CN1642869A - 生产光导纤维的方法和光导纤维 - Google Patents

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Abstract

在已知的生产光导纤维的方法中，拉长包括芯棒和外套管的同轴排列，所述同轴排列纵向供给到加热区并在其中从其下端开始软化，光导纤维从软化部分向下抽拉，借此存在于芯棒和套管之间的环形间隙消失。为了提供可以低成本生产卷曲最小的光导纤维的方法，本发明提出应该使用机械加工到成品尺寸并且外径至少100mm的石英玻璃圆筒作为套管。根据本方法得到的光导纤维特征在于没有外力作用下光导纤维呈现的曲率半径至少为6m。

Description

生产光导纤维的方法和光导纤维
本发明涉及一种通过拉长包括芯棒和外套管的同轴排列制备光导纤维的方法，同轴排列垂直取向供给到加热区并在此加热区中从其下端开始软化，然后从软化部分向下拉出光导纤维，借此存在于芯棒和套管之间的环形间隙消失了。
此外，本发明涉及一种包括纤芯和包芯套管的光导纤维。
在最近的20年中，光导纤维用于数据传输获得了经济价值。首先对于光导纤维的光衰减和纤维强度进行改进之后，目前主要的重点在降低成本上。这里可能的方法是增加每个光导纤维的输送能力和减少光导纤维的生产成本。通常，到目前为止制备光导纤维是通过由横截面具有径向折射率分布的初步加工的成品拉制生产的，初步加工的成品通过含有增加折射率的掺杂剂的石英玻璃纤芯和包芯的且折射率较低的套管形成。
工业上应用的所谓单模态(single-mode)光纤的初步加工的成品基本上是按照已知的OVD(外表面气相沉积)，MCVD(改进的化学气相沉积)，PCVD(等离子体化学气相沉积)和VAD(蒸气轴向沉积)的方法制备的。在这些方法中，首先制备芯棒，芯棒包括纤芯和后来单模态光导纤维的套管的一部分。此外被称作“套管材料”的石英玻璃涂敷到芯棒上。所述套管材料的质量对光导纤维的机械强度是很重要的，而对光学特性的影响是次要的。
EP-A1 0 309 027描述了通过由大体积石英玻璃的初步加工成品中抽拉制备单模态光纤的方法。初步加工的成品的制备是通过在基底管内壁上沉淀芯材，接着基底管在芯材坯料形成下消失，然后按照管棒法将芯材坯料包覆。两种不同直径的石英玻璃管用于包覆芯棒，最大的一个外径52mm，内径27mm。该专利进一步描述了芯材坯料和包覆管的接合处在利用含氟气氛条件下的等离子体腐蚀进行净化处理开始之前应该进行蚀刻、洗涤和干燥。
EP-A 598 349也公开了一种通过使用厚壁石英玻璃圆筒由大体积的初步加工成品中抽拉制备光导纤维的方法。提出了几种制备石英玻璃圆筒的方法。第一个方法包括两种步骤。在第一步中，得到了圆筒形的石英玻璃坯料。在第二步中，通过使用空心钻或通过将坯料进行热镦粗方法产生孔的机械方法穿孔以使坯料形成中心孔。第二种方法从OVD方法开始，其中多孔的SiO2炭黑沉积在耐热的心轴材料上，然后除掉心轴材料，干燥并在玻璃化作用下熔化沉积的炭黑。第三种方法包括直接通过气相轴向沉积法然后接着通过熔化使干燥的沉积物玻璃化形成多孔的炭黑材料。
由于成本的原因，在纤维抽出的同时直接用一部分套管已经越来越变成普遍作法。在光纤拉制过程中套管消失在所谓的芯棒上。EP A 1129 999中描述了这种方法的实施例，并且这种方法与上面所述类型的方法对应，在下文中这种方法叶做“ODD方法”(在拉制过程中包覆)。那样就提出芯棒应该同时包覆内玻璃套管和外玻璃套管。为了将芯棒安装到内玻璃套管和外玻璃套管中，外玻璃套管在下端区域内具有收敛管道。将外套管垂直定向，定位环自上导入套管的内孔，定位环的外径比收敛管道的直径略大，因此定位环自上在收敛管道区域停下来。有准确地横向取向并由于定位环的中心孔，这样当第一内套管停在定位环上时拥有圆锥形下端的芯棒就停下来。随后，同轴排列的套管和芯棒纵向放到熔炉中并在那里软化，这样构件彼此熔化并且在外套管的内孔中生产了真空并保持真空。
