專利名稱：一種制造光纖預(yù)制棒的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖預(yù)制棒的制造技術(shù)，具體地說，涉及帶氣體加熱器的
軸向汽相沉積(VAD)裝置和使用該裝置制造光纖預(yù)制棒的方法。
背景技術(shù)：
光纖由光纖預(yù)制棒按比例拉制而成，而預(yù)制棒通常由折射率較高的芯 層和折射率較低的包層組成。由于99°/。以上的光信號(hào)都是在芯層中傳輸?shù)模?因此芯棒的制造技術(shù)決定了光纖預(yù)制棒的光學(xué)特性。作為光纖預(yù)制棒芯棒 的制造方法之一，軸向汽相沉積(VAD)法(如申請(qǐng)?zhí)枮?0/142466、公開 號(hào)為US 6923024B2的美國(guó)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?0/142689、公開號(hào)為US 6928841B2的美國(guó)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?00610142065.5 、公開號(hào)為CN 19 94945 A的中國(guó)專利申請(qǐng))是將燃燒反應(yīng)生成的玻璃微粒沉積到旋轉(zhuǎn)上升 的豎直種棒上形成疏松體，具有沉積效率高，成本低，易于大規(guī)模制造等 優(yōu)點(diǎn)。
近年來，隨著光纖需求量的增長(zhǎng)和竟?fàn)幍募觿?，需要在不降低預(yù)制棒 光學(xué)特性的前提下制造較大尺寸規(guī)格的預(yù)制棒來進(jìn)一步降低成本。使用軸 向汽相沉積制造大尺寸預(yù)制棒，需要更大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的多重噴燈來增大 玻璃粉塵的沉積量，同時(shí)需要嚴(yán)格控制反應(yīng)腔內(nèi)的壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)。如圖 1所示，制造光纖預(yù)制棒的裝置1包括反應(yīng)腔2，用于沉積玻璃粉塵的第 一噴燈3和第二噴燈4，用于固定豎直種棒9的夾具5,用于使豎直種棒 旋轉(zhuǎn)和提升的旋轉(zhuǎn)提升部件6,排風(fēng)口 7和補(bǔ)風(fēng)口 8。制造光纖預(yù)制棒的 過程中，先將豎直種棒9豎直的固定在夾具5上，然后將SiCU、 GeC"氣 體送至氫氧焰噴燈3、 4燃燒，在高溫下水解生成玻璃粉塵。通常利用第 一噴燈3向豎直種棒9的中心部位噴射火焰在豎直種棒9的末端形成芯層 10，利用第二噴燈4向豎直種棒9的周圍部分噴射火焰在芯層10上形成 包層11。芯層10的折射率高于包層11的折射率。豎直種棒不斷地向上提 升和旋轉(zhuǎn)，從而得到外徑均勻的疏松體。疏松體經(jīng)過脫水和玻璃化，形成
4具有芯層和部分包層組成的透明芯棒。
更具體地，原料氣體(SiCU、 GeCl4)，可燃?xì)怏w(H2)和助燃?xì)怏w(02) 等從原料供應(yīng)系統(tǒng)以設(shè)定的流速通向噴燈，當(dāng)原料氣體與噴燈中氬氧焰燃 燒產(chǎn)生的&0發(fā)生水解反應(yīng)或者在IIO(TC甚至更高溫度下與02發(fā)生直接氧 化反應(yīng)生成Si02、 GeOW敖粒。反應(yīng)式為
SiCl4 + 2H20 — Si02 + 4HC1
SiCl4 + 02 — Si02 + 2C12
GeCU + 2H20 — Ge02 + 4HC1
GeCh + 02 — Ge02 + 2C12 火焰產(chǎn)生的Si02、 Ge02顆粒漂浮在火焰中，形成氣溶膠。當(dāng)氣溶膠粒 子存在于溫度分布不均勻的氣體中時(shí)，粒子受溫度梯度的驅(qū)使會(huì)由高溫處 往低溫處運(yùn)動(dòng)，此現(xiàn)象稱為熱泳。由于溫度梯度的作用，Si02、 GeO"鼓粒 隨著從噴燈口噴出的熱氣體一起漂浮到溫度相對(duì)較低的疏松體上。對(duì)疏松 體生長(zhǎng)至關(guān)重要的芯層端面溫度利用紅外激光探測(cè)器監(jiān)測(cè)，并通過控制芯 層噴燈的H2流量來調(diào)節(jié)疏松體端面溫度(如申請(qǐng)?zhí)枮?0/131700、公開號(hào) 為US 6834516B2的美國(guó)專利申請(qǐng))。
