殼/芯比率的芯棒設置ー個灰料層，并且該灰料層隨后被干燥并玻璃化。在殼玻璃中，產(chǎn)生了小于30重量ppb的羥基含量以及無缺陷的、朝向芯棒的接觸面。技術目的本發(fā)明的目的在于，提供用于成本低廉地生產(chǎn)光纖的ー種方法以及ー種管狀半成品，該光纖的突出之處在于芯與殼之間界面的高品質以及很低的彎曲敏感性。發(fā)明概述在生產(chǎn)方法方面，根據(jù)本發(fā)明，這個目的是從開篇所述的方法出發(fā)以如下方式實現(xiàn)的，該環(huán)區(qū)域的石英玻璃是以ー種由石英玻璃制成的、具有至少6000重量ppm的平均氟含量的環(huán)區(qū)域管的形式進行制備，該環(huán)區(qū)域管具有由ー個管內表面和一個管外表面限定的ー個壁，其中跨該環(huán)區(qū)域管壁設定了一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有ー個層厚度至少為Ium且最大為IOym的內部氟貧化層，在該層中氟含量朝向管內表面而下降井且在ー個具有I U m厚度的、接近表面的區(qū)域中該氟含量為最大3000重量ppm。根據(jù)本發(fā)明，用于環(huán)區(qū)域的石英玻璃是以至少ー個用氟摻雜的石英玻璃管的形式來制備，該石英玻璃管在此稱為“環(huán)區(qū)域管”。借助于ー種所謂的POD方法(等離子體外側沉積)產(chǎn)生氟摻雜的石英玻璃管，其中SiO2微粒在直接摻入氟的情況下直接玻璃化為石英玻璃管；或者借助于ー種CVD沉積方法，通過含硅起始化合物的水解或熱解在構成ー種SiO2灰料體的同時產(chǎn)生氟摻雜的石英玻璃管，該灰料體后續(xù)地用氟摻雜并進行燒結。其余的獨立元件，即由摻雜的或未摻雜的石英玻璃制成的、用于產(chǎn)生纖維的外殼區(qū)域的一個外殼管、以及用于產(chǎn)生纖維的芯區(qū)域和內殼區(qū)域的芯棒，可以各自在分開的過程中產(chǎn)生并且隨后以共軸部件組合件的形式進行組裝以便生產(chǎn)該纖維。共軸的組合件隨后坍塌或拉伸成為ー個預成型件或者直接拉伸為纖維。如果首先產(chǎn)生了ー個預成型件，那么將其在一個分開的方法步驟中拉拔成光纖?？梢栽诖嘶蛘哳A先地使其配備有額外的殼材料，例如通過添加另外的處于管形的石英玻璃或者通過外部沉積方法。在ー種單模纖維中，由氟摻雜的石英玻璃制成的、具有的折射率小于該殼玻璃的環(huán)區(qū)域實現(xiàn)了對光模的額外的引導作用。為了不使模場直徑相對于標準單模纖維改變過大，將該環(huán)區(qū)域在某種程度上遠離芯，也就是通過一個內殼玻璃區(qū)域從芯隔開。由此該環(huán)區(qū)域在纖維彎曲時相對于沒有環(huán)區(qū)域的標準纖維實現(xiàn)了損失的降低，而沒有損害對標準單模纖維的兼容性。當將對彎曲不敏感的、帶有環(huán)區(qū)域的纖維與標準纖維相連接時，這是重要的。很重要的是，氟摻雜的環(huán)區(qū)域管在構成對芯棒的接觸面時在其壁上具有一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線朝向管內表面而降低。已經(jīng)顯示出，在拉伸過程中，在朝向芯棒的界面上的氣泡形成作用由此被顯著減小。在環(huán)區(qū)域管的邊緣區(qū)域中氟含量較低的區(qū)域以下也稱為“氟貧化層”。用氟摻雜實現(xiàn)了環(huán)區(qū)域的石英玻璃的折射率降低。鑒于該光纖的高的彎曲不敏感性，較高的氟濃度和在芯棒與環(huán)區(qū)域之間較陡的折射率跳躍是有利的。因此氟含量設定為至少6000重量ppm并且可以為最大15000重量ppm。通過氟摻雜實現(xiàn)的、相對于未摻雜石 英玻璃的折射率降低，是相對于未摻雜石英玻璃的折射率至少2 X W-4。然而，另ー方面在這些界面上產(chǎn)生了與環(huán)區(qū)域管的増大的平均氟含量相關的氣泡問題。據(jù)此，尤其在較高的平均氟含量下，氟貧化層的減少氣泡的效果突顯出來。根據(jù)本發(fā)明的方法由此優(yōu)選地在具有6000重量ppm或更大的高平均氟含量的環(huán)區(qū)域管的情況下是突出的。環(huán)區(qū)域管的平均氟含量應理解為以下的氟濃度，即在管壁上通過光譜測量獲得的氟濃度。氟貧化層在此由于其相對較小的厚度而不是顯著突出的。用氟摻雜實現(xiàn)了環(huán)區(qū)域的石英玻璃的折射率降低。如以上提及的，對于光學的高的彎曲不敏感性而言，在芯棒與環(huán)區(qū)域之間的陡峭的折射率跳躍是有利的。氟濃度梯度和由此的徑向折射率梯度自身在此是不希望的。但是已經(jīng)出人意料地顯示，至少IOiim的層厚度是可接受的，并且在纖維的彎曲不敏感性與界面的品質之間產(chǎn)生了適當?shù)恼壑?。然而，在小于I的層厚度下，在避免氣泡形成方面沒有產(chǎn)生顯著的影響。在氟貧化層中的氟含量越低，在與環(huán)區(qū)域的接觸面上的氣泡形成問題也就越小。鑒于此，該氟貧化層在ー個接近表面的、具有I U m厚度的區(qū)域中具有3000重量ppm或更少的氟含量。在接近表面的區(qū)域中的這個特別低的氟含量實質性地有助于形成很少的氣泡。氟貧化層被限定為如下的層厚度這些層具有的氟濃度低于在環(huán)區(qū)域管的石英玻璃中氟最高濃度的80%。同樣貧氟的、接近表面的區(qū)域被限定為如下的層厚度這些層具有的氟濃度低于在環(huán)區(qū)域管的石英玻璃中氟最高濃度的80%。決定性的是，氟濃度分布曲線在向著芯棒的方向上降低。然而已經(jīng)證明有利的是，環(huán)區(qū)域管跨該環(huán)區(qū)域管壁設置有一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線還具有ー個外部的氟貧化層，其中氟濃度朝向管外表面降低。由此還造成，在環(huán)區(qū)域與外殼區(qū)域之間的界面避免了氣泡形成。與內部氟貧化層相比，對外部氟貧化層的尺度、氟濃度下降的斜率以及接近表面的區(qū)域中的最大濃度的要求都較不嚴格。在上文處已經(jīng)對內部氟貧化層說明的尺度、分布曲線以及濃度，對外部氟貧化層而言無論如何都是足夠的。已經(jīng)證明有益的是，氟貧化層具有小于4 y m的層厚度。
小于4 iim的層厚度造成在纖維的彎曲不敏感性與其朝向環(huán)區(qū)域管的內界面的品質之間的特別適合的折中。該環(huán)區(qū)域管優(yōu)選是無模具地通過拉拔一個用氟摻雜的石英玻璃母管而制造的，同時在管內表面和管外表面上形成了氟貧化區(qū)域。然而，通過對母管的加熱以及由此獲得的氟從接近表面的層的向外擴散，一般產(chǎn)生了在內表面和外表面上的氟的貧化，這造成了平坦的濃度梯度。通過在拉拔母管時選擇溫度和加熱時長可以將氟的向外擴散設定為使其產(chǎn)生ー個具有上述尺度和濃度分布曲線的貧氟的層。適當?shù)臏囟?加熱時長參數(shù)對可以借助少量的實驗由本領域技術人員測定。
其他的參考值(Anhaltspunkte)為所拉拔的環(huán)區(qū)域管的外徑，其優(yōu)選處于該母管外徑的從10%到50 %的范圍內，典型地產(chǎn)生在從30到70mm范圍內的外徑，并且該外徑對內徑的圓柱比率在環(huán)區(qū)域管中比母管中小0. 2到0. 8。替代于此，環(huán)區(qū)域管在其制成之后在一個分開的方法步驟中進行加熱，以便產(chǎn)生具有所希望厚度和預先給定的氟濃度分布曲線的氟貧化層。同樣在加熱環(huán)區(qū)域管時，借助少量的實驗通過選擇溫度和加熱時長來調節(jié)氟的向外擴散。在拉拔過程中母管的加熱或環(huán)區(qū)域管的加熱優(yōu)選借助于電子加熱裝置在無氫氣氛下進行。由此避免了羥基進入環(huán)區(qū)域管的接近表面的區(qū)域中。無需特別的預先處理(Vorkehrungen)即可在拉拔母管之后形成一個貧氟的表面層，該表面層具有超過額定值的厚度。