專(zhuān)利名稱(chēng)：制造光纖預(yù)制坯的方法和用于這種制造光纖預(yù)制坯的方法的燃燒設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造光纖預(yù)制坯的方法，和使用該方法制造光纖預(yù)制坯的燃燒設(shè)備，其中通過(guò)在氫氧火焰中反應(yīng)原料氣體和在開(kāi)始部件的外圍的半徑方向沉積它，合成玻璃顆粒。
背景技術(shù)：
通過(guò)拉伸光纖預(yù)制坯制造光纖。另外，制造光纖預(yù)制坯的方法的例子包括VAD，OVD，MCVD和PCVD等方法。特別地，OVD(外表氣相沉積)方法是用來(lái)制造光纖預(yù)制坯的方法，包括，把水解的和氧化的四氯化硅(SiCl4)，四氯化鍺(GeCl4)等一起利用氫和氧燃燒合成玻璃顆粒，把玻璃顆粒(粉塵)沉積在圓錐形開(kāi)始部件的外周的半徑方向，該開(kāi)始部件是由玻璃材料制成的，其設(shè)有芯部，繞該軸旋轉(zhuǎn)來(lái)制造由多層組成的多孔層形式的多孔光纖預(yù)制坯，和通過(guò)在電烤爐內(nèi)脫水和燒結(jié)把它轉(zhuǎn)變成透明玻璃。
通過(guò)拉伸這種光纖預(yù)制坯制造的光纖具有更高的純度和其它特性。
例如在OVD方法中，在形成多孔光纖預(yù)制坯的步驟中使用的燃燒器10的末端具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)。
第一噴嘴1設(shè)置在該燃燒器10的末端的中心，并且第二噴嘴2設(shè)有與第一噴嘴1相同的中心軸，繞著該第一噴嘴1設(shè)置。另外，第三噴嘴3形似地設(shè)有與第一噴嘴1相同的中心軸，繞著第二噴嘴2設(shè)置，第四噴嘴4設(shè)有與第一噴嘴1相同的中心軸，繞著第三噴嘴3設(shè)置。另外，多個(gè)具有小直徑的第五噴嘴5在第二噴嘴2和第三噴嘴3之間設(shè)置為第一噴嘴1的同心圓。
另外，第一噴嘴1用作第一端口11，在第一噴嘴1和第二噴嘴2之間的部分用作第二端口12，在第二噴嘴2和第三噴嘴3之間的部分用作第三端口13，在第三噴嘴3和第四噴嘴4之間的部分用作第四端口14，而第五噴嘴5用作第五端口15。
在OVD方法中為了合成玻璃顆粒，通常把例如SiCl4和諸如氧或氫的添加氣體的混合氣體被當(dāng)作原料氣體從第一端口11被輸入，由氬等組成的密封氣體被從第二端口12輸入，氫從第三端口13輸入，而氧從第四端口14和第五端口15輸入。
然而，使用這種燃燒器10制造光纖預(yù)制坯的方法具有下面的問(wèn)題。
當(dāng)原料氣體，氧和氫被輸入到燃燒器10的氫氧火焰上時(shí)，玻璃顆粒通過(guò)發(fā)生在火焰中的水解反應(yīng)(火焰水解)而被合成。盡管這些玻璃顆粒正常地沉積在開(kāi)始部件的表面上，但一部分粘附到燃燒器10的末端。用這種方式，當(dāng)玻璃顆粒粘附到燃燒器10的末端的時(shí)候，上述端口被堵塞，導(dǎo)致例如有缺陷地制造多孔的光纖預(yù)制坯的問(wèn)題。
另外，已經(jīng)粘附到燃燒器10的末端的玻璃顆粒(SiO2顆粒)的集合在和燃燒器10分離后也粘附到多孔光纖預(yù)制坯的表面。假如多孔光纖預(yù)制坯在這種狀態(tài)被燒結(jié)，在光纖預(yù)制坯內(nèi)形成氣泡，從而不能制造滿(mǎn)意的光纖預(yù)制坯。