疏松體沉積過程中，排風(fēng)口 7產(chǎn)生的負(fù)壓將反應(yīng)腔2內(nèi)的廢氣以及未 沉積到疏松體上的玻璃粉塵抽送到排廢管道當(dāng)中。同時(shí)反應(yīng)腔2通過補(bǔ)風(fēng) 口 8補(bǔ)充潔凈空氣來達(dá)到壓力平衡。從而保證了整個(gè)系統(tǒng)氣體的正常循環(huán)， 使廢氣可以快速離開反應(yīng)腔2避免了 HC1等化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散到反應(yīng)腔2內(nèi)壁 造成侵蝕。另一方面，氣體的流動(dòng)對(duì)預(yù)制棒的周圍環(huán)境具有一定的冷卻作 用，增大了溫度梯度，增強(qiáng)了沉積效率，使更多的玻璃粉塵附著到疏松體 上。然而進(jìn)入補(bǔ)風(fēng)口的是處于室溫狀態(tài)的空氣，由于晝夜溫差等原因會(huì)使 空氣溫度存在一定的差異，引起噴燈火焰以及預(yù)制棒芯層端面溫度的波 動(dòng)，端面溫度的波動(dòng)使沉積到疏松體上的玻璃粉塵的組分發(fā)生變化，同時(shí) 疏松體的密度也可能發(fā)生改變。隨著預(yù)制棒疏松體不斷地向上提升，疏松 體長(zhǎng)度方向上的芯層尺寸也隨之變化，從而導(dǎo)致預(yù)制棒軸向生長(zhǎng)的不均勻 性，使預(yù)制棒軸向的包芯比(內(nèi)包層與芯層直徑的比值)產(chǎn)生波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的隨著預(yù)制棒疏松體的提升，預(yù)制棒軸向生長(zhǎng)不均勻，使預(yù)制棒軸向的包 芯比產(chǎn)生波動(dòng)的缺陷，提供一種制造光纖預(yù)制棒的裝置。為此，本發(fā)明采
用下述技術(shù)方案
一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其包括
一個(gè)帶有豎直種棒的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有反應(yīng)腔；
設(shè)置在所述反應(yīng)腔內(nèi)用于將原料氣體火焰水解生成的玻璃粉塵沉積到 所述豎直種棒上形成疏松體的至少一個(gè)噴燈；
用于排放所述反應(yīng)腔內(nèi)的廢氣以及未沉積到疏松體上的玻璃粉塵的排 風(fēng)口以及用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)補(bǔ)充清潔空氣的補(bǔ)風(fēng)口；
其特征是為所述的補(bǔ)風(fēng)口配置有能夠以設(shè)定的溫度向所述的反應(yīng)腔內(nèi) 供給氣體的氣體加熱器。
本發(fā)明其次要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有技術(shù)存在 的隨著預(yù)制棒疏松體的提升，預(yù)制棒軸向生長(zhǎng)不均勻，使預(yù)制棒軸向的包 芯比產(chǎn)生波動(dòng)的缺陷，提供一種制造光纖預(yù)制棒的方法。為此，本發(fā)明采 用下述技術(shù)方案
一種制造光纖預(yù)制棒的方法，是在一個(gè)帶有豎直種棒并設(shè)置有排風(fēng)口 和補(bǔ)風(fēng)口的反應(yīng)器的反應(yīng)腔內(nèi)，通過噴燈燃燒，將原料氣體火焰水解生成
的玻璃粉塵沉積到不斷向上提升和旋轉(zhuǎn)的豎直種棒上形成疏松體，其特征 是在所述形成疏松體的同時(shí)，通過所述的補(bǔ)風(fēng)口向所述的反應(yīng)腔以設(shè)定 的溫度供給氣體，使所述反應(yīng)腔內(nèi)溫度場(chǎng)穩(wěn)定。 本發(fā)明具有以下功能和效果
(1 )使從補(bǔ)風(fēng)口進(jìn)入到反應(yīng)腔內(nèi)的空氣始終保持設(shè)定的溫度，從而獲 得包芯比穩(wěn)定的光纖預(yù)制棒，提高疏松體的沉積效率。
(2 )溫度控制單元能夠根據(jù)出風(fēng)口處的溫度傳感器測(cè)量的溫度，自動(dòng) 調(diào)節(jié)加熱體的功率，保證出風(fēng)口提供設(shè)定溫度的熱風(fēng)，減小了進(jìn)入到反應(yīng) 腔氣體的溫度波動(dòng)。
(3)加熱氣體進(jìn)入反應(yīng)腔，可以提高反應(yīng)腔內(nèi)的溫度，節(jié)省用于加熱 疏松體表面的可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w的量。
(4 )導(dǎo)流板具有整流作用，可使氣體加熱器24內(nèi)流出的氣體呈穩(wěn)定、 均勻的層流狀態(tài)，消除反應(yīng)腔內(nèi)氣流紊亂的現(xiàn)象。從而減小了未沉積的Si02, Ge02微粒附著到反應(yīng)腔內(nèi)壁的可能性。
本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，可以從以下結(jié)合附圖的說明中將更全面的展現(xiàn)。


圖1是現(xiàn)有的用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的示意圖。 圖2是本發(fā)明用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的優(yōu)選實(shí)施例 的示意圖。
圖3是本發(fā)明的氣體加熱器24的軸向剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明的氣體加熱器24出風(fēng)口的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的另一個(gè)實(shí)施
例的示意圖(該示意圖項(xiàng)對(duì)于圖l、 2的左視方向)。
圖6是圖5所示制造光纖預(yù)制棒的裝置的氣體加熱器24出風(fēng)口的橫截
面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的加熱體的又 一種結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
圖中l(wèi)-制造光纖預(yù)制棒的裝置，2-反應(yīng)腔，3-第一噴燈，4-第二噴 燈，5-夾具，6-旋轉(zhuǎn)提升部件，7-排風(fēng)口， 8-補(bǔ)風(fēng)口， 9-豎直種棒，10-芯層，11-包層，12-進(jìn)風(fēng)口， 13-殼體，14-加熱體，15-溫度傳感器，16-溫度控制單元，17-導(dǎo)流板，18-線圈骨架，19-電熱絲，20-絕緣套筒，21-氣體通孔，22-保護(hù)罩，23-出風(fēng)口， 24-氣體加熱器。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明的制造光纖預(yù)制棒的裝置，其包括
一個(gè)帶有豎直種棒9的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有反應(yīng)腔2;
設(shè)置在反應(yīng)器的反應(yīng)腔2內(nèi)用于將原料氣體火焰水解生成的玻璃粉塵 沉積到豎直種棒9上形成疏松體的至少一個(gè)噴燈3、 4;
用于排放反應(yīng)腔2內(nèi)的廢氣以及未沉積到疏松體上的玻璃粉塵的排風(fēng) 口 7以及用于向反應(yīng)腔2內(nèi)補(bǔ)充清潔空氣的補(bǔ)風(fēng)口 8;
尤其是為補(bǔ)風(fēng)口 8配置有能夠以設(shè)定的溫度向反應(yīng)腔2內(nèi)供給氣體的 氣體加熱器24。該制造光纖預(yù)制棒的裝置使從補(bǔ)風(fēng)口 8進(jìn)入到反應(yīng)腔2內(nèi)的空氣始終保持設(shè)定的溫度，從而獲得包芯比穩(wěn)定的光纖預(yù)制棒，提高疏 卡>體的沉積效率。
作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加的
技術(shù)特征，以便在實(shí)施上述技術(shù)方案時(shí)選用
首先，氣體加熱器24包括具有進(jìn)風(fēng)口 12和出風(fēng)口 23的殼體13、設(shè) 置在殼體13內(nèi)部的至少一個(gè)加熱體14、設(shè)置在出風(fēng)口 23處的測(cè)量氣體溫 度的溫度傳感器15、用于根據(jù)測(cè)得的溫度而調(diào)節(jié)加熱體功率的溫度控制單 元16,殼體13連接在反應(yīng)器上并令出風(fēng)口 23與補(bǔ)風(fēng)口 8對(duì)應(yīng)，溫度傳感 器15與溫度控制單元16相連接，溫度控制單元16與加熱體14相連接。
此時(shí)，
加熱體14由絕緣材料制成的線圈骨架18、纏繞在線圈骨架18上的電 熱絲19以及圍繞在線圈骨架18和電熱絲19周圍的絕緣套筒20構(gòu)成，并 在該加熱體14內(nèi)部形成有氣體通孔21，具體的，線圈骨架18的^f黃截面為 十字形或米字形，從而在線圈骨架18與絕緣套筒20之間形成氣體通孔21; 絕緣材料是陶瓷或云母。
氣體加熱器24出風(fēng)口 23處設(shè)置用于使氣體產(chǎn)生穩(wěn)定層流的導(dǎo)流板 17，導(dǎo)流板17沿軸向平行分布于殼體13內(nèi)部，且間隔相同。
氣體加熱器24進(jìn)風(fēng)口 12處設(shè)置能夠透氣的保護(hù)罩22,該保護(hù)罩22 可拆卸地安裝在殼體13上。
其次，該制造光纖預(yù)制棒的裝置還包括用于固定豎直種棒9的夾具5 和用于使豎直種棒9旋轉(zhuǎn)和提升的旋轉(zhuǎn)提升部件6。
圖2示意的說明了本發(fā)明用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的 一個(gè)較佳的實(shí)施例。該制造光纖預(yù)制棒的裝置1包括帶有反應(yīng)腔2的反 應(yīng)器，分別用于沉積預(yù)制棒疏松體芯層IO和包層11的第一噴燈3和第二 噴燈4 (圖2中給出了兩個(gè)噴燈的情況，但也可以使用一個(gè)噴燈或者多于 兩個(gè)噴燈沉積疏松體)，用于固定豎直種棒9的夾具5,用于使豎直種棒9 旋轉(zhuǎn)和提升的旋轉(zhuǎn)提升部件6，形成在反應(yīng)器上的用于排放反應(yīng)腔2內(nèi)的 廢氣和未沉積到疏松體上的玻璃粉塵的排風(fēng)口 7以及用于向反應(yīng)腔2內(nèi)補(bǔ) 充清潔空氣的補(bǔ)風(fēng)口 8，為補(bǔ)風(fēng)口 8配置的氣體加熱器24;其中的氣體加 熱器24包括具有進(jìn)風(fēng)口 12和出風(fēng)口 23的殼體13、設(shè)置在殼體13內(nèi)部軸
8向方向的加熱體14、設(shè)置在出風(fēng)口 23處的測(cè)量氣體溫度的溫度傳感器15、 用于根據(jù)溫度傳感器15測(cè)得的溫度而調(diào)節(jié)加熱體14功率的溫度控制單元 16。
如圖3所示，殼體13內(nèi)壁設(shè)有保溫層(圖中未示出)，在殼體13—端 安裝具有透氣孔的保護(hù)罩22,殼體13另一端用于與反應(yīng)腔2連接并位于 兩噴燈上方。加熱體14安裝在殼體13內(nèi)靠近出風(fēng)口 23處，加熱體14由 絕緣材料制成的線圈骨架18、纏繞在該線圈骨架18上的電熱絲19以及圍 繞在線圈骨架18和電熱絲19外側(cè)周圍的絕緣套筒20構(gòu)成，加熱體14中 間留有氣體通孔21使氣流通過。線圈骨架18橫截面為十字形，由兩塊絕 緣基板構(gòu)成，基板厚度在0. 5~ 3mm之間。線圈骨架18橫截面也可采用米 字形，但不限于此。線圈骨架18上均布凹槽，電熱絲19以環(huán)繞的方式不 重疊地依序定位于凹槽內(nèi)。絕緣材料最好是陶乾或者云母。電熱絲19由 Ni-Cr合金制成。絕緣套筒20的外徑略小于殼體13的內(nèi)徑，如此將絕緣 套筒20固定在殼體13內(nèi)部，可減少熱量的散失。溫度傳感器15設(shè)置于 氣體加熱器的出風(fēng)口 23處并連接到溫度控制單元16，溫度控制單元16再 連接到加熱體14上。溫度控制單元16主要是由一個(gè)反饋電路和一個(gè)比較 器構(gòu)成。當(dāng)設(shè)定溫度后，溫度傳感器15會(huì)測(cè)量出風(fēng)口溫度，當(dāng)出風(fēng)口溫 度低于設(shè)定溫度時(shí)，溫度控制單元16會(huì)加大加熱體14功率，反之則減小 加熱體14功率或者停止加熱，使氣體溫度達(dá)到設(shè)定溫度。 一般的，從氣
體加熱器進(jìn)入反應(yīng)腔2的氣體溫度的波動(dòng)幅度控制在rc以內(nèi)，并以此作
為設(shè)定溫度的參照。氣體加熱器24出風(fēng)口 23處設(shè)置用于使氣體產(chǎn)生穩(wěn)定 層流的導(dǎo)流板17。如圖4所示，長(zhǎng)條形的片狀導(dǎo)流板17等間隔的沿軸向 平行分布于殼體13內(nèi)部，相鄰的導(dǎo)流板17之間均有可使氣流通過的間隙， 導(dǎo)流板17可自由拆除。被加熱的氣體沿平行的板片進(jìn)入反應(yīng)腔2，由于導(dǎo) 流板17均勻分布于出風(fēng)口 23,因此能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的層流熱風(fēng)。氣體加熱 器24進(jìn)風(fēng)口 12處設(shè)置能夠透氣的保護(hù)罩22,該保護(hù)罩22可拆卸地如通 過螺釘或螺紋連接安裝在殼體13上。
氣體加熱器24與補(bǔ)風(fēng)口 8相連，出風(fēng)口 23與補(bǔ)風(fēng)口 8相通，氣體加 熱器的補(bǔ)風(fēng)口 8位于靠近噴燈4的上方，相對(duì)于包層噴燈口垂直距離為 5Q 200mm，而排風(fēng)口 7位于反應(yīng)腔2的另一側(cè)，與補(bǔ)風(fēng)口 8相對(duì)。通過對(duì)排風(fēng)風(fēng)口 7的抽風(fēng)使反應(yīng)腔2內(nèi)的壓力控制在-100Pa (-100Pa，即小于 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓100Pa)左右，外部的空氣通過氣體加熱器24、補(bǔ)風(fēng)口8補(bǔ)充 到反應(yīng)腔2內(nèi)形成氣流，可以及時(shí)地將未沉積到疏;^體上的Si(h、 Ge02微 粒排放到廢氣管道，防止其沉積到反應(yīng)腔2內(nèi)壁上。同時(shí)也有利于將兩個(gè) 噴燈燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走，以降低預(yù)制棒周圍的環(huán)境溫度，增加 噴燈火焰與預(yù)制棒表面的溫度梯度，增強(qiáng)熱泳效率。需要說明的是，為了 保證產(chǎn)品純度，外部的空氣要求是10000級(jí)以上的潔凈空氣。補(bǔ)風(fēng)口8的 大小可以根據(jù)反應(yīng)腔2的大小以及所需的風(fēng)量大小決定。通常其橫截面積 在0. 05 ~ 0. 31112之間。
預(yù)制棒沉積過程中，外界氣體在負(fù)壓作用下進(jìn)入氣體加熱器24，沿著 加熱體內(nèi)部氣體通孔21流動(dòng)，帶走電熱絲19所產(chǎn)生的高溫?zé)崮?，使被?熱氣體溫度升高，加熱氣體進(jìn)入到反應(yīng)腔2。其間，溫度控制單元16依據(jù) 出風(fēng)口 23處的溫度傳感器15的信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體加熱器輸出功率，將出 風(fēng)口 23的氣體控制在設(shè)定溫度，從而制造出包芯比均勻的預(yù)制棒。
圖5是本發(fā)明用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的另一個(gè)實(shí)施 例的示意圖。圖6是圖5所示制造光纖預(yù)制棒的裝置的氣體加熱器24出 風(fēng)口的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，氣體加熱器24的部件與圖2、 圖3所示的實(shí)施例基本相同，但出風(fēng)口位于噴燈3、 4的兩側(cè)，截面形狀 為矩形。采用兩個(gè)相同的氣體加熱器24或者帶有兩個(gè)出風(fēng)口的氣體加熱 器24給反應(yīng)腔補(bǔ)風(fēng)，同時(shí)結(jié)合在高度方向上范圍更大的矩形出風(fēng)口，可 以有效地帶走更多的未沉積到疏松體上的玻璃粉塵。
圖7是本發(fā)明用軸向汽相沉積法制造光纖預(yù)制棒的裝置的加熱體的又 一種結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖中，除了加熱體以外其它部件與圖2、圖3 所示的實(shí)施例相同。圖3所示的實(shí)施例中氣體加熱器24中只有一個(gè)加熱 體，而本實(shí)施例中安裝了多個(gè)加熱體。十字形的絕緣線圈骨架18上纏繞 有電熱絲19，線圈骨架18和電熱絲19固定在絕緣套筒20內(nèi)構(gòu)成一個(gè)加 熱體。7個(gè)同樣的加熱體均勻地安裝在殼體13內(nèi)部，外部空氣通過通孔 21被加熱體加熱。采用這種裝置，氣體加熱更為均勻，效率更高。
以下說明本發(fā)明的方法'
根本的，本發(fā)明的制造光纖預(yù)制棒的方法，是在一個(gè)帶有豎直種棒9
10并設(shè)置有排風(fēng)口 7和補(bǔ)風(fēng)口 8的反應(yīng)器的反應(yīng)腔2內(nèi)，通過噴燈燃燒，將 原料氣體火焰水解生成的玻璃粉塵沉積到不斷向上提升和旋轉(zhuǎn)的豎直種 棒9上形成疏松體，尤其是在形成疏松體的同時(shí)，通過補(bǔ)風(fēng)口8向反應(yīng) 腔2以設(shè)定的溫度供給氣體，使反應(yīng)腔2內(nèi)溫度場(chǎng)穩(wěn)定。
作為對(duì)上述方法的完善和補(bǔ)充，還包括以下附加的技術(shù)特征 通過為補(bǔ)風(fēng)口 8配置氣體加熱器24以對(duì)補(bǔ)充向反應(yīng)腔2內(nèi)的清潔空氣 加熱使清潔空氣保持在設(shè)定的溫度，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)腔內(nèi)溫度場(chǎng)穩(wěn)定。氣體加熱 器24,是通過在補(bǔ)風(fēng)口 8內(nèi)設(shè)置一帶有進(jìn)風(fēng)口 12和出風(fēng)口 23的殼體13， 在該殼體13內(nèi)部位于進(jìn)風(fēng)口 12和出風(fēng)口 23之間設(shè)置至少一個(gè)的加熱體 14,在出風(fēng)口 23處設(shè)置測(cè)量氣體溫度的溫度傳感器15,設(shè)置根據(jù)溫度傳 感器15測(cè)得的溫度而調(diào)節(jié)加熱體功率的溫度控制單元16,將溫度傳感器 15與溫度控制單元16相連接，溫度控制單元16與加熱體14相連接形成。 進(jìn)一步的，在出風(fēng)口 23處設(shè)置用于使氣體產(chǎn)生穩(wěn)定層流的導(dǎo)流板17以及 設(shè)置于進(jìn)風(fēng)口 12處能夠透氣的保護(hù)罩22。用絕緣材料制成線圈骨架18， 在線圈骨架18上纏繞電熱絲19并在線圏骨架18和電熱絲19周圍圍繞絕 緣套筒20構(gòu)成加熱體14,并在該加熱體14內(nèi)部形成氣體通孔21。
補(bǔ)風(fēng)口 8的風(fēng)速控制在3m/s ~ 20m/s之間。當(dāng)風(fēng)速小于3m/s時(shí)，可能 造成未沉積的微粒不能有效地排放出反應(yīng)腔2。由于補(bǔ)風(fēng)口 8對(duì)著預(yù)制棒 疏松體，當(dāng)風(fēng)速大于20m/s時(shí)可能會(huì)造成疏松體晃動(dòng)從而導(dǎo)致沉積過程中 的外徑波動(dòng)。
作為一個(gè)實(shí)例，使用圖2所示的裝置制造光纖預(yù)制棒疏松體。排氣口 7與排氣風(fēng)機(jī)(圖中未示出)連接，排氣風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽氣，使反應(yīng)腔2內(nèi)的 壓力為負(fù)壓(如-100Pa,即小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓100Pa)。此時(shí)氣體加熱器24 工作，外部空氣在負(fù)壓作用下通過氣體加熱器1進(jìn)入反應(yīng)腔2，待反應(yīng)腔 2的氣體達(dá)到設(shè)定溫度如IO(TC后保持恒溫。將豎直種棒9安裝在夾具5 上，使第一噴燈3對(duì)準(zhǔn)豎直種棒9的下端，種棒9以30rpm的速度勻速旋 轉(zhuǎn)。然后分別向第一噴燈3、第二噴燈4通入氫氣和氧氣，依次點(diǎn)燃第一 噴燈3和第二噴燈4，密封反應(yīng)腔使壓力控制在-100Pa左右。接著向第一 噴燈3通入氣體原料SiCU、 GeCh使之發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生Si02、 Ge02微 粒沉積在豎直種棒9的下端形成芯層10,同時(shí)向第二噴燈4通入氣體原料SiCh使之發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生Si02微粒沉積到芯層10的周圍形成包層 11，豎直種棒9不斷地旋轉(zhuǎn)和提升，最后形成內(nèi)外兩層具有不同折射率的 預(yù)制棒疏松體。由于在沉積過程中補(bǔ)風(fēng)溫度始終保持在IO(TC (可以設(shè)定 一定的幅度如士O. 5°C),避免了補(bǔ)風(fēng)對(duì)疏松體芯層端面溫度的波動(dòng)，制造 出的預(yù)制棒疏松體縱向波動(dòng)較小。此外，反應(yīng)腔內(nèi)溫度場(chǎng)的穩(wěn)定可以減小 氣流擾動(dòng)，使疏^^體生長(zhǎng)更為穩(wěn)定。疏;^體經(jīng)過脫水玻璃化后得到4)45 x 1550mm的透明芯才奉，包芯比為5. 0,芯/包同心度i吳差《4. 4mm，包層不圓 度《1. l,。