评价纤维质量的重要参数是假定可自由移动的纤维在没有力作用条件下的纤维弯曲或“纤维卷曲”。纤维卷曲是由于在初步加工的成品中或按照ODD方法的同轴排列部件中存在的与理想圆筒对称性的偏差产生的。特别是在初步加工的成品中或ODD方法中使用的部件中已经产生的弯曲对纤维卷曲有影响，这是因为在光纤拉制过程中，熔炉中心的精确定位和这种要拉制的部件周围温度分布均匀并且圆柱对称变得很困难。目前允许的高级光导纤维的曲率半径(“纤维卷曲”)大约4m。用上述方法，这种条件只有通过部件生产过程中极度细心和确定拉制熔炉中的位置十分准确才能达到。然而，仍进一步需要降低纤维卷曲，特别是因为纤维卷曲使纤维的拼接尤其是纤维束或光纤带的拼接更加困难。
因此本发明的目的是提供一种能够低成本生产卷曲极小的光导纤维的方法。
本发明的目的还有提供一种光导纤维，其特征是处理容易，特别是在光纤拼接的形成过程中容易处理。
对于该方法，按照本发明从上述方法开始就达到了这些目的，本发明中机械加工到成品尺寸并且外径至少100mm的石英玻璃圆筒用作套管。
按照本发明的方法特征在于三个主要的方面：
1、一方面，机械加工到成品尺寸的石英玻璃圆筒被用作套管。这与先前已知的ODD方法和先前已知的使用初步加工成品的拉制方法存在本质区别。
至今所谓的套管已经用于ODD方法以包覆芯管。使用的套管的内径和外径适合于使用的芯棒和要生产的纤维。
在垂直拉制过程中几何形状符合预定的应用，垂直拉制过程中加工成标准尺寸的石英玻璃圆筒被拉长至必要的套管尺寸。在垂直拉制过程中，象其它任何的热成形过程一样，与使用的石英玻璃圆筒相比几何尺寸精度一定劣化，因为石英玻璃圆筒可以通过机械处理，例如钻，在磨石上磨和磨削进行加工以至具有1/100mm范围内的高尺寸精度。
已经发现热成形过程，特别还是垂直拉制过程生产套管，即使在与理想的圆筒对称拉制条件存在最小偏差情况下也导致拉制部件的弯曲。通过本发明使用机械加工到成品尺寸的圆筒避免了由热成形过程所引起的弯曲增加。
EP-A 598 349还提出使用用机械方法加工至成品尺寸的高几何精度的石英玻璃圆筒。然而，该文献没有提出将这种应用用于通过伸长直接由此生产光导纤维，而是用于生产光导纤维的初步加工的成品。然而令人惊讶的是这种方法也没有产生要求的尺寸精度和小卷曲的纤维。原因是在中间步骤中几何上精确的石英玻璃圆筒消失在芯棒上得到初步加工的成品，然后用初步加工的成品拉制光导纤维。如上面对垂直拉制过程的描述，热加工成形步骤的石英玻璃圆筒消失在芯棒上仍然引起这样生产的部件，即这里的初步加工成品的弯曲。弯曲是由于拉制设备的几何容许的任何误差和来自拉制轴的偏差产生的。关于轴向安装的拉制设备，在玻璃纤维原丝弯曲的情况下，强大的力量借助于杠杆作用传到拉伸凸起的区域，这种力可以产生进一步的变形，因此初步加工的成品变成拉伸凸起的拉制部分的“反应”“增加”了已经存在的弯曲。照此种情况，弯曲的初步加工的成品引起光纤拉制过程中光纤拉制熔炉中放射状不均匀的温度分布，上述的不均匀温度分布接着增加了纤维的卷曲。同样地，甚至已经存在的套管管壁厚度的尺寸偏差也由于加热和拉伸处理提高了，借此提高了偏差。
通过测定，按照本发明的方法避免了这些缺点，本发明使用机械加工到成品尺寸且从石英玻璃坯料机械磨削获得的石英玻璃圆筒，而不是通过伸长或用初步加工的成品得到的套管。通过机械处理(特别是钻、在磨石上磨和磨削)，通过使用已知的在磨石上磨和磨削的方法和与之适合的工业装置，可以将外径大于100mm，长2m和更长的石英玻璃坯料完全加工成有精确的圆截面和在1/100mm范围内小尺寸偏差的直圆筒。
在本发明意义上，机械加工到成品尺寸的圆筒也指在后来的化学处理(通过腐蚀剂)或通过烧边而使表面纯净和光滑的圆筒，因为刻蚀过程和烧边不影响石英玻璃圆筒的弯曲。考虑到EP-A 598 349已知的石英玻璃圆筒的大小和机械加工，外径至少100mm的条件下的石英玻璃圆筒适用于本发明的方法。该文献在此引入作为参考。
