FI68607B - Foerfarande foer framstaellning av en poroes glasfoerform - Google Patents

Description

1 68607

Menetelmä ‘huokoisen lasiaihion valmistamiseksi Tämä keksintö koskee optisten aaltoputkikuitujen aihioiden valmistusta.

Optisia aaltoputkikuituja on parannettu suuresti yiimeisen vuosikymmenen aikana. Kuidut, joilla on hyvin pienet hävitöt, muodostetaan yleisesti kemiallisella höyrykerrostustekniikalla (CVD), joka johtaa erittäin puhtaiden materiaalien muodostukseen. Tämän tekniikan mukaisesti optisten aaltoputkien aihioita voidaan muodostaa kerrostamalla lasikerroksia tilapäisen tuurnan ulkopinnalle tai putken sisäpinnalle, joka myöhemmin muodostaa ainakin osan verhousmateriaalista tai näiden tekniikoiden jollakin yhdistelmällä. Näitä kahta CVD-tekniikan toteutusmuotoa kuvataan lyhyesti alla.

CVD-tekniikan erään toteutusmuodon mukaisesti, josta usein käytetään nimitystä sisäpuolinen höyryfaasi-hapetusprosessi, reagenssihöyry yhdessä hapettavan väliaineen kanssa virtaavat onton, sylinterimäisen alustan läpi. Alustaa ja sen sisältämää höyryseosta kuumennetaan lähteellä, joka liikkuu alustan suhteen pituussuunnassa, jolloin liikkuva kuuma vyöhyke aikaansaadaan alustaput-keen. Hiukkasmaisen materiaalin suspensio, joka muodostuu kuumassa vyöhykkeessä, kulkee alaspäin, jolloin ainakin osa siitä jää kiinni alustan sisäpintaan, johon se sulaa muodostaen jatkuvan lasimaisen kerrostuman. Senjälkeen kun sopivat kerrokset on kerrostettu toimimaan tuloksena olevan optisen aaltoputkikuidun verhous- ja/tai ydinmateriaalina, lasiputken lämpötila yleensä nostetaan putken saamiseksi painumaan kasaan. Saatu vetoaihio vedetään sitten hyvin tunnetun tekniikan mukaisesti optisen aaltoputkikuidun muodostamiseksi, jolla on haluttu halkaisija.

CVD-prosessin toisessa toteutusmuodossa reagenssi-yhdisteiden höyry syötetään liekkiin, jossa se hapetetaan 2 68607 ja muodostuu hiukkasmaista lasimateriaalia tai nokea, joka suunnataan kohti tuurnaa. Tätä niinkutsuttua liekki-hydrolyysi- tai ulkopuolista höyryfaasihapetusmenetelmää lasinoki-päällysteiden muodostamiseksi kuyataan yksityiskohtaisemmin amerikkalaisissa patenteissa n:ot 3737292-, 3823995; 3884550; 3957474 ja 4135901. Taitekertoimeltaan portaittaisen optisen aaltoputkikuidun muodostamiseksi toinen kerros, jolla on pienempi taitekerroin kuin ensimmäisellä, levitetään ensimmäisen kerroksen ulkopinnalle. Gradienttitaitekerroinkuidun muodostamiseksi useita lasinoen kerroksia levitetään lähtöosan päälle siten, että jokaisella kerroksella on jatkuvasti pienempi taitekerroin kuten amerikkalaisessa patentissa no 3823995 selostetaan. Gradienttitaitekerroinkuidut voidaan varustaa myös verhous-materiaalin kerroksella. Senjälkeen kun useita kerroksia on muodostettu tuurnalle, tuurna yleensä poistetaan ja saatu putkimainen aihio työnnetään vähitellen yhteensulatus-uuniin, jonka lämpötila on riittävän korkea lasinokihiuk-kasten sulattamiseksi ja täten nokiaihion sulattamiseksi yhteen tiiviiksi lasikappaleeksi, jossa ei esiinny hiuk-kasrajoja. Eräässä ulkopuolisen höyryfaasihapetusprosessin toteutusmuodossa, jota kuvataan amerikkalaisessa patentissa no 3957474 lähtösauva muodostaa tuloksena olevan kuidun ytimen. Kerrostettu verhousnoki sulatetaan yhteen ydinsauyan pinnalla. Saatu yhteensulatettu aihio vedetään optisesti aaltoputkikuiduksi.

Vaikka CVD-tekniikka optisten aaltoputkiaihioiden muodostamiseksi johtaa optisten aaltoputkikuitujen muodostumiseen, joilla on erittäin pieni vaimennus, se on suhteellisen kallis. Aihion koko, joka voidaan muodostaa sisäpuolisella höyryfaasihapetusprosessilla on suhteellisen rajoitettu. Onton sylinterimäisen alustaputken pituus rajoittuu pituuteen, joka voidaan tukea kahden erillisen kiinnitysistukan väliin samalla, kun sitä kuumennetaan reaktiolämpötilaan.

Alustaputken halkaisija on myös rajoitettu tässä prosessissa.

3 68607

Kuidun valmistuskustannuksia voidaan alentaa suurentamalla aihion kokoa tai vetämällä jatkuvasti kuitua aihiosta samalla kun aihiota muodostetaan. Nämä molemmat kustannuksia alentavat tekniikat yähentävät aihion käsit-5 telykertoja ja prosessointivaiheita kuidun pituusyksikköä kohti.

Ulkopuolinen hövrvfaasihapetustekniikka soveltuu helposti kustannuksia aientaviin muunnoksiin. Alunperin aihioita tehtiin suuremmaksi kasvattamalla halkaisijaa.

10 Tämä toteutettiin alunperin kuljettamalla poltinta pituussuunnassa pitkin nokiaihiota ja lisäämällä siihen säteeltään kasvavia lisäkerroksia. Tämän jälkeen kehitettiin aksiaalinen tekniikka, jolla yksi tai useampia polt-timia tai muita noenkerrostussuuttimia suunnattiin aksi-15 aalisesti kohti lähtgosaa. Aksiaalista höyryfaasihapetus-tekniikkaa selostetaan U.S. patenteissa n:ot 3966446, 4017288; 41359Q1, 4224046 ja 4231774.

Yhdistelmätekniikka, jossa vdin muodostetaan aksiaalisella höyryfaasihapetuksella ja verhouskerros kerroste-20 taan samanaikaisesti ytimen päälle säteittäisesti sisäänpäin suunnattujen lasinokivirtojen avulla, selostetaan U.S. patenteissa n:ot 3957476 ja 4062665. Kun ydin on muodostettu, sitä poistetaan polttamista tai suuttimista, jotka sen muodostivat. Verhous kerrostetaan kiinteillä 25 polttimilla tai suuttimilla.

Oleellisesti jatkuvia menetelmiä optisten aaltoputki-kuitujen muodostamiseksi höyryfaasihapetustekniikalla selostetaan amerikkalaisessa patentissa no 4230472, julkaistu nimellä P.C. Schultz, englantilaisessa patentti-30 hakemuksessa GB 2023127 A ja amerikkalasessa patenttijulkaisussa 4 310 339, jätetty 2. kesäkuuta 1980 nimellä M.G. Blankenship.

4 68607 US-patentin 4 23C 472 mukaisesti oleellisesti jatkuvaa ydinosaa siirretään pituussuunnassa samalla, kun siihen levitetään yhtäaikaisesti tarttuva hiukkasmaisen materiaalin kerros jatkuvan ja oleellisesti homogeenisen tarttu-5 yan kerroksen muodostamiseksi, jolla on oleellisesti tasainen paksuus. Näin muodostettua yhdistelmää kuumennetaan samanaikaisesti tai senjälkeen levitetyn tarttuvan kerroksen sintraamiseksi tai yhteensulattamiseksi, jolloin muodostuu kiinteä aihio, joka voidaan kuumentaa ΙΟ sen materiaalin vetolämpötilaan ja vetää sen poikkipinta-alan pienentämiseksi, jolloin muodostuu oleellisesti jatkuva optinen aaltoputki. Ydinosa sisältää ytimen, kun taas yhteensulatettu päällyste sisältää tuloksena olevan optisen aaltoputken verhouksen. Tarttuva päällyste voi-15 daan sintrata tai sulattaa yhteen kiinteän aihion muodostamiseksi ja senjälkeen vetää erillisenä operaationa tai senjälkeen vetää osana jatkuvaa operaatiota. Vaihtoehtoisesti optinen aaltoputki voidaan vetää välittömästi sint-raus- tai yhteensulatusvaiheen jälkeen käyttäen rakenteen 20 yksittäiskuumennusta.

Hakemuksen GB 2023127 A mukaisesti paljas kuitu-ydin vedetään kuumennetusta lasitangosta. Verhous muodostetaan ydinkuidun päälle höyrykerrostamalla hienoja lasi-rakeita, jotka senjälkeen kuumennetaan yhteensulautuneen 25 lasivethouksen muodostamiseksi.

US-patenttijulkaisussa 4 310 339 selostetaan oleellisesti jatkuvaa menetelmää tuotteen muodostamiseksi, joka sopii optisen aaltoputken aihioksi. Aihio muodostetaan aikaansaamalla lähtöosa tai tukipiste ja levittämällä 30 hiukkasmainen materiaali lähtöosan ulkopinnalle päällysteen muodostamiseksi sille. Päällystettä liikutetaan pituussuunnassa samanaikaisesti, kun lisää hiukkasmaista materiaalia levitetään päällysteelle aihiokappaleen muodostamiseksi minkä jälkeen aihiokappaletta siirretään 35 pituussuunnassa. Samalla kun aihiokappaletta siirretään pituussuunnassa ja levitetään lisää hiukkasmaista materiaalia sen päähän, aloitusosaa poistetaan jatkuvasti aihio- 5 68607 kappaleesta, jolloin aihiokappaleeseen jää pitkittäis-aukko. Näin muodostunutta aihiota voidaan sen jälkeen kuumentaa, sulattaa yhteen ja vetää optisesti aalto-putkikuiduksi.

5 Tärkeä ja todennäköisesti rajoittava tekijä mää rättäessä kerrostumisnopeutta edellä mainitussa CVD-prosesissa liittyy sen kaasuvirran lämpötilaan, jonka mukana nokihiukkaset kulkeutuvat. Katso julkaisu P.G. Simkins et ai., "Thermophoresis; The Mass Transfer 10 Mechanism in Modified Chemical Vapor Deposition", Journal of Applied Physics, Voi, 50, NO. 9, syyskuu 1979 sivut 5676-5681. Lämpöforeesi ajaa nokihiukkaset kaasuvirran kuumemmista osista kohti kylmempiä osia. Koska aihion pinta on tavallisesti kylmempi kuin ympäröivä kaasuvirta, 15 lämpöforeesin vaikutus pyrkii ajamaan nokihiukkaset kohti aihion pintaa. Kun pinta on lähes yhtä kuuma kuin ympäröivä kaasuvirta, lämpötilagradientti on alhainen. Näin ollen lämpöforeesivaikutus on minimaalinen ja kerrostu-misnopeus on pieni. Kuitenkin kun aihion pintalämpötila 20 on alhainen, lämpöforeesivaikutus johtuen suuresta lämpö-gradienttista johtaa suhteellisen suureen kerrostumisno-peuteen.

Edellä mainitussa alan aikaisemmassa käytössä poltin on jatkuvasti suunnattuna aihion yhteen kohtaan.

25 Näin ollen aihion pinta kuumenee ja pieni lämpötilagradientti aihion pinnan ja nokea sisältävän kaasuvirran välillä rajoittaa kerrostumisnopeutta.

Tämän vuoksi tämän keksinnön tarkoituksena on parantaa höyryfaasihapetusprosessin kerrostustehokuutta 30 optisten aaltoputkiaihioiden valmistamiseksi.

Tämän keksinnön kohteena on siten menetelmä ja laite huokoisen lasiaihion muodostamiseksi, joka käsittää pitkänomaisen sylinterimäisen ydinosan muodostamisen, hiukkasmaisen lasimateriaalin virran suuntaamisen ydinosan 35 sivupintaa kohti määrätynpaksuisen kerroksen muodostamiseksi sen päälle, ja ydinosan kiertämisen hiukkasmaisen 6 68607 materiaalin virran suhteen ja ydinosan samanaikaisen siirtämisen pituusuunnassa yhteen suuntaan hiukkasmaisen materiaalin virran suhteen. Keksinnön mukaisessa menetelmässä hiukkasmaisen materiaalin virtaa liikutetaan edestakaisin 5 ydinosan pituuden osan suhteen hiukkasmaisen materiaalin kerroksen kerrostamiseksi ja muodostamiseksi virran edestakaisen liikkeen alueelle, edestakaisen liikkeen jokaisen jakson, jaksojen ollessa samanpituiset, kattaessa ydinosan pituuden eri osan kuin edellinen jakso ydinosan pituussuun-10 täisen liikkeen johdosta mainittuun yhteen suuntaan, jolloin virran jatkuva edestakainen liike aiheuttaa kartio-maisen kerroksen muodostumisen, kartiomaisen kerroksen pituussuuntaisen pituuden ollessa suurempi kuin virran kosketuksen hetkellinen pituussuuntainen pituus kerroksel-15 la. Keksinnön mukaisen laitteen oleelliset tunnusmerkit ilmenevät vaatimuksesta 10.

Kuva 1 on kaavamainen esitys laitteesta tämän keksinnön menetelmän toteuttamiseksi.

Kuva 2 esittää toista tämän keksinnön mukaisen 20 laitteen toteutusmuotoa.

Kuva 3 on piirros seostusaineen virtausnopeudesta polttimen asennon funktiona.

Kuva 4 esittää tämän keksinnön mukaisen laitteen lisätoteutusmuotoa.

25 Kuva 5 esittää jatkuvaa kuidun vetoprosessia.

Kuva 6 on poikkileikkauskuvanto tuurnasta ja aihiosta, joka kuvaa aihionmuodostuksen alkuvaihetta.

Kuva 7 esittää tämän keksinnön mukaista laitetta, jota käytettiin optisen aaltoputken aihion muodostuksessa. 30 Kuvassa 1 piidioksidia tai muuta korkean lämpöti lan kestävää materiaalia oleva tuurna 10 on kiinnitetty istukkaan 12, jota pyöritetään ja liikutetaan pitkin sen pituusakselia mekanismin 14 avulla, kuten nuolet 14a ja 14b osoittavat. Tuurna 10 on alunperin asetettu lähelle 35 aksiaalista noenkerrostusvälinettä, kuten liekkihydro- 7 68607 lyysipoltinta 16 niin, että sen päätypinta on siitä lähetettyjen hienojen nokihiukkasten kulkutiellä. Hiukkasmaisen materiaalin tarttuva kerros, joka lopulta muodostaa tuloksena olevan aihion ydinosan 22, kerroste-5 taan aluksi tuurnan päätypinnalle. Hiukkasmainen materiaali 20 yoi olla mikä tahansa materiaali, joka sopii optisen aaltoputken ytimeksi, mutta sillä on oltava korkeampi taitekerroin kuin aaltoputken verhouksella. Sopiva yäline aineosien syöttämiseksi välineen 16 voi olla mikä 10 tahansa alalla tunnettu väline, jonka kuvauksen suhteen yiitataan amerikkalaisiin patentteihin n:ot 3826560, 41486.21 ja 4173305.

Kun hiukkasmaista materiaaliakerrostetaan tuurnan päätypinnalle ja kerrostusta jatketaan, muodostuu hukoinen 15 aihion ydinosa. Huokoisella aihiolla tarkoitetaan suhteellisen huokoista kappaletta, jossa pienet lasin tai kerrostettavan materiaalin hiukkaset kiinnittyvät toinen täiseensä jättäen jonkin verran huokosia väliinsä. Päätypintaa 24 muodostuu jatkuvasti uudestaan hiukkas-20 maisen materiaalin kerrostuksella. Koska kerrostusväline 16 olisi käytännössä kiinteä mitä tulee pituussuuntaiseeen liikkeeseen, aloitusosaa 10 on edullista siirtää pitkin sen pituusakselia nuolen 14 b osoittamaan suuntaan nopeudella, joka vastaa hiukkasmaisen materiaalin kasaantumis-25 nopeutta päätypinnalle 24 niin, että päätypinta 24 on suhteellisen kiinteällä etäisyydellä välineestä 16. Sellaista välinettä kuin amerikkalainen patentin no 4062665 kuvassa 8 on esitetty, yoidaan käyttää sanotun kiinteän etäisyyden ylläpitämiseen.

30 Noen kerrostusväline 16 voi koostua mistä tahansa noen kerrostuspolttimesta tai polttimista mukaanluettuna tasopintaiset polttimet, nauhapolttimet, rengaspolttimet tms, joilla aikaansaadaan hiukkasmaisen materiaalin virta, joka voidaan suunnata ydinosaan. Sopivien polttimien 35 kaayaamiseksi viitataan amerikkalaisiin patentteihin n:ot 3565345 ja 4165223. Väline 16 voi sisältää myös s 68607 suuttimia, kuten amerikkalaisessa patentissa no 3957474 kuyatut, jotka lähettäyät reagenssihöyryjä, joita kuumennetaan sellaisilla välineillä kuin laser-säteellä nokiyirran muodostamiseksi. Koska noen kerrostuspoltin 5 on edullinen, jälempänä viitataan juuri tähän noen kerrostusvälinetyyppiin.

Tässä keksinnössä tarkastellaan myös polttimien kiertämistä päätypinnan 24 ympäri. Tämä voi olla aloi-tusosan 12 pyörityksen lisänä, sen sijasta tai jossakin 10 yhdistelmässä sen kanssa. Muita sopivia välineitä huokoisen aihion ydinosan muodostamiseen aksiaalisella höyryfaasihapetustekniikalla kuvataan esimerkiksi edellä mainituissa amerikkalaisissa patenteissa n:ot 3957474, 3966446, 40.62665, 4017228 ja 4224046 .

15 Hiukkasmaisen materiaalin tarttuva kerros, joka lopulta muodostaa tuloksena olevan aihion verhousosan 30, kerrostetaan noenkerrostusvälineella 32, joka voi käsittää myös polttimia, suuttimia tms. POltin 32 voi sisältää useita polttimia, jotka on sijoitettu ydinosan 22 ympä-20 rille ja nämä polttimet voisivat pyöriä aihion akselin ympäri. Edullisessa toteutusmuodossa polttimet 16 ja 32 eiyät pyöri aihion akselin ympäri; sensijaan aihio pyörii nuolen 14 s suuntaan sitä muodostettaessa. Hiukkasmainen materiaali 34 voi olla mitä tahansa materiaalia, joka 25 sopii optisen aaltoputkikuidun verhoukseen, sen silmiinpistävien piirteiden ollessa sen optinen puhtaus ja sen pienempi taitekerroin kuin ydinmateriaalilla.

Tämän keksinnön mukaisesti poltin 32 kulkee edestakaisin pitkin aihion pituusakselia. Tämä polttimen 32 30 edestakainen liike on päällekkäin tämän polttimen muuttumattoman suhteellisen liikkeen kanssa aihion suhteen, mikä aikaansaadaan tuurnan 10 liikkeellä nuolen 14 b suuntaan yetomekanismilla 14. Tuloksena on kartiomaisen a.lueen 36 muodostuminen yerhouskerroksen alussa ja kar-35 tiomaisen alueen 38 verhouksen 30 siihen osaan, jossa poltin 32 kerrostaa verhousnokea. Ilman polttimen 32 edestakaista liikettä kartiomaisen alueen pituussuuntaisen pituuden ydinosan 32 ja verhousosan 30 ulkopinnan Välillä määrää polttimen tuottaman nokivirran leveys.

9 68607

Polttimen 32 pituussuuntainen heilahtelu pitkin ydinosaa 22 johtaa kasyaneisiin noen kerrostusnopeuksiin. Kuten yllä mainittiin lämpöforeesivoima ajaa nokihiukkaset polttimen lähettämistä kuumista kaasuista kohti kylmempää 5 aihion pintaa. Jos poltin 32 jätettäisiin kiinteäksi, kuten alalla aikaisemmin neuvottiin, nokivirta suuntautuisi jatkuvasti aihion suhteellisen kuumaan alueeseen, jolle nokea juuri oli kerrostettu. Tässä tilanteessa polttimen lähettämä noki ei tulisi voimakkaasti vedetyksi 10 aihion sille alueella, johon se on suunnattu. Näin ollen enemmän lähetetystä noesta poikkeaisi aiotulta kulkutieltään eikä onnistuisi kerrostumaan aihiolle. Kuitenkin koska poltin 32 heiluu edestakaisin pitkin aihion akelia. polttimen lähettämät nokihiukkaset suuntautuvat kohti 15 aihion suhteellisesti kylmempää osaa. Näin ollen noki-hiukkasiin yaikuttaya lämpöforeesivoima on suurempi ja kerrostumistehokkuus kasvaal

Kuten kuyassa 2 esitetään laite voi olla varustettu lisäpolttimella 44 hiukkasmaisen materiaalin toisen ker-20 roksen 45 muodostamiseksi. Tässä kuvassa samanlaisia osia kuin kuvassa 1 on esitetty pilkutetuilla viitenumeroilla. Polttimen 44 edestakainen liike pituussuunnassa pitkin aihion akselia muodostaa kartiomaisesti kapenevan alueen 46. Poltin 44 voi kerrostaa nokea 48, jolla on koostumus, joka 25 on sama tai erilainen kuin noella 34'.

Kuvassa 2 esitetty reagenssin syöttösysteemi on se, joka on selostettu vaatimuksineen amerikkalaisessa patentissa n;o 4173305. SiCl^-lähde 49 on yhdistetty annostelu-pumpulla 50 sekoitusvälineeseen 51. Sekoitusvälineen lisä-30 yksityiskohtien suhteen olisi viitattava patenttiin no 4173305, joka liitetään viitteenä tähän esitykseen. Pumppujen 50 ja 53 läpi virtaavien reagenssien määrää säädetään virtaussäätimellä 54. Happea syötetään sekoitus-välineeseen 51 massavirtaussäätimen 55 avulla.

35 Yksimuotoisen optisen aaltoputkiaihion muodostami seksi, jossa on suhteellisen pienihalkaisijäinen ydinosa, poltin 16’ voisi muodostaa SiC^-ytimen, joka on selostettu Geelillä, kun taas polttimet 32' ja 44 molemmat kerrostavat yerhousnoen kerroksen, joka koostuu esimerkiksi puhtaasta S1O2·sta.

10 68607

Aihion muodostamiseksi taitekeroimeltaan portaittaista kuitua varten, jossa ydinosalla on suhteellisen suuri halkaisija verrattuna edellä mainittuun yksimuotoi-sen kuidun aihioon, polttimet 16' ja 32’ voivat kerrostaa 5 ydinlasinokea, jolla on sama koostumus ja poltin 44 voi tuottaa verhousnoen kerroksen.

Gradienttitaitekerroinkuidun aihion muodostamiseksi polttimen 32' syötetyn reagenssihöyryn koostumusta voidaan Vaihdella riippuen polttimen asennosta. Katkoviiva 56, joka 10 yhdistää polttimen 32' virtaussäätimeen 54, kuvaa sitä, että säätimeen 54 syötetään signaali, joka osoittaa polttimen 32’ asennon. Tässä toteutusmuodossa poltin 16' tuottaa nokea 20', joka muodostaa aihion ytimen keskiosan. Noki 20' yoisi koostua esimerkiksi SiC^rsta seostettuna yhdellä tai 15 useammalla seostusaineoksidilla kuten GeC^Ha. Poltin 32' muodostaa jäljellä olevan osan aihion ytimestä. Se tuottaa tämän vuoksi nokivirran, joka sisältää maksimäärän seostus-aineoksidia,kun se saavuttaa edestakaisen liikkeensä kohdan A" noen sisältäessä vähemmän seostusainemateriaalia, 20 kun poltin 32’ saavuttaa kohdan B. Tämä voitaisiin toteuttaa esimerkiksi ylläpitämällä Sielun vakiovirtausta annos-telupumpun 50 läpi samalla, kun vaihdellaan GeCl^n vitausta annostelupumpun 53 läpi polttimen asennon mukaisesti kuvassa 3 olevan käyrän osoittamalla tavalla. Noen 34' maksimi 25 seostusaineväkevyyden tulisi olla hieman pienempi kuin noella 20’.

Kuvan 4 toteutusmuodossa nokierros 58 kerrostetaan tuurnalle 59 polttimen 60 avulla ja kerros 61 kerrostetaan päällysteen 58 pinnalle, polttimella 62, Kuten alalla hyvin 30 tiedetään tuutrna 59 voi olla muodostettu sellaisesta materiaalista kuin lasista, Keraamisesta aineesta tms, jolla on yhteensopiva laajenemiskerroin kerrosten materiaalin kanssa, Tuurnaa 59 pyöritetään ja liikutetaan pituussuunnassa, kun nuolet 63a ja 63b osoittavat, istukan 64 avulla.

il 68607

Poltin 60 liikkuu edestakaisin kohtien A ja B välillä ja poltin 62 liikkuu edestakaisin kohtien C ja D välillä.

Jos tuurna 59 on määrä poistaa huokoisesta aihiosta ennen sen yhteensulattamista, tuurnan pinta voidaan päällystää 5 hiilinokikerroksella ennen lasinoen kerrostusta sen päälle, kuten amerikkalaisessa patentissa n:o 4233052 neuvotaan.

Tuurna 59 voi koostua erittäin puhtaan lasin tangosta, jonka taitekerroin on sopiva käytettäväksi optisen aaltoputkikuidun ydinosana. Tangolla voisi olla esimer-10 kiksi asteittainen tai yakiotaitekerroin. Tällaisessa toteutusmuodossa yksi tai useampia verhouslasinoen kerroksia, joilla on alempi taitekerroin kuin ydinlasilla, voidaan kerrostaa ydinlasitangolle ja senjälkeen sulattaa yhteen sen päälle kiinteän lasivetoaihion muodostami-15 seksi, joka sopii optisen aaltoputkikuitujen vetoon.

Senjälkeen kun edellä mainittujen menetelmien mukaisesti tuotetut aihiot oyat saavuttaneet sopivan pituuden, ne voidaan poistaa kerrostuslaitteesta ia siirtää yhteen-sulatusuuniin, jossa ne kuumennetaan riittävän korkeaan 20 lämpötilaan lasinokihiukkasten yhteensulattamiseksi ia kiinteän lasisen optisen aaltoputken vetoaihion muodostamiseksi. Kuitenkin jos prosessina on jatkuvasti tuottaa optista aaltoputkikuitua, voidaan käyttää kuvassa 5 esitetyn kaltaista laitteistoa. Tämä laitteisto on samantapainen 25 kuin on selostettu amerikkalaisessa patentissa no 423C72 ja amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 4310339 otsikolla ".Method and Apparatus for Forming an Optical Wayequide Preform Having a Continuously Removable Starting Member", jätetty 2, kesäkuuta 1980. Nokiaihiota 67 tuotetaan 30 ja pyöritetään välineen 68 avulla samalla, kun sitä siirretään pituussuunnassa sen avulla nuolen 69 suuntaan rummulle 70. yäline 68 voi käsittää esimerkiksi useita aihioita 67 ympäröiviä teloja ja asennettu tukemaan, pyörittämään ja siirtämään rakennetta. Tällainen tukitelaväline on alalla 35 hyvin tunnettu. Kuumentimet 71 kuumentavat huokoisen aihion 68607 riittävään lämpötilaan sen sulattamiseksi yhteen kiinteästi lasitangoksi 72. Yhteensulatettua tankoa tuetaan ja pyöristetään välineen 73 avulla, joka on samantapainen kuin edellä mainittu väline 68. Yhteensulatettu tanko 72 5 kulkee kuumentimien 74 välistä, jossa sen lämpötila nostetaan sen materiaalien vetolämpötilaan ja vedetään optisesti aaltoputkikuiduksi 75, joka kierretään kelalle 70.

Näin ollen tämän keksinnön mukaisesti muodostettava aihio ypidaan samanaikaisesti vetää kuiduksi.

10 Seuraayat kokeet suoritetaan tämän keksinnön mene telmällä ja laitteistolla saavutetaan kerrostumisnopeuden parannuksen kuvaamiseksi. Sylinterimäiset tuurnat tuettiin vaakasuoraan asentoon sorviin. Käytettiin yhtä poltinta, joka oli amerikkalaisessa patentissa no 4165223 kuvattua 15 tyyppiä,. Sisäsuoja-ja ulkosuojahapen virtausnopeudet olivat 3,5 slm ia 10 slm samassa järjestyksessä. Ainoa käytetty reagenssi SiCl^ pidettiin 37°C:ssa säiliössä, joka oli amerikkalaisessa patentissa n:o 3826560 kuvattua tyyppiä. Happivirtausta nopeudella 1,75 slm puhallettiin neste-20 mäisen SiCl^m läpi ja hapen ja SiCl^-höyryn seosta, joka myös yirtasi nopeudella n, 1.75 slm, syötettiin polttimeen. Polttimen pintaa pidettiin n, 120 mm:n etäisyydellä tuurnan keskeltä. Eräässä koesarjassa piidioksidinokea kerrostettiin kiinteällä polttimella tuurnille. Toisessa koesarjassa 25 kaikkien muiden olosuhteiden pysyessä samana piidioksidinokea kerrostettiin tuurnille siirtämällä poltinta edes-takakaisin pitkin kunkin tuurnan 25 cm:n pituista osaa nopeudella 1,75 cm/s. Molemmissa koesarjoissa nokea kerrostettiin 10 minuutin ajan. Käytettiin kahta eri tyyppistä 30 tuurnaa, halkaisijaltaan 51 mm:n boorisilikaattiputkea ja halkaisijaltaan 19 mm:n kvartsiputkia. Eri pyöritysnope-uksia käytettiin tuurnien molemmille puolille. Tuurnat punnittiin ennen ja jälkeen nokikerrostusprosessin Mettler'in ayokuppivaa’alla.

13 68607 Käytettäessä 51 nun:n boorisilikaattiputkia poltto-kaasua (CH^) ja happea johdettiin polttimeen nopeuksilla 11,0 slm ja 11,2 slm samassa järjsetyksessä. Putket saatettiin kolmen minuutin esikuumennukseen polttimen avulla en-5 nen piidioksidinoen kerrostusta sen päälle putken pinnan saattamiseksi muuttumattomaan lämpötilaan. Näiden kokeiden tulokset on lueteltu alla taulukossa 1.

Taulukko 1 10

Tuurna Nokea kerrostettu (g) Kerrostusnopeuden rpm _Poltin_ parannus %_ liikkuva kiinteä 240 17,1 16,8 2,8 15 100 18,6 15,8 15,0 350 22,4 17,5 22,0 11 20,9 17,1 18,0 Käytettäessä 19 mm:n kvartsitukiputkia käytettiin 2q vain yhden minuutin esikuumennusta johtuen putken pienestä massasta. Myös polttokaasun ja hapen virtausnopeuksia polttimeen pienennettiin taulukossa 2 esitettyjen arvojen mukaisesti liekin lämpötilan laskemiseksi. Millä tahansa annetulla tuurnan pyörimisnopeudella polttokaasun ja hapen 25 virtausnopeudet olivat samat sekä liikkuvan että kiinteän polttimen kokeissa.

Taulukko 2

Polttokaasun ja hapen virtausnopeudet (slm) - 19 mm:n putket 30 Tuurna, rpm CH4 02 230 9,1 8,5 130 9,1 8,5 11 7,6 7,0

Halkaisijaltaan 19 mm:n putkiin liittyvien kokeiden tulokset ilmoitetaan taulukossa 3.

35 14

Taulukko 3 68607

Tuurna, Kerrostettu noki (g) Kerrostusnopeuden rpm Poltin parannus, % 5 230 5,75 5,14 11,0 130 5,64 5,11 9,0 11 6,55 3,93 40,0 10 Prosentuaalinen parannus, joka saatiin käyttämällä liikkuyaa poltinta yerrattuna kiinteään polttimeen, luetellaan taulukoissa 1 ja 3. Suurin parannus saadaan, kun tuurnan pyörimisnopeus on suhteellisen pieni. Tämän yuoksi on edullista että tuurnan pyörimisnopeus on vä-15 Iillä 10^50 rpm kerrostettaessa kerroksia liikkuvalla poltti-mella tai polttimilla, joita käytetään tämän keksinnön menetelmässä ja laitteistossa.

Tyypillinen esimerkki menetelmästä taitekertoimel-taan askeleittaisen kuidun tuottamiseksi tämän keksinnön 20 mukaisesti on seuraava. Viitaten kuviin 6 ja 7 niissä esitetään istukka 78 tuurnan 79 tukemiseksi pystyasentoon. Istukka 78 on yhdistetty vetomekanismiin, joka samanaikaisesti pyörittää tuurnaa 79 ja siirtää sitä pystysuunnassa ylöspäin nuolten 80 ja 80 b osoittamalla tavalla. Kuva 6 25 esittää poikkileikkauksena aihion alkuosan muodostusta, kun taas kuva 7 esittää poikkileikkauksena aihion 81 riittävän määrän muodostusta niin, että ulkoverhouspinta 82 on saavuttanut lopullisen halkaisijansa.

Reaqenssin syöttösysteemi ja noen kerrostussysteemi 30 esitetään kuvassa 7. Painestettua säiliötä 83, joka sisältää SiCl4:a pidetään 40°C:n lämp tilassa lämmittimen 84 avulla. Paineistettua säiliötä 85, joka sisältää GeCl^ra, pidetään 45°C:n lämpötilassa lämmittimen 86 avulla. Säätöventtiilit 87 15 68607 ja 88 säätäyät hapen virtausta säiliöihin 83 ja 85 niin, että paine näissä säiliöissä on 133 kPa.

Polttimet 89, 90, 91 ja 93 ovat liekkihydrolyysi-tyyppisiä polttimia, jollaisia on kuvattu edellä maini-5 tussa amerikkalaisessa patentissa no 4165223. Polttimet 89 ja 90 on molemmat sijoitettu n, 125 mm nokiaihion ydinosan 94 alapuolelle. Poltin 91 on sijoitettu n. 145 mm ydinosan 84 sivupinnasta, kun se on sijoitettu kohtaan A. Polttimet 92 ja 93 on sijoitettu n. 125 mm:n päähän ulkoverhouspin-10 nasta 82. Lisäpoltin 96 on sijoitettu ydinosan 94 päähän ja lisäpolttimet 97 ja 98 on sijoitettu alueelle, jossa yerhouksen kartiomainen pinta 99 kohtaa ydinosan 94.

Polttimet 89 ja 90 lähettävät nokea 89' ja 90', joka muodostaa ydinosan 94 ja poltin 91 lähettää nokea 91', joka 15 muodostaa aihion 81 verhousosan. Polttimia 92 ja 93, vaikka olivatkin liekkihydrolyysityyppisiä polttimia, käytettiin pelkästään lisäkuumennuspolttimina verhousnoen kovettami-seen, Lisäkuumennuspolttimia 96, 97 ja 98 käytetään myös sen kovettamistarkoitukseen. Se osa nokihiukkasista 89’ ja 90', 20 joka kerrostuu halkaisijaltaan pienimmälle kartiomaisen pinnan 99 alueelle, pyrkii normaalisti olemaan "pehmeää" siten, että hiukkaset ovat hyvin löysästi sitoutuneet toisiinsa. Jos saadun aihion annetaan jäädä tähän tilaan, siinä olisipehmeän noen rengasmainen alue, joka pyrkisi 25 murtumaan yhteensulatusprosessin aikana* Polttimia 96, 97 ja 98 käytetään pääasiassa pehmeiden nokihiukkasten kuu-mennustarkoitukseen samaan ne tarttumaan lujasti toisiinsa, jolloin edellä mainittu ongelma poistetaan.

Säiliöihin 83 ja 85 virtaavaa happea puhalletaan 30 niihin sijoitettujen nestemäisten reagenssien läpi, jolloin ne vievät mukanaan tunnetut määrät nestemääräisiä rea-gensseja. Venttiilit 100,101 ja 102 säätävät happi-SiCl^-höyryseoksen määrää, joka virtaa polttimiin 91,90 ja 89 samassa järjestyksessä. Venttiilit 103 ja 104 säätävät 35 happi-GeCl^-höyryseoksen määrää, joka syötetään polttimoin 90 ja 89 samassa järjestyksessä. Virtausnopeudet litroina minuutissa eri polttimiin esitetään taulukossa 4.

16 68607

Taulukko 4

Poltin Kaasu 0„ Sisäsuoiaus Hapen + hövrvn virtaus 0„ puhaltimesta 1X5 SiCl, GeCl.

_4 _4 5 89 0,7 0,2 0,45 0,38 0,18 90 0,62 0,18 0,54 0,58 0,13 98 1,02 0,7 - 97 0,94 0,65 - - _ 96 0,46 0,29 10 91 1,95 1,21 2,88 0,97 93 3,0 1,84 2,88 92 1,7 1,4 2,88

Tuurna 79 oli 1,2 m pitkä kvartsiputki, jonka ulkohalkai-15 sija oli 19 mm. Putken pää, johon ydinnoki oli määrä kerrostaa, liekki käsiteltiin pyöreään, suljettuun muotoon. Putken 79 pyöritetyllä päällä olisi oltava suunnilleen sama muoto kuin ydinosan pyöristetyllä päällä 94 vakio-olosuhteissa. Valmiin aihion 81 pituus kaikkiaan 20 5 tunnin kerrostusajän kuluttua oli 500 mm. Noen kerros- tusprosessin aikana edestakaisin liikkuvan polttimen 91 nopeus kohtien A ja B välillä oi i 250 mm/min. Polttimen 91 kokonaiskulkuetäisyys oli 190 mm. Lisäkuumennuspolttimet 92 ja 93 asennettiin yhteiselle korokkeelle, joka liikutti 25 niitä edestakaisin kohtien B ja G välillä keskinopeudella 200 mm/min.

Aihio 81 sulatettiin yhteen n. 1550°C:n lämpötilassa uunissa, jonka läpi heilumia virtasi nopeudella 10 1/min. Aihion syöttönopeus uuniin oli n. 380 mra/h. Yhteensulatettu 30 yetoaihio asetettiin tavanomaiseen kuidunvetouuniin, jossa sen pää kuumennettiin sen materiaalien vetolämpötilaan.

Saadun kuidun halkaisija oli n. 125yUm ytimen halkaisijan ollessa n. 50^,um. Vedettiin kolme kuitukelaa, jotka si-sisälsivät kukin n. 1000 metriä. Yksi kuitukela osoitti 68607 2.90 dB/km:n vaimennusta 850 nm:n aallonpituudella ja 1,54 dB/km 1Q60 nm:n aallonpituudella, Toinen kela osoitti 3,30 dB/km:n vaimennusta 850 nm:n aallonpituudella ja 1,92 dB/km 1060 nm:n aallonpituudella. Kolmas 5 kela osoitti 5,57 dB/km:n vaimennusta 850 nm:n aallonpituudella ja 3,98 dB/km 1060 nm:n aallonpituudella,

Claims (10)

18 68607

1. Menetelmä huokoisen lasiaihion muodostamiseksi, joka käsittää pitkänomaisen sylinterimäisen ydinosan (22) 5 muodostamisen, hiukkasmaisen lasimateriaalin virran (34) suuntaamisen ydinosan (22) sivupintaa kohti määrätynpaksui-sen kerroksen (30) muodostamiseksi sen päälle, ja ydinosan (22) kiertämisen hiukkasmaisen materiaalin virran (34) suhteen ja ydinosan (22) samanaikaisen siirtämisen pituussuun-10 nassa yhteen suuntaan hiukkasmaisen materiaalin virran (34) suhteen, tunnettu siitä, että hiukkasmaisen materiaalin virtaa (34) liikutetaan edestakaisin ydinosan (22) pituuden osan suhteen hiukkasmaisen materiaalin kerroksen (38) kerrostamiseksi ja muodostamiseksi virran edestakai-15 sen liikkeen alueelle, edestakaisen liikken jokaisen jakson, jaksojen ollessa samanpituiset, kattaessa ydinosan (22) pituuden eri osan kuin edellinen jakso ydinosan (22) pituussuuntaisen liikkeen johdosta mainittuun yhteen suuntaan, jolloin virran jatkuva edestakainen liike aiheuttaa 20 kartiomaisen kerroksen muodostumisen, kartiomaisen kerroksen (38) pituussuuntaisen pituuden ollessa suurempi kuin virran (34) kosketuksen hetkellinen pituussuuntainen pituus kerroksella (38).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että ydinosa (22) saadaan aikaan käyttämällä aloitusosaa (10), jossa on ainakin yksi päätypinta (24), jolle levitetään tarttuva lasihiukkasainekerros (20), samalla kun aloitusosaa siirretään pituussuunnassa ja sille levitetään jatkuvasti mainittua tarttuvaa hiukkasaine- 30 kerrosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ydinosan (22) taitekerroin on suurempi kuin ytimen sivupinnalle levitetyn kerroksen taitekerroin. 19 68607

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ytimen (22) sivupinnalle kerrostetaan lasihiukkasainetta (34), joka sisältää ainakin yhtä seostusaineoksidia sen taitekertoimen muutta- 5 miseksi, jolloin seostusaineoksidin väkevyys on suurimmillaan hiukkasainevirran (34) edestakaisen liikkeen toisessa ääriasennossa ja pienimmillään mainitun edestakaisen liikkeen vastakkaisessa ääriasennossa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, t u n - 10. e t t u siitä, että näin muodostettua, ytimen (22) peittävää aihiota syötetään jatkuvasti korkean lämpötilan uuniin sen yhteensulattamiseksi, jolloin muodostuu kiinteä aihio, näin muodostettua rakennetta kuumennetaan edelleen sen aineiden vetolämpötilaan ja näin muodostettua kuumen- 15 nettua rakennetta vedetään sen poikkileikkauspinnan pienentämiseksi ja oleellisesti jatkuvan optisen aaltoputkikui-dun muodostamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 lasihiukkasaine (34) kerrostetaan erittäin puhdasta lasia olevan, ydinosana toimivan, pitkänomaisen tangon sivupinnalle.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aloitusosa (10) käsittää väli- 25 aikaisen tuurnan (12).

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun yhden seosaineoksidin väkevyys on mainitun virran sijainnin funktio sen edestakaisen liikkeen rataa pitkin.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että huokoisen aihion osa (38), jonka päällä virta (34) jatkuvasti liikkuu edestakaisin, on kar-tiomainen, jolloin seostuaineosan väkevyyden muutos on sellainen, että hiukkasaineen taitekerroin on suurimmillaan, 35 kun virta on suunnattu mainitun kartiomaisen pinnan sitä aluetta kohti, jolla on pienin säde. 2(> 68607

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän toteuttamiseen käytettävä laite huokoisen sylin-terimäisen lasiaihion muodostamiseksi, joka laite käsittää välineen (12) pitkänomaisen sylinterimäisen ydinosan (22) 5 tukemiseksi, välineen (32) ensimmäisen lasihiukkasainevir-ran (34) suuntaamiseksi ydinosan sivupintaa kohti ensimmäisen kerroksen muodostamiseksi sille, välineen (14) ydinosan pyörittämiseksi hiukkasainetta suuntaavan välineen suhteen, välineen (14) ydinosan liikuttamiseksi pituussuunnas-10 sa yhdessä suunnassa hiukkasainetta suuntaavan välineen suhteen, tunnettu siitä, että se käsittää välineen hiukkasainetta suuntaavan välineen liikuttamiseksi edestakaisin ydinosan (22) pituuden osan suhteen hiukkasmaisen materiaalin kerroksen (38) kerrostamiseksi ja muodostami-15 seksi virran edestakaisen liikkeen alueelle, edestakaisen liikkeen jokaisen jakson, jaksojen ollessa samanpituiset kattaessa ydinosan (22) pituuden eri osan kuin edellinen jakso ydinosan (22) pituussuuntaisen liikkeen johdosta mainittuun yhteen suuntaan, jolloin virran jatkuva edestakai-20 nen liike aiheuttaa kartiomaisen kerroksen muodostumisen, kartiomaisen kerroksen (38) pituussuuntaisen pituuden ollessa suurempi kuin virran (34) kosketuksen hetkellinen pituussuuntainen pituus kerroksella (38) . ., 68607