CN1015539B - 光导纤维玻璃预制件的制造方法 - Google Patents

Abstract

使光导纤维玻璃预制件具有均匀的径向密度的方法是，把气态玻璃原料和喷灯的气体燃料喷射成很细的玻璃微粒，玻璃微粒沉积在种棒上形成烟炱棒，同时测量正在沉积玻璃微粒的那部分烟炱棒的温度并加以控制，然后烧结烟炱棒，得到透明的玻璃预制件。

Description

本发明涉及一种光导纤维玻璃预制件的制造方法。具体地讲，涉及一种用外表汽相沉积法（以下简称“OVD”法）制造光导纤维玻璃预制件的改进方法。

常规的OVD法（如图1所示），是通过以与种棒1的纵轴相垂直的方向从喷灯2中把气态的玻璃原料和气体燃料喷射在种棒上，使很小的玻璃微粒沉积在种棒上，在这过程中，使种棒绕其纵轴转动，并沿种棒1的轴向来回移动种棒或者喷灯，以形成一根具有预定长度的和相对于轴成对称形状的粉尘棒（soot    rod）3。

但是，用常规的OVD法制造的玻璃预制件的径向体积密度不均匀。结果使得形成的粉尘发生破裂，而且使得在烧结粉尘时所加入的添加剂（例如氟）的径向密度也不均匀。之所以产生这些缺点的原因是：在常规的OVD法中，喷灯2和种棒1的轴之间的距离是固定不变的，而且玻璃原料和气体燃料的喷射率也都保持恒定值。正在沉积玻璃微粒的那部分粉尘棒的温度随着粉尘棒直径的增大而发生变化。这是因为喷灯和逐渐变粗的那部分粉尘棒表面之间的距离越来越近，而且粉尘棒的热容量和冷却效力也发生变化。粉尘棒所述这部分的温度的变化引起粉尘棒的径向体积密度发生变化。结果造成粉尘破裂、添加剂的径向密度发生变化和/或在粉尘棒中形成气泡。

本发明的一个目的，是提供一具有希望的密度分布的玻璃预制件，而且不会发生粉尘破裂或添加剂的径向密度不均匀。

本发明的另一个目的，是提供一种用OVD方法制造光导纤维玻璃预 制件的改进方法。采用此改进方法所制造的玻璃预制件具有希望的密度分布，并且不会发生粉尘破裂，或者添加剂的径向密度不均匀。

因此，本发明提供了一种制造光导纤维玻璃预制件的方法。该方法包括以下几个步骤：用从喷灯中喷射气态玻璃材料和气体燃料的方法形成玻璃微粒，把这些玻璃微粒沉积在一根种棒上以形成一粉尘棒，在操作过程中，测量正在沉积玻璃微粒的那部分粉尘棒的温度，以便控制该温度，然后烧结该粉尘棒以获得一透明的玻璃预制件。

