CN101679102A - 制备光纤预制棒的环形等离子体射流法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于制备光纤预制棒的方法和装置，所述方法包括将等离子气体源注入管状元件的第一末端内；通过等离子气体源流过等离子气体进料器喷嘴产生环形等离子火焰，所述等离子气体进料器喷嘴包括：内管和外管，其中所述等离子气体源注入内管和外管之间，以产生环形等离子火焰，以便至少一部分环形等离子火焰辐射状朝向管状元件的内表面；相对于等离子火焰沿纵轴穿越管状元件；通过将化学试剂引入等离子火焰中，将至少一个灰层沉积在管状元件的内表面上；并将所有的灰层在管状元件内表面上熔合成玻璃材料。

Description

制备光纤预制棒的环形等离子体射流法和装置
相关申请的交叉参考
本申请是2003年8月01日提交的美国专利申请号10/631,720的部分继续申请。
发明领域
本发明涉及光纤的制备，更特别是涉及材料使用等离子炬的沉积和烧结。
问题
自从至少二十世纪70年代早期以来，已经制备了商业数量的光纤。已知制备方法的一个实例是首先制备圆柱形预制棒(preform)，一般由二氧化硅材料制备，然后将预制棒加热至粘稠状态，把它拉成纤维。构成预制棒的二氧化硅材料通常与选择的化学物质混合，以赋予期望的光学性能的横截面特性，尤其是关于折射率的光学性能。
Keck的美国专利(USP)第3,737,292号和Blankenship的美国专利第3,932,162号描述的用于制备预制棒的一种实施例方法是外气相沉积法(OV)。Izawa等的美国专利第4,062,665和4,224,046号均描述了通过气相轴向沉积法(VAD)制备预制棒的已知方法的其它实例。
用于制备预制棒的已知方法的再一个实例是例如由Geittner等的美国专利第4,741,747和4,857,091号两者描述的等离子体化学气相沉积法(PCVD)。PCVD从薄壁的起动器管开始，该管在旋床内旋转，且化学物质流过管内部。微波源产生非等温的等离子体，该等离子体诱导多相化学反应，以在管的内表面上形成非常薄的玻璃层。重复该层直至获得累积的期望厚度，于是该管塌陷成预制棒。该多相反应限制玻璃沉积的速率，即沉积速率。PCVD法在预制棒尺寸上也具有限制。
例如，由Miller的美国专利第3,982,916号、MacChesney等的美国专利第4,217,027号、Fleming等的美国专利第5,000,771号和Partus等的美国专利第5,397,372和5,692,087号描述的改进的化学气相沉积(MCVD)法，是用于制备预制棒的另外已知方法。
典型的MCVD法从将二氧化硅或石英管安装至旋床的可旋转卡盘上开始。根据旋床的构造，管的纵轴是垂直或水平的。用旋床安排化学释放***，当它旋转时，该化学释放***将不同的化学混合物注入管的一端。为了沉积材料，当注入化学物质时，氧-氢化学火炬或等离子炬沿旋转管的长度穿越(traversed)。火炬的穿越通常按化学物质流动的下游方向穿过管内部。火炬火焰在管内部的区域内形成热条件。热条件促进流过该区域的混合物内的化学反应。化学反应产生颗粒状反应产物，例如二氧化硅SiO2和二氧化锗GeO2。通过化学混合物流动，使这些反应产物在管内向下传送，且沉积在加热区下游的内表面上。火炬在化学混合物流动的下游方向上移动，且当它到达已经沉积反应产物的管区域时，它的热量具有两个效应。一个是加热内部导致在那个区域内在化学物质流动中的上述反应，该反应如上所述进一步向下游传递。另一个效应是当火炬位于上游时，它加热和熔化反应沉积的反应产物，使反应产物熔化转化成二氧化硅玻璃。
当火炬已经穿越管的整个长度时，在管的内表面上形成二氧化硅玻璃层。然后将火炬移回至其起始位置，且当化学物质注入管内部时再沿长度穿越。这在通过先前的穿越沉积的二氧化硅玻璃层之上形成另一个二氧化硅玻璃层。重复该过程，直至在管的内部上形成二氧化硅层的所需厚度。然后将管加热并塌陷成为预制棒的固体棒。然后，将预制棒加热并拉成光纤。
在MCVD中，基本化学过程是使用热源，以诱导均相的化学反应，以形成灰粒，灰粒沉积在化学流的下游，且当热源在沉积区域内移动时熔合成玻璃层。工艺条件需要在管内层流。沉积灰粒的主要驱动力是依赖于反应区和管壁的温差的热泳力(thermophoretic force)。见例如，Walker等，Journal of Colloid and Interface Science第69卷第1期，第138页(1979年)，Walker等，Journal of the American Ceramic Society第63卷第9/10期，第552页(1980年)，Simpkins等，Journal of AppliedPhysics第50卷第9期，第5676页(1979年)。
在光纤制备领域中，上述MCVD的变体称为″等离子火球″，用由射频(RF)源供给能量的线圈环绕管以建立等离子区域，或在管的中心区域的″等离子火球″。以下文献描述了″等离子火球″法的实例：Jaeger等的美国专利第4,262,035号、Fleming等的美国专利第4,331,462号和Edahiro等的美国专利第4,402,720号。Sterling等的美国专利第4,349,373号公开了另一″火球″法，显示首先将管排空，然后在部分真空(0.1-50托)下操作的方法。在这些方法中的每一种中，火球具有椭圆体的形式，位于在线圈之间的管的中心，且在火球中心的温度比火球的边缘高许多。将化学物质引入管内，以便在火球中及其邻近发生反应，且由于热泳力可与MCVD相比，所以反应产物或灰趋向于向管的内表面移动。
虽然广泛地使用，但MCVD法需要大量的时间和昂贵的设备。因为在克/分钟方面的速率，所以时间是大量的，MCVD可以使玻璃沉积在管的内表面上。MCVD设备成本高，部分因为它需要精密的旋床机构和良好控制的火炬和化学释放***。并且，必须紧密控制处理环境。实例是空气携带的水蒸气必须保持在最小量，因为它引起不需要的化学反应，该化学反应又产生污染二氧化硅玻璃的副产物。与处理设备的费用结合的加工时间(基于现有MCVD法的沉积速率限制)等于用于制备各预制棒的高成本。因为要直至完成该过程才进行预制棒光学性质的许多测试，所以成本进一步增加。因此，如果预制棒的测试失败，以至于它必须丢弃，那么就损失了整个加工时间。
在本领域中已经鉴定出用于降低过程成本的策略和方法。一种方法是制备较大直径的预制棒。直接的益处是预制棒越大，那么设置之间的时间越长。换言之，较大的预制棒减少预制棒制备中的设置费用，该费用是与沉积材料以制备预制棒相反的设置设备的时间百分比。更特别是，设置包括将起始管安装至旋床内、定位火炬和确保化学释放***的适当操作。不管预制棒的直径，设置所需的时间基本上恒定，即预制棒直径的增加基本上不增加设置所需的时间。因此，即使预制棒的直径增加提高了沉积所需的时间，但是设备的利用率增加，因为设置代替玻璃沉积占用设备的时间百分比降低。第二个益处之一是可能需要较少的操作者，因为，尤其通过巨大的设置，一个人可能监视或操作多于一个工作站。
然而，如果制备较大的预制棒，但不增加沉积速率，和如果抛开质量原因的预制棒百分比保持恒定，那么相当一部分的效率改善损失了。如上所述，该损失是因为直至沉积或在一些情况下，塌陷完成才可以进行一些预制棒质量测试。虽然降低了设置费用，但较大的预制棒需要较长的时间来制备。如果较大预制棒的沉积速率与较小预制棒的沉积速率相同，那么沉积时间就成比例地升高。因此，较大预制棒的质量测试失败时，加工努力和时间损失高于较小预制棒失败时损失的那些。因此，由于上述的设置费用减少，较大的预制棒可获得加工速率的净增加，但当大的预制棒不能满足质量标准时仍然损失了大量的加工时间。
因此，当成本变得越来越具有竞争性时，对增加沉积速率的需求仍然是持续的目标。较高的沉积速率将缩短加工时间并降低劳动成本。较高的速率趋向于更经济地制备较大的预制棒，尤其是如果可以改善拒绝率。此外，较高的沉积速率将节省资本投资，因为对于相同的总纤维产量将需要更少的预制棒制备设备。
MCVD法已经广泛地用于预制棒制备，因为与其它方法相比，它是相对简单的方法。然而，沉积效率、原料转化率或材料利用率非常低。通常，SiCl4约50％，和GeCl4低于25％。SiCl4大于90％和GeCl4大于80％的较高效率，将意味着显著节约原料的成本。
出版物描述了使用等离子体射流在轴向上沉积二氧化硅。颁发给Irven的美国专利第4,242,118号显示了一种这样的方法，该方法描述了使用射频(RF)等离子体射流，在低压(1-50托)下，在轴向上沉积玻璃来制备光学预制棒。然而，没有至少一种未被Irven显示的改进，即用密封室进行其公开的沉积，Irven专利公开的方法就不可以制备低OH含量的预制棒。颁发给Isizawa等的美国专利第4,062,665号和颁发给Fujiwara等的美国专利第4,135,901号也已经报道了通过等离子体在轴向上沉积二氧化硅。所有这些报道的方法具有一个共同的特征-目标总是面向等离子射流方向(在等离子射流前面)。
此外，当设法将另外的化学物质掺入透明玻璃中时。因为透明玻璃基本上无孔，企图将另外的有益化学物质例如氟掺入其中已经引起问题。氟气体不能扩散通过已经预先沉积在预制棒上的基本上无孔的透明玻璃。因此，在先有技术预制棒中发现的氟浓度在整个预制棒中不是特别均匀。这部分由于在以前沉积的透明玻璃层上氟的化学蚀刻反应。此外，氟是用于降低玻璃预制棒折射率的掺杂剂；它也是用于透明玻璃的非常好的蚀刻剂。当将一定量的氟掺入透明玻璃中而同时在典型的MCVD或PCVD法期间保持高沉积速率时，这部分引起挑战。
此外，大多数含稀土元素的化学物质为液相或固相，且非常难以通过使用标准化学气相沉积法，将这些掺杂剂掺入光纤预制棒中。没有使用固体掺杂剂制备活性预制棒的报告。以下是使用液体掺杂剂制备活性预制棒的最通常已知的方法。首先，通过使含期望的稀土元素的掺杂剂溶液流动穿过管的内部，使未固结的掺杂或未掺杂的二氧化硅灰粒沉积在管的内壁。然后，让灰粒浸泡在溶液中，持续一段时间，用较低的热量将溶液蒸发，然后使灰粒固结并塌陷成预制棒。显然，先有技术方法涉及许多加工步骤，且它们将难以控制掺杂剂浓度。
此外，在典型的MCVD先有技术沉积过程中观察到，沉积管的入口和排气端存在锥体(taper)，可以长达20cm。这些是此类方法固有的沉积材料的损失，当由预制棒形成光纤时，可引起差的性能。通常，使用另外的控制以减少与MCVD法有关的成锥体问题。
概述
除了提供本文所述的进一步益处和特征外，本发明还促进了现有技术的发展并克服上述缺点。
实施例装置包括管支持物，该管支持物用于支撑具有外圆柱面的管状工件，该外圆柱面与由内圆柱面围绕纵轴限定的内部体积同心。实施例装置还包括感应线圈和辐射状等离子气流喷嘴，该感应线圈具有在隙孔周围的线圈，该隙孔与线圈轴线同心，该辐射状等离子气流喷嘴的形状和尺寸制成可***管的内部体积内，且可沿内部体积的长度移动。实施例装置还包括喷嘴平移装置和线圈平移装置，该喷嘴平移装置用于支撑在管内部体积内的辐射状等离子气流喷嘴，且使管沿纵轴，相对于辐射状等离子气流喷嘴移动，该线圈平移装置用于支撑感应线圈，以便管延伸穿过线圈隙孔，且使感应线圈与辐射状等离子气流喷嘴维持基本上对齐，且喷嘴平移装置使在管内部内的辐射状等离子气流喷嘴沿纵轴的方向移动。
实施例装置还包括感应线圈能源，和用于将等离子气体供应至辐射状等离子气流喷嘴的等离子气体源，和沉积化学物质源，该沉积化学物质源用于在喷嘴平移装置使在管内部内的辐射状等离子气流喷嘴沿纵轴的方向移动的同时，将选择的化学物质注入管内部体积。
在再一个实施例装置中，管支持物包括第一和第二可旋转卡盘，将所述卡盘构造和安排成使管状工件固定，并使其围绕纵轴旋转，同时喷嘴平移装置使在管内部内的辐射状等离子气流喷嘴沿纵轴的方向移动，且同时线圈平移装置支撑并移动感应线圈，以便管延伸穿过线圈隙孔，且使感应线圈与辐射状等离子气流喷嘴维持基本上对齐。
在进一步的实施例装置中，将第二支持物和感应线圈构造和安排成在通过第一和第二可旋转卡盘使管状工件旋转的同时，管状工件延伸穿过线圈隙孔，且感应线圈可在公共轴线的方向上移动。实施例装置还包括与感应线圈连接的可控射频电源。
实施例装置还包括与支撑杆耦合的等离子气体进料器平移驱动器，和与感应线圈支持元件耦合的感应线圈平移驱动器，以便气体进料器支撑杆和感应线圈支撑杆各自可在公共轴线的方向上选择性移动。
实施例方法包括使管状工件围绕其纵轴旋转，该工件的一部分延伸穿过感应线圈，该感应线圈安排成使其绕线轴与石英管工件的纵轴基本上共轴。感应线圈由射频源供给能量，将辐射状等离子气流喷嘴***管的内部，使等离子体源气体从喷嘴喷射。给线圈通电，使等离子体源气体喷射，以便在辐射状等离子气流喷嘴附近形成等离子火焰，该等离子火焰具有在从管的纵轴向外朝向管的内表面的径向分量。在产生等离子火焰的同时，将化学物质引入管内部。以在等离子火焰内及其附近进行化学反应的方式，引入化学物质，以产生烟灰，以便烟灰通过等离子气体的径向分量转移并沉积到管的内表面上。
在沉积过程期间，在沉积管上形成明亮的环，其中发生玻璃的沉积和固结。等离子体射流的径向是形成该环的驱动力。这也是沉积灰粒的驱动力；它不是导致MCVD和PCVD法的相同″热泳(thermophoretic)″力。Walker等在以下文献中教导了热泳力：the Journalof Colloid and Interface Science，第69卷，第1期，第138页，1979年3月15日。因此，为了参考的一致性，本文将等离子体射流称为″环形等离子体射流″。
平行于管的纵轴，相对于管移动辐射状等离子气流喷嘴和感应线圈，以便产生的等离子火焰和灰沉积沿纵轴的方向，沿管的长度移动。
此外，本发明还提供几个灰层的沉积，其中当所有以前沉积的灰层均熔合成透明玻璃时，最后的灰层同时沉积。该方法的一个益处是，当其它有益的化学物质例如氟沉积时，由于它们相对于熔化的透明玻璃层增加了孔隙率，所以它们容易地扩散通过几个以前沉积的灰层。这提供均匀浓度的另外化学物质例如氟，且极大地提高预制棒的透明玻璃材料的沉积速率。
该新方法最适用于制备活性纤维例如纤维放大器或纤维激光器，且它是可以降低生产成本的一步法。为了制备活性纤维，需要掺杂稀土族元素例如铒(Er3+)或钕(Nd3+)，且在本发明中，可以以液体或固体形式引入这些掺杂剂。
除由光纤预制棒改善光纤制备之外，还观察到，在沉积管末端的沉积锥度比先有技术方法显著降低。
本发明还提供显著减少的入口锥体，并使沉积管的末端排气，而不使用如上所述的另外控制。这有助于在整个沉积管长度获得非常均匀的沉积，其进一步有助于由单一预制棒制备更好和更长的光纤产品。
此外，本发明还提供注入化学试剂，该化学试剂具有与等离子气体相似的特定旋流图案，并且也按与等离子气体相同的旋转方向。通过这样，大大地提高沉积效率。说明，当化学试剂和等离子气体从同侧注入时也很重要，它们将具有相同的旋转方向。相反，当从对侧注入化学试剂和等离子气体时，它们将具有相反的旋转方向。例如，如果等离子气体具有顺时针旋转方向，那么化学试剂流将具有逆时针旋转方向。这将使沉积效率最小化并在管内产生不能控制的涡流。
附图简述
图1显示当按照本发明的实施方案，使用环形等离子体射流火焰沉积材料时，用于保持管状元件垂直的沉积装置的横截面图；
图2显示等离子气体进料器喷嘴的详细结构的横截面图，该喷嘴用于按照本发明的实施方案建立环形等离子体射流火焰；
图3显示当按照本发明的另一个实施方案，使用环形等离子体射流火焰沉积材料时，与图1沉积装置或与保持管状元件水平的图1装置变体结合，与等离子气体一起注入化学试剂的特征横截面图；
图4显示当按照本发明的实施方案，使用环形等离子体射流火焰沉积材料时，与图1沉积装置或与保持管状元件水平的图1装置变体结合，沿等离子气体流的轴线侧注入化学试剂的特征横截面图；
图5显示按照本发明的实施方案，相对于等离子气体，在管状元件的相反末端注入化学试剂，以水平模式操作的特征横截面图；
图6显示按照本发明的另一个实施方案的沉积装置的横截面图；
图7是温度曲线图，该曲线图显示环形等离子体射流火焰和先有技术的″火球″等离子火焰的典型温度曲线的比较；和
图8显示方法流程图，该方法用于制备按照本发明实施方案的光纤预制棒。
附图详述
参照图1-8，在所有的附图中，类似的参考数字用于标示类似的部件。所述方法和实施方案使用等温等离子炬的新构造和排列，以将熔化的材料例如二氧化硅沉积到管状工件或起始管的内表面上。将等温火炬构造和安排成使等离子火焰从管的内部体积内的位置产生，该产生可使至少一部分的等离子火焰辐射状定向，即朝向管的内壁垂直于管的纵轴。将选择的化学物质引入管的至少一端，以便所选择的化学反应在产生的等离子火焰内及其附近形成期望的灰粒。等离子火焰的径向分量将灰粒沉积到管的内表面上。
描述了备用装置和机构，该备用装置和机构用于在其纵轴方向上穿越等离子火焰，即使等离子火焰移动穿过管的内部。可选择穿越速率以及提供给感应线圈的能级，使烟灰沉积并同时熔合成例如透明玻璃，或者使烟灰无熔化沉积。在一个实施方案中，后一个选择提供在首次通过将灰层沉积，然后第二次通过穿越火炬，这次通过将另一层沉积并熔化，且将前次通过所沉积的烟灰熔化。在另一个实施方案中，后一个选择提供经过火炬的几次穿越来沉积几个灰层，然后以后通过穿越火炬，这次通过将灰层沉积，且然后将所有以前的灰层熔合成透明玻璃层内。所述用于支撑管状工件的备用装置和机构包括当沉积和/或熔化烟灰时使工件旋转，且用于在沉积期间使工件保持垂直或水平。此外，另一种备用沉积装置中，管状工件本身相对于等离子火焰移动。其中，与用常规MCVD或用先有技术等离子″火球″法可达到的那些相比，所述等离子火焰的形成提供显著提高的沉积速率。
参照附图和图描述了实施例，所述实施例为光纤设计和制备相关领域的技术人员提供实施要求保护的装置和方法所需要的信息。具体实施例的使用仅帮助理解所述和要求保护的装置和方法。然而，本领域的技术人员将容易地鉴别在权利要求范围内的进一步变体、实施例和备用硬件设备和安排。
图1显示安装有工件或沉积管4的第一实施例等离子体沉积装置2的横截面图。沉积装置2包括支撑可移动平台8的旋床或卡盘支持物6，平台8可通过平台平移驱动器(未显示)沿垂直方向A移动。第一可旋转卡盘或头架10和第二可旋转卡盘或尾架12安装到可移动平台8上。头架10和尾架12包括用于固定工件4并使其围绕工件纵轴旋转的一对锭子14。卡盘10和12中之一或两者可相互独立地沿垂直的A方向移动，以允许工件4的安装和取下。
继续参照图1，通过支持物和等离子气体释放管18组合，使等离子气体进料器喷嘴16支撑在沉积管4的内部。等离子气体进料器喷嘴应基本上中心的置于管4中，实施例公差为约1mm。支持物和等离子气体释放管18组合的材料和构造必须考虑等离子气体进料器喷嘴16的重量和操作的温度条件。在阅读本说明书之后，此类构造和材料的选择是光纤制备领域的技术人员容易做出的设计选择。实施例材料为石英和不锈钢。其它实施例材料包括钛和高温合金例如Ni、Cr、Fe和其它金属的铬镍铁合金和等同物。支持物和等离子气体释放管18组合从工件4的一端伸出，该工件4与旋转气体耦合器20附接。下面参照图2，进一步详细地描述等离子气体进料器喷嘴16的实施例构造。
参考图1实施例，感应线圈22被支撑环绕在沉积管4的外部。将例如80kW的常规型RF等离子能源连接至感应线圈。应理解，发生器的功率将在20kW-80kW的范围变化，取决于沉积管4的直径。例如，对于64mm外径的管来讲，典型的功率范围为30-40kW。在图1所示排列中，感应线圈22和等离子气体进料器喷嘴16被支撑以保持固定，其在于随着平台平移驱动器使平台8沿垂直方向A移动，喷嘴的出气口(图1未显示)被线圈22包围，从而使管4沿垂直方向移动。
干燥的等离子气体24实例包括Ar、O2、N2、He、Kr或其混合物，优选总水分含量小于10ppb OH，通过支持物和释放管18组合，由旋转耦合器20从工件管4的顶端释放至等离子气体进料器喷嘴16中。在图1实施例中，从沉积管4的底例，通过由例如石英制成的管28加入化学试剂和载气26。为了防止水分从沉积管4的底侧扩散，优选与管28一起使用另一个旋转耦合器(未显示)。实例化学试剂26是基质玻璃形成材料，例如SiCl4和用于调节二氧化硅折射率的掺杂剂例如GeCl4、POCl3、AlCl3、TiCl4、SiF4、CF4、SF6和BCl3。载气可以是O2或O2和He的混合物。为了保证完全的氧化反应，必需将足量的氧气提供至反应区。
关于支持物和释放管18组合，优选使管28保持固定，以便在等离子气体进料器喷嘴16的下端16A和管28的上端28A之间的距离DV固定。在等离子气体进料器喷嘴16的下部边缘16A和石英玻璃管28A的上部固定边缘之间的距离实例为约200mm。
因为图1实施例加入逆等离子气体24流动的载气和化学试剂26，所以在等离子气体进料器喷嘴16的上侧将形成新沉积的玻璃层材料。应理解，相对于垂直方向A，当管4向上移动和当管向下移动时，图1的装置都可沉积玻璃。
不用管28加入化学试剂26是可能的，但通常优选使用管，因为它一般能使化学反应更稳定且反应条件更好控制。
参考图1，优选将等离子气体进料器喷嘴16构造和安排成可产生至少部分辐射状火焰，该火焰如上述相同，在本文中称为″环形等离子体射流″火焰30，该火焰为等离子火焰，其至少一部分或组成部分朝向管4的内表面。如上所述，使用术语″环形等离子体射流″，因为，通常在本文所述的沉积过程期间，在沉积管4上形成了亮环，其中发生了玻璃的沉积和固结。环形等离子体射流30的径向是形成该环的驱动力。
图2显示了详解结构的实施例，通过该结构，在感应线圈22的能场内，进料器喷嘴16形成产生期望的环形等离子体射流火焰30的等离子炬。
参考图2，实施例等离子气体进料器喷嘴16具有内管40、外管42和流向控制结构44。各自的实施例材料为但不限于石英。内管40的实施例尺寸为：OD＝30mm、ID＝26mm、L＝30mm。外管42的实施例尺寸为：OD＝40mm、ID＝36mm、L＝80mm。流向控制结构44在内和外石英玻璃管40和42之间注射等离子气体24，以形成漩涡运动46。虚线显示流量控制器44内的等离子气体24的流动通路。用于等离子气体离开流量控制器的典型开口直径为约2mm，该开口朝向内管40。该漩涡运动流动图案46是用于建立环形等离子体射流火焰30的一个实施例，如图1所示。等离子气体的实施例流速范围为约15升/分钟(l/min)-30l/min。具体流速部分由需要的等离子体功率和化学试剂如何引入反应区决定。实际上，在将等离子体功率固定，和确定期望的沉积效率和/或速率之后，可以通过进行试运行容易地发现最佳流速。
继续参考图2，可看到，当等离子气体24的涡流46流出等离子气体进料器喷嘴16时，它具有方向朝向沉积管4内表面的径向速度，和围绕管4纵轴的圆周速度或旋转速度。因此，当将化学试剂26引入热反应区时，环形等离子体射流30是将玻璃灰粒沉积和固结的驱动力。
参考图1，排气装置32从沉积管4的上端除去副产物气体和这些未沉积的灰粒。通常，管内的压力将维持在一个大气压(Atm)。然而，沉积过程可在0.1-1.0Atm下操作。用于实现执行排气装置32功能的装置(未显示)的商业设备可得自各种供应商，且可由本说明书相关领域的普通技术人员容易的选择。
参考图1，通过平台8在垂直方向上的重复循环来进行沉积，并且灰层或烟灰熔合至每次循环沉积的玻璃中。移动平台的实施例速度范围为约1米-20米/分钟(m/min)。部分根据每次通过后的层厚度来选择速度。速度越高，沉积的层将越薄。通常，对于多模预制棒，可优选较薄的层，对于单模预制棒可优选较厚的层。
当沉积层的总厚度达到设计的目标时，管4将塌陷成预制棒。可通过在沉积步骤期间不用的另一火炬，例如常规等离子火炬或氢/氧火炬(未显示)，或通过熔炉(未显示)在线进行塌陷。或者，可通过申请人的共同待审美国专利申请序号10/193197的塌陷方法来离线进行塌陷，该专利通过引用结合到本文中。
由使用上述环形等离子体射流法或装置沉积的管形成的塌陷元件可以是最终的预制棒，用于通过相关领域已知的方法拉成光纤，或可以是初级或中间预制棒，用于进一步沉积成较大的最终预制棒。例如，如果塌陷的元件只是初级预制棒，且期望较大直径的最终预制棒，那么可使用已知的方法，例如美国专利第4,596,589号描述的方法，用一个或多个套管，通过外套来增加直径。此类套管可以购买，或例如使用申请人在其美国专利第6,253,580号中描述的方法来制备。用于使初级预制棒形成较大直径的最终预制棒的另一个实施例方法是通过等离子炬，用多个二氧化硅层覆盖在初级预制棒上，例如美国专利第6,536,240号或申请人的美国专利第6,793,775号描述的方法，该方法使用多个火炬和/或初级预制棒的排列，这两个专利均通过引用结合到本文中。用于使初级预制棒形成最终预制棒的还另一个实施例方法是通过常规的火焰水解沉积另外的灰层，然后通过脱水和固结过程形成熔融的二氧化硅。
当预制棒已经达到期望的外径时，可以使用常规的技术，将其拉成纤维，并且选择具有对预制棒直径足够热容量的拉丝炉。另外，使用本领域的已知技术，可以在拉丝之前，将由本发明方法和装置制备的预制棒拉伸成较小的直径。
在沉积期间，图1的实施例沉积装置使工件管4围绕其纵轴旋转，其在图1实施例中垂直定向。然而，由于环形等离子体射流火焰30的特别独特的环形射流图案，即向外涡旋图案，申请人考虑，不必使沉积管4旋转。为了制备本文的实施例，进行旋转，因为申请人可利用旋转机构。申请人考虑旋转或不旋转的决定，将部分由本领域的技术人员已知的纤维性能要求驱使的预制棒均匀性要求确定。申请人考虑本领域的技术人员可以使用例如少的试运行次数，容易地确定是否需要旋转。
参考图1、3、4和5，可以通过例如至少三个任选的装置和相关技术来引入化学试剂26。实施例选项之一是在上面参考图1所述的选项。图3和4显示了两个另外的实施例选项，分别称为″选项1″和″选项2″。图5描绘了化学试剂26的图1选项1引入，改进为管4的水平排列替代图1的垂直排列。关于管4的垂直和水平定向和因此支撑杆18的定向，考虑在沉积期间一般优选垂直定向，因为该排列可能减少(如果不消除)重力将施加在支持物和等离子气体加料管16和18组合上的侧向应力。图1的装置2是显示管状元件4和支撑杆18在沉积期间垂直的实施例。然而，图3和4显示水平排列的管状元件。显示该实施例是因为上述环形等离子体射流也可用于水平沉积，因此应理解，用于引入化学试剂26的图1、图3和图4三个选项中的每一项均可以用于垂直模式或水平模式。图5例证了这一点，因为图5显示了图1的气体进料器排列，其改进为管4水平定向。
化学试剂26引入的实施例选项1显示于图3中。如所示，使用与等离子气体24相同的通路将化学试剂26引入等离子炬中。因为化学试剂26和气体24具有不同的分子量，所以试剂26将趋向于在等离子气流的外层上移动。因此，当气流离开等离子气体进料器喷嘴16并进入环形等离子体射流区域30时，试剂26将更接近沉积管4的内表面。由于环形等离子体射流30的热量，大多数的试剂将与O2反应并形成氧化物。几乎所有的灰粒50将以高沉积速率沉积在管的内表面上。同时由于等离子体30的热量，这些灰粒将固结成玻璃层52。对于该图3选项，当沉积管4在旋床上前后移动时，在两个方向上均发生沉积。
如上所述，用于引入化学试剂26的图3装置和方法不限于水平沉积模式，因为可与图1垂直沉积装置2容易地组合。
选项2显示于图4中。图4试剂引入也提供在两个方向上，即当沉积管4在旋床上前后移动时的材料沉积。参考图4，从旋转耦合器20A引入试剂26。当沉积管4旋转时，该旋转耦合器20A将使等离子气体释放管18和化学试剂供应管28保持固定。试剂26的供应按以下的方式与等离子气体24保持分离：使它们按与等离子气体24相同的流向，沿等离子气体进料器喷嘴16的外周注射。排气装置32从与引入试剂26的那一端相反的沉积管一端排空。图4的构型提供更接近沉积管4的内表面的试剂26，因此可达到较高的沉积速率。由环绕等离子气体进料器喷嘴16的感应线圈22形成的等离子炬具有与选项1相同的构造。
图5显示的称作选项3，其与参考图1描述的选项基本上相同，不同之处在于用水平位置的管4进行沉积。如所述，将试剂26引入与等离子气体24相反的沉积管4的一端，以便试剂26将按与等离子气体24相反的方向流动。当两者流动碰撞时，试剂26被迫使朝向沉积管4的内表面。排气装置32位于等离子气体24的供应端。
图6显示了沉积装置2另一个实施方案的横截面，该沉积装置2安装有工件或沉积管4。沉积装置2包括如上所述的旋床或卡盘支持物和可移动平台(未显示)。在该实施方案中，沉积管4处于垂直位置。如上所述，装到可移动平台的是第一可旋转卡盘或头架和第二可旋转卡盘或尾架(未显示)。头架10和尾架12包括一对转轴14，所述转轴14用于固定沉积管4并使其围绕工件纵轴旋转。另外，沉积管4可在上下方向上移动。
通过支持物和等离子气体释放管18组合，将等离子气体进料器喷嘴16支撑于沉积管4的内部。等离子气体进料器喷嘴应基本上位于管4的中心，实施例的公差为约1mm。支持物和等离子气体释放管18组合的材料和构造必须解决等离子气体进料器喷嘴16的重量和操作温度条件。在阅读本发明描述后，此类构造和材料的选择是光纤制备领域的技术人员容易做出的设计选择。实施例材料为石英和不锈钢。其它实施例材料包括钛和高温合金，例如Ni、Cr、Fe和其它金属的铬镍铁合金和等同物。支持物和等离子气体释放管18组合从沉积管4的一端伸出，与旋转气体耦合器62附接。在上面参考图2中更详细地描述了等离子气体进料器喷嘴16的实施例构造。
参考图6，将感应线圈22支撑环绕在沉积管4的外部。将例如80kW的常规型RF等离子能源连接至感应线圈。应理解，发生器的功率将在20kW-80kW的范围内变化，这取决于沉积管4的直径。例如，对于64mm外径的管，典型的功率为30-40kW。将感应线圈22和等离子气体进料器喷嘴16支撑，以在图6所示排列中保持固定，该排列如下：随着平台平移驱动器使平台8沿垂直方向A移动，喷嘴的气体出口(图6未显示)被线圈22环绕，从而使沉积管4沿垂直方向移动。
干燥的等离子气体24例如Ar、O2、N2、He、Kr或其混合物，优选总水分含量小于10ppb OH，通过旋转耦合器62从沉积管4的低端释放，通过支持物和释放管18组合，进入等离子气体进料器喷嘴16。在图6中，从沉积管4的底侧，通过由例如石英制成的管28，加入化学试剂和载气26。为了防止水分从沉积管4的底侧扩散，优选与沉积管28一起使用另一个旋转耦合器(未显示)。实施例化学试剂26是基质玻璃形成材料，例如SiCl4和用于调节二氧化硅折射率的掺杂剂例如GeCl4、POCl3、AlCl3、TiCl4、SiF4、CF4、SF6和BCl3。载气可以是O2或O2和He的混合物。载气可以是O2或O2和He的混合物。为了确保氧化反应完全，必需将足量的氧气提供至反应区。
在图6中，载气和化学试剂26按与等离子气体24相同的方向流动，因此将在等离子气体进料器喷嘴16的上部侧面上形成新沉积的玻璃层材料。应理解，当沉积管4相对于垂直方向A向上移动时和当管向下移动时，图6的装置都可以沉积玻璃。
可以不用管28而加入化学试剂26，但通常优选使用管，因为它一般能使化学反应更稳定和条件更好控制。
优选，将等离子气体进料器喷嘴16构造和安排成可产生至少部分辐射状火焰，如上确定的那样，该火焰在本文中称为″环形等离子体射流″火焰30，该火焰是至少一部分或一定组成朝向管4内表面的等离子火焰。如上所述，使用术语″环形等离子体射流″，是因为通常在本文所述的沉积过程期间，在其中发生玻璃沉积和固结的沉积管4上形成了亮环。环形等离子体射流30的径向是形成该环的驱动力。
如上所述，在图6的实施方案中沉积管4显示其按垂直的模式操作。当沉积管4相对于环形等离子体射流火焰30上下移动时，将发生沉积。通过等离子气体释放管18，从底部供应形成等离子体的气体24。从旋转耦合器62引入气体或气相源化学物质(试剂)26。当沉积管4旋转时，该旋转耦合器62将使等离子体沉积管18和化学试剂供应管28保持固定。按使它们以与等离子气体24相同的流向，沿等离子气体进料器喷嘴16的外周注入的方式，使试剂26的供应与等离子气体24保持分离。通过化学试剂供应管64，从顶部将气雾剂形式的液相掺杂剂60或小颗粒形式的固相掺杂剂60加入反应区。也将恒流定量的惰性气体加入管64内，这可以确保化学掺杂剂的适当释放，防止可能的不需要的烟灰沉积在供应管64的内表面上，也提高了沉积速率。排气装置32从沉积管4的顶端排空。由环绕等离子气体进料器喷嘴16的感应线圈形成的等离子炬具有如上所述的相同构造。
在一个实施方案中，以与等离子气体相似的旋转流动图案，也以与等离子气体相同的旋转方向注入化学试剂。通过这样做，大大地提高沉积效率。说明，当化学试剂和等离子气体从同一侧注入时也很重要，它们将具有相同的旋转方向。相反，当化学试剂和等离子气体从对侧注入时，它们将具有相反的旋转方向。例如，如果等离子气体具有顺时针旋转的方向，那么化学试剂流将具有逆时针旋转的方向。这将使沉积效率最小化，并在管内产生不能控制的湍流。
为进一步举例说明本发明的优选实施方案，提供以下实施例，但不应该解释为以任何方式限制本发明。
实施例1
制备单模预制棒
申请人通过使用内径(ID)为60mm和外径(OD)为64mm的沉积管4，来制备单模预制棒。申请人使用直径为40mm和长度为80mm的等离子气体进料器18。首先，沉积厚度为4mm的包层，该包层由SiO2、GeO2、P2O5和F组成，然后沉积芯，该芯具有阶跃折射率分布的SiO2和GeO2，厚度为1mm。在8g/min的沉积速率下，总沉积时间少于5小时。然后，使该管塌陷成OD为40mm和芯直径为14mm的预制棒。为了完成该单模预制棒，将更多的熔融二氧化硅玻璃沉积在外面上，以构建最终外径为208mm的预制棒成品。由该直径的1米长预制棒，可以制备超过2,700km的单模纤维。
虽然，实施例预制棒用于制备单模阶跃折射率预制棒，但该方法可以制备所有类型的预制棒，包括阶跃和渐变折射率预制棒两者。
化学试剂26可以是气相或蒸气相或固体形式。对于后者，可以将成玻璃材料或折射率调节剂(index modifiers)的氧化物或卤化物的小颗粒进料至等离子火焰，以制备所需的玻璃。一些示例性化合物包括高纯度的GeO2、P2O5、Al2O3、Er2O3、Nd2O3、ErCl3、ErF3、NdCl3、NdF3等。
该方法也可以通过掺杂稀土族元素例如铒(Er3+)或钕(Nd3+)来制备活性纤维。在一个实施方案中，Er3+和Nd3+是用于制备活性纤维的掺杂剂，并可以以固体的形式使用。尤其是，将固体Er3+和Nd3+掺杂剂溶于溶剂中。然后，使一个或多个未固结的灰层沉积在沉积管的内壁上。然后，使含固体Er3+和Nd3+掺杂剂颗粒的溶剂流过沉积管的内部。未固结的灰粒允许吸收掺杂剂颗粒。然后，从溶剂中除去过量的液体，然后加热沉积管，以诱导必需的化学反应，以形成本文所讨论的氧化物。在这之后，接着进行脱水步骤、固结步骤和最后的塌陷步骤，由此产生预制棒成品。
环形等离子体射流及其高沉积速率不限于由感应线圈22建立。通过使用等离子气体进料器喷嘴，例如图1的零件16及其图2实施例详细的构造，本发明发明人考虑其它动力源，例如RF电容动力源或微波将产生环形等离子体射流。
可以理解，因为它将灰粒导向管4内壁，所以环形等离子体射流例如图1火焰30提供比用于内部沉积的先有技术方法显著提高的沉积速率。基于观察结果，本发明发明人考虑超过8克/分钟的沉积速率，而同时获得非常高质量的结果。
图7显示按照本说明书产生的环形等离子体射流火焰的温度曲线和通过先有技术的方法产生的″火球″等离子火焰的温度曲线的比较。使用摄谱仪和反向的Abel积分方程方法，获得测量结果，类似于在以下文献中提供的结果：T.B.Reed″感应耦合的等离子炬″，Journal ofApplied Physics，第12卷，第5期，1961年5月，第821-824页，在段落等离子体温度测量中。
除用于制备光纤预制棒的本发明装置的前述方面和实施方案之外，本发明还包括制备光纤预制棒的方法。图8显示了一种这样的方法的实施方案800的流程图。步骤802、804和806是用于制备预制棒包层的处理循环，包层沉积成4mm的总厚度；包层的折射率匹配成与纯二氧化硅一样。优选该层由SiO2、GeO2和氟组成。为了使蚀刻氟的负面影响最小化，使用以下技术进行沉积。在步骤802中，一个以上的由SiO2和GeO2组成的灰层沉积在纤维预制棒上，更特别是，2个或3个灰层沉积在管的内壁上。在这些灰层的沉积期间，它们不熔合到透明玻璃层。该沉积以高穿越速度和低沉积能量进行。
在步骤804中，下一个沉积层由SiO2、GeO2和F组成。含氟的化学物质与SiO2和GeO2一起引入进料器内，且在这次通过期间，所有以前未固结的灰层与GeO2和F的掺杂剂一起熔合成透明玻璃。在步骤806中，检查层厚并继续该沉积过程，直至达到4mm的沉积厚度。在步骤808中，接着使用类似的沉积技术(在相同的时间沉积和固结)，以沉积1mm的芯，该芯由SiO2和GeO2组成。在该沉积过程期间，达到9g/min的平均沉积速率，并且沉积时间为约3.5小时。
在步骤810中，沉积管然后塌陷成外径为约40mm和芯直径为约14mm的预制棒。在步骤812中，将更多的二氧化硅玻璃沉积和熔合到沉积管的外面，以累积成约208mm的外径。这产生长度为约1米的最终光纤预制棒。该光纤预制棒产生大于2,700千米的单模光纤。
除由光纤预制棒改善了光纤制备之外，还观察到与先有技术方法相比，沉积管末端的沉积锥体显著减少。
虽然，已经描述了目前认为是用于制备光纤预制棒的环形等离子体射流法和装置的优选实施方案，但应理解，本发明方法和装置可以以其它具体的形式来实施，而不背离其精神或必要特征。例如，可以使用本文所述那些以外的灰层组合物，而不背离本发明方法和装置的精神或必要特征。此外，可使用本文所述那些以外的掺杂剂类型或组合物；预制棒尺寸；和试剂流动的方向，而不背离本发明方法和装置的精神或必要特征。因此，本发明实施方案在所有的方面均作为示例性的而非限制性的来考虑。用于制备光纤预制棒的本发明环形等离子体射流法和装置的范围由权利要求而不是前述说明书来确定。

Claims (37)

1.一种制备光纤预制棒的方法，所述方法包括：
将等离子体源气体注入管状元件的第一末端，所述管状元件具有中心纵轴；
通过所述等离子体源气体流过等离子气体进料器喷嘴，来产生温度至少3,000℃的环形等离子火焰，所述等离子气体进料器喷嘴包含：
内管，和
外管，其中在所述内管和所述外管之间注入所述等离子体源气体，产生所述环形等离子火焰，以便至少一部分所述环形等离子火焰辐射状朝向所述管状元件的所述内表面；
相对于所述等离子火焰，沿所述纵轴穿越所述管状元件；
通过将化学试剂引入所述等离子火焰中，在所述管状元件的内表面上沉积至少一个未固结的灰材料层，在离所述等离子火焰的预定距离，将所述化学试剂引入所述管状元件的所述第一末端内；和
在所述管状元件的所述内表面上，将所有的所述未固结灰材料层熔合成透明玻璃材料。
2.权利要求1的方法，其中所述产生环形等离子火焰还包括：
在所述管状元件的所述内部体积内，建立振荡电磁场。
3.权利要求1的方法，其中在与所述环形等离子火焰间隔预定距离的所述管状元件内部的位置，沿所述纵轴的方向，将所述化学试剂注入，且沿与注入一部分等离子气体相同的方向注入。
4.权利要求1的方法，其中所述沉积至少一个未固结的灰材料层还包括：
将掺杂剂引入所述等离子火焰中，在距离所述等离子火焰预定的距离，所述掺杂剂被引入所述管状元件的第二末端中，所述掺杂剂沿与注入一部分等离子气体相反的方向引入。
5.权利要求4的方法，其中所述将掺杂剂引入所述等离子火焰中还包括：
在由所述化学试剂产生的至少一个或多个未固结的灰材料层沉积之后，将所述掺杂剂引入所述等离子火焰中。
6.权利要求4的方法，其中所述将掺杂剂引入所述等离子火焰中还包括：
将惰性气体与所述掺杂剂一起引入所述等离子火焰中，所述惰性气体沿与注入一部分等离子气体相反的方向引入。
7.权利要求4的方法，其中所述掺杂剂是固相。