用圖5所示的裝置實(shí)施本發(fā)明的方法，所得產(chǎn)品的性能不亞于用圖2 所示的裝置實(shí)施本發(fā)明所得產(chǎn)品的性能。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解 的是，在不脫離如權(quán)力要求書所公開的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，對(duì) 具體要素的各種改進(jìn)、添加和替換是可能的。
權(quán)利要求
1、一種制造光纖預(yù)制棒的裝置(1)，其包括一個(gè)帶有豎直種棒(9)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有反應(yīng)腔(2)；設(shè)置在所述反應(yīng)腔(2)內(nèi)用于將原料氣體火焰水解生成的玻璃粉塵沉積到所述豎直種棒(9)上形成疏松體的至少一個(gè)噴燈(3、4)；用于排放所述反應(yīng)腔(2)內(nèi)的廢氣以及未沉積到疏松體上的玻璃粉塵的排風(fēng)口(7)以及用于向所述反應(yīng)腔(2)內(nèi)補(bǔ)充清潔空氣的補(bǔ)風(fēng)口(8)；其特征是為所述的補(bǔ)風(fēng)口(8)配置有能夠以設(shè)定的溫度向所述的反應(yīng)腔(2)內(nèi)供給氣體的氣體加熱器(24)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是所述 的氣體加熱器(24)包括具有進(jìn)風(fēng)口 (12)和出風(fēng)口 (23)的殼體(13)、設(shè)置在 殼體(13)內(nèi)部的至少一個(gè)加熱體(14)、設(shè)置在出風(fēng)口 (23)處的測(cè)量氣體溫 度的溫度傳感器(15)、用于根據(jù)測(cè)得的溫度而調(diào)節(jié)加熱體功率的溫度控制與補(bǔ)風(fēng)口 (8)對(duì)應(yīng)，所述的溫度傳感器(15)與所述的溫度控制單元(16)相 連接，所述的溫度控制單元(16)與所述的加熱體(14)相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是所述 的加熱體(14)由絕緣材料制成的線圏骨架(18)、纏繞在所述線圈骨架(18) 上的電熱絲(19)以及圍繞在所述的線圏骨架(18)和電熱絲(19)周圍的絕 緣套筒(20)構(gòu)成，并在該加熱體(14)內(nèi)部形成有氣體通孔(21)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是所述 的線圈骨架(18)的橫截面為十字形或米字形，從而在所述的線圈骨架(18) 與所述的絕緣套筒(20)之間形成所述的氣體通孔(21)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是所述 的絕緣材料是陶瓷或云母。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是所述 的氣體加熱器(24)出風(fēng)口 (23)處設(shè)置用于使氣體產(chǎn)生穩(wěn)定層流的導(dǎo)流板 (17),所述導(dǎo)流板(17)沿軸向平行分布于殼體內(nèi)部，且間隔相同。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是所述 的氣體加熱器(24)進(jìn)風(fēng)口 (12)處設(shè)置能夠透氣的保護(hù)罩(22)，該保護(hù)罩(22)可拆卸地安裝在殼體(13)上。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造光纖預(yù)制棒的裝置，其特征是其還但降旋轉(zhuǎn)和提升的旋轉(zhuǎn)提升部件(6)。