另外，伴隨著近些年來(lái)高速通信需求的增長(zhǎng)，光纖的產(chǎn)量已經(jīng)增長(zhǎng)，光纖預(yù)制坯傾向于變大。結(jié)果，使用的原料氣的量也增加了，從而導(dǎo)致粘附到燃燒器的末端上的玻璃顆粒的量相應(yīng)地增加，而這又導(dǎo)致了上述問(wèn)題變得更嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種制造光纖預(yù)制坯的方法，其能有效地制造滿(mǎn)意的光纖預(yù)制坯和用于使用這種方法制造光纖預(yù)制坯的燃燒設(shè)備。
上述問(wèn)題能夠通過(guò)光纖預(yù)制坯的制造方法被解決，這種方法包括步驟，在從燃燒器排出的氫氧火焰中產(chǎn)生玻璃顆粒，該燃燒器裝備有至少第一端口，其排出原料氣體或者原料氣體和在中心提供的附加氣體的混合氣體，和第二端口，其排出惰性氣體，其設(shè)置有與第一端口相同的中心軸，繞著第一端口設(shè)置，通過(guò)在開(kāi)始部件的外圍的半徑方向沉積玻璃顆粒制造多孔的光纖預(yù)制坯，和燒結(jié)該多孔的光纖預(yù)制坯；從燃燒器中排出的原料氣體或者原料氣體和附加氣體的混合氣體的流率vm(m/sec)與惰性氣體的流率vs(m/sec)之間的關(guān)系是-0.06vm+1.4≤vs≤-0.02vm+1.8，和vs≥0.40。
在上述制造光纖預(yù)制坯的方法中，在原料氣體的流量Vm(l/min)和惰性氣體的流量Vs(l/min)之間的關(guān)系最好是Vs/Vm≤0.2。
在上述制造光纖預(yù)制坯的方法中，添加到原料氣體中的附加氣體最好是氧或氫。
上述問(wèn)題也能夠通過(guò)用于制造具有氣體流動(dòng)通道的尺寸的光纖預(yù)制坯的燃燒設(shè)備被解決，其被應(yīng)用到上述用于制造光纖預(yù)制坯的方法中，包括設(shè)有至少第一端口的燃燒器，第一端口排出原料氣體或者原料氣體和在中心提供的附加氣體的混合氣體，和第二端口，其排出惰性氣體，設(shè)置有與第一端口相同的中心軸和繞著第一端口設(shè)置；氣體供應(yīng)源，其把原料氣體，易燃?xì)怏w，助燃?xì)怏w和惰性氣體提供給燃燒器；和氣體控制單元，其控制這些氣體的流量或者流率。


圖1是顯示用于制造光纖預(yù)制坯的燃燒器的例子的示意圖。
圖2是表示，根據(jù)本發(fā)明制造光纖預(yù)制坯的方法中，原料氣體或者原料氣體和附加氣體的混合氣體的流率vm(m/sec)與惰性氣體的流率vs(m/sec)之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面給出本發(fā)明的詳細(xì)解釋。
圖1是顯示用于制造光纖預(yù)制坯的方法的燃燒器的例子的示意圖，然而，各個(gè)引用符號(hào)的解釋被省略。
用于制造本發(fā)明的光纖預(yù)制坯的燃燒器大致包括燃燒器10，例如如圖所示，把原料氣體，燃燒氣體，助燃?xì)怏w和惰性氣體提供給該燃燒器10的氣體供應(yīng)源在圖中沒(méi)有顯示，控制這些氣體的流量或流率的控制單元在圖中沒(méi)有顯示。
燃燒器10是具有大約40到60mm的外徑的圓柱形狀，并且典型地由石英玻璃形成。
另外，第一噴嘴1的內(nèi)徑大約是2.5到6mm，第二噴嘴2的內(nèi)徑大約是4到10mm，第三噴嘴3的內(nèi)徑是大約25到45mm，第四噴嘴4的內(nèi)徑是大約35到55mm，和每個(gè)第五噴嘴5的內(nèi)徑是大約1到2mm。另外，從第一噴嘴1的中心到第五噴嘴5的中心的距離是大約10-30mm。
