TWI789754B - 用於光纖製程的設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於光纖製程的設備。該設備包括原料提供結構、摻雜物提供結構、和預型體成形基管。摻雜物提供結構配置成設置在原料提供結構的下游側，並與原料提供結構連通。摻雜物提供結構包括外管、第一內管、第一摻雜物提供容器、第二內管、和第二摻雜物提供容器。第一內管配置成設置在外管中。第一摻雜物提供容器配置成設置在第一內管中。第二內管配置成設置在外管中，並位於第一內管的下游側。第二摻雜物提供容器配置成設置在第二內管中。預型體成形基管配置成設置在摻雜物提供結構的下游側。
Description
本發明是關於一種用於光纖製程的設備。
光纖的應用廣泛。一般來說，製造光纖的方法是先形成光纖的預型體(preform)，之後再對於預型體進行拉絲，以形成光纖。現今，形成預型體的方法主要分為四大類，即管外氣相沉積(Outside Vapor Deposition, OVD)法、軸向氣相沉積(Vapor-phase Axial Deposition, VAD)法、改良化學氣相沉積(Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD)法、和離子化學氣相沉積(Plasma-activated Chemical Vapor Deposition, PCVD)法。
以改良化學氣相沉積法製作摻雜稀土金屬原料的高溫製程方法為例，其典型的作法是將形成玻璃的基礎原料和摻雜物的原料氣化後，以氣體形態通過管路輸送至設備主體，再於預型體成形基管形成光纖的預型體。然而，由於管路沿線的溫度要保持高於其氣化温度，以免摻雜物遇冷凝结在細小的管路中，造成摻雜物的原料在進入設備時容易發生堵塞的情況。此外，設備中需要包含結構複雜的旋轉密封件。由於這些缺點的存在，仍希望能夠對於設備做進一步的改良。
本發明提供一種用於光纖製程的設備，特別是一種可以適用於摻雜稀土金屬的光纖製程的設備，其能夠用於以改良化學氣相沉積法製造光纖預型體，並可以至少部分地改良上述缺點。
根據本發明實施例的用於光纖製程的設備包括原料提供結構、摻雜物提供結構、和預型體成形基管。摻雜物提供結構配置成設置在原料提供結構的下游側，並與原料提供結構連通。摻雜物提供結構包括外管、第一內管、第一摻雜物提供容器、第二內管、和第二摻雜物提供容器。第一內管配置成設置在外管中。第一摻雜物提供容器配置成設置在第一內管中。第二內管配置成設置在外管中，並位於第一內管的下游側。第二摻雜物提供容器配置成設置在第二內管中。預型體成形基管配置成設置在摻雜物提供結構的下游側。
以下將配合所附圖式對於根據本發明實施例的用於光纖製程的設備進行詳細的說明。應當理解的是，在此提供的敘述和所附圖式只是用於例示和解釋目的，並非作為本發明的限制。為了避免模糊本發明的焦點，說明書中可能省略對於相關領域中所熟知的實施方式和/或替代元件的說明。此外，為了清楚起見，所附圖式可能並未依照實際比例進行繪示，且部分圖式中可能省略部分元件和/或元件符號。可以預期的是，一實施例中的元件和/或特徵可能被包含在另一實施例中，即使未在此提供相關敘述。
要先說明的是，在以下敘述中，當提到一元件「配置成」什麼狀態時，特別是指在設備使用時該元件會呈現的狀態。可以理解的是，本發明允許在設備不使用時進行元件的拆解和更換以及摻雜原料的置放等等。因此，敘述設備元件具有特定的技術特徵並不意味著排除上述這些在設備不使用時可能發生的情況，而只要求提及的元件在設備使用時會呈現以「配置成」帶出的技術特徵所定義的狀態。舉例來說，當敘述一元件配置成設置在另一元件的下游側時，特別是指在設備使用時該元件設置在該另一元件的下游側，但在設備不使用時，該元件可能因元件的拆解而不是位在該另一元件的下游側。
另外，上游側和下游側可以由氣體(特別是形成玻璃的基礎原料的氣體)在設備中的主要流向來定義。所謂主要流向，在此指的是氣體在大部分設備中的流向。以圖1為例，形成玻璃的基礎原料的氣體在大部分的設備中是由圖面左側往右側的方向流動，因此將圖面左側定義為上游側，右側定義為下游側。氣體在圖1的用於光纖製程的設備10中的具體流向將在後續段落加以說明。
現在請參照圖1，其繪示根據本發明實施例的一種用於光纖製程的設備10(以下也簡稱設備10)。設備10包括原料提供結構100、摻雜物提供結構200、和預型體成形基管300。摻雜物提供結構200配置成設置在原料提供結構100的下游側，並與原料提供結構100連通。摻雜物提供結構200包括外管210、第一內管220、第一摻雜物提供容器230、第二內管240、和第二摻雜物提供容器250。第一內管220配置成設置在外管210中。第一摻雜物提供容器230配置成設置在第一內管220中。第二內管240配置成設置在外管210中，並位於第一內管220的下游側。第二摻雜物提供容器250配置成設置在第二內管240中。預型體成形基管300配置成設置在摻雜物提供結構200的下游側。
具體來說，用於光纖製程的設備10可以更包括原料提供通道110。原料提供通道110連接原料提供結構100與摻雜物提供結構200的外管210。在一些實施例中，原料提供通道110、外管210、和預型體成形基管300，甚至是預型體成形基管300後的出口段，可以由石英一體成形地形成，但不限於此。設備10可以更包括第一載氣提供結構120和第一載氣提供通道130。第一載氣提供通道130連接第一載氣提供結構120與摻雜物提供結構200的第一內管220。在一些實施例中，第一載氣提供通道130和第一內管220可以由石英一體成形地形成，但不限於此。設備10可以更包括第二載氣提供結構140和第二載氣提供通道150。第二載氣提供通道150連接第二載氣提供結構140與摻雜物提供結構200的第二內管240。在一些實施例中，第二載氣提供通道150和第二內管240可以由石英一體成形地形成，但不限於此。根據一些實施例，如圖1所示，第一載氣提供結構120可以配置成設置在原料提供結構100的上游側，第二載氣提供結構140可以配置成設置在第一載氣提供結構120的上游側。在這種情況下，第一載氣提供通道130可以配置成設置在原料提供通道110中，第二載氣提供通道150可以配置成設置在第一載氣提供通道130中。
在接下來的摻雜物提供結構200中，第一摻雜物提供容器230用於提供第一摻雜物。請參照圖2A和圖2B，其繪示第一摻雜物提供容器230的一種例示性結構。第一摻雜物提供容器230包括複數個通道管231，彼此平行地設置。該些通道管231用於容納第一摻雜原料。第一摻雜原料可以在受熱之後氣化，進而提供氣體形態的第一摻雜物。在一些實施例中，如圖2B所示，各個通道管231的二端可以局部封閉，這有利於在第一摻雜原料的粉末加熱為液體再昇華為氣體時，避免液體溢出的情況。根據一些實施例，通道管231的數目可以是奇數個，亦即，3個、5個、7個、9個、11個、13個等等。第一摻雜物提供容器230更包括二個連接元件232、233，配置成分別設置在通道管231的二端。連接元件232、233形成有複數個連通部234。該些連通部234用於連通通道管231以形成氣體通道。舉例來說，在一些實施例中，連通部234可以將五個通道管231依序連接，形成一個連續的氣體通道。通道管231以及連通部234相較於一般的坩鍋而言能夠提供更長的加熱路徑，可以允許置放更多的摻雜原料，從而易於產生飽和蒸氣，不只能夠改進既有設備結構對於摻雜濃度的限制，還能夠確保摻雜物的反應濃度的穩定度。在一些實施例中，該些通道管231和二個連接元件232、233可以是一體成形地形成。第一摻雜物提供容器230更包括二個端部元件235、236，配置成分別設置在二個連接元件232、233的外側。端部元件235、236形成有氣體出口。更具體地說，在一些實施例中，端部元件236可以具有開口236O1，連接元件233可以具有開口233O1，二者作為載氣進入通道管231的入口。連接元件232可以具有開口232O1，端部元件235可以具有開口235O1，二者作為載氣和氣體形態的第一摻雜物離開通道管231的出口。在這種情況下，開口235O1即作為上述的氣體出口。根據一些實施例，第一摻雜物提供容器230可以更具有中央通道開口237，通道管231配置在中央通道開口237的周圍，連接元件232、233和端部元件235、236分別具有對應中央通道開口237的開口232O2、233O2、235O2、和236O2。從而，第二載氣提供通道150可以通過中央通道開口237而穿過第一摻雜物提供容器230，進而連接第二摻雜物提供容器250。在一些實施例中，連接元件232、233和端部元件235、236可以分別進一步地具有開口232O3、233O3、235O3、和236O3，用於元件的鎖固。