8.权利要求1的方法，其中所述熔合包括沿所述纵轴的方向，使所述管状元件相对于所述环形等离子火焰移动预定的沉积长度。
9.权利要求1的方法，其中所述穿越包括沿所述纵轴的方向，使所述管状元件相对于所述环形等离子火焰移动预定的沉积长度。
10.权利要求8的方法，其中与所述使所述管状元件移动同时的所述预定的沉积长度保持基本上恒定。
11.权利要求1的方法，其中所述穿越所述管状元件还包括：
与所述产生环形等离子火焰和使材料沉积持续进行的至少一部分时间同时，使所述管状元件选择性旋转。
12.权利要求1的方法，其中所述注入等离子体源气体包括：
在所述管状元件的所述内部体积内提供等离子气体进料器喷嘴，将所述等离子气体进料器喷嘴构造和安排成将环流特征赋予所述等离子体源气体。
13.权利要求12的方法，其中所述产生环形等离子火焰产生具有涡流的所述环形等离子火焰，以便一部分所述环形等离子火焰易发生在围绕所述管状元件的内表面的环上，具有关于所述纵轴的旋转速度，因此形成等离子体环，且其中所述将所述材料沉积包括将所述材料沉积在所述环上。
14.权利要求13的方法，其中所述化学试剂具有与所述环形等离子火焰相同的涡流。
15.权利要求13的方法，其中所述沿纵轴的方向，使所述环形等离子火焰移动预定的沉积长度将所述环移动相应的距离，且其中所述将材料沉积包括将所述材料沉积在所述移动的环上。
16.权利要求1的方法，其中与所述沉积持续进行的至少一部分时间同时，在所述管状元件内维持一定压力，所述压力在约0.1-1大气压之间。
17.权利要求1的方法，其中所述沉积包括：
将所述管状元件置于基本上垂直的位置。
18.权利要求1的方法，所述方法还包括：
使所述光纤预制棒塌陷。
19.权利要求18的方法，所述方法还包括：
将至少一个透明玻璃层沉积在所述塌陷的光纤预制棒的外面上。
20.一种制备光纤预制棒的装置，所述装置包括：
用于将等离子体源气体注入管状元件的第一末端内的工具，所述管状元件具有中心纵轴；
用于通过所述等离子体源气体流过等离子气体进料器喷嘴来产生温度至少3,000℃的环形等离子火焰的工具，所述等离子气体进料器喷嘴包含：
内管，和
外管，其中在所述内管和所述外管之间注入所述等离子体源气体，以产生所述环形等离子火焰，以便至少一部分所述环形等离子火焰辐射状朝向所述管状元件的所述内表面；
用于相对于所述等离子火焰，沿所述纵轴穿越所述管状元件的工具；
用于通过将化学试剂引入所述等离子火焰中，将至少一个未固结的灰材料层沉积在所述管状元件的内表面上的工具，在距离所述等离子火焰预定的距离，将所述化学试剂引入所述管状元件的所述第一末端内。
21.权利要求20的装置，其中所述用于产生环形等离子火焰的工具还包含：
用于在所述管状元件的所述内部体积内建立振荡电磁场的工具。
22.权利要求20的装置，其中沿所述纵轴的方向，在与所述环形等离子火焰间隔预定距离的所述管状元件内部的位置，注入所述化学试剂，且在与注入一部分等离子气体相同的方向上注入。
23.权利要求20的装置，其中所述沉积至少一个未固结的灰材料层的工具还包含：
用于将掺杂剂引入所述等离子火焰中的工具，所述掺杂剂在距离所述等离子火焰预定的距离，被引入所述管状元件的第二末端中，所述掺杂剂沿与注入一部分等离子气体相反的方向引入。
24.权利要求23的装置，其中所述用于将掺杂剂引入所述等离子火焰的工具还包含：
用于在由所述化学试剂产生的至少一个或多个未固结的灰材料层沉积之后，将所述掺杂剂引入所述等离子火焰中的工具。
25.权利要求23的装置，其中所述将掺杂剂引入所述等离子火焰中还包含：
用于将惰性气体与所述掺杂剂一起引入所述等离子火焰中的工具，所述惰性气体沿与注入一部分等离子气体相反的方向引入。
26.权利要求23的装置，其中所述掺杂剂为固相。
27.权利要求20的装置，其中所述工具穿越包括沿所述纵轴的方向，使所述管状元件相对于所述环形等离子火焰移动预定的沉积长度。
28.权利要求27的装置，其中与所述使所述管状元件移动同时的所述预定的沉积长度保持基本上恒定。
29.权利要求20的装置，其中所述穿越所述管状元件的工具还包含：
用于与所述产生环形等离子火焰和使材料沉积持续进行的至少一部分时间同时，使所述管状元件选择性旋转的工具。
30.权利要求20的装置，其中所述用于注入等离子气体源的工具包括：
在所述管状元件的所述内部体积内提供等离子气体进料器喷嘴，将所述等离子气体进料器喷嘴构造和安排成将环流特征赋予所述等离子体源气体。
31.权利要求30的装置，其中所述用于产生环形等离子火焰的工具产生具有涡流的所述环形等离子火焰，以便一部分所述环形等离子火焰易发生在围绕所述管状元件的内表面的环上，具有关于所述纵轴的旋转速度，因此形成等离子体环，且其中所述将所述材料沉积包括将所述材料沉积在所述环上。
32.权利要求31的装置，其中所述化学试剂具有与所述环形等离子火焰相同的涡流。
33.权利要求27的装置，其中所述用于沿纵轴的方向，将所述环形等离子火焰移动预定的沉积长度的工具将所述环移动相应的距离，且其中所述将材料沉积包括将所述材料沉积在所述移动的环上。
34.权利要求20的装置，其中与所述沉积持续进行的至少一部分时间同时，在所述管状元件内维持一定压力，所述压力在约0.1-1大气压之间。
35.权利要求20的装置，其中所述沉积工具包括：
用于将所述管状元件置于基本上垂直的位置的工具。
36.权利要求20的装置，所述装置还包含：
用于使所述光纤预制棒塌陷的工具。
37.权利要求36的装置，所述装置还包含：
用于将至少一个透明玻璃层沉积在所述塌陷的光纤预制棒外面上的工具。
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