DE69419460T2

DE69419460T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Vorform für optische Faser

Info

Publication number: DE69419460T2
Application number: DE69419460T
Authority: DE
Inventors: Paul Andrew Chludzinski; David Andrew Tucker; Johnnie Edward Watson; John Geyer Williams
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2014-05-25
Also published as: AU6467094A; EP0630866A1; JP3855174B2; DE69419460D1; CA2121704A1; US5658365A; EP0630866B1; AU681392B2; JPH0710588A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer Vorform für eine Faser, die in eine Faser mit einer verbesserten Kern/Mantel-Konzentrizität gezogen werden kann.
Bei der Herstellung einer optischen Faser wird typischerweise eine Vorform gemacht, indem entweder eine äußere Gasphasenabscheidung (OVD), eine axiale Gasphasenabscheidung (VAD) oder eine modifizierte chemische Gasphasenabscheidungs- (MCVD)- Technik verwendet werden. OVD und VAD-Vorformen werden dann dehydriert und verdichtet, um ein festes Rohglas zu bilden, während MCVD-Vorformen zusammengedrückt werden, um ein festes Rohglas zu bilden. Die Rohgläser werden dann in eine Faser gezogen. Alternativ können die Rohgläser in ein Kernstabglas gezogen werden, das dann ummantelt wird, wobei OVD- oder Stab-in- Röhre- (rod-in-tube)- Techniken verwendet werden, um eine ummantelte Vorform zu bilden. Die ummantelte Vorform wird anschließend dehydriert und verdichtet, um ein ummanteltes Rohglas zu bilden, das dann in eine Faser gezogen wird.
Ein Parameter von Interesse in der gezogenen Faser ist die Kern/Mantel-Konzentrizität (nachstehend als Konzentrizität bezeichnet). Konzentrizität ist ein Maß, wie gut der Kern einer Faser bezüglich des gesamten Zentrums der Faser zentriert ist. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt einer optischen Faser 70 mit einem Kernbereich 71, der das Zentrum A aufweist und einem Mantelbereich 72, der das Zentrum B aufweist. Die Konzentrizität kann dann durch die Entfernung X zwischen dem Kernzentrum A und dem Mantelzentrum B charakterisiert werden.
Es wird angenommen, daß für eine ummantelte Vorform die Konzentrizität während des Schritts der Abscheidung der Ummantelung bestimmt wird. Zum Beispiel kann in einer Stabglasanordnung ein Stab an einem oberen Stabglashalter und an einem unteren Stabglashalter befestigt sein, und Fig. 1 der Begleitzeichnungen zeigt eine Stabglasanordnung 1 mit einem Stab 2, der an oberen und unteren Stabglashaltern 3 und 4 befestigt ist. Wenn die Stabglasanordnung nicht perfekt gerade gemacht ist, wird sie beim Rotieren während des Rußabscheideprozesses taumeln, was zu einer ungleichmäßigen Abscheidung von Ruß um das Stabglas aufgrund der Relativbewegung der Stabglasanordung bezüglich des Rußstroms führt. Selbst wenn die Stabglasanordung perfekt gerade gemacht werden könnte, ist es wahrscheinlich, daß sich ein Taumeln wegen Änderungen in Spannungen in der Stabglasanordnung, die sich aus einer Erhitzung der Stabglasanordnung während des Rußabscheideprozesses ergeben, entwickelt, insbesondere da sowohl Länge als auch Durchmesser einer Vorform für eine optische Faser in den letzten Jahren vergrößert worden sind. Es wird notwendig, die Spanntutter zu justieren, die die Stabglasanordnung halten, was lästig und zeitaufwendig ist, und es muß wiederholt getan werden, da das Erhitzen der Stabglasanordnung während des Rußabscheideprozesses die Spannungsmuster innerhalb des Gehäuses ändern wird und wieder ein Taumeln bzw. Wobbeln erzeugen wird. Die U. S.-Patente 4,126,436 und 5,067,975 erwähnen Durchmesserstauchungen durch thermische Änderungen im Rohglas.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kern/Mantel-Konzentrizität einer optischen Faser durch Reduzieren des Taumelns während der Ummantelungs-Rußabscheidung zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Halten einer Stabglasanordnung vorgesehen, wobei die Stabglasanordnung eine Längsachse aufweist, während einer Rußabscheidung zum Bilden einer Vorform für einen optischen Wellenleiter, mit:
