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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sintervorrichtung, die
ein als ein Rohmaterial für eine
optische Faser dienendes poröses
Glasbasismaterial dehydratisiert und sintert, um ein transparentes
Glas zu erzeugen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine
optische Faser ist aus dem porösen Glasbasismaterial
als ein Rohmaterial hergestellt. Die Faser besitzt einen Kern, der
aus Siliziumtetrachlorid (SiCl4) als ein
Hauptmaterial und einem Dotierungsmaterial mit zunehmendem Brechungsindex gebildet
sind, die verdampft und in einer Knallgasatmosphäre hydrolysiert werden, so
dass die so erzeugten Glasteilchen abgeschieden werden, gebildet ist,
und der einen ho hen Brechungsindex darstellt; und eine Hülle, in
der Glasteilchen abgeschieden sind und deren Brechungsindex niedriger
als der des Kerns ist. Das poröse
Glasbasismaterial wird gewöhnlich
so hergestellt, dass die Glasteilchen durch ein Dampfphasen-Axialabscheidungsverfahren (VAD),
Außendampfabscheidungsverfahren
(OVD) oder dergleichen abgeschieden werden. In einem Ofenrohr, in
das das poröse
Glasbasismaterial eingeführt
wird, wird das Basismaterial erwärmt
und gesintert, um es zu dehydratisieren und den Durchlässigkeitssinterprozess
bei dem Basismaterial in dem dehydratisierungsreaktiven Gas und
in inerter Gasatmosphäre
durchzuführen,
während
das Basismaterial absinkt, so dass ein optischer Faservorformling, der
aus einem Kern und einer Hülle
besteht, erhalten werden kann. Nachdem dieser optische Faservorformling
auf einen gewünschten
Durchmesser verlängert
und dann durch eine Ziehvorrichtung gezogen wurde, kann eine optische
Faser erhalten werden.
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Während des
Sinterns dieses porösen
Glasbasismaterials werden Bedingungen wie die Strömungsrate
des dehydratisierungsreaktiven Gases und des inerten Gases, die
Durchgangsgeschwindigkeit (Sinkgeschwindigkeit) des Basismaterials
durch einen Heizbereich und die Heiztemperatur in dem Heizbereich
konstant gehalten. Wenn jede dieser Bedingungen konstant gehalten
wird, wird die thermische Energie, die für die Dehydratisierung und
die Durchlässigkeitssinterung
erforderlich ist, gleichmäßig zu dem
porösen
Glasbasismaterial geliefert.
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Es
wurde gefunden, dass hierdurch das Sintern ungleichmäßig sein
kann. Als eine Folge werden der gesinterte Bereich und der ungesinterte
Bereich nicht konzentrisch und werden in einer asymmetrischen Weise vermischt.
Darüber
hinaus wird, wenn der ungesinterte Bereich gesintert wird, das Glas, das
bereits gesintert wurde und somit eine geringe Viskosität hatte,
auch unerwünschterweise
einbezogen, so dass es sich ungleichförmig zusammenzieht. Somit wird
der Kern gegenüber
der axialen Mitte des Basismaterials versetzt, so dass eine Exzentrizität bewirkt
wird. Diese Exzentrizität
bewirkt weiterhin, dass die Zuführung
der thermischen Energie ungleichmäßig wird, so dass der Umfang
des Basismaterials die Tendenz hat, die Form einer Ellipse darzustellen.
Diese Tendenz soll als Elliptisierung bezeichnet werden. Wenn die
Exzentrizität
und die Elliptisierung auftreten, schreitet der Sintervorgang fort,
während
die ungleichmäßige Zusammenziehung
kontinuierlich auftritt. Daher leidet der gesamte optische Faservorformling
unter der Exzentrizität
und der Elliptisierung.
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Folglich
stellt die optische Faser, die durch Durchführen des Ziehvorgangs bei diesen
optischen Faservorformlingen erhalten wird, die Exzentrizität und Elliptisierung
dar. Wenn diese so hergestellten optischen Fasern mittels Kleben
oder Schmelzen miteinander verbunden werden, wird ein Kontaktverlust
bewirkt aufgrund des Unterschieds der Formen der Kopplungsflächen zwischen
dem Kern und der Hülle,
der Versetzung der axialen Mitte des Kerns und der unterschiedlichen
Kerndurchmesser.
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Wenn
das poröse
Glasbasismaterial hergestellt wird, ist ein Verfahren verfügbar, durch
das die Hülle
um ihren Umfang herum durch das OVD-Verfahren weiter anwächst, nachdem
der Kern und die Hülle
durch das VAD-Verfahren
gebildet wurden. Nun wird in der herkömmlichen Praxis das Sintern
in einer solchen Weise durchgeführt,
dass das poröse
Glasbasismaterial gesintert wird, während die Strömungsrate
des Chlorgases und des inerten Gases, die als das Dehydratisierungsreaktionsgas
dienen, konstant gehalten wird sowie die Sinkgeschwindigkeit des
Basismaterials konstant gehalten wird und die Bedingung der Heiztemperatur
festgehalten wird. Jedoch tritt ein Unterschied zwischen verbleibenden
Raten der Dehydratisierungsreaktionsgase in der durch das VAD-Verfahren
gebildeten Hülle
und der durch das OVD-Verfahren gebildeten Hülle auf. Wenn 1000 ppm Chlorgas
in der gesinterten optischen Faser verbleiben, wird der Brechungsindex
um angenähert 10–5 erhöht. Hierdurch
bewirkt der Unterschied zwischen den verbleibenden Raten an Chlorgas
in der Hülle
eine erhebliche Differenz des Brechungsindex in der Hülle. Somit
werden die Verteilungseigenschaften des optischen Fasermaterials
verschlechtert. Darüber
hinaus ändern
sich, wenn das poröse Glasbasismaterial
in dem Ofenrohr während
eines Sintervorgangs absinkt, ein Temperaturgradient in dem Ofenrohr
und die Strömungsrate
des Gases innerhalb des Ofenrohrs, so dass die verbleibende Rate
des Chlorgases in der axialen Richtung des Basismaterials ungleichförmig wird
und die Differenz der Brechungsindizes schwankt, wodurch das Problem
bewirkt wird, dass die Grenzwellenlänge in der axialen Richtung
nicht konstant gehalten werden kann.
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PATENT
ABSTRACTS OF JAPAN, Band 1996, Nr. 10, 31. Oktober 1996 und
JP 08143324 A (FUJIKURA
LTD.), 4. Juni 1996, offenbaren eine Vorrichtung zum Erwärmen eines
Glasvorformlings, bei der ein Ofenkernrohr durch eine Heizvorrichtung,
die an dem Umfang des Rohres angeordnet ist, und ein poröser Glaskörper hängt von
einer Fahrbühne
herab und ist in das Rohr eingeführt.
Die Fahrbühne
wird durch eine Steuervorrichtung gesteuert, und wenn der längliche
poröse
Glaskörper durch
die Fahrbühne
gehalten wird und sein unteres Ende von Anfang an in der Heizvorrichtung
ist, kann der poröse
Glaskörper
beginnen, sich abwärts
zu bewegen, bevor die Heizvorrichtung auf die Sintertemperatur aufgeheizt ist.
Folglich wird das untere Ende in derselben Weise wie die anderen
Teile angemessen erwärmt
und der Außendurchmesser
verändert
sich nicht.
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Weiterhin
offenbaren PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 17, Nr. 73, 15. Februar
1993 &
JP 04275993 A (FUJIKURA
LTD.) 1. Oktober 1992, Ein Verfahren zum Herstellen eines optischen
Faservorformlings, bei dem die Temperatur eines Heizofens gesteuert
wird gemäß dem Außendurchmesser
eines aufgebauten Körpers
aus Glasteilchen in einer Dehydratisierungs- und Durchlässigkeitssinter-Behandlungsstufe.
Vor dieser Behandlung werden Informationen über den Außendurchmesser an jeder Position in
der Längsrichtung
des aufgebauten Körpers
erhalten. Wenn dieser Körper
in dem Heizofen bewegt wird, wird dessen Temperatur gemäß dem Außendurchmesser
an jeder Position hiervon geregelt. Wenn sich der Außendurchmesser ändert, ändert sich
die Strahlungswärme
und die Temperaturbedingungen werden unterschiedlich gemacht. Da
die Temperatur gemäß dem Außendurchmesser
geregelt wird, um ihn zu korrigieren, wird selbst ein aufgebauter
Körper,
dessen Außendurchmesser schwankt,
unter praktisch gleichförmigen
Temperaturbedingungen behandelt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sintervorrichtung
für poröses Glasbasismaterial
vorzusehen, die die Exzentrizität
des Kerns und die Elliptisierung des Umfangs des Glasmaterials nicht
bewirkt, während
das poröse
Glasbasismaterial gesin tert und dehydratisiert wird und der Durchlässigkeitssinterprozess
bei dem porösen Glasbasismaterial
durchgeführt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren
vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung zum Sintern eines sich drehenden
Glasbasismaterials, das ein Basismaterial für eine optische Faser ist,
vorgesehen, welche Sintervorrichtung aufweist: eine Steuereinheit,
die eine Bedingung zum Sintern des Glasbasismaterials ändert; und
ein Ofen, der das Glasbasismaterial durch Erwärmen des Glasbasismaterials
in einer Atmosphäre
eines Dehydratisierungsgases und eines inerten Gases sintert. Diese
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine
Antriebseinheit zum Zuführen des
Glasbasismaterials zu dem Ofen enthält, welche Steuereinheit so
programmiert ist, dass sie als die Bedingung zum Sintern die Geschwindigkeit
des Glasbasismaterials, das in dem Ofen absinkt, auf der Grundlage
der Position des Glasbasismaterials ändert, wodurch die Geschwindigkeit
derart ist, dass das Glasbasismaterial in einer Weise absinkt, dass die
Absinkgeschwindigkeit der ersten Hälfte des Glasbasismaterials
in einem Bereich entsprechend der Heizquelle langsamer als die der
Endhälfte
des Glasbasismaterials in diesem Bereich ist, wobei die Absinkgeschwindigkeit
des Glasbasismaterials in der ersten Hälfte dieses Bereichs in dem
Bereich von 0,8 mm pro Minute bis 2,2 mm pro Minute gegenüber einer
Absinkgeschwindigkeit des Glasbasismaterials in der Endhälfte dieses
Bereichs von 3,5 mm pro Minute ist.
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Vorzugsweise
enthält
die Steuereinheit einen ersten Sensor für das Glasbasismaterial; und
ein Gaseinführungsrohr,
das mit dem Ofen verbunden ist und ein Chlorgas, das als das Dehydratisierungsgas dient,
sowie ein Heliumgas, das als das inerte Gas dient, in den Ofen einführt.
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Darüber hinaus
ist eine Markierung in dem Glasbasismaterial vorgesehen, so dass
die Position des Glasbasismaterials durch den ersten Sensor erfasst
werden kann.
