專利名稱:細(xì)長(zhǎng)玻璃體，特別是光波導(dǎo)預(yù)制件的制造方法
本發(fā)明涉及制備一種細(xì)長(zhǎng)的玻璃體，特別是SiO2基體光波導(dǎo)預(yù)制件的方法，其中，由玻璃粉末原料形成一多孔體，然后燒結(jié)而形成玻璃體。
從申請(qǐng)?zhí)枮?-127956的歐洲專利申請(qǐng)案中了解到這種方法，在這個(gè)方法里，由玻璃粉制成多孔體是通過(guò)將它松散地裝填到模具內(nèi)，然后在另一個(gè)步驟里壓實(shí)粉料，最后，使填滿壓實(shí)玻璃粉的模具經(jīng)受硬化粉料的熱處理。
松散地裝填到模具內(nèi)的粉料的壓實(shí)有下列缺點(diǎn)
1.由于在通過(guò)垮連松散地導(dǎo)入的粉末里形成不規(guī)則的空間，要在整個(gè)模具中獲得空間均勻的密度是因難的。由于這個(gè)原因，由這種粉料燒結(jié)成的玻璃體會(huì)顯現(xiàn)與所要求的幾何形狀很不一致。
2.壓實(shí)的過(guò)程會(huì)在被壓實(shí)的粉料里造成應(yīng)力，因而多孔體將是脆性的。
3.壓實(shí)過(guò)程產(chǎn)生一種已經(jīng)具有較高密度，也即較低孔隙度的多孔體，于是使干燥/提純過(guò)程變復(fù)雜。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種避免上述這些缺點(diǎn)的方法。
這個(gè)目的是如同在權(quán)利要求
1里所闡述的那樣去達(dá)到的。該方法另外的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)在從屬權(quán)利要求
里闡述。權(quán)利要求
14涉及按照本發(fā)明實(shí)施該方法的一種裝置。
現(xiàn)在借助于附圖更為詳細(xì)地描述該發(fā)明，其中
圖1顯示一種按照該發(fā)明的方法將玻璃粉末原料裝填到模具內(nèi)的裝置。
圖2顯示一種用于圖1裝置的控制裝填壓力的機(jī)構(gòu)。
圖3顯示一種用于形成管狀多孔體的輸送器的一部分。
在下文中，該發(fā)明就應(yīng)用于光波導(dǎo)的預(yù)制件的制造加以描述，原料以Si O2作為基料，為了改變折射率起見(jiàn)，原料一般包含一種或多種摻雜物，諸如Ge O2，P2O5，F(xiàn)，B2O3。應(yīng)該指出，按照本發(fā)明的方法也能用于不同于光波導(dǎo)的物品的制造，只要原料能制成粉末狀，定型成多孔體，然后燒結(jié)而形成玻璃體。
圖1的裝置有一個(gè)供料容器1，它貯有玻璃粉末原料，在下文也簡(jiǎn)稱為粉料，它四周是密封的。對(duì)于上述的應(yīng)用，粉料是一種以Si O2為基料，如果需要，可帶有摻雜物的合成制得玻璃粉末原料，不僅是從參照上述先有技術(shù)了解到的化學(xué)汽相反應(yīng)過(guò)程和火焰水解作用(也稱作熱解法)，而且所謂的“濕法”化學(xué)過(guò)程都適用于粉料的制造，其中，粉料是通過(guò)來(lái)自一個(gè)化學(xué)液相反應(yīng)的沉淀作用，接著使沉淀物干燥而獲得的。
根據(jù)合成制得的粉料的濕度和純度，在將粉料裝填入供料容器以前，通過(guò)在真空裝置里退火來(lái)執(zhí)行干燥步驟和/或通過(guò)在含氯的氣氛里熱處理來(lái)執(zhí)行提純步驟可能是必需的或有利的。由于粉料巨大的表面積，干燥和提純步驟比起在多孔體形成以后相同的處理來(lái)更為充分，因而，這種預(yù)處理允許使用不太純的和不太干的粉料，制造這種粉料的成本更低。
為了增加粉料的容積密度，從而便于保持原形壓實(shí)，通過(guò)熱的、機(jī)械的或液相方法使粉料結(jié)塊可能是必要的或有利的。
在供料容器1的底部附近有一個(gè)由外部的電動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)的螺旋輸送器3，通過(guò)它，粉料能從供料容器1中經(jīng)由輸送器管道4輸送出來(lái)。輸送器管道4伸突到模具5，粉料填滿到模具里，在所示的例子里，模具是石英玻璃管，它在位于輸送方向的一端用一個(gè)蓋子6密閉。裝填壓力是由朝蓋子6的方向以由其電動(dòng)機(jī)預(yù)定的輸送壓力壓緊粉料的螺旋輸送器及由一個(gè)逆著輸送方向作用于蓋子6上的對(duì)抗力產(chǎn)生的。
為限制裝填壓力，設(shè)置了一個(gè)裝置，它將在下面借助于圖2加以說(shuō)明，它提供一個(gè)可調(diào)的對(duì)抗力。
為了密封在輸送管4和模具5之間的空隙，輸送管4的出口環(huán)繞一個(gè)密封圈8，它貼附于輸送器管道上，并且在輸送器管道4和模具5之間提供一個(gè)恒定的摩擦力，這種摩擦力與在任何給定的瞬間輸送器管道4伸突入模具內(nèi)多遠(yuǎn)無(wú)關(guān)。
如上所述，模具位于輸送方向的端部是被蓋子6密封的，在蓋子6靠近模具的一邊有一個(gè)形成截錐體的部分10，它是以這樣的方式壓進(jìn)模具5的端部的它的外側(cè)表面牢固地靠在模具端部并密封后者。蓋子是靠夾持工具(未示出)固定的，例如，一個(gè)夾具，它能安裝在模具外邊，或者靠一個(gè)能擰在模具外邊從而包圍蓋子的帽蓋固定。
當(dāng)粉料填滿到模具里時(shí)，它在所施加的裝填壓力下被壓實(shí)，螺旋輸送器的輸送力逆著作用在蓋子上的對(duì)抗力沿輸送方向?qū)⒄麄€(gè)模具推離輸送器管道，直至模具的整個(gè)內(nèi)部空間幾乎填滿壓實(shí)的粉料。在裝填過(guò)程中模具相對(duì)于輸送器管道的運(yùn)動(dòng)由模具下面指著輸送方向的箭頭表示。
在填滿粉料以后，從裝填裝置中取出模子，圖2顯示了整個(gè)裝填裝置，并將在后面加以說(shuō)明，而在加熱爐內(nèi)不置蓋子6。在加熱爐內(nèi)，填滿壓實(shí)粉料的模具經(jīng)受近于1200℃的熱處理，在此期間，一種混合氣體通過(guò)加熱爐。
在這工藝過(guò)程中，容納在模具內(nèi)的壓實(shí)的粉料經(jīng)加熱而干燥和固結(jié)，而混合氣體提供所要求的提純。例如，混合氣體由氦、氯和氧組成?；瘜W(xué)上惰性的氦具有高擴(kuò)散率，它驅(qū)走殘留的氣體;氯與粉料的雜質(zhì)化合，它以羥基和過(guò)渡金屬的狀態(tài)存在，形成高揮發(fā)的化合物;氧氣氧化碳的殘余物并防止揮發(fā)性的摻雜物揮發(fā)。使用能夠使氯或氧分離的混合氣體也是可能的。依然存在于多孔體內(nèi)的殘留氣體在燒結(jié)以前也立即被氦驅(qū)走。在熱處理結(jié)束時(shí)，其產(chǎn)物是多孔但堅(jiān)實(shí)的物體。由于在熱處理時(shí)，多孔體的體積略微收縮，物體能容易地從用作模具的石英玻璃管里取出。
如果上述混合氣體通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置加壓而流經(jīng)多孔體，則利用氣體經(jīng)由多孔體而除去多孔體的雜質(zhì)便特別有效。適用于這一目的的是，例如一個(gè)加熱爐，其內(nèi)部能安裝用作模具的石英玻璃管，這樣，它便形成加熱爐的反應(yīng)器管道的一部分，
作為上述工藝過(guò)程的產(chǎn)物的多孔體具有均勻的組分，現(xiàn)在，它就能通過(guò)例如經(jīng)燒結(jié)將它變成玻璃體，然后拉延它而得到玻璃纖維這樣加工成光波導(dǎo)。
在最簡(jiǎn)單的情況下，這種纖維能在拉延過(guò)程中用一種折射率低于玻璃料的透明塑料涂層涂覆，從而光波導(dǎo)以塑料涂覆硅(PCS)纖維的形式制成。然而，多孔體也能以不同的方式加工成另一種類型的光波導(dǎo)，這將在下文說(shuō)明。
現(xiàn)在將借助于圖2來(lái)說(shuō)明一種裝填裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，其按照該發(fā)明的方法的基本細(xì)節(jié)在圖1里顯示，特別是說(shuō)明在裝填時(shí)施加克服螺旋輸送器的輸送力的對(duì)抗力的裝置。下述部分被固定到基板11上帶有從其中伸出的輸送器管道4的儲(chǔ)存粉料的容器1;與基板成直角的支座板12，支座板12和儲(chǔ)存容器1對(duì)置在基板11的兩端;橋狀的支架13，它連接到基板11上，從而其橫桿14與基板的縱軸成直角并平行于支座板。在支架的豎桿和支座板12之間架起二根平行的導(dǎo)向元件，例如導(dǎo)向管15，在它上面，裝有導(dǎo)向套筒17的背壓壓板16在基板的縱向、支架和支座板之間可運(yùn)動(dòng)。
