专利名称：光纤及光纤制造方法
技术领域：
本发明涉及光纤制造方法以及光纤。
背景技术：
日本未授权专利申请2000-233937、WO03/080522或WO01/90010，已经披露了光纤制造方法，其中光纤是这样形成的即，将圆柱状玻璃芯插入圆筒状玻璃包层内，然后加热和拉制。
在日本未授权专利申请2000-233937所披露的方法中，玻璃包层的外径与玻璃芯的直径之比设定为等于或大于10，并且玻璃芯直径的尺寸误差以及玻璃包层内径的尺寸误差都设定为等于或小于5μm。
在WO03/080522所披露的方法中，将芯棒同轴地放在外径等于或大于100mm(这是通过加工得到的最终尺寸)的石英玻璃管中，并且当玻璃管和芯棒之间形成的空间塌缩时，从其底端拉出光纤。
在WO01/90010所披露的方法中，光纤是通过拉制同轴放置的芯棒和包层管而制造的，其中包层管的OH浓度最大为1ppm(重量)，芯棒在玻璃芯层周围具有光学包层玻璃层，光学包层玻璃层外径与玻璃芯层直径之比在1到2.2之间，在深度达10μm的表面附近区域，芯棒的OH浓度最大为1ppm(重量)。
WO98/43921中披露了一种方法，其中将预制棒和玻璃管在其一端密封，将真空泵连接到另一端，在加热玻璃管的同时，对预制棒和玻璃管之间形成的空间进行抽气，从而将玻璃管包在预制棒上，由此生产出光纤预制棒，或者将玻璃管塌缩在预制棒上，由此拉制光纤。
日本未授权专利申请62-3034中披露了一种得到光纤的方法，其中将折射率高于石英管的合成玻璃沉积在石英管内，然后对其进行拉制。在日本未授权专利申请62-3034披露的方法中，将石英管的一端封闭，接着在加热石英管的同时，从其另一端抽出石英管内的气体而对石英管进行干燥，随后，将石英管充满卤素气体或者不含氢的卤化气体，然后拉制形成光纤。
日本未授权专利申请7-109141披露了一种制造大型石英玻璃预制棒的方法，其中采用管内棒法将制造光纤的大型石英玻璃管和玻璃芯棒并合在一起，玻璃芯棒包括芯部分和包层部分中传输光的部分(光学包层部分)。在日本未授权专利申请7-109141所披露的方法中，大型石英玻璃管的外径为50到300mm，外径与内径之比为1.1到7，厚度等于或大于10mm，厚度误差等于或小于2％，内表面粗糙度等于或小于20μm。另外，根据日本未授权专利申请7-109141，光学包层部分的外径必须至少是芯部分直径的2倍。
PCT日本专利申请译文公开文献2002-501871披露了一种制造光纤预制棒的方法。在该方法中，将棒放在管中，从而在棒和管之间形成圆环空间，将管的一端塌缩，并对圆环空间抽气，再将另一端封闭，形成光纤预制棒。
一般地，在光纤中传播的相当大的部分的光会透过光学包层部分，因而芯和包层之间的界面以及光学包层部分存在的杂质和缺陷会增大传播光的损失，减小光纤机械强度等，从而严重影响光纤的性能。因此，一般地，与光纤芯对应的部分(芯部分)不是单独形成的。特别是，在制造单模光纤时，当芯部分和设置在芯部分周围预定量的光学包层部分同时形成以使得光学包层部分与芯部分的直径之比为3到5之后，接着在周围形成其余的包层部分。由此完成制造，这样使得即使当光学包层与设置在其周围的包层之间的界面及其附近存在杂质和缺陷时，也不会对得到的光纤的性能产生不良影响。
一般地，光纤芯部分的折射率分布必须得到精确控制，因此与包层部分相比，其合成的成本高，时间长。但是，当如上所述同时形成芯部分和光学包层部分时，光学包层部分的制造成本可以仅大致与芯相等。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有能实现低损耗和高生产率的结构的光纤，并提供其制造方法。
为达到上述目的，提供一种制造光纤的方法，该光纤是这样形成的即，通过将芯棒插入包层管，然后在芯棒和包层管通过加热而并合的同时执行光纤拉制步骤。该制造方法包括如下步骤将芯棒插入包层管；去除芯棒表面和包层管内表面上存在的水分；将包层管的至少一端封闭；以及在芯棒和包层管之间形成的空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的状态下从一端进行拉制，从而形成光纤。
在本说明书中，“芯棒”并不限于构成相当于光纤的芯(芯部分)的部分，而是包括构成芯部分和一部分包层部分(下面称为第一包层部分)的部分，该部分包层部分环绕芯部分并且折射率小于芯部分的折射率。
在去除水分的步骤中，在该空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的同时，可以加热芯棒和包层管。去除水分的步骤可以包括第一子步骤，即，在该空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的同时，加热芯棒和包层管；以及第二子步骤，即，在该空间保持在含有卤素气体或者卤化气体的干燥气体气氛的同时，加热芯棒和包层管。封闭包层管至少一端的步骤可以是封闭包层管的一端，并且在该空间被减压的同时进一步封闭包层管的另一端。
本发明提供另一种制造光纤的方法，所述方法包括将芯棒插入包层管的步骤，以及在芯棒和包层管通过加热而并合的同时进行光纤拉制的步骤。此制造方法包括以下步骤将芯棒插入包层管；封闭包层管的至少一端；以及在芯棒和包层管之间的空间连接到干燥气体气氛的状态下，在通过加热芯棒和包层管去除芯棒表面和包层管内表面吸附的水分的同时，从一端进行拉制，从而形成光纤。在封闭包层管至少一端的步骤中，该空间可以连接到干燥气体气氛，也可以是被减压；另外，也可以包括在所述一端将芯棒和包层管彼此并合的步骤。
在任一种制造方法中，还可以包括将支撑件连接到芯棒一端的步骤，并且封闭包层管至少一端的步骤可以包括将支撑件和包层管在一端并合在一起的步骤。还可以包括将支撑管连接到包层管一端的步骤，并且可以通过使芯棒和支撑管彼此并合来执行封闭包层管至少一端的步骤。还可以包括连接支撑件和芯棒一端的步骤以及连接支撑管和包层管一端的步骤，可以通过使支撑件和支撑管彼此并合来执行封闭包层管至少一端的步骤。
干燥气体中的氢分子或含氢原子的化合物的浓度总计可以等于或小于10ppm(体积)。在插入步骤之前还可以包括加热包层管的步骤。
芯棒直径D与芯部分直径d之比D/d可以在1到小于2的范围内。芯棒可以仅仅由芯部分形成，在这种情况下，优选的是芯棒与包层管的相对折射率差等于或大于0.2％。另外，芯棒可以由芯部分和第一包层部分形成。在这种情况下，优选的是芯部分与第一包层部分的相对折射率差等于或大于0.2％，第一包层部分的折射率优选地基本等于在从包层管内表面到包层管厚度十分之一深度范围内的这一部分包层管的折射率。
包层管外径D2与其内径d2之比D2/d2可以在5到30的范围内，包层管的长度可以等于或大于500mm。D2/d2之比更理想的是在大于7到30的范围内。
包层管内圆周与其外圆周的偏心度可以在其形成产品的部分(有效部分)的总长度上等于或小于0.3％。芯棒在1200℃的平均粘度可以等于或大于包层管的平均粘度。
另外，提供一种光纤，它具有芯和包层，该包层围绕芯的外圆周而设置并且其折射率小于芯的折射率；并且其中，作为棒和管通过加热并合在一起的结果，仅有一个边界形成在垂直于其轴线的横截面上，并且波长1.38μm时的光传输损耗等于或小于0.5dB/km。
芯中心和边界之间的距离p1与芯半径r1之比p1/r1可以在1到小于2范围内。芯与第一包层(从边界到芯的部分)的相对折射率差可以等于或大于0.2％，并且当第一包层的厚度表示为t时，第一包层的折射率可以基本等于从边界到半径为r+2t、并且与芯中心同心的圆之间的部分的折射率。芯在1200℃的平均粘度可以等于或大于包层的平均粘度。芯可以由纯石英玻璃或含有添加剂的石英玻璃制成，包层可以由主要包括含氟石英玻璃的玻璃制成。
下面将参考附图详细描述本发明。给出的附图仅仅是为了解释的目的，并不旨在限制本发明的范围。
图1是表示本发明第一实施例的流程图；图2是表示本发明第一实施例的一个修改例的流程图；图3是表示具有多个燃烧器的OVD法的一个例子的视图；图4是表示具有多个燃烧器的OVD法的U拐点燃烧器的一个例子的视图；图5是表示对包层管进行穿孔的一个例子的视图；图6是表示净化包层管的一个例子的视图；图7a是表示包层管和支撑管之间熔融连接的一个例子的视图，图7b是表示包层管和支撑管之间熔融连接的另一个例子的视图；图8是表示加热包层管的一个例子的视图；图9是表示将芯棒插入包层管的一个例子的视图；图10是表示芯棒固定夹具的一个例子的视图；图11是表示将芯棒插入包层管并将其固定的一个例子的视图；图12是表示将芯棒插入包层管并将其固定的另一个例子的视图；图13是表示封闭包层管一端的步骤的一个例子的视图；图14a是表示一端封闭的包层管的一个例子的视图，图14b是表示一端封闭的包层管的另一个例子的关键部分的视图；图15是表示棒—拉制的一个例子的视图；图16是表示棒—拉制另一个例子的关键部分的视图；图17是表示本发明第二实施例的流程图；图18是表示根据本发明的第二实施例的棒—拉制一个例子的关键部分的视图；图19是表示本发明第三实施例的流程图；图20是表示在根据本发明的第三实施例中，将芯棒和包层管之间形成的空间减压的减压步骤的一个例子的视图；图21是表示本发明第三实施例封闭包层管两端的一个例子的视图；图22是表示根据本发明第三实施例的棒—拉制起始状态的一个例子的视图；图23是表示本发明第三实施例的棒—拉制的一个例子的视图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细说明本发明的实施例。在附图中，为了避免重复说明，相同的参考标号表示相同的部分。图中所示的比例大小不总是准确的。
将芯棒插入包层管，然后通过加热并合它们的过程，下文称为棒—塌缩。在通过加热使包层管和插在其中的芯棒并合在一起的同时执行光纤拉制的过程下文称为棒—拉制。
当在制造光纤的过程中执行棒—拉制时，通过加热使棒和管并合的结果是形成界面(下面有时称为“棒内界面”)。当将垂直于光纤轴线切割的横截面，通过浸泡在氢氟酸溶液或者含有氟化铵的缓冲氢氟酸溶液中进行化学腐蚀，并利用电子显微镜观察得到的表面时，边界表现为台阶。
在制造光纤的方法中，根据本发明，将芯棒插入包层管，去除芯棒表面以及包层管内表面的水分，封闭包层管的至少一端，在将芯棒和包层管之间形成的空间连接到干燥气体气氛和/或减压的同时，加热芯棒和包层管。如此加热的芯棒和包层管软化，并且随着其直径的减小而并合在一起，然后在此状态下进行光纤拉制。
上述步骤可以有效消除存在于芯棒表面和包层管内表面，即存在于二者之间界面附近的杂质(特别是OH基)，或者缺陷。另外，当芯棒和包层管并合在一起时，可以抑制可能出现的杂质侵入。因此，与过去传统棒—拉制制造的光纤相比，根据本发明的棒—拉制所制造的光纤可具有优异的光传输性能。另外，由于其大多数光学包层或全部光学包层是一次形成的，并且是在与芯合成步骤无关的步骤形成的，因而可实现降低制造成本和制造时间。
由于随着拉制步骤中管直径的减小，沿从管的外圆周部分到其内径中心的方向均匀地施加外力，所以快速而均匀地进行直径的减小，因此，气泡不会残留在与芯棒的界面上，并且芯和包层不会具有非圆形或偏心的形状。因此，即使在大而厚的包层管的情况下，也能够使用上述包层管通过棒-拉制制造出良好的光纤。
另外，本发明的光纤具有芯和包层，包层环绕芯而设置并且其折射率小于芯；在垂直于光纤轴线的横截面上的仅仅一个边界，这是通过加热使棒和管并合在一起时形成的；在波长1.38μm时等于或小于0.5dB/km的光传输损耗；低杂质(特别是水分)浓度，以及低损耗；以及具有高生产率的结构。
下面将说明本发明的实施例。图1是本发明第一实施例的流程图。图2是本发明第一实施例的一个修改例子的流程图。下面将主要参考图1所示的例子说明各个步骤。
在第一实施例中，准备分别制造的芯棒和包层管。不管芯棒和包层管是内部制造的，还是从第三方得到的，都可以使用。图1和2所示的括号内的步骤可以省略。包层管的净化、清洗、加热脱水、腐蚀、光滑以及芯棒的清洗，优选地作为棒—拉制的预处理步骤执行。随后，将芯棒插入包层管并固定。在随后的烘烤步骤中，通过加热使芯棒表面和包层管内表面脱水。封闭包层管的一端。随后，优选地使用干燥气体对芯棒和包层管之间形成的空间进行循环净化。接着，加热包层管，从而减小其直径。并且在将包层管和芯棒并合在一起时，从这样并合的部分开始进行棒—拉制，以得到光纤。
如图2所示，在包层管的预处理步骤中，只要需要，就可以根据包层管的内径执行包层管的外表面抛光或腐蚀，从而使包层管可以具有预定的外径和内径。另外，优选地，支撑管连接到包层管，从而对其支撑。
<芯棒的制造>
芯棒采用VAD法制造。使用芯合成燃烧器和第一包层合成燃烧器，并且将玻璃原料气体、可燃气体、助燃气体以及，只要需要，添加剂原料气体，供应到各个燃烧器，从而沿轴向在起始棒的底部沉积细小玻璃颗粒，由此制造玻璃颗粒沉积体。根据需要，将添加剂原料气体供应到芯合成燃烧器和第一包层合成燃烧器之一或二者上。所用玻璃合成燃烧器的数量根据需要确定。如上所述，制造玻璃颗粒沉积体时调节可燃气体、助燃气体、添加剂原料气体的流速、玻璃沉积量，等等，使得第一包层部分的直径D(在这种情况下，等于芯棒的直径)与芯部分直径d(二者最终通过玻璃化形成)之比D/d，成为大于1并小于2的范围内的预定值，从而得到预定的折射率分布。
当制造仅仅包括芯部分的芯棒时，不使用包层合成燃烧器，将玻璃原料气体、可燃气体、助燃气体以及，只要需要，添加剂原料气体，供应到芯合成燃烧器，从而沿轴向在起始棒的底部沉积细小玻璃颗粒，由此制造玻璃颗粒沉积体。在这种情况下，芯棒直径D与芯部分直径d之比D/d为1。
OVD法也可以用于制造芯棒。将要形成于芯部分的玻璃颗粒首先沉积在起始棒周围。在制造具有第一包层的芯棒时，将要形成于第一包层部分的玻璃颗粒沉积在芯部分周围。调节芯部分的沉积量以及第一包层部分的沉积量，使得第一包层部分的直径D(在这种情况下，等于芯棒的直径)与芯部分直径d(二者最终通过玻璃化形成)之比D/d，成为大于1并且小于2的范围内的预定值。在使用OVD法时，从这样得到的玻璃颗粒沉积体中抽出起始棒。
在上述二种情况下，将得到的玻璃颗粒沉积体脱水并玻璃化，从而得到芯周围没有包层的芯棒，或者包层很少的芯棒。当采用OVD法制造玻璃颗粒沉积体时，为了形成芯棒，将通过玻璃化得到的玻璃管加热塌缩成实心棒，或者同时进行玻璃颗粒沉积体的玻璃化和塌缩。除了上述的VAD法和OVD法，也可以单独使用或者综合使用其它的公知方法来制造芯棒，其它的公知方法例如溶胶—凝胶法、MCVD法和PCVD法。只要需要，采用公知的加热装置，例如电阻加热炉或感应加热炉，通过拉制过程来处理玻璃化的芯棒，以得到预定的直径。例如，进行拉制得到3到30mm的直径。
<制造包层管>
采用VAD法或OVD法可以制造包层管。当要制造外径大的包层管时，优选多燃烧器多层沉积法(MMD法)，其中多个燃烧器并列形成燃烧器列，燃烧器列与起始棒相对移动的距离不超过燃烧器间距的几倍。通过包括MMD法的OVD法，通过在起始棒周围沉积玻璃颗粒制造玻璃颗粒沉积体。通过从这样得到的玻璃颗粒沉积体中拉出起始棒，随后执行脱水和玻璃化来获得包层管。另外，可以通过在玻璃颗粒沉积体脱水和玻璃化之后拉出起始棒来制造包层管。
下面将参考图3说明MMD法。在这种方法中，玻璃颗粒沉积时在玻璃颗粒沉积体的长度方向仅有一个相应部分是由一个相应燃烧器形成的，由这些部分构成整个玻璃颗粒沉积体。起始棒1置于容器4中，多个燃烧器2布置成面对起始棒1，从而形成燃烧器列7。起始棒1和燃烧器列7之一是运动的，或者二者都运动，从而起始棒1和燃烧器列7相对往复运动。该往复运动的距离确定为大致等于燃烧器之间的间距。在这个实施例中，燃烧器之间的间距表示为燃烧器中心之间的距离。从燃烧器2供应的玻璃颗粒沉积在起始棒1上，从而形成玻璃颗粒沉积体6。玻璃原料气体、可燃气体和助燃气体可以供应到燃烧器，使得玻璃颗粒在从燃烧器喷出的火焰中被合成。另外，玻璃颗粒可以供应到燃烧器，再从燃烧器喷出。干净空气通过设置在燃烧器附近的通风口3供应到容器中，容器4内的气体与未沉积的玻璃颗粒一起从排气口5排出。
为了形成沿长度方向直径均匀的玻璃颗粒沉积体6，往复运动改变其方向的U拐点分散，使得其位置不总是处于相同的点。在图4中，示出了处于最外位置的燃烧器2a的运动(实线)以及与燃烧器2a相邻的在其内侧的燃烧器2b的运动(虚线)，直到每个燃烧器的U拐点返回其原始位置，但其它燃烧器的运动未图示。在图4中，U拐点在每次运动时沿垂直方向移动燃烧器间距的1/5，从而分散定位。根据起始棒的位置，沉积在玻璃颗粒沉积体两端的层数是变化的，例如，2、6、10、14和18层，在两端部分以外的位置沉积20层。
当采用VAD法形成包层管时，玻璃颗粒沉积体形成在起始棒的底部，随后执行脱水和玻璃化，以形成实体玻璃棒，然后将这样得到的玻璃棒穿孔。穿孔的方法可以是使用钻头形成孔，或者如图5所示，将穿孔工具推入加热软化的玻璃棒中心部分形成孔。另外，如同OVD法的情况，包层管也可以通过这样的步骤形成即，在起始棒周围沉积玻璃颗粒、拉出起始棒、然后进行脱水和烧结；或者通过这样的步骤形成即，对玻璃颗粒沉积体进行脱水和玻璃化、然后拉出起始棒。
也可以使用各种公知技术作为包层管的制造方法，如同芯棒的制造方法。只要需要，包层管的内和外表面可以机械研磨、抛光或拉长到具有预定的外径，从而调节内径、外径以及内、外表面的粗糙度。
参看图5，下面说明将穿孔工具推入加热软化的玻璃棒中心部分而形成孔的方法。将需要形成包层管的棒10装到穿孔设备20上。在加热部分23两侧设置的夹持装置22a和22b的卡盘27a和27b夹持支撑管11a和11b。将穿孔工具21从接收侧插入支撑管11b的孔中，并推到棒10末端。穿孔工具21通过设置在穿孔工具21和固定装置28之间的支撑件26固定在固定装置28上。以这样的方式将小方块(dice)25推在棒10的外表面上即，使小方块25面对穿孔工具21并夹住棒10。小方块25的内径设置得略小于棒10的直径。小方块25装在接收端靠近加热部分23。
通过加热源30的加热，棒10被加热到可被软化的1800℃到2600℃范围内。夹持装置22a和22b分别在基座24a和24b上以各自预定的速度从加料侧向接收侧运动(图5中箭头A所示的方向)，使得棒10运动到接收侧。穿孔工具21被推入软化的棒10中，从而形成孔。通过小方块25，形成具有预定外形的包层管10b。
<净化步骤>
对这样得到的包层管执行净化步骤。在对包层管内部施加高DC电压(例如等于或大于5kV(电场10V/mm))的同时，将包层管保持在500到1500℃范围中预定的温度下3小时或3小时以上。以这种方式，使玻璃中存在的或者吸附在玻璃内外表面上的金属杂质阳离子运动到负极一侧。随后，通过去除杂质富集的一部分玻璃，就可以得到高质量的包层管。
例如，如图6所示，将正极31a和负极31b装在加热炉32中，包层管10b放在加热炉32中，并夹在正极31a和负极31b之间。在支撑管11b从加热炉向外伸出的状态下，夹持装置34夹持支撑管11b。加热器33执行加热，从而将包层管加热到500℃到1300℃范围内。30kV的高DC电压施加在电极31a和31b之间，从而使金属杂质运动到负极31b一侧。随后，从加热炉32中取出包层管10b，然后将其外圆周部分抛光，从而去除杂质。在这种情况下，优选地执行此抛光过程使得包层管内圆周与其外圆周的偏心度等于或小于0.3％，由此可以减小包层管形成的光纤的不圆度和偏心度。包层管内圆周与其外圆周的偏心度是通过将管外径中心与其内径中心之间的位移量除以外径而得到的数值。
<HF清洗处理>
将上述得到的芯棒和包层管浸入氢氟酸溶液中清洗。如果氢氟酸溶液的浓度为0.1到50％(重量百分数)，则氢氟酸溶液容易处理。浸渍时间设定为1小时或多于1小时。通过这种处理，可以去除芯棒表面和包层管内外表面存在的含有杂质的层。
将这样清洗的芯棒和包层管通过在含有以下气体的气氛中加热来脱水诸如He或Ar的惰性气体、N2气、O2气、诸如Cl2或氟的卤素气体、诸如亚硫酰氯(SOCl2)或SiF4的含有卤素原子的气体、诸如SiCl4、GeCl4、POCl3、PCl3、BCl3或BBr3的气体或者这些气体的混合气体。
<支撑管的连接>
只要需要将支撑管连接到包层管两端，从而通过夹持支撑管可以处理包层管。被夹持部分位于包层管外部，从而防止包层管部分的有效部分因其被夹持而损坏。如图7a所示，使用诸如氢氧燃烧器12的加热源加热包层管10b和支撑管11之间的连接点，从而将支撑管11熔化连接到包层管10b的两端。根据包层管10b的形状，在切掉包层管10b的两端后，支撑管11可以连接到包层管。如果使用不产生水分的加热源，例如，当使用等离子燃烧器替代氢氧燃烧器12时，或者如图7b所示，当使用电阻加热型或感应加热型加热器13时，则OH基不进入连接点。即，包层管两端的OH基浓度可保持在低水平。因此，可以在制造的光纤的整个长度上减小OH基所造成的损失。优选地，在拉制起始侧或塌缩起始侧设置的支撑管，其直径小于包层管。如下所述，当包层管的末端通过在棒—拉制时使支撑管塌缩而封闭，从而与芯棒或连接其末端的支撑件并合时，如果支撑管具有较小直径，则容易进行封闭。
<安装>
如图8所示，将包层管10b垂直安装到拉制设备上。将顶部和底部侧的支撑管11b和11c分别安装到夹持装置43b和43a上。
在包层管安装到夹持装置之后以及芯棒插入之前，优选地使干燥气体流入包层管，将包层管内表面加热到80℃到1000℃范围内的温度。在150℃到800℃范围内加热更为理想。从而将物理吸附在包层管内表面的水分去除。可以使用长度大致等于包层管长度的加热源加热整个包层管，或者当加热源比包层管短时，可以使加热源与包层管相对移动而进行加热。加热包层管、芯棒和存在于二者之间的干燥气体的方法可以是，例如，将火焰吹到包层管外部的方法，吹等离子体状态的气体的方法，或者利用加热器产生热量的方法。在图8中，图示的例子使用长度大致等于包层管长度的加热器70，从而整个加热区被同时加热。
<气相腐蚀>
在包层管的加热和脱水步骤之后，可以对包层管内表面执行气相腐蚀步骤。当管的内表面残留有大量杂质时，该步骤是一种有效方法，因为通过腐蚀处理可以更加有效地去除管的内表面上残留的杂质。当管的内表面上的异物量减少时，可以抑制光纤拉制过程中的光纤断裂以及光纤不规则点的形成。作为腐蚀气体，例如，可以使用诸如SF6、NF3、SiF4、CF4或C2F6的氟化物气体或氟气。也可以使用以下混合气体含有上述化合物气体和诸如氦或氩的惰性气体、N2、O2或具有脱水作用或去除过渡金属作用的化合物气体，例如含Cl原子的化合物气体。
在气相腐蚀步骤中，管的内表面的温度升高到1000℃到2300℃范围内的温度。氟化物气体、氟气或类似气体被分解并能与玻璃反应，从而腐蚀管的内表面。优选地，腐蚀量设定为等于或大于10μm，从而防止管的内表面粗糙。
<内表面的光滑化>
也可以执行使包层管的内表面变光滑的步骤，其中使氯气、含有氯原子的化合物气体、氧气、氦气或含有上述气体中至少两种气体的混合气体流过包层管，并将包层管的内表面加热到1700℃到2300℃范围内的温度。这个步骤通过使残留在管的内表面上的微小划伤或凹凸部分熔化和变光滑，使得内表面的粗糙度减小到等于或小于20μm，同时包层管基本不变形。当使用氯气时，可以去除化学吸附在包层管上的水分以及残留在管上的过渡金属基杂质，并且可以有效地防止气泡产生。
<芯棒的插入>
如图9所示，芯棒40插入包层管10b中。通过使干燥气体从固定在盖47b并装到支撑管11b上的管42流入包层管10b，可以防止空气进入包层管10b，从而防止空气中的水分吸附在芯棒40和包层管10b上。使干燥气体从与芯棒40插入侧相反的一侧流入包层管10b。当芯棒40从底部侧插入时，使干燥气体从顶部侧流入；当芯棒40从顶部侧插入时，情况相反。优选地，使用气密封盖作为盖47b，例如，可以使用由氟化物树脂制成的盖。为了增强盖的气密封性，也可以使用诸如O形圈的密封材料。例如，可以联合使用石英制成的盖以及由氟化物树脂制成的O形圈。如下所述，优选地，将支撑件41a和41b熔化连接到芯棒40两端。
通过考虑芯棒直径D与芯部分直径d之比D/d，确定包层管外径D2和内径d2之比D2/d2，并且芯棒和包层管结合在一起，从而可以制造出具有所需结构和性能的光纤。芯棒和包层管之间的间隙，优选地在0.05到3mm范围内。换言之，管内径与棒直径之差等于或大于0.1mm。当棒插入管并且二者之间的间隙太小时，棒和管会彼此磨，在一些情况下可能产生划伤。当间隙过大时，通过熔化的二者之间的并合可能进行得不均匀。
芯棒和包层管之间的间隙大，或者芯棒很细时，可以将芯棒分成两根。在这种情况下，芯棒彼此间机械接触。因此，可以抑制位移造成的芯偏心或者芯棒弯曲。芯棒的接缝部分在拉制过程中或在拉制之后丢弃。
<干燥气体>
干燥气体是含有氢分子或者含有氢原子的化合物(例如，H2O，或CH3OH)、总浓度等于或小于10ppm(体积)的气体，理想的是等于或小于4ppm(体积)，特别理想的是等于或小于1ppm(体积)，最理想的是等于或小于1ppb(体积)。当化合物是水分时，其浓度可以使用露点测量。在这种情况下，10ppm(体积)相当于-60℃，4ppm(体积)相当于-67℃，1ppm(体积)相当于-76℃，1ppb(体积)相当于-112℃。这里所说的露点是在标准大气压下测量的。至于气体的种类，可以使用诸如He或Ar的惰性气体、N2气、O2气、诸如Cl2或氟的卤素气体、或者诸如SOCl2或SiF4的含有卤素原子的气体。另外，还可以使用SiCl4、GeCl4、POCl3、PCl3、BCl3或BBr3之类的气体。
<芯固定>
芯棒通过事先置于支撑管中的固定夹具44夹持和固定。由固定夹具44夹持的芯棒部分不能得到具有所需性能的光纤(好产品)。但是，如果由固定夹具44夹持的部分是由仅仅用于支撑芯棒的支撑件形成时，芯棒就不会被浪费。因此，支撑件优选地连接到芯棒两端。在通过塌缩包层管而将包层管末端封闭、使得包层管接触芯棒的情况下，由通过塌缩使包层管与芯棒并合的部分不能得到好的产品。因此，优选地使连接到包层管的支撑管塌缩，从而与连接到芯棒的支撑件并合，这是因为包层管和芯棒不会被浪费。
下面说明支撑件41a和41b熔化连接到芯棒上以及支撑件被固定夹具夹持的情况。如图10所示，固定夹具例如是具有槽45的环46。环的外径被形成为略大于支撑管的内径，环46的内径被形成为略小于支撑件的外径。当环46由弹性材料制成时，可以将环46推入支撑管中，并且可以将支撑件推入环46中，从而通过环46将支撑件固定在支撑管上，环46置于它们之间。因此，芯棒40固定在包层管10b内。即使当芯棒处于固定状态下，干燥气体也可以沿垂直方向通过环46的槽45流入。
当芯棒40从其底部插入包层管时，如图11所示，将固定夹具44在顶部侧插入支撑管11b，并将支撑件41b推入其中，从而固定芯棒40的上端。通过使用固定夹具44，可以将芯棒40固定在包层管10b的中心。结果，可以减小通过拉制得到的光纤的不圆度和偏心度。支撑件41a预先在其底端装有固定夹具44，并与固定夹具44一起被推入位于底部侧的支撑管11c内，支撑杆48置于支撑件41a下面，盖47a装在位于底部侧的支撑管11c的底端。芯棒40由支撑管11b和支撑管11c固定，并且悬在管中，芯棒40的底端由具有支撑杆48的盖47a支撑，支撑杆48置于它们之间。盖47a具有管49，由此可以输入或排出气体。支撑管11c借助于盖47a而被密封。
代替固定夹具的使用，可以通过加热减小支撑管或者包层管末端部分的直径来夹持芯棒。在这种情况下，以这样的方式减小支撑管的直径或包层管的直径使得形成间隙，从而使气体在直径减小部分处上下流动。可以减小支撑管或包层管的末端部分厚度，从而能够易于实现直径的减小。在图12所示的例子中，支撑件41b设计成从支撑管11b向上突出，突出部分被夹持装置50夹持，从而固定芯棒40。在这种情况下，管42和支撑件41b布置成彼此不接触。支撑件41b和盖47b之间的间隙减小到最小值。特别是，当诸如SF6或Cl2的有毒气体流入包层管10b时，通过在支撑件41b和盖47b之间的间隙中填充密封材料来保持气密性。
从插入芯棒到结束拉制，为了防止空气中的水分、氢分子或含有氢原子的化合物进入包层管，芯棒和包层管之间的空间总是置于干燥气体气氛、减压气氛或干燥气体和减压气氛中。保持包层管内的干燥气体气氛的方法可以是，例如，这样的方法即，用上面提到的这样的气体置换包层管内的气体并随后密封；或者这样的方法即，从包层管一端排出干燥气体，同时从另一端连续供应上面提到的这样的气体。在后一种方法中，干燥气体从管42中供应，包层管10b内的气体从管49排出，如图11和12所示的。当连续供应干燥气体时，不再要求将盖47a装到支撑管11c的气密性。
<烘烤>
当芯棒插入并固定到包层管之后，在芯棒和包层管之间形成的空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的状态下加热管和芯棒，从而去除吸附在管内表面和芯棒表面上的氢分子或含氢原子的化合物(下面将这种处理称为脱氢处理)。例如，在该空间连接到干燥气体的流路并且被供应干燥气体时，将芯棒和包层管加热。另外，在通过排出空间内存在的气体而对空间减压时，加热芯棒和包层管。或者，加热芯棒和包层管，同时将干燥气体供应到空间中并同时排出其中的气体，使空间处于减压状态。此脱氢处理执行的加热步骤称为烘烤步骤。当芯棒表面和包层管内表面通过烘烤步骤进行脱氢处理时，可以减小随后棒—拉制步骤得到的光纤的棒内界面附近的OH基浓度。因此，可以得到传输损耗(由OH基存在而造成的)呈现为如此低值的光纤，而通过以前的棒—拉制是不能得到的。
下面将说明在通入干燥气体气氛时执行加热处理的情况的一个例子。如图11和12所示，通过从管42供应干燥气体以及通过管49从包层管10b排出气体，而从包层管的顶部到底部产生气流。气流也可以沿着与上述方向相反的方向来产生。优选地将气体流速设定为标准条件下每分钟1升或大于1升。包层管内表面或芯棒表面加热到80℃到1000℃范围内的温度。如果温度高，例如超过1000℃，则物理吸附在棒表面或管的内表面的水分可以与玻璃反应，并且化学吸附到芯棒或包层管上，或者能够以OH基的形式结合在玻璃中。结果，在一些情况下去除水分可能变得困难。加热温度优选为等于或小于800℃。当加热温度设定为等于或小于600℃时，在玻璃表面不产生OH基。当温度设定为等于或小于550℃时，水分不会化学吸附在玻璃表面。另一方面，为了去除物理吸附的水分，等于或大于80℃的温度是有效的。当温度等于或大于150℃时，可以在短时间内执行去除。当温度等于或大于350℃时，可以在更短的时间内执行去除。例如，包层管的内表面在450℃保持30分钟或更长时间。干燥气体可以是诸如氮气、氧气、氦气或氩气的气体，或者可以是含有卤素气体或卤化气体的气体。
可以对烘烤期间位于干燥气体供应侧的支撑管进行加热，使得干燥气体在流过支撑管时可被加热，然后供应到包层管内。在这种情况下，气体流过管的流速可以设定为，例如等于或大于1slm，从而防止空气从下游侧流入。
作为加热源，可以使用燃烧器或加热器。考虑到不能将水分供应到包层管外表面，优选地使用加热器。加热区设定为包层管整个长度。当支撑管塌缩以与芯棒或支撑件并合时，在烘烤步骤对在支撑管或支撑件并合位置开始的有效部分侧的部分执行脱氢处理，从而减少吸附在上述部分的氢分子或含氢原子的化合物的数量。因此，在棒—拉制过程中彼此并合的部分不产生OH基，因此不会出现OH基所造成的光传输损耗增大的问题。在与上述相同的原因下，当支撑管和支撑件的OH基浓度在从其表面到10μm深的区域内设定为等于或小于1ppm(体积)，在此区域的氢不会形成OH基，从而不会造成光传输损耗的增大。
当加热源的长度小于加热区长度时，加热源与包层管和芯棒彼此相对运动。可以移动加热源，或者包层管和芯棒，并且它们能够以彼此不同的速度运动。使用长度与加热区的长度大致相同的加热源时，可以同时加热整个加热区。
在烘烤步骤，当包层管10b内部是减压气氛时，与干燥气体的供应量相比，包层管10b内的气体排出量增大，或者不供应干燥气体，包层管10b内的气体从管42或49排出。包层管10b内的压力，优选地设定为等于或小于60kPa。因为从包层管内表面和芯棒表面去除的水分是从包层管内排出的，因此，通过对包层管内部进行抽气可加速水分的去除。另外，水分一旦从包层管或芯棒上去除，就不再吸附到其上面。烘烤步骤可以在用固定夹具或类似物将芯棒40固定在包层管10b内部之前进行。
如果在不同温度下执行烘烤步骤两次(第一子步骤和第二子步骤)，可以进一步去除芯棒和包层管上的水分。在第一子步骤，如上所述，进行加热时使包层管内表面或芯棒表面的温度达到80℃到1000℃的范围，或者优选地为150℃到1000℃；第二子步骤优选地在高于第一子步骤的温度下进行。在第一子步骤，芯棒和包层管之间的空间气氛如上所述，但在第二子步骤，使芯棒和包层管之间的空间具有这样的干燥气体气氛即，含有卤素气体或卤化气体。例如，当从包层管一端将含有具有去除过渡金属作用的气体(例如Cl2)的气氛气体供应到包层管、并将其从另一端排出时，包层管内的温度升高到等于或大于1000℃。含有氯原子的气体(诸如氯气或SOCl2)，例如可以用作具有去除过渡金属作用的气体。可以用氦、氩之类的气体稀释具有去除过渡金属作用的气体。当加热温度设定为等于或大于1020℃时，化学结合在芯棒表面和包层管内表面及其附近的水分可以在短时间内去除。另外，由于氯化镍或氯化铁的蒸气压为等于或大于1atm，因此通过蒸发可以去除其过渡金属。例如，将包层管内表面在1020℃保持30分钟或更长时间。
在上述气相腐蚀步骤或上述内表面光滑化步骤之前，可以在将包层管内的空间连接到干燥气体气氛和/或保持在减压状态的同时执行与烘烤处理相同的处理。通过上述处理，在通过气相腐蚀处理包层管内表面时，可以抑制由腐蚀气与水分之间的反应所生成的诸如硫等的有毒物生成。
<封闭>
在通过烘烤步骤去除芯棒表面和包层管内表面的水分之后，如图13所示，将底部侧的支撑管11c置于朝向光纤拉制炉51的加热部分52的位置处。在此步骤中，包层管10b可以运动，或者光纤拉制炉51可以运动。使加热部分52产生热量，从而将包层管10b和支撑管11c加热到1800℃到2600℃范围内的温度，并且此部分直径减小。这样，如图14a所示，将芯棒40和包层管10b并合在一起，从而将包层管10b的底端封闭。另外，作为图14b表示的关键部分，支撑管11c和支撑件41a并合在一起，从而使包层管10b的底端封闭。直到包层管10b封闭之前，将干燥气体从管42供应到包层管10b内，并且包层管10b内的气体由管49排出。在空间72中，干燥气体从图12的顶部流到底部。所用的干燥气体可以是氧、氮、氩、氦、氯或含有这些气体中至少两种气体的混合气体。
为了保持空间72的气密封状态，在盖47b和支撑管11b之间的接触部分使用诸如O形圈的密封材料。但是，当空间72减压时，外部空气不可避免地从盖47b和支撑管11b之间或者盖47b和支撑件41b之间的间隙进入空间72。在第一实施例中，通过从管42将干燥气体供应到空间72，可以减少进入空间72的外部空气量。另外，通过稀释和吹开外部空气，空间72的露点可以保持在低数值(1evel)。另一方面，根据日本未审查专利申请7-109141中的图4或图6所示的结构，不可能使干燥气体流过芯棒和包层管之间形成的空间，当空间减压时，高露点的外部空气进入此空间。结果，此空间的露点不能保持在低数值，因此由此芯棒和包层管得到的光纤的棒内界面的OH基浓度不能降低到足够低的水平。
管42具有流量计56和压力计57，从而可以测量包层管10b内的气体流速和压力。根据结果可以判断包层管10b底端是否完全封闭。当从包层管10b的顶部流到底部的气体流速快速下降时，或者包层管10b内的压力快速增大时，可以确定包层管底端完全封闭。当包层管底端封闭时，立即打开阀60，使得空间72内的空气从管59排出。为了在包层管10b封闭并且其中压力增大时防止包层管10b爆炸，也可以提供旁路管54。当包层管10b底端封闭时，旁路管54设置的阀55打开，从而即使在包层管10b完全封闭时，也使干燥气体流过旁路管54。
当包层管10b底端封闭时，通过加热软化芯棒40底部。但在图13所示的例子中，芯棒40的全部重量未施加在软化部分，因为芯棒40通过支撑件41b而被夹持装置50固定。因此，抑制了芯棒在软化部分的变形。
如上所述，包层管10b末端的封闭未限制包层管自身和芯棒的末端部分之间的并合。包层管的末端也可以这样的方式封装即，将支撑管连接到包层管，并且支撑管和芯棒并合在一起。当支撑件连接到芯棒时，包层管的末端也可以通过将支撑件与包层管或支撑管并合而封闭。
在拉制步骤中，光纤的拉制是从并合部分开始的。在光纤拉制速度以及光纤直径达到预定的稳定值之前，从光纤拉制开始需要一段时间。因此，在此期间拉制的光纤不能成为好产品，并被丢弃。当支撑管和支撑件彼此并合时，从光纤拉制开始起给定的一段时间内所拉制的、需要丢弃的光纤部分，来自于支撑管和支撑件，因此可以认为从包层管和芯棒开始拉制的光纤几乎全部都是好产品，由此可以提高产量。
如果通过在包层管、支撑管、芯棒和/或支撑件并合的相应部分添加磷、锗或氟降低熔点，则可以容易地执行并合。
优选地，在封闭包层管末端后，将封闭部分连续加热几分钟到几十分钟，从而防止封闭部分具有不圆的形状。理想的是将包层管、支撑管、芯棒和/或支撑件相对于加热源而相对转动，因为这可以进一步防止形成不圆的形状。
<循环净化>
当包层管10b一端封闭之后，优选地对包层管10b内部进行循环净化，从而可以使脱氢处理更加有效地进行。如图14a所示，关闭管42设置的阀58，打开管59设置的阀60，通过管59对包层管10b内部抽气。管59装有压力计57，可以测量包层管10b内的压力。当包层管10b内的压力达到等于或小于10kPa时，关闭阀60，从而停止抽气。接着打开阀58，从而将干燥气体输入包层管10b内，直到其中的压力达到等于或大于50kPa。重复上述抽气和气体输入，使得包层管10b内部处于干燥气体气氛中。
优选地，执行抽气直到压力达到等于或小于1kPa，并且优选地，进行气体的输入直到压力达到等于或大于100kPa。通过进行循环净化，可以去除通过烘烤未能去除的氢分子或含氢原子的化合物，或者可以去除烘烤后吸附在棒或管上的氢分子或含氢原子的化合物，例如水分。
<棒—拉制>
当封闭包层管10b时，将底部侧的支撑管11c拉出光纤拉制炉51，光纤是从封闭部分开始拉制的。如上所述，当仅封闭包层管一端时，在拉制步骤将包层管另一端连接到干燥气体气氛，从该另一端抽出包层管与芯棒之间空间内的气体，用于减小该空间的压力，或者在该空间连接到干燥气体气氛的同时执行减压。
当芯棒40和包层管10b输送到光纤拉制炉51时，芯棒的表面加热到500℃到1800℃范围内的温度，包层管的外表面加热到1300℃到2300℃范围内的温度，理想的是1300℃到2100℃，更理想的是1400℃到2100℃。因此，芯棒40和包层管10b从底到顶彼此并合在一起，并且从并合部分拉出光纤。
在此步骤，当芯棒和包层管之间的空间减压到压力等于或小于10kPa时，芯棒表面加热到500℃到1300℃范围内的温度，包层管的外表面加热到1000℃到1800℃范围内的温度。当此空间未减压，或者仅是略微减压时，芯棒的表面加热到1000℃到1800℃范围内的温度，包层管的外表面加热到1500℃到2100℃范围内的温度。因此，通过棒—拉制由芯棒40和包层管10b形成光纤。包层管10b和芯棒40可以绕其轴线旋转。
光纤拉制炉的入口具有气体供应部分53，将诸如氮或氦的惰性气体吹入包层管，从而进行气体密封，以防止光纤拉制炉外部的气体从其顶部进入光纤拉制炉。气体供应部分53的箭头表示气体流动方向。
当拉出的光纤具有预定的缩小直径时，切断拉出的光纤，并且将支撑管11c和连接到其上的部分，即，盖47a和管49，与包层管10b分离。随后，如图15所示，使光纤61经过冷却装置62、外径测量装置63、树脂涂覆装置64和树脂固化装置65，然后装到由导辊66、绞盘(capstan)67和蓄线器(accumulator)68构成的路线上。这样，光纤由绞盘67拉出，以便由卷绕装置69卷取。
将由芯棒和包层管制成的并合部分加热到1800℃到2400℃范围内的温度，使光纤由此拉出。图16表示拉制光纤的一个例子。在此例子中，加热部分具有两段结构(52a和52b)，并且芯棒40的表面由上侧加热部分52a加热到500℃到1800℃范围内的温度，从而芯棒40和包层管10b彼此并合在一起；芯和包层的并合部分由下侧加热部分52b加热到1800℃到2400℃范围内的温度，从而拉制光纤。如上所述，根据芯棒40和包层管10b之间的空间的减压程度，调节将芯棒40和包层管10b并合在一起所需的温度。另一方面，拉制由芯和包层形成的并合部分所需的温度与空间的减压程度无关。因此，如果并合所需温度由上侧加热部分52a控制，并且下侧加热部分52b的温度设定为高于上侧温度，则可以增大拉制速度。这里，可以使用电阻加热或感应加热作为加热方法。
在棒—拉制过程中，干燥气体气氛与芯棒40和包层管10b之间的空间72之间的连接，是通过管42与外部干燥气体供应源连接而实现的，外部干燥气体供应源未在附图中表示。干燥气体包括氧、氮、氩、氦、氯之一或者含有至少两种所列举气体的混合气体，将其通过管42供应到空间72。空间72的减压是通过管59排出空间72的气体而实现的。优选地，芯棒40和包层管10b之间的空间72是这样进行减压的通过将芯棒40和包层管10b之间存在的空间连接到作为干燥气体流动通道的管42并供应干燥气体，同时空间72的气体通过管59减压。空间72的理想减压程度为等于或小于10kPa。优选地，该压力进一步减小到等于或小于4kPa，更理想的等于或小于1kPa，最理想的等于或小于0.1kPa。如果芯棒40和包层管10b之间的空间连接到干燥气体气氛，则可以在向其供应干燥气体的同时执行光纤拉制，从而可以防止空气中的水分进入该空间。通过芯棒40和包层管10b之间的空间减压，包层管10b内的气体量减少。并且即使氢分子或含氢原子的化合物气体进入该空间，其数量也可以减少。
当包层管内部被减压时，芯棒和包层管可以在低温下彼此并合。当加热温度下降时，传递到芯的热量可被减少。在包层管内部被减压到等于或小于10kPa的情况下，如上所述，芯棒表面加热到500℃到1300℃范围内的温度，包层管的外表面加热到1300℃到1800℃范围内的温度。在这些温度范围内，芯棒和包层管不会软化到这样的程度作为因其自身重量而下垂的结果而使得它们变形。因此，如此形成的光纤的偏心度和不圆度小，包层外径与芯直径之比沿长度方向保持在恒定值，诸如截止波长和色散的性能的变化小。
当空间72的压力减小到等于或小于4kPa时，即使具有较厚的壁厚，包层管也容易塌缩。因此可以不用不必要地提高光纤拉制炉的温度。因此，未浪费能量。另外，在确定诸如线速度和张力等拉制条件方面可以得到较大的自由度。
在图17所示的第二实施例中，在将芯棒表面和包层管内表面进行脱氢处理的同时拉制光纤。在图17中，圆括号中描述的步骤是可以省略的步骤。将芯棒插入包层管并对它们二者进行固定的步骤以及之前的步骤均与第一实施例的相同。接着，当包层管至少一端封闭后，芯棒和包层管之间的空间受到循环净化。上述两步也与第一实施例的相同。接着，芯棒和包层管运动到光纤拉制炉上方的一个位置。在此步骤中，通过封闭包层管由芯棒和包层管形成的并合部分，置于加热部分中心上方的一个位置。运动到这样一个位置，使包层管的内表面在最靠近芯棒和包层管形成的并合部分的位置(在此位置，芯棒和包层管尚未并合在一起)，具有大致80℃到150℃的温度。光纤拉制炉51的加热部分52的温度可以临时减小。在这种情况下，芯棒和包层管之间的空间保持连接到干燥气体气氛。
随后，芯棒和包层管逐渐向下运动到光纤拉制炉。在加热部分52的温度临时下降的情况中，温度提高。随着芯棒和包层管的运动，芯棒表面和包层管内表面的温度在彼此尚未并合的部分逐渐增大。在这种情况下，芯棒和包层管之间的空间在最靠近并合部分的部分(在此部分，芯棒和包层管尚未并合在一起)连接到干燥气体气氛。另外，芯棒和包层管之间的空间连接到干燥气体气氛，同时抽出空间内的气体，从而进行减压。在这种状态下，芯棒表面和包层管内表面受到烘烤，因为芯棒表面和包层管内表面加热到80℃到1000℃范围内的温度，优选的是150℃到1000℃的范围。随后，将芯棒和包层管逐渐向下运动到光纤拉制炉的较低位置。因此，对应于芯棒和包层管的运动，要被烘烤的部分逐渐移动到芯棒和包层管的上部部分。
当芯棒和包层管并合在一起的部分达到光纤拉制炉加热部分中心附近，芯棒和包层管的运动临时停止。芯棒和包层管保持在此位置，使得芯棒和包层管并合在一起的部分的温度升高。当在并合部分的包层管外表面的温度升高到1300℃到2100℃范围内的温度时，从并合部分开始光纤拉制，从而得到光纤。此后的步骤是在与第一实施例所述相同的方式下执行的。随着连续拉制光纤，芯棒和包层管也连续地从其顶部侧到底部侧进入光纤拉制炉。因此，在芯棒表面和包层管内表面要被加热的一部分未并合部分逐渐从并合部分移动到其相反的另一端。芯棒和包层管之间的空间连接到干燥气体气氛。同时，芯棒和包层管之间的并合沿向上的方向进行。因此，在连续烘烤芯棒表面和包层管内表面时，执行光纤的拉制。也可以在执行减压的同时执行这些步骤。
在第二实施例中，如图18所示，由至少两段形成的加热部分是有效的。如果加热用于光纤拉制的并合部分的下侧加热部分52b加热到1800℃到2400℃范围内的温度，并且上侧加热部分52a置于面向尚未并合在一起的包层管和芯棒的位置，其温度设定为80℃到1000℃范围内的温度，就能容易去除物理吸附在包层管内表面和芯棒表面的水分，而这些位置是由加热部分52a加热的。
根据本发明第三实施例，光纤的棒—拉制可以在包层管两端封闭的状态下进行，这种状态使其内部封闭。
在包层管两端将被封闭的情况下，封闭其一端，随后将芯棒和包层管之间的空间中的气体从另一端抽出，从而将此空间减压，然后封闭另一端。因此，可以得到存在于芯棒和包层管之间的空间处于减压状态的光纤预制棒。此空间的减压程度是由两端封闭时形成的空间体积确定的。此空间随着棒—拉制的进行而变小，因此其压力增大。对此空间进行减压，使得此空间在光纤拉制结束时的气体压力不会等于或大于大气压。例如，该空间减压到等于或小于1kPa。当此光纤预制棒进行光纤拉制时，芯棒和包层管之间的空间处于减压状态。
当包层管末端封闭时，在仅封闭一端或者封闭两端的情况下，芯棒和包层管之间空间的露点，可以通过对空间减压同时将空间连接到干燥气体气氛而降低。因此，可以防止在芯棒表面和包层管内表面形成OH基，从而可以减小棒—拉制得到的光纤由于OH基所造成的传输损耗。
由两端封闭的包层管以及封闭在其中的芯棒构成的光纤预制棒，可以按照与传统实心光纤预制棒相同的方式处理。在第三实施例中，从烘烤步骤到封闭包层管两端的步骤等这些步骤是在与光纤拉制炉不同的设备中进行的，由此形成的光纤预制棒可以在与传统相同的光纤拉制炉中拉制。考虑到使用现有的制造设备，上述方法是一种有效的方法。
在第三实施例中，执行包层管的封闭就是为了封闭包层管的两端，并且与传统棒—塌缩不同，包层管的整个长度不塌缩。因此，可以在一定程度上节省时间、设备和操作成本。结果，可以在低成本下制造光纤。
参看图19，下面说明第三实施例的流程。在图19中，括号中所述的步骤可以省略。
封闭包层管一端的步骤，是在通过烘烤步骤对芯棒表面和包层管内表面脱氢处理之后执行的，并且前续步骤与第一实施例的相同。但是，只要烘烤步骤可以在除了光纤拉制炉以外的加热设备中执行，烘烤步骤和封闭包层管就可以在上述加热设备中执行。另外，加热设备并不限于图12所示的设备，在图12中，芯棒和包层管沿垂直方向安装。也可以使用芯棒和包层管沿水平方向安装的加热设备。
当包层管一端封闭后执行的循环净化步骤与第一实施例中的相同。当空间内的气体排出，使得其中的压力下降到等于或小于1kPa之后，封闭包层管的另一端。将两端封闭的光纤预制棒加热，随后执行棒—拉制过程。
下面将参考图20具体说明在封闭包层管一端后所执行的步骤。打开阀60，从管59排出空间72内的气体。空间72的压力由压力计57监测，排出空间72的气体，直到压力下降到等于或小于1kPa。一旦空间72的压力下降到等于或小于1kPa之后，可以像第一实施例一样执行循环净化，其中重复执行空间72的气体输入和抽空。
当排出空间72中的气体直到压力等于或小于1kPa之后，如图21所示，将加热源73置于包层管10b的顶部或者支撑管11d的侧面，并且支撑管11d或包层管10b顶端塌缩，从而与支撑件41b或芯棒40并合。如图21所示，因为需要有效利用芯棒40以及包层管10b的整个长度，因而，优选地使支撑管11d和支撑件41b彼此并合。
当包层管两端的封闭结束时，停止抽真空，从支撑管上拆下盖47a和47b以及各个管。
在对这样形成的光纤预制棒开始光纤拉制的一侧，在并合部分外侧的位置切断支撑管和支撑件，或者在加热后将它们撕掉。优选地，对切断或撕掉的末端进行处理，使其形状适合于开始拉制。如上所述，从开始拉制起的一段时间内，光纤拉制不能形成好的产品。因此，优选地，允许残留一部分支撑管和支撑件作为光纤拉制开始的边缘末端，残留的程度使这段时间的初始光纤拉制是利用这部分支撑管和支撑件进行的。
如图22所示，连接在支撑管11d上的延伸件74由夹持装置75夹持，光纤预制棒100从预制棒100的拉制起始端进入光纤拉制炉51。另外，不使用延伸件，支撑管11d可以直接由夹持装置75夹持。夹持装置75连接到预制棒输送装置76。
如图23所示，光纤61由绞盘67从光纤预制棒100的底端拉制，同时通过光纤拉制炉51的加热部分52的加热，包层管10b的底端塌缩并与芯棒40并合。通过包层管的塌缩实现并合，这与第一实施例相同，并且光纤拉制炉的加热部分的热量分布，按与第一实施例相同的方式确定。芯棒和包层管之间的空间77减压到等于或小于1kPa，并且被封闭，因此包层管10b的塌缩可以平稳地进行。
随着光纤拉制预制棒100的拉制进行，空间77的尺寸减小，并且其中的压力不断增大。在支撑件41b和支撑管11d并合在一起的情况下，空间77包括位于光纤预制棒顶端的非有效部分的空间，以及在光纤预制棒100的有效部分拉制结束时的阶段、在支撑件41b和支撑管11d之间的空间。当包层管顶端封闭时设定的空间压力是预先计算的，使得光纤拉制结束时存在的空间压力可以小于光纤预制棒100周围存在的外部压力，并且当包层管顶端封闭时，使空间具有上述计算的压力值。支撑件和支撑管彼此并合的部分可以设置为离开包层管10b一定距离，使得光纤拉制结束时存在的空间具有足够的体积。
在图23所示的气体密封方法中，为了防止光纤拉制炉51外部的气体进入光纤拉制炉51，将气体从位于光纤拉制炉51的气体供应部分53喷射到光纤预制棒100。但是，整个光纤预制棒可以置于容器内，并且炉内气氛和炉外气氛可以在支撑管或延伸件的位置分开。根据所用的加热源，炉内气氛和炉外气氛不需要总是分开。
预制棒输送装置76向下运动，从而将光纤预制棒100输入光纤拉制炉51。随着光纤预制棒100输入光纤拉制炉51，包层管10b和芯棒40彼此逐渐并合；同时，绞盘67从并合部分拉制光纤61。如同第一实施例的情况，使拉出光纤拉制炉51的光纤61经过冷却装置62、外径测量装置63、树脂涂覆装置64和树脂固化装置65，接着进入由导辊66、绞盘67和蓄线器68组成的路线，最后由卷取装置69卷取。
在第三实施例中，在光纤预制棒的光纤拉制过程中，不需要提供用于排出芯棒和包层管之间空间的气体的管以及用于将空间连接到干燥气体气氛的管。因此，当光纤由预制棒输送装置输入光纤拉制炉时，不存在管的位置排列问题，从而可以容易地定位光纤预制棒。另外，可以使用用于实心光纤预制棒的传统光纤拉制炉，而无需任何修改。
在第一和第三实施例中得到的光纤仅有一个边界，它是在通过加热使棒和管彼此并合时形成的，并且波长1.38μm的光传输损耗可以减小到等于或小于0.5dB/km，并且进一步可达到等于或小于0.35dB/km。这些数值分别对应于波长1.38μm的OH基吸收损耗约等于或小于0.25dB/km，以及约等于或小于0.1dB/km。边界存在于p1/r1之比为1到小于2的区域，其中p1是从芯的中心到边界的距离，r1是芯的半径。
另外，偏振模色散(PMD)可以减小到等于或小于0.15ps/km1/2，并且进一步减小到等于或小于0.08ps/km1/2。长度方向色散值变化的绝对值可以减小到等于或小于2ps/nm/km2，并且进一步减小到等于或小于0.5ps/nm/km2。芯的偏心度也等于或小于0.3％。
<芯棒>
优选地，这样设定芯棒的直径D与芯部分的直径d之比D/d，使得其保持1≤D/d＜2。当满足此关系时，先前已经合成为一部分芯棒的光学包层部分的主要部分合成为包层管。因此，可以实现降低生产成本和生产时间。对芯棒执行的火焰抛光步骤也可以省略。当D/d之比在1到1.4的范围内时，在必须与芯相同的工艺中合成的第一包层，可以仅仅具有与芯大致相等的体积，因此在生产率方面的作用是明显的。
制造芯棒的材料可以是，例如，纯石英本身，由纯石英和添加的氧化锗(GeO2)组成的材料，或者由纯石英和添加的增大折射率的添加剂(例如，P2O5、Al2O3、TiO2或Cl)组成的材料。
通过在芯棒外圆周部分提供成分大致等价于包层管内表面部分的一部分光学包层，可以抑制芯棒或包层管的变形，或者当加热芯棒和包层管时可以抑制界面产生气泡。因此，可以制造出在传输损耗、PMD、色散性(光纤在长度方向的色散值变化)等等方面具有优异性能的光纤。
在将诸如GeO2的添加剂添加到芯，并且使用纯石英作包层的情况下，通过在芯棒周围提供一部分由纯石英制成的光学包层，芯棒和包层可以彼此并合，使得在加热过程中其同心度得以保持。因此，可以抑制芯的不圆度或偏心度的出现。并且，与先前相比，由于芯棒中存在的光学包层的数量小，因此可以降低制造成本。只要比例D/d等于或小于1.2，就可以按这样的方式形成光学包层即，制造仅仅由添加GeO2的玻璃颗粒组成的玻璃颗粒沉积体，并且使存在于其外圆周部分的锗在玻璃颗粒沉积体脱水和玻璃化期间扩散或蒸发。
<包层管>
包层管内表面附近的折射率，理想的是可以基本等于芯棒的第一包层，并且包层管的制造可以使用，例如，其中加入减小折射率的、诸如氟或B2O3的添加剂的纯石英；纯石英本身；或者其中加入增大折射率的、诸如GeO2、P2O5、Al2O3、TiO2或Cl的添加剂的纯石英。更优选的是，包层管内表面附近的成分与第一包层相同。
<管的扩大>
包层管的外径D2与其内径d2之比D2/d2在5到30的范围内，理想的是大于7到30，更理想的是8到30。另外，理想的外径等于或大于90mm，更理想的是等于或大于120mm，进一步理想的是等于或大于140mm。另外，长度理想的是等于或大于500mm，更理想的是等于或大于600mm。使用这种大的包层管，可以通过一个拉制操作制造长度更长的光纤，因此能提高生产率。包层管外径与其内径之比可以根据所需光纤的结构适当调整。
<偏心度>
芯棒和包层管在其整个长度上的偏心度，理想的是等于或小于0.3％，更理想的是等于或小于0.2％。如同这里使用的，对于具有第一包层的芯棒，术语“偏心度”是这样的数值即，其可以通过将芯部分的中心与芯棒中心之间的位移量除以芯棒直径而得到。包层管的偏心度是根据内圆周与外圆周的关系确定的，并且是这样的数值即，将管内径中心与其外径中心之间的位移量除以外径而得到的数值。因此，不但可以减小最终得到的光纤的芯偏心度的量，而且也能在芯棒和包层管彼此并合时减小垂直轴线的横截面上熔融态的不均匀度，由此可以抑制气泡的产生和芯的不圆度。结果，可以得到传输性能优异的光纤。
<管的不圆度>
芯和芯棒第一包层的不圆度以及包层管外径和内径的不圆度，优选地分别等于或小于1.5％。更为理想的采用等于或小于0.5％的不圆度，并且进一步理想的采用等于或小于0.2％的不圆度。棒—拉制不圆度小的芯棒或包层管得到的光纤，抑制了芯不圆度的恶化以及双折射率的增大，并且减小了PMD。例如，可以达到等于或小于0.15ps/km1/2。另外，当芯棒和包层管彼此并合时，可以减小垂直轴线的横截面上熔融态的不均匀度，均匀地进行芯棒和包层管之间的并合，并且可以抑制气泡产生。因此，可以使由此生产的光纤的传输性能优异。另外，由于由此得到的光纤包层的壁厚偏差小，即，由于芯不是偏心的，由光纤接合生成的损耗低。当组合使用不圆度和偏心度都小的芯棒和包层管时，上述效果可以进一步加强。
优选使用表面粗糙度等于或小于20μm的芯棒以及内表面粗糙度等于或小于20μm的包层管。因此，当芯棒和包层管彼此并合时，可以有效抑制气泡的产生，这是因为焊接在一起的这些表面的粗糙度小。因此可以抑制光纤拉制中出现的光纤断裂和直径变化。另外，可以减小得到的光纤的传输损耗。可以这样减小表面粗糙度即，通过使用加热装置，例如电阻加热炉或感应加热炉，拉制棒或管使得具有预定直径；或者通过在摩尔浓度0.1％到50％(重量百分数)的氟化氢水溶液中浸渍1小时或1小时以上，去除表面含杂质的层。
芯棒的OH基浓度，理想的是等于或小于20ppm(重量)，更理想的是等于或小于10ppm(重量)，更理想的是等于或小于2ppm(重量)，更理想的是等于或小于1ppm(重量)，最为理想的是等于或小于0.1ppm(重量)。对于包层管，包括在所形成光纤的模场直径中的部分的OH浓度，理想的是等于或小于20ppm(重量)，更理想的是等于或小于10ppm(重量)，更理想的是等于或小于2ppm(重量)，更理想的是等于或小于1ppm(重量)。通过使用起始OH浓度低的芯棒和包层管，可以得到由OH基造成的光传输损耗低的光纤。当芯和包层之间的界面的OH浓度为0.05ppm时，由于OH基造成的光传输损耗为0.5dB。
如同上述的例子，当厚度小的芯棒以及厚度大的包层管通过加热彼此并合时，热容量比包层管的热容量明显小的芯棒更加容易变形。因此，优选的是芯棒平均粘度等于或大于包层管的平均粘度。其原因是，可以易于防止并合期间可能出现的芯棒变形。结果，在这样得到的光纤芯中，不太可能出现气泡、不圆度和偏心度等等。在这种情况下，用于对比的粘度值是在上述二者通过熔化并合的温度区域内的典型粘度值，并且对于二氧化硅基玻璃，温度范围一般是1000℃到2400℃。这里，将温度1200℃的数值认为是典型数值。
形成能够达到上述粘度组合的芯和包层的玻璃的例子包括以下情况。即，对于制造芯，优选的是纯石英玻璃或者含有卤素原子(例如氟或Cl)和金属氧化物(例如GeO2、B2O3、P2O5或Al2O3)中的至少一种的石英玻璃；对于制造包层，理想的是含氟石英玻璃，或者是含有氟以外卤素原子和金属氧化物(例如GeO2、B2O3、P2O5或Al2O3)中的至少一种的含氟石英玻璃。特别理想的组合如下芯是含Cl原子的石英玻璃，或者含Cl原子和氟原子的石英玻璃，并且包层是含氟石英玻璃或者含有Cl原子的含氟石英玻璃；或者芯是含GeO2的石英玻璃或者含GeO2和Cl原子的石英玻璃，包层是含氟石英玻璃或者含有Cl原子的含氟石英玻璃。例如，当芯是含有大约1000ppm(重量)Cl原子的石英玻璃，包层是含有大约1％(重量)氟原子的石英玻璃时，满足上述芯和包层之间的粘度关系；另外，可以得到的相对折射率差约为0.34％。除了这个例子，可以适当地选择和调整添加剂的类型及其数量，从而得到芯和包层的预定粘度以及二者之间预定的相对折射率差。
<折射率分布>
对光纤的折射率分布没有特别的限制。还可以使用具有像色散移光纤或色散补偿光纤一样的复杂折射率分布的芯棒。在制造具有简单台阶型折射率分布的单模光纤的情况下，如果芯相对于包层的相对折射率差等于或大于0.2％，就可以制造典型的单模光纤。
当使用这样的芯棒即，在相当于芯的部分的周围具有第一包层时，在从包层管内表面到其厚度十分之一深的区域内的折射率，优选地基本等于第一包层部分的折射率。即，上述二者之间的相对折射率差在-0.05％到+0.05％的范围内，更理想的在-0.02％到+0.02％的范围内。因此，可以得到性能(诸如截止波长和色散)变化小的光纤。
当芯棒具有第一包层时，为了使第一包层和其周围形成的包层的折射率在预定范围内，可以调整为控制折射率而加入的添加剂的类型及其浓度。上述调整包括不使用添加剂的情况。含有第一包层的包层部分可以具有折射率不同的多个区域。另外，在上述例子中主要描述了单模光纤，但是，本发明也可以应用于多模光纤，并且也可以得到与上述相同的、减小传输损耗的效果。
实例根据第三实施例，在表I所示条件下通过棒—拉制制造光纤(实例1到4)。为了更加精确，将包层管浸在氟化氢水溶液中进行清洗，包层管和支撑管彼此连接，并且包层管的内表面受到气相腐蚀，然后进行包层管内表面的氯处理。接着，通过在将芯棒和包层管之间的空间保持在露点Td℃的同时，将芯棒表面和包层管内表面加热到管内表面温度Tb，来执行烘烤处理。在烘烤步骤的第二子步骤，使干燥的氯气流过。接着，封闭包层管的底端(相对于气流的下游侧)，在将包层管内部保持在P kPa压力的同时，再封闭顶端(相对于气流的上游侧)，形成光纤预制棒，接着对光纤预制棒的外表面执行火焰抛光。随后，通过拉制此光纤预制棒，制造出光纤。在实施例2中，将芯棒分成两根，并从相对于气流的下游侧末端将它们插入包层管中。
表I
对于在条件1、2或4下制造的光纤，在波长1.38μm可以得到的光传输损耗等于或小于0.1dB/km。对于在条件3下制造的光纤，在波长1.38μm的光传输损耗为1.2dB/km，并且大于0.5dB/km。这认为是由于在烘烤步骤使用高露点的干燥气体造成的。
日本专利申请2003-139732(2003年5月19日提交)以及2003-139733(2003年5月19日提交)的全部内容，包括说明书、权利要求书、附图和摘要，以引用的方式并入本文。
工业适用性可以在低成本下以高的生产率制造传输损耗低的光纤。
权利要求
1.一种制造光纤的方法，所述光纤是这样形成的即，将芯棒插入包层管，随后在通过加热使芯棒和包层管并合在一起的同时通过拉制而形成，所述方法包括以下步骤将芯棒插入包层管；去除芯棒表面和包层管内表面存在的水分；封闭包层管的至少一端；以及在芯棒和包层管之间形成的空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的状态下，从所述一端进行拉制，从而形成光纤。
2.如权利要求1所述的制造光纤的方法，其中，去除水分的步骤是在芯棒和包层管之间的空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的同时，通过加热芯棒和包层管而进行的。
3.如权利要求1或2所述的制造光纤的方法，其中，去除水分的步骤包括第一子步骤，即，在所述空间连接到干燥气体气氛和/或被减压的同时加热芯棒和包层管；以及第二子步骤，即，在所述空间保持在含有卤素气体或卤化气体的干燥气体气氛的同时加热芯棒和包层管。
4.如权利要求1到3的任一项所述的制造光纤的方法，其中，封闭包层管至少一端的步骤是封闭包层管一端并且在所述空间减压的同时进一步封闭包层管另一端的步骤。
5.一种制造光纤的方法，所述光纤是这样形成的即，将芯棒插入包层管，随后在通过加热使芯棒和包层管并合在一起的同时通过拉制而形成，所述方法包括以下步骤将芯棒插入包层管；封闭包层管的至少一端；以及在芯棒和包层管之间的空间连接到干燥气体气氛的状态下，在通过加热芯棒和包层管去除芯棒表面和包层管内表面吸附的水分的同时，从所述一端进行拉制，从而形成光纤。
6.如权利要求1到5的任一项所述的制造光纤的方法，其中，在封闭包层管至少一端的步骤中，将所述空间连接到干燥气体气氛并且进行减压。
7.如权利要求1到6的任一项所述的制造光纤的方法，其中，封闭包层管至少一端的步骤包括在所述一端将芯棒和包层管彼此并合的步骤。
8.如权利要求1到6的任一项所述的制造光纤的方法，还包括以下步骤将支撑件连接到芯棒的一端，其中，封闭包层管至少一端的步骤包括在所述一端将支撑件和包层管彼此并合的步骤。
9.如权利要求1到6的任一项所述的制造光纤的方法，还包括以下步骤将支撑管连接到包层管的一端，其中，封闭包层管至少一端的步骤是通过使芯棒和支撑管彼此并合而进行的。
10.如权利要求1到6的任一项所述的制造光纤的方法，还包括以下步骤将支撑件连接到芯棒的一端；以及将支撑管连接到包层管的一端，其中，封闭包层管至少一端的步骤是通过使支撑件和支撑管彼此并合而进行的。
11.如权利要求1到10的任一项所述的制造光纤的方法，其中，氢分子或含氢原子的化合物在干燥气体中的总浓度等于或小于10ppm(体积)。
12.如权利要求1到11的任一项所述的制造光纤的方法，还包括以下步骤在将芯棒插入包层管的步骤之前加热包层管。
13.如权利要求1到12的任一项所述的制造光纤的方法，其中，芯棒直径D与芯部分直径d之比D/d在1到小于2的范围内。
14.如权利要求13所述的制造光纤的方法，其中，芯棒仅由芯部分组成。
15.如权利要求14所述的制造光纤的方法，其中，芯棒与包层管的相对折射率差等于或大于0.2％。
16.如权利要求13所述的制造光纤的方法，其中，芯棒包括芯部分和第一包层部分，第一包层部分的折射率小于芯部分的折射率。
17.如权利要求16所述的制造光纤的方法，其中，芯部分与第一包层部分的相对折射率差等于或大于0.2％，以及第一包层部分的折射率优选地基本等于从包层管的内表面到包层管厚度十分之一深度的区域的折射率。
18.如权利要求1到17的任一项所述的制造光纤的方法，其中，包层管外径D2与其内径d2之比D2/d2在5到30的范围内，包层管的长度等于或大于500mm。
19.如权利要求18所述的制造光纤的方法，其中，D2/d2之比在大于7到30的范围内。
20.如权利要求1到19的任一项所述的制造光纤的方法，其中，包层管内圆周与其外圆周的偏心度在整个有效长度上等于或小于0.3％。
21.如权利要求1到20的任一项所述的制造光纤的方法，其中，芯棒在1200℃的平均粘度等于或大于包层管的平均粘度。
22.一种光纤，包括芯和包层，所述包层围绕所述芯的外圆周而设置并且其折射率小于芯的折射率，其中，光纤仅有一个边界形成在垂直于其轴线的横截面上，所述边界是由于棒和管通过加热彼此并合而形成的，以及波长1.38μm时，光纤的光传输损耗等于或小于0.5dB/km。
23.如权利要求22所述的光纤，其中，从芯中心到边界的距离p1与芯半径r1之比p1/r1在1到小于2的范围内。
24.如权利要求22或23所述的光纤，其中，芯与第一包层的相对折射率差等于或大于0.2％，第一包层是从所述边界到芯的部分，以及第一包层的折射率基本等于所述边界和半径为r+2t的圆之间的部分的折射率，所述圆与芯的中心同心，并且第一包层的厚度用t表示。
25.如权利要求22到24中的任一项所述的光纤，其中，芯在1200℃的平均粘度等于或大于包层的平均粘度。
26.如权利要求22所述的光纤，其中，芯是由纯石英玻璃或含有添加剂的石英玻璃制成的，并且包层是由主要为含氟石英玻璃组成的玻璃制成的。
全文摘要
将芯棒插入包层管，去除在芯棒和包层管之间的空间中的水分，并且在将该空间连接到干燥气体气氛和/或减压的同时，以及在芯棒和包层管彼此并合的同时，进行光纤拉制。另外也可以是，将芯棒插入包层管，并且在去除芯棒表面和包层管内表面的水分的同时，从一端拉制光纤。因此，能够以高的生产率制造高质量的光纤。
文档编号C03B37/023GK1791559SQ20048001357
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月18日 优先权日2003年5月19日
发明者大贺裕一, 大西正志, 嘉数修, 加藤秀一郎, 足立徹, 佐佐木隆, 平野正晃 申请人:住友电气工业株式会社