專利名稱：用于對光纖預制件進行包覆的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于對光纖預制件進行包覆的方法。
背景技術：
光纖是通過在拉絲塔上對預制件進行拉拔來生產的。預制件一般包括初級預制件，該初級預制件包括質量非常高的玻璃管，該玻璃管形成包層和光纖纖芯的一部分。然后，在對該初級預制件進行包覆或套管，以增加其直徑并形成能夠在拉絲塔上使用的預制件。類似的光纖拉拔包括將預制件垂直地放置在拉絲塔中并從預制件的一端拉拔出一股光纖。出于這個目的，向預制件的一頭局部地施加高溫，直到石英軟化為止，然后在拉拔操作期間持久地控制拉拔速率和溫度，原因是它們會決定光纖的直徑。
可以通過在管的內部上沉積多層純的和/或摻雜的石英以形成內部包層和中心纖芯來制造初級預制件。在管中的沉積一般屬于化學汽相沉積類型(CVD)。這種類型的沉積是通過將氣體混合物注入到管中并使得所述混合物離子化來進行的。CVD型沉積包括MCVD(改進的化學汽相沉積)、FCVD(爐化學汽相沉積)和PCVD(等離子體增強化學汽相沉積)。然后，使用斷裂(collapsing)操作來封閉該管以形成初級預制件。
然后，使用石英顆粒，優(yōu)選地是低成本的天然石英顆粒，對初級預制件進行包覆，以獲得最終預制件。初級預制件的包覆可以通過等離子體沉積來進行，其中在該等離子體沉積期間，天然石英顆粒被噴射并由等離子體噴槍在2300℃范圍內的溫度下熔化使得它們在初級預制件的外圍上玻璃化。包覆操作一般是在受控氣氛下在封閉腔室中進行的，以確保進行保護以便不受到電磁干擾和由等離子體噴槍發(fā)射的臭氧的釋放的影響。
預制件的幾何形狀必須很好地適應于纖芯和光纖包層的折射率與直徑的比率，以便使得拉拔光纖具有所需的折射率分布。對光纖來說，折射率分布一般是聯(lián)系所繪制的曲線圖來描述的，該曲線圖示出了將光纖的折射率與該光纖的半徑相關聯(lián)的函數(shù)。
因此，需要對包覆操作的精確控制，以保證最終預制件和隨后的拉拔光纖的幾何形狀的相似性。最終預制件的目標直徑是根據(jù)初級預制件的直徑和光纖的目標分布來計算的。該目標直徑確定要沉積在初級預制件上的包覆量。然后，在一次或多次經過(pass)中進行包覆沉積，每次經過對應于等離子體噴槍沿初級預制件的一次平移運動(translationmovement)，并對應于受控的石英顆粒量的沉積。因此，利用每次包覆經過，在初級預制件上沉積特定厚度的石英包層。
一般而言，每次包覆經過都具有對應于給定平移速度和給定石英顆粒流速的給定厚度，例如4mm。因此，問題是當?shù)箶?shù)第二次包覆經過使預制件的直徑需要少于一次經過的厚度來完成包覆時，精確地實現(xiàn)預制件的目標直徑。已經發(fā)現(xiàn)，對于直徑為90mm至100mm的預制件，能夠以0.3mm量級的精度獲得所包覆的預制件的目標直徑。
該問題的一個解決方案包括在最后一次包覆經過期間減小噴射到預制件上的石英顆粒的流速，以便沉積更厚的包覆層，并從而達到預制件的目標直徑。所述解決方案例如在文獻EP-A-1279646中進行了描述。
同樣可以從文獻EP-A-0845441中得知用于在光纖初級預制件上進行包覆的設備，其包括沿預制件的第一沉積包覆噴槍和多個第二噴槍，調整該多個第二噴槍使得每個第二噴槍在預制件的給定長度上進行短的往復運動?？刂蒲爻跫夘A制件沉積的包覆層的縱向均勻度，并且可以激活一個或多個第二噴槍以糾正檢測到的在給定長度上的包覆層中的任何不均勻性。第一噴槍所進行包覆沉積是以恒定的速度并利用可變的顆粒流速進行的，以實現(xiàn)預制件的目標直徑。
然而，減小在包覆操作的結束所噴射的石英顆粒的流速的解決方案的缺點是減小了包覆工藝的生產率并引起生產力損失。石英顆粒噴射的效率實際上隨著處于包覆過程中的預制件的直徑而增加。實際上，在包覆操作開始時，由于初級預制件的直徑此時還很小，大量石英顆粒從其旁邊經過，隨著預制件的直徑隨包覆而增加，增加了數(shù)量的噴射石英顆粒到達預制件以被玻璃化。因此，就相對于所使用的顆粒量的生產率而言，包覆操作的效率隨著預制件的直徑而增加。因此，在最后一次經過期間減小顆粒的流速阻止了這種生產率增加并降低了預制件的包覆操作的整體產量。
同樣可以從文獻EP-A-0482348中得知用于在光纖預制件上進行包覆的設備，其中使用對預制件重量的計算來連續(xù)地控制所沉積的包覆量。當預制件到達目標重量時，停止包覆。然而，該文獻沒有表明如何控制包覆操作的結束。
因此，需要一種光纖包覆方法，利用該方法可以精確地實現(xiàn)預制件的目標直徑而不損失產量，并且該方法易于實現(xiàn)。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提出在預制件直徑變得需要小于一次經過厚度來終止包覆之前對預制件目標直徑進行預期；以及減小噴槍沿預制件的平移速度以增加最后一次經過的厚度，而不是如在現(xiàn)有技術中那樣減小所噴射石英顆粒的流速以減小最后一次經過的厚度。
更具體地，本發(fā)明提出了一種用于對光纖預制件進行包覆的方法，該光纖預制件具有給定的最終預制件目標直徑，該方法包括步驟-提供待包覆的初級預制件；-通過與等離子噴槍的相對平移而將石英顆粒噴射在初級預制件上并且使石英顆粒玻璃化在初級預制件上，來連續(xù)地沉積第一包覆層，每個第一包覆層都具有給定的基本上恒定的厚度并且以給定的基本上恒定的石英顆粒流速和以給定的基本上恒定的平移速度進行沉積；
-檢測超過給定閾值但低于預制件目標直徑減去第一包覆層厚度的預制件直徑；-以保持為基本上恒定的石英顆粒流速并以減小的平移速度沉積具有剩余所需厚度的最后一個包覆層。
根據(jù)一個實施例，用以進行最后一個包覆層的沉積的給定閾值等于預制件的目標直徑減去三個第一包覆層的厚度。
根據(jù)另一個實施例，用以控制最后一個包覆層的沉積的給定閾值等于預制件的目標直徑減去兩個第一包覆層的厚度。
根據(jù)一個特征，最后一個包覆層的沉積是以根據(jù)以下公式的平移速度進行的，該平移速度相對于用于沉積先前包覆層的恒定平移速度以一因子減小，該因子等于先前層的恒定厚度與剩余所需厚度之比V′=V·dD0-D1]]>其中，V’為用于沉積最后一個層的減小的平移速度；V為用于沉積先前層的恒定的平移速度；D0-D1為包覆的剩余所需厚度；D為先前包覆層的恒定厚度。
根據(jù)一個實施例，第一包覆層具有包括在3mm和6mm之間的基本上恒定的厚度。
本發(fā)明還涉及用于對光纖初級預制件進行包覆的設備，該初級光纖預制件具有給定的最終預制件目標直徑，該設備包括-支架，用以容納初級預制件；-至少一個等離子體噴槍；-用于對初級預制件和/或等離子體噴槍進行平移以便允許噴槍以受控的速度沿初級預制件的相對平移的裝置；-用于以受控的顆粒流速噴射石英顆粒的裝置；-用于在包覆操作期間測量預制件的直徑的裝置；-控制單元，適于接收預制件的直徑測量結果，并適于只要所測得的預制件的直徑小于閾值就施加給定的基本上恒定的石英顆粒流速和給定的基本上恒定的平移速度，該控制單元適于進行控制使得以維持為基本上恒定的石英顆粒流速并以減小的平移速度沉積具有所需剩余厚度的最后一個包覆層。