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Darüber hinaus
kann die Absinkgeschwindigkeit des Basismaterials auf einmal oder
in einer allmählichen
Weise oder in einer Stufe-für-Stufe-Weise
geändert
werden.
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Gemäß dem anderen
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Sintervorrichtung vorgesehen, bei
der die Steuereinheit eine Temperatursteuereinheit enthält, die
die Temperatur der Heizquelle über einen
in dem Ofen vorgesehenen zweiten Sensor steuert.
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Die
Temperatursteuereinheit kann eine Proportional-, Integral- und Differenzialoperation
durchführen.
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Darüber hinaus
kann das Gaseinführungsrohr
zu einem Dehydrierungsreaktionsgas-Durchgang zum Einführen des
Chlorgases und einen Inertgasdurchgang zum Einführen des Heliumgases verzweigt
sein.
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Darüber hinaus
kann eine Strömungsraten-Steuereinheit
vorgesehen sein, die ein Strömungsratenverhältnis des
Dehydratisierungs-Reaktionsgases zu dem des Inertgases verändert.
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Darüber hinaus
kann der Dehydratisierungsreaktions gas-Durchgang einen ersten Strömungsratenmesser
und ein erstes Strömungsraten-Steuerventil
enthalten, und der Inertgasdurchgang kann einen zweiten Strömungsratenmesser
und ein zweites Strömungsraten-Steuerventil
enthalten, und es kann eine Strömungsraten-Steuereinheit
vorgesehen sein, die sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Strömungsratenmesser
verbunden ist, und es kann eine zweite Antriebsquelle vorgesehen
sein, die mit der Strömungsrate
des ersten und des zweiten Strömungsratenmessers
verbunden ist, und es kann eine zweite Antriebsquelle vorgesehen
sein, die mit der Strömungsraten-Steuereinheit
sowie dem ersten und dem zweiten Strömungsraten-Steuerventil verbunden
ist.
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Darüber hinaus
ist es bevorzugt, dass das Verhältnis
des durch den Dehydratisierungsreaktionsgas-Durchgang hindurchgehenden
Gases zu dem durch den Inertgasdurchgang hindurchgehenden Gas in
dem Bereich von angenähert
10% bis 50% ist.
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Die
Sintervorrichtung nach der Erfindung kann in einer Vorrichtung zum
Herstellen einer optischen Faser verwendet werden, welche Vorrichtung zum
Herstellen weiterhin aufweist: eine Glasbasismaterial-Erzeugungsvorrichtung,
die als ein Rohmaterial für
die optische Faser dienendes Glasbasismaterial erzeugt; eine erste
Glasbasismaterial-Verlängerungsvorrichtung,
die das Glasbasismaterial verlängert,
um einen Glasstab zu erzeugen; eine zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung,
die den Glasstab zum zweiten Mal verlängert, um einen Vorformling
zu erzeugen, der das Ausgangsmaterial für die optische Faser ist; und
eine Vorformling-Ziehvorrichtung, die den Vorformling zieht, um
die optische Faser zu erzeugen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein System einer optischen Faserherstellvorrichtung.
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2 zeigt
ein Herstellverfahren für
eine optische Faser.
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3 zeigt
eine Sintervorrichtung für
poröses
Glasbasismaterial gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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4 ist
ein Tabelle, die drei experimentelle Beispiele, die das erste Ausführungsbeispiel
anwenden, zeigt, wobei jedes Beispiel kategorisiert ist in die Absinkgeschwindigkeit
(mm pro Minute) der ersten Hälfte
in dem thermischen Bereich 8, die Absinkgeschwindigkeit
(mm pro Minute) der Endhälfte
in dem thermischen Bereich 8, das Exzentrizitätsverhältnis (%)
und die Elliptizität
(%).
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5 zeigt
eine andere Sintervorrichtung für poröses Glasbasismaterial
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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6 zeigt
die Korrelation zwischen der Position des Glasbasismaterials und
den Brechungsindexunterschieden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
(durch die ausgezogene Linie angezeigt) und dem Vergleichsbeispiel
(strichlierte Linie).
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EDETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird nun auf der Grundlage der bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben, die den Bereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern
die Erfindung veranschaulichen sollen. Alle Merkmale und deren Kombinationen,
die in dem Ausführungsbeispiel
beschrieben sind, sind nicht notwendigerweise wesentlich für die Erfindung.
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1 zeigt
ein System einer Herstellvorrichtung für eine optische Faser. Das
System der Herstellvorrichtung für
die optische Faser weist auf: eine Glasbasismaterial-Erzeugungsvorrichtung 600,
die ein als ein Rohmaterial für
die optische Faser dienendes Glasbasismaterial 102 erzeugt;
eine Glasbasismaterial-Dehydratisierungs- und Sintervorrichtung 700,
die das Glasbasismaterial 102 dehydratisiert und sintert;
eine erste Glasbasismaterial-Verlängerungsvorrichtung 900,
die das Glasbasismaterial 102 verlängert, um einen Glasstab 106 zu
erzeugen; eine Glasstab-Transportvorrichtung 380, die den
Glasstab 106 transportiert; eine zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111,
die den Glasstab 106 zum zweiten Mal verlängert, um
einen Vorformling 107 zu erzeugen; und eine Vorformling-Ziehvorrichtung 500, die
den Vorformling 107 zieht, um eine optische Faser zu erzeugen.
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2 zeigt
ein Herstellverfahren für
eine optische Faser. Das Glasbasismaterial 102 wird von
der Glasbasismaterial-Erzeugungsvorrichtung erzeugt unter Verwendung
des Dampfphasen-Axialniederschlagsverfahrens (VAD) oder dergleichen
(S200). Das Glasbasismaterial 102 wird dann durch die Glasmaterial-Dehydratisierungs-
und Sintervorrichtung 700 in einer Chlorgasatmosphäre dehydratisiert
und in einer Inertgasatmosphäre
gesintert (S202).
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Der
Durchmesser des Glasbasismaterials 102 beträgt normalerweise
110 mm bis 200 mm, verglichen mit einem Durchmesser von 30 mm bis
80 mm, der am praktischsten für
das Ziehen der optischen Faser verwendet wird. Daher wird das dehydratisierte
und gesinterte Glasbasismaterial 102 zuerst durch die erste
Glasbasismaterial-Verlängerungsvorrichtung 900 verlängert, um
einen Glasstab 106 zu erzeugen (S204).
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Der
Glasstab 106 wird von der Glasstab-Transportvorrichtung 280 transportiert
(S205). Der Glasstab 106 wird dann durch die zweite Glasstab-Verlängerungsvorrichtung 111 erwärmt und
auf einen vorbestimmten Durchmesser verlängert, wodurch ein Vorformling 107 erzeugt
wird (S206). Der Vorformling 107 wird von der Vorformling-Ziehvorrichtung 500 erwärmt und
in eine fadenartige Form gezogen, um eine optische Faser zu erzeugen (S210).
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3 zeigt
eine Sintervorrichtung 700 für poröses Glasbasismaterial gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Sintervorrichtung 700 für poröses Glasbasismaterial weist
auf: ein Ofenrohr 12 und eine Heizquelle 9, die
am Umfang des Ofenrohrs 12 vorgesehen ist. Die Sintervorrichtung 700 enthält weiterhin
eine Antriebsquelle 3, die das poröse Glasbasismaterial in der
Form eines Stabkörpers
in das Ofenrohr 12 zuführt,
und eine Sinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4, die mit
der Antriebsquelle 3 verbunden ist und die die Geschwindigkeit
steuert, mit der das Basismaterial durch das Ofenrohr 12 absinkt.
Die Sintervorrichtung 700 enthält noch weiterhin ein Gaseinführungsrohr 11,
das an dem unteren Bereich des Ofenrohrs 12 vorgesehen
und mit diesem verbunden ist, das mit einer Zuführungsquelle zum Zuführen eines
Dehydratisierungsreaktionsgases wie Chlorgas und mit einer ande ren
Zuführungsquelle
zum Zuführen
eines inerten Gases wie Heliumgas verbunden ist. Die Sintervorrichtung 700 enthält noch
weiterhin ein Auslassrohr 7, das in dem oberen Bereich
des Ofenrohrs 12 vorgesehen ist.
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Der
Stabkörper 2 des
porösen
Glasbasismaterials ist mit einer Markierung 5 versehen.
Durch Vorsehen der Markierung 5 an dem Stabkörper 2 kann
ein Sensor 6, der mit der Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 verbunden
ist, erfassen, dass die Hälfte
des Stabkörpers 2 durch
einen thermischen Bereich 8, der durch die Heizquelle 9 definiert ist,
hindurchgeht.
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Als
Nächstes
wird die Sinterung des porösen Glasbasismaterials
in der folgenden Weise durchgeführt.
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Das
poröse
Glasbasismaterial, in welchem die Glasteilchen abgeschieden sind
unter Verwendung des Außendampf-Abscheidungsverfahrens (OVD),
wird bei diesem ersten Ausführungsbeispiel als
der Stabkörper 2 verwendet.
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Das
Chlorgas und das Heliumgas werden von jeweiligen Zuführungsquellen
(nicht gezeigt) zu dem Gaseinführungsrohr 11 geliefert.
Das Chlorgas und das Heliumgas werden gemischt und dann in das Ofenrohr 12 eingeführt, um
das Ofenrohr 12 zu imprägnieren.
Der thermische Bereich 8 wird durch die Heizquelle 9 erwärmt. Der
Stabkörper 2 aus
dem porösen
Glasbasismaterial sinkt langsam herab und geht durch den thermischen
Körper 8 hindurch,
während
der Stabkörper 2 durch
die Antriebsquelle 3 um eine Achse gedreht wird, die durch
die Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 gesteuert wird.
Der Stabkörper 2 aus
dem porösen
Glasbasismaterial wird durch den thermischen Prozess so gesintert, dass
die Dehydratisierung und die Durchlässigkeitssinterung bei dem
Stabkörper 2 durchgeführt werden.
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Wenn
die Hälfte
des porösen
Glasbasismaterials des Stabkörpers 2 den
thermischen Bereich passiert, erfasst der Sensor 6 die
Markierung 5 und gibt ein Erfassungssignal zu der Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 aus.
Dann wird die Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 durch dieses
Erfassungssignal aktiviert, um die Absinkgeschwindigkeit des Stabkörpers 2 so
zu erhöhen,
dass die Absinkgeschwindigkeit des Stabkörpers 2 des porösen Glasbasismaterials
eingestellt werden kann. Dann wird der Sintervorgang fortgesetzt,
bis der Sintervorgang für
den Stabkörper 2 beendet
ist.
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Das
erste Ausführungsbeispiel
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Absinkgeschwindigkeit der ersten
Hälfte
des Stabkörpers 2 in
dem thermischen Bereich 8 entsprechend der Heizquelle 9 so
gesetzt ist, dass sie geringer als die Absinkgeschwindigkeit der
Endhälfte
des Stabkörpers 2 in
dem thermischen Bereich 8 entsprechend der Heizquelle 9 ist.
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Durch
Einstellen der Absinkgeschwindigkeit der ersten Hälfte des
Stabkörpers 2 auf
eine geringere Geschwindigkeit als die der Endhälfte hiervon wird thermische
Energie zu der Zeit des Beginns des Sintervorgangs übermäßig von
der Heizquelle 9 zu dem Stabkörper 2 geliefert,
so dass der Sintervorgang gleichmäßig und gleichförmig an
dem Stabkörper 2 durchgeführt werden
kann, ohne eine Exzentrizität und
Elliptisierung des Umfangs des Stabkörpers 2 zu bewirken.
Da der Stabkörper 2 aus
dem porösen Glasbasismaterial
kontinuierlich und gleichförmig
gesintert wird, bewirkt eine Änderung
der Absinkgeschwindigkeit des Stabkörpers 2 keine Exzentrizität und Elliptisierung.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Tendenz, mit der das Glasbasismaterial
wahrscheinlich die Form einer Ellipse darstellt, als Elliptisierung
bezeichnet wurde.
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Die
Absinkgeschwindigkeit des Stabkörpers 2 des
porösen
Glasbasismaterials in der ersten Hälfte des thermischen Bereichs 8 ist
in dem Bereich von angenähert
0,8 mm pro Minute bis 2,2 mm pro Minute gegenüber der Absinkgeschwindigkeit
des Stabkörpers 2 aus
dem porösen
Glasbasismaterial in der Endhälfte
des thermischen Bereichs, die auf 3,5 mm pro Minute gesetzt ist.
Wenn die Absinkgeschwindigkeit des Stabkörpers 2 in der ersten
Hälfte
des thermischen Bereichs 8 geringer als die vorgenannte
erwünschte
Geschwindigkeitseinstellbedingung ist, kann der Stabkörper 2 in
unnötiger
Weise übermäßig erwärmt werden
und der Herstellwirkungsgrad verschlechtert sich daher. Wenn andererseits
die Absinkgeschwindigkeit des Stabkörpers 2 in der ersten Hälfte des
thermischen Bereichs 8 größer als die vorgenannte erwünschte Geschwindigkeitseinstellbedingung
ist, ist die zu der Zeit des Beginns des Sintervorgangs zu dem Basismaterial-Stabkörper 2 gelieferte
thermische Energie nicht ausreichend, so dass eine Exzentrizität oder Elliptisierung
bewirkt werden kann.
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Die
Absinkgeschwindigkeit des Basismaterials kann auf einmal geändert oder
in allmählicher Weise
variiert oder in einer Schritt-für-Schritt-Weise geändert werden.
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Demgemäß hat die
so gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
hergestellte optische Faser eine hohe Qualität, da der Kern keine Exzentrizität und eine
Elliptisierung des Umfangs hat.
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Auswertung
des ersten Ausführungsbeispiels
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Gemäß dem vorbeschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel
werden drei poröse
Glasbasismaterialien unter den folgenden drei Bedingungen gesintert,
die die Sintervorrichtung 700 für das poröse Glasbasismaterial nach dem
ersten Ausführungsbeispiel
verwenden. Die Temperatur der Heizquelle 9 ist auf 1600°C eingestellt.
Die jeweiligen Absinkgeschwindigkeiten des Basismaterial-Stabkörpers 2 in der
ersten Hälfte
des thermischen Bereichs sind auf 0,8 mm pro Minute, 1,5 mm pro
Minute und 2,2 mm pro Minute eingestellt. Dann wird jede der jeweiligen Geschwindigkeiten
auf 3,5 mm pro Minute verändert, wenn
die erste Hälfte
des Stabkörpers 2 aus
porösem
Glasbasismaterial den thermischen Bereich 8 passiert. Mit
anderen Worten, die Absinkgeschwindigkeit der Endhälfte des
Stabkörpers 2 aus
porösem Glasbasismaterial
wird auf die Geschwindigkeit von 3,5 pro Minute umgeschaltet.
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Um
das erste Ausführungsbeispiel
mit der Standardpraxis zu vergleichen, haben wir das Vergleichsbeispiel
2 durchgeführt,
bei dem die Absinkgeschwindigkeit über den ganzen Sintervorgang
bei 3,5 mm pro Minute bleibt.
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4 ist
eine Tabelle, die drei experimentelle Beispiele zeigt, die das erste
Ausführungsbeispiel anwenden,
wobei jedes Beispiel kategorisiert ist in die Absinkgeschwindigkeit
(mm pro Minute) der ersten Hälfte
in dem thermischen Bereich 8, die Absinkgeschwindigkeit
(mm pro Minute) der Endhälfte
in dem thermischen Bereich 8, das Exzentrizitätsverhältnis (%)
und die Elliptizität
(%).
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Um
die Charakteristik der Exzentrizität des gesinterten optischen
Faservorformlings zu zeigen, wird das Exzentrizitätsverhältnis in
einer Weise berechnet, dass die Versetzung zwischen der axialen Mitte
des Kerns und der Mitte des optischen Faservorformlings durch den
Durchmesser des optischen Faservorformlings geteilt wird. Darüber hinaus
wird, um die Elliptisierung zu charakterisieren, die Elliptizität in einer
Weise berechnet, dass der längere
Durchmesser des optischen Faservorformlings durch den kürzeren Durchmesser
hiervon geteilt wird. Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt.
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Wie 4 anzeigt,
sind bei den optischen Faservorformlingen, die unter Verwendung
der innerhalb des ersten Ausführungsbeispiel
gesetzten Werte erhalten wurden, das Exzentrizitätsverhältnis und die Elliptizität jeweils
bemerkenswert klein im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel 1, das
eine relativ große
Exzentrizität
und Elliptizität
darstellt, wodurch gezeigt wird, dass die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
erhaltenen optischen Faservorformlinge eine sehr hohe Qualität haben.
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Da
die optischen Faservorformlinge, die durch die Sintervorrichtung
und das Sinterverfahren zum Sintern des porösen Glasbasismaterials gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
erhalten wurden, die Exzentrizität
des Kerns und die Elliptisierung des Basismaterials unterdrücken, werden
optische Faservorformlinge hoher Qualität erhalten. Somit können die
hochqualifizierten optischen Fasern mit geringem Kopplungsverlust
hergestellt werden.
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5 zeigt
eine andere Sintervorrichtung 700 für poröses Glasbasismaterial gemäß dem zweiten
Ausfüh rungsbeispiel.
Die Sintervorrichtung 700 für poröses Glasbasismaterial weist:
einen Deckel 17, durch den ein axialer Körper 18 hindurchgeht;
ein Ofenrohr 12, und eine Heizquelle 9, die an
dem Umfang des Ofenrohrs 12 vorgesehen ist. Die Sintervorrichtung 700 enthält weiterhin
eine Antriebsquelle 3, die mit dem axialen Körper 18 verbunden
ist und das poröse
Glasbasismaterial in der Form eines Stabkörpers in das Ofenrohr 12 liefert,
und eine Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4,
die mit der Antriebsquelle 3 verbunden ist und die Geschwindigkeit
steuert, mit der das Basismaterial durch das Ofenrohr 12 absinkt.
Die Sintervorrichtung 700 enthält noch weiterhin: einen Temperaturmesssensor 14 zum
Messen der Temperatur des in dem thermischen Bereich 8 vorgesehenen
Stabkörpers 2;
und eine Temperatursteuerschaltung 15, die eine PID-Steuerung der Heizquelle 14 durchführt und
die mit dem Temperaturmesssensor 14 verbunden ist. Hier
bedeutet PID eine Proportional-, Integral- und Differenzialoperation.
Die Sintervorrichtung 700 enthält noch weiterhin ein Gaseinführungsrohr 11,
das an dem unteren Bereich des Ofenrohrs 12 vorgesehen
und mit diesem verbunden ist, und das sich in einen Dehydratisierungsreaktionsgas-Durchgang 23 und
einen Inertgasdurchgang 28 verzweigt. Der Dehydratisierungsreaktionsgas-Durchgang 23 ist
mit einer Gaszuführungsquelle
(nicht gezeigt) verbunden für
die Zuführung
des Dehydratisierungsreaktionsgases über ein Strömungsraten-Einstellventil 24,
während
der Inertgasdurchgang 28 mit einer Gaszuführungsquelle (nicht
gezeigt) verbunden ist für
die Zuführung
des inerten Gases über
ein Strömungsraten-Einstellventil 29.
Der in dem Dehydratisierungsreaktionsgas-Durchgang 23 vorgesehene
Strömungsratenmesser 25 und
der in dem Inertgasdurchgang 28 vorgesehene Strömungsratenmesser 20 sind
mit der Strömungsraten-Steuerschaltung 27 verbunden. Eine
Antriebsquelle 26, die von der Strömungsraten-Steuerschaltung 27 gesteuert
wird, ist sowohl mit dem Strömungsraten-Einstellventil 24 als
auch dem Strömungsraten-Einstellventil 29 verbunden.
Die Sintervorrichtung 70 enthält noch weiterhin ein Auslassrohr 7,
das in dem oberen Bereich des Ofenrohrs 12 vorgesehen ist.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
ist wie folgt gekennzeichnet.
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In
einer Atmosphäre
des Dehydratisierungsreaktionsgases und des inerten Gases, die von
dem mit den Strömungsraten-Einstellventilen 24, 29 mit der
Strömungsraten-Steuereinheit 27 verbundenen Gaseinführungsrohr 11 zugeführt werden
und die in das Ofenrohr 12 eingeführt werden, sinkt das poröse Glasbasismaterial 2,
das mit dem axialen Körper 18 verbunden
und in das Ofenrohr 12 eingeführt ist, sich durch die Antriebsquelle
wie einen Motor drehend ab. Während
das poröse
Glasbasismaterial 2 durch die mit der Temperatursteuerschaltung 15,
die am Umfang des Ofenrohrs 12 vorgesehen ist, verbundene Wärmequelle 9 gesintert
wird, werden das Verhältnis der
von der Strömungsraten-Steuerschaltung 7 gesteuerten
Strömungsrate
des inerten Gases gegenüber
der des Dehydratisierungsreaktionsgases, die von der Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 gesteuerte
Absinkgeschwindigkeit und die von der Temperatursteuerschaltung 15 gesteuerte
Temperatur der Heizquelle 9 variiert. Darüber hinaus
ist das vorliegende Ausführungsbeispiel
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Faktoren aus dem Strömungsratenverhältnis, der
Absinkgeschwindigkeit und der Temperatur der Heizquelle 9 variiert
wird, um den optimierten Sintervorgang zu erreichen.
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Es
ist bevorzugt, dass das Verhältnis
der Strömungsrate
des inerten Gases gegenüber
dem Dehydratisierungsreaktionsgas in dem Bereich von angenähert 10
bis 50% liegt. Wenn es weniger als 10% ist, wird ein Dehydratisierungsvorgang
nicht beendet. Darüber
hinaus wird, da der obere Bereich des porösen Glasbasismaterials 2 eine
längere
Kontaktzeit mit dem Dehydratisierungsreaktionsgas hat, das Dehydratisierungsreaktionsgas
in einer größeren Menge
hiervon eingeführt.
Wenn es größer als
50% ist, dringt das Dehydratisierungsreaktionsgas übermäßig in das
poröse
Glasbasismaterial ein, so dass das Dehydratisierungsreaktionsgas
nach dem Sintervorgang ungleichmäßig verbleibt.
Hierdurch nimmt der Brechungsindexunterschied innerhalb der Hülle zu.
Durch Verringern des Verhältnisses
der Strömungsrate
des Dehydratisierungsgases gegenüber der
des inerten Gases nach einer Änderung
kann das ungleichförmige
Eindringen des Dehydratisierungsreaktionsgases in das poröse Glasbasismaterial
unterdrückt
werden.
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Die
Absinkgeschwindigkeit ist vorzugsweise in dem Bereich von angenähert 0,3
mm–5,0
mm pro Minute. Wenn sie langsamer als 0,3 mm pro Minute ist, verschlechtert
sich die Sinterwirkung für
ein übermäßiges Erwärmungsergebnis.
Wenn die größer als 5,0
mm pro Minute ist, wird das Sintern nicht beendet wegen einer ungenügenden Erwärmung. Durch
Einstellen der Absinkgeschwindigkeit auf einen höheren Wert nach der Änderung
wird die übermäßige Zuführung des
Chlorgases zu dem oberen Bereich des porösen Glasbasismaterials unterdrückt, so
dass die Schwankung der Brechungsindexdifferenz in der Längsrichtung
klein wird, wodurch die Produktivität verbessert wird.
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Es
ist bevorzugt, dass die Temperaturdifferenz der Wärmequelle
vor und nach der Änderung auf
innerhalb angenähert
50°C gesetzt
wird, Wenn die Temperaturdifferenz 50°C überschreitet, wird das Sintern
nicht gleichförmig
durchgeführt.
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Es
ist bevorzugt, dass die Temperatur der Wärmequelle 9 in dem
Bereich von angenähert 1300°C–1650°C ist.
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Durch
Einstellen der Temperatur der Wärmequelle 9 nach
der Änderung
auf einen höheren
Wert kann das Dehydratisierungsreaktionsgas in dem oberen Bereich
des porösen
Glasbasismaterials 2 ausreichend gestreut werden. Darüber hinaus
kann es eine mögliche
unzureichende Sinterung aufgrund der Zunahme der Geschwindigkeit
kompensieren. Darüber
hinaus können
die ungleichen Reste des Dehydratisierungsreaktionsgases in der
axialen Richtung des Basismaterials nach dem Sintervorgang unterdrückt werden.
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Darüber hinaus
ist es bevorzugt, dass es mehrere Positionen gibt, an denen zumindest
eins/eine aus dem Gasströmungsraten-Verhältnis des
Dehydratisierungsreaktionsgases zu dem inerten Gas, Absinkgeschwindigkeit
des Basismaterials und Ofenheiztemperatur geändert wird.
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Darüber hinaus
können
das Gasströmungsraten-Verhältnis, die
Absinkgeschwindigkeit des Basismaterials und die Temperatur, auf
die der Ofen wird, in einer Schritt-für-Schritt-Weise oder in einer allmählichen
Weise variiert werden.
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Hierdurch
können
die ungleichförmigen
Reste des Dehydratisierungsreaktionsgases in dem Basismaterial unterdrückt werden,
so dass die Brechungsindexdifferenz innerhalb der Hülle gleichförmig gemacht
werden kann.
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Darüber hinaus
ist das vorliegende Ausführungsbeispiel
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der drei Bedingungen
(1)–(3)
wie vorbeschrieben geändert
werden:
- (1) die Absinkgeschwindigkeit, mit
der das Glasbasismaterial in dem Ofenrohr 12 absinkt;
- (2) die Temperatur, auf die das Glasbasismaterial von der durch
die Temperatursteuerschaltung 15 gesteuerten Heizquelle 9 erwärmt wird;
und
- (3) das Strömungsratenverhältnis des
Dehydratisierungsreaktionsgases zu der des in das Ofenrohr 12 einzuführenden
inerten Gases.
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In
dieser Hinsicht ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Absinkgeschwindigkeit
der ersten Hälfte
des Glasbasismaterials geringer als die der Endhälfte des Glasbasismaterials
in dem Bereich entsprechend der Heizquelle 9 ist.
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Die
Arbeitsweise der Sintervorrichtung 700 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
wird im Einzelnen beschrieben.
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Nachdem
der Kern und die Hülle
durch das VAD-Verfahren gebildet sind, wird das poröse Glasbasismaterial 2,
in dem die Hülle
durch das OVD-Verfahren weiter gewachsen ist, in das Ofenrohr 12 eingeführt. Das
als das Dehydratisierungsreaktionsgas dienende Chlorgas wird von
der Zuführungsquelle (nicht
gezeigt) über
das Strömungsraten-Einstellventil 24 in
das Gaseinführungsrohr 11 geliefert.
Gleichzeitig wird das als das inerte Gas dienende Heliumgas von
der Zuführungsquelle
(nicht gezeigt) über das
Strömungsraten-Einstellventil 29 zu
dem Gaseinführungsrohr 11 geliefert.
Dann werden das Chlorgas und das Heliumgas gemischt, um in das Ofenrohr 12 eingeführt zu werden.