包容在模具內(nèi)并且輸送器管道4伸進(jìn)其中的管子7通過(guò)剛性地但可拆卸地連接到背壓壓板16上而象背壓壓板16一樣可沿縱向運(yùn)動(dòng)或者可以在導(dǎo)向槽里滑動(dòng)，而其一端，被一靠在背壓壓板上，卻不與后者連接的一復(fù)蓋物密閉。經(jīng)由繩索19和導(dǎo)輥20從支架13懸下的可調(diào)重錘18引起背壓壓板從外側(cè)貼著管子7的那一端壓緊，管內(nèi)的粉料由于螺旋輸送器的作用而逆著它受力，繩索19系于背壓壓板16的兩側(cè)。
在裝填的時(shí)候，模具就這樣靠螺旋輸送器的作用沿輸送方向推離輸送器管道，而裝填到模具內(nèi)的粉料被壓實(shí)。壓實(shí)得以發(fā)生的壓力是由重錘18所決定的，它逆著螺旋輸送器的壓力壓緊背壓壓板，從而壓緊輸送器管道的端部。粉料填入模具的速度是由螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)速度所決定的，而裝填的壓力能由重錘18調(diào)節(jié)。
不言而喻，大量的其他裝置適宜于在可調(diào)的裝填壓力下將粉末裝滿到模具內(nèi)。這能夠是一種以運(yùn)動(dòng)學(xué)上逆向的方式動(dòng)作的裝置，其中，管子7是固定的，帶有輸送器管道4的供料容器卻是可逆著輸送方向克服一個(gè)抵抗輸送壓力的可調(diào)重力運(yùn)動(dòng)的。
本質(zhì)上，由圖1表明的裝填過(guò)程也能在這樣的情況下完成所形成的多孔體不是均勻的，而是具有沿徑向變化的組分。如果除了圖示的在模具的縱軸區(qū)域里將粉料輸送到模具內(nèi)的螺旋輸送器3外，還有一個(gè)或更多個(gè)附加的螺旋輸送器，它們與內(nèi)部的螺旋輸送器3同軸，并且它們將具有其他組分的粉料裝填到鄰近內(nèi)部區(qū)域的同軸區(qū)域內(nèi)，這便是可能的，那時(shí)，這些螺旋輸送器便位于幾個(gè)同軸螺旋輸送器之間的空間。對(duì)于每一個(gè)螺旋輸送器，輸送速度和裝填壓力能各自調(diào)節(jié)。如上面所述，施加在各個(gè)區(qū)域的最大裝填壓力是由作用在管子的封閉端的對(duì)抗力所決定的。依靠由不同的螺旋輸送器施加的相應(yīng)的裝填壓力的單獨(dú)控制，在各個(gè)鄰近的區(qū)域的直徑比率的特定的軸向變化能夠調(diào)節(jié)。如果使用這種同軸螺旋輸送器的構(gòu)造，按照用于制造不同的光波導(dǎo)類型的本發(fā)明的方法，許可形成包括芯玻璃材料的多孔體，如果需要，它在任意要求的層次里具有一個(gè)徑向變化的組分，并且周圍包覆玻璃料。
不僅具有諸如那些以前描述的旋轉(zhuǎn)幾何體結(jié)構(gòu)的多孔體，而且其他多孔體也能制造，只要使用的相鄰的各自被輸送管環(huán)繞的螺旋輸送器設(shè)置在例如一個(gè)矩形的或正方形的結(jié)構(gòu)里，這樣，就有可能制造多芯光波導(dǎo)，其中，獨(dú)立的光信號(hào)能夠平行地一起傳導(dǎo)，或者這多芯光波導(dǎo)具有維持偏振的特性。如果這種芯結(jié)構(gòu)是被一種或多種包層材料圍著的，這能夠通過(guò)環(huán)繞這個(gè)芯結(jié)構(gòu)排列的、并且將一種或多種粉料填入與芯結(jié)構(gòu)的縱軸同軸的區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)附加的螺旋輸送器而獲得。此外，對(duì)于每一個(gè)螺旋輸送器，裝填壓力和輸送速度能各自控制。
敘述至此，未考慮螺旋輸送器的構(gòu)造，模具總是做成空心圓柱體，因此隨后的熱處理的結(jié)果總是形成棒狀多孔體。然而，模具也能設(shè)計(jì)成使多孔體形成管狀體。在此情況下，所使用的螺旋輸送器不象圖1所示的螺旋輸送器，它不在其軸線區(qū)域送料，而是在一個(gè)具有環(huán)形槽截面的區(qū)域內(nèi)送料，這個(gè)環(huán)形橫截面的表面與其旋轉(zhuǎn)軸同軸。這種螺旋輸送器示于圖3。