下面通过举例，参阅附图对本发明进行说明。附图中，

图1是常规的OVD法的示意图。

图2是本发明方法的示意图。

图3A、3B、3C和3D表示粉尘棒的径向的体积密度分布，该粉尘棒可以是采用常规的OVD方法制造的，或者是采用本发明的方法制造的。

图5表示玻璃原料沿粉尘棒径向的沉积量。

图5表示预定的玻璃原料沿粉尘棒径向的沉积量。

图2是本发明所述方法的示意图。一根种棒4由一对支架81和82水平地支撑着。喷灯5以垂直于种棒4的轴的方向把气态玻璃原料和含有氧气和氢气的气体燃料喷射在转动着的种棒上。喷射出来的原料反应形成了许多极细的玻璃微粒，这些玻璃微粒沉积在该种棒上，结果就形成了粉尘棒6。喷灯5安装在基座7上，基座7具有可以使喷灯沿与种棒的水平轴相垂直的方向运动的装置。通过移动装有支架81和82的装置8（例如玻璃车床）使种棒4沿其轴向来回移动，或者通过移动安装喷灯基座7的喷灯移动装置9使喷灯5沿着与种棒4的轴向平行的方向来回移动，使粉尘棒6形成在种棒4上。在喷灯基座7上，装有两个臂91和92，它们分别支承着氦-氖激光源10和激光接收器11。当玻璃微粒在粉尘棒上沉积时，一面控制粉尘棒6表面和喷灯5之间的距离，一面利用控制装置12调整喷灯基座7的位置，使激光接收器11所接收到的激光量 恒定。用表面高温计13测量正在沉积玻璃微粒的那部分粉尘棒的温度，并利用气体燃料控制装置14来调节气体燃料的喷射率。这样就可以把沉积玻璃微粒的那部分粉尘的温度保持在预定的温度值上，在该温度可获得具有希望体积密度的粉尘棒。

下面对本发明的第一个实施例进行说明，其中玻璃原的喷射率保持恒定。

图3A示出了粉尘棒6的体积密度分布。在图3中，实线表示用常规方法制造的粉尘棒的体积密度分布。在常规方法中，粉尘棒6的转动轴和喷灯5之间的距离保持恒定，而且玻璃原料、氧气和氢气的喷射率分别为0.8升/分，9.5升/分和9.5升/分。当粉尘棒的直径达到大约80mm时，粉尘棒就发生破裂。如图3A所示，沿粉尘棒径向的体积密度分布有起伏。图3A中的虚线表示采用本发明所提出的方法制造的粉尘棒的密度分布。在这种方法中，玻璃原料和氧气的喷射率与常规方法的相同，但是对氢气的喷射率加以控制，使得粉尘棒的温度保持在500℃，这样就能得到体积密度为0.3g/cm³的粉尘棒。在氢气的喷射率从8.2升/分增大到8.9升/分时，粉尘棒的外（直）径就增大到80mm。然而，当粉尘棒的外（直）径大于60mm，即粉尘棒的半径大于30mm时，粉尘棒的体积密度就超向于减小，并离开原先规定的密度要求。如果更精确地测量粉尘棒的体积密度，那么就可得到如图3B所示的密度分布。从图3B可见，较高密度层和较低密度层是交替出现的，所以粉尘棒具有年轮结构。

已经发现，粉尘棒的这种年轮结构可能是由于粉尘棒的底部和侧部之间温度差随着粉尘棒的直径增大而增大所造成的。在该实施例中，因为只测量粉尘的底部的温度，所以整个粉尘棒的平均温度估计过低。所以平均密度控制在一个较低的水平上。另外，粉尘棒在相同的条件下进一步增大，当直径达到90mm时，它便发生破裂。

因此，尽管通过控制气体燃料的喷射率使粉尘棒的外（直）径大于常规方法制得的粉尘棒的外（直）径，但是实际上，粉尘棒的最大外径仍然受到限制。

于是通过控制粉尘棒表面和喷灯之间的距离的办法来进一步改进上述本发明的方法。

在图2所示的最佳实施例中，粉尘棒6和喷灯5之间的距离是通过移动喷灯基座7来调节的，这格可以使激光接收器11所接收到的激光的量保持恒定。另外，用气体燃料控制装置14来控制气体燃料的喷射率，以便把正在沉积玻璃微粒的那部分粉尘棒的温度保持在能获得所需要的粉尘棒的体积密度的温度上。

下面更详细地介绍一下使粉尘棒表面和喷灯之间的距离保持恒定的方法。

位于粉尘棒6一侧的激光源10发射出其方向同时垂直于粉尘棒的纵轴和喷灯的中心轴的激光。该激光通过处于粉尘棒6的表面并在喷灯中心轴的沿长线的一点（该点的位置根据所要制造的粉尘棒的密度要求来选择），然后由位于粉尘棒6的另一侧激光接收器11所接收。将喷灯沿其轴向移动，以便把所接收到的激光量保持在预定的水平上，例如，使它等于发射光量的二分之一。

用上述方法，分别以0.8升/分和9.5升/分的喷射率来喷射玻璃原料和氧气，并调节氢气的喷射率，使正在沉积玻璃微粉的那部分粉尘棒的温度保持在一定的值上，在该温度值制得具有体积密度为0.3g/cm的粉尘棒。当氢气的喷射率从8.2升/分变到9.7升/分时，径向密度分布基本上恒定在0.3g/cm，如图3C所示。

图4表示采用上述方法的玻璃原料的沉积量与粉尘棒直径之间的关系。由图4可见，原料的沉积量随粉尘棒直径的增大而迅速增加，而且当粉尘棒的直径大于60mm时，沉积量高于90%。因此我们假设原料的喷 射率有一个最大值，此值取决于粉尘棒的直径。于是，本发明进一步提出了一种以最大喷射率喷射玻璃原料，把玻璃原料的沉积量保持在某个较高的水平上的方法。

在图2所示的具体装置实施例中，喷灯基座7的运动由控制装置12输出，而输入到玻璃原料控制装置14中，作为粉尘棒6的外径的比较指示。因此，玻璃原料的喷射率得到调节（如图5所示）。如果氧气的喷射率为9.5升/分，喷灯5和粉尘棒表面之间的距离保持不变，并且通过喷射氢气使粉尘棒的表面温度保持在500℃（在此温度上，可制得密度为0.3g/cm的粉尘棒），那么玻璃微粒就会不断地沉积在粉尘棒上，一直到粉尘棒的直径达到100mm为止。氢气喷射率的变化范围从8.2升/分到12.3升/分。产生的粉尘棒的体积密度恒定为0.3g/cm，如图3D所示。玻璃微粒的沉积率得到提高，沉积所需的时间可降低22%。

进一步提高玻璃原料沉积量的方法是：采用扫描激光代替使用氦-氖激光耦合器来测量喷灯和粉尘棒之间的距离，并且根据由气体燃料和玻璃原料的喷射率所确定的最大距离，来控制喷灯的位置。

把用上述方法制造出来的粉尘棒用常规的方法烧结成为用于光导纤维的透明的玻璃预制件。

本发明所用的玻璃原料可以是任何一种已知的玻璃原料，如SiCl，GeCl等。

本发明虽然已经以我们相信是最实用的实施例作了描述，但是这项发明可以包括其他一些不违背本发明精神的特殊形式。因此从各个方面来说，本实施例应看作是为了说明问题，而不能仅局限于这里所述的细节，应该根据所附的权利要求的范围，包括任何和所有的等同的方法。

Claims (2)

1、一种以外表汽相沉积(OVD)法制造光导纤维玻璃预制件的方法，它包括：用从喷灯中喷射气态玻璃原料和气体燃料的方法形成玻璃微粒，然后把这些玻璃微粒沉积在种棒上以形成一粉尘棒，在此过程中测量正在沉积玻璃微粒的那部分的粉尘棒的温度，以便控制该温度，然后烧结该粉尘棒，以获得一透明的玻璃预制件，其特征在于，

通过把粉尘棒表面和喷灯之间的距离保持恒定以及调节气体燃料的喷射率为恒定值，来实现对所述温度进行控制，并且通过从位于粉尘棒一侧的激光源发出其方向同时垂直于粉尘棒纵轴和喷灯中心轴的激光，使该激光通过位于喷灯中心轴的延长线上的，且是根据要制造的粉尘棒的体积密度要求来选择的一个点，并且用位于该粉尘棒另一侧的激光接收器接收该激光，使粉尘棒表面和喷灯之间距离保持恒定，并且沿其轴向移动所述喷灯，以便使接收到的激光量保持在预定的值上。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于当粉尘棒增大时把玻璃原料的喷射率调节至一个根据粉尘棒的直径而确定的喷射率。

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