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Das
poröse
Glasbasismaterial 2 sinkt in einer Weise, dass das Basismaterial
durch die Antriebsquelle 3 wie einen Motor gedreht wird,
deren Absinkgeschwindigkeit durch die Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 gesteuert
wird. Die Temperatursteuerschaltung 15 steuert die Wärmequelle 9 durch die
Proportional-, Integral- und Differenzialoperation (PID) auf der
Grundlage des Temperaturmesssensors 14. Wenn das poröse Glasbasismaterial 2 die Wärmequelle 9 passiert,
wird das Basismaterial 2 gesintert und der Dehydratisierungsreaktions-
und der Durchlässigkeitssintervorgang
werden bei diesem durchgeführt.
Wenn das Basismaterial 2 bis zu einer vorbestimmten Position
absinkt, wird die Absinkgeschwindigkeit geändert durch Einstellen der
Drehgeschwindigkeit des von der Absinkgeschwindigkeits-Steuerschaltung 4 gesteuerten
Motors 3. Die Temperatur der Wärmequelle 9 wird so
durch die Temperatursteuerschaltung 15 geändert, dass
die von dem Temperaturmesssensor 14 erfasste Temperatur
auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird. Die Antriebsquelle 3 wird
durch die Strömungsraten-Steuereinheit 4 angetrieben,
und die Strömungsraten-Einstellventile 24, 29 werden
so gesteuert, dass das Verhältnis
des Dehydratisierungsreaktionsgases zu der Strömungsrate des inerten Gases
variiert wird, und der Sintervorgang wird fortgesetzt.
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Am
Anfang des Sintervorgangs wird, während das poröse Glasbasismaterial 2 mit
1,2 mm pro Minute absinkt, das als Dehydratisierungsreaktionsgas
dienende Chlor gas, dessen Strömungsrate
50% beträgt,
gemischt, Danach wird das gemischte Gas mit der Raten von 10 L pro
Minute in das Ofenrohr 12 eingeführt und das Sintern wird durchgeführt, wobei die
Wärmequelle
auf eine Temperatur von 1600°C gesetzt
ist. Wenn das Basismaterial 2 den Absenkpegel von 50% eines
Hubs erreicht, wird die Absinkgeschwindigkeit auf 2,0 mm pro Minute
geändert,
indem der Motor durch die Absinkgeschwindigkeits-Steuereinheit 4 gesteuert
wird. Wenn das Basismaterial 2 den Pegel von 75% des Hubs
erreicht, wird die Absinkgeschwindigkeit auf 3,0 mm pro Minute geändert. Gleichzeitig
wird die Antriebsquelle 26 durch die Strömungsraten-Steuerschaltung 7 so
angetrieben, dass die vorbestimmte Rate erreicht wird, unter Beobachtung
der Strömungsratenmesser 5, 10.
Nachdem das Chlorgas, dessen Strömungsrate
30% gegenüber der
Strömungsrate
des Heliumgases beträgt,
gemischt ist, wird das gemischte Gas mit einer Strömungsrate
von 10 L pro Minute in das Ofenrohr 12 eingeführt. Darüber hinaus
wird die Heizquelle 9 durch die Temperatursteuerschaltung 15 auf
1630°C gesteuert,
um den Sintervorgang fortzusetzen.
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Um
das vorbeschriebene bevorzugte Beispiel mit einem anderen Vergleichsbeispiel
zu vergleichen, wird das Vergleichsbeispiel in einer Weise durchgeführt, dass
die Absinkgeschwindigkeit des porösen Glasbasismaterial konstant
auf 2,3 mm pro. Minute eingestellt ist, und das gemischte Gas mit konstant
40% Chlorgas gegenüber
dem Heliumgas wird verwendet und die Heiztemperatur wird konstant auf
1590°C gehalten,
um den Sintervorgang unter anderen Bedingungen, die dieselben wie
bei dem vorstehenden bevorzugten Ausführungsbeispiel sind, durchzuführen.
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6 zeigt
die Korrelation zwischen der Position des Glasbasismaterials und
den Brechungsindexdifferenzen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
(durch die ausgezogene Linie angezeigt) und dem Vergleichsbeispiel
(strichlierte Linie). Sowohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
als auch dem Vergleichsbeispiel werden die Brechungsindizes der
Hülle an
12 verschiedenen Positionen von dem unteren Ende zu dem oberen Ende
des porösen
Glasbasismaterials gemessen. Die horizontale Achse zeigt die Messpositionen
des Glasbasismaterials an, während
die vertikale Achse die Brechungsindexdifferenz anzeigt, bei der
der Brechungsindex, der durch das VAD-Verfahren gebildeten Hülle von dem
Brechungsindex der durch das OVD-Verfahren gebildeten Hülle subtrahiert
wird.
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Gemäß 2 ist
der Schwankungsbereich der Brechungsindexdifferenz des Basismaterials nach
dem Sintervorgang bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geringer als
2 × 10–5,
während
bei dem Vergleichsbeispiel mehr als das 6fache des Schwankungsbereichs
verglichen mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gefunden wird.
Wenn der Schwankungsbereich geringer 5 × 10–5 ist,
ist bekannt, dass die Übertragungscharakteristiken
nicht beschädigt
sind. Daher zeigt das gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
gesinterte Glasbasismaterial eine hohe Qualität.
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Darüber hinaus
kann die Sintervorrichtung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
in dem Fall des Sinterns des Kerns oder der Hülle, die durch das VAD- oder das OVD-Verfahren
gebildet sind, verwendet werden.
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Darüber hinaus
kann die Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Vorrichtung nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel
so kombiniert werden, dass ein weiterhin effektives Sintern erzielt wird.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung im Wege von Ausführungsbeispielen beschrieben
wurde, ist darauf hinzuweisen, dass viele Änderungen und Substitutionen
von dem Fachmann durchgeführt
werden können,
ohne den Bereich der angefügten
Ansprüche
zu verlassen.