專利名稱：制備光纖預(yù)型體的設(shè)備和使用該設(shè)備制備光纖預(yù)型體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)制備光纖預(yù)型體的方法，更具體地說(shuō)，涉及用襯底管(石英)來(lái)制備光纖預(yù)型體的設(shè)備和使用該設(shè)備制備光纖預(yù)型體的方法，其中所述的設(shè)備可將襯底管的偏斜減至最小。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)、外部氣相沉積法(OVD)或氣相軸向沉積法(VAD)制備光纖預(yù)型體，其中預(yù)型體直接在石英棒的頂部生長(zhǎng)出來(lái)。
MCVD是其中應(yīng)用最廣泛的方法之一，這種方法通過(guò)在高純度石英管中沉積具有不同折光指數(shù)的芯層和包層來(lái)形成光纖預(yù)型體。在此，通過(guò)調(diào)整沉積物質(zhì)的組成比例來(lái)控制折光指數(shù)。也就是說(shuō)，通過(guò)調(diào)整用來(lái)沉積芯層和包層的組合物中GeO2與SiO2的不同沉積速率來(lái)控制芯層和包層的折光指數(shù)。
通常用載氣將所述組合物送進(jìn)石英管中，然后，當(dāng)采用諸如氣焊焊炬等熱源將石英管的外表面加熱到1300至1700℃之間時(shí)，所述組合物進(jìn)行沉積。在這樣的高溫下，氣態(tài)反應(yīng)物成為SiO2和GeO2的火焰水解物。
當(dāng)SiO2和GeO2的火焰水解物沿石英管的軸向穿過(guò)石英管時(shí)，一部件火焰水解物通過(guò)熱泳沉積在石英管壁上，而剩下的部分則經(jīng)過(guò)火焰水解物排放管排放到外面。管壁上沉積了粉塵物質(zhì)的石英管通過(guò)熔縮工序來(lái)制備圓柱形的預(yù)型棒，然后通過(guò)閉合工序完成整個(gè)工藝過(guò)程，由此制得光纖預(yù)型體。在此，用來(lái)形成光纖預(yù)型體的石英管被稱作襯底管。
近些年，發(fā)展趨勢(shì)是在沉積工序中越來(lái)越多地使用臥式車床。在沉積工序中使用臥式車床制得初級(jí)預(yù)型體，將該初級(jí)預(yù)型體通過(guò)熔縮工序和閉合工序形成光纖預(yù)型體。
圖1是制備光纖預(yù)型體的傳統(tǒng)設(shè)備的示意圖，其中采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行沉積。
如圖1所示，制備光纖預(yù)型體的傳統(tǒng)設(shè)備包括襯底管10；夾具20，用于固定襯底管10的兩端；支撐部件30，用于支撐各個(gè)夾具；車床40，該車床上固定安裝有支撐部件30；主熱源50，安裝在車床40之上支撐部件之間，用于加熱襯底管10；供氣裝置60，安裝在車床外，用于向襯底管10的一端供氣；火焰水解物收集器70，安裝在車床外，與襯底管的另一端相連，用于收集經(jīng)過(guò)火焰水解排放管排放的火焰水解物。
由于使用具有上述構(gòu)造制備光纖預(yù)型體的傳統(tǒng)設(shè)備來(lái)制備光纖預(yù)型體的方法包含高溫沉積工序，因此降低了襯底管10的機(jī)械強(qiáng)度和粘度。于是，在制備預(yù)型體的方法中，應(yīng)當(dāng)按照均勻的速率進(jìn)行沉積，并且襯底管10外部尺寸應(yīng)當(dāng)保持均一，同時(shí)盡量減少襯底管10沿徑向的變形。然而，用傳統(tǒng)方法制備的光纖預(yù)型體同時(shí)具有彈性變形和粘性變形。也就是說(shuō)，最終制備的襯底管10的偏斜與彈性變形程度、沉積時(shí)間和粘性變形程度成比例。
圖2是表示使用制備光纖預(yù)型體的傳統(tǒng)設(shè)備制備的襯底管10的偏斜現(xiàn)象的示意圖，其中反復(fù)沉積時(shí)襯底管的偏斜更大。
此外，在批量生產(chǎn)中，溫度更高，襯底管和沉積時(shí)間更長(zhǎng)，這使得襯底管10的偏斜現(xiàn)象更嚴(yán)重。因此，當(dāng)襯底管10過(guò)分偏斜時(shí)，本身就不可能制得光纖預(yù)型體，或者即使制備出來(lái)其功能也不正常。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述問(wèn)題而作出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，并提供使用該設(shè)備制備光纖預(yù)型體的方法，所述設(shè)備具有為已由主熱源500加熱預(yù)定時(shí)間的襯底管100而設(shè)的附加支撐件，以便防止在改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法的沉積工序中所述襯底管100發(fā)生偏斜。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，以便通過(guò)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行沉積，該設(shè)備包括主熱源位置探測(cè)傳感器800；附加支撐裝置控制部件1000，該部件以有線或無(wú)線方式與主熱源位置探測(cè)傳感器800電連接；以及附加支撐裝置1100，該裝置以有線或無(wú)線方式與附加支撐裝置控制部件1000電連接。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一方面還提供了光纖預(yù)型體的制備方法，以便進(jìn)行改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法中的沉積，該方法包括以下步驟用主熱源500從起始部位到終止部位加熱襯底管100(S1)；用主熱源位置探測(cè)傳感器800識(shí)別主熱源500的位置(S2)；移動(dòng)附加支撐裝置1100到預(yù)定位置(S3和S4)；支撐該襯底管100，直到該襯底管的溫度在主熱源500開(kāi)始加熱襯底管100之后達(dá)到目標(biāo)值(S5)；以及將附加支撐裝置1100返回到其原始位置(S6)。
從本發(fā)明的以下優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖可以清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是用于制備光纖預(yù)型體的傳統(tǒng)設(shè)備的示意圖；圖2是表示使用制備光纖預(yù)型體的傳統(tǒng)設(shè)備制備的襯底管的偏斜現(xiàn)象的示意圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案所述的制備光纖預(yù)型體的設(shè)備的示意圖；圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案所述的制備光纖預(yù)型體的設(shè)備的示意圖，其中襯底管已得到支撐；圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案所述的制備光纖預(yù)型體的設(shè)備的示意圖，其中附加支撐裝置的活塞下降；圖6是本發(fā)明的光纖預(yù)型體制備方法的第一實(shí)施方案所述的主熱源和附加支撐裝置的工作流程圖；和圖7是本發(fā)明的光纖預(yù)型體制備方法的第二實(shí)施方案所述的主熱源和附加支撐裝置的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案所述的制備光纖預(yù)型體的設(shè)備的示意圖，圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案所述的制備光纖預(yù)型體的設(shè)備的示意圖，其中襯底管已得到支撐。
如圖3所示，本發(fā)明制備光纖預(yù)型體的設(shè)備包括主熱源500，安裝在車床上，用于給襯底管加熱；主熱源位置探測(cè)傳感器800，固定在車床一側(cè)或安裝在離車床預(yù)定距離的位置，用于探測(cè)主熱源位置；附加支撐裝置1100，安裝在車床上，用于支撐襯底管；以及附加支撐裝置控制部件1000，安裝于車床之外，用于以有線或無(wú)線方式接收來(lái)自主熱源位置探測(cè)傳感器800的位置信號(hào)，并根據(jù)接收到的位置信號(hào)控制附加支撐裝置。在此，附加支撐裝置1100的功能是以有線地或無(wú)線方式接收來(lái)自附加支撐裝置控制部件1000的控制信號(hào)，以便根據(jù)接收到的控制信號(hào)移動(dòng)至預(yù)定支撐位置。
如圖4所示，附加支撐裝置1100包括襯底管附加支撐部件1400，用于附加支撐襯底管100；垂直傳送裝置，其上連接有襯底管附加支撐部件1400，該垂直傳送裝置在接收到來(lái)自附加支撐裝置控制部件1000的控制信號(hào)后產(chǎn)生響應(yīng)，從而沿垂直于襯底管軸向的方向傳送襯底管附加支撐部件1400；以及水平傳送裝置，其上連接有所述垂直傳送裝置，該水平傳送裝置在接收到來(lái)自附加支撐裝置控制部件1000的控制信號(hào)后產(chǎn)生響應(yīng)，從而沿襯底管的軸向傳送該垂直傳送裝置。
所述襯底管附加支撐部件1400包括一對(duì)滾筒1200，用于按照與襯底管100接觸的方式支撐襯底管100；和滾筒支撐部件1300，其上安裝有滾筒1200。此處，滾筒支撐部件1300與轉(zhuǎn)動(dòng)臂1500相連，從而該滾筒支撐部件1300可以在預(yù)定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述垂直傳送裝置是用氣缸1700來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但也可以采用與氣缸功能相同的各種裝置。
