通過內部氣相沉積工藝制造光學預制件的方法和裝置及基管組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過內部氣相沉積工藝來制造光學預制件的裝置，其中，該裝置包括能量源和中空基管，該中空基管具有供給側和排出側，該能量源能夠沿著中空基管的長度移動，該裝置還包括連接至中空基管的排出側的延長管。
【背景技術】
[0002]通常，在光纖領域中，在基管的內表面上沉積多個玻璃薄膜?；苁侵锌盏囊允沟媚軌蜻M行內部沉積?；芸梢杂衫缡⒉Ａ?S12)的玻璃制成。玻璃形成氣體(即，包括玻璃以及可選地針對摻雜物的前體的形成所用的氣體的反應氣體)從基管的一端(被稱為基管的“供給側”)被引入該基管的內部。
[0003]在基管的內表面上沉積(分別根據(jù)具有或不具有一個或多個針對摻雜物的前體的反應氣體的使用的)摻雜或未摻雜的玻璃層。剩余氣體從被稱為基管的“排出側”的基管的另一端被排出或去除。該去除可選地由真空栗來執(zhí)行。真空栗具有在基管的內部產生減壓的效果，其中該減壓通常包括5?50mbar、即500?5000帕斯卡的壓力值。
[0004]已知有氣相軸向沉積(VAD)、改進的化學氣相沉積(MDVD)和等離子體增強化學氣相沉積(PECVD或PCVD)的幾種類型的內部化學氣相沉積(CVD)。等離子體增強化學氣相沉積(PECVD或PCVD)是用于在基板上沉積從氣態(tài)(蒸汽)到固態(tài)的薄膜的工藝。在該工藝中涉及在創(chuàng)建了反應氣體的等離子體之后發(fā)生的化學反應。
[0005]—般地，通過使用電磁輻射、優(yōu)選為微波來誘導等離子體。通常，來自發(fā)生器的電磁輻射經由波導指向施加器，其中該施加器包圍基管。該施加器使電磁輻射耦合到在基管的內部所產生的等離子體中。該施加器在基管的長邊方向上往復移動。因而，所形成的等離子體(還稱為“等離子體反應區(qū)”)也往復移動。作為該移動的結果，每次行程(stroke)或通過(pass)使得薄的玻璃態(tài)二氧化硅層沉積到基管的內部上。
[0006]在沉積工藝期間，施加器和基管通常由加熱爐包圍，以使基管維持處于900-1300°C 的溫度。
[0007]因而，在加熱爐的邊界內，施加器沿著基管的長度平移移動，其中該加熱爐包圍基管并且施加器在該加熱爐內往復運動。隨著施加器的該平移移動，等離子體也在相同方向上移動。隨著施加器到達加熱爐的靠近基管的一端的內壁，使施加器的移動反轉以使得該施加器向著加熱爐的另一內壁移動至基管的另一端。換句話說，施加器以及等離子體在基管的供給側的換向點和排出側的換向點之間往復運動。施加器以及等離子體沿著基管的長度以來回移動的方式行進。將各次來回移動稱為“通過”或“行程”。各次通過使得玻璃態(tài)二氧化硅材料的薄層沉積在基管的內部。
[0008]通常，僅在基管的一部分、即被施加器包圍的部分中產生等離子體。施加器的尺寸小于加熱爐和基管的尺寸。僅在等離子體的位置處，反應氣體被轉換成實心玻璃并且沉積在基管的內表面上。由于等離子體反應區(qū)沿著基管的長度移動，因此玻璃沿著基管的長度或多或少均勻地沉積。
[0009]在通過的次數(shù)使這些薄膜、即所沉積材料的累積厚度增加的情況下，這種增加由此導致基管的剩余內徑的減小。換句話說，基管內的中空空間隨著每次通過而不斷變小。
[0010]在沉積工藝期間，將基管夾入玻璃加工車床。施加器僅在所述基管的一部分的上方往復移動。這存在所述昂貴基板的僅一部分可用于制備光纖的缺點。為了克服該問題，例如根據(jù)以下的公開文獻，已知將一個質量較低的玻璃管(例如，所謂的延長管)至少安裝至所述基管的排出側。這樣使該管的總長度延長。將這些延長管夾入玻璃加工車床內，從而使可用于沉積的基管的有效長度增大。
[0011 ] 根據(jù)本申請人的歐洲專利申請EP 1,801,081，公開了一種用于通過內部氣相沉積工藝來制造光學預制件的裝置，其中:在基管的排出側的內部存在插入管；該插入管的外徑和形狀與基管的內徑和形狀大致相對應；以及該插入管延伸到基管的外側。換句話說，插入管插入基管的端部內。
[0012]根據(jù)日本專利申請JP 2003-176148，已知有一種用于制造光纖的預制件的方法，包括以下步驟:使排氣管同軸地安裝至石英管。
[0013]根據(jù)美國專利US 4，389，229，已知一種用于利用改進的化學氣相沉積工藝來制造光導預制件的方法，其中，未沉積的反應物穿過玻璃基管并流入反應物排氣系統(tǒng)，并且由均勻流動的反應物游離氣體輸送穿過該反應物排氣系統(tǒng)。這些反應物穿過排氣管、反應物回收室、經過壓力控制設備并進入氣體洗滌器。在該工藝期間，通過連續(xù)監(jiān)測排氣系統(tǒng)內的壓力并相應地調節(jié)壓力控制設備來使排氣系統(tǒng)內的壓力維持大致恒定。
[0014]根據(jù)歐洲專利申請EP I, 988，062，已知一種用于通過內部氣相沉積工藝來制造光學預制件的裝置和方法，該裝置包括能量源和基管，其中，該基管具有用于供給玻璃形成前體的供給側和用于排出沒有沉積在基管的內部上的成分的排出側，而該能量源能夠沿著基管的位于供給側的換向點和排出側的換向點之間的長度移動。
[0015]例如，日本專利申請JP 2003-176148的一個缺陷是在內部氣相沉積工藝中沉積在沉積區(qū)域的外部的玻璃狀材料引起基管中所積累的機械應力。該機械應力可能會導致基管在光學預制件生產期間發(fā)生斷裂，這是不期望的。
[0016]包括安裝至基管的排出側的延長管的已知裝置的另一缺陷是延長管和中空基管之間的連接在后續(xù)的徑向收縮(collapsing)步驟期間經受機械張力，這可能會導致基管或由此得到的初級預制件出現(xiàn)裂紋，這是不期望的。
[0017]在現(xiàn)有技術中，可能導致基管或初級預制件出現(xiàn)裂紋的另一問題是在延長管的內部存在粉塵(soot)。在內部沉積工藝完成的情況下，去除溫度通常仍非常高(例如，800-900攝氏度等)的內表面上沉積有玻璃層的基管。在隨后該基管略微傾斜的情況下，產生所謂的煙囪效應(chimney effect)，這導致粉塵的一部分流入基管內而造成玻璃層被污染。在沒有去除粉塵的情況下，由于施加至所述延長管的機械應力而可能會在徑向收縮工藝期間產生裂紋。這可以通過在使所述延長管傾斜之前手動從該延長管去除所述粉塵來克月艮，但該操作由于高溫而難以進行。
[0018]先前在現(xiàn)有技術中已經通過將插入管引入基管中解決了該問題。該插入管“捕獲”粉塵，并且可以在后續(xù)的徑向收縮之前容易地從基管移除。
[0019]將插入管插入基管內的已知裝置的缺點是導致在基管的內表面上的與插入管鄰接的縱向位置上積累了不期望的玻璃狀沉積，其中該玻璃狀沉積導致裂紋形成的增加。以下將更詳細地說明該情況。
[0020]本發(fā)明的目的是提供一種用于通過內部氣相沉積工藝來制造光學預制件的裝置，其中，緊挨在沉積區(qū)域的外部上所沉積的玻璃所引起的積累在玻璃中的內部應力以及中空插入管和中空基管之間的連接的機械張力均降低。
[0021]本發(fā)明的另一目的是提供用于通過內部氣相沉積工藝來制造光學預制件的方法，其中，避免或至少減少了上述的內部應力積累和機械張力。
[0022]本發(fā)明的另一目的是提供不存在現(xiàn)有技術的缺陷的基管組件。
[0023]上述的各目的由本發(fā)明來實現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0024]本發(fā)明的第一方面涉及一種裝置，其第二方面涉及一種方法，并且其第三方面涉及一種基管組件。
[0025]在所述第一方面中，本發(fā)明涉及一種用于通過內部氣相沉積工藝來制造光學預制件的裝置，所述裝置包括能量源和中空基管，所述中空基管具有供給側和排出側，所述能量源能夠沿著所述中空基管的長度移動，所述裝置還包括連接至所述中空基管的所述排出側的延長管，其中，所述中空基管延伸至所述延長管的內部，以及所述延長管的內徑比所述中空基管的外徑大了至少0.5毫米。
[0026]在所述第一方面的實施例中，所述中空基管延伸至所述延長管的內部的長度為0.5?10厘米。
[0027]在所述第一方面的實施例中，所述中空基管延伸至所述延長管的內部的長度為2?5厘米。
[0028]在所述第一方面的實施例中，所述中空基管延伸至所述延長管的內部的長度為2.5?3.5厘米。
[0029]在所述第一方面的另一實施例中，所述延長管的內徑比所述中空基管的外徑大了0.5?5暈米。
[0030]在所述第一方面的另一實施例中，所述延長管的內徑比所述中空基管的外徑大了I?2毫米。
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