(a) einer ersten Halteeinrichtung zum Halten eines ersten Endes der Stabglasanordnung, wobei die erste Halteeinrichtung um die Längsachse der Stabglasanordnung drehbar ist,
(b) einer zweiten Halteeinrichtung zum Halten eines zweiten Endes der Stabglasanordnung, wobei die zweite Halteeinrichtung um die Längsachse der Stabglasanordnung drehbar ist und in der Richtung der Längsachse fixiert ist, und
(c) einer ersten Einrichtung, die der ersten Halteeinrichtung zugeordnet ist, zum Erzeugen einer ersten Zugkraft entlang der Längsachse der Stabglasanordnung. Die Zugkraft dient zur Verringerung des Taumelns, das durch Spannungsänderungen infolge des Erhitzens, das während des Rußabscheideprozesses auftritt, verursacht wird. Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Einspanneinrichtung auf, die die Zeit, die zum Laden einer Stabglasanordnung in die Vorrichtung, zum Abscheiden von Ruß darauf, benötigt wird, beträchtlich reduziert und die eine präzise und starre Einspannung der Enden der Stabglasanordnung vorsieht.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Abscheiden von Ruß auf einer rotierenden Stabglasanordnung (10, 100, 80) vor, wobei die rotierende Stabglasanordnung eine Längsachse aufweist, mit den folgenden Schritten:
(a) Anlegen einer Zugkraft entlang der Längsachse der Stabglasanordnung, während Ruß auf der drehenden Stabglasanordnung abgeschieden wird, und
(b) Steuern der radialen Gleichförmigkeit des auf die Stabglasanordnung abgeschiedenen Rußes durch Steuern der an die Stabglasanordnung angelegten Zugkraft.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 wie obenerwähnt eine Stabglasanordnung mit einem Stab, der an oberen und unteren Stabglasgriffen befestigt ist und in einem Rußabscheideprozeß typischerweise zum Bilden einer Ruß-Vorform für einen optischen Wellenleiter verwendet wird;
Fig. 2 ein Schema einer typischen Vorrichtung, die in einem Rußabscheideprozeß verwendet wird;
Fig. 3 eine obere Stabglas-Einspannanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine untere Stabglas-Einspannanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Lageranordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Lagersystem gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Darstellung einer Kern/Mantel/-Konzentrizität; und
Fig. 8 ein Zugsystem für eine Stabglasanordnung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, welches ein Gewicht zum Anlegen einer Zugkraft verwendet.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 2 zeigt eine typische bekannte Vorrichtung, die in Rußabscheideprozessen verwendet wird. Eine Stabglasanordnung 10 wird in einem oberen Spannfutter 11 plaziert. Ein unteres Spannfutter 12 ist an dem unteren Ende der Stabglasanordnung 10 befestigt. Ein oberes Spannfutter 11 ist an einer oberen Spindel 13 befestigt. Die obere Spindel 13 ist auch an einem Spindelmotor 14 befestigt, welcher wiederum an der Wägeeinrichtung 15 befestigt ist. Das untere Spannfutter 12 ist an einer unteren Spindel 16 befestigt. Ein Brenner 21 ist vorgesehen, um Ruß auf der Stabglasanordnung 10 abzuscheiden. Luftlager 17, 18, 19, 20 sind vorgesehen, die im wesentlichen reibungsfrei in der Richtung der Achse der Stabglasanordnung 10 sind.