在以調節(jié)氟貧化層的足夠厚度為目的(也可是有意的)加熱環(huán)區(qū)域管時造成這種結果。過大的貧氟層厚度可以通過用氫氟酸或ー種氣態(tài)蝕刻劑來蝕刻而除去。因而，在此背景下，已經(jīng)證明有用的是，至少該環(huán)區(qū)域管的管內表面在拉拔該母管之后或拉拔時部分地移除(abzutragen)。通過對內表面進行移除，將氟貧化層的厚度降低到預先給定的額定值，并且同時產(chǎn)生ー個盡可能無缺陷的表面。移除在此優(yōu)選是通過氣相蝕刻來進行的，以避免用水和羥基加載石英玻璃。貧氟表面層的厚度在拉拔母管之后或加熱環(huán)區(qū)域管之后可以為15pm或更大。重要的是，在后續(xù)移除內表面時移除深度小于此前制造的貧氟表面層，這樣其一部分作為具有所希望的額定厚度的氟貧化層保留下來。在此方面，已經(jīng)證實為有益的是，對內表面的移除深度是在ー個貧氟表面層的原始厚度的10%到70%的范圍內。在氟貧化層中的氟含量越低，在與環(huán)區(qū)域的接觸面上的氣泡形成問題也就越小。在此方面已經(jīng)證明有益的是，氟貧化層的在所述的接近表面的區(qū)域中具有最大2000重量ppm的氟含量。在具有I U m層厚的接近表面的層中較小的氟含量實質上有助于形成很少的氣泡。已經(jīng)展示出，在化合物中的羥基含量與高的氟含量能夠有助于在與環(huán)區(qū)域管接觸的區(qū)域中的可成泡性。因此以下ー種方式是優(yōu)選的其中該環(huán)區(qū)域管的石英玻璃在氟貧化層的區(qū)域中具有小于I重量ppm并優(yōu)選小于0. 5重量ppm的羥基含量。在氟貧化層中較少的羥基含量例如通過以下方式實現(xiàn)在將母管拉伸為環(huán)區(qū)域管時的加熱或者使該環(huán)區(qū)域管構成氟貧化層的加熱是在ー個電加熱區(qū)域中在無氫的氣氛中進行。
較小的羥基含量在其他的將要與環(huán)區(qū)域管組合的獨立元件的區(qū)域中同樣是有幫助的，從而避免了氣泡形成。在這個背景下，已經(jīng)證明有益的是，該內殼區(qū)域的石英玻璃是由一個芯棒提供的，該芯棒在ー個具有10 V- m層厚的表面層的區(qū)域中具有小于0. 5重量ppm
的羥基含量。在芯棒的接近表面區(qū)域中的這個較小的羥基含量例如通過以下方式實現(xiàn)將該芯棒在ー個電加熱區(qū)域中拉伸，也就是不使用含氫的、用于火焰拋光(Fla_enpolieren)的燃燒器火焰或類似物。出于相同的原因，還有利的是，該外殼區(qū)域的石英玻璃是由ー個外殼管提供的，該外殼管在其內表面的區(qū)域中具有ー個表面層，該表面層在ー個IOym的層厚中具有小于
0.5重量ppm的輕基含量。該外殼管由摻雜的或未摻雜的石英玻璃組成，并且優(yōu)選通過OVD灰料構造方法和 后續(xù)在含氯氣氛中的脫水和燒結制成，包括機械加工和拉拔成殼管。在該外殼管的內表面區(qū)域中的較小的羥基含量還是通過如下方式實現(xiàn)的即該外殼管的內表面是通過機械加工制造的。通過機械加工可以除去表面區(qū)域中的任何増大的羥基含量，而同時不會引入新的羥基。加熱環(huán)區(qū)域管以生產(chǎn)氟貧化層還可以是在拉伸由碳、環(huán)區(qū)域管、以及任何其他獨立部件組成的組合件時進行。在此需要注意該加熱區(qū)域的長度和該組合件穿過該加熱區(qū)域的前進速度。在此方面已經(jīng)證明有益的是，加熱區(qū)域長度(以mm計)與母管前進速度(以mm/分鐘計)的商為10分鐘或更大。在此，加熱區(qū)域的長度為至少150mm，并且典型地處于從180到250mm的范圍內。環(huán)區(qū)域管的表面區(qū)域中的溫度為至少2200°C。在用于生產(chǎn)光纖的管狀半成品方面，根據(jù)本發(fā)明，上述這個目的是以如下方式實現(xiàn)的該半成品由具有的平均氟含量為至少6000重量ppm的石英玻璃組成并且具有由ー個管內表面和一個管外表面限定的ー個壁，其中跨該壁設定了ー種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有一個層厚度至少為I U m且最大為10 u m的內部氟貧化層，在該層中氟含量朝向管內表面而下降并且在ー個具有I U m厚度的、接近表面的區(qū)域中該氟含量為最大3000 重量 ppm。處于以氟摻雜的石英玻璃管形式的該半成品在此稱為“環(huán)區(qū)域管”。借助于ー種所謂的POD方法(等離子體外側沉積)產(chǎn)生這種半成品，其中SiO2微粒在直接摻入氟的情況下直接玻璃化為石英玻璃管；或者借助于ー種CVD沉積方法，通過含硅起始化合物的水解或熱解在構成ー種SiO2灰料體的同時產(chǎn)生這種半成品，該灰料體后續(xù)地用氟摻雜并進行燒結。該環(huán)區(qū)域管用于借助上述方法來生產(chǎn)光纖并且在此在ー個共軸的組合件中與其他獨立元件一起加工成ー個預成型件或纖維，這些獨立元件包括一個外殼管和ー個芯棒。在此，管內表面和管外表面被軟化并且與其他石英玻璃獨立兀件的石英玻璃一起熔融。由于環(huán)區(qū)域管的氟含量，可能造成在接觸面上形成氣泡。為了抵消這種效果，本發(fā)明的環(huán)區(qū)域管在其壁上具有ー種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線至少朝向內表面減小。由此，在拉伸該半成品的過程中在與芯棒的界面上的氣泡形成作用實質性地降低。在環(huán)區(qū)域管的邊緣區(qū)域中氟濃度較低的區(qū)域以下也稱為“氟
貧化層”。用氟摻雜實現(xiàn)了環(huán)區(qū)域的石英玻璃的折射率降低。鑒于該光纖的高的彎曲不敏感性，較高的氟濃度和在芯棒與環(huán)區(qū)域之間較陡的折射率跳躍是有利的。因此環(huán)區(qū)域管的氟含量為至少6000重量ppm并且可以為最大15000重量ppm。通過氟摻雜實現(xiàn)的、相對于未摻雜石英玻璃的折射率降低，是相對于未摻雜石英玻璃的折射率至少2 X W-4。
然而，另ー方面在這些界面上產(chǎn)生了與環(huán)區(qū)域管的増大的平均氟含量相關的氣泡問題。據(jù)此，尤其在較高的平均氟含量下，氟貧化層的減少氣泡的效果突顯出來。根據(jù)本發(fā)明的方法由此優(yōu)選地在具有6000重量ppm或更大的高平均氟密度的環(huán)區(qū)域管的情況下是突出的。用氟摻雜實現(xiàn)了環(huán)區(qū)域的石英玻璃的折射率降低。如以上提及的，對于光學的高的彎曲不敏感性而言，在芯棒與環(huán)區(qū)域之間的陡峭的折射率跳躍是有利的。氟濃度梯度和由此的徑向折射率梯度自身在此是不希望的。然而，小于10 y m的層厚度是可接受的并且形成了在纖維的彎曲不敏感性與界面品質之間的適當?shù)恼壑?。然而，在小于I Pm的層厚度下，在避免氣泡形成方面沒有產(chǎn)生顯著的影響。在氟貧化層中的氟含量越低，在朝向環(huán)區(qū)域的接觸面上的氣泡形成問題也就越小。鑒于此，該氟貧化層在ー個接近表面的、具有I U m厚度的區(qū)域中具有3000重量ppm或更少的氟含量。在接近表面的區(qū)域中的這個特別低的氟含量實質性地有助于形成很少的氣泡。這個氟貧化層和這個貧氟的接近表面的區(qū)域都在上文中借助本發(fā)明的方法進行了定義。本發(fā)明的半成品的有利設計從各從屬權利要求得出。只要在從屬權利要求中給出的該半成品的設計仿照的是在針對本發(fā)明方法的從屬權利要求中所述的方法方式，就可參照針對于相應方法權利要求的實施方案，以對其進行補充解說。該環(huán)區(qū)域管用于生產(chǎn)光纖。為此，將其與其他獨立元件一起以部件組合件的形式進行組裝，這些獨立元件包括一個由摻雜或未摻雜的石英玻璃制成的外殼管以及一個芯棒并且是在分開的多個過程中制造的。隨后將這種組合件加工成ー個預成型件或者直接加工成纖維。很重要的是，該氟摻雜的環(huán)區(qū)域管在其壁上具有一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線朝向內表面而降低。