專利名稱：制造光纖積粉體的裝置及用該裝置制造光纖積粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造光纖積粉體(光纖母材)(optical fiber soot)的方法。本發(fā)明還涉及一種制造光纖積粉體(光纖母材)的裝置。
背景技術(shù)：
氣相軸向沉積法(VAD法)包括一個(gè)步驟，在該步驟中，光纖的纖芯和包層的一部分(以下稱作纖芯包層)通過在軸向上沉積在氫氧焰中形成的玻璃微粒而合成。通過這一方法合成的沉積物被稱作纖芯積粉體(纖芯母材)(core soot)。實(shí)施軸向上對該所得積粉體的拉拔，使得積粉體尖端部分的位置和纖芯燃燒器之間的距離保持不變。拉拔該積粉體的速度被稱作生長速度。根據(jù)這種方法使用的裝置在圖1中示意性地得以說明。纖芯部分1通過使用纖芯燃燒器2合成，而纖芯包層3通過使用包層燃燒器4合成。為了加熱纖芯部分且防止開裂，并且抑制該包層燃燒器的火焰與該纖芯燃燒器火焰之間的干擾，在該纖芯部分和該包層部分之間的中間部分提供了側(cè)部燃燒器5。數(shù)字6表示用于積粉體沉積的起始材料棒，該材料棒通常是石英固體，并且，在箭頭7所指的方向上旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在向上的方向8(提拉方向)上被提拉。在圖1中，V表示纖芯積粉體的錐形末端部分的長度。
傳統(tǒng)使用的該側(cè)部燃燒器5有帶環(huán)形橫截面的多管燃燒器15的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖2說明了該傳統(tǒng)燃燒器5的橫截面，該橫截面有外徑(寬度)D，并且具有分別以15a、15b和15c表示的外層管、中間管和內(nèi)層管。通常，氫氣從內(nèi)層管吹出，氧氣從外層管和中間管之間吹出，而氬氣從中間管和內(nèi)層管之間吹出，從而形成了該側(cè)部燃燒器5的燃燒火焰。
為了提高根據(jù)VAD方法的產(chǎn)率，增加纖芯部分的直徑是有效的。纖芯部分直徑的增加成比例地增加了由該側(cè)部燃燒器加熱的面積，特別是在水平方向上的面積(該橫截面面積具有圖1中的d所示的直徑(纖芯的直徑由該側(cè)部燃燒器加熱))。因此，為了在水平方向上均勻地加熱該纖芯內(nèi)部的橫截面部分，必需使火焰擴(kuò)展。
傳統(tǒng)燃燒器的火焰可以通過增加氣體(可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w)的量來擴(kuò)展。但是，由于纖芯部分的表面溫度局部升高，所以，存在這樣的問題，即細(xì)槽被強(qiáng)化到一定程度，使得不可能使用剖面分析儀(以下簡寫為PA)進(jìn)行剖面測量，或者，在使該纖芯預(yù)制品透明(燒結(jié))之后，在其中形成氣泡。另一方面，為了防止纖芯部分表面溫度的不均勻，當(dāng)燃燒器的直徑增加時(shí)，火焰也在向上和向下的方向上擴(kuò)展。因此，側(cè)部燃燒器的火焰與包層燃燒器的火焰之間的干擾增加，而且纖芯積粉體在最壞的情況下變形。為了防止這一問題，在包層燃燒器的位置上移時(shí)，纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度V變大，并且所得纖芯積粉體中的有缺陷部分的比例增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于根據(jù)氣相軸向沉積法制造光纖積粉體的裝置，其中，用于加熱纖芯部分的側(cè)部燃燒器的燒嘴的橫截面形狀為矩形。
另外，本發(fā)明是一種使用上述用于制造光纖積粉體的裝置來制造光纖積粉體的方法。
本發(fā)明的其它和另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，從以下結(jié)合附圖的說明中將更全面地展現(xiàn)。


圖1是圖解說明根據(jù)VAD方法制造光纖積粉體的視圖；圖2是在VAD方法中使用的傳統(tǒng)多管燃燒器的橫截面視圖；圖3是在本發(fā)明的用于制造光纖積粉體的裝置中使用的多管燃燒器的橫截面視圖；圖4是曲線圖，說明了該燃燒器直徑D和高度H與錐形末端部分的長度V之間的關(guān)系；
圖5是曲線圖，說明了該燃燒器寬度L和溫差ΔT之間的關(guān)系；圖6是圖解說明在本發(fā)明的用于制造光纖積粉體的裝置中使用的多管燃燒器的另外一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖；圖7是圖解說明在本發(fā)明的用于制造光纖積粉體的裝置中使用的多管燃燒器的又一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖；圖8(a)和圖8(b)圖解說明了該側(cè)部燃燒器的錐形末端部分的形狀的一個(gè)實(shí)施例，其中，圖8(a)是俯視圖，圖8(b)是側(cè)視圖；以及圖9是曲線圖，圖解說明了罩子出口長度h與該錐形末端部分的長度V之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供以下方法(1)一種根據(jù)VAD方法制造光纖積粉體的裝置，其中，用于加熱纖芯部分的側(cè)部燃燒器的燒嘴的橫截面形狀為矩形。
(2)一種根據(jù)條款(1)的用于制造光纖積粉體的裝置，其中，該側(cè)部燃燒器燒嘴的矩形橫截面的寬度是纖芯部分直徑的0.7倍以上。
(3)一種根據(jù)條款(1)或(2)的用于制造光纖積粉體的裝置，其中，通過改變該側(cè)部燃燒器的矩形燒嘴的高度H，該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度是可控的。
(4)一種根據(jù)條款(1)、(2)或(3)的用于制造光纖積粉體的裝置，其中，該側(cè)部燃燒器的矩形燒嘴在其中心處被左右分開。
(5)一種根據(jù)條款(1)、(2)或(3)的用于制造光纖積粉體的裝置，其中，至少兩層可燃?xì)怏w在該側(cè)部燃燒器中形成。
(6)一種根據(jù)條款(1)至(5)中的任意一個(gè)的用于制造光纖積粉體的裝置，其中，通過在不改變?nèi)紵餍螤畹臈l件下改變貼附在該側(cè)部燃燒器的燃燒器末端部分上的該燃燒器罩的噴嘴末端形狀，纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度是可控的。
(7)一種用于制造光纖積粉體的方法，它使用如條款(1)至(6)中的任一條所述的、用于制造光纖積粉體的裝置。
現(xiàn)在參考在附圖中說明的優(yōu)選實(shí)施例，將詳細(xì)地說明用于在本發(fā)明中使用的制造光纖積粉體的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在用于根據(jù)VAD方法制造光纖積粉體的如圖1所示的該裝置中，一個(gè)如圖3所示的矩形燃燒器，代替具有環(huán)形橫截面(圖2)的傳統(tǒng)多管燃燒器，而用作側(cè)部燃燒器5。在該橫截面圖中，矩形燃燒器30具有寬度L和高度H，并且包括，例如，氧氣噴嘴31、氬氣噴嘴32和氫氣噴嘴33。
根據(jù)如圖6所示的本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，通過在該燃燒器的中心設(shè)置將氣體流分開的隔板以將該火焰左右分開，能夠抑制該纖芯燃燒器火焰與該側(cè)部燃燒器火焰之間的干擾。直到此時(shí)，盡管使該纖芯燃燒器的火焰穩(wěn)定以保證VAD方法的穩(wěn)定產(chǎn)率是重要的，但是該側(cè)部燃燒器火焰與該纖芯燃燒器火焰之間的干擾構(gòu)成了不穩(wěn)定因素中的一個(gè)。如果該側(cè)部燃燒器與該纖芯燃燒器分開，則該干擾可以避免。但是，如果該側(cè)部燃燒器與該纖芯燃燒器分開過多，則在最終的光纖積粉體上形成裂縫。與以上相反，在矩形燃燒器的情況下，由于火焰在水平方向上擴(kuò)展以使該纖芯部分的周邊能被加熱，所以，即使在該纖芯燃燒器火焰的正上方部分沒有火焰，該纖芯部分也能被充分地加熱。
以上的描述將參照圖6更詳細(xì)地說明。圖6是圖1的用于制造光纖積粉體的裝置的沿A-A線截取的說明性剖面圖，并且是在箭頭A方向上顯示的視圖。在圖6中，40是具有圖3所示的橫截面形狀的矩形側(cè)部燃燒器，而41是具有寬度為L1的隔板。42是側(cè)部燃燒器火焰，43是設(shè)置在該側(cè)部燃燒器下方的纖芯燃燒器，44是纖芯燃燒器火焰。45是由該側(cè)部燃燒器和該纖芯燃燒器加熱的纖芯的橫截面?；鹧娴姆蛛x程度可以通過調(diào)整該隔板41的寬度L1來改變。到此為止，生長速度的波動大約是4mm/hr，但該波動可以通過使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的該燃燒器而減少到大約1mm/hr。
本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例如圖7所示。在纖芯積粉體形成的初始階段，有必要將該纖芯積粉體和用于積粉體沉積的起始材料棒的表面保持在高溫，從而促進(jìn)該纖芯部分和該棒之間的附著。當(dāng)使用圖6的燃燒器時(shí)，由于該火焰不與該起始材料棒直接接觸，所以需要相對大量的可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w來提高溫度。因此，根據(jù)圖7所示的實(shí)施例，提供了一個(gè)可以在該燃燒器的中心流過可燃?xì)怏w的層，使得該火焰中心的溫度可以提高。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，通過使用相對少量的氣體，可以使該纖芯積粉體和用于積粉體沉積的起始材料棒的溫度提高。此外，如果增大該纖芯部分的直徑，則通過減小在該中心層中可燃?xì)怏w的流速，可以獲得與圖6的燃燒器相同的效果。
根據(jù)這個(gè)例子，將該側(cè)部燃燒器40的內(nèi)部分成位于中心的第一可燃?xì)怏w層48，和位于周邊部分的第二可燃?xì)怏w層49。46表示該側(cè)部燃燒器火焰的第一層，47表示該側(cè)部燃燒器火焰的第二層。與圖6類似，圖7是圖1的用于制造光纖積粉體的該裝置的沿A-A線截取的說明性剖面圖。圖7中每個(gè)附圖標(biāo)記表示與圖6相同的部分或部件。
圖8(a)和8(b)說明了該側(cè)部燃燒器的錐形末端部分的形狀的一個(gè)實(shí)施例，其中圖8(a)是俯視圖，圖8(b)是側(cè)視圖。在圖8(a)和8(b)中，附加在側(cè)部燃燒器50的末端部分的罩51具有錐形部分51a，該錐形部分向其末端逐漸變細(xì)，從而減少該側(cè)部燃燒器火焰在向上和向下的方向上的擴(kuò)展。這種方法也能減少該側(cè)部燃燒器火焰在向上和向下方向上的擴(kuò)展，并使降低該包層燃燒器在該裝置中的位置成為可能。在這些圖中，H是該矩形燃燒器的高度，h是該側(cè)部燃燒器的錐形部分51a的末端部分的高度。與在圖3中類似，L是該矩形燃燒器的寬度。
根據(jù)使用本發(fā)明的用于制造光纖積粉體的裝置的該裝置和方法，最終纖芯積粉體的有缺陷部分的比例能夠在該光纖積粉體的生產(chǎn)過程中減小。
根據(jù)本發(fā)明的用來制造光纖積粉體的裝置，有可能均勻加熱該纖芯部分表面，并且防止積粉體燒結(jié)后，纖芯預(yù)制品中氣泡的出現(xiàn)。另外，根據(jù)本發(fā)明的用來制造光纖積粉體的裝置，火焰不能向上和向下擴(kuò)展，即使該燃燒器的直徑增大，而且，該側(cè)部燃燒器的火焰與該包層燃燒器的火焰之間的干擾可以防止。
本發(fā)明的制造光纖積粉體的裝置具有本發(fā)明的以下功能和效果(1)由于能夠形成水平方向上的均勻火焰，所以該纖芯部分的表面溫度能夠被控制得近似均勻。
(2)該側(cè)部燃燒器火焰在向上和向下方向的擴(kuò)展可通過減小該燃燒器在垂直方向上的寬度來減小。因此，由于能在該裝置中將包層燃燒器的位置移低，所以該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度V能夠縮短。
(3)通過將該側(cè)部燃燒器的矩形燒嘴在噴嘴的中心處左右分開，可以減少該側(cè)部燃燒器火焰與該纖芯燃燒器的火焰之間的干擾。結(jié)果，能夠穩(wěn)定該纖芯燃燒器的火焰。
(4)通過為該側(cè)部燃燒器形成至少兩層可燃?xì)怏w，可以提高該側(cè)部燃燒器的火焰中心的溫度。結(jié)果，能夠節(jié)省用于加熱積粉體沉積起始材料棒的可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w的量。
根據(jù)本發(fā)明的用于制造光纖積粉體的裝置，有可能以最經(jīng)濟(jì)的方式制造高品質(zhì)的光纖積粉體。參考以下的實(shí)施例，本發(fā)明將得以更詳細(xì)地闡述，但本發(fā)明不局限于此。實(shí)施例1根據(jù)VAD方法、采用圖1所示的基本結(jié)構(gòu)的纖芯積粉體生產(chǎn)試驗(yàn)，通過將圖2或圖3的燃燒器用作側(cè)部燃燒器而進(jìn)行。在圖2的傳統(tǒng)燃燒器的情況下(其中，燃燒器外徑(寬度)D為0.5d，其中d是纖芯部分的直徑)，通過PA對所獲得的10個(gè)纖芯中的九個(gè)纖芯的剖面測量是不可能的，因?yàn)檫^大的細(xì)槽。此外，在其剖面能夠測量的纖芯中，沿所獲得的纖芯的全長出現(xiàn)了氣泡。
另外一方面，在使用如圖3所示的矩形燃燒器的情況下，當(dāng)使用具有加大到0.7d的寬度的多管燃燒器時(shí)，沒發(fā)現(xiàn)氣泡，而且剖面測量能夠進(jìn)行。實(shí)施例2于是，相對于該錐形末端部分的長度V進(jìn)行了試驗(yàn)，如圖1所示。定義由傳統(tǒng)燃燒器(見圖2)產(chǎn)生的積粉體的錐形末端部分的長度為V0。當(dāng)使用圖2的傳統(tǒng)燃燒器將該包層燃燒器的位置向上移動時(shí)，該積粉體的錐形末端部分的長度變得更長，為1.7V0。于是，定位圖3的矩形側(cè)部燃燒器，使得具有更大長度的寬度在水平方向上，且該燃燒器的寬度L固定為0.7d。使用矩形側(cè)部燃燒器，通過根據(jù)兩個(gè)級別(例如0.5d和0.3d)改變該燃燒器的高度H，進(jìn)行了合成。結(jié)果，能縮短該最終積粉體的錐形部分的長度，且分別為V0和0.7V0。沒發(fā)現(xiàn)氣泡的形成，并且能進(jìn)行剖面的測量。這一關(guān)系在圖4中示出。
測量了合成時(shí)纖芯部分的表面溫度。測量了與外圍方向上的側(cè)部燃燒器火焰相接觸的纖芯部分的溫度分布。如圖5所示，在環(huán)形橫截面的傳統(tǒng)燃燒器的情況下，最大溫度和最小溫度之差ΔT大約為200℃，但在根據(jù)本發(fā)明的矩形燃燒器的情況下，該溫差可以減小到100℃以下。