Fig. 3 stellt eine obere Stabglas-Einspannanordnung 30 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Die obere Stabglas-Einspannanordnung 30 der Fig. 3 ist ähnlich wie das obere Spannfutter 11 der Fig. 2 positioniert. Ein oberer Stabglashalter 31 (ähnlich zum oberen Stabglashalter 3 der Fig. 1) wird durch eine Manschette 32 vertikal gestützt. Die Manschette 32 kann sich in einer Ebene, die senkrecht zu der Achse des oberen Stabglases 31 ist, bewegen. Eine Mantelklemme 33 positioniert den oberen Stabglashalter 31 starr in einer Ebene, die senkrecht zu der Achse des oberen Stabglashalters ist. Ein Knopf 34 wird verwendet, um die Mantelklemme 33 zu öffnen und zu schließen. Der Durchmesser des oberen Stabglashalters 31 paßt zu dem inneren Durchmesser der Mantelklemme 33, so daß der obere Stabglashalter 31 präzise und starr gehalten wird. Eine obere Spindel 35 der Fig. 3 ist ähnlich zu der oberen Spindel 13 der Fig. 2 positioniert.
Eine untere Stabglas-Einspannanordnung 40 ist in Fig. 4 gezeigt und würde an der Rußabscheidevorrichtung ähnlich positioniert sein wie das untere Spannfutter 12 in Fig. 1. Ein unterer Stabglashalter 41 ist in eine untere Stabglas-Einspannanordnung 40 eingeführt. Eine Mantelklemme 42 positioniert den unteren Stabglashalter 41 starr in einer Ebene, die senkrecht zu der Achse des unteren Stabglashalters 41 ist. Ein Knopf 43 wird verwendet, um die Mantelklemme 42 zu öffnen und zu schließen. Der Durchmesser des unteren Stabglashalters 31 paßt zu dem inneren Durchmesser der Mantelklemme 42, so daß der untere Stabglashalter 31 präzise und starr gehalten wird. Eine untere Spindel 44 ist ähnlich zu der unteren Spindel 16 der Fig. 2 positioniert. Indem ein spitzenloser Rundschleifprozeß zum Bilden der oberen und unteren Stabglashalter verwendet wird, werden Halter vorgesehen, die präzise Durchmesser haben und die im Querschnitt sehr rund sind, d. h., die eine sehr kleine oder keine Exzentrizität um die Längsachse aufweisen. Dies erlaubt sehr enge Freiräume zwischen den Stabglashaltern und den inneren Durchmessern der Einspannanordnungen, so daß die Halter sehr präzise und starr durch die Einspannordnungen gehalten werden.
Indem eine Stabglasanordnung mit oberen und unteren Stabglas- Einspannanordnungen wie in Fig. 3 und 4 gezeigt gehalten wird, ist die Stabglasanordnung im wesentlichen an beiden Enden vertikal. Wenn die oberen und unteren Stabglas-Einspannanordnungen richtig zueinander ausgerichtet sind, wird das Taumeln einer darin gehaltenen Stabglasanordnung beträchtlich reduziert, um bis zu einem Faktor von vier.
Da die Luftlager 17, 18, 19 und 20, wie in Fig. 2 gezeigt, im wesentlichen reibungsfrei in der Richtung der Achse der Stabglasanordnung sind, wird die Stabglasanordnung durch das Gewicht der unteren Stabglas-Einspannvorrichtung in Spannung versetzt. Es ist festgestellt worden, daß eine zusätzliche Zugkraft auf die Stabglasanordnung vorzuziehen ist, um das Taumeln infolge von Spannungen, die in der Stabglasanordnung während der Rußabscheidung auftreten, zu reduzieren. Es ist jedoch wegen einer Zuverlässigkeit der Ausrüstung vorzuziehen, die Zugkraft auf die Stabglasanordnung zu erhöhen, ohne ein Gewicht am unteren Spannfutter hinzuzufügen. Ein derartiges hinzugefügtes Gewicht würde die Spannungen auf die Antriebskomponenten über der oberen Spindel 13 erhöhen und dadurch die Möglichkeit einer Fehlfunktion jener Komponenten erhöhen. Auch könnte das hinzugefügte Gewicht zu einem Gesamtgewicht der Antriebskomponenten, Einspannanordnungen, Stabglasanordnung und darauf abgeschiedenem ummantelten Ruß führen, das die Kapazität der Wägeeinrichtung 15 überschreitet. Natürlich ist es möglich, diese letzte Begrenzung zu überwinden, indem die Wägeeinrichtung 15 durch eine Einrichtung mit einer höheren Kapazität ersetzt wird, aber das zu tun, ist nicht vorzuziehen, weil eine Wägeeinrichtung mit höherer Kapazität auch die Präzision der Wägemessungen reduzieren würde.