所述氣缸1700與附加支撐裝置控制部件1000以有線或無(wú)線方式連接，以便接收來(lái)自附加支撐裝置控制部件1000的電控制信號(hào)，根據(jù)接收到的控制信號(hào)升起活塞1600，從而開(kāi)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)安裝在活塞1600一端的轉(zhuǎn)動(dòng)臂1500。
所述水平傳送裝置包括傳送架1900，其具有固定在驅(qū)動(dòng)軸2200上的小齒輪軸2400和安裝在小齒輪軸2400上的小齒輪2300；以及導(dǎo)向器1800，其安裝在車床400上，與小齒輪2300嚙合，該導(dǎo)向器具有形成在其上的齒條(rack)。在此，驅(qū)動(dòng)軸2200驅(qū)動(dòng)小齒輪2300。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述水平傳送裝置還具有驅(qū)動(dòng)裝置。
所述驅(qū)動(dòng)裝置包括以有線或無(wú)線方式與附加支撐裝置控制部件1000相連的旋轉(zhuǎn)可控性電機(jī)。所述的電機(jī)優(yōu)選恒速電機(jī)2000、可精確控制式伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，但也可采用與它們功能相同的任何其他電機(jī)。
所述附件支撐裝置控制部件1000與支撐位置控制傳感器900以有線或無(wú)線方式連接，所述附件支撐裝置控制部件1000包括第一輸入部件，用于接收來(lái)自主熱源位置探測(cè)傳感器800的指示主熱源500的位置的信號(hào)；第二輸入部件，用于接收來(lái)自支撐位置控制傳感器900的指示附加支撐裝置1100到達(dá)支撐位置的信號(hào)；微處理器，用于控制安裝在附加支撐裝置1100上的電機(jī)和氣缸1700的運(yùn)行；以及輸出部件，用于輸出由所述微處理器發(fā)出的操作控制信號(hào)。在此，在車床上預(yù)定支撐位置或者離車床預(yù)定距離的位置安裝支撐位置控制傳感器900。當(dāng)附加支撐裝置1100到達(dá)預(yù)定支撐位置時(shí)，所述支撐位置控制傳感器900還對(duì)附加支撐裝置1100的位置進(jìn)行探測(cè)，并且向所述第一輸入部件發(fā)送位置信號(hào)。
所述的微處理器使附加支撐裝置1100僅在預(yù)定時(shí)間內(nèi)支撐所述襯底管100，直到所述襯底管的溫度在主熱源500開(kāi)始加熱襯底管100之后達(dá)到目標(biāo)值。
在最影響襯底管100變形的因素中，本發(fā)明的附加支撐裝置1100減少了襯底管100的有效長(zhǎng)度；上述影響因素包括有效長(zhǎng)度，指襯底管100的支撐點(diǎn)之間的距離；襯底管100的形狀；襯底管接觸熱源的時(shí)間等。因此，在粘度低的最初部位和剪切力作用大的地方，可以大大減少偏斜。理論上，當(dāng)梁受自重時(shí)，梁的一端產(chǎn)生的變形與梁的長(zhǎng)度的4次方成比例，因此，本發(fā)明的附加支撐裝置可以減少長(zhǎng)度縮短的4次方。
下面將參照?qǐng)D4和圖5，詳細(xì)描述本發(fā)明具有前述構(gòu)造的制造光纖預(yù)型體的設(shè)備。
如圖4和5所示，當(dāng)?shù)谝惠斎氩考邮盏街鳠嵩?00的位置信號(hào)時(shí)，微處理器驅(qū)動(dòng)恒速電機(jī)2000，以便傳送附加支撐裝置1100。當(dāng)?shù)诙斎氩考邮盏絹?lái)自支撐位置控制傳感器900的信號(hào)，該信號(hào)指示附加支撐裝置到達(dá)了支撐位置時(shí)，微處理器停止對(duì)附加支撐裝置1100的傳送，并控制升起氣缸1700的活塞1600。隨著活塞1600的升起，轉(zhuǎn)動(dòng)臂1500被啟動(dòng)，于是升起襯底管附加支撐部件1400以便附加支撐襯底管100。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方案中，可以不使用恒速電機(jī)，而是通過(guò)旋轉(zhuǎn)如圖4和圖5所示的與小齒輪軸2400相連的旋轉(zhuǎn)器2100，從而手動(dòng)移動(dòng)附加支撐裝置1100。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D6和圖7詳細(xì)描述本發(fā)明的光纖預(yù)型體的制備方法。
圖6是本發(fā)明的光纖預(yù)型體制備方法的第一實(shí)施方案所述的主熱源和附加支撐裝置的工作流程圖。
首先，主熱源500從初始部位到終止部位加熱襯底管100，所述初始部位是開(kāi)始加熱的部位，所述終止部位是終止加熱的部位(S1)。經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間之后，襯底管100達(dá)到恒定的熱流量。當(dāng)該襯底管的溫度超過(guò)預(yù)定的極限時(shí)，襯底管在加熱點(diǎn)開(kāi)始偏斜。此時(shí)，位于在襯底管100初始部位的主熱源位置探測(cè)傳感器800識(shí)別主熱源的位置(S2)。然后，主熱源位置探測(cè)傳感器800向附加支撐裝置控制部件1000發(fā)送位置信號(hào)，所述附加支撐裝置控制部件1000隨之控制啟動(dòng)對(duì)附加支撐裝置1100的傳送(S3)。于是，將附加支撐裝置1100移動(dòng)到預(yù)定支撐位置(S4)。
然后，使附加支撐裝置支撐襯底管100，直到襯底管的溫度在主熱源500借助于計(jì)時(shí)器開(kāi)始加熱襯底管100之后達(dá)到目標(biāo)值(S5)，然后所述附加支撐裝置回到其原始位置(S6)。
因此，本發(fā)明的光纖預(yù)型體制備方法可以制備初始部位偏斜最小的光纖預(yù)型體。
同時(shí)，可以根據(jù)如圖7所示的主熱源的工作方式來(lái)制備光纖預(yù)型體。
圖7是本發(fā)明的光纖預(yù)型體制備方法的第二實(shí)施方案所述的主熱源和附加支撐裝置的工作流程圖，其中，還包括在步驟(S1)和步驟(S2)之間的用主熱源加熱襯底管的步驟。因此，可以按如下步驟進(jìn)行第二實(shí)施方案所述的制備光纖預(yù)型體的方法。主熱源500從初始部位到終止部位加熱襯底管100，所述初始部位是開(kāi)始加熱的部位，所述終止部位是終止加熱的部位(S10)。接下來(lái)，主熱源500在加熱的同時(shí)從終止部位回到初始部位(S20)。然后，安裝在車床上的位于襯底管100的初始部位的主熱源位置探測(cè)傳感器800識(shí)別主熱源500的位置(S30)。接著，當(dāng)附加支撐裝置控制部件1000接收到來(lái)自主熱源位置探測(cè)傳感器800的主熱源500的位置信號(hào)時(shí)，它啟動(dòng)附加支撐裝置1100(S40)。接下來(lái)，當(dāng)附加支撐裝置控制部件1000收到來(lái)自支撐位置控制傳感器900的附加支撐裝置的位置信號(hào)時(shí)，作為對(duì)收到的位置信號(hào)的響應(yīng)，它使附加支撐裝置1100移動(dòng)到預(yù)定支撐位置(S50)。
附加支撐裝置1100一旦移動(dòng)到安裝有支撐位置控制傳感器900的支撐位置時(shí)，附加支撐裝置1100支撐襯底管100，直到襯底管的溫度在主熱源500借助于計(jì)時(shí)器開(kāi)始加熱襯底管100之后達(dá)到目標(biāo)值(S60)，并且在經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間之后，回到其原始位置(S70)。主熱源500再次加熱襯底管100，同時(shí)從初始部位向終止部位移動(dòng)(S10)，并且從終止部位回到初始部位(S20)，在此之后重復(fù)實(shí)施前述的程序。
此處，根據(jù)襯底管100的標(biāo)準(zhǔn)、沉積時(shí)間或粘度來(lái)確定支撐位置。
因此，本發(fā)明的光纖預(yù)型體制備方法可以制備初始部位沒(méi)有偏斜的光纖預(yù)型體。
工業(yè)實(shí)用性在本發(fā)明的制備光纖預(yù)型體的設(shè)備和使用該設(shè)備制備光纖預(yù)型體的方法中，通過(guò)對(duì)襯底管100進(jìn)行附加支撐，減少了襯底管100的有效長(zhǎng)度，從而減少了襯底管100的偏斜。特別地，可以大大減少襯底管初始部位的偏斜，因此可以得到高的沉積效率。因此，可以批量生產(chǎn)高品質(zhì)光纖預(yù)型體。
盡管參照具體解釋性的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于所述的實(shí)施方案，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行變動(dòng)或修改。
權(quán)利要求
1.用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，該設(shè)備通過(guò)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法實(shí)施沉積工序，該設(shè)備包括主熱源位置探測(cè)傳感器，該傳感器用于探測(cè)加熱襯底管的主熱源的位置；附加支撐裝置控制部件，該部件與所述的主熱源位置傳感器以有線或無(wú)線方式相連；和附加支撐裝置，該裝置與所述的附加支撐裝置控制部件以有線或無(wú)線方式相連，用于支撐所述襯底管。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，其中所述的附加支撐裝置控制部件還包括支撐位置控制傳感器，該傳感器用于控制所述的附加支撐裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，其中所述的附加支撐裝置包括襯底管附加支撐部件，該部件用于附加支撐所述的襯底管；垂直傳送裝置，該裝置帶有與之相連的所述襯底管附加支撐部件，而且，作為對(duì)所述的附加支撐裝置控制部件發(fā)送到所述垂直傳送裝置的控制信號(hào)的響應(yīng)，所述的垂直傳送裝置沿垂直于所述襯底管的軸向的方向傳送所述的襯底管附加支撐部件；以及水平傳送裝置，該裝置帶有與之相連的所述垂直傳送裝置，而且，作為對(duì)所述的附加支撐裝置控制部件發(fā)送到所述水平傳送裝置的控制信號(hào)的響應(yīng)，所述的水平傳送裝置沿所述襯底管的軸向傳送所述的垂直傳送裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，其中所述的水平傳送裝置包括傳送架，該傳送架帶有固定在驅(qū)動(dòng)軸上的小齒輪軸和安裝在所述小齒輪軸上的小齒輪；和導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器安裝在車床上以便與小齒輪嚙合，并且該導(dǎo)向器帶有形成于其上的齒條。
5.如權(quán)利要求4所述的用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，其中所述的水平傳送裝置還具有驅(qū)動(dòng)裝置。
6.如權(quán)利要求3所述的用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，其中所述的襯底管附加支撐部件包括一對(duì)滾筒，用于按照與所述的襯底管接觸的方式支撐所述襯底管；和滾筒支撐部件，所述的滾筒安裝在它上面。
7.如權(quán)利要求3所述的用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，其中所述的垂直傳送裝置是氣缸。
8.光纖預(yù)型體的制備方法，該制備方法通過(guò)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法來(lái)實(shí)施沉積工序，該方法包括如下步驟用主熱源從初始部位到終止部位加熱襯底管；用主熱源位置探測(cè)傳感器識(shí)別所述主熱源的位置；移動(dòng)附加支撐裝置到預(yù)定位置；支撐所述的襯底管，一直到襯底管的溫度在所述的主熱源開(kāi)始加熱所述的襯底管之后增加達(dá)到其目標(biāo)值；和將所述的附加支撐裝置返回到其原始位置。
9.如權(quán)利要求8所述的光纖預(yù)型體的制備方法，其中根據(jù)所述襯底管的標(biāo)準(zhǔn)、沉積時(shí)間和粘度來(lái)確定所述的預(yù)定位置。
10.如權(quán)利要求8所述的光纖預(yù)型體的制備方法，其中所述的方法還包括在加熱襯底管步驟和識(shí)別主熱源位置步驟之間使所述的主熱源加熱所述的襯底管的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于制備光纖預(yù)型體的設(shè)備，該設(shè)備通過(guò)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法來(lái)實(shí)施沉積工序。所述的設(shè)備包括主熱源位置探測(cè)傳感器(800)，該傳感器用于探測(cè)加熱襯底管(100)的主熱源的位置；附加支撐裝置控制部件(1000)，該部件與主熱源位置探測(cè)傳感器(800)以有線或無(wú)線方式相連；以及附加支撐裝置(1100)，該裝置與附加支撐裝置控制部件(1000)有線或無(wú)線相連，用于支撐襯底管(100)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)襯底管(100)的附加支撐減少了襯底管(100)的有效長(zhǎng)度，因此使襯底管(100)的偏斜達(dá)到最小化。特別地，可以在其初始部位大大減少襯底管的偏斜，因此可以實(shí)現(xiàn)高沉積效率。因此，可以批量生產(chǎn)高品質(zhì)光纖預(yù)型體。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1592721SQ03801540
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月20日
發(fā)明者金哲民, 金元培, 裵相俊, 樸元基 申請(qǐng)人:Lg電線株式會(huì)社