由此，在拉伸該半成品的過程中在與芯棒的界面上的氣泡形成作用實質性地降低。該環(huán)區(qū)域管在從此拉延出的光纖中實現(xiàn)了更高的彎曲不敏感性。芯棒優(yōu)選是由多個芯棒區(qū)段組合成的，它們對接地在軸向上安排在該環(huán)區(qū)域管內部。芯棒的分段使得能夠獲得任意長短的芯棒長度。在該組合件中，在芯棒與環(huán)區(qū)域管之間優(yōu)選具有在優(yōu)選0. 5到2_范圍內的環(huán)隙。同樣的內容對于在環(huán)區(qū)域管與外殼管之間的環(huán)隙也適用。環(huán)區(qū)域管的外徑與內徑之比優(yōu)選處于在I. 4與I. 8之間的范圍中，優(yōu)選的壁厚度在2與12mm之間。環(huán)區(qū)域管的長度典型地處于I與3m之間，其中多個環(huán)區(qū)域管段能夠對接地彼此相鄰地焊接到在一起。實施例以下借助實施例和專利附圖
來詳細說明本發(fā)明。在圖中分別示出圖I在ー個環(huán)區(qū)域管的管外表面區(qū)域中具有SiO2和氟的徑向濃度分布曲線的ー個圖表，以及圖2在ー個環(huán)區(qū)域管的管內表面區(qū)域中具有SiO2和氟的徑向濃度分布曲線的ー個圖表。借助于常規(guī)的灰料沉積方法來制造灰料體并后續(xù)地用氟摻雜。在將灰料體玻璃化之后，獲得了具有200mm外徑和80mm內徑的石英玻璃圓柱體，從而產(chǎn)生了 2. 5的外徑對內徑比率。該石英玻璃具有0. I重量ppm的中位羥基含量和6100重量ppm的平均氟含量，該含量實現(xiàn)了相對于未摻雜石英玻璃的在折射率上的降低。
這個起始材料圓柱體無模具地拉延成ー個具有38mm外徑、25mm內徑以及6. 5mm壁厚的環(huán)區(qū)域管。在此，該起始材料圓柱體在無氫的氮氣氛圍下以IOmm/分鐘的前進速度“V”送入ー個電加熱區(qū)域，該電加熱區(qū)域具有至少2200°C的溫度以及170mm的長度“L”，這樣產(chǎn)生了值為10分鐘的L/v之商。之后獲得的環(huán)區(qū)域管的突出之處在于，通過熱預成型而拋光的、具有特別高的表面質量的管內表面。通過在拉伸過程中進行加熱，在環(huán)區(qū)域管的管內表面和外表面的區(qū)域中形成了一個貧氟的表面層，其厚度為約5 ym。在外表面區(qū)域中的相應的濃度分布曲線展示在圖I中。在縱坐標上以相對單位標記了氟的濃度(曲線2)和SiO2的濃度(曲線I)(分別相對于SiO2和氟的最大濃度)，并且在橫坐標上以[Pm]標記了徑向位置。在各自濃度分布曲線上的逐漸升高和自零點的偏移是由于測量方法的空間分辨率造成的。將以下層厚度定義為“氟貧化層具有的氟濃度小于最大值的80%的層厚度。歸屬于此的位置在圖I中以“B”表示。SiO2濃度形成了位置值的參照點(零點)。屬于80%濃度值的位置零點在圖I中以“A”表示。由此，氟貧化層的層厚度由氟和SiO2濃度分布曲線在80%濃度值處的A-B間距得出。在直到I y m的接近表面的區(qū)域中，氟濃度為小于2100重量ppm并且在此情況下貧氟表面層的厚度總共為約7 u m。這些值對于環(huán)區(qū)域管的圓柱外殼而言是可接受的，然而對于圓柱內殼不是最佳的。因此，將環(huán)區(qū)域管的內表面(在拉伸之后該內表面具有一個與該外殼類似的氟貧化層)蝕刻，其方式為通過內孔導入一種熱的蝕刻氣(SF6)氣流。然后在內壁上獲得的濃度分布曲線在圖2中示出。從Si02(曲線2)和氟(曲線I)的濃度分布曲線對比可以看出，由于對內表面進行了移除，氟貧化層的厚度被調節(jié)到約I. 5 的預先給出的額定值，并且同時在接近表面的區(qū)域中獲得了更陡峭的濃度曲線。通過蝕刻產(chǎn)生了更加清潔且無缺陷的表面。在此還將氟貧化層定義為如下的層厚度這種層厚度所具有的氟濃度小于氟最大濃度的80%，并且這可以通過A-B位置間距而讀出。