通過閱讀以下通過實例并參考附圖而給出的對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征將變得明顯，其中圖1是對光纖預制件進行包覆的示意圖，沿橫坐標給出了預制件的長度并沿縱坐標給出了預制件的直徑；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的設備的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種用于對光纖預制件進行包覆的方法。最終的光纖預制件具有給定的目標直徑D0，當對單模光纖進行拉拔時，該目標直徑可以在80mm至150mm的量級內，或者當對多模光纖進行拉拔時，該目標直徑可以在30mm至45mm的量級內。初級預制件由其中已經通過任意CVD技術沉積的光纖纖芯和包層的石英管構成，根據(jù)應用，該初級預制件具有在20mm至40mm或35mm量級內的直徑。
圖1示出了初級預制件的直徑Dtube和最終預制件的目標直徑D0。最終直徑D0與初級預制件的直徑Dtube之間的所需剩余厚度通過對預制件進行包覆來補足。
通過沉積連續(xù)的包覆層而在若干次經過中對初級預制件進行包覆，直到達到最終預制件的目標直徑D0為止。通過與等離子噴槍的相對平移而將石英顆粒噴射到初級預制件上并使石英顆粒玻璃化在初級預制件上，來在每一次經過中沉積每個包覆層。優(yōu)選地，出于成本的原因，使用天然石英顆粒，但在本發(fā)明方法的范圍內，還可以使用合成的和/或摻雜的石英顆粒。
本發(fā)明的方法提出了以石英顆粒的給定的恒定流速Fx并以給定的恒定平移速度V沉積第一包覆層；因此，由此沉積的每個包覆層都具有給定的恒定厚度d，例如在3mm和6mm之間。
本發(fā)明的方法提出了在包覆操作期間檢測到達給定閾值S的預制件的直徑D1，該直徑對應于使得需要多于一次但少于兩次或三次具有恒定厚度d的經過來終止包覆操作的預制件直徑。
因此，本發(fā)明的方法提出了以維持為恒定的石英顆粒流速Fx但以減小的平移速度V’＜V沉積具有所需剩余厚度(D0-D1)的最后一個包覆層。
例如，如圖1所示，給定閾值S可以等于目標直徑D0減去以恒定的平移速度V和恒定的顆粒流速Fx沉積的兩個包覆層的厚度。因此，通過檢測預制件直徑D1，其中該預制件直徑使得需要多于一個具有恒定厚度d的層來終止包覆并需要少于兩個具有恒定厚度d的包覆層來達到目標直徑D0，即使得D0-2d≤D1≤D0-d的直徑D1，來實現(xiàn)最后一個包覆層的沉積。根據(jù)另一個未示出的示例，給定閾值S可以等于目標直徑D0減去以恒定的平移速度V和恒定的顆粒流速Fx沉積的三個包覆層的厚度。因此，通過檢測預制件直徑D1，其中該預制件直徑使得需要多于一個具有恒定厚度d的層來終止包覆并需要少于三個具有恒定厚度d的包覆層來達到目標直徑D0的預制件直徑D1，，即使得D0-3d≤D1≤D0-d的直徑D1，來實現(xiàn)最后一個包覆層的沉積。
然后，執(zhí)行最后一次經過，其具有比第一次經過的恒定厚度d更大的厚度，這與提出最后一次經過具有比在前經過更小的厚度的現(xiàn)有技術的方法相反。
出于這個目的，本發(fā)明的方法提出了相對于其他各次經過的平移速度V減小最后一次經過的平移速度V’，而維持噴射到預制件上的顆粒的恒定流速Fx。特別地，本發(fā)明方法的最后一次經過的平移速度V’相對于用于先前各層的恒定平移速度V以一因子減小，該因子等于一個先前層的恒定厚度(d)與剩余所需厚度(D0-D1)之比。因此，可以根據(jù)下式聯(lián)系其他各次經過的恒定速度來表示最后一次經過的減小的速率V′=V·dD0-D1.]]>因此，通過減小噴槍的平移速度V’而增加了最后一個沉積層的厚度。顯然，最后一次更厚的經過的持續(xù)時間比在前各次經過更長，但包覆工藝的整個持續(xù)時間不受影響，原因是本發(fā)明方法的最后一次經過代替了現(xiàn)有技術方法的最后的兩次或三次經過。申請人還發(fā)現(xiàn)，在最后一次經過期間沉積為很厚一層的石英的質量與在前的較薄的各層的石英一樣好。此外，由于顆粒流速維持為恒定，因此在工藝的結束，預制件上的顆粒玻璃化成品率不再受影響。
圖2示出了用于對光纖初級預制件2進行包覆的設備1，該光纖初級預制件具有給定的最終預制件目標直徑(D0)，該設備包括支架3，用以容納初級預制件2；等離子體噴槍4，具有等離子體焰炬9；用于對初級預制件2或等離子體噴槍4進行平移或者對二者均進行平移以便以受控的速度實現(xiàn)等離子體噴槍4沿初級預制件2的相對平移的裝置5；用于以受控的流速噴射石英顆粒的裝置6，該石英顆粒存儲在顆粒貯存器10中；用于在包覆操作期間測量預制件的直徑的裝置7；以及控制單元8，適于接收裝置7對預制件2的直徑測量結果，并適于只要所測得的預制件2的直徑(D1)小于閾值就施加給定的基本上恒定的石英顆粒流速和給定的基本上恒定的平移速度，該控制單元適于控制以維持為基本上恒定的石英顆粒流速(Fx)并以減小的平移速度(V’＜V)沉積具有所需剩余厚度(D0-D1)的最后一個包覆層。
將預制件2安裝到支架3的各側上，從而支架3使得旋轉預制件2圍繞預制件2的縱軸旋轉。例如，支架3以每分鐘大約1-50轉并且優(yōu)選地每分鐘大約3-30轉的轉速旋轉預制件2。
用于噴射石英顆粒的裝置6連接到至少一個包含石英顆粒的顆粒貯存器10和一個包含氣體的貯存器11?？梢酝ㄟ^漏斗(未示出)并在重力的影響下將貯存器10中的石英顆粒傳輸?shù)絿娚溲b置6。然后，將石英顆粒流與來自貯存器11的氣體合并。因此，在操作中，即在包覆工藝期間，石英顆粒和氣體同時經過噴射裝置6。這樣一種配置使得能夠精確地控制離開噴射裝置6的氣體和石英顆粒流。貯存器11可以包含單一的氣體，或者多于一種氣體的混合物。貯存器11還可以包括氣體供給系統(tǒng)，包括多個氣體供給源和流控制器。典型地在利用石英顆粒對初級預制件進行包覆期間使用的氣體是SF6。
本發(fā)明還提出了用于在光纖初級預制件上進行包覆的設備，其中石英顆粒噴射器可以集成在等離子體噴槍中。以給定的基本上恒定的流速Fx將石英顆粒噴射到預制件2上。使初級預制件2旋轉，并且等離子體噴槍4沿預制件2平移地移動，或初級預制件2被施加雙重運動，即初級預制件2圍繞其自身旋轉并在等離子體噴槍4的前方平移。等離子體噴槍4沿預制件2的平移速度由控制單元8控制。
該設備還包括用于在包覆操作期間測量預制件2的直徑的裝置7，例如工業(yè)查看系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括諸如攝像頭或激光測微計之類的測量儀器以及商用顯示單元或PC計算機類型的信號處理單元。本發(fā)明的設備還包括控制單元8，適于接收預制件的直徑測量結果，并適于只要所測得的預制件直徑D1小于閾值S就維持給定的恒定石英顆粒流速Fx和給定的恒定平移速度V。當在特定的經過或層完成之后控制單元8檢測出預制件直徑D1已經達到或超過該閾值S，使得需要少于兩次或三次具有恒定厚度的經過來達到目標直徑D0時，該單元8命令以維持為恒定的石英顆粒流速Fx并以根據(jù)前面建立的公式的減小的平移速度(V’)對具有剩余所需厚度(D0-D1)的最后一個包覆層進行沉積。
該本發(fā)明方法和該設備使得可以將光纖預制件包覆為具有精確的目標直徑，并且使得可以實現(xiàn)產量的增加。
本發(fā)明的另外的實施例在所附權利要求書中給出。
權利要求
1.一種用于對光纖預制件進行包覆的方法，所述光纖預制件具有給定的最終預制件目標直徑(D0)，所述方法包括步驟-提供待包覆的初級預制件；-通過與等離子體噴槍的相對平移而將石英顆粒噴射到所述初級預制件上并且使石英顆粒玻璃化在所述初級預制件上，來連續(xù)地沉積若干第一包覆層，每個第一包覆層都具有給定的基本上恒定的厚度(d)并且以給定的基本上恒定的石英顆粒流速(Fx)和以給定的基本上恒定的平移速度(V)進行沉積；-檢測超過給定閾值(S)但低于所述預制件的目標直徑(D0)減去第一包覆層厚度的預制件直徑(D1)(D1＜D0-d)；-以保持為基本上恒定的石英顆粒流速(Fx)并以減小的平移速度(V’＜V)沉積具有剩余所需厚度(D0-D1)的最后一個包覆層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中用以進行所述最后一個包覆層的沉積的所述給定閾值(S)等于所述預制件的目標直徑減去以恒定的顆粒流速和速度沉積的三個第一包覆層的厚度(D0-3d)。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中用以進行所述最后一個包覆層的沉積的所述給定閾值(S)等于所述預制件的目標直徑減去以恒定的顆粒流速和速度沉積的兩個第一包覆層的厚度(D0-2d)。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，其中所述最后一個包覆層的沉積是以根據(jù)以下公式的平移速度(V’)進行的，該平移速度相對于用于先前包覆層的沉積的恒定平移速度(V)以一因子減小，所述因子等于先前層的恒定厚度(d)與所述剩余所需厚度(D0-D1)之比V′=V·dD0-D1.]]>
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述第一包覆層具有包括在3mm和6mm之間的大致恒定的厚度(d)。
6.用于對光纖初級預制件(2)進行包覆的設備(1)，所述光纖初級預制件具有給定的最終預制件目標直徑(D0)，所述設備包括-支架(3)，用以容納初級預制件(2)；-至少一個等離子體噴槍(4)；-用于對所述初級預制件(2)和/或所述等離子體噴槍(4)進行平移以便允許所述等離子體噴槍(4)以受控的速度沿所述初級預制件(2)的相對平移的裝置(5)；-用于以受控的顆粒流速噴射石英顆粒的裝置(6)；-用于在包覆操作期間測量所述預制件的直徑的裝置(7)；-控制單元(8)，適于接收所述預制件(2)的直徑測量結果，并適于只要所述預制件(2)的所測量的直徑(D1)小于閾值就施加給定的基本上恒定的石英顆粒流速(Fx)和給定的基本上恒定的平移速度(V)，所述控制單元(8)適于控制來以維持為基本上恒定的石英顆粒流速(Fx)并以減小的平移速度(V’＜V)沉積具有所需剩余厚度(D0-D1)的最后一個包覆層。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備(1)，其中用以控制所述最后一個包覆層的沉積的預制件直徑閾值(S)等于目標直徑(D0)減去以恒定的顆粒流速和速度沉積的三個沉積的包覆層的厚(D0-3d≤D1≤D0-d)。
8.根據(jù)權利要求6所述的設備(1)，其中用以控制所述最后一個包覆層的沉積的所述預制件直徑閾值(S)等于目標直徑(D0)減去以恒定的顆粒流速和速度沉積的兩個沉積的包覆層的厚度(2d)(D0-2d≤D1≤D0-d)。
全文摘要
用于對光纖預制件進行包覆的方法，該光纖預制件具有給定的最終預制件目標直徑(D
文檔編號C03B37/018GK101092279SQ20071010908
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權日2006年6月19日
發(fā)明者E·珀蒂弗雷爾 申請人:德雷卡通信技術公司