這一螺旋輸送器25在一個(gè)內(nèi)管21和一個(gè)環(huán)繞內(nèi)管的同軸安置的外管22之間的空間旋轉(zhuǎn)，因此，它輸送玻璃粉末原料經(jīng)過(guò)這個(gè)空間而進(jìn)入模具，并處在離軸線有一距離的同軸區(qū)域內(nèi)。
作為一種形成管狀體的模具，將圖1的模具稍作變動(dòng)就能使用，在這變動(dòng)中，石英玻璃的諸如棒和管沿著模具的縱軸從一端到另一端，這樣的棒或管可聯(lián)接到例如蓋子6的凹口里?，F(xiàn)在，圖3的螺旋輸送器就能以類似于上面借助圖1所描述的方式將粉料輸送到這棒或管和模具的內(nèi)壁之間。在熱處理后，能容易地將棒或管從多孔體中央取出。
在圖3裝置前端有兩個(gè)密封環(huán)23和24，它們密封一個(gè)區(qū)域，在這區(qū)域內(nèi)，粉末料貼著模具的鄰近部分輸送到模具里，并且它們?nèi)缤趫D1的裝置里的密封環(huán)8那樣提供一個(gè)與位置無(wú)關(guān)的恒定的摩擦力。里面的密封環(huán)23附在內(nèi)管21的內(nèi)側(cè)，并靠在棒或管的外側(cè)，而外面的密封環(huán)24附在外管22的外側(cè)，并靠在模具5的內(nèi)側(cè)(圖1)。
由管狀多孔體制造構(gòu)成適用于光波導(dǎo)的預(yù)制件的棒狀的細(xì)長(zhǎng)玻璃體有幾種可能性。
管狀多孔體能以這樣的方式燒結(jié)，即在燒結(jié)的時(shí)候，它便收縮成棒狀玻璃體。另一種可能性是將如上面所述那樣制成的棒狀多孔體插入管狀多孔體，并且燒結(jié)該多孔的管內(nèi)置棒的結(jié)構(gòu)，以形成棒狀玻璃體，如果管狀體是由光波導(dǎo)包層材料制成，而棒狀體是由芯材料制成，以這種方式制造的玻璃質(zhì)的預(yù)制件就能制成由芯體和包層組成的光波導(dǎo)。
由棒狀多孔體形成細(xì)長(zhǎng)的玻璃體還有另一種可能性，就是燒結(jié)管狀多孔體以形成玻璃管，并燒結(jié)棒狀多孔體以形成玻璃棒，將玻璃棒插入玻璃管，再熔融合成的結(jié)構(gòu)而獲得細(xì)長(zhǎng)的玻璃體。
下面將說(shuō)明上述方法的幾種變換。
在上述方法里，制成管狀和/或棒狀多孔體的組分是已經(jīng)由玻璃粉末原料的組分，亦即由包含在Si O2基料內(nèi)的摻雜物，例如GeO2，P2O5，F(xiàn)，B2O3的成分所決定的。
作為替代，也能由純的Si O2基體材料制成多孔體，再通過(guò)擴(kuò)散將附加摻雜物摻到多孔體中。這種擴(kuò)散是在上述的熱處理和對(duì)模具里的壓實(shí)粉料提純之后作為一個(gè)單獨(dú)的工藝步驟來(lái)完成的。例如，有可能在一個(gè)適當(dāng)?shù)暮鷼鈶B(tài)大氣，例如含有CF4的氣態(tài)大氣里，通過(guò)熱處理在管狀多孔體里摻入氟，這樣，與不摻雜的Si O2玻璃比較，由這種多孔體制成的玻璃折射率就降低。以上述方式摻雜的管狀多孔體能與不摻雜的或摻以不同雜質(zhì)的棒狀多孔體一起如上面所述那樣加工，結(jié)果形成由芯體和色層組成的光波導(dǎo)的玻璃質(zhì)預(yù)制件。
管狀多孔體也能由下述方法加工而不管它是否摻雜及怎樣摻雜。
管狀多孔體能用作裝填和壓實(shí)如上面所述的粉料的上述工藝過(guò)程的模具，然后進(jìn)行熱處理。
摻雜的或不摻雜的Si O2玻璃原料的多孔管代替石英玻璃管，象上面所描述的那樣裝填相同或不同化學(xué)組分的粉料。里面裝有壓實(shí)的粉料的管子接著經(jīng)受熱處理。于是在管內(nèi)形成一棒狀多孔體。這個(gè)結(jié)構(gòu)隨之由兩個(gè)多孔體燒結(jié)而形成一個(gè)玻璃體。
如果由兩個(gè)多孔體組成的結(jié)構(gòu)還未按要求摻雜，例如，如果它完全不含雜質(zhì)，多孔管能與容納在其中的棒狀多孔體一起，在如上述對(duì)多孔體摻雜的階段，通過(guò)在一適當(dāng)?shù)沫h(huán)境里的熱處理，擴(kuò)散如氟之類的摻雜物，將其摻到管內(nèi)置棒的結(jié)構(gòu)里。采用這樣的方法能夠得到的摻雜物濃度依賴于多孔體材料的密度，于是通過(guò)管狀體和容納于其中的棒狀多孔體的密度不相同。就能在兩個(gè)多孔體里得到不同的摻雜物濃度。即使僅執(zhí)行單個(gè)的擴(kuò)散步驟。在燒結(jié)后得到的玻璃體是這樣一種由一個(gè)芯體和一個(gè)包層組成的適用于光波導(dǎo)的預(yù)制件。
這種通過(guò)擴(kuò)散摻雜物的摻雜也能用于這樣的多孔的管內(nèi)置棒的結(jié)構(gòu)它的棒狀多孔體是以另一種方式制成而不用多孔管作為模具，并且對(duì)于棒狀多孔體來(lái)說(shuō)也具有恒定的密度或者沿徑向變化的密度。
在上述實(shí)施例里，石英玻璃管用作模具，并且在熱處理后也即在燒結(jié)前從多孔體中取去。然而，熱處理后及在燒結(jié)的時(shí)候，多孔體也能留存在石英玻璃管里。在燒結(jié)以后，玻璃體顯著地收縮，它能從石英玻璃管中取出。在此過(guò)程里，熱處理時(shí)的溫度必須不高至使多孔體收縮。
還有另處一種不需要在熱處理時(shí)收縮多孔體的方法如下使用一個(gè)最好由石英玻璃制成的、由兩半管堯或幾部分組成的管子，如果將這種管子拆開(kāi)，多孔體便能方便地取出。
如果使用一個(gè)由幾部分組成的管子，由于粉料經(jīng)過(guò)壓實(shí)而足夠緊密地結(jié)合在一起，即使在熱處理加以固結(jié)以前，它也不能再散開(kāi)，所以管子在裝填和壓實(shí)以后，就能在熱處理前從多孔體中取走。
上述方法的與其工藝性能無(wú)關(guān)而僅僅表明一種便于控制多孔體的手段的另一種情況如下
粉料填滿并且壓實(shí)在模具內(nèi)，在裝填時(shí)將一根石英玻璃棒插入，它在其后的工藝步驟里留存在粉料里。在裝填時(shí)，這石英玻璃棒是緊固在蓋子6中央的開(kāi)口里，以便它沿其縱軸伸展一段短的長(zhǎng)度到模具里，開(kāi)口配置一個(gè)密封圈，它牢固地附著在石英玻璃棒上，以致后者在裝填時(shí)承受得住裝填壓力，并保持在其位置上，而且，在填滿以后，蓋子被推出石英玻璃棒的自由端外，這樣便能取走。在隨后的工藝步驟持續(xù)的過(guò)程中，即在熱處理和燒結(jié)的時(shí)候，及在接著發(fā)生的由玻璃質(zhì)預(yù)制件拉制光波導(dǎo)的時(shí)候，石英玻璃棒留存在多孔體里和由其制成的玻璃質(zhì)預(yù)制件里。
應(yīng)該提及的是，所述方法的每一階段，從玻璃粉末原料制造步驟到燒結(jié)而形成適宜于用作預(yù)制件的細(xì)長(zhǎng)的玻璃體的步驟，必須留心避免物料污染。
在這方面，可行的是，盛粉料的供料容器總是氣密式封閉，將料裝填入模具是在一個(gè)封閉的環(huán)境里，例如在一個(gè)真空手套箱里完成的，輸送器管道通過(guò)一個(gè)真空密封的通道從外邊伸凸到這個(gè)手套箱里。模具僅在其兩端已被蓋子密閉后，才從手套箱中取出，關(guān)轉(zhuǎn)移到加熱爐作熱處理。至于清潔度，可行的是，如果可能，粉料僅同石英玻璃制的裝置部件接觸，即，不僅模具，而且裝填裝置也應(yīng)由石英玻璃制成。
另外一個(gè)避免污染的措施是多孔體的熱處理是在氣態(tài)大氣里進(jìn)行，而隨后的燒結(jié)而形成玻璃體是在一單獨(dú)的裝置里進(jìn)行，它保持多孔體在氣態(tài)大氣里熱處理和燒結(jié)步驟之間處于密封環(huán)境，例如，將多孔體從下面向上推經(jīng)第一個(gè)區(qū)域立即進(jìn)入第二個(gè)區(qū)域，在第一個(gè)區(qū)域里作熱處理，在第二個(gè)區(qū)域里實(shí)行燒結(jié)。
下面敘述該方法的變換，其中，用途是由根據(jù)本發(fā)明的原理產(chǎn)生的，玻璃粉末原料在裝填入模具的時(shí)候被壓實(shí)，但在加工過(guò)程中并不使用螺旋輸送器。在此變換中，與上面所述相同的或者相似的模具在填料時(shí)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以致離心力作用于模具的縱軸方向，并且粉料在所述的離心力作用下填滿并壓實(shí)在模具內(nèi)，離心力還決定了裝填壓力。這個(gè)方法也允許使用幾個(gè)同軸管，以便制造具有徑向變化的組分的多孔體或者管狀多孔體。
為了制造其組分沿徑向變化的棒狀多孔體，上面對(duì)這些方法連同其他方法作了描述，其中，具有沿徑向變化的組分的粉料填滿并壓實(shí)在幾個(gè)同軸排列的輸送器管道外面的模具內(nèi)。造成壓實(shí)的裝填壓力由螺旋輸送器或離心力產(chǎn)生?？傊?，不同的輸送器管道的同軸裝配和不同粉料的同時(shí)輸送涉及大量的配件。
下面說(shuō)明一種需要不太復(fù)雜的裝置的方法如上面所述的關(guān)于管狀體的制造，一個(gè)細(xì)長(zhǎng)體，即一根棒式管，由例如石英玻璃制成，位于圖1的模具中央沿縱軸從一端到另一端。玻璃形成的粉末由一個(gè)螺旋輸送管裝填到這個(gè)細(xì)長(zhǎng)體和模具的內(nèi)壁之間，粉料在該過(guò)程中被壓實(shí)。裝填入模具的粉料具有適用于例如作為光波導(dǎo)的包層的組分。由于裝填到模具里的粉料被壓實(shí)，它具有一密實(shí)度，所以在完成裝填步驟以后細(xì)長(zhǎng)體能取走，而沒(méi)有粉料落到所形成的空間里。在細(xì)長(zhǎng)體被取走以后，具有不同組分，例如組成芯料的組分的另一種玻璃粉末原料裝填到該空間，并壓實(shí)于其間。
如果這粉料的組分越過(guò)橫截面是不變的，它是以圖1所示的方式，通過(guò)位于中央的螺旋輸送器填滿到模具里。如果粉料的組分象用于具有陡度折射率分布的光波導(dǎo)所要求的那樣越過(guò)橫截面是變化的，在取走該細(xì)長(zhǎng)體后，將另一直徑較小的細(xì)長(zhǎng)體沿縱軸安置在空間中央，使用適宜于該空間的圖3的螺旋輸送器將具有不同組分的玻璃粉末原料填滿并壓實(shí)在模具里。然后將該細(xì)長(zhǎng)體取走，再將下一個(gè)細(xì)長(zhǎng)體插入，等等，直至留存的空間由安置在中央的螺旋輸送器用適用于內(nèi)部區(qū)域的粉料填滿。開(kāi)始的裝填過(guò)程就這樣分別用不同的粉料組分，不同的細(xì)長(zhǎng)體和與其適配的螺旋輸送器重復(fù)幾次，直到留存的空間被填滿為止。
上述的依次填滿模具的相鄰?fù)S區(qū)域的方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)每一個(gè)不同的裝填步驟能各自控制裝填壓力和裝填速度，與其他裝填步驟無(wú)關(guān)。
起相同作用的離心力能代替輸送器而用在這個(gè)方法里。
在剛才所述的方法里，也有可能依靠在適宜的氣氛里熱處理，擴(kuò)散例如氟的摻雜物而摻雜由使裝填入的粉料固結(jié)的熱處理得到的多孔體。多孔體相鄰層次的密度不同，在這種通過(guò)擴(kuò)散的摻雜里，便給出不同的摻雜物濃度。
通過(guò)擴(kuò)散摻雜也能用在下面的過(guò)程里一根玻璃質(zhì)的或多孔的、摻雜或不摻雜的芯玻璃料的棒在裝料過(guò)程里，以這樣一種方式，例如沿模具縱軸在其中央從一端延伸到另一端插入模具并加以固定。如上所述，接著，粉料裝填入棒和模具之間的空間，然后在熱處理中固結(jié)，隨著這個(gè)熱處理，固結(jié)的結(jié)構(gòu)在另一個(gè)熱處理中通過(guò)在包含作為摻雜物的氟或含氟化合物的氣氛里擴(kuò)散而摻雜。如果使用玻璃質(zhì)棒，則僅僅鄰近的多孔的固結(jié)料被摻雜;如果使用多孔棒，則它將得到一個(gè)不同于鄰近的、同樣多孔并固結(jié)的料的摻雜濃度，因?yàn)槠涿芏炔煌卩徑牧稀?br> 在這摻雜熱處理里，部分或整個(gè)多孔固結(jié)體能留存在模具里，或者預(yù)先從那里取走。
作為對(duì)上述加熱和摻雜處理的替換，通過(guò)擴(kuò)散摻雜也能夠在固結(jié)的熱處理時(shí)已經(jīng)完成。
最后，在剛才所述的方法中，粉料裝填入容納一根芯玻璃料的棒的模具，接著固結(jié)，如果芯玻璃料和/或粉料是以包含適當(dāng)濃度的摻雜物這種方式組成，則它也有可能省去通過(guò)擴(kuò)散的摻雜處理。
總之，部分或整個(gè)多孔固結(jié)體，無(wú)論通過(guò)棒的組分和填入的粉料摻雜或者作為在固結(jié)后完成的擴(kuò)散摻雜過(guò)程的結(jié)果而摻雜，它燒結(jié)成玻璃質(zhì)體，在此步驟里，它能象上述其他實(shí)施例里那樣留存在模具里或者預(yù)先從其中取走。
權(quán)利要求
1、制造一種細(xì)長(zhǎng)的玻璃體，特別是一種SiO2基體光波導(dǎo)預(yù)制件的方法，其中，由玻璃粉末原料形成一種多孔體，然后燒結(jié)而形成玻璃體，其特征在于，多孔體是在兩個(gè)工藝步驟里形成的，在第一個(gè)工藝步驟里，所述的玻璃粉末原料裝填到模具(5)里，使之在裝填時(shí)壓實(shí)，在第二個(gè)工藝步驟里，在裝填時(shí)被壓實(shí)的玻璃粉末原料經(jīng)受固結(jié)的熱處理。
2、按照權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，模具(5)是由石英玻璃做成的管子。
3、按照權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，模具(5)是一種其玻璃原料的組分不同于裝填入模具內(nèi)的玻璃粉末原料的多孔管、并且這模具與在其中通過(guò)熱處理形成的多孔體一起經(jīng)燒結(jié)而形成玻璃體。
4、按照權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于，模具(5)是由幾部分組成的管子，并且在熱處理后，在管子拆開(kāi)以后，多孔體從管子里取出。
5、按照權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于，在熱處理后和在燒結(jié)的時(shí)候，多孔體是留存在模具(5)內(nèi)，并且在燒結(jié)后，這樣形成的玻璃體從模具中取出。
6、按照權(quán)利要求
1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在裝填玻璃粉末原料到橫具(5)里的時(shí)候，將一根石英玻璃棒插入玻璃粉末原料內(nèi)，并且在后來(lái)的工藝步驟期間，石英玻璃棒保持與玻璃原料連結(jié)在一起作為一種操縱工具。
7、按照權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，玻璃粉末原料是由螺旋輸送器(3，25)在連續(xù)可控壓力下和在可控的輸送速率下裝填入模具(5)內(nèi)的。
8、按照權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用同軸螺旋輸送器裝置，在連續(xù)可控壓力和在可控輸送速率下，具有第一種組分的原料裝填到模具(5)里近軸區(qū)域內(nèi)，而具有不同組分的至少一種原料裝填到模具(5)內(nèi)至少一個(gè)與近軸區(qū)域同軸的區(qū)域內(nèi)。
9、按照權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用幾個(gè)平行排列的螺旋輸送器將同一組分或不同組分的原料裝填到內(nèi)部區(qū)域，使用一個(gè)或多個(gè)環(huán)繞所述的內(nèi)部區(qū)域的同軸螺旋輸送器將具有其他組分的原料裝填到鄰近區(qū)域，裝填是在連續(xù)可控的壓力和在可控的輸送速率下進(jìn)行的。
10、按照權(quán)利要求
1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，不同組分的玻璃粉末原料被各別的螺旋輸送器(25，3)在連續(xù)可控的壓力和在可控的輸送速率下接連按時(shí)裝填到模具內(nèi)相互鄰近的同軸區(qū)域內(nèi)。
11、按照權(quán)利要求
10所述的方法，其特征在于，模具(5)包括一個(gè)由模具的一端延伸到另一端的中央的棒狀體，具有第一種組分的玻璃粉末原料使用一個(gè)螺旋輸送器(25)填滿并壓實(shí)在所述的棒狀體和模具內(nèi)壁之間的空間里，在這裝填過(guò)程以后，棒狀體取走，使用一個(gè)或多個(gè)螺旋輸送器(3)將具有一種不同組分的玻璃粉末原料填滿并壓實(shí)在該空間。
12、按照權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于，為了填滿空間，前面的裝填過(guò)程先重復(fù)一次或幾次，對(duì)于每個(gè)重復(fù)過(guò)程，使用一個(gè)不同的棒狀體，一個(gè)適配于那里的螺旋輸送器(25)和一種不同組分的玻璃粉末原料，接著，使用另一個(gè)螺旋輸送器(3)將玻璃粉末原料填滿并壓實(shí)在剩下的空間，這樣就使裝填到模具內(nèi)的玻璃粉末原料沿徑向逐步地變化。
13、按照權(quán)利要求