通過(guò)使構(gòu)成燃燒器10的每個(gè)噴嘴的內(nèi)徑在上述范圍，按照下面描述的方式，光纖預(yù)制坯能被制造。
氣體供應(yīng)源是由充滿(mǎn)原料氣體，氧氣，氫氣，惰性氣體等的氣罐(未示出)構(gòu)成，并通過(guò)氣體供應(yīng)線(未示出)被連接到燃燒器10的后端。
另外，氣體控制單元由電磁閥，流量控制器等構(gòu)成，被設(shè)置在上述氣體供應(yīng)線的中點(diǎn)，通過(guò)該流量控制器控制氣體的流量或流率。
在制造本發(fā)明的光纖預(yù)制坯的方法中，首先，例如SiCl4或GeCl4的原料氣體，或者原料氣體和諸如氧氣(O2)或氫氣(H2)等的附加氣體的混合氣體被從第一端口11提供，由諸如氬氣(Ar)的惰性氣體構(gòu)成的密封氣體從第二端口12提供，諸如氫氣的燃燒氣體從第三端口13提供，諸如氧氣的助燃?xì)怏w從燃燒器10的第四端口14和第五端口15提供，在圓柱形開(kāi)始部件的表面上提供有玻璃材料，其設(shè)有芯部并繞著該軸旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，通過(guò)在燃燒器10的氫氧火焰中的水解反應(yīng)，玻璃顆粒被合成，并且這些玻璃顆粒被沉積在開(kāi)始部件的表面上的半徑方向上，從而獲得多孔的光纖預(yù)制坯。在這種情況下，從第二端口12排出的密封氣體阻止了在燃燒器10的末端附近由水解反應(yīng)導(dǎo)致的玻璃顆粒的合成，這種反應(yīng)是由于從第一端口11提供的原料氣體與水蒸汽的接觸導(dǎo)致的，水蒸汽是由在從第五端口15提供的助燃?xì)怏w和從第三端口13提供的燃燒氣體之間的反應(yīng)導(dǎo)致的。
接著，產(chǎn)生的多孔光纖預(yù)制坯被放置在電烤爐中，并且被燒結(jié)成透明玻璃，同時(shí)在氦氣(He)或者其它惰性氣體中脫水從而獲得圓柱形的光纖預(yù)制坯。這里，從第一端口11排出的原料氣體或者原料氣體和附加氣體的混合氣體的流率被表示為vm(m/sec)，而從第二端口12排出的密封氣體的流率被表示為vs(m/sec)，這兩個(gè)流率之間的關(guān)系較佳為-0.06vm+1.4≤vs≤-0.02vm+1.8，和vs≥0.40，更好地，為-0.06vm+1.5≤vs≤-0.02vm+1.7，和vs≥0.5。
圖2是表示，本發(fā)明制造光纖預(yù)制坯的方法中，原料氣體或者原料氣體和附加氣體的混合氣體的流率vm(m/sec)與密封氣體的流率vs(m/sec)之間的關(guān)系的曲線圖。在圖中由A表示的部分是較好的范圍。
假如密封氣體的流率vs小于-0.06vm+1.4(m/sec)，原料氣體和水蒸汽在氣體合成燃燒器10的附近的氫氧火焰中反應(yīng)，導(dǎo)致了玻璃顆粒的合成并且增加了把這些玻璃顆粒粘附到燃燒器10的表面上的可能性。假如密封氣體的流率vs大于-0.02vm+1.8(m/sec)，在玻璃顆粒的合成期間，在氫氧火焰中的水解反應(yīng)的效率降低，從而降低了玻璃顆粒沉積在開(kāi)始部件上的表面上的速率。另外，假如密封氣體的流率vs小于0.40(m/sec)，不能充分地獲得密封氣體的效率。
在制造本發(fā)明的光纖預(yù)制坯的方法中，假如從第一端口11排出的原料氣體或者原料氣體和附加氣體的混合氣體的流量被表示為Vm(l/min)，而從第二端口12排出的由例如氬的惰性氣體組成的密封氣體的流量被表示為Vs(l/min)，這兩個(gè)流量之間的關(guān)系較佳為Vs/Vm≤0.2，實(shí)際上為0.15-0.2。假如Vs/Vm大于0.2，密封氣體的流量變得非常大，這是不希望的，因?yàn)樗偈乖蠚怏w的反應(yīng)效率降低。
根據(jù)本發(fā)明的制造光纖預(yù)制坯的方法，在形成多孔光纖預(yù)制坯期間，粘附到燃燒器的末端的玻璃顆粒被消除。另外，由于玻璃顆粒被沉積在開(kāi)始部件的表面上的速率能被增加，所以提高了制造效率。
另外，根據(jù)本發(fā)明的用于制造光纖預(yù)制坯的燃燒設(shè)備，由于玻璃顆粒的沉積速率能被增加，而沒(méi)有把玻璃顆粒粘附到燃燒器的末端，即使使用的密封氣體量減少，制造成本能被降低。
下面使用圖1簡(jiǎn)要地說(shuō)明本發(fā)明的特定實(shí)施例，從而更清楚本發(fā)明的效果。
實(shí)施例1首先，準(zhǔn)備由石英玻璃構(gòu)成的圓柱形的開(kāi)始部件。接著，該開(kāi)始部件的兩端用夾子夾住，該開(kāi)始部件被水平地布置。另外，當(dāng)繞著其中心軸旋轉(zhuǎn)開(kāi)始部件時(shí)，使用如圖1所示的多個(gè)燃燒器，玻璃顆粒被同時(shí)地合成，并且玻璃顆粒被沉積在旋轉(zhuǎn)開(kāi)始部件的半徑方向上，同時(shí)平行于開(kāi)始部件的縱向方向移動(dòng)燃燒器10，從而獲得圓柱形多孔光纖預(yù)制坯。
此時(shí)，其它多孔光纖預(yù)制坯在以下過(guò)程中被制造，改變?cè)蠚怏w和氧氣和用作附加氣體的密封氣體的流量以及同時(shí)改變?cè)蠚怏w，氧氣和密封氣體的流率，然后測(cè)量在燃燒器10的末端上的玻璃顆粒的沉積率和確定存在的粘附的玻璃顆粒。
這些結(jié)果顯示在表1中。
表1

根據(jù)表1的結(jié)果，當(dāng)密封氣體流率vs小于-0.06vm+1.4時(shí)，玻璃顆粒確認(rèn)粘附到燃燒器10的末端，并且當(dāng)密封氣體流率vs大于-0.02vm+1.8時(shí)，玻璃顆粒的沉積率確實(shí)被降低。
實(shí)施例2除了減少在實(shí)施例1中使用的燃燒器10的第二端口12的截面積之外，多孔光纖預(yù)制坯以與實(shí)施例1中相同的方式被制造，玻璃顆粒的沉積率被測(cè)量，并且確認(rèn)玻璃顆粒粘附到燃燒器10的末端。
這些結(jié)果顯示在表2中。
表2

根據(jù)表2的結(jié)果，當(dāng)密封氣體流率vs大于-0.02vm+1.8時(shí)，盡管玻璃顆粒的沉積率確實(shí)被降低，但即使密封氣體的流量比實(shí)施例1低，沉積率確實(shí)能夠增加。
權(quán)利要求
1用于制造光纖預(yù)制坯的方法，包括步驟在從燃燒器排出的氫氧火焰中產(chǎn)生玻璃顆粒，該燃燒器裝備有至少第一端口，其排出原料氣體或者所述原料氣體和在中心提供的附加氣體的混合氣體，和第二端口，其排出惰性氣體，其設(shè)置有與所述第一端口相同的中心軸，繞著所述第一端口設(shè)置，通過(guò)在開(kāi)始部件的外圍的半徑方向沉積所述玻璃顆粒制造多孔的光纖預(yù)制坯，和燒結(jié)所述多孔的光纖預(yù)制坯；其中，從所述燃燒器中排出的所述原料氣體或者所述原料氣體和所述附加氣體的所述混合氣體的流率vm(m/sec)與所述惰性氣體的流率vs(m/sec)之間的關(guān)系是-0.06vm+1.4≤vs≤-0.02vm+1.8，和vs≥0.40。