CN107074612A - 用于形成石英玻璃光学部件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种产生石英玻璃光学部件的方法。所述方法包括提供由芯棒玻璃和包层玻璃制成的圆柱形石英玻璃主体。所述圆柱形石英玻璃主体包括具有第一外径的垂直切割第一端。所述方法还包括：提供具有第一端和相对的垂直切割第二端的玻璃柄部，所述垂直切割第二端具有第二外径，所述第二外径在所述第一外径的50％与110％之间；将所述玻璃柄部的所述垂直切割端附接到所述石英玻璃主体的所述垂直切割端；以及使用所述玻璃柄部引导所述石英玻璃主体通过拉制炉。在所述圆柱形石英玻璃主体和所述玻璃柄部的界面附近的包层‑芯比率的畸变小于5％。

Description

用于形成石英玻璃光学部件的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于产生石英玻璃光学部件、尤其是用于波导或光纤应用的石英玻璃光学部件，同时减少波导畸变且确保石英玻璃在其热工艺过程中均匀的温度和粘度分布的系统和方法。这类热工艺包括但不限于预制件或光纤拉制、拉伸、压缩、坍塌或包覆。

背景

石英玻璃光学部件的实例包括，例如，实心或空心圆柱体、光纤预制件或光纤。这类光学部件通常使用插入在石英玻璃包覆圆柱体的孔内的石英玻璃芯棒的同轴装置来形成。从同轴装置的下端开始，将其供应到垂直取向的拉制炉的加热区，在拉制炉中对同轴装置进行逐区加热且将其拉长成实心或空心圆柱体、光纤预制件或光纤。或者，起始主体可以是光纤预制件，随后将其拉制成多个尺寸较小的预制件或光纤。

这类拉制方法通常需要将玻璃柄部附接到同轴装置或预制件的上端，以便引导所述装置或预制件通过拉制炉。在常规拉制工艺中已经结合玻璃柄部采取各种措施来减少成本。例如，玻璃柄部通常呈外径小于要拉制的石英玻璃主体(即，同轴装置或光纤预制件)的外径的实心或空心圆柱体形式。此外，用来形成玻璃柄部的玻璃类型的质量可以次于要拉制的石英玻璃主体的质量。即，用来制成玻璃柄部的玻璃通常不用来形成最终波导或光纤产品的部分，并且因此可以由更廉价的材料制成，与同轴装置或光纤预制件的玻璃相比，这种材料含有更多的杂质和/或污染物且具有不同的热性质。

然而，这类节省成本的措施有缺点。具体地说，当玻璃柄部被焊接到同轴装置或光纤预制件且随后拉制已焊接的装置时，所述装置/预制件的柄部端处的玻璃不能被拉制成可接受的光纤。具体地说，从柄部附近的玻璃拉制成的光纤通常具有较差的波导性质，诸如在拉制成的光纤中的不正确的或畸变的包层-芯比率(这可以导致不可接受的截止波长)、修改的直径、零色散波长、由芯与包层玻璃之间的径向偏差引起的增大的芯偏心率、不均匀的外径或几何形状等。

常规拉制系统和方法还常常遇到的控制问题在于，必须确定到底什么时候终止拉制以避免拉制出畸变的或“坏”的末端玻璃。所谓的“末端效应”发生在玻璃柄部附近的同轴装置/光纤预制件的特定长度内。由于玻璃部件与拉制炉之间的辐射热交换或传递的所需效率，这个长度通常与拉制炉的加热区的长度(例如，通常是10cm至20cm)相当且通常小于所拉制玻璃部件的直径。因此，在已拉制同轴装置/光纤预制件的全部玻璃之前，通常一旦达到这个长度就终止拉制。在同轴装置/光纤预制件的附接到柄部的那一端处的未拉制玻璃必须被丢弃，并且浪费的玻璃的量通常随着所拉制玻璃部件的直径增大而增大。

因此，提供改善的方法将是有益的，这些改善的方法允许在形成光学部件时拉制整个石英玻璃同轴装置或光学预制件，以便避免浪费有价值的石英玻璃。

概述

本发明是基于我们对上述末端效应的根本原因的发现，这种原因现在为止还是未知的。具体地说，我们已经发现，这些末端效应是在同轴装置/光纤预制件的后端(即，附接到柄部的那一端)处的玻璃在拉制工艺期间发生畸变的结果。我们还已经发现，这些畸变发生在末端玻璃中主要是因为，由于玻璃主体内的径向不均匀的温度和粘度分布，包含光纤芯的玻璃的被加热内部和中心部分轴向向下流动(例如，由于重力或外部施加的拉拔力或夹持力)的速率与被加热的外部包层玻璃不同。更具体地说，我们已经发现，当同轴装置/光纤预制件的柄部端接近拉制炉的加热区时，外部包层玻璃被加热到高于内部芯玻璃的温度，且因此相对更热的外部包层玻璃比内部芯玻璃更快地轴向向下流动。因此，外部包层玻璃比内部芯玻璃下垂或垂落更多，从而使柄部端处的玻璃包层-芯比率发生畸变且损害由此拉制成的光学部件的波导性质。另外，在柄部端附近的玻璃的这种差动轴向流动常常是方位不对称的(例如，由于玻璃主体在拉制炉内经历的方位不对称的温度分布)，这随后可以导致光纤芯偏心率的明显增大。

我们还已经发现，发生芯玻璃和包层玻璃的差动轴向流动主要是因为，柄部和同轴装置/光纤预制件的被附接后端通常具有不同的外径，从而导致柄部端处的径向几何不连续性。这种径向不连续性随后导致在玻璃柄部与同轴装置/光纤预制件的界面附近生成辐射热负荷且导致在所述界面附近的芯玻璃和包层玻璃的径向不均匀的温度和粘度分布。

我们还已经发现，其他因素，诸如玻璃柄部和同轴装置/光纤预制件的几何形状和热性质上的差异，可以导致末端玻璃的径向不均匀的温度和粘度分布。不均匀的温度分布导致芯玻璃和包层玻璃以不同的速率向下流动，从而使针对有用的波导或光纤应用的芯玻璃和包层玻璃的必需的相对比例(常常被称为包层-芯比率)发生畸变且对其造成损害。

本发明的一个实施方案是针对产生石英玻璃光学部件的方法。所述方法包括：提供包括芯棒玻璃和围绕所述芯棒玻璃的包层玻璃的圆柱形石英玻璃主体，所述圆柱形石英玻璃主体包括具有第一外径的垂直切割第一端、相对的第二端，以及在相对的第一端与第二端之间延伸的纵轴；提供具有第一端和相对的垂直切割第二端的玻璃柄部，所述垂直切割第二端具有第二外径，所述第二外径在所述第一外径的50％与110％内；将所述玻璃柄部的垂直切割第二端附接到所述石英玻璃主体的垂直切割第一端以限定界面；以及使用所述玻璃柄部引导所述石英玻璃主体通过拉制炉，以加热所述石英玻璃主体的芯玻璃和包层玻璃，从而产生石英玻璃光学部件，其中在所述界面附近的包层-芯比率的畸变小于5％。

本发明的另一个实施方案涉及形成光纤预制件的方法。所述方法包括：使石英玻璃主体通过具有加热区的炉子，所述石英玻璃主体具有第一端和相对的第二端；在所述加热区中在所述石英玻璃主体的第一端与第二端之间形成至少一个颈缩区域；以及在所述至少一个颈缩区域的最窄部分处切割所述石英玻璃主体以形成第一光纤预制件和第二光纤预制件。第一光纤预制件和第二光纤预制件中的每一个具有渐缩的垂直切割第一端和相对的第二端。

本发明的另一个实施方案涉及用于产生石英玻璃光学部件的系统。所述系统包括：石英玻璃主体，所述石英玻璃主体包括芯棒玻璃和围绕所述芯棒玻璃的包层玻璃，所述石英玻璃主体包括具有第一外径的垂直切割第一端、相对的第二端，以及在相对的所述第一端与所述第二端之间延伸的纵轴；以及玻璃柄部，所述玻璃柄部具有第一端和相对的垂直切割第二端，所述垂直切割第二端具有第二外径。玻璃柄部的垂直切割第二端附接到所述石英玻璃主体的垂直切割第一端以限定界面，其中第二外径在第一外径的50％与110％之间，以使得当界面附近的芯玻璃和包层玻璃被加热以产生石英玻璃光学部件时，在界面附近的包层-芯比率的畸变小于5％。

附图简述

前面的概述以及本发明的优选实施方案的以下详述在结合附图来阅读时将得到更好的理解。出于说明目的，图中展示了优选的实施方案。然而应理解，装置和方法不限于所展示的精确布置和手段。在图中：

图1是根据本发明的一个实施方案的用于产生光学部件的系统的部分横截面视图；

图2A是根据本发明的一个实施方案的用来产生光学部件的石英玻璃主体的侧面透视图；

图2B是图2A所示的石英玻璃主体的横截面视图；

图3A是根据本发明的一个实施方案的用来产生光学部件的玻璃柄部的侧面透视图；

图3B是图3A所示的玻璃柄部的横截面视图；

图4是根据本发明的一个实施方案的用于产生石英玻璃主体的系统的部分横截面视图，所述石英玻璃主体可以被拉制成光学部件；

图5是根据本发明的另一个实施方案的用于产生石英玻璃主体的系统的部分横截面视图，所述石英玻璃主体可以被拉制成光学部件；以及

图6是由图4至图5的系统产生的石英玻璃主体的横截面视图。

详述

本发明涉及用于产生光纤预制件或光纤的系统和方法。本领域技术人员将理解，由以下描述的系统和方法产生的预制件除了用于制作光纤预制件或光纤，还可以用于各种其他目的。更具体地说，本发明涉及用于拉制光纤预制件或光纤，同时减少或防止在拉制工艺期间在玻璃中的波导畸变的方法。本发明还导致将要从预制件拉制成的光纤的芯偏心率和包层直径不均匀性有所改善。

参考图1，展示了用于产生光纤预制件或光纤的系统10。系统10包括垂直布置的拉丝塔12，所述拉丝塔12包括上部开放端14、相对的下部开放端16以及上端14与下端16之间的加热区18。加热区18可以优选地由加热元件20(参见图1)加热到500℃至2,300℃的温度，且更优选的是1,000℃至2,300℃的温度，且最优选的是1,500℃至2,300℃的温度。更具体地说，加热元件20优选地具有环形构型。加热元件20优选地定位在拉丝塔12内或周围，以便形成拉丝塔12的加热区18。

由玻璃柄部24引导石英玻璃主体22通过拉丝塔12以产生光纤预制件或光纤。参考图2A至图2B，玻璃主体22具有圆柱形或管状构型。玻璃主体22具有从第一端或上端22a延伸到相对的第二端或下端22b的长度L。纵轴X在相对的第一端22a与第二端22b之间延伸。第一端22a优选地是垂直切割端。即，第一端22a是钝而平的，以使得第一端22a的面26垂直于玻璃主体22的纵轴X延伸。更具体地说，端面26优选地在与玻璃主体22的纵轴X成90°±5°内延伸。更优选地，玻璃主体22的第一端22a和第二端22b都是垂直切割端。

石英玻璃主体22优选地包括包含波导光纤芯的芯或芯棒玻璃30和围绕芯棒玻璃30的包层玻璃32。更具体地说，芯棒玻璃30优选地形成在石英玻璃主体22的几何中心且沿着石英玻璃主体22的长度L延伸。包层玻璃32优选地形成在芯棒玻璃30上以沿着石英玻璃主体22的长度L径向围绕芯棒玻璃30。

包层玻璃32可以是纯石英玻璃或具有不同折射率或组成的掺杂石英玻璃。然而优选地，包层玻璃32是纯石英玻璃。芯棒玻璃30优选地是在波导芯处或波导芯附近具有简单的台阶或复杂的径向折射率轮廓的通常纯石英玻璃。

参考图1，使玻璃主体22通过拉丝塔12，在拉丝塔12中对其进行加热、软化和拉长以形成诸如光纤预制件28或光纤28’的光学部件。更具体地说，玻璃主体22的下端22b在拉制开始时优选地以稳定的方式定位在拉丝塔12的上部开放端22处，且玻璃主体22随后在向下方向上前进通过拉丝塔12。在拉丝塔12中，在加热区18中以逐区方式加热玻璃主体22。预制件28或光纤28’由于熔融变形且任选地由于拉伸/拉长而从下部开放端16被连续拉出，所述拉伸/拉长是由于重力或在拉制期间在外部施加的拉力或压缩力。

出于产生方法的目的，且更具体地说出于使玻璃主体22前进通过拉丝塔12的目的，主体22的下端22b是前端而上端22a是后端。此外，本领域技术人员将理解，任何常规的垂直取向的拉丝设备可用于形成光纤预制件或光纤，只要所述设备配备有加热元件即可。

在一个实施方案中，玻璃主体22是两个单独的玻璃部件的同轴组件。更具体地说，芯棒玻璃30呈实心圆柱形芯棒的形式且包层玻璃32呈围绕芯棒30的空心包覆圆柱体的形式(即，圆柱体中的棒的组件)。在同轴组件中，芯棒30和包覆圆柱体32在炉拉丝之前并不熔合在一起。

在一个实施方案中，在芯棒玻璃30与包层玻璃32之间的间隙中提供至少一个夹套(未展示)。夹套优选地由掺氟玻璃制成，且更优选地由掺氟石英玻璃制成。然而将理解，夹套不需要由石英玻璃制成且可以具有不同组成的玻璃。

当玻璃主体22的这个实施方案的同轴组件从拉丝塔12的上部开放端14朝下部开放端16前进时，芯棒30和包覆圆柱体32被加热到预定温度，这个温度足以导致两个玻璃部件软化且熔合在一起以形成整块玻璃主体。更具体地说，当两件式玻璃主体22的连续部分接近加热区18且在其中被加热时，包覆玻璃圆柱体32和芯棒30软化且软化的包覆玻璃圆柱体32坍塌在芯棒30上且与芯棒30熔合。随后可以从所得的整块玻璃主体拉出至少一个、且更优选的是多个预制件28或光纤28’。

优选地，玻璃主体22的这个实施方案的同轴装置被加热到500℃至2,300℃的温度，且更优选的是1,000℃至2,300℃的温度，且最优选的是1,500℃至2,300℃的温度。更优选地，包覆圆柱体32的软化和坍塌在芯棒30上发生在1,000℃至2,200℃的温度下，且更优选的是1,300℃至2,000℃的温度，且最优选的是1,600℃至1,800℃的温度。软化且坍塌的包覆圆柱体32与软化的芯棒30熔合在一起优选地发生在1,000℃至2,200℃的温度下，且更优选的是1,300℃至2,200℃的温度，且最优选的是1,600℃至2,200℃的温度。然而，本领域技术人员将理解，诸如玻璃材料组成、拉制速度和通过量的其他因素也会影响包覆圆柱体32将会坍塌在芯棒30上且与芯棒30融合时的温度。

在另一个实施方案中，玻璃主体22呈单件式整块实心石英玻璃圆柱体的形式，且更优选地呈光纤预制件的形式。即，在一个实施方案中，芯棒玻璃30和包层玻璃32已经熔合在一起且拉制成整块光纤预制件。玻璃主体22的这个实施方案的光纤预制件可以是相对大直径的母预制件，使其通过拉丝塔12以产生多个尺寸较小的预制件28。或者，玻璃主体22的这个实施方案的光纤预制件可以被设定尺寸以被直接拉制成光纤28’。

参考图1和图3A至图3B，玻璃柄部24优选地用来引导玻璃主体22通过拉丝塔12。具体地说，玻璃柄部24具有第一后端24a和相对的第二前端24b。第二端24b优选地是垂直切割端。更优选地，玻璃柄部24的第一端24a和第二端24b都是垂直切割端。玻璃柄部24的垂直切割第二端24b优选地固定到玻璃主体22的垂直切割第一端或上端22a。更优选地，玻璃柄部24的垂直切割第二端24b至少焊接到玻璃主体22的第一端22a的包层玻璃32。或者，玻璃柄部24的垂直切割第二端24b可以在第一端22a处焊接到玻璃主体22的整个面26。因为焊接端22a和24b各自是垂直切割的，所以相应端面26、42在界面34处齐平地靠在彼此之上。