9、 一種制造光纖預(yù)制棒的方法，是在一個(gè)帶有豎直種棒(9)并設(shè)置有 排風(fēng)口 (7)和補(bǔ)風(fēng)口 (8)的反應(yīng)器的反應(yīng)腔(2)內(nèi)，通過噴燈(3、 4)燃燒，將原料氣體火焰水解生成的玻璃粉塵沉積到不斷向上提升和旋轉(zhuǎn)的豎直 種棒(9)上形成疏松體，其特征是在所述形成疏松體的同時(shí)，通過所述 補(bǔ)風(fēng)口 (8)向所述的反應(yīng)腔(2)以設(shè)定的溫度供給氣體，使所述反應(yīng)腔(2) 內(nèi)溫度場(chǎng)穩(wěn)定。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制造光纖預(yù)制棒的方法，其特征是通 過為所述的補(bǔ)風(fēng)口 (8)配置氣體加熱器(24)以對(duì)補(bǔ)充向所述反應(yīng)腔(2)內(nèi) 的清潔空氣加熱使清潔空氣保持在設(shè)定的溫度，實(shí)現(xiàn)所述反應(yīng)腔(2)內(nèi)溫 度場(chǎng)穩(wěn)定。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的一種制造光纖預(yù)制棒的方法，其特征是通 過在所述的補(bǔ)風(fēng)口 (8)內(nèi)設(shè)置一帶有進(jìn)風(fēng)口 (12)和出風(fēng)口 (23)的殼體(13) ,在該殼體(13)內(nèi)部位于所述進(jìn)風(fēng)口 (12)和出風(fēng)口 (23)之間設(shè)置至少 一個(gè)加熱體(14)，在出風(fēng)口 (23)處設(shè)置測(cè)量氣體溫度的溫度傳感器(15)， 設(shè)置根據(jù)該溫度傳感器(15)測(cè)得的溫度而調(diào)節(jié)加熱體功率的溫度控制單 元(16)，將所述溫度傳感器(15)與所述溫度控制單元(16)相連接，溫度控 制單元(16)與加熱體(14)相連接形成所述的氣體加熱器(24)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種制造光纖預(yù)制棒的方法，其特征是在 所述的出風(fēng)口 (23)處設(shè)置用于使氣體產(chǎn)生穩(wěn)定層流的導(dǎo)流板(17)以及設(shè) 置于進(jìn)風(fēng)口 (12)處能夠透氣的保護(hù)罩(22)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種制造光纖預(yù)制棒的方法，其特征是用 絕緣材料制成線圈骨架(18)，在線圈骨架(18)上纏繞電熱絲(19)并在所述 的線圈骨架(18)和電熱絲(19)周圍圍繞絕緣套筒(2 0)構(gòu)成所述的加熱體(14) ,并在該加熱體(14)內(nèi)部形成氣體通孔(21)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制造光纖預(yù)制棒的方法，其特征是補(bǔ) 風(fēng)口 8的風(fēng)速控制在3m/s ~ 20m/s之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖預(yù)制棒的制造技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)存在隨著預(yù)制棒疏松體的提升，預(yù)制棒軸向生長(zhǎng)不均勻，使預(yù)制棒軸向的包芯比產(chǎn)生波動(dòng)的缺陷，本發(fā)明是在一個(gè)帶有豎直種棒并設(shè)置有排風(fēng)口和補(bǔ)風(fēng)口的反應(yīng)器的反應(yīng)腔內(nèi)，通過噴燈燃燒，將原料氣體火焰水解生成的玻璃粉塵沉積到不斷向上提升和旋轉(zhuǎn)的豎直種棒上形成疏松體，在所述形成疏松體的同時(shí)，通過補(bǔ)風(fēng)口向所述的反應(yīng)腔以設(shè)定的溫度供給氣體，使所述反應(yīng)腔內(nèi)溫度場(chǎng)穩(wěn)定。使從補(bǔ)風(fēng)口進(jìn)入到反應(yīng)腔內(nèi)的空氣始終保持設(shè)定的溫度，從而獲得包芯比穩(wěn)定的光纖預(yù)制棒，提高疏松體的沉積效率。
文檔編號(hào)C03B37/018GK101492244SQ200810163529
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者馮高鋒, 張立永, 楊軍勇, 章海峰 申請(qǐng)人:富通集團(tuán)有限公司