專利名稱:用空心預(yù)制件制造固體玻璃預(yù)制件的方法
本發(fā)明涉及用于制造光學元件的固體玻璃預(yù)制件的制造方法。用熱源產(chǎn)生的熱量為管狀空心預(yù)制件加熱及擠壓的方法來制造固體玻璃預(yù)制件，熱源與空心預(yù)制件之間彼此可以相對移動。
這樣，擠壓過程是在被加熱的玻璃表面張力和壓力差的影響之下進行的。就這點而言，所說的玻璃這個詞也就包含石英玻璃。
按本發(fā)明的方法制得的固體預(yù)制件進行拉絲能夠制造光纖。將折射率按梯度分布的固體預(yù)制件分成適當?shù)暮穸龋軌蛑瞥赏哥R。
例如空心預(yù)制件可以由石英管構(gòu)成，在該石英管的里面涂敷一層或多層的玻璃，此玻璃層的折射率變化與用擠壓預(yù)制件制成的光學元件所希望的折射率的變化相一致，玻璃層折射率的變化在于折射率是由里邊到外邊分一級，或多級或逐漸變化的形式從較高值降低的。空心預(yù)制件也可以采用在一個芯軸上滌敷一層玻璃粉的方法來制造，該層玻璃粉的折射率的變化要符合目的。
空心預(yù)制件的制造方法本身是已知的。例如可參見1982年9月在法國納(CanneS)舉行的第八屆歐洲光通信會議錄(8ECOC)中，G.JKOel發(fā)表的技術(shù)評論第1～18頁。
有涂層的石英管的擠壓溫度約在1900到2200℃之間。通常，為了擠壓內(nèi)部有涂層的石英管，采用氫～氧爐。實際上，這種爐子的火焰溫度往往不超過2500℃，由于這種熱通量比較低，為了產(chǎn)生完好的擠壓以形成固件預(yù)制件，所需要的時間是相當長的，特別是當空心預(yù)制件有大的直徑時。
相當長的擠壓時間就要求用另外的辦法來消除易于揮發(fā)成份的蒸汽，或者從那里消除該缺點，例如，可采用在預(yù)制件中的空穴封閉之前，立即刻刻蝕掉易揮發(fā)成份已經(jīng)蒸發(fā)的那層的辦法來消除這些缺點。然而，這些方法難以控制，而且要得到可重復(fù)的結(jié)果，需要付出很大努力。此外很重要的一點在于要保證在擠壓工藝過程中有一個好的幾何形狀，也就是說，在擠壓過程中預(yù)制件不得出現(xiàn)不同心，不得彎曲或下垂。假若固體預(yù)制件要再插入一個石英管，并與后者一起被拉絲成光纖的話，上述之點在實際上是很重要的。
因此在擠壓過程中必須盡可能避免在預(yù)制件外部的不均勻壓力和空心預(yù)制件的不均勻加熱。
本發(fā)明的目的是大大增加送到被擠壓的空心預(yù)制上的熱通量以及盡可能解決或防止在使用可移式加熱爐擠壓預(yù)制件的過程中可能發(fā)生的其他問題。
按照本發(fā)明，應(yīng)用有下述特征的方法可以達到此目的，其特征是，在擠壓過程中，用等離子體的方法外部加熱空心預(yù)制件，實際上是用了-等溫等離子體，它能達到很高的溫度，以使得石英管縮小其直徑，并使它在表面張力的影響下擠壓。等溫等離子體在這兒的含義是，等離子體的全部成份(電子、離子等等)基本上具有同樣的高溫。
實際中發(fā)現(xiàn)采用等離子體的方法才大大縮短擠壓時間。這就是說，制造工藝過程能夠加速。
采用本發(fā)明的方法，能得到的其他優(yōu)點如下工藝過程能在無尖的氣體氣氛中進行，該氣氛不會有影響由預(yù)制件制造出的光學元件(例如光纖)的機械和/或光學性能的污染物。例如，擠壓工藝過程可以在一種完全由氧或部分由氧組成的氣氛下進行。實際中發(fā)現(xiàn)，這樣的含氧氣氛防止了二氧化硅從管的外表面蒸發(fā)。也能防止還原成一氧化硅。
等離子體最好是用頻率低于12兆赫的交變電場感應(yīng)產(chǎn)生，但是頻率要足夠高，以便將環(huán)繞被擠壓的空心。預(yù)制件的氣體氣氛中的等離子點火。當使用比較低的頻率的交變電場時，被擠壓的空心預(yù)制件與環(huán)繞空心預(yù)制件的器壁之間的空間，在整個擠壓工藝過程中，均要保持等離子充滿的狀態(tài)。假若所選擇的頻率高于12兆赫，這不再總是這樣的情況，在擠壓期間可能存在這樣的情況，擠壓的空心預(yù)制件的比原始直徑小的某直徑處的外表面不再與等離子體接觸，因此熱傳遞變得太小，以致不能對固體預(yù)制件產(chǎn)生圓滿的擠壓。在低于12兆赫較低頻率下，按照本發(fā)明的方法的另一個最佳實施方案，在被擠壓的空心預(yù)制件處于水平配置的擠壓過程中，等離子體與預(yù)制件保持足夠的對稱。
等離子體最初可以在氬氣氣氛中點燃，然后在氬氣中加入氧或空氣，這樣構(gòu)成一個含氧的氣氛。氬氣不必最終完全由氧氣取代。
使用頻率較低的交變電場的另一個優(yōu)點是產(chǎn)生交變電場的振蕩器之間的連接可以是柔性的，這樣就可能往復(fù)移動，沿著管子產(chǎn)生等離子體的線圈。要是用高于12兆赫的頻率，這就是不大可能的。實際上，這就意味著振蕩器與空心預(yù)制件之間彼此可以相對移動。
采用具有較低頻率的交變電場的其他優(yōu)點是，不需要采取預(yù)防措施防止產(chǎn)生電場的線圈匝間擊穿。
現(xiàn)在參照附圖對發(fā)明作詳細說明。
唯一的附圖是，用等離子體方法收縮內(nèi)部有涂層的管子的裝置的一部分的橫截面示意圖。
圖中所示的等離子爐1，主要由兩根石英管2和3以及一個有兩匝的線圈4組成;線圈通過一個柔性的電纜5接到一個高頻振蕩器上(未畫出)。等離子爐用一個未畫出的裝置沿著空心預(yù)制件6產(chǎn)生了一個飛速旋轉(zhuǎn)的氣體套，并不斷地進入管子2。然后用接通高頻振蕩器的方法使等離子體點燃?？諝馔ㄟ^進氣口9沿著管子2的壁吹進，使它冷卻，其結(jié)果是等離子體與管2的壁保持一個空間間隔。等離子爐用一個鋁質(zhì)圓柱形屏蔽罩10屏蔽，在屏蔽罩中存在著空氣，空氣不斷地換新(引畫出)。
權(quán)利要求
1.制造固體玻璃預(yù)制件的方法，這種固體玻璃預(yù)制件是為制造光學元件用的。將一個管狀的空心預(yù)制件用加熱擠壓的方法制成固體玻璃預(yù)制件，用一個熱源產(chǎn)生熱量，熱源與空心預(yù)制作彼此可以相對移動，其特征在于擠壓工藝過程中，空心預(yù)制件是用等離子體外部進行加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于等離子體是用頻率低于12兆赫芝的電場感應(yīng)產(chǎn)生的，但用足夠高的頻率在環(huán)繞著被擠壓的空心預(yù)制件的氣體氣氛中使等離子體占火。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于在擠壓過程中空心預(yù)制件保持在水平狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于在擠壓過程中，空心預(yù)制件保持在含氧氣氛中。
專利摘要
采用沿著空心預(yù)制件往復(fù)移動等離子體的外部加熱空心預(yù)制件的方法獲得固體玻璃預(yù)制件，空心預(yù)制件的整個壁厚上有折射率的變化，其變化要適于所希望的目的。例如，拉絲成光纖。用頻率低于12兆赫芝的電場產(chǎn)生的感應(yīng)式等溫等離子體被證明是特別合適的。
文檔編號C03B37/012GK85102146SQ85102146
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者普拉賈姆斯, 德努特爾, 施蘭斯, 德米佳 申請人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan