專利名稱:光學(xué)纖維預(yù)制件的制造技術(shù)
本發(fā)明關(guān)系到以下述特定的方法(以后述及的制法即指這種特定的方法)，制造能由之拉制光學(xué)纖維(以下簡稱光纖)的玻璃質(zhì)預(yù)制件，在這種方法中，氧與一種或多種鹵化物之類的化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而這種反應(yīng)導(dǎo)致在玻璃襯底管上形成本質(zhì)上是由一種或多種氧化物組成的涂層。要在其上面形成涂層的襯底管表面可以是一種玻璃管的內(nèi)表面或一種玻璃芯的外表面。
為了改進(jìn)上述化學(xué)反應(yīng)，曾提出過多種方法，其中包括應(yīng)用加熱以及在氣體反應(yīng)混合物中產(chǎn)生等離子體?？梢栽谝笥谄鋬?nèi)表面上涂層的襯底管中以下述方式產(chǎn)生等離子體，即環(huán)繞此襯管的一端設(shè)置一微波諧振腔，并激發(fā)一繞該襯管軸線裝置的導(dǎo)電管，此諧振腔輸入的功率足以產(chǎn)生所需長度的等離子柱，舉例來說，用一臺微波發(fā)生器即能實現(xiàn)這一目的。也可以用類似形式的設(shè)備對玻璃芯的外表面涂層，這種情況下的芯子是支撐在一根外玻璃管內(nèi)，而向此管子內(nèi)輸入氣相反應(yīng)的混合物。上面這種裝配方式得以使電導(dǎo)管同運行中產(chǎn)生的等離子柱聯(lián)合組成一種同軸波導(dǎo)，通過它將微波發(fā)生器的功率耦合到此等離子體，而給該波導(dǎo)發(fā)出連續(xù)的電磁波，在給諧振腔輸入一定功率的條件下，有助于此等離子柱的增廣和延伸。
另一種方法是將一根電導(dǎo)管按同軸位置環(huán)繞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的玻璃管系統(tǒng)，以形成一段微波諧振腔，并沿此波動管系統(tǒng)伸長相應(yīng)于等離子柱長度的距離。
迄今為止，前述的電導(dǎo)管或是由用作以上波動管系統(tǒng)外部加熱的管狀爐內(nèi)壁所組成，或是由分離式金屬管，例如由鉻鎳鐵合金管所組成。
然而，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，常有金屬離子從該金屬管擴(kuò)散到襯底管或涂層中，污染預(yù)制件，并對由其組成的光纖性能產(chǎn)生有害影響。
本發(fā)明的目的在于提供一種制造光纖預(yù)制件方法，它能消除或至少能大大減少金屬離子產(chǎn)生的污染。
為此，本發(fā)明所提供的是這樣一種方法，其中，化學(xué)反應(yīng)是由微波發(fā)生氣供給功率的微波諧振器在氣體混合物中產(chǎn)生的等離子體所激發(fā)的，并有一根電導(dǎo)管處于同軸地環(huán)繞此襯基底管的位置，而形成上述諧振腔或與之耦合的波導(dǎo)，此種方法的特征在于該電導(dǎo)管是由導(dǎo)體碳制成。
該電導(dǎo)管最好用石墨制成。
當(dāng)襯底管是一根玻璃管時，最好有一根管壁穿有許多孔的內(nèi)管同軸地支撐于此襯底管內(nèi);將上述的氣體反應(yīng)混合物，或至少是這樣的一種或多種蒸氣導(dǎo)入在內(nèi)部的多孔管與通過此內(nèi)管的襯底管之間的環(huán)形空間。內(nèi)管中的氣體壓力要保持到高于上述環(huán)形空間的氣體壓力，同時在襯底管的大部分長度上對外壁加熱，在上述空間中形成的等離子體使化學(xué)反應(yīng)在該整個管內(nèi)進(jìn)行，隨后從此反應(yīng)構(gòu)成一固體的物料層，復(fù)蓋在襯底管加熱長度的整個內(nèi)壁上。
在制造光纖預(yù)制件的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)中，襯底管的橫斷面通常是圓形的，而多孔管的橫斷面也是圓形的。
類似地，當(dāng)襯底管是由簡便而共軸地架設(shè)于多孔管內(nèi)的一種延長的籽芯體組成，此多孔管又同軸地由一玻璃外管所包繞時，這樣在帶孔內(nèi)管和外管之間就形成了一個環(huán)形通道，而上述氣體反應(yīng)混合物在足夠壓力下進(jìn)入通道，并通過此內(nèi)管壁上的孔進(jìn)入內(nèi)管和籽芯之間的環(huán)形空間，與此同時，籽芯保持在很高的溫度下，而在上述空間生成的等離子體則在整個空間中引起化學(xué)反應(yīng)，并在籽芯的全部外表面上形成一固體的物料層。
在以上任何一種情況下，多孔管的內(nèi)腔和外部空同的尺寸以及多孔管壁上之孔的分布應(yīng)能使沉積于襯底管上的涂層在橫向和縱向上的厚度一致。管壁上的孔也應(yīng)根據(jù)所需產(chǎn)生的氣流和沉積速率在數(shù)量、孔徑和分布上有所變化。
氣體反應(yīng)混合物可以按均勻的速率引入環(huán)形空腔，同時在空腔內(nèi)產(chǎn)生基本上呈穩(wěn)定的等離子柱。
另外，在環(huán)形空間產(chǎn)生的等離子也可通過施加高場強(qiáng)的脈沖功率，以一系列重復(fù)式的光焰來生成，在每次施加脈沖功率之前，環(huán)形空腔應(yīng)在基本上屬恒壓的條件下充入氣體反應(yīng)混合物，恒壓最好小于20乇。在每次脈沖功率產(chǎn)生之前，要將一定量的氣體反應(yīng)混合物輸入環(huán)形空間，并在脈沖之后排清環(huán)形空間，也可按均勻的速率將此混合物引入環(huán)形空間，同時施加功率脈沖。脈沖的重復(fù)頻率應(yīng)根據(jù)氣體混合物的流速進(jìn)行調(diào)整，以使襯底管的沉積區(qū)在每次脈沖前都充滿未經(jīng)反應(yīng)的新鮮混合氣體。
依據(jù)本發(fā)明的一種方法將以舉例方式參考附圖進(jìn)行描述，圖中所示為用于實施本方法之設(shè)備的部分截面的正視圖。
圖中，垂直放置的石英玻璃襯底管1帶有一根進(jìn)氣管，此進(jìn)氣管可以是一根同基底管上端相接的邊管2，或是通過一密封件插入襯底管上端的一根管子(圖中未示明)，還有一根透明石英玻璃內(nèi)管3封接到同管1上端相接的帽罩4上，而在管1和管3之間形成環(huán)形空間5。管子3供三個附在其下端并緊貼在襯底管壁的石英質(zhì)突出物6置于與襯底管同軸的位置，并有一支短的緊配合的石英管由相類似的石英質(zhì)突出物8固定在管子3上端附近。管子3上方的開口端9同供應(yīng)所需的載體氣體和一種或多種反應(yīng)蒸汽的混合物之裝置(圖中未標(biāo)出)相連接，管子的底端10是封閉的，而且管子3的壁上穿有許多小孔11(圖中已予放大)，以便反應(yīng)的蒸汽輸出和載體氣體進(jìn)入構(gòu)成反應(yīng)區(qū)域的空間5。襯底管1的下端如箭頭所指與排空此管子的真空泵相聯(lián)(圖中未示明)。
由一定高度的外筒13和內(nèi)筒14形成的微波諧振腔與管1的氣體出口端相接。管1的下端嵌入內(nèi)筒14。由微波發(fā)生器15給諧振腔供給功率。一支石墨質(zhì)的具有圓形斷面的波導(dǎo)管16，自微波諧振腔頂部附近直至進(jìn)氣管2并包繞著襯底管;管16則由管式電爐17包繞。例如，當(dāng)此氣體反應(yīng)混合物中可以是由四氯化硅與一種或多種從其中引出一種或多種摻雜劑的鹵化物組成的混合氣體，并隨載體氣體和氧氣進(jìn)入環(huán)形空間并有功率供應(yīng)到微波諧振腔時，等離子柱18即在空間5中形成，引致有玻璃膜層19持續(xù)地沉積到襯底管1的表面上。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，由石墨制成的電導(dǎo)管16可消除因金屬導(dǎo)管中的金屬離子擴(kuò)散而造成的預(yù)制件污染問題。為此，內(nèi)筒14的上部20也要用石墨制成，這一部分直至管3最下一組穿孔區(qū)1的附近，得以使等離子柱盡量不“浪費”。
顯然，本發(fā)明并不為上述特定形式的設(shè)備所限，而可以方便地用于任何以微波功率激發(fā)等離子體，來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)在襯底管上沉積玻璃以創(chuàng)造出光纖預(yù)制件的方法中。例如，本發(fā)明可以同等良好的程度用于具有分設(shè)于襯底管每一端的兩個微波諧振腔兩個和微波發(fā)生器的設(shè)備，而上述兩個端部都要進(jìn)行抽空。
應(yīng)該理解到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括有為實施上述方法的設(shè)備，在該設(shè)備中，用一根石墨管做為波導(dǎo)管，并設(shè)置好由裝在管子一端或兩端的微波發(fā)生器為此波導(dǎo)管供給微波能。
在本發(fā)明范圍內(nèi)的“玻璃質(zhì)光纖預(yù)制件”一詞應(yīng)理解成，包含有用于生產(chǎn)光纖波導(dǎo)的玻璃管，但該玻璃管需要作進(jìn)一步的處理或加工，或在用于拉制成該光纖波導(dǎo)前，同其他玻璃結(jié)構(gòu)件相組合。
權(quán)利要求
1.一種專用于制造玻璃質(zhì)光纖預(yù)制件的方法，該方法通過微波發(fā)生器供給功率的微波諧振腔產(chǎn)生等離子體，激發(fā)氣體混合物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并有一電導(dǎo)管置同軸地環(huán)繞于上述襯底管的周圍，以形成上述諧振腔，或與之耦合的波導(dǎo)，該方法的特征在于此電導(dǎo)管是由導(dǎo)體碳制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種制造玻璃質(zhì)光纖預(yù)制件的方法，其中所述的電導(dǎo)管是以石墨制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種方法，其中，襯底管是玻璃管，該管的內(nèi)表面要加以涂層，在襯底管內(nèi)置有一個與其處于同軸位置，管壁上有許多孔的內(nèi)管，而上述氣體反應(yīng)混合物，或至少是這樣的一種或多種蒸汽被引入內(nèi)管，隨后通過上述微孔進(jìn)入處于帶孔內(nèi)管和基體管之間的環(huán)形空間，內(nèi)管中的氣體壓力應(yīng)保持到高于環(huán)形空間內(nèi)的氣壓，同時至少要沿襯底管的絕大部分長度上進(jìn)行外部加熱，這時，等離子體在上述空間內(nèi)生成，并在此整個空間中引起化學(xué)反應(yīng)，通過該反應(yīng)生成一層固體的物料層，復(fù)蓋在襯底管所有被加熱的內(nèi)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種方法，其中，襯底管內(nèi)置有一個延長的籽芯，該籽芯置于一根壁上有許多微孔的管內(nèi)，并與其同軸，此多孔管由一根與之同軸的外管所包繞，在多孔管和外管之間形成環(huán)狀通道，上述氣體反應(yīng)混合物在足夠壓力下經(jīng)該通道和內(nèi)管壁微孔進(jìn)入內(nèi)管和籽芯之間的環(huán)狀空間，同時此籽芯處于高溫之中，等離子體即在該空間形成，并在此整個空間中引起化學(xué)反應(yīng)，通過該反應(yīng)形成一層固體的物料層，復(fù)蓋在籽芯的整個外表面上。
5.根據(jù)以上任何一項權(quán)利要求
的方法，其中上述氣體反應(yīng)混合物是以均勻的速率輸入環(huán)形空間，同時有基本上呈穩(wěn)態(tài)的等離子柱在上述空間形成。
6.根據(jù)1-4任何一項權(quán)利要求
的方法，其中的等離子柱是在施加高場強(qiáng)的脈沖功率下，由一系列重復(fù)火焰生成于此環(huán)形空間中的，此環(huán)形空間要在每次脈沖前都在恒壓下充以反應(yīng)氣體混合物，壓力最好小于20乇。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的一種方法，其中，在每次脈沖之前，都要有一定量的反應(yīng)氣體混合物注入環(huán)形空間，并在脈沖之后將此空間排空。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6的一種方法，當(dāng)施加脈沖功率時，氣體反應(yīng)混合物應(yīng)以均勻的速率輸入此環(huán)形空間。脈沖重復(fù)的頻率應(yīng)根據(jù)此氣體混合物流速進(jìn)行調(diào)整，以使上述襯底管沉積區(qū)在每次脈沖前都充填有未經(jīng)反應(yīng)的新鮮氣體。
9.實施權(quán)利要求
1中方法所用的設(shè)備，借此設(shè)備能在玻璃襯底管的內(nèi)表面上沉積或由一種或多種氧化物組成的涂層，此設(shè)備包括一合管式爐，一根固定在爐內(nèi)的石墨質(zhì)波導(dǎo)管，與波導(dǎo)管耦合的微波諧振腔，向微波空腔供給功率的微波發(fā)生器;以及將一支壁上有許多孔的內(nèi)管置于襯底管內(nèi)的裝置;使氣體反應(yīng)混合物通過此多孔管壁上的微孔而輸入到多孔管和襯底管之間環(huán)形空間，這樣，當(dāng)采用本設(shè)備，使微波發(fā)生器受激，經(jīng)微波諧振腔輸入功率而在上述環(huán)形空間形成等離子柱時，就能在襯底管的內(nèi)表面上構(gòu)成氧化物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其中的微波諧振腔是耦合到石墨波導(dǎo)管的每一端。
11.為實施權(quán)利要求
1中方法的設(shè)備，借此設(shè)備能在襯底管內(nèi)表面上沉積上一種或多種氧化物組成的涂層;它包括爐子、設(shè)置于爐內(nèi)構(gòu)成微波諧振腔的石墨管、向微波諧振腔管供應(yīng)功率的微波發(fā)生器、將前述襯底管置于微波空腔管內(nèi)的手段、將多孔管(這些孔是沿著并環(huán)繞管子間隔開的)置于襯底管內(nèi)的手段，以及將氣體反應(yīng)混合物輸入多孔管，并通過管壁微孔進(jìn)入多孔管和襯底管之間的環(huán)形空間的手段，以使采用本設(shè)備使微波發(fā)生器受激向微波諧振腔輸送功率，而在上述環(huán)形空間內(nèi)構(gòu)成等離子柱時，得以在此襯底管的內(nèi)表面上形成氧化物涂層。
專利摘要
披露了制造光纖預(yù)制件的一種方法，使在氣體反應(yīng)混合物5中引起化學(xué)反應(yīng)，得以在玻璃襯底管1上形成一種涂層14，其中，此種反應(yīng)是通過微波諧振腔12在上述混合物中產(chǎn)生的等離子束所激發(fā)的，此微波諧振腔是由微波發(fā)生器15供給功率，同時用到了圍繞該反應(yīng)管系統(tǒng)設(shè)置的電導(dǎo)管16，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果該電導(dǎo)管是用金屬制成，則金屬離子會向襯底管擴(kuò)散并使之污染。為此，根據(jù)本發(fā)明，此電導(dǎo)管是采用石墨制成。
文檔編號C03B37/012GK85104801SQ85104801
公開日1986年12月17日 申請日期1985年6月22日
發(fā)明者尼科爾斯, 埃文斯, 格里納姆, 坎戴 申請人:通用電器公眾有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan