CN85101869A - 光导纤维玻璃预制件的制造方法 - Google Patents

Abstract

使光导纤维玻璃预制件具有均匀的径向密度的方法是，把气态玻璃原料和喷灯的气体燃料喷射成很细的玻璃微粒，玻璃微粒沉积在种棒上形成烟炱棒，同时测量正在沉积玻璃微粒的那部分烟炱棒的温度并加以控制，然后烧结烟炱棒，得到透明的玻璃预制件。

Description

这是一项关于光导纤维玻璃预制件的一种制造方法的发明。具体点讲就是对制造光导纤维玻璃预制件所用的常规的外表气态沉积法（以下简称“OVD”法）加以改进。

常规的OVD法（如图1所示）是从与种棒1的纵轴垂直的方向把气态的玻璃原料和喷灯2中的气体燃料喷射在种棒上，使很小的玻璃微粒沉积在种棒上。在喷射过程中，让种棒绕其纵轴转动，並来回移动种棒，或者沿种棒的轴向来回移动喷灯，使种棒成为一根具有一定长度的和形状为轴对称的烟炱棒3。

但是，用常规的OVD法制造的玻璃预制件的径向密度不均匀。结果使得形成的烟炱发生破裂，而且使得在烧结烟炱时所加入的添加剂（例如氟）的径向密度也不均匀。之所以产生这些缺点的原因是：

在常规的OVD法中，喷灯2和种棒1的轴之间的距离是固定不变的，而且玻璃原料和气体燃料的喷射速度也都保持常值。正在沉积玻璃微料的那部分烟炱棒的温度随着烟炱棒直径的增大而发生变化。这是因为喷灯和逐渐***的那部分烟炱棒离得越来越近，而且烟炱棒的热容量和致冷效力也发生变化。烟炱棒上这部分材料的温度变化引起烟炱棒的密度发生变化。结果造成烟炱破裂、添加剂的径向密度发生变化和/或在烟炱棒中形成气泡。

本发明的一个目的是要制造出一根具有希望的密度分布的玻璃预制件，而且烟炱不发生破裂或添加剂的径向密度均匀。

本发明的另一个目的是改进制造光导纤维玻璃预制件的OVD方法。采用改进后的方法所制造的玻璃预制件具有希望的密度分布，並且烟炱不发生破裂，或者添加剂有均匀的径向密度。

因此，本发明提供一种制造光导纤维玻璃预制件的方法。它包括以下几个方面：用喷射气态玻璃材料和喷灯中的气体燃料的方法形成玻璃微粒，把这些玻璃微粒沉积在一根种棒上，形成一根烟炱棒。在操作过程中，要测量正在沉积玻璃微粒的那部分烟炱棒的温度，以便控制它的温度。然后通过烧结把这根烟炱棒变为一根透明的玻璃预制件。

图1是常规的OVD法的示意图。

图2是本发明的示意图。

图3A、3B、3C和3D表示烟炱棒的密度沿径向的分布，这根烟炱棒可以是采用常规的OVD方法制造的，也可以是采用本发明所提出的方法制造的。

图4表示玻璃原料沿烟炱棒径向的沉积量。

图5表示预先规定好了的玻璃原料沿烟炱棒径向的沉积量。

这些附图是作为说明本发明的例子来用的。

图2是本发明所述方法的示意图。种棒4被支架81和82水平地支撑着。喷灯5把气态玻璃原料和含有氧气和氢气的气体燃料从垂直于种棒4的轴的方向喷射在转动着的种棒上。这样喷射出来的物质变成了许多极细的玻璃微粒，这些玻璃微粒沉积在这根种棒上，结果就形成了烟炱棒6。喷灯5安装在基座7上，基座7可以使喷灯沿与种棒的水平轴垂直的方向上运动。通过移动装有支架81和82的底板8（例如玻璃车床）使种棒4在轴向来回移动，或者通过移动安装喷灯基座7的底板9使喷灯沿着与种棒4的轴向平行的方向来回移动。于是，种棒4就逐渐地***，变成烟炱棒6。在喷灯基座7上，装有两个臂91和92，它们分别支承着氦-氖莱塞源10和莱塞接收器11。当玻璃微粒在烟炱棒上沉积时，一面控制烟炱棒6和喷灯5之间的距离，一面利用控制盒12调整喷灯基座7的位置。这样就可以把莱塞接收器11所接收到的莱塞光的数量保持常数。13是一个表面高温计，用来测量正在沉积玻璃微粒的那部分烟炱棒的温度，並利用气体燃料控制盒14来调节气体燃料的喷射速度。这样就可以使沉积玻璃微粒的那部分烟炱的温度维持在预定的值上，从而可获得具有希望密度的烟炱棒。

下面对玻璃原料的喷射速度保持常值的这项发明的第一个具体装置作一说明。

图3A是烟炱棒6的密度分布。在常规方法中，烟炱棒6的转动轴和喷灯5之间的距离保持常值，而且玻璃原料、氧气和氢气的喷射速度分别为0.8升/分，9.5升/分和9.5升/分。当烟炱棒的直径达到大约80mm时，烟炱棒就发生破裂。如图3A所示，沿烟棒径向的密度分布有起伏。图3A中的虚线表示采用本发明所提出的方法制造的烟炱棒的密度分布。在这种方法中，玻璃原料和氧气的喷射速度与常规方法的相同。但是现在对氢气的喷射速度加以控制。所以可使烟炱棒的温度保持在500℃。这样就能得到密度为0.3g/cm³的烟炱棒。当氢气的喷射速度从8.2升/分增大到8.9升/分时，烟炱棒的外（直）径就增长到80mm。然而，当烟炱棒的外（直）径大于60mm，卽烟炱棒的半径大于30mm时，烟炱棒的密度就逐渐减小，而且不符合原先规定的密度要求。如果能精确测量烟炱棒的密度，那么就可得到如图3B所示的密度分布。从图3B可见，大密度层和小密度层是交替出现的，所以烟炱棒具有年轮结构。

我们发现烟炱棒的这种年轮结构可能是由烟炱棒的底部和侧面部分之间温度差随烟炱棒的直径增大而增大所造成的。因为只测量底部的温度，所以整个烟炱棒的平均温度低于实际的温度。所以平均密度处在一个较低的水平上。而且，烟炱棒在相同的条件下进一步增长，当直径达到90mm时，烟炱棒便发生破裂。

因此，尽管控制气体燃料的喷射速度可使烟炱棒的外（直）径大于用常规方法得到的烟炱棒的外（直）径，但是实际上烟炱棒的最大外径仍然受到限制。

于是我们采取控制烟炱棒表面和喷灯之间的距离的办法来进一步改进上述方法。

图2所示的具体装置中，烟炱棒6和喷灯5之间的距离是通过移动喷灯基座7来调节的。这样可以使莱塞接收器11所接收到的莱塞光的数量保持常值。另外，用气体燃料控制盒14来控制气体燃料的喷射速度。这样就可以保持正在沉积玻璃微粒的那一段烟炱棒的温度，使烟炱棒的密度符合要求。

下面较详细地介绍一下使烟炱棒和喷灯之间的距离保持不变的方法。

位于烟炱棒6一侧的莱塞源10发射出其方向同时垂直于烟炱棒的纵轴和喷灯的中心轴的莱塞光。莱塞光通过处于烟炱棒6的表面和喷灯中心轴的沿长线上的一个点。该点的位置根据对烟炱棒的密度要求来选择。然后由位于烟炱棒6的另一侧莱塞接收器11接收由莱塞源10所发出的莱塞光。将喷灯沿其轴向移动就可把所接收到的莱塞光的数量保持在预定的数值上。例如，使它等于发射光的二分之一。

用上述方法，分别以0.8升/分和9.5升/分的速度喷射玻璃原料和氧气，並调节氢气的喷射速度，使正在沉积玻璃微粒的那一段烟棒的温度保持在一定的值上，使烟棒的密度达到0.3g/cm³。当氢气喷射速度从8.2升/分变到9.7升/分时，径向密度分布基本上是一个等于0.3g/cm³的常数，如图3C所示。

图4表示采用上述方法后玻璃原料的沉积量与烟炱棒直径之间的关系。由图4可见，原料的沉积量随烟炱棒直径的增大而突然增加，而且当烟炱棒的直径大于60mm时，沉积量高于90%。因此我们假设原料的喷射速度有一个最大值，此值取决于烟炱棒的直径。于是，我们进一步提出了一种以最大速度喷射玻璃原料的方法，把玻璃原料的沉积量维持在某个较大的数值水平上。

在图2所示的具体装置中，喷灯基座7的运动由控制盒12控制，而喷出的玻璃原料的多少则是由控制盒14控制，基座7的运动就指示了烟炱棒6的外径。因此，玻璃原料的喷射速度得到调节（如图5所示）。如果氧气的喷射速度为9.5升/分，喷灯5和烟炱棒之间的距离保持不变並且通过喷射氢气使烟炱棒的表面温度维持在500℃（在此温度上，烟炱棒的密度为0.3g/cm³），那么玻璃微粒就会不断地沉积在烟炱棒上，一直到烟炱棒的直径达到100mm为止。氢气喷射速度的变化范围从8.2升/分到12.3升/分。产生的烟炱棒的密度是其值等于0.3g/cm³的常数，如图3D所示。增加玻璃微粒的沉积速度，沉积所需的时间可降低22%。

进一步提高玻璃原料沉积量的方法是：采用扫描莱塞代替氦-氖莱塞联接器来测量喷灯和烟炱棒之间的距离，並且根据气体燃料和玻璃原料的喷射速度确定最大距离，然后控制喷灯的位置。

把按照上述方法制造出来的烟炱棒采用本身是常规的方法变成为用于光导纤维的透明的玻璃预制件。

本发明所用的玻璃原料可以是任何一种已知的玻璃原料，如SiCl₄，GeCl₄等。

本发明虽然已经以我们相信是最实际的具体装置为例作了描述，但是这项发明可以包括其他一些不违背本发明精神的特殊形式。之所以把这个具体装置作为例子仅仅是为了说明问题，而不应当只看到它的细节。为了使我们所提出的发现能包含所有任何的等效方法，我们特提出如下专利权项，这些权项中的全部内容是与我们在前面所讲的具体装置相符的。

Claims (4)

1、制造光导纤维玻璃预制件的方法。也就是采用喷射气态玻璃原料和从喷灯喷出气体燃料的方法形成玻璃微粒，然后把玻璃微粒沉积在种棒上，使种棒成为烟炱棒。在此过程中对正在沉积玻璃微粒的那部分烟炱棒的温度进行测量和控制，然后烧结烟炱棒，得到透明的玻璃预制件。

2、权项1所提到的控制烟炱棒温度的方法。卽把烟炱棒和喷灯之间的距离保持不变並且把气体燃料的喷射速度控制在常值，从而实现对加工过程中的烟炱棒的温度控制。

3、权项2所提到的把烟炱棒和喷灯之间的距离保持不变的方法。卽从位于烟炱棒一侧的莱塞源发出其方向同时垂直于烟炱棒纵轴和喷灯中心轴的莱塞光;使莱塞光通过位于喷灯中轴的延长线上的一个点，该点是根据对烟炱棒的密度要求来选择的;莱塞光由位于烟炱棒另一侧的莱塞接收器所接收;沿轴向移动喷灯，以便使接收到的莱塞光的数量保持在预定的值上。

4、权项2所提到的关于控制玻璃原料喷射速度的方法。卽控制玻璃原料的喷射速度，使其等于烟棒外径的增长速度。

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