7至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，壓實(shí)裝填到模具里的玻璃粉末原料的壓力是由螺旋輸送器(3，25)的壓力造成的，并且受到定位在輸送方向的作用于模具(5)一端的可調(diào)的對(duì)抗力限制。
14、用于實(shí)施按照權(quán)利要求
13所述的方法的裝置，其特征在于各自運(yùn)行或在一個(gè)螺旋輸送器裝置里運(yùn)行的每一個(gè)螺旋輸送器(3，25)是配置在一輸送器管道(4)里或一個(gè)輸送器管道(21，22)的裝置里，在裝填模具(5)時(shí)，模具的一端是封閉的，輸送器管道(14)或輸送器管道(21，22)的裝置由另一端沿其縱向伸展到模具里，并且模具可克服作用于封閉端的對(duì)抗力相對(duì)于輸送器管道(4，21，22)沿輸送方向運(yùn)動(dòng)。
15、按照權(quán)利要求
1至13中任一項(xiàng)所述的一種方法，其特征在于，分別制造棒狀多孔體和管狀多孔體，將棒狀多孔體插入管狀多孔體，并將管內(nèi)置棒的結(jié)構(gòu)燒結(jié)而形成玻璃體。
16、按照權(quán)利要求
1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，分別制造棒狀多孔體和管狀多孔體，然后燒結(jié)成棒狀玻璃質(zhì)體和管狀玻璃質(zhì)體，將棒狀玻璃質(zhì)體插入管狀玻璃質(zhì)體，兩者熔融在一起而形成玻璃體。
17、按照權(quán)利要求
1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，玻璃粉末原料在裝填入模具內(nèi)前通過(guò)真空退火使之干燥和/或通過(guò)在含氯氣氛中熱處理提純。
18、按照權(quán)利要求
1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使玻璃粉末原料在裝填入模具內(nèi)前結(jié)塊，以便提高容積密度。
19、按照前面的方法權(quán)利要求
的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，管狀多孔體或棒狀多孔體或其組合物由熱處理?yè)诫s，其中，一種摻雜物，最好是氟，其擴(kuò)散到多孔體或組合物內(nèi)。
20、按照前面的除了權(quán)利要求
14至16和19外的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在模具里形成的多孔體由熱處理?yè)诫s，其中，一種摻雜物，最好是氟，其擴(kuò)散到多孔體內(nèi)。
21、按照除了權(quán)利要求
14至16外的權(quán)利要求
1至18中任一項(xiàng)所述的方法或者按照權(quán)利要求
20，除了它對(duì)權(quán)利要求
6、9、10、11、12的從屬項(xiàng)外所述的方法，其特征在于，在裝填玻璃粉末原料到模具(5)里時(shí)，由模具一端延伸到另一端的棒狀的玻璃質(zhì)體或多孔體是安置在模具中部，玻璃粉末原料填入這棒狀體與模具內(nèi)側(cè)之間并壓實(shí)。并且在所有隨后的工藝步驟里、棒狀體留存在裝填入模具的原料內(nèi)。
專利摘要
本發(fā)明描述了細(xì)長(zhǎng)的玻璃體，特別是SiO2基體光波導(dǎo)預(yù)制件的一種制造方法。其中，玻璃粉末原料定形成一多孔體，后者經(jīng)燒結(jié)而形成玻璃體。為了使整個(gè)多孔體密度均勻，將玻璃粉末原料填滿到模具里，同時(shí)在模具里壓實(shí)。接著，在裝填時(shí)壓實(shí)的粉料通過(guò)熱處理固結(jié)，結(jié)果形成多孔體。描述了用于制造管狀或棒狀多孔體的不同結(jié)構(gòu)的模具。
文檔編號(hào)C03B19/06GK86103379SQ86103379
公開(kāi)日1986年11月19日 申請(qǐng)日期1986年5月17日
發(fā)明者雷蒙德·多恩 申請(qǐng)人:國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電氣有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan