專利名稱：執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝的設(shè)備和制造光纖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝的設(shè)備，通過該設(shè)備能夠?qū)⒁粚踊蚨鄬訐诫s或不摻雜的二氧化硅沉積在細(xì)長玻璃基管的內(nèi)部，該設(shè)備包括細(xì)長的微波波導(dǎo)管，該波導(dǎo)管伸入一個共振腔，該共振腔圍繞一圓柱軸線呈大致圓柱形對稱地形成，所述基管沿著該圓柱軸線設(shè)置，其中所述共振腔為大致環(huán)形并具有圓柱形內(nèi)壁和圓柱形外壁，并且其中所述圓柱形內(nèi)壁包括圍繞所述圓柱軸線以整個圓形延伸的狹槽，并且所述微波波導(dǎo)管具有縱向軸線，該縱向軸線大致垂直于所述圓柱軸線延伸，以形成同軸波導(dǎo)管，還具有相對于所述縱向軸線以一個角度延伸的軸線，以形成饋電波導(dǎo)管，天線可沿著所述縱向軸線在所述同軸波導(dǎo)管中運動。
本發(fā)明還涉及一種通過這樣一種設(shè)備制造光纖的方法。
背景技術(shù)：
從美國專利US 5,223,308可知一種沉積設(shè)備，該設(shè)備包括微波發(fā)生器，一個矩形微波波導(dǎo)管用于在細(xì)長中空管連續(xù)運動的空間中產(chǎn)生強(qiáng)微波能的電磁場。這種管由合成樹脂(例如尼龍材料)形成，其中通過前述設(shè)備涂覆二氧化硅、氮化硅或硅碳氧化物(siliconoxycarbide)涂層，所述管用作汽車中的液壓空調(diào)系統(tǒng)，以便使流體冷卻劑(諸如氟利昂)進(jìn)入大氣中的損耗最小化。
美國專利申請US 2003/0104139涉及一種將等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)涂層沉積在中空玻璃管內(nèi)部的設(shè)備，其中使用包括波導(dǎo)管和涂覆器頭部的涂覆器，該波導(dǎo)管用于將微波從微波發(fā)生器引導(dǎo)到涂覆器頭部。所述波導(dǎo)管具有細(xì)長軸線和矩形橫截面，該矩形橫截面具有長軸和短軸并且垂直于波導(dǎo)管的細(xì)長軸線。玻璃管位于涂覆器頭部內(nèi)，并且涂覆器頭部在所述中空玻璃管上方沿著管的縱向軸線運動，涂層沉積在該中空玻璃管中。
美國專利申請US 2003/0115909涉及一種將一層或多層玻璃層沉積在中空基管內(nèi)部的設(shè)備，其中微波涂覆器的激勵空間(activatorspace)圍繞著中空基管，并且微波在該中空基管內(nèi)部產(chǎn)生等離子區(qū)，從而導(dǎo)致玻璃形成先質(zhì)(glass-forming precursor)將SiO2沉積到基管內(nèi)部。
可從授予本發(fā)明人的美國專利US 6,849,307了解到在前面介紹部分中提及的制造光纖的設(shè)備，該設(shè)備可用于制造拉制光纖的所謂預(yù)制件。根據(jù)已知的用于制造這種預(yù)制件的方法，細(xì)長的玻璃基管(例如包括石英)在其內(nèi)部圓柱形表面涂覆有多層摻雜的二氧化硅(例如摻鍺的二氧化硅)。這可通過如下方式實現(xiàn)，即，將基管沿著共振腔的圓柱軸線定位，并且用例如包括O2、SiCl4和GeCl2的氣態(tài)混合物沖刷管的內(nèi)部。局部定位的等離子區(qū)同時在腔中生成，導(dǎo)致Si、O和Ge的反應(yīng)，以便使得摻鍺的SiOx直接沉積在基管的內(nèi)表面上。由于這種沉積只發(fā)生在局部定位的等離子區(qū)附近，共振腔(和等離子)必須經(jīng)過管的圓柱軸線，以便在整個長度上均勻涂覆。當(dāng)涂覆完成時，管熱收縮成一根桿，所述桿具有摻鍺的SiO2芯部和圍繞的未摻雜的二氧化硅.覆層部分。如果所述桿的一端加熱到其熔融，可從該桿拔出細(xì)的玻璃纖維并將玻璃纖維繞在卷軸上；所述纖維的芯和覆層部分對應(yīng)于所述桿的芯和覆層部分。由于摻鍺的芯的折射率高于未摻雜的覆層的折射率，所述纖維可用作光信號的波導(dǎo)管，例如用于傳播光通信信號。應(yīng)該理解的是，沖刷所述基管的氣態(tài)混合物還可包括其它成分；例如C2F6的添加導(dǎo)致?lián)诫s的二氧化硅的折射率減小。還應(yīng)該理解的是，在拉拔工序之前，實心預(yù)制件可置于所謂的套管(包括未摻雜的二氧化硅)中，以便在最終的纖維中增加未摻雜二氧化硅相對于摻雜二氧化硅的量。另一種可能的涂覆過量二氧化硅的方法是通過等離子工藝或者外部氣相沉積(OVD)工藝進(jìn)行的所謂的外包層。
這種用于通信目的的光纖的使用要求光纖基本上沒有瑕疵(例如摻雜劑的比例不均、不期望的橫截面橢圓率等等)，因為在考慮很長一段光纖時，這種瑕疵可能導(dǎo)致被傳輸?shù)男盘柕娘@著衰減。因此，實現(xiàn)非常均勻和可復(fù)現(xiàn)的PCVD工藝是很重要的，因為沉積的PCVD層的品質(zhì)將最終決定光纖的品質(zhì)；因此重要的是，在共振腔中產(chǎn)生的等離子區(qū)應(yīng)該是(圍繞腔的圓柱軸線)旋轉(zhuǎn)對稱的。另一方面，如果能使預(yù)制件具有較大的直徑，生產(chǎn)工藝成本將會受到有利地影響，因為可從單個預(yù)制件獲得較長的纖維長度。如果為了能夠使用較厚的基管而增大共振腔的直徑，這將導(dǎo)致等離子區(qū)具有退化的旋轉(zhuǎn)對稱性，并且只能使用更高的微波功率來產(chǎn)生這種等離子區(qū)。
在前述PCVD設(shè)備中，來自能夠產(chǎn)生微波的裝置(例如微波爐)的能量必須傳遞到環(huán)形的共振腔，以便在基管內(nèi)部形成等離子區(qū)。這就是說，微波被供應(yīng)到饋電波導(dǎo)管并隨后借助設(shè)置在饋電波導(dǎo)管上的同軸波導(dǎo)管到達(dá)環(huán)形共振腔，所述環(huán)形共振腔相對于縱向軸線設(shè)置成一個角度。在這種結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵措施是從饋電波導(dǎo)管到同軸波導(dǎo)管的過渡。一起使用的天線使用一種或多種定中元件定位在同軸導(dǎo)管內(nèi)。這種定中元件能夠使天線沿著同軸波導(dǎo)管的縱向軸線運動并且還確保天線不會碰到同軸波導(dǎo)管的壁。因此所使用的定中元件必須能透過微波。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這類材料容易不期望地放電并且會減小供應(yīng)給共振腔的最大微波，這是由于這類材料的相對較低的介電強(qiáng)度。除此之外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，這類材料的表面粗糙度引入小的空氣通道，這不利地影響了共振腔的性能。本發(fā)明人還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)生放電，這類材料經(jīng)受的機(jī)械負(fù)荷過大，以至于會確定地出現(xiàn)裂縫或者甚至是蒸發(fā)，導(dǎo)致共振腔損壞并且最終替換共振腔。因為期望玻璃層在基管內(nèi)部上的沉積速率高，這要求高的微波功率，而這種定中元件構(gòu)成了不期望的限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個方面是要提供一種執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝的設(shè)備，該設(shè)備能夠采用高的微波功率水平來獲得高的沉積速率。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝的設(shè)備，其中使從微波傳遞到波導(dǎo)管中的等離子的能量最優(yōu)化。