本领域技术人员将理解，虽然下文中出于说明目的使用了术语柄部，但是出于识别柄部状部件的目的可以利用任何适当的描述性术语，诸如盖子、盖塞、套管、端帽等。

在一个实施方案中，玻璃柄部24优选地呈实心或空心圆柱体的形式，这个圆柱体具有沿着其长度延伸的均匀外径OD₂₄。圆柱形玻璃主体22也优选地具有沿着其整个长度L的均匀直径OD₂₂。在一个实施方案中，如图3A至图3B所示，玻璃柄部24的外径OD₂₄优选地在玻璃主体22的外径OD₂₂的50％与110％之间，且更优选地在60％与110％之间。更具体地说，玻璃柄部24的垂直切割第二端24b的外径OD₂₄在玻璃主体22的垂直切割第一端22a的外径OD₂₂的50％与110％之间，且更优选地在60％与110％之间。更优选地，玻璃柄部24的垂直切割第二端24b的外径OD₂₄等于玻璃主体22的垂直切割第一端22a的外径OD₂₂。

在另一个实施方案中，玻璃柄部24的外径OD₂₄小于玻璃主体22的初始外径OD₂₂。在这个实施方案中，玻璃主体22的垂直切割第一端22a(即，玻璃柄部24所附接到的那一端)优选地是渐缩的以更好地匹配玻璃柄部24的外径OD₂₄，从而形成渐缩的玻璃主体22’(参见图4至图6)。渐缩的垂直切割端22a’的外径OD_22a’因此小于第二端22b’的外径OD_22’。更具体地说，如图6所示，在渐缩的玻璃主体22’中，垂直切割第一端22a’优选地是渐缩的，以使得玻璃柄部24的外径OD₂₄优选地在渐缩的垂直切割端22a’的外径OD_22a’的50％与玻璃主体22’的第二端22b’的外径OD_22’的110％之间。更优选地，玻璃柄部24的外径OD₂₄优选地在渐缩的垂直切割端22a’的外径OD_22a’的60％与玻璃主体22’的第二端22b’的外径OD_22’的110％之间。最优选地，玻璃柄部24的外径OD₂₄等于渐缩的垂直切割端22a’的外径OD_22a’。优选地，玻璃主体22’的垂直切割第一端22a’被构造为圆锥形渐缩部，但是将理解，任何渐缩的构型可以是可接受的。

这种渐缩的玻璃主体22’可以通过任何已知的方法或有待开发的新方法来形成，只要这些方法保留波导的包层-芯比率。例如，通过对第一端22a’应用热源，直到端22a’渐缩到外径OD_22a’，可以形成渐缩的垂直切割端22a’。这类热源的实例包括但不限于氢氧焊炬、丙烷焊炬、等离子体焊炬等。

在一个实施方案中，如图4所示，通过使玻璃主体22通过拉制炉12且加热主体22的间隔开的部分，同时拉伸或拉长主体22，来形成渐缩的玻璃主体22’。因此，沿着玻璃主体22的长度L形成间隔开的颈缩或渐缩的区域44，这些颈缩或渐缩的区域44各自包括具有两个相对的圆锥形渐缩段的沙漏状形状。每个颈缩区域44的最窄部分44a的外径OD_44a大体上等于相对较小的柄部24的外径OD₂₄。随后可以在每个颈缩区域44的最窄部分44a处切割玻璃主体22，从而形成多个渐缩的玻璃主体22’，这些渐缩的玻璃主体22’各自包括具有外径OD_22a’的垂直切割第一端22a’。

作为图5所示的另一个实施例，通过将两个玻璃主体22焊接在一起且随后将附接的主体22彼此拉开(即，拉伸附接的主体22)，同时在具有加热器54的炉子52中加热所述主体22的至少一个部分，可以形成渐缩的玻璃主体22’。因此，形成中间的颈缩或渐缩的区域50，其具有与上述颈缩区域44类似的几何形状。随后可以在颈缩区域50的最窄部分50a处切割附接的玻璃主体22，从而形成一对渐缩的玻璃主体22’，这对渐缩的玻璃主体22’各自包括具有外径OD_22a’的垂直切割第一端22a’，所述外径OD_22a’大体上等于玻璃柄部24的垂直切割第二端24b的外径OD₂₄。将理解，可以加热附接的主体22的多个间隔开的部分以形成多个间隔开的颈缩区域50和多个渐缩的玻璃主体22’。

本文中将仅参考“玻璃主体22”来共同描述两种不同类型的玻璃主体22、22’。因而将理解，以下描述适用于具有均匀直径OD₂₂的玻璃主体22和具有渐缩端22a’的玻璃主体22’。

由于附接的垂直切割端22a、24b的大体上相等的外径OD_22a和OD_24b，柄部24和玻璃主体22的界面34具有大体上均匀的径向几何形状。更具体地说，柄部/主体界面34具有并无径向不连续性的均匀外径，以使得当玻璃柄部24引导玻璃主体22通过拉丝塔12时，在界面34附近或界面34处有最少的热扰动，所述热扰动是由不均匀的辐射热的散布和吸收所引起的，以使得在界面34附近或界面34处有均匀的径向温度和粘度分布。优选地，在界面34附近生成的不均匀的辐射热负荷导致小于200℃的径向温度差，且更优选的是小于100℃，且最优选的是小于50℃。

因此，在界面34附近有均匀的径向温度分布，以使得在拉丝柄部端(即，界面34)附近的芯棒玻璃30和包层玻璃32以相同速率被加热到相同温度，且被加热的玻璃30、32具有大体上相等的粘度且因此大体上相等的轴向流动速率。即，在柄部/主体界面34附近的被加热的芯棒玻璃30和被加热的包层玻璃32以大体上相等的速率沿着纵轴L₂₂在向下方向上流动，以使得在界面34附近的玻璃不会发生畸变。因此，芯棒玻璃30和包层玻璃32保持相对于彼此径向对准，外部包层玻璃32具有均匀的外径或几何形状，且最终波导或光纤产品所必需的包层-芯比率得以维持。更具体地说，在界面34附近的包层-芯比率的畸变优选地小于5％，且更优选地小于3％，且最优选地小于1％。

将理解，附接的垂直切割端22a、24b的外径OD_22a与OD_24b之间可以有轻微的偏差，只要在界面34附近的径向温度差小于200℃即可，且更优选的是小于100℃，且最优选的是小于50℃，以使得在界面34附近有径向均匀的温度和粘度分布。将理解，在拉丝柄部端(即，界面34)附近的被加热的芯棒玻璃30和包层玻璃32的轴向流动速率之间可以有轻微的偏差，只要在界面34附近的玻璃中的温度分布的任何径向不均匀性如上文所讨论受到限制即可。更具体地说，轴向流动速率可以轻微地彼此偏差，只要在界面34附近的包层-芯比率的任何变化或畸变小于5％，且更优选地小于3％，且最优选地小于1％，以得到最优的波导或光纤性能。

在一个实施方案中，玻璃柄部24是由与玻璃主体22的包层玻璃32相同类型的玻璃制成。在一个实施方案中，玻璃柄部24是光纤预制件，其具有与玻璃主体22的芯棒玻璃30和包层玻璃32相同类型的芯棒玻璃和包层玻璃。

在一个实施方案中，玻璃柄部24是未拉制的(即，新的或新制成的)光纤预制件且玻璃主体22是已经拉制的预制件的残余部(即，预制件残端)。更具体地说，通过拉制光纤预制件的一部分且留下预制件的渐缩的或尖端的部分未拉制，可以形成预制件残端(即，玻璃主体22)，所述预制件残端在焊接到未拉制的垂直切割预制件(即，玻璃柄部24)时可以促进后续光纤拉制的开始。已拉制的预制件的渐缩的或尖端的残余部分是可以随后充当玻璃主体22的光纤预制件残端，所述玻璃主体22将被焊接到充当柄部24的新制成的或新的预制件的垂直切割第二端24b。

在另一个实施方案中，玻璃柄部24是废品预制件，所述废品预制件是波导性能或光纤性质已(在“同类型”材料的先前试验中)被证实不足以导致可接受的波导或光纤产品的预制件。

在另一个实施方案中，玻璃柄部24由与玻璃主体22不同类型的玻璃制成，且更优选地，玻璃柄部24由较低成本的次等质量玻璃(例如，与通常用于波导或光纤产品的较高成本合成硅石玻璃主体22相比，具有更多杂质、污染物等的天然石英玻璃)制成。

在这种实施方案中，即使玻璃柄部24和玻璃主体22具有不同的组成，但由于界面34的均匀径向几何形状，在主体/柄部界面34处的玻璃中发生最少的畸变，甚至不发生畸变。即，即使柄部24和主体22的不同玻璃具有不同的粘度、热导率、传热系数等，但因为玻璃柄部24的外径OD₂₄优选地在玻璃主体22的外径OD₂₂的50％与110％之间，在界面34附近仍然没有热扰动或仅有最少的热扰动。因而，径向均匀的温度分布得以维持，且在界面34附近的芯棒玻璃30和包层玻璃32具有径向均匀的轴向流动。继而，可以拉制玻璃主体22直到界面34，以形成可接受的波导或光纤产品。即，所得的波导或光纤产品的末端(即，从玻璃主体22的附接到柄部24的那一端22a拉制的部分)的包层-芯比率、模场直径、芯偏心率、几何比例和对称性、截止波长、零色散波长等全部落在最优的波导或光纤部件的所需容限内。

本发明允许最优的光学部件拉制的产量有所增大。光学部件拉制产量优选地在80％至100％之间，且更优选地在90％至100％之间，且最优选地大于95％。此外，与常规拉制工艺相比较，降级率和废品率明显减小。降级率优选地在0至20％之间，且更优选地在0至10％之间，且最优选地小于5％。废品率优选地在0至10％之间，且更优选地在0至5％之间，且最优选地小于1％。

现在将参考以下实施例来描述本发明。

实施例1

将第一圆柱体组件和第二圆柱体组件焊接在一起。第一圆柱体组件和第二圆柱体组件彼此相同。每个组件是由插入在包覆圆柱体内的芯棒形成，所述包覆圆柱体由干的(＜1ppm OH)合成硅石制成。每个组件具有200mm的外径和43-46mm的内径。焊接在一起的末端是垂直切割端。在可达2200℃的温度下拉制已焊接的圆柱体/芯棒组件。在圆柱体焊接区域(即，第一圆柱体组件和第二圆柱体组件之间的界面)附近的所得光学预制件和光纤与设计包层-芯比率3.2的偏差小于1％，且与目标截止波长的偏差小于1％。这些结果指示了针对相对轴向玻璃流动优于1％的径向不均匀性。

实施例2

将具有200mm外径和126mm内径的呈天然石英套管形式的玻璃柄部焊接到200mm外径和46mm内径的圆柱体组件的顶部。圆柱体组件由插入在干的(＜1ppm OH)合成硅石包覆圆柱体内的芯棒形成。焊接的末端都是垂直切割端。随后利用玻璃柄部来使圆柱体组件通过炉子，以在可达2200℃的温度下拉制光纤预制件。最终光纤预制件(其包括在玻璃柄部与圆柱体组件之间的界面附近的玻璃)表现出的与设计包层-芯比率3.2的偏差小于1％，且没有光纤芯偏心率故障。这些结果指示了针对相对轴向玻璃流动优于1％的径向不均匀性。

本领域技术人员将了解，可以对上文描述的实施方案做出改变而不背离本发明的广泛发明概念。因此应理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，而是意图涵盖在所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的修改。

Claims (19)

1.一种制备石英玻璃光学部件的方法，所述方法包括：

提供包括芯棒玻璃和围绕所述芯棒玻璃的包层玻璃的圆柱形石英玻璃主体，所述圆柱形石英玻璃主体包括具有第一外径的垂直切割第一端、相对的第二端，以及在相对的第一端与第二端之间延伸的纵轴；

提供具有第一端和相对的垂直切割第二端的玻璃柄部，所述垂直切割第二端具有第二外径，所述第二外径在所述第一外径的50％至110％之间；

将所述玻璃柄部的垂直切割第二端附接到所述石英玻璃主体的垂直切割第一端以限定界面；以及

使用所述玻璃柄部引导所述石英玻璃主体通过拉制炉，以加热所述石英玻璃主体的芯玻璃和包层玻璃，从而制备石英玻璃光学部件，其中在所述界面附近的包层-芯比率的畸变小于5％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃柄部的组成与所述圆柱形石英玻璃主体的组成相同。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃柄部的组成与所述石英玻璃主体的组成不同。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃柄部呈实心棒或空心圆柱体的形式。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃柄部是具有垂直切割端的光纤预制件并且所述圆柱形石英玻璃主体是已经拉制的光纤预制件的残余部。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃柄部呈废品光纤预制件的形式。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述圆柱形石英玻璃主体是光纤预制件。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述圆柱形石英玻璃主体是由包覆圆柱体所围绕的芯棒的同轴组件，所述芯棒和所述包覆圆柱体在于所述拉制炉中被加热之前保持彼此分离。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述玻璃柄部是由包覆圆柱体所围绕的芯棒的同轴组件，所述芯棒和所述包覆圆柱体在于所述拉制炉中被加热之前保持彼此分离。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述圆柱形石英玻璃主体和所述玻璃柄部的芯棒玻璃和包层玻璃在所述拉制炉中被软化，且软化的包层玻璃坍塌在软化的芯棒玻璃上且与之熔合以形成光纤预制件。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃柄部的所述垂直切割第二端被焊接到所述圆柱形石英玻璃主体的所述垂直切割第一端。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述焊接使用选自氢焊、丙烷焊接、电弧焊接、等离子体焊接和激光焊接的工艺来进行。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述圆柱形石英玻璃主体的第二端的外径大于垂直切割第一端的第一外径，所述方法还包括对所述圆柱形石英玻璃主体的第一端应用热源以形成渐缩的且垂直切割的端，所述玻璃柄部的第二外径在所述渐缩端的外径的50％与所述第一外径的110％之间。

14.一种形成光纤预制件的方法，所述方法包括：

使石英玻璃主体通过具有加热区的炉子，所述石英玻璃主体具有第一端和相对的第二端；

在所述加热区中在所述石英玻璃主体的第一端与第二端之间形成至少一个颈缩区域；以及

在所述至少一个颈缩区域的最窄部分处切割所述石英玻璃主体以形成第一光纤预制件和第二光纤预制件，所述第一光纤预制件和所述第二光纤预制件中的每一个具有渐缩的垂直切割第一端和相对的第二端。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述石英玻璃主体的第一端与第二端之间形成多个间隔开的颈缩区域。

16.根据权利要求14所述的方法，其中每个光纤预制件的垂直切割第一端被构造为圆锥形渐缩部。

17.一种拉制光纤的方法，所述方法包括：

根据如权利要求14所述的方法来形成第一光纤预制件，所述第一光纤预制件包括芯棒玻璃和围绕所述芯棒玻璃的包层玻璃；

将玻璃柄部的垂直切割端附接到所述第一光纤预制件的渐缩的垂直切割第一端以限定界面，所述玻璃柄部的垂直切割端的外径在所述第一光纤预制件的渐缩的垂直切割第一端的外径的50％与所述光纤预制件的第二端的外径的110％之间；

使用所述玻璃柄部引导所述第一光纤预制件在向下方向上通过垂直取向的拉制炉以加热所述芯棒玻璃和所述包层玻璃并且拉制光纤，其中在所述界面附近的包层-芯比率的畸变小于5％。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述玻璃柄部的垂直切割端被焊接到所述第一光纤预制件的渐缩的垂直切割第一端。

19.一种用于制备石英玻璃光学部件的系统，所述系统包括：

石英玻璃主体，所述石英玻璃主体包括芯棒玻璃和围绕所述芯棒玻璃的包层玻璃，所述石英玻璃主体包括具有第一外径的垂直切割第一端、相对的第二端，以及在相对的第一端与第二端之间延伸的纵轴；以及

玻璃柄部，所述玻璃柄部具有第一端和相对的垂直切割第二端，所述垂直切割第二端具有第二外径，

其中所述玻璃柄部的垂直切割第二端附接到所述石英玻璃主体的垂直切割第一端以限定界面，其中所述第二外径在所述第一外径的50％与110％之间，以使得当所述界面附近的所述芯玻璃和所述包层玻璃被加热以制备石英玻璃光学部件时，在所述界面附近的包层-芯比率的畸变小于5％。