Um eine zusätzliche Zugkraft auf eine Stabglasanordnung vorzusehen, ohne die Spannungen auf die Antriebskomponenten zu erhöhen, ist eine Luftlageranordnung, gezeigt in Fig. 5, vorgesehen. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist eine Luftlageranordnung 50 zur Verwendung an dem unteren Ende einer Stabglasanordnung. Eine untere Spindel 51, die ähnlich zu der unteren Spindel 16 der Fig. 2 positioniert ist, ist eine Welle mit einem gestuften Durchmesser. Der obere Teil 52 der Spindel 51 hat einen kleineren Durchmesser als der untere Teil 53. Ein oberes Luftlager 54 ist auf das Maß für einen oberen Teil 52 gebracht, und ein unteres Luftlager 55 ist auf das Maß für einen unteren Teil 53 gebracht. Ein Lagerblock 56 enthält Luftzufuhröffnungen 57a und 57b, die mit einer Luftversorgung (nicht gezeigt) bei ausreichendem Druck zum Betrieb der Luftlager verbunden sind. Ein Hohlraum 58 ist im Lagerblock 56 zwischen einem oberen Luftlager 54 und einem unteren Luftlager 55 positioniert. Ein Druckregler 59 ist mit dem Hohlraum 58 verbunden.
Die Wirkungsweise der Luftlageranordnung 50 ist wie folgt. Luft, die durch ein Luftlager strömt, wird axial entlang der Spindel getrieben. Ein Teil der Luft wird entlang der Spindel aufwärts gerichtet und der Rest der Luft wird entlang der Welle abwärts gerichtet. Wie in Fig. 5 gezeigt, strömt die Luft, die abwärts durch das obere Luftlager 54 gerichtet ist, und die Luft, die aufwärts durch das untere Luftlager 55 gerichtet ist, in den Hohlraum 58. Der Hohlraum 58 ist mit der Ausgangsseite des Druckreglers 59 verbunden. Der Einlaß 60 des Druckreglers 59 ist mit der gleichen Luftversorgung verbunden wie diejenige, die in den Lagerblock 56 durch die Öffnungen 57a und 57b eingeht.
Der Druck im Hohlraum 58 kann durch Einstellen des Druckreglers 59 gesteuert werden. Vorzugsweise tritt in den Hohlraum 58 keine Luft durch den Regler 59 ein. Stattdessen steuert der Druckregler 59 den Druck im Hohlraum 58, indem Luft, die in den Hohlraum durch die Luftlager eingeht, entlüftet wird.
Indem der Hohlraum 58 unter Druck gesetzt wird, wird ein Luftkolben eingerichtet, wobei die Luftlager im wesentlichen als reibungsfreie Dichtungen funktionieren. Der Unterschied in den Querschnittsflächen der oberen und der unteren Teile der Spindel führen zu einer abwärtsgerichteten Kraft, die an den unteren Teil angelegt wird. Diese abwärtsgerichtete Kraft wird an eine Stabglasanordnung angelegt werden, die an der unteren Spindel befestigt ist. Die Größe der abwärtsgerichteten Kraft kann durch Ändern des Unterschiedes in der Querschnittsfläche oder durch Ändern des Drucks im Hohlraum 58 eingestellt werden.
Indem die Luftlageranordnung 50 umgedreht wird, kann die Luftlageranordnung an dem oberen Ende einer Rußabscheidevorrichtung verwendet werden. Indem Luftlageranordnungen sowohl an dem Dec kel als auch an dem Boden der Stabglasanordnung plaziert werden, kann der Zug auf die Stabglasanordnung erhöht werden, ohne die Spannung auf die Antriebskomponenten oben an der Rußabscheidevorrichtung zu erhöhen.
Fig. 6 zeigt eine Rußabscheidevorrichtung mit oberen und unteren Lageranordnungen ähnlich zu den in Fig. 5 gezeigten und oben beschriebenen. Die Stabglasanordnung 100 wird durch ein oberes Spannfutter 101 und ein unteres Spannfutter 102 gehalten. Ein oberes Spannfutter 101 ist an einer oberen Spindel 3 angebracht, die eine Welle mit einem gestuften Durchmesser ist. Eine obere Spindel 103 wird durch eine obere Lageranordnung 104 daran gehindert, sich senkrecht zu ihrer Achse zu bewegen. Eine obere Lageranordnung 104 enthält die Luftlager 105 und 106, Luftzufuhröffnungen 107a und 107b, einen Hohlraum 108 und eine Druckregleröffnung 109. Eine obere Spindel 103 ist an einer Rotations- und Wägeapparatur angebracht, die nicht gezeigt ist, aber ähnlich zu der in Fig. 2 gezeigten ist. Eine aufwärtsgerichtete Kraft wird auf eine Stabglasanordnung 100 durch die Ausführung einer oberen Spindel 103 und einer oberen Lageranordnung 104 erzeugt.
Ein unteres Spannfutter 102 ist an der unteren Spindel 110 angebracht. Eine untere Spindel 110 wird durch eine untere Lageranordnung 111 daran gehindert, sich senkrecht zu ihrer Achse zu bewegen. Eine untere Lageranordnung 111 enthält Luftlager 112 und 113, Luftzufuhröffnungen 114a und 114b, einen Hohlraum 115 und eine Druckregleröffnung 116. Eine abwärtsgerichtete Kraft wird auf die Stabglasanordnung 100 durch die Ausführung einer unteren Spindel 110 und einer unteren Lageranordnung erzeugt.
Druckregleröffnungen 109 und 116 sind in Fig. 6 verbunden gezeigt mit einem Druckregler 117 über eine Druckleitung 118 zur Steuerung des Zugs. Dies sieht vor, daß in den Hohlräumen 108 und 115 der gleiche Druck herrscht. Wenn die Drücke in den Hohlräumen 108 und 155 gleich sind, und der Unterschied in der Querschnittsfläche der oberen und unteren Teile der Spindeln 103 und 110 gleich sind, werden die aufwärts- und abwärtsge richteten Kräfte, die aus der vorliegenden Erfindung resultieren, gleich sein. Daher wird die Stabglasanordnung unter Zug gesetzt, ohne eine zusätzliche Spannung an die Antriebskomponenten oberhalb der oberen Spindel zu legen. Es ist möglich, getrennte Druckregler für jeden der Hohlräume zu haben, so daß unterschiedliche Drücke in den Hohlräumen vorgesehen werden könnten, dies kann jedoch eine zusätzliche Spannung auf die Antriebskomponenten oberhalb der oberen Spindel induzieren. Auch vermeidet die Verwendung eines einzelnen Druckreglers, wie in Fig. 6 gezeigt, irrtümliche Wäge-Ablesungen während des Rußabscheideprozesses, die von durch das Erhitzen der Apparatur hervorgerufenen Druckänderungen herrühren können.
Der Zug, unter welchem die Stabglasanordnung gehalten wird, wird wirken, um die Stabglasanordnung auf eine Mittellinie hin zu bewegen, die zwischen den oberen und unteren Einspannanordnungen aufgerichtet ist. Diese Wirkung tritt sogar auf, wenn sich die Spannungen in der Stabglasanordnung infolge der Erhitzung während des Rußabscheideprozesses ändern. Daher wird ein Taumeln infolge von Änderungen in der Spannung in der Stabglasanordnung beträchtlich vermindert werden. Die Ausführung erlaubt eine einfache Beladung einer Stabglasanordnung und eine Entladung einer Ruß-Vorform, indem der Druckregler so eingestellt wird, daß kein Druck in den Hohlräumen während des Belade- und Entladebetriebs ist.
Der an die Stabglasanordnung angelegte Zug kann während des Rußabscheideprozesses variiert werden. Diese Variation kann durch eine manuelle Einstellung des Druckreglers oder durch Vorsehen von Komponenten für die automatische Messung, Einstellung und Steuerung des Drucks in den Hohlräumen durchgeführt werden. Es kann wünschenswert sein, den an die Stabglasanordnung angelegten Zug einzustellen, um die Möglichkeit der Zerstörung einer Vorform, verursacht durch eine Fehlfunktion der Einspannmechanismen der Stabglasanordnung, zu reduzieren. Ein Beispiel einer solchen Fehlfunktion ist das Rutschen des unteren Spannfutters auf der Stabglasanordnung, das den Verlust der gesamten Vorform aufgrund physischer Zerstörung an der Vorform zur Folge hat, wenn das untere Ende frei von dem unteren Spannfutter ist.
Ein Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in Fig. 6 gezeigten Bezugszeichen beschrieben. Dieses Beispiel legt eine Zugkraft an eine Stabglasanordnung 100 an, indem ein pneumatisches System verwendet wird. Ein Regler 117 wird so eingestellt, daß normaler Atmosphärendruck in den Hohlräumen 108 und 115 herrscht. Dies hat keine Kräfte, die auf dem oberen Spannfutter 101 oder dem unteren Spannfutter 102 erzeugt werden, zur Folge und erleichtert das Beladen der Stabglasanordnung 100 in die Vorrichtung. Die Stabglasanordnung 100 wird in das obere Spannfutter 101 plaziert und darin gehalten. Die Stabglasanordnung 100 wird dann in das untere Spannfutter 102 plaziert und darin gehalten. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das obere Spannfutter 101 und das untere Spannfutter 102 Mantelklemmen, wie offenbart und in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
Nach dem Plazieren der Stabglasanordnung 100 in die Spannfutter wird der Regler 117 eingestellt, um einen Druck von ungefähr 40 psi (ungefähr 2,76 · 10&sup5; Pa) in den Hohlräumen 108 und 115 vorzusehen. Die Stabglasanordnung wird dann mit ungefähr 100 UpM gedreht. Ein OVD-Ummantelungs-Rußabscheideprozeß, ähnlich dem in Baker et. al. U. S. Patent No. 5,067,975 offenbarten, wird dann verwendet, um eine Vorform herzustellen, aus der eine optische Faser gezogen wird.
Ein optionaler Temperschritt kann vor der Abscheidung von Ruß auf der Stabglasanordnung verwendet werden. Wenigstens ein Rußabscheidebrenner, wie jener in Baker et. al. offenbarter, wird nur mit Gas und Sauerstoff, die durch ihn strömen und ohne Ruß- Vorlaufdämpfe wie SiCl&sub4;, gezündet. Der Brenner wird dann entlang wenigstens eines Teils der Länge der Stabglasanordnung 100 in Schwingungen versetzt, um die Stabglasanordnung zu tempern. Dieser Temperschritt erlaubt das Nachlassen jedweder Spannungen in der Stabglasanordnung vor der Abscheidung jedweden Rußes darauf und verbessert die Kern/Mantel-Konzentrizität in der Fa ser, die vom Rohglas gezogen wird, das durch Verwendung dieses Verfahrens hergestellt wird.
In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wurde eine Rußabscheidevorrichtung ähnlich der in Fig. 6 gezeigten verwendet. Der kleinere Durchmesser der Spindelwellen war 1 in. (2,54 cm) und der größere Durchmesser war 1,5 in. (3,81 cm). Dies führte zu einem Unterschied in der Querschnittsfläche von 0,982 in² (6,33 cm²). Der Druckregler war eingestellt, um einen Druck von ungefähr 40 psi (2,76 · 10&sup5; Pa) in den Hohlräumen vorzusehen. Die Kombination des Querschnittsflächenunterschieds und des Drucks in den Hohlräumen resultierte in ungefähr 40 Pound (ungefähr 178 N) Kraft an jedem Ende der Stabglasanordnung. In diesem Beispiel wurde ein Temperprozeß mit sechs Abscheidebrennern verwendet, mit Gesamtflüssen für alle sechs Brenner von 120 slpm CH&sub4; und 100 slpm O&sub2;, die entlang ungefähr der mittleren 60% der Länge einer Stabglasanordnung schwingen. Die Brenner wurden entlang jenes Teils der Stabglasanordnung für ungefähr zwölf Minuten in Schwingungen versetzt.
Die Kern/Mantel-Konzentrizität der Faser, die aus den im oben beschriebenen Beispiel hergestellten Vorformen gezogen wurde, wurde unter Verwendung einer Standard-Testapparatur gemessen. Ungefähr 4000 km Faser wurden hergestellt, mit einer durchschnittlichen Kern/Mantel-Konzentrizität von 0,228 um und einem Sigma von 0,112 um. Für die ungefähr 15.000 km Faser, die mit der gleichen Rußabscheidevorrichtung vor dem oberen Beispiel gemacht wurden, war die durchschnittliche Kern/Mantel- Konzentrizität 0,255 um mit einem Sigma von 0,13 um. In diesem Beispiel führte die vorliegende Erfindung daher zu einer Verbesserung von ungefähr 10,5% in der durchschnittlichen Kern/Mantel-Konzentrizität. Unter Verwendung bekannter statistischer Analyse beruhend auf einer schiefen Normalverteilung wird vorausgesagt, daß die vorliegende Erfindung zu einer Verlustrate für die Konzentrizität von ungefähr 90 Teilen pro Million (ppm) führen wird, verglichen mit ungefähr 480 ppm ohne die Vorzüge der vorliegenden Erfindung.
Ein weiteres Beispiel der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. In diesem Beispiel wird eine Zugkraft an eine Stabglasanordnung 80 durch Verwendung des Gewichts 81 angelegt. Die Stabglasanordnung 80 wird in einer oberen Einspannanordnung 82 plaziert und wird darin gehalten, vorzugsweise durch eine vorher unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Klemmeinrichtung. Ein Gewicht 81 und eine untere Einspannanordnung 83 werden von einem Sockel 84 durch eine von einem Fluid, z. B. Luft, die durch einen Einlaß 88 unter einem Kolben 87 bereitgestellt wird, erzeugten Kraft gehoben. Eine Stabglasanordnung 80 wird in einer unteren Einspannanordnung 83 plaziert und darin gehalten, vorzugsweise durch eine unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Klemmeinrichtung.
Nach dem Sichern einer Stabglasanordnung 80 in einer oberen Einspannanordnung 82 und einer unteren Einspannanordnung 83 wird der Druck unter einem Kolben 87 freigesetzt. Diese Druckfreisetzung führt zu einer Zugkraft, die an eine Stabglasanordnung 80 aufgrund der Gravitationskraft eines Gewichts 81 angelegt wird. Während einer Rußabscheidung wird die Stabglasanordnung 80 durch eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) gedreht, die an einer oberen Einspannanordnung 82 angebracht ist. Eine untere Einspannanordnung 83 rotiert entlang mit einer Stabglasanordnung 80. Das untere Ende einer unteren Einspannanordnung 83 ist an einem Lager 85, das auch an einem Gewicht 81 angebracht ist, angebracht, so daß eine untere Einspannanordnung 83 unabhängig von einem Gewicht 81 rotiert. Das Gewicht 81 wird durch einen Stift 86, der sowohl in das Gewicht 81 als auch den Sockel 84 eingeführt wird, am Rotieren gehindert. Die Kombination eines Lagers 85 und eines Stiftes 86 minimiert die Torsionsspannungen, die an die Stabglasanordnung 80 während einer Rußabscheidung angelegt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Stabglasanordnung, die in einer vertikalen Orientierung während einer Rußabscheidung gehalten wird, beschrieben worden ist, ist sie auch auf eine Stabglasanordnung anwendbar, die in einer horizontalen Orientierung während einer Rußabscheidung gehalten wird. Die vorliegende Erfindung sieht das Anlegen einer Zugkraft entlang der Achse einer horizontalen Stabglasanordnung durch Verwendung von wenigstens einer Luftlageranordnung wie hier beschrieben vor. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Herstellung einer Ummantelungs-Vorform beschrieben worden ist, ist sie auch in gleicher Weise anwendbar, um eine Kern-Vorform herzustellen, aus welcher das Kernstabglas gezogen werden kann. Im Fall der Herstellung einer Kern-Vorform wird ein Fangstab, der vorzugsweise nach dem Rußabscheideprozeß entfernt wird, anstelle der Stabglasanordnung verwendet.