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造光纖預(yù)制坯的方法，其特征在于，在所述原料氣體的流量Vm(l/min)和所述惰性氣體的流量Vs(l/min)之間的關(guān)系是Vs/Vm≤0.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造光纖預(yù)制坯的方法，其特征在于，添加到所述原料氣體中的所述附加氣體是氧氣或氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的制造光纖預(yù)制坯的方法，其特征在于，添加到所述原料氣體中的所述附加氣體是氧氣或氫氣。
5.一種用于制造具有氣體流動(dòng)通道的尺寸的光纖預(yù)制坯的燃燒設(shè)備，其被應(yīng)用到根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造光纖預(yù)制坯的方法中，包括設(shè)有至少第一端口的燃燒器，第一端口排出所述原料氣體或者所述原料氣體和在中心提供的所述附加氣體的所述混合氣體，和第二端口，其排出所述惰性氣體，設(shè)置有與所述第一端口相同的中心軸和繞著所述第一端口設(shè)置；氣體供應(yīng)源，其把所述原料氣體，易燃?xì)怏w，助燃?xì)怏w和所述惰性氣體提供給所述燃燒器；和氣體控制單元，其控制這些氣體的流量或者流率。
6.一種用于制造具有氣體流動(dòng)通道的尺寸的光纖預(yù)制坯的燃燒設(shè)備，其被應(yīng)用到根據(jù)權(quán)利要求2的用于制造光纖預(yù)制坯的方法中，包括設(shè)有至少第一端口的燃燒器，第一端口排出所述原料氣體或者所述原料氣體和在中心提供的所述附加氣體的所述混合氣體，和第二端口，其排出所述惰性氣體，設(shè)置有與所述第一端口相同的中心軸和繞著所述第一端口設(shè)置；氣體供應(yīng)源，其把所述原料氣體，易燃?xì)怏w，助燃?xì)怏w和所述惰性氣體提供給所述燃燒器；和氣體控制單元，其控制這些氣體的流量或者流率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖預(yù)制坯的制造方法和用于這種方法的燃燒設(shè)備。在這種制造方法中，當(dāng)玻璃顆粒在從燃燒器排出的氫氧火焰中被合成，從而通過(guò)在開(kāi)始部件的半徑方向沉積玻璃顆粒來(lái)形成多孔光纖預(yù)制坯的時(shí)候，從燃燒器中排出的原料氣體或者原料氣體和附加氣體的混合氣體的流率vm(m/sec)與惰性氣體的流率vs(m/sec)之間的關(guān)系是－0.06vm+1.4≤vs≤－0.02vm+1.8，和vs≥0.40。而從燃燒器排出的原料氣體的流量Vm(1/min)和惰性氣體的流量Vs(1/min)之間的關(guān)系是Vs/Vm≤0.2。
文檔編號(hào)C03B8/04GK1436743SQ0312060
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月1日
發(fā)明者齋藤學(xué), 堀越雅博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉(cāng)