DE69702176T2

DE69702176T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Vorform für optische Fasern

Info

Publication number: DE69702176T2
Application number: DE69702176T
Authority: DE
Inventors: Hideo Hirasawa; Tadakatsu Shimada
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: EP0845441B1; JPH10158025A; DE69702176D1; EP0845441A1; US5958102A; JP3131162B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faservorformlings, der entlang seiner Längsrichtung eine gleichmäßige Abmessung einer Abscheidung aufweist und mit hoher Geschwindigkeit produziert werden kann. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Anfertigung optischer Faservorformlinge wurde anfänglich ein Verfahren zur Bedeckung eines Kernglases mit einer Glasrohrumhüllung verwendet, wie es beispielsweise in der japanischen Patentschrift Nr. 41-11071 dargelegt ist. Deutlich verbesserte Eigenschaften und Genauigkeiten in letzter Zeit und das Erfordernis nach größeren Vorformlingen haben zu Verfahren geführt, wie sie beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 49-84258 offenbart sind. Bei dem Verfahren gemäß dieser Offenlegungsschrift wird ein Dampfphasen-Ausgangsmaterial für Glas in eine Knallgas- bzw. Wasserstoff/- Sauerstoffflamme eines Brenners eingebracht, um mit der Flamme durch Hydrolyse einen Rußkörper (d. h. feine Teilchen) aus Glas auszubilden. Der Ruß wird gegen die Außenflächen eines als Kern dienenden Glasstabs geblasen, wobei der Brenner in Axialrichtungen parallel zu dem Glasstab hin- und herbewegt wird, um aus dem Ruß oder den feinen Teilchen aus Glas nach und nach entlang der Radialrichtungen Schichten aufzubauen, sodass eine poröse Glasmatrix gebildet wird. Die Matrix wird erwärmt, um eine Dehydratisierung und Verglasung zu erlauben, wodurch ein lichtdurchlässiger optischer Faservorformling erhalten wird.
Für dieses Verfahren wurden mehrere Verbesserungen vorgeschlagen, einschließlich eines Verfahrens, bei dem der Glasruß kontinuierlich in Vertikalrichtungen abgeschieden wird, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-116638 dargelegt ist, und eines Verfahrens, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-183330 dargelegt ist, bei dem, während ein Kernstab bezüglich einer Vielzahl von Brennern hin- und herbewegt wird, von den mehreren Brennern verschiedene Arten glasbildender Materialien als poröse Glasmatrix zugeführt werden, sodass sich die Zusammensetzung des glasbildenden Materials bei jeder Hin- und Herbewegung ändert, wodurch ein Vorformling erhalten wird, der entlang der Radialrichtungen eine gewünschte Brechungsindexverteilung hat. Abgesehen von den oben genannten Verfahren wurde außerdem ein Verfahren vorgeschlagen, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 56-120528 vorgeschlagen ist, bei dem, während ein Kernstab gedreht und entlang Längsrichtungen bewegt wird, der Stab zur Ausbildung von Glasteilchen vibriert wird. Darüber hinaus wird durch die japanische Offenlegungsschrift Nr. 53-70449 ein Verfahren zum Blasen von feinen Glasteilchen gegen einen Kernglasstab vorgeschlagen, bei dem zum Blasen ein dünner Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammenbrenner, dessen Schlitz sich im wesentlichen mit dergleichen Breite wie die Länge des Kernglasstabs erstreckt, oder eine Brenneranordnung mit einer Anzahl von quer in Reihe angeordneten Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammenbrennern verwendet wird, ohne sie zu bewegen. Des weiteren schlägt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 64-9821 ein Verfahren vor, bei dem bei einer porösen Glasmatrix eine Haarrissbildung verhindert wird, indem die Zuführung eines Gases von einer Vielzahl von Brennern gesteuert wird, oder indem der Abstand zwischen dem Niveau der mehreren Brenner und dem Abscheidungsniveau des Rußes gesteuert wird, oder indem die Umdrehungen eines wärmebeständigen Substrats gesteuert werden, damit sich eine Abscheidungsdichte des Rußes entlang Radialrichtungen ändert.