本發(fā)明還有一個方面是提供一種執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝的設(shè)備，其中使微波在從饋電波導(dǎo)管到同軸波導(dǎo)管的通過過程中的不期望反射的發(fā)生最小化。
根據(jù)本發(fā)明，在前述部分中提及的用于執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝的設(shè)備的特征在于，天線將饋電波導(dǎo)管分成兩個部分。
當(dāng)使用這種在同軸波導(dǎo)管中的天線的特殊結(jié)構(gòu)時，可以不使用現(xiàn)有技術(shù)已知的定中元件。由于天線將饋電波導(dǎo)管分成兩個部分，天線在同軸波導(dǎo)管中的定中可以簡單的方式實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的使用還能夠在發(fā)生放電時以簡單的方式清理共振腔，并且再次使用共振腔，這使得成本顯著降低。除此之外，由于天線將饋電波導(dǎo)管分成兩個部分并且天線部分地位于饋電波導(dǎo)管外側(cè)，因此，能夠使用加壓氣體或者流體冷卻天線，在使用高微波功率時這種冷卻被認(rèn)為是必須的。此外，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于正確地操作，保持天線在同軸波導(dǎo)管中的正確定中位置不是那么重要。
在一種
具體實施例方式
中，優(yōu)選在饋電波導(dǎo)管內(nèi)部、在天線將饋電波導(dǎo)管分成兩個部分的位置設(shè)置引導(dǎo)元件，該引導(dǎo)元件使微波從饋電波導(dǎo)管傳遞到同軸波導(dǎo)管。這種引導(dǎo)元件必須被這樣構(gòu)造，微波從饋電部分到同軸部分不會導(dǎo)致微波的反射，這種反射對供應(yīng)到等離子區(qū)的微波功率有負(fù)面影響。
本發(fā)明的引導(dǎo)元件的適當(dāng)實施方式包括錐形或者球形形狀，該錐形或者球形的底面抵靠著饋電波導(dǎo)管的內(nèi)壁，從而使引導(dǎo)元件位于饋電波導(dǎo)管中。所述底面應(yīng)被理解為指的是引導(dǎo)元件的與饋電波導(dǎo)管的內(nèi)壁接觸的部分；例如在錐形形狀的情況中，該底面是椎體的底部。特別優(yōu)選的是，在錐形或者球形對稱分成兩個部分的情況下，天線可沿著縱向運動經(jīng)過錐形或者球形的最高點(apex)。
為了進(jìn)一步優(yōu)化從垂直到同軸的過渡，優(yōu)選的是，在一種具體的實施方式中，在所述饋電波導(dǎo)管中存在能夠沿著該饋電波導(dǎo)管的縱向軸線運動的元件，所述元件在饋電波導(dǎo)管的整個橫截面上延伸。
在一種具體的實施方式中，位于圓柱形內(nèi)壁中的狹槽優(yōu)選包括間隔，從而實際上是設(shè)置了多個狹槽。
本發(fā)明還涉及一種通過等離子化學(xué)氣相沉積工藝制造光纖的方法，該方法包括如下步驟執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝，將一層或多層摻雜或不摻雜的二氧化硅沉積在細(xì)長玻璃基管的內(nèi)表面上，使所述基管經(jīng)受熱收縮處理，以形成實心預(yù)制件，熔融所述實心預(yù)制件的一端，并從所述一端拉拔光纖。
在本發(fā)明方法的一種具體實施方式
中，優(yōu)選的是，在等離子化學(xué)氣相沉積工藝過程中天線沿著同軸波導(dǎo)管的縱向軸線運動，以便最優(yōu)化微波從饋電波導(dǎo)管到同軸波導(dǎo)管的通路。
優(yōu)選的是，在等離子化學(xué)氣相沉積工藝過程中饋電波導(dǎo)管中的所述元件沿著該饋電波導(dǎo)管的縱向軸線運動，以便最優(yōu)化能量向等離子區(qū)的傳遞。


下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明，應(yīng)注意附圖中的連接部分，但是本發(fā)明決不限于這種具體實施方式
。
圖1示出了本發(fā)明的用于執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝的設(shè)備。
具體實施方式
在附圖中，用于執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝的設(shè)備被示意性地標(biāo)記為1。該設(shè)備1包括定位在同軸波導(dǎo)管7中的內(nèi)部引導(dǎo)件或天線6。天線6可沿著箭頭P所示的方向沿著同軸波導(dǎo)管7的縱向軸線運動，該同軸波導(dǎo)管7終止于共振腔2，該共振腔2大致為環(huán)形，具有圓柱形內(nèi)壁5和圓柱形外壁3。圓柱形內(nèi)壁5包括狹槽4，該狹槽4圍繞圓柱軸線12以整個圓延伸(在垂直于附面的平面中)。天線6具有(中央)縱向軸線，該縱向軸線大致垂直于所述圓柱軸線12延伸。所述縱向軸線和所述狹槽4彼此錯開，從而所述縱向軸線沒有將所述狹槽4分成兩個部分。由于玻璃層的沉積只發(fā)生在等離子區(qū)附近，共振腔2(和等離子區(qū))必須沿著圓柱軸線12運動，以便沿著基管的整個長度均勻地涂覆基管(未示出)。
饋電波導(dǎo)管8連接到速調(diào)管(未示出)，該速調(diào)管用于將微波供應(yīng)到饋電波導(dǎo)管8，微波然后可進(jìn)入同軸波導(dǎo)管7，并最終在共振腔2、具體地說是在腔14中的玻璃基管(未示出)內(nèi)產(chǎn)生等離子區(qū)，所述等離子區(qū)產(chǎn)生如下狀況，即，供應(yīng)到基管內(nèi)部的玻璃形成先質(zhì)將沉積在基管的內(nèi)壁上，以便形成一層或多層玻璃層。本發(fā)明的實質(zhì)在于，天線6在二分點(bisection point)10附近將饋電波導(dǎo)管8分成兩個部分并且因此位于饋電波導(dǎo)管8外部。這種結(jié)構(gòu)可不使用通常設(shè)置在同軸波導(dǎo)管7中的定中元件。為了確保從饋電波導(dǎo)管8到同軸波導(dǎo)管7的最優(yōu)化通路，設(shè)置了引導(dǎo)元件9，該引導(dǎo)元件9的底面13抵靠在饋電波導(dǎo)管8的內(nèi)壁上。為了實現(xiàn)微波功率的進(jìn)一步優(yōu)化，將元件11設(shè)置在饋電波導(dǎo)管8中，該元件11可沿著箭頭Z所示的方向沿著饋電波導(dǎo)管的縱向軸線運動。饋電波導(dǎo)管8優(yōu)選地被構(gòu)造成連接到同軸波導(dǎo)管7，并且使可在同軸波導(dǎo)管7中運動的天線6不從饋電波導(dǎo)管8的中心經(jīng)過。換句話說，饋電波導(dǎo)管8的帶有元件11的部分的長度小于饋電波導(dǎo)管8沒有元件11的部分的長度。
權(quán)利要求
1.一種用于執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝的設(shè)備，通過該設(shè)備能夠?qū)⒁粚踊蚨鄬訐诫s或不摻雜的二氧化硅沉積在細(xì)長玻璃基管的內(nèi)部，該設(shè)備包括細(xì)長的微波波導(dǎo)管，該波導(dǎo)管伸入一個共振腔，該共振腔圍繞一圓柱軸線呈大致圓柱形對稱地形成，所述基管沿著該圓柱軸線設(shè)置，其中所述共振腔為大致環(huán)形并具有圓柱形內(nèi)壁和圓柱形外壁，并且其中所述圓柱形內(nèi)壁包括圍繞所述圓柱軸線以整個圓形延伸的狹槽，并且其中所述微波波導(dǎo)管具有縱向軸線，該縱向軸線大致垂直于所述圓柱軸線延伸，以形成同軸波導(dǎo)管，還具有相對于所述縱向軸線以一個角度延伸的軸線，以形成饋電波導(dǎo)管，天線能夠沿著所述縱向軸線在所述同軸波導(dǎo)管中運動，其特征在于所述天線將所述饋電波導(dǎo)管分成兩個部分。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于將引導(dǎo)元件設(shè)置在饋電波導(dǎo)管的內(nèi)部位于天線將饋電波導(dǎo)管分成兩個部分的位置處，所述引導(dǎo)元件能夠使微波從所述饋電波導(dǎo)管傳遞到同軸波導(dǎo)管。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述引導(dǎo)元件具有錐形或者球形形狀，該錐形或者球形的底面抵靠著饋電波導(dǎo)管的內(nèi)壁。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于在錐形或者球形對稱分成兩個部分的情況下，天線能夠沿著縱向運動經(jīng)過錐形或者球形的最高點
5.如前述權(quán)利要求中任一項或多項所述的設(shè)備，其特征在于在所述饋電波導(dǎo)管中存在能夠沿著該饋電波導(dǎo)管的縱向軸線運動的元件，所述元件在饋電波導(dǎo)管的整個橫截面上延伸。
6.如前述權(quán)利要求中任一項或多項所述的設(shè)備，其特征在于位于圓柱形內(nèi)壁中的狹槽包括間隔。
7.如前述權(quán)利要求中任一項或多項所述的設(shè)備，其特征在于所述饋電波導(dǎo)管被設(shè)置成垂直于所述縱向軸線。
8.一種通過等離子化學(xué)氣相沉積工藝制造光纖的方法，該方法包括如下步驟執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝，將一層或多層摻雜或不摻雜的二氧化硅沉積在細(xì)長玻璃基管的內(nèi)表面上，使所述基管經(jīng)受熱收縮處理，以形成實心預(yù)制件，熔融所述實心預(yù)制件的一端，并從所述一端拉拔光纖，其特征在于所述等離子化學(xué)氣相沉積工藝在如權(quán)利要求1至7中任一項或多項所述的設(shè)備中進(jìn)行，其中所述基管沿著圓柱軸線設(shè)置于共振腔的圓柱形內(nèi)壁中，所述基管和所述共振腔大致同軸，并且所述共振腔沿著基管的長度往復(fù)地運動，以便將一層或多層摻雜或不摻雜的二氧化硅沉積在所述基管的內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于在等離子化學(xué)氣相沉積工藝過程中天線沿著同軸波導(dǎo)管的縱向軸線運動，以便優(yōu)化微波從饋電波導(dǎo)管到同軸波導(dǎo)管的通路。
10.如前述權(quán)利要求8至9中任一項或多項所述的方法，其特征在于在等離子化學(xué)氣相沉積工藝過程中饋電波導(dǎo)管中的所述元件沿著該饋電波導(dǎo)管的縱向軸線運動，以便優(yōu)化能量向等離子區(qū)的傳遞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行等離子化學(xué)氣相沉積工藝的設(shè)備，通過該設(shè)備能夠?qū)⒁粚踊蚨鄬訐诫s或不摻雜的二氧化硅沉積在細(xì)長玻璃基管的內(nèi)部。本發(fā)明還涉及一種通過這樣一種設(shè)備制造光纖的方法。
文檔編號G02B6/00GK101089223SQ20071010908
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者J·A·哈特休克, M·科斯坦, M·J·N·范斯特拉倫, R·H·M·德克爾斯 申請人:德雷卡通信技術(shù)公司