2、本发明第二个主要的方面在于使用的石英玻璃圆筒的外径至少100mm。与“套管”的使用比较，使用大体积的石英玻璃圆筒得到两个主要的优点，即成本优势和尺寸精度的提高。
成本优势是由于体积较大和光纤拉制方法得到的光纤长度较长，因此可以实现廉价的批量生产。
至于尺寸精度的提高是由于光纤拉制过程中石英玻璃圆筒与理想的圆筒对称的偏差对于较小的光纤直径精确地按比例缩小，这样的偏差与在按比例减小较小的情况下例如外径较小的已知套管，相比较更不被注意到。
机械加工之后残留的几何缺陷由工具的精度和过程的技术测量限制限定。这些“残留缺陷”在石英玻璃圆筒的管壁厚度尽可能大时其产生的影响最小。由于比例降低，缺陷对纤维产生的结果相对变得较小。
3、本发明另外的主要方面必须在使用的大体积石英玻璃圆筒能够弥补往往由于生产工艺导致的较差的芯棒尺寸精度情况下可以看到。芯棒在热处理中自动生产，因此总是在一定程度上与理想的几何形状偏离。芯棒最后的机械加工仅仅在套管和芯材的比例和套管和芯材对于杂质的比例上产生变化，因此没有意义。芯棒的几何缺陷的影响可以通过提供管壁尽可能厚的石英玻璃圆筒来减到最小，这样芯棒缺陷的相对影响降低了。
按照本发明的方法，除了机械加工成成品尺寸的石英玻璃圆筒之外可以用其它的套管包覆芯棒；因为上述的理由，优选用机械方法加工成成品尺寸的套管。
本发明有益的改进从所附权利要求得出来。
石英玻璃圆筒的外径越大，内径越小，石英玻璃圆筒提供的石英玻璃的体积越大，本方法在基于纤维千米的生产成本和在由该方法得到的纤维尺寸精度上优势越大。石英玻璃圆筒的管壁厚度也起重要作用。优选地，使用石英玻璃圆筒和芯棒，其中石英玻璃圆筒的径向横截面积CSA(C)和芯棒的径向横截面积CSA(R)的比率CSA(C)/CSA(R)在5-100之间，优选10-80之间。石英玻璃圆筒的管壁厚度越大，光导纤维的制造越精确，原因是圆筒的管壁厚度增加，光纤拉制过程中绝对几何缺陷(其与石英玻璃圆筒的管壁厚度和外径无关)的比例下降的程度加大。石英玻璃圆筒的外径最小为100mm。
按照本发明的方法使用的石英玻璃圆筒的长度至少为2m，优选长度至少3m。使用最大长度的石英玻璃圆筒对本方法的经济性有益，最大长度的石英玻璃圆筒只能通过机械方法最终加工制造，因为不是用机械方法加工的而是通过热加工成形步骤获得成品尺寸的石英玻璃管总会发现有一定的偏差。这使得芯棒的插入更加困难，因此考虑到存在的偏差，芯棒外径相同的条件下，管长度增加则需要增加内径。因此，圆筒的长度引起芯棒和管内壁之间的间隙宽度增加，这导致管消失过程中产生几何偏差。在这方面按照本发明的方法也提高了石英玻璃圆筒特别长的情况下的尺寸精度。
使用的石英玻璃圆筒优选每米长度不多于0.3mm的弯曲，优选每米长度不多于0.1mm的弯曲，特别优选每米长度不多于0.05mm的弯曲。每米长度不大于0.3mm的壁厚偏差；优选每米长度不大于0.1mm的壁厚偏差，特别优选每米长度不大于0.05mm的壁厚偏差。石英玻璃圆筒的椭圆度每米长度不大于0.3mm，优选每米长度不大于0.1mm，特别优选椭圆度每米长度不大于0.05mm。
使用的石英玻璃圆筒优选由多孔炭黑(Soot)材料制成。多孔炭黑材料可以后续进行纯化，脱水和掺杂，以使玻璃的特征，例如OH基密度和折射率，可以调整并适合在使用的芯棒上的要求。
已经发现按照所谓的OVD方法生产石英玻璃圆筒有一定的优势。这种外部沉积方法获得的管状制品由于生产工艺而具有精确的内孔，经玻璃化后内孔只需要少量的机械修整步骤。
已经发现芯棒和外套管之间的环形间隙的宽度少于0.6mm，优选少于0.3mm时有一定的优势。
发现芯棒和外套管之间的间隙尺寸对于精确的纤维几何形状来说是一个重要的参数。之间的间隙越小，纤维的几何形状越好。这是可以理解的，因为在套管消失到芯棒上的过程中降低了收缩距离。这种收缩是很有限的，但仍然是重要的材料流动，其可以引起几何形状的误差。因此通过限制间隙尺寸尽可能的减少这种作用是有益的。
另一方面形成大的间隙尺寸也是有益的。在本方法的优选具体实施方案中，环形间隙的宽度大于2mm，优选大于5mm，特别优选大于10mm。芯棒和圆筒之间的间隙越大，消失步骤过程中产生的界面性质越好。这是可以理解的，因为在圆筒消失到芯棒上的过程中增大了收缩距离。距离增大导致在机械加工的圆筒的表面和芯棒接触之前加热时间延长。强加热保证了已加工面的缺陷彻底地熔化，这样表面能变得更加光滑。互相接触之前表面越光滑越软，界面性质越好。因此通过增加间隙尺寸支持这种作用对界面性质是有益的。
对于光导纤维，按照本发明实现上述技术目的特征是纤维在没有力作用的条件下呈现的曲率半径至少为6m。
自由曲率即没有外力对纤维作用条件下显示的曲率半径为6m和6m以上的纤维特别是能够使拼接的制作简化。根据上述方法生产了这种纤维。
现在参考具体实施方案更详细地解释本发明。
按照ODD方法在光纤拉制过程中用石英玻璃圆筒包覆芯棒生产光导纤维。纤维具有芯区，芯区由内玻璃套管层和外玻璃套管层包围。芯区由均匀掺杂有5％重量二氧化锗的石英玻璃组成。玻璃套管层由无掺杂的石英玻璃组成，其中一部分由芯棒的套管提供，一部分由机械加工的石英玻璃圆筒提供。
实施例1
下面参考第一个具体实施方案首先详细地解释了石英玻璃圆筒的生产。
根据气相轴向沉积法(VAD法)，利用氢氧气燃烧器中SiCl4的火焰水解反应和形成的SiO2灰粒沉积在旋转的石英棒上生产了大体积多孔炭黑体。炭黑体在He和Cl2的混合气体中干燥，然后在1550℃下用分区熔化法玻璃化。从而获得了大的圆柱形石英玻璃砖。
石英玻璃砖的外表面利用配有#80磨石的圆周磨床磨削至要求的外部尺寸，接着石英玻璃砖的内部利用也装有#80磨石的空心钻钻孔。从而获得了人造石英玻璃管。
为了高精度的完成加工，管的内壁用珩磨机再加工，得到在纵轴向延伸并具有精确圆截面的直孔。用细度#800的磨削方法进行精整，管被抛光了。然后使用NC圆周磨床磨削管的外部，以致外径的中心轴与内径的中心轴重合。已经保证机加工的圆筒达到要求的管壁厚度，容许的误差为2％以后，用#140对外部抛光。然后将管在浓度为5％-30％的氢氟酸池中刻蚀以便减少表面张力并除去表面处理引起的损伤。
这样获得的粗加工的圆筒(表1中的样品1)外径为120mm，内径16mm，长2500mm。管壁厚度的尺寸偏差Δ(Dmax-Dmin)最大是0.05mm，弯曲小于0.05mm/长度直径，测定的椭圆度不大于0.04mm。而且，对于表面粗糙程度的检验是通过在上方8mm距离上沿纵轴方向引导粗糙度表，内表面得到的Rmax为4.8μm，外表面得到的Rmax为53μm。
另外，按照OVD方法生产所谓的芯棒。为此，通过沉积燃烧器往复运动将炭黑颗粒层状沉积在围绕其纵轴旋转的载体上，将SiCl4和GeCl4输入沉积燃烧器中，在氧气存在下在燃烧器的火焰中进行水解获得SiO2和GeO2。内层沉积过程中设定SiCl4和GeCl4的比例是通过在所述管壁厚度部分的炭黑管上得到的预先确定的均匀GeO2浓度为5mol％。一旦炭黑层沉积形成了芯棒的芯区，GeCl4向沉积燃烧器的供应就停止，第一无掺杂的SiO2内玻璃套管层就沉积在芯区上。
完成沉积方法并除去载体之后得到了炭黑管，炭黑管进行脱水处理以除去由于生产过程引入的羟基。为此炭黑管纵向放入脱水熔炉中，首先在800℃-约1000℃含氯气氛中进行处理。处理持续约六小时。这样得到的羟基浓度小于100ppb(重量)。
这样处理的炭黑管在玻璃化熔炉中约1350℃温度下玻璃化，在该过程中内孔消失了，产生了折射率分布符合要求的芯棒。由此生产了具有表1(1号样品和2号样品)汇总的外径和纤芯直径的两种芯棒。
芯棒径向横截面上具有均匀的OH含量0.004ppm(重量)。
在要生产的外径为125μm的光导纤维中，表1中的每一个芯棒都形成直径约8.5μm的芯区。
                                   表1
    样品号                     石英玻璃圆筒          芯棒
    外径Φ(mm)     内径Φ(mm)     弯曲[mm/m]     椭圆率[mm]     ΔD[mm]     外径Φ(mm)     纤芯直径Φ(mm)
    1     120     16     0.05     0.04     0.05     14.0     8.3
    2     150     22     0.06     0.05     0.06     20.0     10.3
    3     200     50     0.08     0.07     0.07     48.0     13.8
    4     180     60     0.07     0.06     0.08     58.0     12.4
    6     150     22     0.06     0.05     0.06     21.5     10.3
    7     150     52     0.06     0.05     0.06     26.0     10.3
    8     120     45     0.06     0.05     0.06     24.0     10.3
此外本发明以石英玻璃圆筒的形式提供了形成光纤外套管玻璃层的套管材料，然而ODD方法中石英玻璃圆筒只有在光纤拉制过程中消失在芯棒上。
为了生产光纤，纤芯玻璃棒(长度：2450mm)要插入石英玻璃圆筒中并在其中固定以致纤芯玻璃棒的中心轴与圆筒的中心轴重合。产生的复合结构的两端连接到石英玻璃座上，将复合结构从上面放入竖直定向的电热光纤拉制熔炉中，在约2180℃温度下从下端开始软化，然后外径125μm的光纤从软化区域抽出来。在这个过程中，在芯棒和石英玻璃圆筒之间残留的约1mm的间隙中保持着介于200mm至100mmAq之间的负压。特别注意复合材料准确地以熔炉的中心定为中心，这样在拉制熔炉内得到呈圆柱形匀称的温度分布。
由此得到的直径为125μm的光导纤维就是一种优质光纤，用这种光纤可以获得截止波长是Ic 1.245μm，在波长1.3μm时光衰减是0.334dB/km，纤芯偏心度是0.12μm。而且，其显示了小的光纤卷曲，卷曲半径5.5m。
实施例2
按照上述的芯棒的生产类推，利用标准的OVD方法通过外表面沉积生产大的多孔炭黑体，但不添加掺杂剂。除去载体之后得到了炭黑管，炭黑管进行上述脱水处理，然后玻璃化。由人造石英玻璃生产的管状石英玻璃坯料的两个末段截去，外壁利用装有#80磨石的圆周磨床粗磨光，这样基本上得到了预先确定的要求的外径。产生的管的内表面利用装有#80磨石的磨床整体抛光。通过换磨石连续地改进抛光程度，用磨石#800进行最终处理。
这样处理的管立即通过引导超声测厚仪沿纵轴方向经50mm的路径得到八个分散在圆周的测试点以检验管壁厚度的差异。然后管的外表面利用NC圆周磨床磨光。保证制造的管的管壁厚度在预先确定的容许范围内之后，在含氢氟酸的腐蚀溶液中短时间蚀刻。
这样得到大体积的人造石英玻璃圆筒，外径150mm，内径22mm，管壁厚度的最大偏差Δ为60μm。弯曲小于0.06mm/长度米，测量的椭圆度不大于0.05mm。很明显预处理管的内表面的表面粗糙度Rmax为3.5μm，外表面为77μm(表1中的2号样品)。
按照表1号样品的芯棒插入得到的石英玻璃圆筒中并固定在其中。芯棒长度2450mm。然后将产生的复合结构在竖直定向的电热光纤拉制熔炉中加热，加热到温度范围2000℃至2400℃之间，复合材料从下端开始熔化，并软化，然后外径125μm±0.5μm的光导纤维从软化区域抽出来。在芯棒和石英玻璃圆筒之间的环形间隙(1mm)中获得介于200mm至1000mmAq之间的真空。
这样获得的光导纤维结果是一种优质光纤，纤芯的偏心率不大于0.11μm，截止波长Ic 1.270μm，在波长1.3μm时光衰减是0.338dB/km，波长1.38μm时0H基产生的衰减是0.65dB/km。而且，其显示了小的光纤卷曲，卷曲半径6.1m。
实施例3
用实施例2中相同的方法生产了已经通过气相外表面沉积(OVD)生产的大的多孔炭黑体，将其干燥，进行调节折射率的处理并使其玻璃化，得到一种人造石英玻璃圆筒。参考实施例1，按照上面的说明对得到的石英玻璃圆筒的内壁和外壁进行机械磨光。
得到的圆筒的内径利用高精度磨床机械加工到50mm，外壁磨光至外径为200mm(表1中3号样品)。得到的大体积的石英玻璃圆筒在3500mm全长上管壁厚度的最大偏差是0.07mm。弯曲小于0.08mm/长度米，测量的椭圆度不大于0.07mm。结果是预处理管的内表面的表面粗糙度Rmax为3.5μm，外表面为77μm。
此外，按照实施例1中描述的方法制备了芯棒(外径＝20mm)。套管消失在芯棒上以使套管材料添加到所述芯棒上直到外径达到48mm。套管的制备是通过SiCl4的火焰水解反应形成SiO2颗粒，SiO2颗粒轴向沉积在旋转的芯棒上。由无掺杂的多孔石英玻璃组成的套管在含氯气氛中干燥，然后熔结。熔结之后的套管内径约22mm，外径约49mm，平均OH含量为0.05ppm(重量)，OH含量在套管管壁厚度上是均匀的。其后，套管机械加工成成品尺寸，然后消失在芯棒上。为此，芯棒在套管内同轴排列，并且芯棒和套管之间环形间隙的表面进行了纯化，并在含氯气氛温度约1000℃条件下干燥。其后，在电加热炉中加热到2150℃温度(炉温)，套管按受热分布熔化到芯棒上，结果得到了具有表1中样品3标明的尺寸的芯棒。
套管消失之后芯棒上形成第二外玻璃套管层。这样得到的石英玻璃棒在后面的光导纤维中相当于纤芯，和套管一样有助于光的引导(所谓的“光学覆层”)。纤芯玻璃区域由折射率“nM1”一般是1.4585的无掺杂石英玻璃套管围绕。套管由内玻璃套管层和外玻璃层形成。
这样制备的长度3.3m的芯棒被插入并固定在表1的3号样品所述的石英玻璃圆筒中。然后将产生的复合结构在竖直定向的电热光纤拉制熔炉中加热，加热到温度范围2000℃至2400℃之间，复合材料从下端开始熔化，并软化，然后外径125μm±0.5μm的光导纤维从软化区域抽出来。在芯棒和石英玻璃圆筒之间的环形间隙(1mm)中维持介于200mmAq至1000mmAq之间的真空。
这样获得的光导纤维结果是一种优质光纤，纤芯的偏心率不大于0.10μm，截止波长Ic 1.270μm，在波长1.3μm时光衰减是0.334dB/km。而且，其显示了小的光纤卷曲，卷曲半径6.2m。
实施例4
在实施例3中描述的方法中进行改进(其中保持标明的几何尺寸时)，已经机械加工到成品尺寸并且使表面光滑的套管没有以一个单独步骤消失到芯棒上，而是直接在ODD方法中与圆筒和芯棒同轴分布而引入光导纤维。
这样获得的光导纤维结果是一种特别优质的光纤，纤芯的偏心率不大于0.08μm，截止波长Ic 1.270μm，在波长1.3μm时光衰减是0.330dB/km。而且，其显示了特别小的光纤卷曲，卷曲半径6.8m。
实施例5
按照实施例3的方法生产了大体积多孔炭黑体，具有表1中4号样品标明的尺寸。参考实施例1，按照上面的说明对石英玻璃圆筒的内壁和外壁进行机械磨光。
得到的大体积的石英玻璃圆筒在3000mm全长上管壁厚度的最大偏差是0.08mm。弯曲小于0.07mm/长度米，测量的椭圆度不大于0.06mm。
此外，根据实施例1中描述的方法制备的芯棒外径58mm，纤芯直径12.4mm，长2.9m，被插入并固定在表1的4号样品所述的石英玻璃圆筒中。
然后将产生的复合结构在竖直定向的电热光纤拉制熔炉中加热，加热到温度范围2000℃至2400℃之间，结构从下端开始熔化，并软化，然后外径125μm±0.5μm的光导纤维从软化区域抽出来。