Claims

1. Vorrichtung zum Halten einer Stabglasanordnung (10, 100, 80), wobei die Stabglasanordnung eine Längsachse aufweist, während einer Rußabscheidung zum Bilden einer Vorform für einen optischen Wellenleiter, mit:

(a) einer ersten Halteeinrichtung (40, 10, 83) zum Halten eines ersten Endes der Stabglasanordnung, wobei die erste Halteeinrichtung um die Längsachse der Stabglasanordnung drehbar ist,

(b) einer zweiten Halteeinrichtung (30, 101, 82) zum Halten eines zweiten Endes der Stabglasanordnung, wobei die zweite Halteeinrichtung um die Längsachse der Stabglasanordnung drehbar ist und in der Richtung der Längsachse fixiert ist, und

(c) einer ersten Einrichtung (50; 111, 81, 84-88), die der ersten Halteeinrichtung zugeordnet ist, zum Erzeugen einer ersten Zugkraft entlang der Längsachse der Stabglasanordnung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung, welche der zweiten Halteeinrichtung zugeordnet ist, zum Erzeugen einer zweiten Zugkraft entlang der Längsachse der Stabglasanordnung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (c) aufweist:

(i) ein an der ersten Halteeinrichtung (83) angebrachtes Gewicht (81);

(ii) ein Lager (85), das an der Stabglasanordnung (80) und an dem Gewicht (81) derart angebracht ist, daß die Stabglasanordnung um die Längsachse der Stabglasanordnung im wesentlichen unabhängig von dem Gewicht drehbar ist, und

(iii) eine Einrichtung (86) zum Verhindern, daß das Gewicht drehbar ist, so daß das Gewicht im wesentlichen keine Torsionsspannung an die Stabglasanordnung anlegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zum Erzeugen einer ersten Zugkraft eine erste Lagereinrichtung aufweist, die mit der ersten Halteeinrichtung durch eine erste Spindel (51, 110) verbunden ist, wobei die erste Lagereinrichtung ein erstes und zweites Luftlager (54, 55; 112, 113) aufweist, durch das die erste Spindel einsetzbar ist, wobei das erste und zweite Luftlager durch einen ersten Hohlraum (58; 115) getrennt sind, welcher auf einen ersten Druck oberhalb des Umgebungsdrucks unter Druck gesetzt werden kann,

wobei die erste Spindel (51, 110) einen ersten Abschnitt (52) mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Abschnitt (53) mit einem zweiten Durchmesser, der von demjenigen des ersten Abschnitts verschieden ist, aufweist, wobei der Übergang von dem ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser in dem ersten Hohlraum angeordnet ist, und

wobei die erste Spindel (51, 110) und der erste Druck in den ersten Hohlraum eine erste Kraft erzeugen kann, welche an die Stabglasanordnung entlang der Längsachse der Stabglasanordnung anlegbar ist, wobei die erste Kraft weg von der zweiten Halteeinrichtung gerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zum Erzeugen einer zweiten Zugkraft, welche der zweiten Halteeinrichtung (101) zugeordnet ist, aufweist:

eine zweite Lagereinrichtung (104), welche mit der zweiten Halteeinrichtung (101) durch eine zweite Spindel (103) verbunden ist, wobei die zweite Lagereinrichtung ein drittes und viertes Luftlager (105, 106) aufweist, durch das die zweite Spindel einsetzbar ist, wobei das dritte und vierte Luftlager durch einen zweiten Hohlraum (108) getrennt sind, welcher auf einen zweiten Druck oberhalb des Umgebungsdrucks unter Druck gesetzt werden kann,

wobei die zweite Spindel (103) einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser mit einem zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der von demjenigen des ersten Abschnittes verschieden ist, aufweist, wobei der Übergang von dem ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser in der im zweiten Hohlraum (108) gelegen ist, und

wobei die zweite Spindel (103) und der zweite Druck in dem zweiten Hohlraum (108) eine zweite Kraft erzeugen, welche an die Stabglasanordnung entlang der Längsachse der Stabglasanordnung anlegbar ist, wobei die zweite Kraft weg von der ersten Spindel (110) gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabglasanordnung (10, 100, 80) in einer vertikalen Orientierung oder in einer horizontalen Orientierung gehaltert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Halteeinrichtung (40, 102, 83; 30, 101, 82) die Stabglasanordnung (10, 100, 80) derart festhaltern, daß die Bewegung der Stabglasanordnung senkrecht zur Längsachse der Stabglasanordnung beschränkt ist, und daß die erste und zweite Halteeinrichtung derart ausgerichtet sind, daß die Längsachsen des ersten und zweiten Endes der Stabglasanordnung im wesentlichen zueinander ausgerichtet sind.

8. Verfahren zum Abscheiden von Ruß auf einer rotierenden Stabglasanordnung (10, 100, 80), wobei die rotierende Stabglasanordnung eine Längsachse aufweist, mit den Schritten:

(a) Anlegen einer Zugkraft entlang der Längsachse der rotierenden Stabglasanordnung, während Ruß auf die rotierende Stabglasanordnung abgeschieden wird, und

(b) Steuern der radialen Gleichförmigkeit des auf der Stabglasanordnung abgeschiedenen Rußes durch Steuern der Zugkraft, welche an die rotierende Stabglasanordnung angelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Anlegens einer Zugkraft weiterhin den Schritt des Variierens der Zugkraft aufweist, während der Ruß auf die rotierende Stabglasanordnung abgeschieden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Temperns der rotierenden Stabglasanordnung vor dem Abscheiden des Rußes auf der rotierenden Stabglasanordnung.