Diese bekannten Verfahren sind jedoch in vielen Punkten nicht immer zufriedenstellend. So macht das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 49-84258 dargelegte Verfahren von lediglich einer Brennereinheit Verwendung, was mit dem Problem verbunden ist, dass die Abscheidungsgeschwindigkeit des Rußes oder der feinen Teilchen aus Glas gering ist und dass bei der Anfertigung eines langen Vorformlings mit einem großen Durchmesser die Wärmemenge so gering wird, dass die sich ergebende abgeschiedene Siliziumdioxidschicht eine geringe mechanische Festigkeit hat, was zu einer Haarrissbildung führen kann. Obwohl die in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 56-120528, 57-183330 und 58-9835 vorgeschlagenen Verfahren insofern vorteilhaft sind, als die Kernschicht und die Umhüllungsschicht durch einen einzigen Schritt ausgebildet werden können, haben die Kern- und Umhüllungsschichten eine so geringe Dichte, dass die Handhabung schwierig ist, wenn ein länglicher Vorformling mit einem großen Durchmesser ausgebildet wird. Diese Verfahren sind auch insofern nachteilig, als die Fertigungsvorrichtung groß ist und das sich ergebende Erzeugnis charakteristische Eigenschaften außerhalb des beabsichtigten Wertebereichs aufweisen kann, wenn der Kern, dessen Brechungsindexverteilung nicht bekannt ist, mit der Umhüllungsschicht versehen wird.
Das Verfahren gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 53-70449 ist insofern nachteilig, als nicht gewährleistet werden kann, dass das aus dem Schlitz eines Brenners ausgeblasene Gas über die Gesamtlänge eines als Kern dienenden Glasstabs unter den gleichen Bedingungen gehalten werden kann. Dies führt zu einer an Abschnitten einzelner Brenner oder zwischen angrenzenden Brennern unregelmäßigen Abscheidung. In der Tat weist die sich ergebende Vorformlingsmatrix hinsichtlich der Dicke der Abscheidung eine schlechte Genauigkeit auf. Bei dem in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 64-9821 dargelegten Verfahren ist die Abscheidungsgeschwindigkeit hoch und kann ein großer Vorformling ausgebildet werden, doch wird ein Brenner in den Längsrichtungen mit einer gegebenen Amplitude hin- und herbewegt, sodass der Brenner an einer gegebenen Position zum Halten gebracht und dann zu einer anderen Position bewegt und dort zum Halten gebracht wird, um zu der gegebenen Position zurückbewegt zu werden. Diese Hin- und Herbewegung wird zwischen den zwei Haltepositionen unverändert wiederholt, was auf dem Kern zu Abscheidungsunregelmäßigkeiten führt. Genauer gesagt weist der sich ergebene Vorformling eine Abscheidung auf, deren Oberflächen unregelmäßig sind. Darüber hinaus wird das als Kernmaterial verwendete Aluminium in die Siliziumdioxidschicht als Metallverunreinigung eindotiert. Dieses Verfahren kann daher nicht zur Herstellung einer optischen Fasermatrix verwendet werden.
Zur Anfertigung eines großen optischen Faservorformlings mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung einer Vielzahl von Brennern wird durch die japanische Offenlegungsschrift Nr. 3-228845 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Vielzahl von Brennern gleicher Gestaltung mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind und die Startposition der Hin- und Herbewegung der Brenner bei jedem Hin- und Herbewegungszyklus geändert wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass sich die Abscheidungsgeschwindigkeit deutlich erhöht, doch leidet es unter dem schwerwiegenden Problem, dass die Menge einer Abscheidung entlang der Längsrichtung ungleichmäßig wird.
Die JP-A-3-279234 offenbart ein Verfahren zur Anfertigung eines Stammmaterials eines Vorformlings einer optischen Faser unter Verwendung von drei oder mehr Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammenbrennern der gleichen Abmessung, die an dem Außenumfang eines Glasstabs für eine optische Faser in Serie angeordnet sind. Durch diese Anordnung werden auf dem Kernstab feine Teilchen aus Glas abgeschieden. Der Außendurchmesser des Vorformlings wird entlang der Gesamtlänge durch eine Messvorrichtung gemessen, wobei eine Abweichung von dem gegebenen voreingestellten Außendurchmesser durch die oben genannten Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammenbrenner kompensiert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faservorformlings bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme oder Nachteile überwindet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faservorformlings zu schaffen, bei dem die Abscheidungsgeschwindigkeit deutlich erhöht ist und das entlang der Längsrichtung eines Kernstabs eine gleichmäßige Menge der Abscheidung gewährleistet.
Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Faservorformlings bereitzustellen.
Die oben genannten Aufgaben werden entsprechend einem der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele durch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faservorformlings gelöst, das die Schritte umfasst:
Abscheiden feiner, als Umhüllung dienender Glasteilchen auf den Oberflächen eines stabförmigen Kerns über eine gegebene Länge des stabförmigen Kerns unter Verwendung einer Vielzahl von Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammen-Brennereinheiten;
Erfassen einer Menge der sich ergebenen Abscheidung, um entlang der Längsrichtung des stabförmigen Kerns die Gleichmäßigkeit der Menge der Abscheidung zu überprüfen; und
während oder nach Beendigung der Abscheidung weiteres Abscheiden feiner Glasteilchen auf einem beliebigen Oberflächenabschnitt des stabförmigen Kerns innerhalb der gegebenen Länge von zumindest einer Brennereinheit aus, die von der Vielzahl von Brennereinheiten verschieden ist, um beruhend auf den Ergebnissen der Erfassung über die gegebene Länge die Menge der Abscheidung zu korrigieren.
Die feinen Teilchen oder der Ruß wird auf dem stabförmigen Kern unter Verwendung einer Vielzahl von Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammen-Brennereinheiten durch Dehydratisierung eines Gasphasen-Ausgangsglasmaterials abgeschieden. Die Korrektur der Menge entlang der Längsrichtung des Kerns erfolgt unter Verwendung mindestens einer Brennereinheit, die sich ungeachtet der Vielzahl von Brennereinheiten bewegen lässt, wodurch eine zuverlässige Abscheidung mit hoher Geschwindigkeit gewährleistet wird.
Entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Faservorformlings vorgesehen, mit:
einer Einrichtung zum Festhalten eines stabförmigen Kerns, die den stabförmigen Kern drehen kann;
einer Teilquerwelle, die parallel zu dem stabförmigen Kern angeordnet ist, die daran befestigt eine Vielzahl von Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammen- Brennereinheiten aufweist und die die Vielzahl von Brennereinheiten entlang den Längsrichtungen des stabförmigen Kerns bewegen kann, sodass von der Vielzahl von Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammen-Brennereinheiten aus auf dem stabförmigen Kern an einer gegebenen Länge von ihm feine Glasteilchen abgeschieden werden;
einer Gesamtquerwelle, die parallel zu dem stabförmigen Kern angeordnet ist und die eine Kontrolleinrichtung aufweist, um auf dem stabförmigen Kern entlang seiner Längsrichtung eine abgeschiedene Menge der feinen Teilchen zu erfassen; und
einer anderen Gesamtquerwelle, die parallel zu dem stabförmigen Kern angeordnet und von der Teilquerwelle ferngehalten ist und die zumindest eine Brennereinheit aufweist, die sich entlang den Längsrichtungen des stabförmigen Kerns bewegen kann, um beruhend auf den Ergebnissen der Erfassung der Kontrolleinrichtung die abgeschiedene Menge zu korrigieren.
Die Teilquerwelle weist daran befestigt eine Vielzahl von Brennereinheiten auf und ist durch eine Bewegung von ihr dazu imstande, die Vielzahl von Brennereinheiten teilweise entlang den Längsrichtungen queren zu lassen, sodass die feinen Teilchen von Gasströmen aus, die aus der Vielzahl von Brennereinheiten ausgeblasen werden, über die gegebene Länge auf dem stabförmigen Kern abgeschieden werden. Die Gesamtquerwelle weist daran befestigt zumindest eine Brennereinheit auf und ist dazu imstande, die zumindest eine Brennereinheit entlang den Längsrichtungen des stabförmigen Kerns über die gesamte gegebene Länge queren zu lassen. Die Menge der Abscheidung entlang der Längsrichtung wird beruhend auf den Ergebnissen der Mengenerfassung von der Kontrolleinrichtung korrigiert.
Die Vielzahl von Brennern sollte unter der Voraussetzung, dass die gegebene Länge im Bereich von 600 bis 3000 mm liegt, vorzugsweise aus nicht weniger als fünf Brennereinheiten bestehen, wobei die mehreren Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammen-Brennereinheiten jeweils eine Kopfdüse mit einem Außendurchmesser von 20 bis 70 mm aufweisen. Es ist zu beachten, dass mit dem hierbei verwendeten Ausdruck "gegebene Länge" die effektive Länge eines Vorformlings gemeint ist.
Die Menge der Abscheidung wird durch eine geeignete Einrichtung vorzugsweise als ein Außendurchmesser der Abscheidung gemessen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahrens zur Herstellung eines optischen Faservorformlings.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung A zur Herstellung eines optischen Faservorformlings gezeigt. Die Vorrichtung A weist eine Teilquerwelle 10, die wie dargestellt eine Vielzahl von Brennereinheiten 12 festhält, und eine Gesamtquerwelle 14 auf, die eine einzelne Brennereinheit 16 festhält. Die Wellen 10 und 14 sind voneinander ferngehalten und zueinander parallel angeordnet. Zwischen den Wellen 10 und 14 ist ein stabförmiger Kern 18 platziert, wobei er an einem seiner Enden mit einer Einrichtung 20 zum Halten und Drehen des Kerns 18 fixiert ist und an seinem anderen Ende mit Rollen 21 oder dergleichen drehbar gehalten wird. Eine Kontrolleinrichtung 22 zur Erfassung einer Abscheidungsmenge feiner Teilchen oder eines Glasrußes ist oberhalb der Gesamtquerwelle 14 angeordnet und an einer anderen Gesamtquerwelle 24 befestigt.
Wenn der stabförmige Kern 18 im Betrieb durch die Einrichtung 20 mit beispielsweise 1 bis 100 U/min gedreht wird, wird von jedem der Vielzahl von Brennereinheiten 12 auf der Teilquerwelle 14 ein Gasstrom gegen den Kern 18 geblasen, um zuzulassen, dass sich feine Glasteilchen um den Kern 18 herum über eine gegebene Länge L abscheiden, wodurch auf dem Kern 18 mit der gegebenen Länge L eine Abscheidung oder ein Rußkörper 26 aus den feinen Teilchen ausgebildet wird. Diese Länge wird zu der effektiven Länge eines Vorformlings. Die Teilquerwelle 14 wird bewegt, damit sich die Vielzahl von daran befestigten Brennereinheiten in entgegengesetzten Richtungen von einem Anfangspunkt aus um eine gegebene Strecke quer bewegen und dann zu dem Anfangspunkt zurückkehren. Dieser Bewegungs- und Rückkehrzyklus, d. h. dieser Hin- und Herbewegungszyklus, ist vorzugsweise innerhalb einer Zeit von 5 bis 60 Sekunden pro Zyklus abzuschließen. Die gegebene Strecke liegt vorzugsweise im Bereich von 150 bis 450 mm, d. h. die Teilquerwelle 14 wird während des Hin- und Herbewegungszyklus um eine Strecke von 150 bis 450 mm bewegt.
Die Hin- und Herbewegungen der mehreren Brennereinheiten erfolgen vorzugsweise auf die folgende Weise. Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt ist, in der aus Veranschaulichungsgründen auf die in der Figur linksseitige Brennereinheit 12' Bezug genommen wird, beginnt die Brennereinheit 12', sich von dem Punkt L1 zu dem Punkt L2 zu bewegen. Der Abstand zwischen den Punkten L1 und L2 stellt eine Querbewegungslänge des Brenners 12' dar. Dann wird der Brenner 12' zu einem Punkt L3 zurückkehren gelassen, der wie gezeigt von dem Anfangspunkt L1 abweicht. In einem nächsten Zyklus wird der Brenner 12' von dem Punkt L3 zu einem Punkt L4 bewegt. Ebenso wird der an dem Punkt L4 zum Halten gebrachte Brenner 12' zu einem Punkt L5 zurückkehren gelassen und dann von dem Punkt L5 zu einem Punkt L6 bewegt. Danach kann man den Brenner 12' zu dem Anfangspunkt L1 zurückkehren lassen, worauf eine Wiederholung der obigen Hin- und Herbewegungszyklen folgt. Wahlweise kann der Brenner 12' auch in umgekehrten Zyklen von L6 nach L5, von L5 nach L4, von L4 nach L3, von L3 nach L2 und von L2 nach L1 zurückgebracht werden. Obwohl in der Figur nur drei Startpunkte L1, L3 und L5 dargestellt sind, kann die Anzahl der Startpunkte auch auf bis zu mehrere zehn Punkte erhöht werden.
Bei diesen Zyklen werden die Abstände zwischen L1 und L2, L3 und L4 und L5 und L6 zueinander gleich eingestellt. Bei den Hin- und Herbewegungszyklen wird, wie vorstehend erwähnt ist, die Mitte der Welle 10 vorzugsweise um eine Strecke im Bereich von 150 bis 450 mm bewegt. Diese Strecke entspricht in der Figur einem Abstand zwischen L1 und L6, wenn der Punkt L6 als Endquerbewegungspunkt festliegt. Ein Abstand 30 zwischen L1 und L2 kann im Bereich von 100 bis 250 mm liegen. Diese Teilquerung ist im einzelnen in der vorstehend genannten japanischen Patentschrift Nr. 3-228845 beschrieben. Es muss nicht besonders erwähnt werden, dass die fest auf die Welle 10 gesetzten anderen Brennereinheiten ähnlichen Hin- und Herbewegungszyklen unterzogen werden, auch wenn die jeweiligen Anfangsstartpunkte voneinander abweichen.