这样获得的光导纤维结果是一种优质光纤，纤芯的偏心率不大于0.10μm，截止波长Ic 1.270μm，在波长1.3μm时光衰减是0.334dB/km。而且，其显示了小的光纤卷曲，卷曲半径6.0m。
实施例6
按照实施例2生产并加工石英玻璃圆筒(表1中5号样品)。
生产表1的5号样品所述芯棒，长度为2450mm，外径20.9mm，芯棒几乎是精确地与石英玻璃圆筒的孔适合。
芯棒被插入石英玻璃圆筒中并固定在其中。在这种情况下芯棒和石英玻璃圆筒之间的环形间隙小于0.6。然后将产生的复合结构在竖直定向的电热光纤拉制熔炉中加热，然后按照上面对实施例2的描述拉制出纤维。
这样获得的光导纤维结果是一种优质光纤，纤芯的偏心率不大于0.06μm，截止波长Ic 1.270μm，在波长1.3μm时光衰减是0.338dB/km，波长1.38μm时OH基产生的衰减是0.65dB/km.。而且，其显示了小的光纤卷曲，卷曲半径7.0m。
实施例7
按照实施例2生产并加工石英玻璃圆筒，得到表1中6号样品所述的圆筒。
生产长度为2450mm，外径为21.5mm的专门的芯棒，该芯棒几乎是精确地与石英玻璃圆筒的孔适合(表1的6号样品)。
为了获得小尺寸间隙所要求的芯棒的很精确几何形状，必须对芯棒进行机械加工。这种机械加工可以对纤芯和包覆材料之间的直径关系影响不利，因此它应该保持在低水平，只应该消除直径的偏差。在这种情况下生产的芯棒的初始直径达24mm。
然后芯棒进行精密磨光至直径21.8mm，最后为了得到没有OH杂质的十分光滑的表面并且为了将芯棒直径减少至最终直径21.5mm，进行等离子体火焰抛光。通过精磨步骤，能够确保全部标准芯棒(MCVD，VAD，或OVD)上通常存在的几何误差都校正了。
芯棒被插入石英玻璃圆筒中并固定在其中。在这种情况下芯棒和石英玻璃圆筒之间的环形间隙小于0.3mm。然后将产生的复合结构在竖直定向的电热光纤拉制熔炉中加热，然后按照上面对实施例2的描述拉制出纤维。
这样获得的光导纤维结果是一种优质光纤，纤芯的偏心率不大于0.04μm，截止波长Ic 1270μm，在波长1.3μm时光衰减是0.338dB/km，波长1.38μm时OH基产生的衰减是0.65dB/km。而且，其显示了小的光纤卷曲，卷曲半径8.5m。
实施例8和9
为了进一步提高纤维质量，完成了有关芯棒和圆筒之间的间隙尺寸的实验，发现间隙尺寸是一个十分重要的参数。芯棒和圆筒之间的间隙宽度越大，消失步骤过程中产生的界面性质越好。
因此，按照实施例2中描述的方法生产并加工石英玻璃圆筒，得到分别具有表1中样品6和样品7所述尺寸的两个空心圆筒。圆筒的内径分别是为52mm和45mm。
生产的样品7的芯棒长度为2450mm，外径为26.0mm。样品8的芯棒外径为24.0mm。
每个芯棒都被插入如上所述的石英玻璃圆筒中并固定在其中。圆筒内壳和芯棒外表面之间的环形间隙宽度分别大约为13mm(表1的7号样品)和10.5mm(表1的8号样品)。然后将产生的复合结构在竖直定向的电热光纤拉制熔炉中加热，然后按照上面对实施例2的描述拉制出纤维。
圆筒和芯棒之间大的环形间隙导致收缩距离增大，因此在机械加工的圆筒的表面和芯棒互相接触之前的消失时间延长。强加热保证了已加工面的缺陷彻底地熔化，这样表面能变得十分光滑。
为了评价加热时间延长和表面光滑的作用，在样品8的芯棒插入石英玻璃圆筒之前使用细度#800的磨削工具对芯棒进行抛光处理。芯棒的这种处理使标准芯棒上通常存在的几何误差校正了，具有额外的优势。
这样得到的光导纤维证明是优质纤维。纤维的光学性能和机械性能类似于实施例6所报告的性能。对于纤维接合处的破裂和空气线另外进行了测试和分析。在这两种情况下都没有发现这种缺陷。有关本发明的通过OVD生产人造石英玻璃的方法和仪器的详述可以从下列出版物中收集到：US-A 5,788,730描述了用于生产径向密度分布均匀的炭黑体的方法和有中心喷口和至少三个环状喷管的石英玻璃沉积燃烧器；DE-A1 197 25 955教导使用燃烧器供给起始材料液态玻璃；DE-A1 19501 733公开了使用压力补偿容器同时均匀地向多个沉积燃烧器供给气体的仪器。为了增加炭黑沉积的效率，DE-A1 196 29 170提出在沉积燃烧器和炭黑体之间使用静电场；DE-A1 196 28 958和DE-A1198 27 945指明通过使用摆动的燃烧器的排列使炭黑沉积均匀的方法。从DE-A1 197 51 919和DE-A1 196 49 935中知道在淀积过程中和淀积过程之后搬运炭黑体的方法和仪器；从US-A 5,665,132、US-A 5,738,702和DE-A1 197 36 949中得出在玻璃化过程中夹住炭黑体的方法。在EP-A 582 070中描述了用氟和硼掺杂到石英玻璃；US-A5,790,736给出了纤维的芯和套管材料粘度匹配的教导；DE 198 52 704是有关根据MCVD方法使用掺杂的基材管生产光导纤维的方法。US-A5,643,069中描述了使用特殊钻头对玻璃化的石英玻璃空心圆筒进行后处理。US-A 5,785,729教导了使用管棒法生产大体积的初步加工的成品；DE-A1 199 15 509描述了适于完成上述技术的抽出装置。EP-A1 767 149和DE-A1 196 29 169涉及通过垂直拉制方法生产尺寸精确的石英玻璃管。

Claims (16)

1、一种生产光导纤维的方法，包括以下步骤：拉长包括芯棒和外套管的同轴排列，所述同轴排列垂直取向供给到加热区并在其中从其下端开始软化，从软化部分向下抽拉所述光导纤维，借此存在于芯棒和套管之间的环形间隙消失，特征在于机械加工到成品尺寸的外径至少为100mm的石英玻璃圆筒用作所述套管。
2、根据权利要求1的方法，特征在于使用外径至少为150mm的石英玻璃圆筒，优选使用外径至少为200mm的石英玻璃圆筒。
3、根据权利要求1或权利要求2的方法，特征在于使用内径不超过70mm的石英玻璃圆筒，优选使用内径不超过50mm的石英玻璃圆筒。
4、根据权利要求3的方法，特征在于使用内径不超过40mm的石英玻璃圆筒，优选使用内径不超过30mm的石英玻璃圆筒。
5、根据任一在前权利要求的方法，特征在于使用石英玻璃圆筒和芯棒，其中石英玻璃圆筒的径向横截面积CSA(C)和芯棒的径向横截面积CSA(R)的比率CSA(C)/CSA(R)在5-100之间，优选10-80之间。
6、根据任一在前权利要求的方法，特征在于使用长度至少2m的石英玻璃圆筒，优选使用长度至少3m的石英玻璃圆筒。
7、根据任一在前权利要求的方法，特征在于使用每米长度的弯曲不多于0.3mm的石英玻璃圆筒，优选每米长度的弯曲不多于0.1mm，特别优选每米长度的弯曲不多于0.05mm。
8、根据任一在前权利要求的方法，特征在于使用壁厚偏差不超过0.3mm的的石英玻璃圆筒，优选壁厚偏差不超过0.1mm，特别优选壁厚偏差不超过0.05mm。
9、根据任一在前权利要求的方法，特征在于使用椭圆度不超过0.3mm的石英玻璃圆筒，优选椭圆度不超过0.1mm，特别优选椭圆度不超过0.05mm。
10、根据任一在前权利要求的方法，特征在于使用按照OVD方法生产的石英玻璃圆筒。
11、根据任一在前权利要求的方法，特征在于环形间隙的宽度小于0.6mm。
12、根据权利要求11的方法，特征在于环形间隙的宽度小于0.3mm。
13、根据权利要求1-10任一权利要求的方法，特征在于环形间隙的宽度大于2mm。
14、根据权利要求13的方法，特征在于环形间隙的宽度大于5mm。
15、根据权利要求13的方法，特征在于环形间隙的宽度大于10mm。
16、一种包括纤芯和包芯套管的光导纤维，特征在于没有力作用的条件下光导纤维呈现的曲率半径至少为6m。
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