CN1004929B - 用空心预制件制造实心玻璃预制件的方法 - Google Patents

Abstract

采用沿着空心预制件往复移动等离子体的外部加热空心预制件的方法获得实心玻璃顶制件，空心预制件的整个壁厚上有折射率的变化，其变化要适于所希望的目的，例如，拉丝成光纤。用频率低于１２兆赫芝的电场产生的感应式等温等离子体被证明是特别合适的。

Description

用空心预制件制造实心玻璃预制件的方法

本发明涉及用于制造光学元件的实心玻璃预制件的制造方法。用热源产生的热量为管状空心预制件加热及使之收缩的方法来制造实心玻璃预制件，热源与空心预制件之间彼此可以相对移动。

这样，收缩过程是在被加热的玻璃表面张力和压力差的影响之下进行的。就这点而言，所说的玻璃这个词也就包含石英玻璃。

按本发明的方法制得的实心预制件进行拉丝能够制造光纤。将折射率按梯度分布的实心预制件分成适当的厚度的圆片，能够制成透镜。

例如空心预制件可以由石英管构成，在该石英管的里面涂敷一层或多层的玻璃，此玻璃层的折射率变化与用实心预制件制成的光学元件所希望的折射率的变化相一致。玻璃层折射率的变化在于折射率是由里边到外边分一级，或多级或逐渐变化的形式从较高值降低的。空心预制件也可以采用在一个芯轴上涂敷一层玻璃粉的方法来制造，该层玻璃粉的折射率的变化要符合目的。

空心预制件的制造方法本身是已知的。例如可参见1982年9月在法国卡纳（Cannes）举行的第八届欧洲光通信会议录（8ECOC）中，G.J.KOEL发表的技术评论第1～18页。

有涂层的石英管的收缩温度约在1900到2200℃之间。通常，为了使内部有涂层的石英管收缩，采用氢～氧炉。实际上，这种炉子的火焰温度往往不超过2500℃。由于这种热通量比较低。为了产生完好的收缩以形成实心预制件，所需要的时间是相当长的，特别是当空心预制件有大的直径时。

相当长的收缩时间就要求用另外的办法来消除易于挥发成份的蒸汽，或者从那里消除该缺点，例如，可采用在预制件中的腔穴封闭之前，立即刻蚀掉易挥发成份已经蒸发的那层的办法来消除这些缺点。然而，这些方法难以控制，而且要得到可重复的结果，需要付出很大努力。此外很重要的一点在于要保证在收缩工艺过程中保持一个好的几何形状，也就是说，在收缩过程中预制件不得出现不同心，不得弯曲或下垂。假若实心预制件要再插入一个石英管中，并与后者一起被拉丝成光纤的话，上述之点在实际上是很重要的。

因此在收缩过程中必须尽可能避免在预制件外部的不均匀压力和空心预制件的不均匀加热。

本发明的目的是大大增加送到待收缩的空心预制件上的热通量以及尽可能解决或防止在使用可移式加热炉收缩预制件的过程中可能发生的其他问题。

按照本发明，应用有下述特征的方法可以达到此目的，其特征是，在收缩过和中，用等离子体的方法外部加热空心预制件。实际上是用了一等温等离子体，它能达到很高的温度，以使得石英管缩小其直径，并使它在表面张力的影响下收缩。等温等离子体在这儿的含义是，等离子体的全部成份（电子、离子等等）基本上具有同样的高温。

实际中发现采用等离子体的方法才大大缩短收缩时间。这就是说，制造工艺过程能够加速。

采用本发明的方法，能得到的其他优点如下：工艺过程能在无尘的气体氛中进行，该气氛不会有影响由预制件制造出的光学元件（例如：光纤）的机械和/或光学性能的污染物。例如，收缩工艺过程可以在一种完全由氧或部分由氧组成的气氛下进行。实际中发现，这样的含氧气氛防止了二氧化硅从管的外表面蒸发。也能防止还原成一氧化硅。

等离子体最好是用频率低于12兆赫的交变电场感应产生，但是频率要足够高，以便将环绕待收缩的空心预制件的气体气氛中的等离子体点火。当使用比较低的频率的交变电场时，待收缩的空心预制件与环绕空心预制件的器壁之间的空间，在整个收缩工艺过程中，均要保持充满等离子体的状态。假若所选择的频率高于12兆赫，这不再总是这样的情况，在收缩期间可能存在这样的情况，收缩的空心预制件的比原始直径小的某直径处的外表面不再与等离子体接触。因此热传递变得太小，以致不能产生圆满的收缩而制成实心预制件。在低于12兆赫较低频率下，按照本发明的方法的另一个最佳实施方案，在待收缩的空心预制件处于水平配置的收缩过程中，等离子体保持足够的对称性以实现该收缩过程。

等离子体最初可以在氩气气氛中点燃，然后在氩气中加入氧或空气，这样构成一个含氧的气氛。氩气不必最终完全由氧气取代。

使用频率较低的交变电场的另一个优点是产生交变电场的振荡器之间的连接可以是柔性的，这样就可能往复移动，沿着管子产生等离子体的线圈。要是用高于12兆赫的频率，这就是不大可能的。实际上，这就意味着振荡器与空心预制件之间彼此可以相对移动。

采用具有较低频率的交变电场的其他优点是，不需要采取预防措施防止产生电场的线圈匝间击穿。

现在参照附图发明作详细说明。

唯一的附图是，用等离子体方法收缩内部有涂层的管子的装置的一部分的横截面示意图。

图中所示的等离子炉1，主要由两根石英管2和3以及一个有两匝的线圈4组成;线圈通过一个柔性的电缆5接到一个高频振荡器上（未画出）。等离子体炉用一个未画出的装置沿着空心预制件6往复移动。初始时，氩气经过入口7水平地吹进装置中，使得在围绕空心预制件6的管3中产生了一个飞速旋转的气体套，并不断地进入管子2。然后用接通高频振荡器的方法使等离子体点燃。空气通过进气口9沿着管子2的壁吹进，使它冷却，其结果是等离子体与管2的壁保持一个空间间隔。等离子体炉用一个铝质圆柱形屏蔽罩10屏蔽，在屏蔽罩中存在着空气，空气不断地换新（未画出）。

Claims (4)

1、制造实心玻璃预制件的方法，这种实心玻璃预制件是为制造光学元件用的，将一个管状的空心预制件用加热收缩的方法制成实心玻璃预制件，用一个热源产生热量，热源与空心预制件彼此可以相对移动，其特征在于收缩工艺过程中，空心预制件是用等离子体外部进行加热。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于等离子体是用频率低于12兆赫芝的电场感应产生的，但用足够高的频率在环绕着被收缩的空心预制件的气体气氛中使等离子体点火。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于在收缩过程中空心预制件保持在水平状态。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于在收缩过程中，空心预制件保持在含氧气氛中。