在氟貧化層內部的平均氟含量大于3000重量ppm，并且在ー個I U m的接近表面的內部區(qū)域之內，氟含量處于約2800重量ppm。環(huán)區(qū)域管的中位氯含量為200重量ppm，并且環(huán)區(qū)域管的石英玻璃的標稱羥基含量為0. I重量ppm。然而，由于拉伸過程，羥基含量在表面附近提高到最大值為5重量ppm或更大。然而，通過后續(xù)的氣相蝕刻，移除了具有相對高的羥基含量的層，這樣在氟貧化層表面上、在ー個I U m的層厚度上測量到了最大0. 4重量ppm的中位羥基。如此獲得的環(huán)區(qū)域管被用于在一種管包棒方法(Stab-in-Rohr-Verfahren)中包覆芯棒。為此，從該環(huán)區(qū)域管上以所希望的長度截下多個零件。該芯棒具有ー個半徑為12_的GeO2摻雜的芯區(qū)域，并且用一個由未摻雜的石英玻璃制成的、具有5. 5mm層厚度的內殼包圍該芯區(qū)域。該芯棒插入到該環(huán)區(qū)域管的內孔中并且進而以ー個未摻雜的石英玻璃制成的、折射率為nMa的套管將該環(huán)區(qū)域管包裹,該套管具有175mm外徑、40mm內徑以及1800重量ppm的中位氯含量。這種多部件的同軸安排隨后以豎直的取向放進ー個拉延爐(Ziehofen)中并且在其中從下端開始分區(qū)域地軟化并從軟化的區(qū)域中拉延出纖維。在此該環(huán)區(qū)域管的外部的和內部的“氟貧化層”用作“鈍化層”，這些鈍化層避免了氟的向外擴散并且于是防止了在界面區(qū)域中的氣泡形成。以此方式，該氟貧化層有助于獲得與芯棒與套管的少缺陷的接觸面和界面。 在此拉延出ー個具有125 iim外徑的、對彎曲不敏感的單模光纖，該光纖的突出之處在于高的氟含量并且該光纖對芯區(qū)域的外部區(qū)域具有一個間距。對于該組合件的徑向折射率曲線而曰，有n他〉Hf く njii < nK。
權利要求
1.一種用于通過拉伸ー個石英玻璃預成型件或者石英玻璃部件的一個共軸組合件來生產(chǎn)光纖的方法，其中該纖維具有ー個折射率為nK的芯區(qū)域，ー個包裹該芯區(qū)域的、折射率為nMi的內罩區(qū)域，一個圍繞該內罩區(qū)域的、由摻雜的石英玻璃制成的、折射率為nF的環(huán)形區(qū)域，以及ー個圍繞該環(huán)形區(qū)域的外罩區(qū)域，其中有nF < nMi < nK，其特征在于，該環(huán)區(qū)域的石英玻璃是以ー種由石英玻璃制成的、具有至少6000重量ppm的平均氟含量的環(huán)區(qū)域管的形式進行制備，該環(huán)區(qū)域管具有由ー個管內表面和一個管外表面限定的ー個壁，其中跨該環(huán)區(qū)域管壁設定了一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有一個層厚度至少為I Pm且最大為IOym的內部氟貧化層，在該層中氟含量朝向管內表面而下降并且在ー個具有I U m厚度的、接近表面的區(qū)域中該氟含量為最大3000重量ppm。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，該環(huán)區(qū)域管跨該環(huán)區(qū)域管壁設置有ー種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有ー個外部氟貧化層，在該層中氟濃度朝向管外表面降低。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在于，該內部氟貧化層具有小于4y m的層厚度。
4.根據(jù)以上權利要求中任何一項所述的方法，其特征在干，該環(huán)區(qū)域管是無模具地通過拉伸一個由用氟摻雜的石英玻璃母管來制造的，并在該內表面和外表面上形成了多個氟貧化區(qū)域。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征在干，至少該環(huán)區(qū)域管的管內表面在拉伸該母管之后或拉伸時被部分地移除，并且管內表面的移除深度處于ー個貧氟的表面層的原始厚度的10%到70%的范圍內。