而且，與在外圍方向上的側(cè)部燃燒器的火焰相接觸的纖芯部分的溫度可用矩形燃燒器通過改變該燃燒器的寬度L來測量。從圖5明顯看出，當(dāng)寬度L相對于該纖芯部分的直徑變得小于0.7d時(shí)，所得的ΔT突然變大?；谶@樣的結(jié)果，可以明白，優(yōu)選的是，相對于該纖芯部分的直徑d，該矩形燃燒器的寬度L為0.7d以上。實(shí)施例3以下描述了使用圖8(a)和圖8(b)的燃燒器罩的實(shí)施例。圖9是曲線圖，說明了高度h變化，同時(shí)該燃燒器的高度H不變時(shí)，該罩子的高度h與該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度V之間的關(guān)系。從圖9明顯看出，該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度V可通過降低該罩子出口的高度來減小。這種方法是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)橥ㄟ^該燃燒器罩的交換，該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度(V)可得以控制。此外，如果該罩子出口的高度h相對于該燃燒器的高度H為0.5H以上，則該罩子末端部分可以在不被燒到的情況下用于普通狀態(tài)。
已經(jīng)根據(jù)當(dāng)前的具體實(shí)施例說明了我們的發(fā)明，我們的意圖是，除非另外詳細(xì)說明，本發(fā)明不受說明的任何細(xì)節(jié)的限制，但是，在所附權(quán)利要求所述的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)，本發(fā)明可更廣泛地加以解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)氣相軸向沉積法制造光纖積粉體(光纖母材)的裝置，其特征在于，用于加熱纖芯部分的側(cè)部燃燒器的燒嘴的橫截面形狀為矩形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造裝置，其特征在于，該側(cè)部燃燒器的燒嘴的矩形橫截面的寬度為纖芯部分直徑的0.7倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造裝置，其特征在于，通過改變該側(cè)部燃燒器的矩形燒嘴的高度H，該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度可控。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造裝置，其特征在于，該側(cè)部燃燒器的矩形燒嘴在其中心處被左右分開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造裝置，其特征在于，在該側(cè)部燃燒器的矩形燒嘴的中心處設(shè)置隔板，以將該側(cè)部燃燒器的火焰左右分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造裝置，其特征在于，至少兩層可燃?xì)怏w在該側(cè)部燃燒器中形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造裝置，其特征在于，通過在不改變該燃燒器形狀的情況下改變貼附在該側(cè)部燃燒器的燃燒器末端部分上的該燃燒器罩的噴嘴末端形狀(錐形的高度)，該纖芯積粉體末端部分的錐形部分的長度可控。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造裝置，其特征在于，相對于該燃燒器的高度H，貼附在該側(cè)部燃燒器的燃燒器末端部分上的該燃燒器罩的罩子出口的高度h為0.5H以上。
9.一種用于制造光纖積粉體的方法，包括使用如權(quán)利要求1至8中的任何一個(gè)所要求的、用于制造光纖積粉體的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于根據(jù)VAD方法制造光纖積粉體(光纖母材)的裝置,其中,用于加熱纖芯部分的側(cè)部燃燒器的燒嘴的橫截面形狀為矩形。一種用于制造光纖積粉體的方法使用了該裝置。
文檔編號C03B37/014GK1389413SQ0114363
公開日2003年1月8日 申請日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月6日
發(fā)明者有馬潔, 桑原正英, 戶田貞行 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社