CN101293733B - 用于制造光学预制品的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设备和方法，用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品，包括能量源以及衬底管，所述衬底管具有：供给侧，用于供给玻璃成形先驱体；以及排放侧，用于排放没有在衬底管内部上沉积的成分，而能量源可沿着衬底管的长度在供给侧上的反转点与排放侧上的反转点之间移动。

Description

用于制造光学预制品的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品的设备和方法，包括能量源以及中空石英衬底管，该中空衬底管具有：供给侧，其中将玻璃成形先驱体供给到中空衬底管的内部；以及排放侧，在该处排放没有在衬底管内部上沉积的成分，能量源可沿着衬底管的长度在供给侧上的反转点与排放侧上的反转点之间移动。
背景技术
从韩国专利申请No.2003-774,952中已知这样的设备。使用从其中已知的设备，通过MCVD(改进的化学气相沉积)工艺来制造光学预制品，其中使用了排放管和插入管，所述排放管附接至衬底管。插入管布置在排放管内，并且沿其长度具有恒定的直径，所述直径小于排放管的直径。在插入管内布置了烟灰刮削元件，所述烟灰刮削元件包括在插入管内部旋转的条，并且与插入管的内径(内表面)相接触。在插入管和排放管之间的是环形空间，气体通过所述环形空隙。
从国际申请WO 89/02419已知了一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品的设备，其中管状元件安装在衬底的泵侧处用于移除固态未沉积微粒。尤其是，这种设备包括沿着管状元件的内表面的螺旋结构，所述螺旋结构包括螺旋形并且可旋转的开口气体导管。
从法国公开FR 2 266 668中已知一种用于制造光学预制品的方法。
从法国公开FR 2 253 723中已知一种用于制造光学预制品的方法。
在中空玻璃衬底管内部掺杂或者未掺杂玻璃层的沉积期间，尤其是通过PCVD(等离子体化学气相沉积)工艺进行沉积期间，特别是在沿衬底管长度移动的能量源(即，谐振器)的往复路径以外的区域中，可能沉积低质量石英层。这种低质量石英层的示例是例如所谓的烟灰环，以及具有由高掺杂物含量导致的高内部应力的石英。进一步的示例是这种情况，其中在谐振器中生成的等离子体将轻微地迁移到谐振器外部，作为其结果是不能清晰地限定等离子体区域。尤其是在中空衬底管的排放侧处。这种等离子体区域导致在两个反转点处的玻璃层的劣质沉积。尤其是在排放侧，其结果是可能出现问题，诸如预制品自身的破裂。
本发明人已经发现，这种低质量石英可能不利地影响衬底管，作为结果，尤其是当中空衬底管塌缩(collapse)成为固体预制品时，在所沉积的玻璃层中将形成玻璃气泡。另外，本发明人还发现，在塌缩工艺期间，这种低质量石英可能从中空衬底管内部变松，这可能导致污染或者在衬底管中的其他位置处形成气泡。另一负面方面在于以下事实，在低质量石英区域中可能出现裂缝，这种裂缝可能沿衬底管的中心的方向传播，这是不期望的。本发明人还发现，低质量石英可能导致堵塞，作为其结果，在沉积工艺期间，压力可能升高至不期望的高值，这对衬底管中的沉积工艺具有不利影响，这种影响在实践中将作为白色而被察觉。
衬底管由高质量石英制成。然而在实践中，衬底管的总长度将大于通过拉丝工艺而最终转换成为玻璃纤维的衬底管部分的长度，这是由于在其中发生沉积的衬底管的两端可能导致不期望的副作用(即，沉积缺陷、污染、形成气泡等)，由此两端不适于从两端形成光纤。
发明内容
由此，本发明的一个目的在于提供一种设备，用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品，通过其可消除一个或者多个上述问题。
本发明的另一目的在于提供一种设备，用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品，其中在塌缩工艺期间可以不出现玻璃层裂缝以及其他不期望的影响。在所述设备中，将中空衬底管转换成为固体预制品，所述中空衬底管提供有已经在中空衬底管的内部上沉积的玻璃层。
如在前文中所述，本发明特征在于，插入管存在于衬底管内部中，处于衬底管的排放侧，所述插入管包括中央部分以及截锥部分，其中截锥部分的末端的外径小于中央部分的外径，所述截锥部分朝向供给侧，此外，中央部分的外径小于靠近排放侧的中空衬底管的内径。