6.根據(jù)以上權利要求中任何一項所述的方法，其特征在干，該氟貧化層在層厚度為I U m的、接近表面的層中具有的氟含量為最大2000重量ppm。
7.根據(jù)以上權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，該環(huán)區(qū)域管的石英玻璃在該氟貧化層的區(qū)域中具有小于I重量PPm并優(yōu)選小于0. 5重量ppm的羥基含量。
8.根據(jù)以上權利要求中任何一項所述的方法，其特征在干，該內殼區(qū)域的石英玻璃是由一個芯棒提供的，該芯棒在ー個具有10 y m層厚度的表面層的區(qū)域中具有小于0. 5重量ppm的羥基含量。
9.一種用于生產(chǎn)光纖的管狀半成品，其特征在于，該半成品由具有的中位氟含量為至少6000重量ppm的石英玻璃組成并且具有由ー個管內表面和一個管外表面限定的ー個壁，跨該壁設置了一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有一個層厚度至少為I Pm且最大為10 y m的氟貧化層，在該層中氟含量朝向管內表面而下降并且在ー個具有I U m厚度的、接近表面的區(qū)域中該氟含量為最大3000重量ppm。
10.根據(jù)權利要求9所述的管狀半成品，其特征在于，跨該環(huán)區(qū)域管壁設置有一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有ー個外部氟貧化層，在該層中氟濃度朝向管外表面降低。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的管狀半成品，其特征在干，該內部氟貧化層具有小于4 U m的層厚度。
12.根據(jù)權利要求9至11中任何一項所述的管狀半成品，其特征在于，該環(huán)區(qū)域管具有一個無模具地在熔融流體中制造的管內表面。
13.根據(jù)權利要求9至12中任何一項所述的管狀半成品，其特征在干，該氟貧化層在層厚度為I U m的、接近表面的區(qū)域中具有的氟含量為最大2000重量ppm。
14.根據(jù)權利要求9至13中任何一項所述的管狀半成品，其特征在于，該環(huán)區(qū)域管的石英玻璃在該氟貧化層的區(qū)域中具有小于I重量PPm并優(yōu)選小于0. 5重量ppm的羥基含量。
全文摘要
公開了一種用于通過拉伸一個石英玻璃預成型件或多個石英玻璃部件的共軸組合件來生產(chǎn)光纖的方法，借此獲得了一種纖維，這種纖維具有一個芯區(qū)域、一個包裹該芯區(qū)域的內殼區(qū)域、一個圍繞該內殼區(qū)域的環(huán)區(qū)域。對于由此出發(fā)的一種方法，其中該方法提供了一種管狀半成品以及一種多部件的共軸組合件以便成本低廉地制造以芯和殼之間的高界面品質和較小的彎曲不敏感性而突出的光纖，根據(jù)本發(fā)明提出了，該環(huán)區(qū)域的石英玻璃是以一種由石英玻璃制成的、具有至少6000重量ppm的中等氟含量的環(huán)區(qū)域管的形式進行制備，該環(huán)區(qū)域管具有由一個管內表面和一個管外表面限定的一個壁，其中跨該環(huán)區(qū)域管壁設置了一種徑向的氟濃度分布曲線，該分布曲線具有一個層厚度至少為1μm且最大為10μm的內部氟貧化層，在該層中氟含量朝向管內表面而下降并且在一個具有1μm厚度的、接近表面的區(qū)域中該氟含量為最大3000重量ppm。
文檔編號C03B37/012GK102791643SQ201180013182
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權日2010年3月10日
發(fā)明者J.菲德拉, M.許納曼, R.薩特曼 申請人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司