Auf diese Weise werden, wie mit 26 bezeichnet ist, auf dem stabförmigen Kern 18 die feinen Teilchen abgeschieden. Während der Abscheidung oder nach Beendigung der Abscheidung wird die Menge der Abscheidung 26 über die gegebene Gesamtlänge des Kerns 18 durch die auf der Gesamtquerwelle 24 befindliche Einrichtung 22 überprüft oder erfasst. Die Einrichtung 22 weist beispielsweise eine CCD-Kamera auf. Bei Verwendung der CCD-Kamera wird die Menge als ein Außendurchmesser der Abscheidung gemessen. Die Daten des Außendurchmessers werden in einem (nicht gezeigten) geeigneten Computersystem verarbeitet und zu der Gesamtquerwelle 24 zurückgeführt, sodass sich die auf die Welle 14 gesetzte Brennereinheit 16 entlang den Längsrichtungen bewegt, um jegliche Abweichung des Außendurchmessers entlang der Längsrichtung der Abscheidung zu korrigieren, wodurch die Gleichmäßigkeit des Außendurchmessers der Abscheidung 26 gewährleistet wird.
Der auf diese Weise ausgebildete, die Abscheidung tragende Kern 18 kann für 10 bis 36 Minuten bei hohen Temperaturen von 500 bis 1400ºC dehydratisiert und gebrannt werden, um auf übliche Weise einen optischen Faservorformling zu erhalten.
Der in der Erfindungspraxis verwendete stabförmige Kern 18 sollte einen Kernabschnitt aus einer beabsichtigten optischen Faservorformlingsmatrix aufweisen, die beispielsweise aus Quarz besteht. Wahlweise kann der Kern 18 auch aus einem Targetstab aus beispielsweise Aluminiumoxid bestehen, auf den Quarz mit einer Dicke von 20 bis 700 mm vakuumabgeschieden wird. In diesem Fall muss der Aluminiumoxidstab nach Beendigung der Abscheidung der feinen Glasteilchen herausgezogen werden.
Der Kern 18 sollte in beiden Fällen vorzugsweise ein Profil mit abgestuftem Index oder Einzelmode haben, das gemäß einem beliebigen bekannten VAD-, OVD- und MCVD- Verfahren hergestellt wurde, und sollte außerdem eine Umhüllungsschicht mit einer gewissen Dicke von beispielsweise 50 bis 300 mm aufweisen. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass die strukturellen Parameter des Kerns 18 wie etwa der Brechungsindex nach der Verglasung, die Abmessung und dergleichen zuvor ermittelt werden. Der stabförmige Kern sollte vorzugsweise so endbearbeitet sein, dass er über seine Gesamtlänge eine Abweichung des Außendurchmessers von ±5% hat, mit einem Alkohol wie etwa Ethanol gereinigt und schließlich feuerpoliert wurde. Der stabförmige Kern 18 sollte vorzugsweise einen Außendurchmesser von 20 bis 70 mm und eine Länge von 1500 bis 3900 mm haben.
Die eine Vielzahl von Brennereinheiten 12 aufweisende Teilquerwelle 10 ist parallel zu dem stabförmigen Kern 18 angeordnet. Unter Verwendung der Vielzahl von Brennereinheiten können die feinen Teilchen aus Glas mit hoher Geschwindigkeit abgeschieden werden. Wenn die gegebene Länge des Kerns 18, auf dem die feinen Teilchen abzuscheiden sind, im Bereich von 600 bis 3000 mm liegt und die Vielzahl von Brennereinheiten jeweils eine Kopfdüse mit einem Außendurchmesser von 20 bis 70 mm aufweist, werden zu diesem Zweck vorzugsweise fünf oder mehr Brennereinheiten verwendet, damit eine zufriedenstellende Abscheidungsgeschwindigkeit von 2000 bis 10000 g/Stunde erzielt wird.
Die Brennereinheiten 12 können auf der Welle 10 dicht aneinander gesetzt sein, weswegen die Maximalanzahl der Brenner von der Länge der Welle 10 und den Setzabständen der Brennereinheiten abhängt. Üblicherweise sind 5 bis 40 Brennereinheiten einsetzbar. In der Praxis liegt der Abstand zwischen auf der Welle 10 angrenzenden Brennereinheiten im Bereich von 50 bis 200 mm. Wie vorstehend definiert ist, liegt die effektive Länge eines Vorformlings im Bereich von 600 bis 3000 mm, wobei die Länge der Teilquerwelle 10, auf die eine gewünschte Anzahl von Brennereinheiten, aber nicht weniger als fünf Brennereinheiten gesetzt ist, im Bereich von 0,5- bis 1-mal der Länge des Vorformlings geändert werden kann.
Um die Beeinflussung durch Flammen 28 angrenzender Brenner 12 zu verringern, sollte der Zwischenraum zwischen den angrenzenden Brennern vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 1,5- bis 2,5-mal der Flammenausdehnung auf der Abscheidungsoberfläche festgesetzt werden. Obwohl sich die Ausdehnung der Flamme mit einem Anwachsen der Abscheidung erhöht, sollte der Zwischenraum oder Abstand zwischen den angrenzenden Brennern vom Gesichtspunkt der Abscheidungseffizienz her auf einem Endaußendurchmesser der Abscheidung beruhend festgelegt werden.
Das Ausgangsmaterial, das dazu verwendet wird, für die feinen Teilchen aus Glas zu sorgen, schließt beispielsweise SiCl&sub4;, Si(CH&sub3;)Cl&sub3; und dergleichen ein, Von denen dank der leichten Verfügbarkeit und Preisgünstigkeit vorzugsweise SiCl&sub4; verwendet wird. Das Ausgangsmaterial wird zusammen mit einem Trägergas in Form eines Gases zugeführt und durch eine Knallgas- bzw. Wasserstoff/- Sauerstoffflamme 28 hydrolysiert. Der sich ergebende Ruß oder die Teilchen aus Glas werden auf dem stabförmigen Kern 18 abgeschieden. Die Knallgas- bzw. Wasserstoff/- Sauerstoffflamme 28 lässt sich geeigneterweise erzeugen, indem zusammen mit einem Trägergas aus Sauerstoff und Wasserstoff ein Ausgangsgas zugeführt wird. Für eine geeignete Abscheidung wird zusammen mit 2 bis 300 l/Minute Sauerstoff und 10 bis 300 l/Minute Wasserstoff ein Ausgangsgas in einer Menge von 1 bis 100 g/Minute zugeführt.
Wie vorstehend erwähnt ist, kann die Kontrolleinrichtung 22 zur Erfassung der Menge der Abscheidung 26 auf dem stabförmigen Kern 18 entlang der Längsrichtung des Kerns 18 eine CCD-Kamera sein, mit der ein Außendurchmesser der Abscheidung und aus dem Außendurchmesser eine Menge der Abscheidung bestimmt wird, wobei aus dem Außendurchmesser eine Menge der Abscheidung berechnet werden kann.
Die CCD-Kamera sollte entlang der Welle 24 über die Gesamtlänge der Abscheidung bewegbar sein, um den Außendurchmesser der Abscheidung entlang ihrer Gesamtlänge zu bestimmen, bis die Abscheidung beendet ist. Der Wert des Außendurchmessers wird beispielsweise zu einer zentralen Verarbeitungseinheit übertragen, mit der in einen belie bigen Abschnitt des Vorformlings eine Differenz von einem voreingestellten Wert bestimmt wird. Beruhend auf der Differenz entlang der Abscheidung wird der Durchsatz an feinen Glasteilchen von dem Brenner 16 oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 16 gesteuert, um die Differenz in jedem Abschnitt der Abscheidung zu korrigieren, wodurch ein Vorformling erhalten wird, der über den gesamten Vorformling hinweg gleichmäßig ist.
Die Brennereinheit 16 ist als eine einzelne Einheit abgebildet, jedoch kann auch eine Vielzahl von Brennereinheiten verwendet werden. In diesem Fall werden die einzelnen Einheiten bezüglich des Durchsatzes eines Ausgangsgases separat gesteuert.
Die Steuerung der Menge feiner Glasteilchen mit insbesondere einer einzelnen Brennereinheit 16 ist auf verschiedene Weisen durchführbar, was (1) ein Verfahren, bei dem die Zuführung eines Ausgangsgases zu der Brennereinheit geändert wird, (2) ein Verfahren, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit der Brennereinheit geändert wird, und (3) ein Verfahren einschließt, bei dem sowohl die Zuführung des Ausgangsgases zu der Brennereinheit als auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Brennereinheit geändert werden.
Bei dem Verfahren (1) wird, wenn die einzustellende Menge der feinen Glasteilchen zu erhöhen ist, die Zuführung eines Ausgangsgases zu dem Brenner erhöht. Ist es dagegen notwendig, die Menge zu verringern, wird die Zuführung eines Ausgangsgases gesenkt. Bei diesem Verfahren wird die Menge eines Trägergases derart geändert, dass sich die Dichte der sich ergebenden Abscheidung nicht ändert.
Bei dem Verfahren (2) wird, wenn zur Einstellung die Menge der feinen Glasteilchen zu erhöhen ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners gesenkt. Wenn dagegen die Menge zu verringern ist, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners erhöht. Bei dem Verfahren (2) sollte der Änderung der Dichte einer Abscheidung durch die Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit Beachtung geschenkt werden.
Bei dem Verfahren (3) sind die beiden oben genannten Verfahren (1) und (2) kombiniert.
Die Zuführung eines Ausgangsgases ist vorstehend definiert, und die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners liegt im allgemeinen in einem Bereich von 30 bis 300 mm/Minute.
Auf diese Weise wird die Abscheidung der feinen Teilchen fortgesetzt, bis die Abscheidung einen Außendurchmesser von 120 bis 67 mm hat. In der Erfindungspraxis kann die Abweichung des Außendurchmessers der Abscheidung innerhalb eines Bereichs von ±1 mm gesteuert werden.
Die Erfindung wird nun genauer anhand von Beispielen beschrieben. Außerdem wird ein Vergleichsbeispiel beschrieben.

Beispiel 1

Unter Verwendung der Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Bauart wurde ein Kernstab 18 aus Quarz und mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einer Länge von 1500 mm bereitgestellt. Zehn Brennereinheiten 12, die jeweils eine Kopfdüse mit einem Außendurchmesser von 35 mm aufwiesen, waren in Intervallen von 150 mm auf die parallel zu dem Stab 18 angeordnete Teilquerwelle 10 gesetzt. Die Teilquerwelle wurde teilweise über eine Querstrecke von 30 bis 180 mm queren gelassen, während bei jedem Zyklus ein Startpunkt um einen gegebenen Abstand verschoben wurde, bis die Mitte der Teilquerwelle im Maximum um 200 mm bewegt worden war. Die Zuführung eines SiCl&sub4;-Ausgangsgases erfolgte mit 250 g/Minute. Dadurch wurde ein Ruß 26 aus feinen Glasteilchen abgeschieden, der um den Stab 18 herum als Umhüllung diente. Eine CCD-Kamera 22 (von Sony Co., Ltd. unter der Bezeichnung XC-77 erhältlich), die auf eine andere Gesamtquerwelle 24 gesetzt war, wurde zur Messung eines Außendurchmessers der Abscheidung oder des Rußkörpers 26 entlang der Längsrichtung verwendet.
Gleichzeitig mit der Abscheidung unter Verwendung der Teilquerwelle 10 wurde weiterer Ruß von der Brennereinheit 16 aufgebracht, die einen Außendurchmesser von 35 mm hatte und auf eine Gesamtquerwelle 14 gesetzt war, während beruhend auf den Ergebnissen der Messung des Außendurchmessers unter Verwendung der CCD-Kamera 22 der Durchsatz des SiCl&sub4;-Ausgangsgases gesteuert wurde, wodurch ein Rußkörper 26 mit einem Außendurchmesser von 350 mm ±1 mm erhalten wurde. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Brennereinheit 16 war in diesem Fall konstant eingestellt, wobei der Durchsatz des Ausgangsgases geändert wurde, um den Außendurchmesser während der Abscheidung zu korrigieren. Dieser Rußkörper wurde unter Bedingungen von 800ºC und 24 Stunden dehydratisiert und gebrannt, um einen Vorformling zu erhalten. Der Vorformling wurde einer Messung unterzogen, um die Abweichung der Grenzwellenlänge λc entlang der Längsrichtung zu ermitteln, wobei sich für die Abweichung ±2% ergab.

Beispiel 2

Der allgemeine Ablauf gemäß Beispiel 1 wurde mit Ausnahme dessen wiederholt, dass zur Korrektur die Bewegungsgeschwindigkeit der Brennereinheit 16 geändert wurde, während der Durchsatz des von der Brennereinheit 16 zugeführten SiCl&sub4; konstant gehalten wurde, wodurch ein Rußkörper mit einem Außendurchmesser von 350 mm ±1 mm erhalten wurde. Dieser Körper wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 dehydratisiert und gebrannt, um einen Vorformling zu erhalten. Als der Vorformling einer Messung der Abweichung einer Grenzwellenlänge λc entlang der Längsrichtung unterzogen wurde, ergab sich für die Abweichung ± 1,5%.

Vergleichsbeispiel

Der allgemeine Ablauf gemäß Beispiel 1 wurde mit Ausnahme dessen wiederholt, dass nur die Teilquerwelle aber keine Gesamtquerwelle verwendet wurde, wodurch ein Rußkörper mit einem Außendurchmesser von 360 mm ±10 mm ausgebildet wurde. Der Rußkörper wurde dehydratisiert und gebrannt und der sich ergebene Vorformling einer Messung der Abweichung einer Grenzwellenlänge λc entlang der Längsrichtung unterzogen, wobei sich für die Abweichung ±5% ergab.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faservorformlings umfasst die Schritte Abscheiden feiner, als Umhüllung dienender Glasteilchen auf den Oberflächen eines stabförmigen Kerns über eine gegebene Länge des stabförmigen Kerns unter Verwendung einer Vielzahl von Knallgas- bzw. Wasserstoff/Sauerstoffflammen-Brennereinheiten; Erfassen einer Menge der sich ergebenen Abscheidung, um entlang der Längsrichtung des stabförmigen Kerns die Gleichmäßigkeit der Menge der Abscheidung zu überprüfen; und während oder nach Beendigung der Abscheidung weiteres Abscheiden feiner Glasteilchen auf einem beliebigen Oberflächenabschnitt des stabförmigen Kerns innerhalb der gegebenen Länge von zumindest einer Brennereinheit aus, die von der Vielzahl Brennereinheiten verschieden ist, um beruhend auf den Ergebnissen der Erfassung über die gegebene Länge die Menge der Abscheidung zu korrigieren. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ebenfalls beschrieben.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Faservorformlings, mit den Schritten:

Abscheiden feiner, als Umhüllung dienender Glasteilchen auf den Oberflächen eines stabförmigen Kerns über eine gegebene Länge des stabförmigen Kerns (18) unter Verwendung einer Vielzahl von Brennereinheiten (12);

Erfassen einer Menge der sich ergebenden Abscheidung (26), um entlang der Längsrichtung des stabförmigen Kerns die Gleichmäßigkeit der Menge der Abscheidung zu überprüfen,

dadurch gekennzeichnet, dass

während oder nach Beendigung der Abscheidung auf einem beliebigen Oberflächenabschnitt des stabförmigen Kerns innerhalb der gegebenen Länge von zumindest einer Brennereinheit (16) aus, die von der Vielzahl Brennereinheiten (12) verschieden ist, weiter feine Glasteilchen abgeschieden werden, um beruhend auf den Ergebnissen der Erfassung über die gegebene Länge die Menge der Abscheidung zu korrigieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge erfasst wird, indem ein Außendurchmesser der Abscheidung gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der Abscheidung entlang der Längsrichtung des stabförmigen Kerns korrigiert wird, indem eine Zufuhr eines Ausgangs gases zu der zumindest einen Brennereinheit geändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der Abscheidung entlang der Längsrichtung des stabförmigen Kerns korrigiert wird, indem eine Bewegungsgeschwindigkeit der zumindest einen Brennereinheit geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der Abscheidung entlang der Längsrichtung des stabförmigen Kerns korrigiert wird, indem eine Zufuhr eines Ausgangsgases zu der zumindest einen Brennereinheit als auch eine Bewegungsgeschwindigkeit der zumindest einen Brennereinheit geändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge als eine Dicke der Abscheidung gemessen wird.

Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Faservorformlings, mit:

einer Einrichtung (20) zum Festhalten eines stabförmigen Kerns (18), die den stabförmigen Kern drehen kann;

einer Teilquerwelle (10), die parallel zu dem stabförmigen Kern angeordnet ist, die daran befestigt eine Vielzahl von Brennereinheiten (12) aufweist und die die Vielzahl von Brennereinheiten entlang den Längsrichtungen des stabförmigen Kerns bewegen kann, sodass von der Vielzahl von Brennereinheiten aus auf dem stabförmigen Kern an einer gegebenen Länge von ihm feine Glasteilchen abgeschieden werden;

einer Gesamtquerwelle (24), die parallel zu dem stabförmigen Kern angeordnet ist und die eine Kontrolleinrichtung (22) aufweist, um auf dem stabförmigen Kern entlang seiner Längsrichtung eine abgeschiedene Menge der feinen Teilchen zu erfassen; und

einer anderen Gesamtquerwelle (14), die parallel zu dem stabförmigen Kern angeordnet und von der Teilquerwelle ferngehalten ist und die zumindest eine Brennereinheit (16) aufweist, die sich entlang den Längsrichtungen des stabförmigen Kerns bewegen kann, um beruhend auf den Ergebnissen der Erfassung der Kontrolleinrichtung die abgeschiedene Menge zu korrigieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Knallgasflammen-Brennereinheiten in Abständen platziert sind, die jeweils innerhalb eines Bereichs von 1,5- bis 2,5-mal der Flammenausdehnung im wesentlichen auf der Oberfläche einer Endabscheidung liegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Knallgasflammen-Brennereinheiten unter der Voraussetzung, dass die gegebene Länge im Bereich von 600 bis 3000 mm liegt, aus fünf oder mehr Knallgasflammen-Brennereinheiten besteht und die Vielzahl von Knallgasflammen- Brennereinheiten jeweils eine Kopfdüse mit einem Außendurchmesser von 20 bis 70 mm aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei sich die Teilquerwelle auf derartige Weise bewegen kann, dass bei jedem Zyklus ein Startpunkt um eine gegebene Weite geändert wird, bis eine vorbestimmte Zahl an Zyklen vollendet ist.