專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造oh基團(tuán)含量低的外包層的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造光纖預(yù)制棒的方法。通過(guò)在抽絲塔上對(duì)預(yù)制棒進(jìn)行拉絲來(lái)形成光纖。預(yù)制棒通常包括初始預(yù)制棒，初始預(yù)制棒由形成部分包層的高質(zhì)量的玻璃管和纖維芯構(gòu)成。該初始預(yù)制棒然后經(jīng)受包覆或套裝工藝，以增加其直徑，形成可用于抽絲塔上的預(yù)制棒。在本說(shuō)明書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)內(nèi)包層是指形成在管內(nèi)側(cè)的包層，外包層是指形層在管外側(cè)的包層。類(lèi)似的拉絲操作包括將預(yù)制棒垂直放入塔中并從預(yù)制棒的一端拉出一束纖維。為此，對(duì)預(yù)制棒的一端局部施加高溫直到硅石軟化，由于拉絲速度和溫度決定光纖的直徑，因此然后在光纖拉絲操作期間持續(xù)控制拉絲速度和溫度。
背景技術(shù)：
光纖通常包括光芯部和光包層，光芯部的作用是傳輸和任選地放大光信號(hào)，光包層的作用是將光信號(hào)限制在芯部?jī)?nèi)。為此，芯部的折射率nc和外包層ng的關(guān)系為nc＞ng。眾所周知，光信號(hào)在單模式光纖內(nèi)的傳播分解為在芯部中傳導(dǎo)的基本模式，以及在芯部-包層組件上傳導(dǎo)一定距離的稱(chēng)為包層模式的輔助模式。
光纖可由包括初始預(yù)制棒的預(yù)制棒形成，初始預(yù)制棒包括純硅石或摻雜硅石的管，其中摻雜和/或純硅石的層連續(xù)沉積形成內(nèi)包層和中央芯部。管中形成的沉積物是化學(xué)汽相沉積(縮寫(xiě)為CVD)類(lèi)型的沉積物。通過(guò)將氣體混合物注入管內(nèi)并電離所述混合物形成這種類(lèi)型的沉積物。CVD型沉積包括改進(jìn)化學(xué)汽相沉積(MCVD)、加熱爐化學(xué)汽相沉積(FCVD)和等離子體化學(xué)汽相沉積(PCVD)。
在將與芯部和內(nèi)包層對(duì)應(yīng)的層沉積之后，在所謂的縮棒操作期間對(duì)管本身關(guān)閉。這就產(chǎn)生了包括硅石棒的初始預(yù)制棒。然后初始預(yù)制棒經(jīng)受外包覆工藝，由于成本原因，通常用天然硅石顆粒。為了形成外包層，可采用等離子體沉積方法，其中通過(guò)等離子體噴槍在2300℃的溫度下沉積和熔化天然硅石顆粒，使天然硅石顆粒在初始預(yù)制棒周邊上玻璃化。使初始預(yù)制棒繞其自身旋轉(zhuǎn)，噴槍或者初始預(yù)制棒相對(duì)于彼此縱向運(yùn)動(dòng)，確保硅石均勻沉積在棒的整個(gè)圓周周?chē)?。通常在受控氣氛下在封閉的裝置中進(jìn)行外包覆工藝，以確保避免受電磁干擾以及等離子體噴槍釋放的臭氧的干擾。
用硅石顆粒等離子體沉積進(jìn)行外包覆成本低，但是會(huì)產(chǎn)生沉積在初始預(yù)制棒周?chē)碾s質(zhì)。這些雜質(zhì)，例如水和灰塵顆粒，來(lái)自進(jìn)行外包覆操作的裝置中的環(huán)境空氣。外包層中雜質(zhì)的存在(在外包覆初始預(yù)制棒時(shí)形成)損害了纖維的光學(xué)性能，尤其是當(dāng)雜質(zhì)位于沉積在初始預(yù)制棒上的硅石的第一層中時(shí)更是如此。初始預(yù)制棒的中央芯部的尺寸越大，在外包覆期間形成雜質(zhì)的問(wèn)題越明顯。當(dāng)中央芯部直徑較大時(shí)，厚度有限的內(nèi)包層和在外包覆期間在管圓周周?chē)纬傻碾s質(zhì)影響信號(hào)在中央芯部?jī)?nèi)的傳播，使雜質(zhì)更加靠近芯部。
已經(jīng)開(kāi)始尋求制造大容量的預(yù)制棒。預(yù)制棒的容量定義為可從預(yù)制棒中拉出的光纖長(zhǎng)度的量。對(duì)于長(zhǎng)度相同的預(yù)制棒，直徑越大，容量越大。為了降低制造成本、限制連接損失，需要從一個(gè)預(yù)制棒中提供長(zhǎng)的線性纖維。因此，尋求制造直徑大的預(yù)制棒，同時(shí)滿足中央芯部直徑和光學(xué)包層直徑之間的相關(guān)尺寸限制。外包覆之后的最終預(yù)制棒的芯部直徑與包層直徑的比與拉絲的光學(xué)纖維的芯部直徑與包層直徑的比相同。為了制造大容量的預(yù)制棒，通常選擇增加外包層的量，而不是增加預(yù)制棒的直徑，因?yàn)槠渲圃斐杀靖摺?br> US 2002/0144521描述了一種用于制造大容量預(yù)制棒的方法。該文獻(xiàn)提出通過(guò)將大直徑的中央芯部沉積在摻雜有氯和氟的管內(nèi)。該管摻雜有氟，以補(bǔ)償由于摻雜有氯而導(dǎo)致的折射率的增加。該管摻雜有氯，以限制OH基雜質(zhì)的遷移，所述雜質(zhì)損害中央芯部的光學(xué)傳輸性能。采用這種摻雜有氯和氟、管徑均勻的管可以減小沉積在管內(nèi)的內(nèi)包層的厚度，以便制造具有增大直徑的中央芯部的預(yù)制棒。然后通過(guò)等離子體沉積對(duì)預(yù)制棒外包覆，以獲得直徑大因而容量大的最終預(yù)制棒。摻雜有氯和氟的管保護(hù)中央芯部不會(huì)受到因?yàn)槭褂锰烊还枋w粒進(jìn)行外包覆產(chǎn)生的雜質(zhì)的影響。
但是，這種方法需要使用特定的管，其成本高于純石英管。另外，管中氯的存在不能防止在外包覆操作期間在管表面上形成Si-OH鍵，Si-OH鍵會(huì)改變外包層的球狀指數(shù)，因此改變光纖的傳輸性能。
FR-A-2760449描述了一種用于在光纖初始預(yù)制棒上沉積硅石的方法。該文獻(xiàn)提出在外包覆操作過(guò)程中純化天然硅石沉積物。供應(yīng)管對(duì)等離子體噴槍供應(yīng)包含氯或氟的氣體混合物，以去除包含在硅石顆粒中的堿性元素或堿土元素，從而減少在初始預(yù)制棒上OH基團(tuán)的形成。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于約2300℃的溫度太高，不能促進(jìn)與OH基團(tuán)的鍵合，雜質(zhì)不是在等離子體噴槍處形成在硅石外包層中。特別的是，當(dāng)硅石在管表面玻璃化時(shí)并在其冷卻之前，雜質(zhì)沉積在硅石中。因此，在等離子體噴槍中添加包含氯或氟的氣體混合物，不會(huì)明顯減少硅石外包層中雜質(zhì)的形成。
FR-A-2647778描述了一種用于在光纖初始預(yù)制棒上沉積硅石的方法和裝置。形成在初始預(yù)制棒上的硅石棒被放置在與環(huán)境大氣隔離并供應(yīng)有干燥氣體的密封機(jī)殼中的車(chē)床上。機(jī)殼中的空氣連續(xù)經(jīng)受過(guò)濾、壓縮和冷卻，用冷凝水凈化，最終通過(guò)吸附干燥。通過(guò)所述過(guò)程，大體上可以消除可能存在硅石外包層中的大多數(shù)雜質(zhì)。但是，這是一個(gè)復(fù)雜的方案，實(shí)施成本高。機(jī)殼的體積至少是8-10m3，并且需要大約3000m3/h的空氣流過(guò)機(jī)殼。使如此多的空氣經(jīng)受上述過(guò)濾、干燥操作表示操作成本高，與光纖的制造成本不相匹配。
因此，需要一種制造光纖預(yù)制棒的方法，由于這種預(yù)制棒，進(jìn)行外包覆操作的成本低，同時(shí)最大程度地限制雜質(zhì)進(jìn)入硅石外包層。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提出通過(guò)限定較小的控制容積的至少一個(gè)管定位初始預(yù)制棒，該控制容積由初始預(yù)制棒和所述至少一個(gè)管之間的環(huán)狀空間形成。然后在由所述至少一個(gè)管限定的較小容積內(nèi)，而不是在包含車(chē)床的外殼的整個(gè)容積內(nèi)，單獨(dú)控制大氣。本說(shuō)明書(shū)中提及的外包層區(qū)域是指通過(guò)外包覆裝置進(jìn)行外包覆的區(qū)域。所述至少一個(gè)管在靠近外包層區(qū)域的區(qū)域覆蓋初始預(yù)制棒。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種通過(guò)外包覆制造光纖的最終預(yù)制棒的方法，所述方法包括如下步驟提供初始預(yù)制棒；將所述初始預(yù)制棒定位在至少一個(gè)管內(nèi)，其中所述至少一個(gè)管部分覆蓋所述初始預(yù)制棒，形成待外包覆的區(qū)域，即外包層區(qū)域，所述外包層區(qū)域位于所述至少一個(gè)管外的初始預(yù)制棒上；在相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述初始預(yù)制棒和所述至少一個(gè)管之間的環(huán)狀空間；利用外包覆裝置在所述外包層區(qū)域用外包覆材料對(duì)所述初始預(yù)制棒進(jìn)行外包覆。
優(yōu)選的是，所述至少一個(gè)管的內(nèi)徑是所述初始預(yù)制棒的外徑的4-10倍。這允許光學(xué)保護(hù)初始預(yù)制棒不受外部大氣的影響，同時(shí)限制環(huán)狀空間，該環(huán)狀空間的大氣需要通過(guò)注入氣體并因此限制所需的氣體量來(lái)控制。
另外，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)管的長(zhǎng)度是所述初始預(yù)制棒的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍。這允許光學(xué)保護(hù)初始預(yù)制棒不受外部大氣的影響，同時(shí)限制環(huán)狀空間，該環(huán)狀空間的大氣需要通過(guò)注入氣體并因此限制所需的氣體量來(lái)控制。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明提供一種制造光纖的最終預(yù)制棒的方法，所述方法包括如下步驟提供初始預(yù)制棒；將所述初始預(yù)制棒定位在管內(nèi)，所述管的直徑是所述初始預(yù)制棒的直徑的4-10倍、長(zhǎng)度是所述初始預(yù)制棒的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍；在相對(duì)于所述管外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述管內(nèi)；對(duì)所述初始預(yù)制棒進(jìn)行外包覆。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所注入的氣體是氮，在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述氣體是空氣。氮和空氣是優(yōu)選的，因?yàn)槠湮廴疚锏暮康?、成本低?br> 優(yōu)選在外包覆的大部分過(guò)程中、更優(yōu)選在整個(gè)外包覆過(guò)程中注入氣體，以確保防止污染物在外包覆期間沉積。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，注入的氣體在20℃時(shí)的相對(duì)水分含量小于5％。該相對(duì)水分含量的優(yōu)點(diǎn)在于，水的含量低確保了在外包覆期間沉積的硅石的OH污染物的量少。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，注入的氣體還包含氟化和/或氯化氣體。這能避免在至少一個(gè)管中形成OH基團(tuán)，并防止Si-OH鍵形成在預(yù)制棒的表面上。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，環(huán)狀空間中的相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力為0.1bar-1bar。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，注入的氣體被加熱到300℃-600℃。其原因是，外包覆過(guò)程不會(huì)被不期望的冷卻延遲。注入的氣體在注入前加熱。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)等離子體沉積硅石顆粒(例如天然硅石顆粒)而進(jìn)行外包覆。等離子體沉積的優(yōu)點(diǎn)在于，硅是顆粒直接玻璃劃，不需要額外的燒結(jié)步驟。天然硅石顆粒的優(yōu)點(diǎn)在于，其能大量獲取并且成本低。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該至少一個(gè)管包括垂直于所述至少一個(gè)管的縱向軸線的開(kāi)口，允許外包覆裝置(例如等離子體噴槍)通過(guò)以及所述硅石顆粒插入。這種構(gòu)造允許在外包覆時(shí)在外包層區(qū)域存在最大量的注入氣體，由此確保最優(yōu)的保護(hù)，減少污染物。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該至少一個(gè)管由石英制成。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述至少一個(gè)管由不銹鋼制成。采用石英或不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)在于，其耐熱性高、堅(jiān)韌性高。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，初始預(yù)制棒定位在兩個(gè)管中，所述兩個(gè)管位于所述外包覆區(qū)域的兩側(cè)上，所述兩個(gè)管每個(gè)都覆蓋所述初始預(yù)制棒上靠近所述外包層區(qū)域的區(qū)域。這種構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)在于，在兩個(gè)管之間存在充足的空間，以允許外包覆裝置和外包覆材料通過(guò)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述至少一個(gè)管保持在固定不動(dòng)的位置，同時(shí)所述初始預(yù)制棒沿著其對(duì)稱(chēng)軸平移。原則上，可以僅移動(dòng)初始預(yù)制棒，同時(shí)至少一個(gè)管保持固定不動(dòng)，或者僅移動(dòng)所述至少一個(gè)管，同時(shí)初始預(yù)制棒固定不動(dòng)，或者使初始預(yù)制棒和至少一個(gè)管都運(yùn)動(dòng)。如果等離子體噴槍位于所述至少一個(gè)管的開(kāi)口，所述至少一個(gè)管平移，則等離子體噴槍需要與所述至少一個(gè)管一起運(yùn)動(dòng)。保持所述至少一個(gè)管固定不動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于，僅僅初始預(yù)制棒需要運(yùn)動(dòng)，而不是所述至少一個(gè)管和外包覆裝置(例如等離子體噴槍)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述至少一個(gè)管與等離子體噴槍一起沿著所述初始預(yù)制棒的對(duì)稱(chēng)軸平移。
本發(fā)明還涉及一種用于制造光纖最終預(yù)制棒的設(shè)備，包括支撐體，其裝納初始預(yù)制棒；至少一個(gè)管，其圍繞由所述支撐體裝納的初始預(yù)制棒，在所述初始預(yù)制棒和所述至少一個(gè)管之間形成環(huán)狀空間，所述至少一個(gè)管部分覆蓋所述初始預(yù)制棒，形成待外包覆的區(qū)域，即外包層區(qū)域，所述外包層區(qū)域位于所述至少一個(gè)管外的初始預(yù)制棒上；氣體容器，其適于在相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述初始預(yù)制棒和所述至少一個(gè)管之間的環(huán)狀空間；用于在外包層區(qū)域?qū)λ龀跏碱A(yù)制棒進(jìn)行外包覆的外包覆裝置。
優(yōu)選的是，所述至少一個(gè)管的直徑是所述初始預(yù)制棒的直徑的4-10倍。其優(yōu)點(diǎn)前面已經(jīng)進(jìn)行了描述。
另外，所述至少一個(gè)管的長(zhǎng)度優(yōu)選是所述初始預(yù)制棒的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍。其優(yōu)點(diǎn)前面已經(jīng)進(jìn)行了描述。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于制造光纖最終預(yù)制棒的設(shè)備，包括支撐體，其裝納初始預(yù)制棒；至少一個(gè)管，其直徑是所述初始預(yù)制棒的直徑的4-10倍、長(zhǎng)度是所述初始預(yù)制棒的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍，所述至少一個(gè)管?chē)@安裝到所述支撐體上的初始預(yù)制棒；氣體容器，其適于在相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述至少一個(gè)管和所述初始預(yù)制棒之間的環(huán)狀空間；用于對(duì)所述初始預(yù)制棒進(jìn)行外包覆的外包覆裝置。
本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，允許受控的氣氛中進(jìn)行外包覆，無(wú)需使用大量的氣體。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該設(shè)備包括用于測(cè)量和控制所述至少一個(gè)管中的水分含量的裝置。這允許精確控制受控氣氛中的水分含量，并盡可能地防止OH雜質(zhì)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該設(shè)備包括用于測(cè)量和控制所述環(huán)狀空間中的壓力的裝置。這允許在所述至少一個(gè)管中保持超壓力，將任何污染物保持在所述至少一個(gè)管外部。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該設(shè)備包括用于對(duì)將要注入所述環(huán)狀空間的氣體進(jìn)行加熱的裝置。加熱注入氣體的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在前面進(jìn)行了描述。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該設(shè)備包括等離子體噴槍和硅石顆粒的進(jìn)入管道。這允許采用等離子體噴槍對(duì)硅石顆粒進(jìn)行沉積，其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在前面進(jìn)行了描述。
該設(shè)備優(yōu)選包括位于外包層區(qū)域的兩側(cè)的兩個(gè)管。


通過(guò)下面僅以示例的方式給出的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并參照附圖，將清楚地了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1顯示了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的元件的示意圖。
具體實(shí)施例方式
唯一的附1示出了初始預(yù)制棒10，其將被放置在車(chē)床上進(jìn)行外包覆，以形成可用在抽絲塔上的最終預(yù)制棒。初始預(yù)制棒10是根據(jù)任何已知的技術(shù)(如在石英管中PCVD沉積)由高純度的硅石制造的棒。
可以通過(guò)等離子體沉積硅石顆粒、優(yōu)選成本更低的天然硅石顆粒，進(jìn)行外包覆。硅石顆粒的進(jìn)入管道優(yōu)選設(shè)置在等離子體噴槍附近。由等離子體噴槍和硅石顆粒的進(jìn)入管道構(gòu)成的組件沿著轉(zhuǎn)動(dòng)的初始預(yù)制棒10前后運(yùn)動(dòng)，或者轉(zhuǎn)動(dòng)的初始預(yù)制棒10在等離子體和硅石顆粒的進(jìn)入管道前縱向前后運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將初始預(yù)制棒10移入兩個(gè)管20的覆蓋初始預(yù)制棒10的外包層區(qū)域附近的區(qū)域的至少一個(gè)管20中，定位初始預(yù)制棒10。然后在由初始預(yù)制棒10和所述至少一個(gè)管20之間的環(huán)狀空間限定的容積內(nèi)對(duì)大氣進(jìn)行控制，防止外包覆期間雜貨沉積在初始預(yù)制棒10上。受控的大氣的容積相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)殼的容積更小，但足以確保在外包覆操作期間沉積高質(zhì)量的硅石。
所述至少一個(gè)管20的內(nèi)徑是初始預(yù)制棒10的外徑的4-10倍。因此所述至少一個(gè)管20的寬度大到不會(huì)妨礙外包覆操作，而且小到能夠限制在外包層區(qū)域中受控的大氣的容積。為了拉出直徑為125μm、芯部為8.7μm的最終光纖，可以使用初始預(yù)制棒10，其芯部直徑為6mm，外包層直徑為25mm，以使最終預(yù)制棒的直徑達(dá)到100mm，從而符合纖維的同位性質(zhì)。對(duì)于所述初始預(yù)制棒，可以提供至少一個(gè)直徑150mm的管，例如其寬度大到允許外包覆初始預(yù)制棒10，小到還能夠保證在外包覆區(qū)域適當(dāng)受控的大氣。
通過(guò)在相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力下將氣體注入初始預(yù)制棒10和所述至少一個(gè)管20之間的環(huán)狀空間，在所述環(huán)狀空間中控制大氣。氣體進(jìn)入管21優(yōu)選沿著所述至少一個(gè)管20分布(如圖1所示)，以受控的方式以相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力將氣體注入初始預(yù)制棒10和所述至少一個(gè)管20之間的環(huán)狀空間，從而確保環(huán)境空氣不會(huì)進(jìn)入所述至少一個(gè)管20。兩個(gè)氣體進(jìn)入管21是足夠的，但是優(yōu)選沿著所述至少一個(gè)管20并在其周?chē)植?-20個(gè)氣體進(jìn)入管21，以確保在所述至少一個(gè)管20或兩個(gè)管20內(nèi)均勻的超壓力。
所述至少一個(gè)管的長(zhǎng)度是初始預(yù)制棒10的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍，以覆蓋初始預(yù)制棒10的已經(jīng)被外包覆的區(qū)域，而不會(huì)妨礙將初始預(yù)制棒10安裝到車(chē)床上。如前所述，雜質(zhì)特別沉積在預(yù)制棒的剛進(jìn)行硅石顆粒玻璃化還比較熱的區(qū)域，而不是沉積在由等離子體噴槍加熱的區(qū)域或已經(jīng)冷卻的區(qū)域。可以發(fā)現(xiàn)，尤其在1200℃-400℃之間雜質(zhì)本身結(jié)合于硅石中。因此所述至少一個(gè)管的長(zhǎng)度必須足以覆蓋還比較熱的初始預(yù)制棒10。初始預(yù)制棒10的長(zhǎng)度通常為1m，因此大約50-60cm長(zhǎng)的至少一個(gè)管是合適的，或者長(zhǎng)度較小即20-30cm長(zhǎng)的兩個(gè)管20是合適的。
因此，由管20限定的受控的大氣的容積小到足以保證大氣無(wú)灰塵，水分含量大大減小，成本合理。
例如，壓縮空氣或氮容器可以連接到所述至少一個(gè)管20的氣體進(jìn)入管21上。用于注入所述至少一個(gè)管20的所儲(chǔ)存的氣體在20℃時(shí)的相對(duì)水分含量值小于5％。另外，注入所述至少一個(gè)管20中的空氣或氮可與氟化和/或氯化氣體混合，以限制在所述至少一個(gè)管的容積中形成OH基團(tuán)，并防止在預(yù)制棒10的表面上形成Si-OH鍵。優(yōu)選注入氮而不是空氣，以防止形成NOx基團(tuán)(具有溫室效應(yīng)的氣體)，即使將空氣注入至少一個(gè)管20，對(duì)于在外包層上限制雜質(zhì)沉積也能產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。注入所述至少一個(gè)管20的氣體可以預(yù)先進(jìn)行過(guò)濾，盡管使用與連接到所述至少一個(gè)管20的進(jìn)入管道21上的氣體管直接相連的容器能夠限制灰塵進(jìn)入所述至少一個(gè)管20的危險(xiǎn)。
在相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力下將氣體(或氣體混合物)注入所述至少一個(gè)管20。所述至少一個(gè)管20外的壓力基本上是大氣壓力。大體上，低的超壓力能夠防止空氣進(jìn)入所述至少一個(gè)管20，但是必需選擇足夠的超壓力，以在等離子體噴槍作用下控制大部分空氣的流動(dòng)。所述至少一個(gè)管20中的0.1-1bar之間的超壓力是合適的。所述超壓力足以保證帶有灰塵和濕氣的環(huán)境空氣不會(huì)進(jìn)入所述至少一個(gè)管20。所述超壓力低到可僅通過(guò)在壓力下或者在所述至少一個(gè)管的入口處的氣體進(jìn)入管上添加低功率泵排空容器來(lái)獲得所述超壓力。
也可以將注入所述至少一個(gè)管20的氣體加熱到300℃-600℃，以限制預(yù)制棒的已經(jīng)被外包覆的區(qū)域的冷卻率。
根據(jù)該示例性實(shí)施例，所述至少一個(gè)管20包括與所述至少一個(gè)管20的縱向軸線垂直的開(kāi)口22，允許等離子體噴槍30通過(guò)以及硅石顆粒插入管20的中間區(qū)域。在初始預(yù)制棒10在等離子體噴槍30前方前后運(yùn)動(dòng)期間，所述至少一個(gè)管20可以和等離子體噴槍30一起保持固定不動(dòng)，從而保護(hù)預(yù)制棒10的加熱區(qū)域免受雜質(zhì)的影響，與預(yù)制棒10的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。但是，也可以考慮其他組裝，其中等離子體噴槍30和所述至少一個(gè)管20沿著不平移的預(yù)制棒10一起運(yùn)動(dòng)。
由于所述至少一個(gè)管20的至少一端或者其中央開(kāi)口22的一端位于等離子體噴槍30附近，因此所述至少一個(gè)管20由耐高溫的材料制成，例如石英或者不銹鋼。所述至少一個(gè)管20必須覆蓋外包層區(qū)域附近的區(qū)域，以避免在熔融的硅石中產(chǎn)生雜質(zhì)。另一方面，所述至少一個(gè)管20不覆蓋由等離子體噴槍直接加熱的區(qū)域。因此這種布置容易實(shí)現(xiàn)。
可以用相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。常規(guī)的車(chē)床可用作用于裝納初始預(yù)制棒10的支撐體。直徑是初始預(yù)制棒10的直徑的4-10倍、長(zhǎng)度是初始預(yù)制棒10的0.3-0.8倍的由石英或者不銹鋼制成的至少一個(gè)管20圍繞初始預(yù)制棒10定位。多個(gè)管20可以設(shè)置在車(chē)床附近，以允許在最優(yōu)條件下對(duì)不同的初始預(yù)制棒10進(jìn)行外包覆。連接裝置可以設(shè)置在適于裝納本發(fā)明的至少一個(gè)管20的車(chē)床上。一個(gè)或多個(gè)容器可設(shè)有連接到所述至少一個(gè)管20上的連接裝置。也可以提供具有硅石顆粒進(jìn)入管道的常規(guī)類(lèi)型的等離子體噴槍。
該設(shè)備還可包括用于控制和調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)管20中的壓力的裝置以及用于控制所述至少一個(gè)管20中的水分含量的裝置，例如使用標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器和標(biāo)準(zhǔn)的濕度傳感器。
因此，可用簡(jiǎn)單、低成本的設(shè)備進(jìn)行初始預(yù)制棒10的外包覆操作，該設(shè)備能夠有效減少混入硅石外包層中的雜質(zhì)。光學(xué)傳輸性能改進(jìn)的光纖可從用本發(fā)明的方法獲得的最終預(yù)制棒拉出。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)外包覆制造光纖最終預(yù)制棒的制造方法，包括如下步驟提供初始預(yù)制棒(10)；將所述初始預(yù)制棒(10)定位在至少一個(gè)管(20)內(nèi)，其中所述至少一個(gè)管(20)部分覆蓋所述初始預(yù)制棒(10)，形成待外包覆的區(qū)域，即外包層區(qū)域，所述外包層區(qū)域位于所述至少一個(gè)管(20)外的初始預(yù)制棒(10)上；在相對(duì)于所述至少一個(gè)管(20)外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述初始預(yù)制棒(10)和所述至少一個(gè)管(20)之間的環(huán)狀空間；利用外包覆裝置在所述外包層區(qū)域用外包覆材料對(duì)所述初始預(yù)制棒(10)進(jìn)行外包覆。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)的內(nèi)徑是所述初始預(yù)制棒(10)的外徑的4-10倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)的長(zhǎng)度是所述初始預(yù)制棒(10)的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所注入的氣體選自氮和空氣。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述注入的氣體在20℃時(shí)的相對(duì)水分含量小于5％。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述注入的氣體包含氟化和/或氯化氣體。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述環(huán)狀空間中的相對(duì)于所述至少一個(gè)管(20)外的壓力的超壓力為0.1bar-1bar。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述注入的氣體被加熱到300℃-600℃。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，通過(guò)等離子體沉積所述外包覆材料而進(jìn)行所述外包覆。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述外包覆材料包括硅石顆粒。
11.如權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征為，所述外包覆材料包括天然硅石顆粒。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)包括垂直于所述至少一個(gè)管(20)的縱向軸線的開(kāi)口(22)，允許所述外包覆裝置通過(guò)以及所述外包覆材料插入。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述外包覆裝置是等離子體噴槍(30)。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)由石英制成。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)由不銹鋼制成。
16.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述初始預(yù)制棒(10)定位在兩個(gè)管(20)中，所述兩個(gè)管(20)位于所述外包覆區(qū)域的兩側(cè)上，所述兩個(gè)管(20)每個(gè)都覆蓋所述初始預(yù)制棒(10)上靠近所述外包層區(qū)域的區(qū)域。
17.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)保持在固定不動(dòng)的位置，同時(shí)所述初始預(yù)制棒(10)沿著所述初始預(yù)制棒(10)的對(duì)稱(chēng)軸平移。
18.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)與所述外包覆裝置一起沿著所述初始預(yù)制棒(10)的對(duì)稱(chēng)軸平移。
19.用于制造光纖最終預(yù)制棒的設(shè)備，包括支撐體，其裝納初始預(yù)制棒(10)；至少一個(gè)管(20)，其圍繞由所述支撐體裝納的初始預(yù)制棒(10)，在所述初始預(yù)制棒(10)和所述至少一個(gè)管(20)之間形成環(huán)狀空間，所述至少一個(gè)管(20)部分覆蓋所述初始預(yù)制棒(10)，形成待外包覆的區(qū)域，即外包層區(qū)域，所述外包層區(qū)域位于所述至少一個(gè)管(20)外的初始預(yù)制棒(10)上；氣體容器，其適于在相對(duì)于所述至少一個(gè)管(20)外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述初始預(yù)制棒(10)和所述至少一個(gè)管(20)之間的環(huán)狀空間；用于在外包層區(qū)域?qū)λ龀跏碱A(yù)制棒(10)進(jìn)行外包覆的外包覆裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)的直徑是所述初始預(yù)制棒(10)的直徑的4-10倍。
21.如權(quán)利要求19或20所述的設(shè)備，其特征為，所述至少一個(gè)管(20)的長(zhǎng)度是所述初始預(yù)制棒(10)的長(zhǎng)度的0.3-0.8倍。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括用于測(cè)量和控制所述至少一個(gè)管(20)中的相對(duì)水分含量的裝置。
23.如權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括用于測(cè)量和控制所述環(huán)狀空間中的壓力的裝置。
24.如權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括用于對(duì)將要注入所述環(huán)狀空間的氣體進(jìn)行加熱的裝置。
25.如權(quán)利要求19至24中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，所述外包覆裝置包括等離子體噴槍(30)和硅石顆粒的進(jìn)入管道。
26.如權(quán)利要求19至25中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征為，所述設(shè)備包括位于所述外包層區(qū)域的兩側(cè)的兩個(gè)管(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)外包覆制造光纖最終預(yù)制棒的制造方法，包括如下步驟提供初始預(yù)制棒；將所述初始預(yù)制棒定位在至少一個(gè)管內(nèi)，其中所述至少一個(gè)管部分覆蓋所述初始預(yù)制棒，形成待外包覆的區(qū)域，即外包層區(qū)域，所述外包層區(qū)域位于所述至少一個(gè)管外的初始預(yù)制棒上；在相對(duì)于所述至少一個(gè)管外的壓力的超壓力下，將氣體注入所述初始預(yù)制棒和所述至少一個(gè)管之間的環(huán)狀空間；利用外包覆裝置在所述外包層區(qū)域用外包覆材料對(duì)所述初始預(yù)制棒進(jìn)行外包覆。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行所述方法的設(shè)備。本發(fā)明允許以低成本外包覆初始預(yù)制棒，同時(shí)最大程度限制雜質(zhì)混入硅石外包層。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1986467SQ20061016995
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者埃馬紐埃爾·珀蒂弗雷爾, 洛朗·卡爾沃, 塞德里克·戈內(nèi) 申請(qǐng)人:德雷卡通信技術(shù)公司