CN102753494B - 用于光纤外包覆的烟怠压制 - Google Patents

Abstract

一种用于制成光纤预制件的方法和设备。多根杆放置到设备的内腔内；(ii)将颗粒玻璃材料放置到内腔内的杆和内壁之间；以及(iii)将压力施抵颗粒玻璃材料，以抵靠多根杆对颗粒玻璃材料加压。

Description

用于光纤外包覆的烟怠压制

发明的背景

本申请根据35USC119(e)要求2009年12月3日提交的美国临时专利申请No.61/266,311的优先权权益。

技术领域

本发明总地涉及利用用于光纤外包覆的烟怠压制、用于制成具有多个孔或多根应力杆的光纤的设备和方法，并具体地涉及用于制成光纤预制件的方法和设备。

背景技术

由于在OVD工艺的沉积效率方面的限制，用于制成光纤预制件的、诸如外气相沉积（OVD）和气相轴向沉积（VAD）工艺的传统化学气相沉积（CVD）工艺经常仅利用初始的原材料的一部分。因此，使用所得的“废弃”二氧化硅烟怠可潜在地导致原材料成本的大幅节省。

相应地，已提出不同方法来利用在生产光纤预制件时否则就未被利用的二氧化硅烟怠。这些方法可有许多缺点，包括昂贵、复杂和/或耗时的工艺状况以及设备，并可导致预制件具有比期望少的特性，这些特性诸如是在预制件密度和几何形状方面不可接受的可变性。存在在包覆部内采用多个孔或多根应力杆来实现期望的光学特性的许多光纤应用场合。这些应用场合包括单偏振光纤、保偏光纤、弯曲不敏感光纤、光子晶体光纤、高数值孔径光纤和无尽单模光纤。

单偏振和保偏光纤通常包括中心芯部以及位于包覆部内并在光纤芯部附近的多个气孔或多根掺硼的应力杆（图1）。这些光纤经常通过诸如外气相沉积（OVD）工艺来制造，其中，二氧化硅包覆玻璃例如通过八甲基四硅氧烷的高温分解而沉积于玻璃芯棒上。OVD工艺是高度优化、高产量的制造工艺。然而，包覆层的成形经常是在使光纤输出最大化时的限速步骤。此外，估计到在光纤预制件的包覆部的沉积过程中，八甲基四硅氧烷给料的高温分解产物的至少50％沉积于玻璃芯棒上。然后，二氧化硅包覆烟怠层进行烧结，以产生二氧化硅芯部/包层玻璃坯件。单偏振和保偏光纤通常通过在这些芯部/包覆玻璃坯件内部钻出/机加工出精确的孔并且如果采用应力杆则通过将应力杆插入这些孔来制成。所得的组件可插入二氧化硅管或者进行外包覆、烧结、然后牵拉到单偏振或保偏光纤内。然而，为了获得良好的光学性能，钻出的孔的尺寸必须非常精确并需要大量后处理，从而导致这些光纤的工艺成本增大。

在另一组应用中，在包覆部内存在多个孔。这种构造适于光子晶体光纤或弯曲不敏感光纤的应用场合。这些光纤一般使用堆积和牵拉工艺或通过在预制件内钻孔来制成。

为了进一步提高光纤输出并降低原材料成本和其它制造成本，期望制造在包覆部内具有多个孔或多根应力杆的光纤的替代方法。

发明内容

本发明的一个方面是用于制成光纤预制件的方法。该方法包括以下步骤：(i)将多根杆放置于设备的模腔内；(ii)将颗粒玻璃材料放置到模腔内的杆和内壁之间；以及(iii)将压力施抵颗粒玻璃材料，以抵靠多根杆对颗粒玻璃材料加压。

在一些实施例中，多根杆包括：(i)至少一根玻璃杆和至少一根模杆；或者(ii)至少两根玻璃杆。根据一些实施例，一根或多根玻璃杆是芯杆。根据一些实施例，多根玻璃杆是多根芯棒或多根应力杆。较佳地，各杆彼此共线地对准。根据一些实施例，较佳地，轴向地和/或径向地施加压力。根据一些实施例，压力从模腔的至少一侧进行施加。根据一些实施例，模腔的横截面是圆形的。根据一些实施例，模腔的横截面不具有圆对称性。

根据一些实施例，设备包括外壁和内壁，外壁围绕内壁，而内壁围绕内腔；且至少径向向内施加压力，并且施抵颗粒玻璃材料的压力是25磅/平方英寸至250磅/平方英寸，以抵靠多根杆对颗粒玻璃材料加压。

在其它实施例中，轴向地施加压力。例如，二氧化硅玻璃烟怠可沿轴向加压以形成烟怠压实体，该烟怠压实体具有在玻璃芯部周围的至少0.5克/立方厘米、较佳是至少0.65克/立方厘米且更佳是至少0.75克/立方厘米（例如，0.75克/立方厘米至1.2克/立方厘米，或者0.8克/立方厘米至1.1克/立方厘米）的密度。

在其它实施例中，轴向和径向向内施加压力，这可以同时或者可以不同时进行。例如，施抵颗粒玻璃材料的压力可以是25磅/平方英寸到250磅/平方英寸，以将颗粒玻璃材料加压成至少0.5克/立方厘米、较佳是至少0.65克/立方厘米且更佳是至少0.75克/立方厘米（例如，0.75克/立方厘米至1.2克/立方厘米，或者0.8克/立方厘米至1.1克/立方厘米）的密度。

在其它的实施例中，模腔具有矩形横截面，且压力施加到矩形空腔的一个或多个侧壁，这可以同时或可以不同时进行。例如，施抵颗粒玻璃材料的压力可以是25磅/平方英寸到250磅/平方英寸，以将颗粒玻璃材料加压成至少0.5克/立方厘米、较佳是至少0.65克/立方厘米且更佳是至少0.75克/立方厘米（例如，0.75克/立方厘米至1.2克/立方厘米，或者0.8克/立方厘米至1.1克/立方厘米）的密度。

在另一实施例中，内壁包括具有相互交叉的指部的卷起板。通过沿相反方向拉动相互交叉的指部来施加径向向内的压力，以减小卷起板的直径。

在下面的详细描述中将阐述本发明的其它特征和优点，它们对本领域的技术人员来说部分地可从该说明书中变得显而易见，或可通过如本文（包括下面的详细描述、权利要求书以及附图）所述那样来实践本发明认识到。

应予理解的是，上面的总体说明和下面的详细说明都提供了本发明的实施例，并意在提供概况或框架以便理解如所要求保护的本发明的性质和特征。包括附图是为了提供对本发明的进一步理解，附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出本发明的各实施例并与描述一起用于解释本发明的原理和运作。

附图说明

图1示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、用于形成光纤预制件的模具组件的示意图；

图2示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、用于形成光纤预制件的分段的模具本体；

图3示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、联接至超声源的模具组件；

图4示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、加载有未挤压的二氧化硅玻璃烟怠的模具组件和超声源的剖视图；

图5A和5B示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、加载有二氧化硅玻璃烟怠的模具组件和超声源的剖视图；

图6示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、用于形成玻璃芯棒周围的烟怠压实体的模具组件和超声源的剖视图；

图7示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、包括形成于玻璃芯棒周围的烟怠压实体的光纤预制件组件；

图8A示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例生产的光纤预制件；

图8B示意地示出根据在此所示和所述的一个或多个实施例生产的另一光纤预制件；

图8C示意地示出由图8A中所示的光纤预制件生产的光纤；

图9示意地示出根据本发明的较佳方法可使用的设备的局部侧向剖视图，其中，设备的挠性内壁的任一侧上的压力大致相等；

图10示意地示出根据本发明的较佳方法可使用的设备的局部侧向剖视图，其中，设备的挠性内壁和刚性外壁之间的空气已大部分去除；

图11示意地示出根据本发明的较佳方法可以使用的设备的局部侧向剖视图，其中玻璃杆在设备的内腔内居中；

图12示意地示出根据本发明的较佳方法可使用的设备的局部侧向剖视图，其中玻璃烟怠放置于玻璃杆和挠性内壁之间的内腔中；

图13示意地示出根据本发明的较佳方法可使用的设备的局部侧向剖视图，其中玻璃烟怠通过在刚性外壁和挠性内壁之间提供加压流体来进行加压；

图14示意地示出根据本发明的较佳方法可使用的设备的局部侧向剖视图，其中加压流体大部分已从刚性外壁和挠性内壁之间去除；

图15示出从设备去除并准备进行清洁和固结的被压制的烟怠/棒组件的局部侧向剖视图；

图16A和16B示出根据本发明的较佳方法可使用的、带有相互交叉的指部的板的侧视图，其中在图16A中，板材处于展开位置，而在图16B中，板材处于卷起位置；以及

图17A-17C是根据在此所示和所述的一个或多个实施例的、用于形成光纤预制件的三个更示例性的模具组件的示意图。

具体实施方式

现在将具体参照本发明的目前较佳的实施例，这些实施例的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中都用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。

本发明的一个实施例涉及用于制成光纤预制件的方法和设备，其包括将诸如玻璃烟怠的颗粒玻璃材料放置于多根杆周围并对其进行加压。多根杆可以例如是多根模杆和/或多根玻璃杆。例如，玻璃杆可包括芯棒和至少一根应力杆。在另一示例性实施例中，例如，玻璃杆可包括多根芯棒。较佳地，杆具有圆形横截面，但还可采用具有其它横截面的杆。杆可具有相同的尺寸或可呈不同的尺寸。示例性的方法和设备适于制成光纤预制件，并可用于制成在包覆部内具有多个孔或多根应力杆的光纤，并在制造光纤时采用烟怠压制。可使用这些示例性的制造方法来制成的光纤实施例的示例包括：单偏振光纤、保偏光纤、弯曲不敏感光纤、多芯光纤、多芯光纤带和光子晶体光纤。

芯棒是指固结的玻璃杆，其包括光纤的芯玻璃的至少一部分，该部分最终将使用芯棒由预制件牵拉出。芯棒可包括光纤的包覆玻璃的至少一部分，该部分最终将使用芯棒由预制件牵拉出。替代地，芯棒可由多孔烟怠包覆层来围绕。

应力杆是指具有与包覆玻璃不同的折射率和/或不同的热膨胀系数（CTE）的固结的玻璃杆。应力杆较佳地在预制件内偏离中心定位，并且例如可以是掺硼的二氧化硅（即，固结的掺硼的二氧化硅杆）或共掺杂有硼和氟的二氧化硅。应力杆可以例如具有纯二氧化硅的外涂层或者可以位于二氧化硅管的内部。

根据一些实施例，形成光纤预制件组件的包覆部的方法包括将玻璃芯棒和附加的玻璃杆（例如，应力杆）定位在模具组件的模腔内。例如二氧化硅玻璃烟怠的颗粒玻璃材料可加载到模腔内，因而，玻璃芯棒和应力杆由诸如二氧化硅玻璃烟怠的颗粒玻璃材料围绕。模腔内的诸如二氧化硅玻璃烟怠的颗粒玻璃材料可沿轴向和/或径向挤压，以使烟怠压实体形成于杆的周围，例如形成于玻璃芯棒和诸如应力杆的附加玻璃杆的周围。应力杆和/或芯杆周围的被压制的颗粒玻璃材料（例如，烟怠压实体）可具有至少0.5克/立方厘米（即，0.5g/cm³）的密度。例如，被压制（挤压）的颗粒玻璃材料的密度可以是0.6g/cm³、0.7g/cm³、0.75g/cm³、0.8g/cm³、0.9g/cm³、1g/cm³、1.1g/cm³或1.2g/cm³。模腔可设计成实现芯棒、玻璃杆（例如，应力杆）和外部被压制的烟怠形式之间的期望几何形状。模腔的横截面形状可以是圆形或椭圆形或其它按要求的形状，以在固结成坯件以及在将坯件牵拉成光纤之后实现不同玻璃杆之间的特定几何关系。具体的形状可需要按经验来改型，以补偿轴向定位的玻璃杆周围的烟怠的各向异性的收缩。

替代地，根据本发明的另一实施例，制成光纤预制件的方法和设备包括将诸如玻璃烟怠之类的颗粒玻璃材料放置于（较佳为圆柱形）模杆的周围、且如果采用芯棒则还放置于芯棒的周围并对其进行加压。

例如，可利用模杆来代替应力杆，以在所得预制件中产生气孔。更具体地，模杆从被压制的颗粒玻璃或烟怠压实体（对应于预制件的包覆部）移除，从而在预制件的烟怠压实体层内留有空穴。预制件可固结，以使空穴留在预制件内，然后，所得的烟怠预制件可牵拉成光纤。如上所述，然后，模腔内的二氧化硅玻璃烟怠可沿轴向和/或径向挤压，因而，烟怠压实体形成于模杆周围（在移除模杆之前）和/或玻璃芯棒周围。模腔的横截面形状可以是圆形、椭圆形或其它按要求的形状，以在固结成坯件并将坯件牵拉成光纤之后实现不同的玻璃杆和模杆元件之间的特定几何关系。

根据另一实施例，用于制成光纤预制件的方法包括如上所述将诸如玻璃烟怠之类的颗粒玻璃材料放置于芯棒和/或（较佳是圆柱形）模杆的周围并对其进行加压。所得本体通过在700°C到1100°C之间的温度下、1到3小时之间的处理来部分地烧结（预烧结），这产生通过在单独的颗粒之间形成玻璃颈来加强的多孔烟怠预制件。在预烧结步骤之后，多孔烟怠预制件可更容易进行处理。然后，预烧结的预制件可采用本领域中已熟知的方法完全烧结成玻璃光纤预制件，或机加工成期望的形状，随后进行烧结。

此外，在此以及另一实施例中，代替芯棒，芯模杆可例如放置于模腔的中心处。附加的模杆和/或玻璃杆也放置在模腔内，然后颗粒玻璃被加压（挤压），从而形成被压制的颗粒玻璃（例如，烟怠压实体）。然后，在烧结之前，移除（芯）模杆，并将芯棒插入到其位。

相似地，代替多根芯棒可采用多根模杆，然后，颗粒玻璃被挤压从而在模杆周围形成烟怠压实体。然后，在烧结之前，移除（芯部）模杆，并将芯棒插入到其位。

在又一实施例中，用于制成光纤预制件的方法包括将诸如玻璃烟怠的颗粒玻璃材料放置于芯棒和多根模杆的周围并对其进行加压。即，可以采用模杆来代替应力杆，以在所得的预制件内产生多个气孔。更具体地，从被压制的颗粒玻璃（例如，对应于预制件的包覆部的烟怠压实体）中移除模杆，从而在所得的预制件的被压制层内留有空穴。空穴的数目可大于5，例如大于50，或大于100以及甚至大于200。预制件可固结成多个空穴留在预制件内，然后，所得的烟怠预制件可牵拉成包含具有多个空穴的区域的光纤：例如，低频带损失光纤或光子晶体光纤。如上所述，模腔内的二氧化硅玻璃烟怠可沿轴向和/或径向挤压，以使烟怠压实体形成于玻璃芯棒和模杆周围。空穴携带区域可包括包覆部的仅一部分。例如，包覆部可包括具有多个空穴的内部区域，而外部区域没有空穴。在此情况下，可能需要附加的玻璃/烟怠放置步骤来制成包覆部的其余部分。

根据本发明的又一实施例，用于制成光纤预制件的方法和设备包括(i)将诸如玻璃烟怠的颗粒玻璃材料放置于芯棒和（较佳为圆柱形）模杆的周围并对其进行加压；以及(ii)当移除模杆时，将另一材料定位在所得的空穴（孔）内。即，如上所述，可以采用模杆来代替应力杆，以在所得的预制件内产生多个气孔。更具体地，从被压制的颗粒玻璃或烟怠压实体（对应于预制件的包覆部）中移除模杆，从而在所得的预制件的被压制层内留有空穴或孔，且这些孔填充有另一种材料。

在此实施例的一个示例中，这些孔随后填充有第二颗粒玻璃组合物，诸如掺硼二氧化硅烟怠（例如，以产生掺硼的应力杆）。对包括芯棒、掺硼的烟怠和被压制的外包覆材料（烟怠压实体）的预制件组件进行烧结，因而，外包覆材料和掺硼烟怠实现完全的致密。然后，可牵拉所得的固结预制件以产生光纤。

在此实施例的另一示例中，在某些应用场合中，诸如掺硼烟怠的玻璃粉末（将用于填充空穴）会与玻璃烟怠太过反应，以至于在固结之后无法保持期望的应力作用。为了避免反应，制有一个或多个空穴的预制件可填充有具有薄壁的二氧化硅管，且管本身填充有玻璃粉末（例如，掺硼的二氧化硅粉末）。致密的二氧化硅玻璃管阻止相邻的大表面面积的烟怠之间进行反应，并使掺硼的烟怠粉末能够在预制件固结之后提供期望的物理特性。

在此实施例的第三示例中，制有空穴的预制件可直接固结成玻璃，从而产生具有从几何上与芯棒对准的空穴的固结玻璃坯件。空穴可填充有多种材料，包括玻璃杆或粉末、金属杆、线材或粉末以及半导体杆或粉末。填充有第二相的坯件可重新固结、重新牵拉成较小直径的棒，或牵拉成光纤。

颗粒玻璃材料可以是未掺杂的二氧化硅，或者颗粒玻璃材料可以被掺杂。可能的掺杂剂包括至少F、B、Ge、Er、Ti、Al、Li、K、Rb、Cs、Cl、Br、Na、Nd、Bi、Sb、Yb及其组合。颗粒玻璃材料可留在喷雾烟怠上或者留在来自CVD工艺的烟怠（“CVD废弃烟怠”）上，诸如留在来自OVD工艺的烟怠（“OVD废弃烟怠”）上或留在来自VAD工艺的烟怠（“VAD废弃烟怠”）上，或者玻璃烟怠来自诸如沙或不同类型的玻璃烟怠的混合物或沙和玻璃烟怠的混合物之类的任何其它二氧化硅源。

颗粒玻璃材料可以未经处理（例如，不包含有附加的凝结剂或溶剂的二氧化硅烟怠或CVD废弃烟怠）或者可以用一种或多种凝结剂或诸如水或有机溶剂的溶剂来进行处理。在较佳的实施例中，颗粒玻璃材料未经处理。较佳地，颗粒玻璃材料具有从0.1到1.0克/立方厘米，甚至更佳地从0.2到0.7克/立方厘米，诸如从0.3到0.5克/立方厘米，例如约0.38克/立方厘米的密度。

模杆可包括刚硬的非弹性材料，诸如是碳、特富龙、铝、钢、赛隆、碳化硅或其它类似的机械耐久材料

掺硼的二氧化硅较佳地包含5到25%之间的氧化硼，更佳地15到22%之间的氧化硼，以提供足以在保偏光纤设计中有用的应力场。较佳地，掺硼的二氧化硅粉末具有0.4到1.0克/立方厘米之间的振实密度，较佳地在最终被压制的二氧化硅的烟怠体的0.1克/立方厘米密度内。

可用于包含到固结的预制件的空穴内、然后牵拉成在中心芯棒周围的几何设计的阵列的金属可包括Cu、Ag、Au、W和Ga。可包含到固结预制件的空穴内、然后牵拉成在中心芯棒周围的几何设计的阵列的半导体包括诸如Si₃N₄和Si₃N₄/SiC之类的材料。

现在将详细参照各种示例性的实施例，它们的示例在附图中示出。只要有可能，就在所有附图和说明书中都用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。在图6中示出形成光纤预制件的方法的一个实施例。在所示的实施例中，玻璃芯棒、玻璃杆和/或模杆定位在圆柱形模腔内，且二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔内。振动能量和压力施加于二氧化硅玻璃烟怠，以挤压二氧化硅玻璃烟怠并形成围绕玻璃芯棒和其它杆的致密烟怠压实体。烟怠压实体形成光纤预制件组件的包覆部，而玻璃芯棒形成光纤预制件组件的芯部。如果有偏离中心地定位在模腔内的玻璃杆，这些玻璃杆会形成光纤预制件组件的应力杆部。此后，光纤预制件组件可固结以形成光纤预制件。在此将详细描述形成光纤预制件组件的方法和用于形成光纤预制件组件的设备。

参见图1，用于形成光纤预制件组件的示例性模具组件100包括模具本体102、下压板104和上压板106。模具本体102限定在模具本体102的长轴114上居中并沿该长轴延伸的模腔108。模腔108可以是具有直径D_m和长度L的圆柱形。模具本体102可包括刚硬的非弹性材料，诸如是碳、铝、钢、赛隆、碳化硅或其它类似的机械耐久材料。在一个实施例中，模具本体102可由单件制成，如图1中所示。注意到也可使用具有非圆形横截面的模具组件。例如，模腔108的横截面可以是矩形或椭圆形。

现在参见图2，示出模具本体的另一实施例。在此实施例中，模具本体是由沿轴向延伸的多个模具段132、134构成的分段模具本体130。在所示实施例中，模具段132、134可通过将紧固件插过沿模具段132的边缘定位的紧固件孔136并插入沿模具段134的边缘定位的对应螺纹孔138内而紧固在一起。然而，应注意到模具段可使用多种其它紧固件和/或紧固技术来连结在一起。例如，模具段132可使用一条或多条带（未示出）联接至模具段134，这些带围绕组装好的各段的周界延伸，由此将模具段132固定到模具段134。

根据一个或多个实施例，模具本体102限定在模具本体102的长轴114上居中并沿长轴延伸长度L的模腔108。模腔108的横截面形状可以是圆形、非圆形（例如，椭圆形、六角形、不规则（例如D形））或其它设计的形状，以获得光纤的期望最终几何形状。模腔108可以单部件成形或可具有分段的构造。

仍参见图2，分段的模具本体130可用一材料（未示出）作衬底，以使分段模具本体130的内表面大致连续。在一个实施例中，衬底材料可包括低摩擦聚合物材料，诸如聚四氟乙烯（PTFE）或类似材料。在另一实施例中，衬底材料可包括非聚合物低摩擦材料，诸如碳素钢或类似材料。衬底材料可包括抵靠模腔108的壁定位的一片衬底材料或施加于模腔108的涂层。衬底还可对应于后文或在说明书中所述的、用于模腔内壁的材料，以使径向压力能够施加于部分被挤压的预制件。衬底材料可由具有这样的弹性和屈服强度的任何材料制成，即，弹性和屈服强度足以当在例如是由乳胶材料制成的管的空腔内受到最大正常操作压力时充分弹性地径向向内变形而不经历塑性变形。然而，衬底材料可对应于内壁，这将在下面作进一步讨论。内壁形成模具组件100的内腔（模腔）的壁。这种模腔可使用同一模具组件100来提供径向和轴向压力的施加。

应理解到，尽管图2将分段的模具本体130示出为包括两个模具段132、134，但分段的模具本体130可包括三个或更多个模具段，当接合在一起时这些模具段大致形成圆柱形模腔。

模腔108的直径D_m和模腔108的长度L一般选择成达到根据在此所述的烟怠压制方法所制成的完全固结的光纤预制件的期望的最终尺寸。为了试验的目的（例如，为了形成实验室规模的光纤预制件），采用直径为44毫米、48毫米和89毫米和长度为61厘米的模腔来形成实验室规模的光纤预制件，这种光纤预制件在固结之后具有从约3.3厘米（使用44毫米直径的模腔）到小于约7厘米（使用89毫米直径的模腔）的外径。然而，应理解到模具本体102和模腔108的尺寸可放大，以生产用于光纤的商品化生产的较大的光纤预制件。例如，为了生产较大的准备用于生产的光纤预制件，模具本体102的模腔108的直径可以在20厘米量级上，这可在固结之后产生外径在15厘米量级上的光纤预制件。此外，模腔的长度可以在2米或更大的量级上。用于选择模腔直径以实现期望的光纤预制件尺寸的标准将在此处作进一步讨论。

又参见图1，下压板104和上压板106为大致盘状并具有外径D_r。压板104、106的外径D_r可以基本上与模腔108的直径D_m一样大，因而压板104、106可定位在模腔108内并沿模具本体102的长轴线114相对于彼此可滑动地定位。压板104、106可由诸如铝或钢的金属或塑料或具有合适耐久性的任何其它材料制成。下压板104和上压板106中的每个可分别包括（芯）孔112、110，这些孔延伸经过压板的中心，因而，当压板104、106定位在模腔108内时，孔112、110沿模腔本体102的长轴线114对中。每个孔112、110的直径D_b可一般对应于制成光纤预制件组件所用的玻璃芯棒115的直径，这将在此作进一步详细描述。下压板104和上压板106中的每个还可分别包括一个或多个孔112A、110A，这些孔延伸穿过压板，以使在压板114、116定位于模腔108内时，孔112A、110A定位成相对于模具本体102的长轴线114偏离轴线。每个孔112A、110A的直径D′_b可一般对应于制成光纤预制件组件所用的应力杆115A或模杆115B的直径，这将在此作进一步详细描述。然而，在一些替代的实施例中，孔112、110和/或112A、110A不具有圆形横截面。在这些替代的实施例中，孔112A、110A的尺寸和形状较佳地与孔112A、110A的尺寸和形状相同。例如，椭圆形孔可允许应力杆和/或模杆在所施加的压力下运动，如果这种运动是期望的话（例如，如果径向和轴向压力施加于颗粒玻璃）。此外，在一些实施例中，应力杆或模杆可以不具有圆形的横截面。

如图1中所示，压板104、106分别包括内表面116、118。当压板104、106定位在模腔108内时，内表面116、118彼此相对。在图1中所示实施例中，压板104、106的内表面116、118一般是平坦的。然而，应理解到104、106的内表面116、118可包括其它的表面几何形状。例如，压板104、106的内表面116、118可呈圆锥形或抛物线形状，以对通过在模腔108内挤压压板104、106之间的二氧化硅玻璃烟怠来形成的烟怠压实体的端部进行成形，以改善烟怠压实体在烧结时的形状保持性。此外，压板104、106的内表面116、118可具有抛物线几何形状，以优化经由模具本体102引入模腔108内的振动能量的反射和/消散。

现参见图3，模具组件100的模具本体102示出为联接至超声源150。超声源150可用于将振动能量施加到模具本体102，该振动能量又传播到模腔108内。振动能量使加载到模腔108内的二氧化硅玻璃烟怠流体化，由此减少相邻的二氧化硅玻璃烟怠颗粒之间的牵制或摩擦以及二氧化硅玻璃烟怠颗粒与模具内部之间的摩擦，这又便于将二氧化硅玻璃烟怠沿模具长度L挤压成与不施加振动能量相比更大和更均匀的密度。通过在烟怠压实体（位于玻璃芯棒和应力杆和/或模杆周围）的成形过程中施加振动能量产生的烟怠压实体的更大和更均匀的密度生产出在固结成光纤预制件时具有从预制件的端部到预制件中心的非常小锥度的光纤预制件组件。即，由烟怠压实体制成的玻璃的密度沿光纤预制件的轴向长度基本上是均匀的。应理解到词组“光纤预制件组件”如在此所用是指具有多根杆和/或多个孔的烟怠压实体，当固结时，该烟怠压实体形成至少包括如下构件的光纤预制件：(i)诸如应力杆的玻璃杆，和/或在移除模杆之后留下的孔；以及(ii)对应于烟怠压实体的玻璃包覆部。通常，光纤预制件组件将还包括嵌入烟怠压实体的玻璃芯棒，该玻璃芯棒在固结时形成预制件的芯部。

注意到在一些实施例中，代替芯棒，中心定位的模杆可插入模腔中心。在完成挤压之后、烧结之前，移除模杆，且芯棒115插入由模杆留下的空穴中。

超声源150借助于波导152和安装套环154连接至模具本体102。在所示实施例中，安装套环154包括第一套环部156和对应的第二套环部158。第一套环部156和第二套环部158可定位在模具本体102周围并固定到一起以使安装套环154牢固地附连于模具本体102。第一套环部156可包括延伸经过第一套环部156的通道160。波导152可定位在通道160内，因而，波导152靠近模具本体102定位，但不与模具本体102直接接触。超声源150连接到波导152的与模具本体102相对的端部，因而，由超声源150产生的振动能量可沿波导152传播到安装套环154内，随后传播至模具本体102。

超声源150可经由电缆162连接到控制单元（未示出）。控制单元可包括信号发生器和5千瓦的功率放大器。信号发生器可操作成产生各种低电压（例如，5-10伏特）电子波形，这些波形在控制单元将电子波形经由电缆162传递到超声源150之前通过功率放大器进行放大。超声源150内的转换器将电子波形转换成沿波导152传播至模具本体102的振动能量，由此使模具本体102和模腔108的内含物机械地振动。由信号发生器产生并传递到超声源150的电子波形可呈各种形式，包括但不限于正弦波形、方波波形、锯齿波形、三角波形等。在一个实施例中，超声源150可接收来自控制单元的电子波形，并且在接收到的电子波形的基础上产生具有从约15千赫兹到约50千赫兹（例如，跨度从音频或声频到超声频率的频率范围），并且更佳地从约17千赫兹到约25千赫兹的频率的高频振动。在另一实施例中，超声源150可操作成产生在从约1千赫兹到约15千赫兹（例如，在超声范围之外）以及更佳地从约1千赫兹到约5千赫兹的音频或声频范围内的高频/小幅振动。由超声源150产生的振动能量的强度或幅度可通过调节由控制单元产生的电子波形的幅度或强度（例如，功率）来进行控制。在一个实施例中，控制单元可操作成产生具有多种频率模式的电子波形，并在频率范围内扫过这些模式，以避免在模腔内建立驻波。控制单元还可操作成周期性地改变所产生的电子波形的幅度。在另一实施例中，控制单元可操作成周期性地将多模式频率扫描施加到所产生的电子波形，以避免在模腔108内产生振动能量的驻波，这种驻波会阻止压实加载到模腔内的二氧化硅玻璃烟怠。在一个实施例中，用于产生由控制单元产生的电子波形的电源功率可以是5千瓦电源的约50％到约60％，而频率扫描可在+/-30赫兹频率范围内进行。

现在参见图4，示出模具本体102的截面。在此实施例中，为了形成光纤预制件组件，首先，玻璃芯棒115（或替代地芯部模杆）以及玻璃应力杆115A和/或模杆115B定位在模腔108内，然后二氧化硅玻璃烟怠190加载到芯棒（芯部模杆）以及一根或多根杆（即，模杆和/或应力杆）周围，并进行挤压或压制。完全固结的光纤预制件的期望尺寸控制模腔的精确尺寸以及通过压制操作产生的烟怠压实体的最终密度。对于典型的示例性实验室规模的、在中心具有单根芯杆的光纤预制件，预制件的示例性的期望芯部/包层比是0.069，这意味着光纤预制件的芯部是预制件直径的6.9％。因此，如果有直径19毫米的玻璃芯棒，且芯部直径是棒径的23％或是4.18毫米，则光纤预制件在固结之后的外径应为约61毫米，以实现0.069的期望的芯部/包层比。因此，实现期望尺寸的光纤预制件所需的模具尺寸可通过使用对于给定密度的压实二氧化硅玻璃烟怠的收缩率来确定。对于给定的应用场合，收缩率有必要按经验来确定，这是因为未压实的轴向杆的存在会致使烟怠的各向异性的收缩。例如，示例性的89毫米直径的二氧化硅玻璃烟怠压实体在固结成玻璃之后具有约21％的轴向收缩率以及约32％的径向收缩率，其中该烟怠压实体的密度是0.81克/立方厘米并围绕中心19毫米的玻璃芯棒杆。相应地，为了实现具有61毫米外径的固结的光纤预制件，模腔的直径必须是约89毫米。一般来说，为了确定必要的模具直径以实现期望的光纤预制件几何形状需要如下：烟怠压实体密度；对于给定的烟怠密度和/或玻璃芯棒的芯部/包层比，在固结时对于轴向和径向收缩的、经实验得出的值。

为了形成包括由烟怠压实体包覆部围绕并与其同轴的玻璃芯棒115的光纤预制件组件，玻璃芯棒115、一根或多根应力杆115A和/或一根或多根模杆115B可定位在模腔108内。更具体地，根据一些实施例，玻璃芯棒115定位在下压板104的孔内，以使玻璃芯棒115基本上在模具本体102的长轴上对中。玻璃应力杆115A和/或模杆115B如此定位在下压板104的孔内，即，它们相对于模具本体102的长轴偏离中心。玻璃芯棒115可包括圆柱形二氧化硅玻璃基的芯棒，该芯棒至少包括纯二氧化硅玻璃芯部或掺杂的二氧化硅玻璃芯部。玻璃芯棒还可包括围绕芯部的附加玻璃层，诸如内包覆层等，且这种附加的层可包括掺杂剂，以使玻璃层具有与玻璃芯部不同的折射率。玻璃应力杆115A可包括掺杂二氧化硅玻璃并可以是圆柱形的。

如图4中所示，玻璃芯棒115、应力杆115A和/或模杆115B和/或附加的芯棒115可延伸穿过下压板104并延伸到下压板延伸部170的引导通道内。下压板延伸部170和上压板延伸部174（图6中所示并在此进一步讨论）将压力从压力机（未示出）的压力臂（未示出）传递到压板104、106，由此沿模具本体102的轴向来驱动压板104、106朝向彼此。

在玻璃芯棒115、应力杆115A和/或模杆115B和/或附加的芯棒115定位在模腔108内之后，模腔108加载有颗粒玻璃材料，例如二氧化硅玻璃烟怠190。二氧化硅玻璃烟怠190可包括可购得的二氧化硅玻璃烟怠或二氧化硅玻璃颗粒。替代地，二氧化硅玻璃烟怠可以是从化学气相沉积操作的高温分解中回收的烟怠，例如在其它二氧化硅基的光纤预制件的光纤的包覆部的外部气相沉积（OVD）过程中从八甲基四硅氧烷的沉积中回收的烟怠（例如，从光纤预制件制造操作中回收的二氧化硅玻璃烟怠）。二氧化硅烟怠可包括掺杂剂，诸如是增大或减小二氧化硅玻璃的折射率的掺杂剂，或者烟怠可以是基本上纯二氧化硅玻璃烟怠。在一个实施例中，加载到模腔内的二氧化硅玻璃不含有任何粘合剂。在一个实施例中，二氧化硅玻璃烟怠可具有约250m²/g与约5m²/g之间、更佳地从约100m²/g到约10m²/g、最佳地从50m²/g到10m²/g的表面面积。这些范围一般分别对应于约10纳米到约500纳米、更佳地从30纳米到约250纳米且最佳地从60纳米到250纳米的颗粒尺寸。

加载到模腔108内的二氧化硅玻璃烟怠190的量取决于模腔108的直径、应力杆115A、芯棒115或模杆115B的尺寸、固结的光纤预制件的期望长度以及用于固结的光纤预制件的期望芯部/包层比。基于这些考虑，添加到模腔的二氧化硅玻璃烟怠190的量选择成：形成光纤预制件的包覆部所用的烟怠压实体198的目标烟怠密度可以从约0.5克/立方厘米到约1.2克/立方厘米，更佳地大于约0.7克/立方厘米并小于约1.1克/立方厘米，且最佳地大于约0.8克/立方厘米并小于约1.0克/立方厘米。

在一个实施例中，如图4中所示，以单个步骤将二氧化硅玻璃烟怠190加载到模腔108内。在此实施例中，当二氧化硅玻璃烟怠190加载到模腔108内时，二氧化硅玻璃烟怠可以松弛地在玻璃芯棒115内搅动，以使烟怠均匀地分布在模腔108内。附加地或替代地，当二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔108内时，模具本体102可借助于超声源进行振实和/或振动，以促进将二氧化硅玻璃烟怠均匀地装塞在模腔108内。例如，振动能量可借助超声源150施加到模腔，由此使二氧化硅玻璃烟怠流体化并减少相邻的二氧化硅玻璃烟怠颗粒之间的摩擦并减少二氧化硅玻璃烟怠颗粒与模腔内表面之间的摩擦。当二氧化硅玻璃烟怠通过施加振动能量而流体化时，加载到模腔内的二氧化硅玻璃烟怠的密度可在不施加机械压力的情况下增大。此外，振动能量的施加促进二氧化硅玻璃烟怠在模具本体102长度上的密度均匀性。在一个实施例中，当振动能量在二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔内时施加到模具本体102时，二氧化硅玻璃烟怠可达到至少约0.35克/立方厘米并更佳地大于约0.37克/立方厘米的密度，而无须机械地压制二氧化硅玻璃烟怠。

在另一实施例中，当在模具上抽真空时，二氧化硅玻璃烟怠可加载到模腔108内。例如，在一个实施例中，真空系统（未示出）可联接至靠近下压板104的模腔108。这可通过将模具本体102定位在真空基座内（未示出）来实现，该真空基座可操作地连接到真空系统，以使模腔流体连接到真空系统。当二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔108内时，真空系统用于从模腔108和二氧化硅玻璃烟怠中抽取空气（包括空气中的湿气），这又在压实之前增大了二氧化硅玻璃烟怠的密度。在另一实施例中，诸如当模具本体102由多孔材料构成时，可在模具本体102外部抽真空，由此在烟怠加载到模腔108内时经由模具本体102抽取空气和/或湿气。二氧化硅烟怠的真空辅助的加载可与施加振动能量结合地进行。

现参见图5A-B，在另一实施例中，二氧化硅玻璃烟怠以分离的各部分加载到模腔108内，且二氧化硅玻璃烟怠的每个部分可在二氧化硅玻璃烟怠的后续部分添加至模腔108之前进行挤压，以提高二氧化硅玻璃烟怠沿模具本体102长度的密度均匀性。例如，参见图5A，模腔108示出加载有二氧化硅玻璃烟怠的两个部分192、194。如图5A中以图示出，二氧化硅玻璃烟怠的第一部分192在添加第二部分194之前已被挤压，因而，第一部分具有比第二部分194大的密度。二氧化硅玻璃烟怠的第二部分194可在加载到模腔108内、二氧化硅玻璃烟怠的第一部分192之上之后进行挤压。

在一个实施例中，挤压加载到模腔内的颗粒玻璃材料（在此实施例中是二氧化硅玻璃烟怠）的每个部分可包括手动地挤压颗粒玻璃材料。手动挤压二氧化硅玻璃烟怠可包括使用夯具或类似器具来将压力施加至二氧化硅玻璃烟怠，由此挤压二氧化硅玻璃烟怠。手动挤压二氧化硅玻璃烟怠还可包括将上压板106定位在模腔内并手动地将压力施加到具有诸如上压板延伸部（图6中示出）的延伸部的上压板106，由此挤压二氧化硅玻璃烟怠。

在另一实施例中，挤压颗粒玻璃材料的每个部分（例如，诸如二氧化硅玻璃烟怠）可包括将上压板106定位在模腔108内，因而，上压板106设置在待挤压的二氧化硅玻璃烟怠的部分上。此后，机械压力可借助于诸如液力压力机或机械压力机的压力机施加到上压板106，由此挤压颗粒玻璃材料（例如，二氧化硅玻璃烟怠）。

为了使二氧化硅玻璃烟怠的每个部分的密度最大化，当二氧化硅玻璃烟怠的每个部分加载到模腔108内时，振动能量可借助超声源150施加到模具本体102。相似地，当二氧化硅玻璃烟怠的每个部分被挤压时，振动能量还可施加于模具本体102。

参见图5B，在二氧化硅玻璃烟怠194的第二部分已被挤压之后，如图5B中所示，二氧化硅玻璃烟怠的第三部分（以及可选地第四、第五部分等）可添加到模腔108并与二氧化硅玻璃烟怠的第二挤压部分194直接相邻。然后，第三部分196可进行挤压并重复进行加载/挤压过程，直至期望量的二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔108内。

现参见图6，在模腔108加载有期望量的诸如二氧化硅玻璃烟怠之类的颗粒玻璃材料之后，颗粒玻璃材料（例如，二氧化硅玻璃烟怠）轴向挤压以形成在玻璃芯棒115、应力杆115A和/或模杆115B周围的烟怠压实体198。为了轴向挤压二氧化硅玻璃烟怠，上压板106可定位在模腔108内，因而，玻璃芯棒115、应力杆115A和/或模杆115B插过上压板106的孔，且上压板106与加载的二氧化硅颗粒玻璃材料（例如，玻璃烟怠）直接接触。然后，模具组件可定位在压力机内，并且可联接至压力机的压力臂（未示出）的上压板延伸部174抵靠上压板106定位，以使玻璃芯棒115、应力杆115A和/或模杆115B设置在上压板延伸部174（和/或压板106）的对应的引导通道176、176A和/或176B内。在一个实施例中，下压板延伸部170可定位在压力机的支承板（未示出）上。在另一实施例中，下压板延伸部可包含引导通道172并可定位在第二压力臂（未示出）上。

在一个实施例中，在模具组件100定位在压力机内之后，超声源150可用于在轴向压力施加于压板104、106之前将振动能量施加到模具本体102。振动能量可整个在挤压操作中施加于模具本体，以在挤压操作过程中增大被挤压的二氧化硅玻璃烟怠的密度并提高所得烟怠压实体的密度均匀性。已发现，当振动能量在烟怠压制过程中施加于模具本体102时，与没有振动能量施加于模具本体102的烟怠挤压操作相比，需要较少的压力来实现相同或更大的压实烟怠的密度。

在另一实施例中，当分段的模具与低摩擦（相对于二氧化硅玻璃烟怠）的衬底材料结合使用时，在烟怠压实过程中不需要将振动能量施加至模具本体102来达到与实心、无衬底的模具本体相同的压实量。这是因为二氧化硅玻璃烟怠颗粒和衬底材料之间的摩擦低到足以使与模腔108的衬底材料相邻的二氧化硅玻璃烟怠容易地挤压（例如，二氧化硅玻璃烟怠不在模具壁上产生牵制），由此减少或消除为了使二氧化硅玻璃烟怠沿模具壁流体化而对振动能量的需求。

在又一实施例中，真空系统可用于在压制操作过程中清除模具中的空气，由此消除烟怠压实体内的空气并减少获得期望密度的烟怠压实体所需的总体挤压时间。

在模具组件定位在压力机内的情况下，压力P借助于压力机经由压板延伸部170、174施加于上压板106和下压板104，因而，二氧化硅玻璃烟怠在压板104、106之间挤压。在一个实施例中，压力机用于将压力施加到上压板106，由此使上压板106朝向下压板104前进。上压板106可以约0.1毫米/秒到约10毫米/秒并更佳地0.1毫米/秒到约2.0毫米/秒的速率前进。在压制过程中，模具本体102被支承并允许沿轴向（在图6中由箭头S来表示）以大约是上压板106前进的一半速率滑动，因而，上压板和下压板朝向模具的中间运动。允许模具本体滑动可保持烟怠压实体198的中心周围的压实力的对称性，并且当施加振动能量时，在整个压制操作过程中保持超声源定位在烟怠压实体198的中心部分内。

在一个实施例中，当二氧化硅玻璃烟怠被挤压时，监测每个压板104、106相对于模具本体102的轴向位置。当压板沿模具本体102的轴线前进时，测量每个压板104的轴向位置可通过将诸如超声传感器、近程传感器和光学传感器等之类的传感器（未示出）放置在模具本体102上方和/或下方的固定位点上并使用传感器来测量传感器和压板之间的距离来实现。在另一实施例中，压板在模具本体102内的轴向位置可诸如通过可操作地联接至压板和/或模具本体102的游标卡尺或类似的测量装置（未示出）来直接测量。使用传感器或测量装置来检测压板在模腔内的位置使得可以基于压板在模腔内的位置、模腔的尺寸、压板的尺寸和放置在模腔108内的二氧化硅玻璃烟怠的量来实时地计算被压制的二氧化硅玻璃烟怠的平均密度。烟怠密度的实时测量可用作用于烟怠压制过程的过程控制变量。更具体地，当二氧化硅玻璃烟怠挤压成如由实时测量所确定的目标密度时，没有附加的机械压力施加于压板104、106。

在另一实施例中，当压力机是液压致动的压力机时，液力压力机的液压管路压力被监测并用于控制烟怠压制过程。压力机的液压管路内的压力表征当二氧化硅玻璃烟怠被挤压时液力压力机的臂所经受的阻力。相应地，当烟怠的密度通过挤压而增大时，液压管路内的压力也增大。因此，对于给定的模具尺寸和加载到模腔108内的二氧化硅玻璃烟怠的量，液压管路压力可表征在烟怠压制过程中的烟怠密度。相应地，液压管路压力可用于确定被挤压的烟怠何时达到目标密度。

尽管烟怠密度或液压管路压力的实时测量可用作烟怠压制过程的过程控制变量，但应理解到两者都可使用，以确定在烟怠压制过程中的烟怠密度。

在另一实施例中，测压元件可附连于下压板104，以测量施加到设置在模腔内的二氧化硅玻璃烟怠的实际压实力。从测压元件中获得的数据、压板在模腔内的轴向位移、烟怠的质量以及模具尺寸可用于确保系统的合适操作以及所得的烟怠压实体的密度均匀性，以及这样可用于质量控制的目的。

如上所述，二氧化硅玻璃烟怠被压制直到对于所得的烟怠压实体198来说达到了目标烟怠密度。形成光学预制件的包覆部所用的、烟怠压实体198的目标烟怠密度可以是从0.5克/立方厘米约到约1.2克/立方厘米，更佳地大于0.7克/立方厘米约并小于约1.1克/立方厘米，并最佳地大于约0.8克/立方厘米并小于约1.0克/立方厘米。在一个实施例中，当接近目标烟怠密度时，停止施加振动能量。例如，当计算的烟怠压实体密度在目标密度的0.01克/立方厘米内时，可停止施加振动能量。一旦达到目标密度，在该目标密度下施加于压板上的压力作为静载保持一预定的弛豫时间段，以允许烟怠压实体在压力下松胀。在一个实施例中，弛豫时间段从约1分钟到约10分钟。

在弛豫时间段之后，烟怠压实体198上的压力释放，且上压板106和下压板104从模腔108移除，从而在模腔108内留下带有嵌入的玻璃芯棒115和嵌入的应力杆115A（和/或模杆115B）的烟怠压实体198。如图7中所示，烟怠压实体198以及嵌入的玻璃芯棒115和应力杆115A形成光纤预制件组件200。烟怠压实体198形成光纤预制件组件200的包覆部。玻璃芯棒115形成光纤预制件组件200的芯部，而应力杆115A形成光纤预制件组件200的对应于保偏或单偏振光纤的应力引发区域的部分。

注意到代替应力杆115A，可利用附加的芯棒115。在此情况下，多根玻璃芯棒对应于所得的光纤的多个芯部。根据至少一些实施例，芯棒共线地设置在模具内，并且共线地（沿相同的直径）位于被压制的烟怠预制件内。

为了进一步将光纤预制件组件加工成光纤预制件，必须从模腔108移除光纤预制件组件200。在一个实施例中，为了从模腔108移除光纤预制件组件，模具组件从压力机移除并定位在延伸杆上，因而模具本体102的长轴基本上垂直。然后，振动能量施加于模具本体102且模具本体从烟怠压实体198压出，从而留下位于延伸杆上的光纤预制件组件。根据一些示例性实施例，如果代替应力杆115而采用模杆115B，则在移除模杆之后，光纤预制件组件200将代替应力杆115A而包括孔（空穴115B′）。在一些实施例中，多个空穴使用多根模杆而形成于包覆部内。这些实施例中的空穴数目较佳地大于5，更佳地大于50，更佳地大于100并且最佳地大于200。具有大于5的空穴数目的光纤可例如用作弯曲不敏感的光纤、光子晶体光纤、高数值孔径光纤或用于无尽单模的应用场合。在其它实施例中，多个空穴包括包覆部的仅一部分，包覆部的其余部分没有空穴。

在另一实施例中，当分段的模具用于形成烟怠压实体198时，模具本体的各个部段从光纤预制件组件周围移除，直至可从模腔108移除光纤预制件组件为止。在此实施例中，在光纤预制件组件从模腔108移除之后，围绕烟怠压实体198的圆柱形套管从烟怠压实体198周围移除，以使光纤预制件组件可进一步加工。

在又一实施例中，光纤预制件组件200可通过预烧结光纤预制件组件的烟怠压实体198来从模腔108移除。预烧结使烟怠压实体的尺寸减小到烟怠压实体198可容易地从模腔108移除。预烧结还在固结之前增大烟怠压实体的机械耐久性并改善部分烧结的烟怠压实体与应力杆之间的粘附。如果利用模杆115B来在光纤预制件组件200内产生孔，则模杆115B应较佳地在预烧结步骤形成预烧结的烟怠至模杆的粘附之前或者在模杆被热环境破坏之前从烟怠压实体移除。如果在预烧结过程中进行足够高的温度的热处理之后移除模杆，预烧结步骤可排除模杆115B的一些材料选择（例如，特富龙或铝）。预烧结或再烧结烟怠压实体198的步骤还可包括干燥烟怠压实体的步骤。例如，为了干燥烟怠压实体198，具有烟怠压实体的模具可在管式炉的热区内加载到二氧化硅马弗罩（muffle）内。马弗罩在两端处加盖，且当炉子的温度升到300°C时吸真空。使预制件在真空下300°C保持17小时。为了预烧结烟怠压实体，用氦气回填马弗罩至1个大气压，抽真空，再次用氦气再填充至1个大气压。然后，管式炉的温度上升到900°C并在流动氦气下保持四个小时。然后，管式炉进行冷却。当管式炉到达室温时，氦气流停止，并且模具从加盖的马弗罩中移除。当烟怠压实体的直径在预烧结过程中减小时，预烧结的烟怠压实体可从模具移除。在900°C之前保持时间的变化和对400°C到700°C的温度的附加斜度的使用对于使玻璃质量最大化是期望的。在另一实施例中，烟怠压实体198通过将含有光纤预制件组件的模具本体102放置在管式炉中来预烧结。炉子的气氛可用氦气来吹扫并且炉子的温度可在流动氦气的气氛下增大到约800°C与1200°C之间。炉子在期望的预烧结温度下保持约2小时。预烧结的烟怠压实体198可在冷却时容易地从模具本体102移除。对于较低密度的压实体，或更小直径的模具，可以有必要或期望在大于1000°C的温度下烧结烟怠压实体。然而，在到达这些温度之前，可能需要在这些升高的温度下进行烧结之前干燥烟怠压实体，以避免在烧结的二氧化硅玻璃中形成不期望的方石英相。在一个实施例中，为了干燥烟怠压实体，具有模具和光纤预制件组件的炉子以氦气中有5％氯气的流动混合物加热到1000°C。在将炉子的温度升高到预烧结温度之前，炉子在1000°C下保持约2小时。由于模具本体102在干燥过程中暴露于氯蒸气，当预计到烟怠压实体198将在模腔108内、在高于约900°C、较佳地高于1000°C的温度下预烧结例如0.5到5小时时，与氯气不反应的材料（诸如碳）应用于模具本体102。预烧结可例如在1250-1400°C的温度下进行足够的时间（例如，0.5-5小时或1-3小时），以提供烟怠压实体的局部致密。

此外，如上所述的预烧结过程用于加工烟怠压实体，这些烟怠压实体由具有44毫米和89毫米的内径D_m的模具形成。应理解到预烧结过程可针对不同尺寸的烟怠压实体缩放比例并优化。

现在参见图7，在此所述的烟怠压实过程产生光纤预制件组件200，该光纤预制件组件包括形成光纤预制件组件200的包覆部的烟怠压实体198以及形成光纤预制件组件200的芯部的玻璃芯棒115。在从模具移除光纤预制件组件200之后，光纤预制件组件200可以固结以烧结烟怠压实体198，例如形成在玻璃芯棒115周围以及在应力杆115A周围的致密的二氧化硅玻璃包覆部212，如例如在图8A的烧结的光纤预制件210中所示那样。烟怠压实体198的固结还使包覆部212连结到玻璃芯棒115以及（如果采用应力杆）连结到应力杆115A，由此形成光纤预制件210。替代地，如果代替应力杆而采用附加的芯棒，当光纤预制件组件200固结以烧结烟怠压实体198时，这形成在多个玻璃芯棒115周围的致密的玻璃包覆部212。烟怠压实体198的固结还使包覆部212连结到玻璃芯棒115，从而形成包含多根芯棒的光纤预制件210。同样，替代地，如果采用模杆115B，所得的光纤预制件210可在对应于之前移除的模杆（参见图8B）位置的各位置处具有空穴或孔115B′。在又一示例性实施例中，在部分固结之后，掺硼的烟怠被置于孔或空穴的位置内，然后，芯棒115以及部分烧结的烟怠（对应于部分烧结的烟怠压实体198）连同位于部分烧结的烟怠压实体198内的空穴内的掺硼的烟怠的组件进行烧结，以实现完全的致密。

如果烟怠压实体由纯二氧化硅（烟怠）粉末构成，且如果（出于给定应用场合的目的）发现掺硼的烟怠在固结过程中与二氧化硅粉末太过反应，外径恰好小于烟怠压实体内的空穴内径的薄壁二氧化硅管可插入烟怠压实体内的（圆柱形）空穴，然后可在管本身内充填掺硼的二氧化硅烟怠粉末。

在一个实施例中，光纤预制件组件200通过将手柄固定到玻璃芯棒115并使光纤预制件在固结炉中从石英浸渍杆悬垂来固结成光纤预制件210。固结炉一般可包括具有石英马弗罩的管式炉，该马弗罩具有干燥区和固结区。干燥区可保持在约1000°C的温度下，而固结区具有贯穿固结区从约1000°C到约1450°C的温度梯度。固结炉的固结区可保持在氦气流下。光纤预制件组件保持在固结炉的干燥区内，并随后在两个绝热的保持阶段内暴露于氦气和氧气流以及氦气与氯气流，以干燥光纤预制件组件并去除碳、水和过渡金属杂质。在干燥处理之后，管式炉内的气氛随后切换到氦气流，且光纤预制件组件下降通过固结区，以增大二氧化硅玻璃烟怠的温度，从而产生足以形成完全固结的玻璃状的玻璃流。固结之后，固结的光纤预制件组件（现在是光纤预制件）从固结炉撤去并加载到1000°C的保持炉内至少六个小时，以使试样脱气和退火。

尽管在此所述的烟怠压制过程可优化成改善烟怠压实体密度的均匀性并由此减少固结的光纤预制件的几何形状变化，但由烟怠压制过程形成的光纤预制件可在固结之后具有尺寸变化。例如，光纤预制件的包覆部212的直径在固结的光纤预制件的端部处大于在其中间，因而，光纤预制件的直径从端部向中间渐缩。在一个实施例中，光纤预制件可在预烧结之后进行机加工，以消除沿光纤预制件的轴向长度的任何尺寸变化。例如，光纤预制件可定位在车床内并进行机加工以选择性地减小沿光纤预制件的轴向长度的包层的某些部分的直径，由此形成具有均匀直径的光纤预制件。

示例

通过下述示例来进一步阐释本发明。

示例1

在此示例中，两个光纤预制件组件通过在单个步骤中将模腔加载有二氧化硅玻璃烟怠来制备。为了形成光纤预制件组件，直径1.9厘米的玻璃芯棒和直径24毫米的两根应力杆定位在碳模具内，该模具具有直径为89毫米、长度为610毫米的模腔。模腔衬有玻璃状碳涂层。此示例中的玻璃芯棒的长度与模具长度相等。

玻璃芯棒通过将玻璃芯棒的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的孔内来定位在模腔内。应力杆还通过将每根应力杆的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的（偏离轴线）的孔内来定位在模腔内。约930克的二氧化硅玻璃烟怠添加到模腔，以使玻璃芯棒在二氧化硅玻璃烟怠内对中，且应力杆偏离中心地、相对靠近芯杆地定位。为了实现特定的光纤设计，在模具的初始构造中，应力杆相对于芯棒的精确位置可通过从期望的光纤设计计算并采用在固结过程中测量的烟怠的收缩率来确定。（即，通过从期望的构造开始，并通过将已知的收缩率作为因素来确定初始构造。）可能有必要测量轴向和径向烟怠到玻璃（soot-to-glass）的收缩性，这是因为轴向杆存在于烟怠压实体内会限制相对于径向收缩的轴向收缩。如果杆沿单个光纤直径对准，沿两个垂直的径向光纤尺寸的收缩率还将有差别。完成计算所需的可调节参数是烟怠振实密度、烟怠最终压实密度和模具直径。振动能量在二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔内之后施加到模具本体，以使二氧化硅玻璃烟怠的预挤压密度最大化。上压板定位在玻璃芯棒和应力杆上并插入模腔。在此实施例中，压板延伸部被插入玻璃芯棒和应力杆周围的模腔内，且模具和延伸部定位在液力压力机内。液力压力机的压力机臂被装配到上压板延伸部，而下压板延伸部定位在液力压力机的支承板上。振动能量以5千瓦放大器的功率的51％、约17到19千赫兹的频率施加到模具。精确的、较佳的共振频率取决于超声波转换器、波导、夹具和模具的详情，并且必须针对具体的每组元件独立地来优化。具有0.026秒周期的40赫兹的多模式频率扫描应用于振动能量，以避免在模腔内建立驻波。

为了挤压烟怠，压力机的上压板以4.8毫米/秒的速率朝向下压板前进。允许模具相对于烟怠压实体以约2.4毫米/秒的速率滑动，由此保持超声源在烟怠压实体上对中。烟怠的密度可在整个压制操作过程中基于所测量的上压板在模腔内的位置、模具尺寸和烟怠质量来实时地进行计算。当计算的烟怠密度在目标密度（在此示例中0.8克/立方厘米）的0.01克/立方厘米内时，停止振动能量。当计算的烟怠密度达到0.8克/立方厘米的目标密度时，液力压力机的压力机臂的运动停止，因而，仅209磅的静载荷留在压力机的液压管路内。在十分钟的持续时间之后，释放静载荷。此后，光纤预制件组件定位在管式炉内并在具有5％氯气的氦气流内以1000°C干燥一个小时。然后，光纤预制件组件在1200°C下预烧结一个小时，然后如上所述进行固结。试样的直径变化预计小于固结的光纤预制件的最小直径的约±10%。

示例2

在此示例中，光纤预制件组件通过将二氧化硅玻璃烟怠以离散的各部分加载到模腔内并在添加后续部分之前压制每个部分来制备。为了形成光纤预制件组件，直径19毫米的玻璃芯棒19和直径约24毫米的两根应力杆定位在分段的铝制模具内，该模具具有直径89毫米和610毫米长度的模腔。分段的模具由各包括模具周缘的三分之一的三个面板构成，并且通过机加工到模具材料的外周界内的螺栓保持在一起。模腔衬有厚度为0.5毫米的紧配合的特富龙板。此示例中的玻璃芯棒和应力杆的长度与模具长度相等。玻璃芯棒和模杆通过将玻璃芯棒的端部和模杆的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的孔内来定位在模腔内。

总共1375克的二氧化硅玻璃烟怠以如下方式加载到模具（模腔）内：275克的二氧化硅玻璃烟怠的第一部分加载到模腔内，并手动压制成定位在模具中心处的0.55克/立方厘米的密度。275克的二氧化硅玻璃烟怠的第二部分加载到模腔内的一个端部内，而275克的二氧化硅玻璃烟怠的第三部分加载到模腔的相对端部内。两端部装备有压板，并手动地压制成0.47克/立方厘米的密度，这些压板沿模腔的长度对中。275克的二氧化硅玻璃烟怠的第四部分加载到模腔内的一个端部内，而275克的二氧化硅玻璃烟怠的第五部分加载到模腔的相对端部内。两端部装备有压板，并手动压制成0.40克/立方厘米的密度。因此，加载的烟怠定位在模腔内，因而，第一部分设置在一侧的第二和第四部分与另一侧的第三和第五部分之间。

此后，压板定位在玻璃芯棒和应力杆上并插入模腔内。压板延伸部插入玻璃芯棒和模杆周围的模腔内，且模具和延伸部定位在液力压力机中。液力压力机的压力机臂装配至上压板延伸部，而下压板延伸部定位在液力压力机的支承板上。

为了挤压烟怠，压力机的上压板以1.6毫米/秒的速率朝向下压板前进。允许模具以约0.8毫米/秒的速率相对于烟怠压实体滑动，由此保持超声源在烟怠压实体上对中。烟怠的密度可在整个压制操作过程中基于所测量的上压板在模腔内的位置、模具尺寸和烟怠质量来实时地进行计算。当计算的烟怠密度达到0.8克/立方厘米的目标密度时，液力压力机的压力机臂的运动停止，因而，仅1300磅的静载荷留在压力机的液压管路内。在60分钟的持续时间之后，释放静载荷。然后，拆卸分段的模具，且所得的压实预制件从模具和特富龙衬底脱开。然后，预制件通过升高到900°C在氦气环境下进行热处理1到3小时，以部分地烧结预制件。然后，光纤预制件组件如上所述进行固结。

示例3

为了制造用于制成诸如单偏振和/或保偏光纤的光纤的、具有类似于图8C中所示的几何形状的光纤预制件，首先计算三根玻璃杆（一根芯杆和两根应力杆）在模具组件内的位置。在此示例中，为了生产光纤预制件，从具有0.6克/立方厘米的振实密度的烟怠开始。之前的实验证实具有0.85克/立方厘米烟怠密度的压实预制件以19％的轴向收缩性和29％的径向收缩性固结。椭圆形模腔和压板的设计可补偿玻璃杆的非圆形对称的位置（即，对于沿椭圆的一轴线并且不沿另一轴线定位的杆）。在所得的烧结预制件中，沿包含芯棒和两根应力杆的轴线，径向轮廓的仅35％是源自挤压烟怠的玻璃，而在垂直的直径上，89％的玻璃源自挤压烟怠。具有椭圆形横截面（主轴106毫米，副轴89毫米（芯部和两根应力杆沿副轴定位））的模腔将使玻璃烟怠沿每根轴定位成在挤压成0.85克/立方厘米烟怠密度之后并在固结过程中29％线性（径向）烟怠收缩之后，所得预制件的每根轴将固结成78毫米直径，所得的预制件具有圆形横截面。应理解到收缩率和设计的变化会需要模具和压板设计改型成提供最佳的几何形状。

为了形成此示例的光纤预制件组件，直径8.7毫米的玻璃芯棒以及约21毫米直径的两根模杆定位在分段的铝制模具内，该模具具有89毫米（副）直径的椭圆形横截面。分段的模具由各包括模具周缘的三分之一的三个面板构成，并且通过机加工到模具材料的外周界内的螺栓保持在一起。

模腔衬有厚度为0.5毫米的紧配合的特富龙板。

此示例中的玻璃芯棒以及模杆的长度与模具长度相等。两个压板在椭圆的中心处提供用于芯棒的开口或孔（例如，孔110、112），并还包括用于直径沿椭圆的副轴的模杆的、21毫米直径的开口或孔（例如，孔110A、112A）。玻璃芯棒和模杆通过将玻璃芯棒的端部和模杆的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的孔内来定位在模腔内。

具有0.6克/立方厘米的振实密度的总共2037克二氧化硅玻璃烟怠加载到填充模腔内约51厘米高度的模具内。此后，压板定位在玻璃芯棒和应力杆上并插入模腔内。压板延伸部插入玻璃芯棒和模杆周围的模腔内，并且模具和延伸部定位在液力压力机内。液力压力机的压力机臂装配至上压板延伸部，而下压板延伸部定位在液力压力机的支承板上。

为了挤压烟怠，压力机的上压板以1.6毫米/秒的速率朝向下压板前进。允许模具相对于烟怠压实体以约0.8毫米/秒的速率滑动，由此保持超声源在烟怠压实体上对中。烟怠的密度可在整个压制操作过程中基于所测量的上压板在模腔内的位置、模具尺寸和烟怠质量来实时地进行计算。当计算的烟怠密度达到0.85克/立方厘米的目标密度时，液力压力机的压力机臂的运动停止。在60分钟的持续时间之后，释放静载荷。然后，分段的模具被拆卸，且所得的压实预制件从模具和特富龙衬底脱开。然后，预制件通过升高到900°C在氦气环境下进行热处理1到3小时以部分地烧结预制件。然后，光纤预制件如上所述进行固结。

示例4

在此示例中，光纤预制件组件通过将二氧化硅玻璃烟怠加载到包含居中的芯棒和两根模杆的模腔内来制备。模杆意于在挤压步骤之后移除，以提供具有圆柱形空穴的压实烟怠。然后，压实的烟怠固结以形成包含圆柱形孔的预制件组件。更具体地，为了形成此实施例的光纤预制件组件，直径19毫米的玻璃芯棒和直径约24毫米、由特富龙制成的两根模杆定位在分段的铝制模具内，该模具具有直径89毫米以及长度为610毫米的模腔。分段的模具由各包括模具周缘的三分之一的三个面板构成，并且通过机加工到模具材料的外周界内的螺栓保持在一起。模腔衬有厚度为0.5毫米的紧配合的特富龙板。此示例中的玻璃芯棒以及模杆的长度与模具的长度相等。玻璃芯棒和模杆通过将玻璃芯棒的端部和模杆的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的孔内来定位在模腔内。

总共1540克的二氧化硅玻璃烟怠（振实密度=0.6克/立方厘米）加载到模具内。组件装备有压板和压板延伸部，且模具以及延伸部定位在液力压力机内。液力压力机的压力机臂装配至上压板延伸部，而下压板延伸部定位在液力压力机的支承板上。

为了挤压烟怠，压力机的上压板以1.6毫米/秒的速率朝向下压板前进。允许模具相对于烟怠压实体以约0.8毫米/秒的速率滑动，由此保持超声源在烟怠压实体上对中。烟怠的密度可在整个压制操作过程中基于所测量的上压板在模腔内的位置、模具尺寸和烟怠质量来实时地进行计算。当计算的烟怠密度达到0.8克/立方厘米的目标密度时，液力压力机的压力机臂的运动停止，因而，仅1300磅的静载荷留在压力机的液压管路内。在60分钟的持续时间之后，释放静载荷。然后，拆卸分段的模具，且所得的压实预制件从模具和特富龙衬底脱开。模杆可通过将杆手动地滑出烟怠压实体来轻缓地从预制件组件移除。然后，具有圆柱形空穴的预制件通过升高到900°C在氦气环境下进行热处理1到3小时以部分地烧结预制件。在一个最终构造中，具有圆柱形空穴的光纤预制件可固结成具有圆柱形空穴的玻璃物件。

示例5

在此示例中，光纤预制件组件通过在单个步骤中将模腔加载有二氧化硅玻璃烟怠来制备。为了形成光纤预制件组件，直径1.06厘米的玻璃芯棒和直径各为1.5毫米的六根特富龙模杆定位在碳制模具内，该模具具有直径89毫米以及长度为610毫米的模腔。模腔衬有玻璃状碳涂层。此示例中的玻璃芯棒的长度与模具长度相等。

玻璃芯棒通过将玻璃芯棒的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的孔内来定位在模腔内。六根模杆通过将每根模杆的端部插入定位在模腔的下部分内的压板的孔内来定位在模腔内。用于每根模杆的孔应允许每根杆穿过上压板和下压板中的每个进行自由运动。模杆的结构通过压板内的样式来固定，这种结构在此情况下使1.5毫米孔的中心均匀地围绕圆（具有从芯棒的中心测量的半径）的周缘间隔。具有0.6克/立方厘米的振实密度的约1470克二氧化硅玻璃烟怠添加到模腔内，从而保持芯棒和六根模杆的垂直性。烟怠柱的高度约为40厘米。振动能量在二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔内之后施加到模具本体，以使二氧化硅玻璃烟怠的预挤压密度最大化。上压板定位在玻璃芯棒和模杆上，注意与下压板对准并防止杆内的扭转。压板延伸部插入玻璃芯棒和模杆周围的模腔内，且模具和延伸部定位在液力压力机内。液力压力机的压力机臂装配至上压板延伸部，而下压板延伸部定位在液力压力机的支承板上。振动能量以5千瓦放大器的功率的51％以及约20千赫兹的频率施加到模具。具有0.026秒周期的40赫兹的多模式频率扫描应用于振动能量，以避免在模腔内建立驻波。

为了挤压烟怠，压力机的上压板以1.6毫米/秒的速率朝向下压板前进。允许模具相对于烟怠压实体以约0.8毫米/秒的速率滑动，由此保持超声源在烟怠压实体上对中。烟怠的密度可在整个压制操作过程中基于所测量的上压板在模腔内的位置、模具尺寸和烟怠质量来实时地进行计算。当计算的烟怠密度在目标密度（在此示例中0.83克/立方厘米）的0.01克/立方厘米内时，停止振动能量。当计算的烟怠密度达到0.8克/立方厘米的目标密度时，液力压力机的压力机臂的运动停止，因而，仅209磅的静载荷留在压力机的液压管路内。在10分钟的持续时间之后，释放静载荷。如有必要，模杆可借助于施加的超声波能量从烟怠压实体撤去，以在烟怠压实体内留有围绕芯棒排列的六个孔。此后，光纤预制件组件定位在管式炉内并在具有5％氯气的氦气流中在1000°C下干燥1小时。烟怠预制件组件可从碳制模具中移除，并粘附于中心芯棒。然后，光纤预制件如上所述进行固结。然后，预制件被牵拉成光纤。孔的布置可包括孔的尺寸和数目的各种组合。在一些实施例中，孔的总数大于10，在其它实施例中大于50，并且另外的实施例中大于100。用类似于此的设计制成的光纤对于包括弯曲不敏感光纤、光子晶体光纤、高数值孔径光纤和无尽单模光纤等的各种应用场合有用。

现将参照图9-14，这些图示出根据本发明的方法和设备的另一示例性实施例。图9示出能根据本发明的一些实施例使用的设备（模具组件100）的局部侧剖图。此实施例的模具组件100包括刚性外壁102A和挠性内壁102B，挠性内壁102B围绕设备的内腔108（即，模腔），且刚性外壁120A和挠性内壁120B之间的区域形成环形空腔108A。“刚性”是指与挠性内壁102B相比是刚性的，“挠性”是指与刚性外壁102A相比挠性的。模具组件100的刚性外壁102A可具有圆形横截面以形成圆柱形模具，或者替代地可以是椭圆形、六角形或甚至不规则形，以实现特定的光纤设计。在图9中所示的实施例中，挠性内壁102B的任一侧上的压力大致相等。即，环形内腔108A内的压力大约等于模腔（内腔）108内的压力。此实施例的设备100还包括底（或者下）端盖或压板104A以及顶（或者上）端盖或压板106A。底（下）端盖104A以及顶（上）端盖106A都较佳地包括：(i)诸如孔112、110（未示出）的中心孔，用于接纳玻璃杆并使其对中（玻璃芯棒）；以及(ii)至少一个其它的、未定位在中心的孔（例如，孔110A、112A），用于接纳应力杆115A和/或模杆115B。顶端盖和底端盖106A、104A内的、未定位在中心的孔110A、112A可呈细长槽（例如，椭圆形）的形式，这些细长槽的长尺寸沿半径定向，以允许玻璃杆或模杆在径向压实（径向加压）过程中朝向芯杆（例如，参见图11）运动。例如，椭圆形槽可具有在设计的初始结构（例如，应力杆或模杆的直径）中与非中心杆的外径或尺寸对应的外径（短尺寸），然后朝向端盖的中心延伸一足够的长度以防止杆弯曲。顶端盖106A和底端盖104A较佳地在顶部和底部环形空腔108A处提供压力密封，并还较佳地允许空腔108内过量的空气经由中心孔和/或经由其它孔逸出。用于端盖的较佳材料包括诸如铝的金属或塑料。

图9-14的实施例的圆柱形刚性外壁102A可由具有无明显变形地抵抗环形空腔108A内的最大正常操作压力的机械强度的任何材料制成。在较佳的实施例中，圆柱形的刚性外壁102A由铝制成。用于圆柱形外壁102A的其它较佳材料包括例如其它金属或塑料。在较佳的实施例中，圆柱形刚性外壁102A具有沿其轴向长度基本上均匀的直径。在替代的实施例中，圆柱形刚性外壁102A具有沿其轴向长度略有变化的直径，以抵消可能存在于模具组件（设备100）的顶部和底部处的压力差。圆柱形刚性外壁102A可包括均匀圆柱形件，或者它可包括端对端附连的两个或更多个圆柱形部段。

挠性内壁102B可由具有一定弹性和屈服强度的任何材料制成，该弹性和屈服强度足以在受到环形空腔108A内的最大正常操作压力时径向向内弹性变形，而不经受塑性变形。在较佳的实施例中，挠性内壁102B是由乳胶材料制成的管，诸如可从皮埃肯美国公司（PiercanUSA,Inc）购得的标准弹性体乳胶管。用于挠性内壁102B的其它较佳的材料包括例如氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯或硅橡胶。较佳地，挠性内壁102B具有95到7000磅/平方英寸的抗拉强度和200％到800％的伸长率。在较佳的实施例中，挠性内壁102B密封到圆柱形刚性外壁102A。密封可例如通过将翼片（未示出）挤压到圆柱形刚性外壁102A的外表面上或通过用粘结剂来固定来实现。在这种实施例中，可设置加压进入点和阀（未示出），以对环形内腔108A加压和卸压。在替代的实施例中，挠性内壁102B可包括装配到圆柱形刚性外壁102A内的螺旋形叶片。在这种实施例中，螺旋形叶片和圆柱形刚性外壁102A之间的密封不是必要的。

如图10中所示，环形内腔108A可减压以使空气或其它流体已大部分或几乎完全从环形内腔108A去除。由于这种减压作用，挠性内壁108A径向向外弹性变形，因而，如图10中所示，挠性内壁102B的最大外径几乎等于刚性外壁102A的内径。同时，环形空气108A的体积减小，而内腔108的体积增大。

如图11中所示，固结的玻璃杆（玻璃芯棒115）可放置于设备100的内腔108内并居中。一根或多根固结的玻璃杆（应力杆115A）和/或一根或多根模杆115B也（偏离中心地）放置在内腔108内。如图11中所示，环形内腔108A如图10和11中那样进行减压。玻璃杆115（玻璃芯棒）可穿过内腔108并穿过底端盖104A内的中心孔（未示出），以使玻璃杆115的顶部和底部延伸到设备100之外。相似地，玻璃杆115A或模杆115B可穿过底端盖104A内的内腔108，因而，杆115A和/或115B的顶部和底部延伸到设备100之外。例如由泡沫橡胶制成的可选塞件117可放置在模腔（在此示例中是内腔108）的底部。塞件117具有中心孔117″和偏离中心孔112A″或接纳玻璃杆115、115A和/或115B。塞件117较佳地具有与刚性外壁102A的内径大致相等的直径，且塞件117的中心孔117″较佳地具有大约等于或略小于玻璃杆115的直径的直径，因而，塞件117贴合地装配在内腔108的底部并在玻璃杆115周围。类似地，塞件117的偏离中心孔112A″较佳地具有与模杆115B或玻璃杆115A的直径大致相等或略小（在至少一个横截面内）的直径，因而，塞件117贴合地装配到内腔108的底部并在杆115A、115B周围。塞件117可用于防止松胀的烟怠经由设备的底部逸出并还可用于使被压制的烟怠体具有倒圆或锥形的端部。例如，图11中所示的实施例包括具有可选地细长的孔110A、112A的端盖或压板，以在径向挤压过程中提供玻璃杆115A朝向芯杆115的运动。

如图12中所示，颗粒玻璃材料（诸如玻璃烟怠190）可通过设备100的顶部放置或倾倒到内腔108内并且在玻璃杆115、应力杆115A（和/或模杆115B）以及挠性内壁102B之间。如图12中所示，环状空腔108A如图11中所示进行减压。尽管图12示出近似一半装有玻璃烟怠190的内腔108，但在较佳实施例中，玻璃烟怠放置或倾倒在内腔108内，直至内腔几乎满为止。在将玻璃烟怠190放置或倾倒到内腔108内之后，附加的塞件（未示出）可置于玻璃烟怠190上并在内腔108的顶部附近围绕杆115、115A和/或115B。较佳地，在将玻璃烟怠118放置到内腔中之后，内腔108进行减压。

如图13中所示，放置到内腔108内的玻璃烟怠190通过在刚性外壁102A和挠性内壁102B之间的环状内腔108A内提供加压流体来进行加压。在较佳的实施例中，顶端盖106A放置到位并使用螺纹杆120连接到底端盖104A。接下来，流体可逐步引入环状空腔108A内，因而，环状空腔内的压力逐步从与大气压相比的负压增大到正压。较佳地，环状空腔108A内的压力以小于50磅/平方英寸·分钟、更佳是以小于20磅/平方英寸·分钟、诸如是从2到20磅/平方英寸·分钟或者还诸如是从5到15磅/平方英寸·分钟的速率增大。当环状空腔108A内的加压流体的压力逐步增大到大得多的正表压时，挠性内壁102B径向向内抵靠玻璃烟怠190弹性变形（从而致使环状空腔108A的体积逐步增大，而内腔108的体积逐步减小）并且玻璃烟怠190径向向内压抵杆115并围绕杆115A、115B。较佳地，环状空腔108A内的加压流体的压力增大，直至它到达最大预定值。压力可以在此值保持或不保持一预定量的时间。当保持一预定量的时间时，压力可以例如保持至少1分钟，诸如从1分钟到10分钟，包括约5分钟。

在较佳的实施例中，在对玻璃烟怠加压的步骤中，加压的流体具有从25磅/平方英寸到250磅/平方英寸，诸如从50到200磅/平方英寸并还诸如从75到150磅/平方英寸的最大压力。加压流体的示例包括空气、惰性气体（例如，氮气）、水和油。特别较佳的加压流体是空气。在较佳的实施例中，在对玻璃烟怠加压的步骤中，内腔108的温度小于50°C，诸如从20°C到40°C，甚至更佳地是室温（即，在20°C到25°C之间）。

在烟怠被充分压制之后，如图14中所示，环状空腔108A内的加压流体可以释放，因而，环状空腔108A如图10中那样进行减压（以使环状空腔108A内的压力小于内腔108内的压力）。较佳地，环状空腔108A内的压力以小于50磅/平方英寸·分钟、更佳是以小于20磅/平方英寸·分钟、诸如是从2到20磅/平方英寸·分钟或者还诸如是从5到15磅/平方英寸·分钟的速率减小。当环状空腔108A内的压力逐步减小时，挠性内壁102B远离被压制的玻璃烟怠190径向向外变形（致使环状空腔108A的体积逐步减小，而内腔108的体积逐步增大），因而，在被压制的玻璃烟怠190的外径与挠性内壁102B之间的内腔108内存在环状间隙122。

在环状空腔108A减压之后，例如是图15中所示的被压制的烟怠/棒组件或多孔预制件200准备好从设备移除，以进行清洁和固化。

在另一实施例中，径向向内压力可通过使用作为内壁的板来施抵颗粒玻璃烟怠，该板具有相互交叉的指部并卷成圆筒状。这种板的示例在图16A和16B中示出，在图16A中，板示出为在展开位置，而在图16B中，板示出为在卷起位置。如图16A中所示，板180在每一端上包括多个相互交叉的指部182和多个槽184。在卷起位置，来自板的每一端的相互交叉的指部182延伸到板180的相对端上的槽184内，因而，来自板的相对端的相互交叉的指部152如图16B中所示沿相反方向延伸。然后，卷起的板可在玻璃杆115的周围沿周向延伸，该玻璃杆在对中卡盘（未示出）的对中孔内居中。然后，颗粒玻璃烟怠可放置或倾倒到卷起的板150以及杆115、115A和/或115B之间的环状空腔内，在此之后沿相反方向延伸的相互交叉的指部都可沿它们对应的相反方向拉动，以减小被拉的板的直径并提供抵靠颗粒玻璃烟怠的径向向内的压力。

在较佳的实施例中，玻璃杆115是芯棒。在替代的较佳实施例中，玻璃杆115是由多孔烟怠包覆层围绕的芯棒。

在较佳的实施例中，可设置多孔预制件，其中，压抵玻璃杆的颗粒玻璃材料具有至少0.5克/立方厘米，例如0.6到1.2克/立方厘米或者0.8到1.0克/立方厘米，例如约0.9克/立方厘米的密度。压抵玻璃杆的颗粒玻璃材料的密度很大程度上是取决于在对颗粒玻璃材料加压的步骤中所施加的最大压力。一般来说，在对颗粒玻璃材料加压的步骤中施加的最大压力越大，则材料密度越大，因此，多孔预制件的总密度越大。使用在此所述的方法，例如，具有至少0.6克/立方厘米的密度的多孔预制件可使用至少50磅/平方英寸的最大压力来生产；具有至少0.7克/立方厘米的密度的多孔预制件可使用至少100磅/平方英寸的最大压力来生产；具有至少0.8克/立方厘米的密度的多孔预制件可使用至少150磅/平方英寸的最大压力来生产，以及具有至少0.9克/立方厘米的密度的多孔预制件可使用至少200磅/平方英寸的最大压力来生产。

在较佳的实施例中，多孔预制件具有沿轴向基本一致的直径。较佳地，预制件沿其轴向长度的最小直径是沿其轴向长度的最大直径的至少90%。甚至更佳地，预制件沿其轴向长度的最小直径是沿其轴向长度的最大直径的至少95%。

根据在此所述的实施例制成的多孔预制件能使用标准的固结设备和工艺来固结成玻璃坯件（即，固结的玻璃预制件），然后使用标准的牵拉设备和工艺来牵拉成光纤。较佳地，一旦多孔预制件固结并牵拉成光纤，围绕多孔预制件的棒的被压制的烟怠将最终形成外包覆部，因而，从被压制的烟怠中得到外包覆部的总质量的至少35%并还诸如是至少40%，甚至还诸如至少50%。当固结成玻璃坯件时，根据在此公开的实施例中的一些制成的多孔预制件可产生固结的坯件，因而，沿坯件的轴向长度，芯部的外径与包层的外径的最小比例（即，最小的芯部/包层比）是芯部的外径与包层的外径的最大比例（即，最大的芯部/包层比）的至少98%。

可以通过在用烟怠填充设备之前在芯棒和/或杆115、115A、115B上产生静电荷（例如，通过用丝绸来摩擦）来改善烟怠至芯棒和/或这些杆的粘附。芯棒的底部可选择性地制成比芯棒的其余部分的直径略大，以防止被压制的烟怠从芯棒滑脱，如果被压制的烟怠至芯棒的粘附相对较小的话。例如，锥度的大小可以设计成芯棒的顶部具有比芯棒的底部小约1%的直径，并且梯度沿芯棒的长度是均匀的。如果玻璃芯棒和被压制的烟怠体之间的粘附较弱，则锥度提供坯件的支承，从而能够垂直地操作。以相似的方式，应力杆可通过提供在顶部（与芯棒的较大端部相对）定向的较大端部的锥形杆来更好地固定在烟怠体内。芯棒的表面可通过碾磨或蚀刻或者通过借助OVD（外部气相沉积工艺）施加一薄层的烟怠来变粗糙。

接下来的示例说明利用朝向模腔的中心向内定向的径向压力来压实颗粒玻璃材料以制成光纤预制件的包覆部的方法和设备。

示例6

使用具有刚性圆柱形外壁和挠性内壁的设备来制成光纤预制件。刚性圆柱形外壁由铝制成并具有4英寸的内径、18英寸的长度和1/4英寸的壁厚。挠性内壁是在未受应力的状态下具有约2.5英寸的直径的乳胶橡胶管。乳胶橡胶的顶端和底端裹绕在铝制圆柱体的顶端和底端上。设备还包括铝制顶端盖和底端盖，每个端盖具有约1英寸的厚度，中心孔容纳：(i)芯棒，(ii)两根偏离中心杆，以容纳两根应力杆115A以及(iii)用于容纳螺纹杆的四个周向孔。

挠性内壁和刚性外壁之间的空气已基本上去除，因而，挠性内壁的外径与刚性外壁的内径基本上相等。然后，直径与刚性圆柱体的内径大致相等的、一英寸厚的开孔硅橡胶泡沫塞件被插入空腔内，以使其与圆柱体的底部齐平。然后，圆柱体的底部用铝制端盖和氟橡胶O型环来密封。为了容纳应力杆（偏离中心地定位）的运动，此示例性设备的铝制端盖具有带槽（细长）的孔。这些细长孔（例如，孔110A、112A）具有足以使玻璃杆装入并朝向模腔的中心（相对于较长的轴线）径向对准的宽度。细长孔的目的是允许玻璃杆（例如，应力杆，芯棒）在烟怠充填过程中放置于槽的外边缘上，然后当径向压实烟怠时朝中心线穿过。在此示例中，带槽的或细长的孔是2.1厘米宽，且其外边缘定位在离模腔中心4.2厘米处，且带槽的孔的内边缘定位成离模腔中心1.7厘米。（对于2.1厘米直径的应力杆，这允许在压实烟怠过程中朝向模具中心运动0.4毫米。）10毫米直径的熔融二氧化硅芯棒放置在模腔内部，芯棒的底端部插入底部塞件的中心处的孔内。芯棒的顶部可例如通过利用已知的对中装置/机构或方法，例如通过使用由PTFE制成的临时盘（即，当所有烟怠在空腔内时，将盘取出）而保持居中。然后，两根21毫米直径的熔融掺硼二氧化硅杆放置于空腔内，杆的底端部插入偏离中心地定位在底部塞件内的带槽的孔内。掺硼的二氧化硅应力杆与带槽的孔的外边缘接触并与其相邻。应力杆的顶部通过使用已知的对中装置/机构或方法中的任一种来保持在它们的适当位置。然后，将来自OVD包覆工艺的、具有0.6克/立方厘米的振实密度的废弃二氧化硅烟怠加载到空腔内，同时不时地振实刚性圆柱体的尺寸以确保烟怠的均匀压实。当烟怠到达圆柱体顶部以下约1英寸的水平时，移除对中夹具，且第二硅橡胶泡沫塞件滑动到位。圆柱体的顶部例如用第二铝制端盖和氟橡胶O型环来密封。顶部铝制端盖较佳地装备有与底端盖相同的槽和孔结构，从而仔细地与下板对中，因而，偏离中心玻璃杆的径向运动在整个压实（或压力施加）步骤中保持使它们与中心玻璃芯棒平行。顶端盖和底端盖通过用螺纹杆将它们彼此连接并借助翼形螺母旋紧来紧固到圆柱体的端部上。然后，内腔通过顶端盖抽空。然后，挠性壁与刚性壁之间的空间可在10分钟的时间段内使用压缩空气缸来加压到150磅/平方英寸。压力在150磅/平方英寸下保持大约5分钟。然后，允许内腔回到大气压。然后，环状空腔的压力在10分钟的时间段内通过缸的侧面上的阀排出。然后，移除顶端盖，并泵出环状空腔内的空气，因而，挠性壁的直径大到足以移除顶部泡沫塞件和烟怠预制件。所得烟怠预制件具有约89毫米的直径和约0.8克/立方厘米的密度。

烟怠预制件在管式炉内以5°C/分钟的速率首先在500标准毫升/分钟的氧气流内从室温加热到800°C，以去除有机污染物，然后在氦气内有5%氯气的混合物的500标准毫升/分钟的氦气流内从800°C加热到1200°C，以去除金属污染物。然后，清洁好的预制件在垂直的向下驱动的炉子内固结。例如，炉子可在10%的氧气中、在1000°C下吹扫一个小时，然后在5%氯气中吹扫一个小时，然后预制件可通过以10毫米/分钟从1000°C转换到1430°C、然后以1.5毫米/分钟从1430°C转换到1466°C的峰值、然后回到1430°C来在氦气内完全烧结。

示例7

该示例类似于示例6，但代替两根掺硼的固结玻璃杆，两根21毫米直径的圆柱形铝制模杆放置在模腔内，它们的底端部插入偏离中心地定位在底部塞件内的孔。模杆的顶部可使用例如由PTFE制成的临时盘来保持居中（即，杆保持在适当的位置，因而，连接各杆中心的线与芯杆的中心相交）。然后，移除顶端盖，并泵出环状空腔内的空气，因而，挠性壁的直径大到足以移除顶部泡沫塞件和烟怠预制件。所得的烟怠预制件具有约89毫米的直径。可小心地从被挤压的烟怠（烟怠压实体）取出两根模杆，从而在烟怠内留下直径21毫米的两个气孔，而烟怠密度为约0.8克/立方厘米。

烟怠预制件在管式炉内以5°C/分钟的速率首先在500标准毫升/分钟的氧气流内从室温加热到800°C，以去除有机污染物，然后在氦气内有5%氯气的混合物的500标准毫升/分钟的氦气流内从800°C加热到1200°C，以去除金属污染物。然后，清洁好的预制件在垂直的向下驱动的炉子内固结。例如，炉子可在10%的氧气中、在1000°C下吹扫一个小时，然后在5%氯气中吹扫一个小时，然后预制件可通过在10%氧气内以10毫米/分钟从1000°C转换到°C一个小时、然后在5%的氯气中一个小时来在氦气内完全烧结，然后，预制件可通过以10毫米/分钟来从1000°C转换到1430°C、然后以1.5毫米/分钟从1430°C转换到1466°C的峰值、然后回到1430°C来在氦气中完全烧结，从而留有定位在中心芯棒周围的两个圆柱形气孔的固结的玻璃物件（预制件）。该预制件还可通过用掺硼的二氧化硅粉末或者掺硼的玻璃杆来填充圆柱形气孔而进一步作修改。然后，包含掺硼的二氧化硅粉末或者掺硼的二氧化硅（应力）杆的烧结的预制件重新烧结，这例如通过将预制件加热到1400°C-1500°C的峰值温度，这种加热持续足以使硼烟怠烧结或者使掺硼二氧化硅（应力）杆永久地粘附于周围的二氧化硅玻璃的时间。例如，具有掺硼的二氧化硅粉末的烧结的预制件通过以10毫米/分钟从1000°C转换到1430°C、然后以1.5毫米/分钟从1430°C转换到1466°C的峰值、然后回到1430°C来重新烧结到1466°C的峰值，以使烧结的预制件内的掺硼二氧化硅粉末（烟怠）完全烧结。

认识到其它材料组合物可填充到圆柱形的气孔内并成形为光纤预制件，这些组合物包括诸如Cu、Ag、Au、W和Ga的金属或诸如Si₃N₄或Si₃N₄/SiC的半导体。

示例8

该示例类似于示例6，但代替两根掺硼的固结玻璃杆，在此示例中，两根21毫米直径的圆柱形铝制模杆置于空腔内，它们的底端部插入偏离底部塞件中心的孔内。

模杆的顶部可使用任何已知的机构或方法来保持在适当的位置（因而，连接各杆中心的线与芯杆的中心相交）。然后，移除顶端盖，并泵出环状空腔内的空气，因而，挠性壁的直径大到足以移除顶部泡沫塞件和烟怠预制件。所得的烟怠预制件组件具有约89毫米的直径。两根模杆可小心地从坯件组件取出，从而留下直径21毫米的两个气孔，并且被烟怠密度为约0.8克/立方厘米的压实烟怠所围绕。气孔可用颗粒玻璃、例如是掺硼的玻璃粉末来填充。较佳地，粉末应具有等于烟怠的被压制密度的振实密度。锥形玻璃塞件可装入气孔的底部内，而掺硼的玻璃粉末可装入气孔内。在另一种构造中，具有略小于21毫米的直径的薄壁二氧化硅管可首先装入气孔内，然后本身用掺硼玻璃粉末来塞住和填充。

包括玻璃粉末或填充有玻璃粉末的二氧化硅管的烟怠预制件组件在管式炉内以5°C/分钟的速率首先在500标准毫升/分钟的氧气流中从室温加热到800°C，以去除有机污染物，然后在氦气内有5%氯气的混合物的500标准毫升/分钟的氦气流内从800°C加热到1200°C，以去除金属污染物。然后，清洁好的预制件在垂直的向下驱动的炉子内固结。例如，炉子可在10%的氧气中、在1000°C下吹扫一个小时，然后在5%氯气中吹扫一个小时，然后预制件可通过在10%氧气内以10毫米/分钟从1000°C转换到°C一个小时、然后在5%的氯气内一个小时来在氦气内完全烧结，然后，预制件可通过以10毫米/分钟从1000°C转换到1430°C、然后以1.5毫米/分钟从1430°C转换到1466°C的峰值、然后回到1430°C来在氦气内完全烧结。

掺硼的烟怠与压实的烟怠固结，并填充由移除两根模杆而形成的两个气孔区域。

示例9

该示例类似于示例6，但代替两根掺硼的固结玻璃杆，在此示例中，四根21毫米直径的固结芯杆（或芯棒）115置于模腔内，芯杆的底端部插入偏离底部塞件中心的孔内。在烟怠预制件从内腔中移除之后，所得的烟怠预制件具有约89毫米的直径和约0.8克/立方厘米的密度。

具有多根芯杆的烟怠预制件在管式炉内以5°C/分钟的速率首先在500标准毫升/分钟的氧气流中从室温加热到800°C，以去除有机污染物，然后在氦气内有5%氯气的混合物的500标准毫升/分钟的氦气流中从800°C加热到1200°C，以去除金属污染物。然后，在其中具有多根芯杆的、清洁过的预制件在垂直的向下驱动的炉子内固结。例如，炉子可在10%的氧气中、在1000°C下吹扫一个小时，然后在5%氯气中吹扫一个小时，然后预制件可在氦气内通过以10毫米/分钟从1000°C转换到1430°C然后以1.5毫米/分钟来从1430°C转换到1466°C的峰值、然后回到1430°C来在氦气中完全烧结。

示例10

此示例类似于示例9，但若干根固结玻璃杆、例如四根10毫米直径的固结芯棒115放置于具有矩形截面的模腔108’内。较佳地，各芯棒的中心共线。更具体地，在此实施例中，矩形模具体102’包括4厘米深和10厘米宽的模腔108’。如图17A中所示，此实施例的模腔108’包括三个固定的实心壁108′_S，由诸如乳胶或硅橡胶之类的挠性膜制成的第四（挠性）壁108′_F以及底部和顶部塞件108′_P（未示出）。芯棒115的底端插入偏离中心地定位在底部塞件上的接纳孔内。此示例中的玻璃芯棒115的长度与模腔108′的长度相等或略长。

烟怠190添加到模腔，且压力P经由挠性壁108′_F施加于烟怠。由于模腔的几何形状，在其内具有多根芯棒的、被挤压烟怠的宽度是固定的且等于10厘米。然后，从模腔内移除被挤压的烟怠预制件。所得的烟怠预制件大致矩形且其密度为约0.8到0.85克/立方厘米。

然后，具有多根芯棒的烟怠预制件如示例9中所示进行加热，以移除金属污染物。然后，在其内具有多根芯棒的、清洁过的预制件在垂直的向下驱动的炉子内固结，并能用于制造具有多个芯部的光纤或制成多芯带。

示例11

此示例类似于示例10，若干根固结的玻璃杆、例如四根21毫米直径的固结芯杆（芯棒）115放置于具有矩形截面的模腔内。较佳地，各芯棒的中心共线。更具体地，在此实施例中，矩形模具体102’包括4厘米深和10厘米长的模腔108’。如图17B中所示，此实施例的模腔108’包括一个固定（刚性）的实心壁108′_S，由诸如乳胶或硅橡胶之类的挠性膜制成的三个（挠性）壁108′_F以及两个塞件108′_P（未示出）。芯棒115的底端插入偏离中心地定位在底部塞件（未示出）上的接纳孔内。此示例中的玻璃芯棒115的长度与模腔的长度相等或略长。

烟怠190添加到模腔内，且压力P经由三个挠性壁108′_F施加于烟怠。更具体地，为了在芯棒周围形成烟怠压实体198，压力P在烟怠挤压过程中均匀地施加于三个壁处，而第四壁108′_S具有稳固的平坦表面。由于模腔的几何形状，所得的预制件组件的横截面形状类似于初始的空腔形状，相似长宽比为1x2。在从模腔移除挤压的烟怠预制件之后，所得的烟怠预制件具有约6厘米的宽度和约0.85克/立方厘米的密度。

然后，从模腔内移除被挤压的烟怠预制件。然后，具有多根芯棒的烟怠预制件如示例10中所示进行加热，以移除金属污染物。然后，在其内具有多根芯棒的、清洁过的预制件在垂直的向下驱动的炉子内固结，并能用于制造具有多个芯部的光纤或制成多芯带。

示例12

此示例类似于示例10，若干根固结的玻璃杆、例如四根10毫米直径的固结芯杆（芯棒）115放置于具有矩形截面的模腔内。较佳地，各芯棒115的中心共线。更具体地，在此实施例中，矩形模具体102’包括4厘米深和10厘米宽的模腔108’。如图17C中所示，此实施例的模腔108′包括三个固定（刚性）的壁108′_S、第四刚性但可动的壁108′_M。壁108′_M可运动并用作将压力施加于位于模腔内部的烟怠的活塞。在烟怠压实过程中，仅此壁108′_M运动，而其它三个壁的位置是固定的。借助于挤压方法，所得的烟怠预制件的几何形状接近于矩形，其中，一条边的尺寸（宽度）等于10厘米。在烟怠预制件从内腔移除之后，所得的烟怠预制件具有约25毫米的厚度和约0.8克/立方厘米的密度。被挤压的烟怠预制件的后挤压处理可类似于示例10和11的处理方式。

示例13

此示例类似于示例1，但代替两根应力杆，在此示例中，两根附加的1.9厘米直径的固结的芯杆（或芯棒）115放置于空腔内。在此示例中，两个光纤预制件组件通过在单个步骤内使模腔加载有二氧化硅玻璃烟怠来制备。为了形成光纤预制件组件，三根芯棒定位在碳制模具内，该模具具有89毫米直径和610毫米长度的模腔。模腔衬有玻璃状碳涂层。此示例中的玻璃芯棒的长度与模具的长度相等。

玻璃芯棒通过将玻璃芯棒的端部插入定位在模腔的下部内的压板的孔内来定位在模腔内。其它的玻璃芯棒通过将每个芯部的端部插入定位在模腔的下部内的压板的（偏离轴线）孔内来定位在模腔内。约930克的二氧化硅烟怠添加到模腔，因而，一根玻璃芯棒在二氧化硅玻璃烟怠内居中并且附加的两根芯棒偏离中心、相对地接近中心芯杆地定位。较佳地，三个芯棒的中心共线。可能有必要测量轴向和径向烟怠到玻璃的收缩，这是因为轴向杆存在于烟怠压实体内会限制相对于径向收缩的轴向收缩。如果多根杆沿单个光纤直径对准，则沿两个垂直的径向光纤尺寸还将有收缩率的差异。完成计算所需的可调节参数是烟怠振实密度、烟怠最终压实密度和模具直径。振动能量在二氧化硅玻璃烟怠加载到模腔内之后施加到模具本体，以使二氧化硅玻璃烟怠的预挤压密度最大化。上压板定位在玻璃芯棒上和应力杆上并插入模腔内。在此实施例中，压板延伸部被插入玻璃芯棒和应力杆周围的模腔内，且模具和延伸部定位在液力压力机内。液力压力机的压力机臂被装配至上压板延伸部，而下压板延伸部定位在液力压力机的支承板上。振动能量以5千瓦放大器的功率的51％、约17到19千赫兹的频率施加到模具。精确的、较佳的共振频率取决于超声波转换器、波导、夹具和模具的详情，并且必须针对具体的每组元件独立地来优化。具有0.026秒周期的40赫兹的多模式频率扫描应用于振动能量，以避免在模腔内建立驻波

为了挤压烟怠，压力机的上压板以4.8毫米/秒的速率朝下压板前进。允许模具相对于烟怠压实体以约2.4毫米/秒的速率滑动，由此保持超声源在烟怠压实体上居中。烟怠的密度可在整个压制操作过程中基于所测量的上压板在模腔内的位置、模具尺寸和烟怠质量来实时地进行计算。当计算的烟怠密度在目标密度（在此示例中0.8克/立方厘米）的0.01克/立方厘米内时，停止振动能量。当计算的烟怠密度达到0.8克/立方厘米的目标密度时，液力压力机的压力机臂的运动停止，因而，仅209磅的静载荷留在压力机的液压管路内。在十分钟的持续时间之后，释放静载荷。此后，光纤预制件组件定位在管式炉内并在具有5％氯气的氦气流内、在1000°C下干燥一个小时。在此实施例中，具有多根芯杆的光纤预制件组件较佳地在约1200°C下预烧结一个小时，然后如上所述进行固结。

对本领域的技术人员来说很明显，可对本发明进行各种更改和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，意指本发明涵盖落入所付权利要求书及其同等物范围内的本发明的各种更改和改变。

Claims (18)

1.一种用于制成光纤预制件的方法，所述方法包括如下步骤：

将多根杆放置到设备的模腔内；

将颗粒玻璃材料放置到所述模腔内的所述杆和内壁之间；以及

将25磅/平方英寸到250磅/平方英寸的压力施抵所述颗粒玻璃材料，以抵靠所述多根杆对所述颗粒玻璃材料加压，形成烟怠压实体。

2.如权利要求1所述的用于制成光纤预制件的方法，

其特征在于，所述多根杆包括：(i)至少一根玻璃杆和至少一根模杆；或者(ii)至少两根玻璃杆；以及所述压力轴向和/或径向地进行施加。

3.如权利要求1或2所述的用于制成光纤预制件的方法，其特征在于，所述设备包括外壁和内壁，所述外壁围绕所述内壁，且所述内壁围绕所述模腔；且所述压力至少径向向内施加抵靠所述颗粒玻璃材料，以抵靠所述杆对所述颗粒玻璃材料加压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，施加径向向内的压力的所述步骤包括在所述内壁和所述外壁之间提供加压流体。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

沿轴向挤压所述颗粒玻璃材料，以形成具有至少0.5克/立方厘米密度的烟怠压实体，所述烟怠压实体是光纤预制件的包覆部。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述颗粒玻璃材料是二氧化硅玻璃烟怠，并且所述二氧化硅玻璃烟怠通过以下方式来加载：

向所述模腔加载二氧化硅玻璃烟怠的第一部分；

压实二氧化硅玻璃烟怠的所述第一部分；

向所述模腔加载二氧化硅玻璃烟怠的第二部分；以及

压实二氧化硅硅玻璃烟怠的所述第二部分。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，(i)所述杆中的一根是固结的玻璃杆；和/或(ii)所述玻璃杆中的至少一根包括由多孔烟怠包覆层围绕的固结的芯棒，且所述芯棒沿所述模腔的轴向中心定位。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述固结的玻璃杆是沿所述模腔的轴向中心定位的芯棒。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，(i)在将径向压力施抵所述颗粒玻璃材料的步骤之前，所述颗粒玻璃材料具有0.1到0.5克/立方厘米的平均密度；和/或(ii)在将径向压力施抵所述颗粒玻璃材料的步骤之后，所述加压的颗粒玻璃材料具有从0.6到1.2克/立方厘米的密度。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒玻璃材料是来自CVD沉积操作的废弃烟怠。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预制件具有沿其轴向长度的最大直径和最小直径，所述最小直径是所述最大直径的至少90％。

12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，(i)所述压力从50磅/平方英寸到200磅/平方英寸；和/或(ii)在将径向压力施抵所述颗粒玻璃材料的步骤之后，所述加压的颗粒玻璃材料具有0.8到1.0克/立方厘米的密度。

13.一种根据权利要求1或2的方法制成的光纤预制件，所述颗粒玻璃材料抵靠所述杆进行加压并具有0.6到1.2克/立方厘米的密度，且所述预制件具有沿其轴向长度的最大直径和最小直径，所述最小直径是所述最大直径的至少90％。

14.如权利要求13所述的光纤预制件，其特征在于，所述最小直径是所述最大直径的至少95％。

15.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在所述二氧化硅玻璃烟怠被挤压时，将振动能量施加到所述模腔。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述振动能量包括多频模式，且所述多频模式在频率范围内扫频。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

预烧结所述烟怠压实体；并在预烧结之后对所述烟怠压实体进行机加工。

18.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，(i)所述杆是多根芯棒；和/或(ii)所述杆在所述模腔内共线地设置。