CN1073972C - 光纤预制件制作中使用的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种在运用MCVD制造光纤预制件时使用的冷却石英管的装置。将冷却剂供给喷嘴78，喷嘴由至少二个可分开的喷嘴部分12，14组成，从而容许在加工时石英管装在车床上时能从车床拆去石英管。沿喷嘴部分12，14内侧面排列有若干喷口16，用于喷射冷却剂。

Description

光纤预制件制作中使用的冷却装置
本发明涉及用改进的化学汽相沉积法(MCVD)制作光纤预制件的装置，更具体地涉及在光纤制作中使用的石英管的冷却装置。
因为光信号强度经过长距离或分为若干分支传递时通常要减弱，必须使用半导体或光放大器放大该光信号。光放大器广泛使用于超高速通讯网络，一般使用铒(Er)掺杂光纤作为放大光信号的媒体。铒掺杂光纤是使用改进的化学汽相沉积法(MCVD)制造的。
现在参阅图1说明通过使用MCVD制造光放大器的光纤预制件。包含SiCl4或GeCl4和适量其他化合物的原料气体80流过石英管50，石英管50固定地装在夹盘上，同时，石英管50旋转，受到喷灯82加热，产生加热区78。原料气体80在加热区78经受化学反应，产生微粒。反应方程式是 和 。
微粒沉积在沿载热体流动方向具有较低温度的石英管50的内侧面上。喷灯82沿气体流动方向以给定速度移动，因此产生微粒的化学反应随着喷灯移动连续地进行，微粒也就沉积在沿石英管50的内侧面上。而且，沉积的微粒被移动的喷灯82加热，烧结形成玻璃相涂层。
因此，首先在石英管50内侧上形成敷层72，以防止外来异物渗透。然后，通过使具有不同成分的原料气体80流过石英管来形成传输光的芯层74。加热石英管到2000℃以上，石英管收缩，并闭合形成最终的光纤预制件。
为了使用MCVD获得光放大器的光纤预制件，要使用例如液体渗透，气态附加物或溶胶一凝胶(sol-gel)工艺。液体渗透工艺要用到在芯层上形成的多孔层。使给定组成的液体渗透多孔层，以改变光纤预制件的特性。在这种情况，多孔层的均匀度、密度、微粒大小、厚度、粘度等对最终获得的光纤的特性影响极大。
请阅图2，在喷灯之后有冷却装置，以形成多孔层。在如图1所示形成敷层72和芯层74以后，喷灯80沿与原料气体80流动方向相反的方向移动，而冷却装置70朝石英管50的上外表面喷冷却剂48，因而如图2所示在芯层74上逐渐形成多孔层76。然而，因为冷却剂以单一方向喷向石英管，这种冷却工艺造成石英管50内侧的不均匀冷却，也就造成不均匀多孔层76，因此最终获得的光纤具有不均匀分布的折射率，增加反射损失。
用于制成多孔层的另一传统的冷却装置如图3所示，它由供给冷却剂48的冷却剂罐60、支持喷嘴的环形管64、用于从冷却剂罐60供给冷却剂48到支持喷嘴的环形管64的连接管62、和沿着支持喷嘴的环形管64的内周边径向安装的朝向石英管50喷射冷却剂的若干喷嘴66组成。在运行中，冷却剂从冷却剂罐60通过喷嘴66喷向石英管50的外侧面，因而在石英管50内侧面芯层74上形成多孔层76。
然而，这也有如下缺点：沿支持喷嘴的环形管64的内周边径向安装喷嘴很困难，因此组装步骤数量增加，降低生产率。此外，在加工时要从车床上拆下石英管或在车床上装上石英管是不可能的，因为支持喷嘴的环形管64是由单个连续的环制成的。
本发明的目的是针对上述缺点，因此，本发明提供在运用改进的化学汽相沉积法(MCVD)制造光纤预制件时冷却石英管的装置。该装置包括适合于包围石英管和具有若干喷口用于向石英管喷射冷却剂的喷嘴，该喷嘴由至少二个可分开的喷嘴部分构成，因此可容许从喷嘴上拆出石英管，而不需将石英管的任一端穿过喷嘴。
最好，喷嘴由第一和第二喷嘴部分组成。喷口可以沿喷嘴部分内侧排成至少二行，如此排列从而给石英管提供大体上均匀的冷却。最好，喷口沿喷嘴部分内侧以基本相等的间隔径向对称地排列。
该装置可以适用于例如用水或氮气作为冷却剂的应用。
该装置最好还包括支持喷嘴的支架和收集从喷口喷出的冷却剂的冷却剂收集器。例如，在喷嘴由第一和第二喷嘴部分组成时，该装置还可以包括将第一喷嘴部分与支架以可绕枢轴转动的方式连接的第一连接臂和将第二喷嘴部分与支架以可绕枢轴转动的方式连接的第二连接臂，使得第一和第二喷嘴部分可以绕枢轴转动地闭合，包住石英管，和相互绕枢轴转动地打开，从而能让所述石英管拆出。
最好，第一连接臂在其与第一喷嘴部分相对的端部通过第一铰链连接，和第二连接臂在其与第二喷嘴部分相对的端部通过第二铰链连接。第一和第二连接臂可以用螺丝固定在一起，从而防止当它们闭合在一起时被移动分开。
在支架连接在喷嘴和冷却剂收集器之间的情况下，该装置最好包括供给冷却剂给喷嘴部分的冷却剂供给管和调节供给到冷却剂供给管的冷却剂的冷却剂调节器以及存储从冷却剂收集器来的冷却剂的冷却剂箱。
本发明还提供运用改进的化学汽相沉积法(MCVD)制造光纤预制件时冷却石英管的方法，该方法包括以下步骤：用喷嘴包围石英管，喷嘴由至少二个可分开的喷嘴部分组成和具有若干喷口，通过喷口向石英管喷射冷却剂，可分开喷嘴部分，从喷嘴中拆去石英管，而不需要将石英管的任一端穿过喷嘴。
最好，在光纤预制件内形成多孔层。在制造例如铒掺杂的光纤预制件的光放大器用的光纤预制件时可以运用该方法。
现在结合附图运用实例说明本发明，附图中：
图1说明运用MCVD制造光纤预制件的传统方法；
图2说明运用传统冷却装置在制造光放大器用的光纤预制件时形成多孔层的步骤；
图3说明运用另一传统冷却装置在制造光放大器用的光纤预制件时形成多孔层的步骤；
图4是按照本发明的形成这种多孔层的冷却装置的透视图；和
图5说明运用图4的冷却装置在制造光放大器用的光纤预制件时形成多孔层的步骤。
参阅图4，冷却装置10具有喷嘴78，喷嘴78由第一喷嘴部分12和第二喷嘴部分14组成，通过冷却剂供给管道38向其供应例如水或氮气的冷却剂48。第一和第二喷嘴部分12和14设计成分开的，以容许石英管50装在车床上时能从车床上拆下。
沿着喷嘴部分12和14的内侧径向对称地并以恒定周边间隔形成若干喷口16，用以喷射冷却剂。喷口16沿着由第一和第二喷嘴部分组成的喷嘴的内周边至少排列为一行，以提供石英管50的均匀冷却，从而获得光放大器的光纤预制件的均匀多孔层76。
第一喷嘴部分12在一侧有第一连接孔18，与第一冷却剂供给管38a连接，用以将冷却剂导向第一喷嘴部分12。同样，第二喷嘴部分14在一侧有第二连接孔20，与第二冷却剂供给管道38b连接，用以将冷却剂导向第二喷嘴部分14。第一和第二冷却剂管道38a和38b是从冷却剂供给管道38分支的。当然，第一和第二冷却剂供给管道可以分开地安排。
在喷嘴78下面放有冷却剂收集器40，以收集从喷口16喷出的冷却剂。冷却剂收集器40通过排放管44与冷却剂箱46连接。设置支架32来支持喷嘴78，并将喷嘴78与冷却剂收集器40连接。安排支架32，使其能沿着要被冷却的石英管50移动喷嘴78。假如冷却剂48是气体，则冷却剂收集器40，冷却剂箱46和排放管44可从冷却装置10分开。
设置第一连接臂22，用于借助第一铰链34将第一喷嘴部分12与支架32以可绕枢轴转动的方式连接。同样，设置第二连接臂24，用于借助第二铰链36将第二喷嘴部分14与支架32以可绕枢轴转动的方式连接。第一和第二连接臂22和24用螺丝30固定在一起，以防止当第一和第二喷嘴部分12和14闭合在一起时被移动分开。螺丝30通过分别形成的第一和第二螺丝孔26和28插入第一和第二连接臂。冷却剂调节器42与冷却剂供给管道38连接，以调节冷却剂48的供给。
该冷却装置可以用于运用MCVD由石英管制造光纤预制件时需要冷却石英管的所有工艺，尤其适用于为了制造光放大器用的光纤预制件或铒掺杂光纤预制件而在石英管中形成多孔层的场合。
在石英管中制造光放大器用的光纤预制件时，在固定地安装在车床上的石英管50的内侧面上顺序地形成用于防止外来异物渗透的敷层72和用于传输光的芯层74。然后，将石英管50放在第一和第二喷嘴部分12和14之间，其方法是：使第一第二连接臂22和24相互面对地分别基于第一和第二铰链34和36而绕枢轴旋转。用螺丝30将第一和第二喷嘴部分12和14牢牢固定在一起，形成完整的喷嘴78。当然，旋开螺丝30，将第一和第二喷嘴部分12和14分开，可以按要求容易地拆出石英管50。
此后，冷却剂48由冷却剂调节器42调节，输送到冷却剂供给管道38。第一和第二喷嘴部分12和14分别通过第一和第二冷却剂供应管道38a和38b获得冷却剂48的供应。最后冷却剂通过喷口16喷向石英管50的外侧，以便将石英管均匀冷却，从而在芯层74上形成多孔层。喷出的冷却剂48由冷却剂收集器40收集，通过排放管44流入冷却剂箱46。
如上所述，本发明提供用于在石英管中均匀形成多孔层的装置。本冷却装置不是使用若干特制的喷嘴，而是在环形喷嘴上直接形成若干喷口，因此组装工序大为简化，导致生产成本明显降低。此外，该喷嘴分为第一和第二喷嘴部分，从而容许容易地把石英管装上车床和从车床拆下石英管。而且，第一和第二喷嘴部分具有分开的结构，从而若需要的话有可能仅向石英管的一部分供给冷却剂。而且，所述支架可以沿石英管移动喷嘴，从而调节冷却装置的位置。

Claims (13)

1．在运用改进的化学汽相沉积法(MCVD)制造光纤预制件时用于冷却石英管的装置，其特征在于该装置包括适合包围石英管和具有若干喷口用于向石英管喷射冷却剂的喷嘴，该喷嘴由至少二个可分开的喷嘴部分构成，从而容许从喷嘴中拆去石英管，而不需要石英管的任一端穿过喷嘴，该装置还包括支持喷嘴的支架和收集从喷口喷出的冷却剂的冷却剂收集器。
2．按照权利要求1的装置，其特征在于：该喷嘴由第一和第二喷嘴部分组成。
3．按照权利要求1的装置，其特征在于：所述喷口沿喷嘴部分内侧面排列成至少两行，并且，所述喷口是这样排列的，以便提供对石英管的大体上均匀的冷却。
4．按照权利要求3的装置，其特征在于：所述喷口沿喷嘴部分内侧面径向对称地以基本上相等的间隔排列。
5．按照上述任何权利要求的装置，其特征在于：该装置适用于使用水或氮气作为冷却剂。
6．按照权利要求1的装置，其特征在于：该喷嘴由第一和第二喷嘴部分组成，还包括将第一喷嘴部分与支架以可以绕枢轴转动的方式连接的第一连接臂和将第二喷嘴部分与支架以可以绕枢轴转动的方式连接的第二连接臂，使得第一和第二喷嘴部分可以绕枢轴转动地闭合，包围住石英管，以及绕枢轴转动地相互分开，从而使所述石英管能被拆去。
7．按照权利要求6的装置，其特征在于：第一连接臂在其与第一喷嘴部分的相对端与第一铰链连接，第二连接臂在其与第二喷嘴部分的相对端与第二铰链连接。
8．按照权利要求6的装置，其特征在于：第一和第二连接臂用螺丝固定在一起，从而防止当它们闭合在一起时被移动分开。
9．按照权利要求6至8中的任何一个的装置，其特征在于：所述支架在喷嘴和冷却剂收集器之间，以及还包括：向喷嘴部分供应冷却剂的冷却剂供给管道；调节向冷却剂供给管道供应冷却剂的冷却剂调节器；以及用于存储来自冷却剂收集器的冷却剂的冷却剂箱。
10．在运用改进的化学汽相沉积法(MCVD)制造光纤预制件时用于冷却石英管的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：用至少二个可分开的喷嘴部分构成的喷嘴包围石英管，喷嘴具有若干喷口，通过喷口向石英管喷射冷却剂，和将喷嘴部分分开，从喷嘴中拆出石英管，而不需石英管的任一端穿过喷嘴。
11．按照权利要求10的方法，其特征在于：在光纤预制件内形成多孔层。
12．按照权利要求10或11的方法，其特征在于：该方法适用于制造光放大器用的光纤预制件。
13．按照权利要求12的方法，其特征在于：该方法适用于制造铒掺杂的光纤预制件。
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