可以通过使用这种设备来实现上述目的的一个或者多个。尤其是，当使用如此配置的插入管时，低质量石英将在中空衬底管内部上的有限区域中累积，这意味着将在中空衬底管的内部上出现所述累积的长度减少至最小值。根据本发明人，通过插入管的特殊配置来产生这一惊人效果，这导致靠近插入管的截锥部分，在中空衬底管的内部中出现气流湍流，从而低质量石英沉积将集中在中空衬底管的受限以及由此有限的区域中。结果是，获得了这样的衬底管：其“有效”部分，即，从中可以获得恒定质量的光纤的长度大于在不使用这种插入管来执行沉积工艺的情况下的长度。
在本发明中尤其期望的是，选择在其末端处(即，在截锥部分的窄端)测量的朝向供给侧的截锥部分的直径，使得上述直径最大是中央部分的外径的0.9倍。已经发现，这种构造尤其适用于将中空衬底管内部上的低质量石英的集中和累计集中到有限区域。
在一个特殊实施方式中，优选地，在其末端处测量的朝向供给侧的截锥部分的直径的范围在中央部分的外径的0.35倍与中央部分外径的0.90倍之间。作为如此选择的截锥部分的特殊直径的结果，玻璃层的沉积限制于中空衬底管内部上的更为有限的区域，其中所述玻璃层具有本质上不同于在中空衬底管的中央部分上沉积的玻璃层的成分。
插入管的位置使得朝向供给侧的截锥部分的末端定位在通过中空衬底管的供给侧上的反转点以及排放侧上的反转点来标记的区域外部。
插入管自身是中空的，从而没有在中空衬底管内部上沉积的气体将通过插入管来排放，然而还存在上述气体将经由如下环形空间传播的可能性，所述环形空间形成于插入管的中央部分的外径(外表面)和中空衬底管的内径(内表面)之间。
另外，在一个特殊实施方式中，期望的是在所讨论的管中布置用于刮削掉没有在衬底管和/或插入管内部上沉积的固态成分的元件，所述元件与所讨论的管的内径(内表面)相接触。旋转条是这样一种适合的元件。
当使用本发明时，在沉积工艺期间或者沉积工艺之后，在中空衬底管的内部上沉积的玻璃层不会出现裂缝，另外，在塌缩工艺期间不会发生气泡的形成。此外，当使用本设备时，较长(在时间方面)的沉积工艺是可能的，这是由于已经将排放侧的堵塞最小化。另外，本发明人还发现，关于在塌缩之后获得的固体预制品的不均匀性，尤其是在衬底管的排放侧上，没有出现不期望的变化。因此，使用本设备，可能基本上完全地利用衬底管的高质量玻璃材料(即，对衬底管的长度实现最大限度的利用)，用于从其中拉丝光纤。
本发明进一步涉及一种方法，用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品，其中将玻璃成形先驱体在其供给侧处供给至中空石英衬底管，该衬底管进一步具有排放侧，在此处排放没有在中空衬底管内部上沉积的成分，其中能量源至少在沉积工艺期间沿着中空衬底管的长度在供给侧上的反转点与排放侧上的反转点之间移动，用于在中空衬底管中生成沉积条件，特征在于，在将玻璃成形先驱体供给至所述中空衬底管内部之前，在其排放侧上中空衬底管的内部放置插入管，所述插入管包括中央部分以及截锥部分，其中截锥部分的末端的外径小于中央部分的外径，该截锥部分朝向所述供给侧，此外，中央部分的外径小于靠近排放侧的中空衬底管的内径。
在中空衬底管中盛行的条件将导致在中空衬底管内部上通过玻璃成形先驱体的一个或者多个玻璃层的沉积。在沉积工艺之后，通过塌缩中空衬底管而获得固体预制品，所述固体预制品可以进一步提供有其外部上的附加玻璃层，在加热所述固体预制品的一端之后，可以从中拉丝光纤。
在所附从属权利要求中限定了本方法的特殊实施方式。
本发明进一步涉及一种用于制造光纤的方法，其中使用了根据本发明的通过执行内部气相沉积工艺来获得的固体预制品。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的设备的示意图。
具体实施方式
在下文中，通过示例可更为详细地解释本发明，然而，在所述结合中应该理解，本发明并不局限于这种特殊示例。
图1示意性地示出了根据本发明的设备。在该图中，中空玻璃衬底管10在衬底管10的供给侧20上提供有玻璃成形先驱体(未示出)，其中存在有玻璃成形先驱体的气流从左向右传播。为了执行这种玻璃成形先驱体的沉积，用于生成等离子体40的谐振器(未示出)沿衬底管10的长度往复，其中用于生成等离子体的谐振器在靠近60指示的位置处在排放侧30反向，接着沿供给侧20的方向来沿衬底管10的长度移动返回，并且在由50示意性指示的供给侧20上的反转点处，从供给侧20返回至排放侧30。出于完整性起见，应该理解，沿排放侧30或者泵的方向在供给侧20上发生玻璃成形先驱体的供给。在8处指示衬底管10的对称轴。在一个实施方式中，衬底管10和谐振器(未示出)由熔炉围绕，其中由此在沉积工艺期间，谐振器在熔炉中沿反转点50与反转点60之间的衬底管10的长度往复。
在由反转点50至反转点60所标记的区域外部定位的位置处，在衬底管10的排放侧30上布置了由石英制成的插入管1，所述插入管1具有截锥部分3以及中央部分4。由此，插入管1在中空衬底管10内部以如下方式定位，由5指示的中央部分4的外径小于靠近排放侧30的中空衬底管10的内径。尤其期望的是，靠近其末端(由9指示)的截锥部分3的外径范围处于中央部分4的外径的0.35倍与中央部分4的外径的0.90倍之间。作为这种锥形插入管1(示意性地表示为截锥部分3)的结果，在排放侧30上靠近反转点60的中空衬底管10的内部上将沉积低质量玻璃的距离将是小的，尤其是相对于其中完全不使用插入管1或者其中使用没有提供有具有截锥部分3(所述截锥部分3朝向供给侧20)的末端的插入管1的实施方式来说，距离较小。
在PCVD工艺期间，谐振器沿着跨过衬底管10的大约1.3m的长度移动，其中用于生成等离子体40的谐振器在反转点50与反转点60之间往复。在PCVD工艺已经结束之后，将衬底管10塌缩成为固体预制品。由此所获得的固体预制品可以进一步在外部提供有一个或者多个附加玻璃层，其后将如此获得的预制品安装至拉丝塔中用于在供给热量时从其中获得光学玻璃纤维。由此获得的高质量的玻璃纤维的总长度基本上对应于衬底管10的整个中央部分，实际上是对应于靠近供给侧20的反转点50与靠近排放侧30的反转点60之间的区域。

Claims (11)

1.一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品的设备，所述设备包括能量源以及中空石英衬底管，所述中空衬底管具有：供给侧，在此处将玻璃成形先驱体供给到中空衬底管的内部；以及排放侧，在此处排放没有在衬底管内部上沉积的成分，所述能量源可沿着中空衬底管的长度在供给侧上的反转点与排放侧上的反转点之间移动，所述设备特征在于，在所述排放侧在所述中空衬底管的内部存在插入管，所述插入管包括中央部分以及截锥部分，其中所述截锥部分的末端的外径小于所述中央部分的外径，所述截锥部分朝向所述供给侧，此外，所述中央部分的外径小于靠近所述排放侧的中空衬底管的内径。
2.根据权利要求1所述的设备，特征在于：在其末端处测量的朝向所述供给侧的所述截锥部分的直径最大为所述中央部分的外径的0.9倍。
3.根据权利要求1所述的设备，特征在于：在其末端处测量的朝向所述供给侧的所述截锥部分的直径范围在所述中央部分的外径的0.35倍与所述中央部分的外径的0.9倍之间。
4.根据权利要求1-3的任意一个所述的设备，特征在于：所述插入管沿所述供给侧方向延伸到位于所述供给侧上的反转点与所述排放侧上的反转点之间的区域外部的位置。
5.一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制品的方法，其中将玻璃成形先驱体在其供给侧处供给至中空石英衬底管，所述衬底管进一步具有排放侧，在此处排放没有在中空衬底管内部上沉积的成分，其中能量源沿着中空衬底管的长度在供给侧上的反转点与排放侧上的反转点之间移动，用于在所述中空衬底管中生成沉积条件，所述方法特征在于，在将玻璃成形先驱体供给至所述中空衬底管内部之前，在所述排放侧上的所述中空衬底管的内部放置插入管，所述插入管包括中央部分以及截锥部分，其中所述截锥部分的末端的外径小于所述中央部分的外径，所述截锥部分朝向所述供给侧，此外，所述中央部分的外径小于靠近所述排放侧的中空衬底管的内径。
6.根据权利要求5所述的方法，特征在于：使用具有截锥部分的插入管，在末端处测量的朝向所述供给侧的所述截锥部分的直径最大为所述中央部分的外径的0.9倍。
7.根据权利要求5所述的方法，特征在于：使用具有截锥部分的插入管，所述截锥部分的直径范围在所述中央部分的外径的0.35倍与所述中央部分的外径的0.9倍之间。
8.根据权利要求5至7的任意一个所述的方法，特征在于：所述插入管以如下方式定位在所述中空衬底管内部，所述插入管布置在所述中空衬底管的排放侧，位于在所述供给侧上的反转点与所述排放侧上的反转点之间定位的区域之外。
9.根据权利要求5至7的任意一个所述的方法，特征在于：使用等离子体发生器作为能量源。
10.根据权利要求5至7的任意一个所述的方法，特征在于：在所述中空衬底管的内部上沉积玻璃层之后，从所述中空衬底管移除所述插入管，其后获得所述中空衬底管，所述中空衬底管的内部提供有通过沉积而获得的一个或者多个玻璃层，对所述中空衬底管执行塌缩工艺以获得固体预制品。
11.一种用于通过在预制品的末端加热预制品以及随后从该预制品拉丝光纤来制造光纤的方法，所述方法特征在于：使用通过执行根据权利要求10的方法获得的预制品。
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