CN109626809B - 用于制备光纤的多孔玻璃沉积物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备改进的玻璃细粒沉积物的方法。该方法使用纤芯沉积燃烧器和邻近纤芯沉积燃烧器的包层沉积燃烧器,通过汽相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物的方法。包层沉积燃烧器包括五个外径不同且彼此同心叠置的圆柱管和在第三区域从内侧布置成环形的小直径喷嘴组。该方法包括在包层沉积燃烧器中,分别使玻璃原料气体和助燃气体在第一区域从内侧流动,使空气在第二区域从内侧流动,使可燃气体在第三区域从内侧流动,使助燃气体在小直径喷嘴组流动,使惰性气体在第四区域从内侧流动,以及使助燃气体在第五区域从内侧流动。在流动中,通过将在小直径喷嘴组中流动的助燃气体的线速度除以在第三区域中流动的可燃气体的线速度所获比率为2.2至4.3。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备具有较少熔体残留物的光纤预制棒的方法。
背景技术
类似于光纤的纤芯和包层之间的关系,光纤预制棒在纤芯部和包层部之间具有折射率差,并且在纤芯部具有折射率分布形状。
在汽相轴向沉积法VAD(是一类用于制备光纤预制棒的方法)中,有时通过同时使用用于沉积纤芯的纤芯沉积燃烧器和设置在纤芯沉积燃烧器的外部的用于沉积包层的包层沉积燃烧器来制备光纤预制棒。在这种制备方法中,除了沉积包层的基本功能之外,有时还会对包层沉积燃烧器赋予例如以下功能:纤芯的燃烧,纤芯的折射率分布的调节和玻璃细粒沉积物的致密化。
由于全球对光纤的需求增加而需要更高效的制备工艺,故汽相轴向沉积法VAD也需要同样高效的制备工艺。为了提高包层沉积燃烧器的沉积效率,已经提出了一种如JP2009-227569A中公开的燃烧器,其包括同心布置的小直径喷嘴组。在JP2009-227569A的多喷嘴燃烧器中,原料气体喷射通道设置在由多个气缸组成的多层圆管的中心处,以及辅助的助燃气体喷射通道以环形设置在在可燃气体通道中以环绕如图1所示的该原料气体喷射通道。
图1中所示的燃烧器10包括用于喷射玻璃原料气体和助燃气体的喷嘴11a,用于喷射辅助的助燃气体的小直径喷嘴组11c,以及用于喷射氢气的喷嘴11d。除此之外,燃烧器10还包括用于喷射作为密封气体的惰性气体的喷嘴11b和11e,以及用于喷射助燃气体的喷嘴11f。通过在可燃气体流动的区域中同心地设置小直径喷嘴组,该燃烧器10获得增加燃烧器火焰的线性的效果,以使助燃气体除了在助燃气体流动的区域流动之外还使助燃气体在可燃气体流动的区域中流动。
发明内容
本发明要解决的问题
然而,如果在JP2009-227569A中描述的燃烧器中简单地增加可燃气体的流速来调节纤芯部的折射率分布形状,则形成局部具有高密度玻璃细粒的区域,从而存在当烧结和透明化玻璃细粒沉积物时发生熔体残留物的问题。
解决问题的手段
根据本发明的用于制备玻璃细粒沉积物的方法是为了解决上述问题而构思的,是使用纤芯沉积燃烧器和包层沉积燃烧器,通过汽相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物的方法。包层沉积燃烧器包括五个具有不同外径并且彼此同心叠置的圆柱形管和小直径喷嘴组,小直径喷嘴组在第三区域中从内侧布置成环形并且设置在纤芯沉积燃烧器的邻近。该方法包括在包层沉积燃烧器中,分别使玻璃原料气体和助燃气体在第一区域中从内侧流动,使空气在第二区域中从内侧流动,使可燃气体在第三区域中从内侧流动,使助燃气体在小直径喷嘴组中流动,使惰性气体在第四区域中从内侧流动,以及使助燃气体在第五区域中从内侧流动。在流动中,通过将在小直径喷嘴组中流动的助燃气体的线速度除以在第三区域中流动的可燃气体的线速度所获得的比率为2.2至4.3。
根据本发明的制备玻璃细粒沉积物的方法可以是使用纤芯沉积燃烧器和包层沉积燃烧器,通过汽相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物的方法。包层沉积燃烧器包括五个具有不同外径并且彼此同心叠置的圆柱形管和在第三区域中从内侧以环形布置的小直径喷嘴组。该方法包括在包层沉积燃烧器中,分别使玻璃原料气体和助燃气体在第一区域中从内侧流动,使空气在第二区域中从内侧流动,使可燃气体在第三区域中从内侧流动,使助燃气体在小直径喷嘴组中流动,使惰性气体在第四区域中从内侧流动,以及使助燃气体在第五区域中从内侧流动。在流动中,通过将在小直径喷嘴组中流动的助燃气体的线速度除以在第三区域中流动的可燃气体的线速度所获得的比率为2.2至4.3,并且包层沉积燃烧器使包层部沉积在由纤芯沉积燃烧器所沉积的纤芯部上,同时加热纤芯部。
在根据本发明的制备玻璃细粒沉积物的方法中,优选的是,使用氧气作为在小直径喷嘴组中流动的助燃气体。此外,优选的是,使用氢气作为在第三区域中流动的可燃气体。
附图说明
图1是示出用于说明本发明的一个实施方式的第一包层沉积燃烧器的剖面结构图;和
图2是示出通过汽相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物期间的状态的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施方式。图2示意性地示出通过汽相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物期间的状态。在最下部示出的纤芯部沉积燃烧器23独立于包层部沉积燃烧器24和25,以便除了使用四氯化硅之外还使用诸如四氯化锗的掺杂剂材料,并且总体上设置多个燃烧器以制备烟灰。
在该制备方法中,通过使用纤芯部沉积燃烧器23将位于中心的纤芯部沉积在起始材料上。此后,形成包层部以通过包层部沉积燃烧器24和25从外部覆盖纤芯部。即,包层部沉积燃烧器24将包层部沉积在纤芯部上,同时加热由纤芯部沉积燃烧器23所沉积的纤芯部。
在图2中的纤芯部沉积燃烧器23的右侧示出的包层部沉积燃烧器24还具有除了沉积包层之外的其他作用。例如,纤芯部用火焰燃烧以增大密度来防止破裂。此外,通过燃烧纤芯来减小纤芯的直径,以防止未沉积的氧化锗的再沉积。此外,通过火焰增加纤芯部的温度以蒸发过量的氧化锗。
[实施例1]
作为本发明的实施例1,通过使用总共三个燃烧器来制备玻璃细粒沉积物。这三个燃烧器包括纤芯部沉积燃烧器23、第一包层部沉积燃烧器24和第二包层部沉积燃烧器25。如图2所示,图1的燃烧器10被用作第一包层部沉积燃烧器24,并且第一包层部沉积燃烧器24设置在纤芯部沉积燃烧器23的邻近。用于制备玻璃细粒沉积物的条件如下。
也就是说,在第一包层部沉积燃烧器24的喷嘴11a中,四氯化硅以0.88L/min的流速流动,氧气以0.74L/min的流速流动。空气以1.0L/min的流速在喷嘴11b中流动。氢气以30.0L/min的流速在喷嘴11d中流动。氮气以4.0L/min的流速在喷嘴11e中流动。氧气以15.0L/min的流速在喷嘴11f中流动。氧气以2.80L/min的总流速在小直径喷嘴组11c中流动。对于每个气体种类,气体的流速表示标准状态(0℃,1atm)下的流速(这同样适用于本说明书的其余部分)。
同时,在纤芯部沉积燃烧器23中,氧气以9.0L/min的流速流动,氢气以6.4L/min的流速流动,氩气以0.4L/min的流速流动,四氯化硅以0.45L/min的流速流动,四氯化锗以15cc/min的流速流动。
当在上述条件下进行制备时,通过将小直径喷嘴组11c中的氧气的线速度UO除以第一包层部沉积燃烧器24中的氢气的线速度UH所获得的比率UO/UH是2.91。线速度是通过将标准状态下的每种气体的流速除以喷嘴的横截面积而获得的值(这同样适用于本说明书的其余部分)。
通过在炉管中将在上述条件下制备的玻璃细粒沉积物加热至约1500℃以烧结并透明化玻璃细粒沉积物,成功地制备了没有熔渣残留物缺陷的透明玻璃棒。总二氧化硅沉积效率为60.4%。
[实施例2]
作为本发明的实施例2,通过改变实施例1的燃烧器气体条件进行制备。
也即是说,在第一包层部沉积燃烧器24的喷嘴11a中,四氯化硅以0.9L/min的流速流动,并且氧气以0.8L/min的流速流动。氢气以26.9L/min的流速在喷嘴11d中流动。氧气以13L/min的流速在喷嘴11f中流动。氧气以3.9L/min的总流速在小直径喷嘴组11c中流动。其他气体条件与实施方式1中的条件相同。
当在上述条件下进行制备时,通过将小直径喷嘴组11c中的氧气的线速度UO除以第一包层部沉积燃烧器24中的氢气的线速度UH所获得的比率UO/UH是4.22。
通过在炉管中将在这些条件下制备的玻璃细粒沉积物加热至约1500℃以烧结并透明化玻璃细粒沉积物,成功地制备了没有熔渣残留物缺陷的透明玻璃棒。总二氧化硅沉积效率为60.2%。
[常规实施例]
作为常规实施例,通过使用四管式燃烧器作为实施例1的第一包层部沉积燃烧器24(代替具有图1形状的燃烧器10)进行制备,该四管式燃烧器包括多个具有不同直径的圆柱形玻璃管并且彼此同心地叠置。用于制备玻璃细粒沉积物的条件如下。也即是说,氧气以18.5L/min的流速流动,氢气以22.6L/min的流速流动,氩气以1.5L/min的流速流动,并且四氯化硅以0.85L/min的流速流动。
当通过将在这些条件下产生的玻璃细粒沉积物在炉管中加热至约1500℃以烧结和透明化玻璃细粒沉积物来制备透明玻璃棒时,没有发生熔体残留物缺陷。总二氧化硅沉积效率为55.8%。
[参考实施例]
作为参考实施例,通过将实施例1的燃烧器气体条件改变为以下条件来进行制备。也即是说,在第一包层部沉积燃烧器24的喷嘴11a中,四氯化硅以0.9L/min的流速流动,并且氧气以0.8L/min的流速流动。氢气以26.9L/min的流速在喷嘴11d中流动。氧气以13L/min的流速在喷嘴11f中流动。氧气以4.8L/min的总流速在小直径喷嘴组11c中流动。其他气体条件与实施方式1中的条件相同。
当在上述条件下进行制备时,通过将小直径喷嘴组中的氧气的线速度UO除以第一包层部沉积燃烧器中的氢气的线速度UH所获得的比率UO/UH为5.01。
在这些条件下制备的玻璃细粒沉积物在炉管中加热至约1500℃以烧结和透明化玻璃细粒沉积物,在纵向上的玻璃棒上到处发生纤芯邻近的熔体残留物缺陷,并且玻璃棒不能用作产品。总沉积效率为60.1%。
在表1中汇总了各种条件下的沉积效率和熔体残留物缺陷的重量。
[表1]
线速度比率U<sub>O</sub>/U<sub>H</sub> | 沉积效率(%) | 熔体残留物缺陷的重量(g) |
2.22 | 54.9 | 925 |
2.29 | 54.7 | 0 |
2.36 | 55.3 | 0 |
2.40 | 54.4 | 922 |
2.91 | 60.4 | 0 |
3.89 | 61.2 | 0 |
4.22 | 61.7 | 0 |
4.54 | 61.5 | 1927 |
4.69 | 60.0 | 整个区域 |
5.01 | 60.1 | 整个区域 |
四管式燃烧器 | 55.8 | 0 |
如上所述,在根据本发明的制备用于光纤的玻璃细粒沉积物的方法中,五管式燃烧器被用作在汽相轴向沉积法中与纤芯沉积燃烧器相邻的包层沉积燃烧器,该五管式燃烧器包括以环形排列在从内侧起第三个气体喷射口中的小直径喷嘴组,并且从小直径喷嘴组喷射的助燃气体的线速度UO与从内侧起第三个气体喷射口所喷射的可燃气体的线速度UH的比率UO/UH设定为2.2至4.3。
根据本发明,通过设定气体条件使得从小直径喷嘴组喷射的助燃气体的线速度UO与从纤芯沉积燃烧器邻近的包层沉积燃烧器的内侧起第三个气体喷射口的可燃气体的线速度UH的比率UO/UH为2.2至4.3,同时调节具有高沉积效率的折射率分布形状,可以制备在烧结和透明化之后具有较少的熔体残留物的用于光纤的玻璃细粒沉积物。
Claims (8)
1.一种使用纤芯沉积燃烧器和包层沉积燃烧器通过气相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物的方法,
所述包层沉积燃烧器包括五个具有不同外径并且彼此同心叠置的圆柱形管和一组小直径喷嘴,所述一组小直径喷嘴在第三区域中从内侧布置成环形并且设置成邻近所述纤芯沉积燃烧器,所述方法包括:
在所述包层沉积燃烧器中,使玻璃原料气体在第一区域中从内侧以0.88L/min至0.9L/min的流速流动,并且使助燃气体在第一区域中从内侧以0.74L/min至0.8L/min的流速流动,使空气在第二区域中从内侧以1.0L/min的流速流动,使可燃气体在所述第三区域中从内侧以26.9L/min至30.0L/min的流速流动,使助燃气体在所述一组小直径喷嘴中以2.8L/min至3.9L/min的流速流动,使惰性气体在第四区域中从内侧以4.0L/min的流速流动,以及使助燃气体在第五区域中从内侧以13.0L/min至15.0L/min的流速流动,对于每个气体种类,气体的流速表示0℃和1atm的标准状态下的流速,
其中,在所述流动中,通过将在所述一组小直径喷嘴中流动的所述助燃气体的线速度除以在所述第三区域中流动的所述可燃气体的线速度所获得的比率为2.2至4.3。
2.根据权利要求1所述的制备玻璃细粒沉积物的方法,其中在所述一组小直径喷嘴中流动的所述助燃气体是氧气。
3.根据权利要求2所述的制备玻璃细粒沉积物的方法,其中在所述第三区域中流动的所述可燃气体是氢气。
4.根据权利要求1所述的制备玻璃细粒沉积物的方法,其中在所述第三区域中流动的所述可燃气体是氢气。
5.一种使用纤芯沉积燃烧器和包层沉积燃烧器通过气相轴向沉积法制备玻璃细粒沉积物的方法,
所述包层沉积燃烧器包括五个具有不同外径并且彼此同心叠置的圆柱形管和在第三区域中从内侧以环形布置的一组小直径喷嘴,所述方法包括:
在所述包层沉积燃烧器中,使玻璃原料气体在第一区域中从内侧以0.88L/min至0.9L/min的流速流动,并且使助燃气体在第一区域中从内侧以0.74L/min至0.8L/min的流速流动,使空气在第二区域中从内侧以1.0L/min的流速流动,使可燃气体在所述第三区域中从内侧以26.9L/min至30.0L/min的流速流动,使助燃气体在所述一组小直径喷嘴中以2.8L/min至3.9L/min的流速流动,使惰性气体在第四区域中从内侧以4.0L/min的流速流动,以及使助燃气体在第五区域中从内侧以13.0L/min至15.0L/min的流速流动,对于每个气体种类,气体的流速表示0℃和1atm的标准状态下的流速,
其中,在所述流动中,通过将在所述一组小直径喷嘴中流动的所述助燃气体的线速度除以在所述第三区域中流动的所述可燃气体的线速度所获得的比率为2.2至4.3,并且所述包层沉积燃烧器使包层部沉积在由所述纤芯沉积燃烧器所沉积的纤芯部上,同时加热所述纤芯部。
6.根据权利要求5所述的制备玻璃细粒沉积物的方法,其中在所述一组小直径喷嘴中流动的所述助燃气体是氧气。
7.根据权利要求6所述的制备玻璃细粒沉积物的方法,其中在所述第三区域中流动的所述可燃气体是氢气。
8.根据权利要求5所述的制备玻璃细粒沉积物的方法,其中在所述第三区域中流动的所述可燃气体是氢气。
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