根據一些實施例，設備10可以更包括第一摻雜物加熱元件H1，對應第一摻雜物提供容器230地設置在外管210外，用於加熱提供在第一摻雜物提供容器230中的第一摻雜原料，以形成氣體形態的第一摻雜物。第一摻雜物加熱元件H1例如是在相對二側具有開口的爐子，但不限於此。
第二摻雜物提供容器250用於提供第二摻雜物。請參照圖3A和圖3B，其繪示第二摻雜物提供容器250的一種例示性結構。第二摻雜物提供容器250包括複數個通道管251，彼此平行地設置。該些通道管251用於容納第二摻雜原料。第二摻雜原料可以在受熱之後氣化，進而提供氣體形態的第二摻雜物。在一些實施例中，如圖3B所示，各個通道管251的二端可以局部封閉，這有利於在第二摻雜原料的粉末加熱為液體再昇華為氣體時，避免液體溢出的情況。根據一些實施例，通道管251的數目可以是奇數個，亦即，3個、5個、7個、9個、11個、13個等等。第二摻雜物提供容器250更包括二個連接元件252、253，配置成分別設置在通道管251的二端。連接元件252、253形成有複數個連通部254。該些連通部254用於連通通道管251以形成氣體通道。舉例來說，在一些實施例中，連通部254可以將五個通道管251依序連接，形成一個連續的氣體通道。通道管251以及連通部254相較於一般的坩鍋而言能夠提供更長的加熱路徑，可以允許置放更多的摻雜原料，從而易於產生飽和蒸氣，不只能夠改進既有設備結構對於摻雜濃度的限制，還能夠確保摻雜物的反應濃度的穩定度。在一些實施例中，該些通道管251和二個連接元件252、253可以是一體成形地形成。第二摻雜物提供容器250更包括二個端部元件255、256，配置成分別設置在二個連接元件252、253的外側。端部元件255、256形成有氣體出口。更具體地說，在一些實施例中，端部元件256可以具有開口256O1，連接元件253可以具有開口253O1，二者作為載氣進入通道管251的入口。連接元件252可以具有開口252O1，端部元件255可以具有開口255O1，二者作為載氣和氣體形態的第二摻雜物離開通道管251的出口。在這種情況下，開口255O1即作為上述的氣體出口。在一些實施例中，連接元件252、253和端部元件255、256可以分別更具有開口252O2、253O2、255O2、和256O2，用於元件的鎖固。
根據一些實施例，設備10可以更包括第二摻雜物加熱元件H2，對應第二摻雜物提供容器250地設置在外管210外，用於加熱提供在第二摻雜物提供容器250中的第二摻雜原料，以形成氣體形態的第二摻雜物。第二摻雜物加熱元件H2例如是在相對二側具有開口的爐子，但不限於此。
可以理解的是，只要設備的空間和元件本身的製程允許，即可以依照摻雜物的種類數目，進一步設置第三摻雜物提供容器，並對應地增加載氣提供結構、載氣提供通道、和摻雜物加熱元件。在設置有第三摻雜物提供容器的情況下，第二摻雜物提供容器250可以具有如圖2A和圖2B所示的結構，而第三摻雜物提供容器可以具有如圖3A和圖3B所示的結構。以此類推，還可能進一步設置第四摻雜物提供容器等等。
儘管圖1並未繪示，但在一些實施例中，摻雜物提供結構200的外管210可以進一步地配置成在第一內管220和第一摻雜物提供容器230的上游側定義出預熱區段，且用於光纖製程的設備10更包括預熱元件。預加熱元件對應預加熱區段地設置在外管210外，用於預熱載氣，避免溫度過低的氣體在導入摻雜物提供容器時造成作為摻雜物的有機物凝結，或者影響生成速率。預熱區段可以設置有類似於第一摻雜物提供容器230的結構，這有利於拉長氣體流動距離，以提高載氣的預熱效率。預熱元件例如是在相對二側具有開口的爐子，但不限於此。
在一些實施例中，如圖1所示，摻雜物提供結構200的外管210可以進一步地配置成在第二內管240的下游側定義出保溫區段R，且用於光纖製程的設備10更包括保溫元件H3。保溫元件H3對應保溫區段R地設置在外管210外，用於維持保溫區段R的溫度。保溫元件H3例如是設置在保溫區段R下方的加熱元件，但不限於此。
根據一些實施例，用於光纖製程的設備10更包括旋轉元件400，用於帶動預型體成形基管300使預型體成形基管300旋轉。
根據一些實施例，設備10更包括移動式加熱元件H4，設置在預型體成形基管300下方，並能夠在預型體成形基管300下方往復移動，如雙箭頭A所示。
在一些實施例中，設備10可以更包括固定元件410，用於在外管210中固定第一載氣提供通道130和第二載氣提供通道150。
根據本發明實施例的用於光纖製程的設備10，特別適用於以改良化學氣相沉積法製造光纖預型體。在實際使用上，形成玻璃的基礎原料，例如SiC1
4、POC1
3、O
2、和/或其他任何適合的原料，以氣體形態，如圖1的箭頭A1所示地提供至原料提供結構100中，再通過原料提供通道110和摻雜物提供結構200的外管210抵達預型體成形基管300，並在預型體成形基管300進行反應。用於攜帶第一摻雜物的載氣，例如He，如圖1的箭頭A2所示地提供至第一載氣提供結構120中，再通過第一載氣提供通道130抵達摻雜物提供結構200的第一內管220，並攜帶氣體形態的第一摻雜物往下游側流動，直到預型體成形基管300，在該處進行摻雜反應。第一摻雜物例如包含A1，對應地，第一摻雜原料例如為A1C1
3，但第一摻雜物和原料不限於此。用於攜帶第二摻雜物的載氣，例如He，如圖1的箭頭A3所示地提供至第二載氣提供結構140中，再通過第二載氣提供通道150抵達摻雜物提供結構200的第二內管240，並攜帶氣體形態的第二摻雜物往下游側流動，直到預型體成形基管300，在該處進行摻雜反應。第二摻雜物例如包含Yb，對應地，第二摻雜原料例如為Yb(TMHD)
3，但第二摻雜物和原料不限於此。光纖的預型體在預型體成形基管300形成。反應後的剩餘氣體可以如圖1的箭頭A4所示地離開設備10。
綜上所述，本發明提供一種用於光纖製程的設備，特別是一種可以適用於摻雜稀土金屬的光纖製程的設備，其中，摻雜原料直接提供在設備中，因此可以避免摻雜物的原料在進入設備時容易發生堵塞的情況。並且，藉由根據實施例的第一摻雜物提供容器、第二摻雜物提供容器的設計，能夠改進既有設備結構對於摻雜濃度的限制，並確保摻雜物的反應濃度的穩定度。此外，本發明的設備結構也無須修改既有設備或設計新的複雜旋轉密封件。
雖然本發明已以實施例揭露如上，但其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種變動和潤飾。本發明之保護範圍以申請專利範圍所界定者為準。
10:設備
100:原料提供結構
110:原料提供通道
120:第一載氣提供結構
130:第一載氣提供通道
140:第二載氣提供結構
150:第二載氣提供通道
200:摻雜物提供結構
210:外管
220:第一內管
230:第一摻雜物提供容器
231:通道管
232:連接元件
232O1:開口
232O2:開口
232O3:開口
233:連接元件
233O1:開口
233O2:開口
233O3:開口
234:連通部
235:端部元件
235O1:開口
235O2:開口
235O3:開口
236:端部元件
236O1:開口
236O2:開口
236O3:開口
237:中央通道開口
240:第二內管
250:第二摻雜物提供容器
251:通道管
252:連接元件
252O1:開口
252O2:開口
253:連接元件
253O1:開口
253O2:開口
254:連通部
255:端部元件
255O1:開口
255O2:開口
256:端部元件
256O1:開口
256O2:開口
300:預型體成形基管
400:旋轉元件
410:固定元件
A:雙箭頭
A1:箭頭
A2:箭頭
A3:箭頭
A4:箭頭
H1:第一摻雜物加熱元件
H2:第二摻雜物加熱元件
H3:保溫元件
H4:移動式加熱元件
R:保溫區段
圖1是根據本發明實施例的用於光纖製程的設備的示意圖。
圖2A和圖2B是根據本發明一些實施例的第一摻雜物提供容器的示意圖。
圖3A和圖3B是根據本發明一些實施例的第二摻雜物提供容器的示意圖。
10:設備
100:原料提供結構
110:原料提供通道
120:第一載氣提供結構
130:第一載氣提供通道
140:第二載氣提供結構
150:第二載氣提供通道
200:摻雜物提供結構
210:外管
220:第一內管
230:第一摻雜物提供容器
240:第二內管
250:第二摻雜物提供容器
300:預型體成形基管
400:旋轉元件
410:固定元件
A:雙箭頭
A1:箭頭
A2:箭頭
A3:箭頭
A4:箭頭
H1:第一摻雜物加熱元件
H2:第二摻雜物加熱元件
H3:保溫元件
H4:移動式加熱元件
R:保溫區段
Claims (9)
- 一種用於光纖製程的設備，包括：原料提供結構；摻雜物提供結構，配置成設置在該原料提供結構的下游側，並與該原料提供結構連通，該摻雜物提供結構包括：外管；第一內管，配置成設置在該外管中；第一摻雜物提供容器，配置成設置在該第一內管中；第二內管，配置成設置在該外管中，並位於該第一內管的下游側；及第二摻雜物提供容器，配置成設置在該第二內管中；其中該第一摻雜物提供容器及該第二摻雜物提供容器兩者中至少一個，包括：複數個通道管，彼此平行地設置，該些通道管用於容納所對應的第一摻雜原料或第二摻雜原料；二個連接元件，配置成分別設置在該些通道管的二端，該二個連接元件形成有複數個連通部，該些連通部用於連通該些通道管以形成氣體通道；二個端部元件，配置成分別設置在該二個連接元件的外側，該二個端部元件形成有氣體出口；以及預型體成形基管，配置成設置在該摻雜物提供結構的下游側。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，其中，該些通道管與該二個連接元件是一體成形地形成。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，其中，該第一摻雜物提供容器具有中央通道開口，該些通道管配置在該中央通道開口的周圍，該二個連接元件和該二個端部元件分別具有對應該中央通道開口的開口。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，更包括：原料提供通道，連接該原料提供結構與該摻雜物提供結構的該外管；第一載氣提供結構；第一載氣提供通道，連接該第一載氣提供結構與該摻雜物提供結構的該第一內管；第二載氣提供結構；以及第二載氣提供通道，連接該第二載氣提供結構與該摻雜物提供結構的該第二內管。
- 如請求項4之用於光纖製程的設備，其中，該第一載氣提供結構配置成設置在該原料提供結構的上游側，該第二載氣提供結構配置成設置在該第一載氣提供結構的上游側，該第一載氣提供通道配置成設置在該原料提供通道中，該第二載氣提供通道配置成設置在該第一載氣提供通道中。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，其中，該摻雜物提供結構的該外管更配置成在該第二內管的下游側定義出保溫區段，且該用於光纖製程的設備更包括：保溫元件，對應該保溫區段地設置在該外管外，用於維持該保溫區段的溫度。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，更包括：第一摻雜物加熱元件，對應該第一摻雜物提供容器地設置在該外管外，用於加熱提供在該第一摻雜物提供容器中的該第一摻雜原料，以形成氣體形態的第一摻雜物；以及第二摻雜物加熱元件，對應該第二摻雜物提供容器地設置在該外管外，用於加熱提供在該第二摻雜物提供容器中的該第二摻雜原料，以形成氣體形態的第二摻雜物。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，更包括：旋轉元件，用於帶動該預型體成形基管使該預型體成形基管旋轉；以及移動式加熱元件，設置在該預型體成形基管下方，並能夠在該預型體成形基管下方往復移動。
- 如請求項1之用於光纖製程的設備，適用於以改良化學氣相沉積法製造光纖預型體。
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|---|---|---|---|
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| CN1293008C (zh) * | 2000-03-25 | 2007-01-03 | 赫罗伊斯·坦尼沃有限责任公司 | 用来生产用于光纤的预成型坯件的基底管和过程 |
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2021
- 2021-05-11 TW TW110116928A patent/TWI789754B/zh active
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