專利名稱：用于制造煙黑預(yù)型體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造光纖預(yù)型體的裝置及方法，更具體地，涉及一種通過使用燃燒器來制造煙黑預(yù)型體(soot preform)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
迄今所知道的通過使用燃燒器來制造煙黑預(yù)型體的傳統(tǒng)方法包括外部氣相沉積法(OVD)以及氣相軸向沉積法(VAD)。
氣相軸向沉積方法是通過使用多個燃燒器將煙黑(soot)蒸發(fā)沉積到起動桿，并在起動桿的縱向上生長出芯體(core)和包覆層(clad)，從而獲得煙黑預(yù)型體。接著，燒結(jié)這種煙黑預(yù)型體，從而形成光纖預(yù)型體。
圖1為根據(jù)傳統(tǒng)的氣相軸向沉積法來制造煙黑預(yù)型體的裝置的視圖。圖1中所示的用于制造煙黑預(yù)型體的裝置包括芯體燃燒器(bore burner)130和包覆層燃燒器(clad burner)140。
煙黑預(yù)型體120與和其縱向相一致的垂直軸112相對準，所述煙黑預(yù)型體包括由玻璃材料制成以提供生長基礎(chǔ)的起動桿110、通過將煙黑沉積到起動桿110的端部處而形成的芯體122以及包覆層124。芯體122具有相對較高的折射率，而環(huán)繞芯體122的包覆層124具有相對較低的折射率。在煙黑沉積期間，煙黑預(yù)型體120會旋轉(zhuǎn)并以預(yù)先設(shè)定的速度向上移動。煙黑預(yù)型體120繞著垂直軸112旋轉(zhuǎn)，以具有旋轉(zhuǎn)對稱性。進一步而言，煙黑預(yù)型體120沿著垂直軸112向上移動，從而會沿著垂直軸112持續(xù)向下生長。在下文中，煙黑預(yù)型體120的“生長或縱向方向”相對于垂直軸112被限定為“向下”，而反向則被限定為“向上”。
芯體燃燒器130具有以銳角相對于垂直軸112傾斜的中心軸，并朝著煙黑預(yù)型體120的端部噴射火焰和煙黑，以使芯體122從煙黑預(yù)型體120的端部向下生長。包括玻璃成形材料的第一原材料S1、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO被提供給芯體燃燒器130。
包覆層燃燒器140被配置在芯體燃燒器130之上，并且具有以銳角相對于垂直軸112傾斜的中心軸。包覆層燃燒器140朝著芯體122的周邊表面噴射火焰和煙黑，以在芯體122的周邊表面上生長出包覆層124。第二原材料S2、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO被提供給包覆層燃燒器140。
圖2為圖1中所示的芯體燃燒器和包覆層燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，以及向各燃燒器提供的材料。芯體和包覆層燃燒器130和140為各自具有八個端口的燃燒器，各燃燒器均具有八個端口134a、134b、134c、134d、134e、134f、134g以及134h；144a、144b、144c、144d、144e、144f、144g以及144h，其中八個管子132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g以及132h；142a、142b、142c、142d、142e、142f、142g以及142h具有同心圓結(jié)構(gòu)，并且互相以同軸方式排列。
將第一原材料S1、可燃氣體GF、惰性氣體GI、氧化物氣體GO、惰性氣體GI、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給芯體燃燒器130的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七以及第八端口134a、134b、134c、134d、134e、134f、134g以及134h。此時，第一原材料S1由用于形成玻璃的材料SiCl4以及用于控制折射率的材料GeCl4組成。惰性氣體GI包括氬氣Ar，可燃氣體GF包括氫氣H2，以及氧化物氣體GO包括氧氣O2。
將第二原材料S2、可燃氣體GF、惰性氣體GI、氧化物氣體GO、惰性氣體GI、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給包覆層燃燒器140的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七以及第八端口144a、144b、144c、144d、144e、144f、144g以及144h。此時，第二原材料S2僅由用于形成玻璃材料的SiCl4組成。
作為構(gòu)成煙黑的一種氧化物的SiO2理論上可以由下述化學(xué)式(1)表示，但理論上也可以由下述化學(xué)式(2)獲得。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl ……(1)SiCl4+4H2+2O2→SiO2+4HCl+2H2O ……(2)圖3為根據(jù)傳統(tǒng)的氣相軸向沉積來制造的光纖預(yù)型體的折射率分布圖的視圖。如圖3中所示，光纖預(yù)型體的折射率分布圖包括芯體區(qū)域210、邊界區(qū)域220以及包覆層區(qū)域230。要提及地是，盡管光纖預(yù)型體的折射率分布圖通常具有橢圓形形狀，然而芯體區(qū)域210與包覆層區(qū)域230之間的邊界區(qū)域220的折射率分布是平滑地傾斜。折射率分布的這種平滑傾斜會造成從光纖預(yù)型體獲得的光纖的分布特性存在缺點。
如上所述的用于制造煙黑預(yù)型體的傳統(tǒng)裝置及方法具有以下問題。
首先，由于原材料S1和S2被提供給位于各燃燒器130和140中央部的端口134a和144a，所以原材料S1和S2的反應(yīng)效率很低。當(dāng)所供應(yīng)的可燃氣體GF和氧化物氣體GO遠多于基于化學(xué)式的流量時，煙黑預(yù)型體中將存在大量濕氣。進一步而言，在制造要求沉積率大于10克/分鐘的大型煙黑預(yù)型體的情況下，原材料S1和S2僅被提供給位于各燃燒器130和140中央部的端口134a和144a，使得折射率分布在從煙黑預(yù)型體獲得的光纖預(yù)型體中的芯體區(qū)域與包覆層區(qū)域之間的邊界區(qū)域處呈平滑傾斜。
其次，由于來自芯體燃燒器130的火焰的中心點在煙黑預(yù)型體120的表面上無法與來自包覆層燃燒器140的火焰的中心點重合，所以在所述火焰的中心點之間存在相對較低的溫度區(qū)域(芯體區(qū)域122與包覆層區(qū)域124之間的邊界區(qū)域)。進一步而言，煙黑預(yù)型體的端部(或者芯體區(qū)域122)與包覆層區(qū)域124的下部之間存在低溫區(qū)。此外，由于芯體區(qū)域122與包覆層區(qū)域124之間的邊界區(qū)域內(nèi)所摻雜的氧化物(尤其是GeO2)會在煙黑預(yù)型體120的脫水期間擴散，所以芯體區(qū)域與包覆層區(qū)域之間的邊界區(qū)域的折射率分布在從煙黑預(yù)型體120獲得的光纖預(yù)型體中具有平滑的傾斜度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種用于以超垂直沉積方式制造超垂直沉積(SuperVertical Deposition，SVD)煙黑預(yù)型體的裝置及方法，所述裝置包括芯體燃燒器，所述芯體燃燒器具有多個管子、通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口以及用于通過所述端口噴射原材料的輔助噴嘴，其中所述原材料包括折射率控制材料，以控制芯體區(qū)域與包覆層區(qū)域之間的邊界區(qū)域的折射率，從而使折射率分布具有較大的傾斜度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于制造煙黑預(yù)型體的裝置及方法，從而可以在煙黑預(yù)型體的芯體表面上均勻地維持溫度分布。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于制造煙黑預(yù)型體的裝置及方法，從而可以改善原材料的反應(yīng)效率。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的這些目的，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種用于制造包括芯體和包覆層的煙黑預(yù)型體的裝置，所述裝置包括包括主噴嘴的芯體燃燒器，所述主噴嘴具有多個管子以及通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，所述主噴嘴通過所述端口噴射原材料，其中所述原材料包括形成玻璃的材料，以形成所述煙黑預(yù)型體的芯體；以及包覆層燃燒器，所述包覆層燃燒器包括多個管子以及通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，以通過所述端口噴射原材料，其中所述原材料包括形成玻璃的材料，從而形成所述煙黑預(yù)型體的包覆層，其中所述芯體燃燒器進一步包括配置在所述主噴嘴一側(cè)的輔助噴嘴，并且具有多個管子以及以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，所述輔助噴嘴通過所述端口噴射原材料，其中所述原材料包括折射率控制材料，從而可控制所述芯體與所述包覆層之間的邊界區(qū)域的折射率。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的這些目的，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種用于制造包括芯體和包覆層的煙黑預(yù)型體的裝置，所述裝置包括芯體燃燒器，所述芯體燃燒器包括噴射原材料的主噴嘴，其中所述原材料包括形成玻璃的材料，以形成所述煙黑預(yù)型體的芯體；以及噴射原材料的包覆層燃燒器，其中所述原材料包括形成玻璃的材料，以形成所述煙黑預(yù)型體的包覆層，其中所述芯體燃燒器進一步包括配置在所述主噴嘴一側(cè)并噴射原材料的輔助噴嘴，其中所述原材料包括折射率控制材料，從而可控制所述芯體與所述包覆層之間的邊界區(qū)域的折射率。


本發(fā)明的上述及其它的目的、特征以及優(yōu)點將從以下配合附圖的詳細說明而更加明顯，其中圖1為根據(jù)傳統(tǒng)的氣相軸向沉積來制造煙黑預(yù)型體的裝置的視圖；圖2為圖1中所示的芯體燃燒器和包覆層燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，以及分別向芯體及包覆層燃燒器提供的材料；
圖3為根據(jù)傳統(tǒng)的氣相軸向沉積所制造的光纖預(yù)型體的折射率分布圖的視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于利用氣相軸向沉積來制造煙黑預(yù)型體的裝置的視圖；圖5為圖4中所示的包括主噴嘴和輔助噴嘴的芯體燃燒器以及包覆層燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，并且分別向所述燃燒器提供材料；圖6為通過使用圖4中所示的裝置所制造的光纖預(yù)型體的折射率分布圖的視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的包括主噴嘴和輔助噴嘴的芯體燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，以及向所述芯體燃燒器提供的材料；以及圖8為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的包括主噴嘴和輔助噴嘴的芯體燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，以及向所述芯體燃燒器提供的材料。
具體實施例方式
在下文中，將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在本發(fā)明的以下說明中，省略在此所包含的已知功能和配置的詳細說明，以避免使本發(fā)明的主旨變得不清楚。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的裝置的視圖，所述裝置用于利用氣相軸向沉積來制造煙黑預(yù)型體。圖4中所示的用于制造煙黑預(yù)型體的裝置包括具有輔助噴嘴350的芯體燃燒器330以及包覆層燃燒器340。
煙黑預(yù)型體320與和其縱向相一致的垂直軸312相對準，并且包括由玻璃材料制成以提供生長基礎(chǔ)的起動桿310、通過將煙黑沉積到起動桿310的端部上而形成的芯體322以及包覆層324。芯體322具有相對較高的折射率，而環(huán)繞芯體322的包覆層324具有相對較低的折射率。在沉積煙黑的初始階段，通過使用包覆層燃燒器340將煙黑沉積到起動桿310的端部上，從而形成球體。接著，當(dāng)持續(xù)沉積煙黑以使所述球體生長到所需尺寸時，通過使用具有輔助燃燒器350的芯體燃燒器330以及包覆層燃燒器340在所述球體上同時形成芯體322和包覆層324。在芯體322和包覆層324直接生長在起動桿310的端部處的情況下，煙黑預(yù)型體320的重量會造成起動桿310與煙黑預(yù)型體320分離，或者使煙黑預(yù)型體320斷裂。在煙黑沉積期間，煙黑預(yù)型體320繞著垂直軸312旋轉(zhuǎn)并具有旋轉(zhuǎn)對稱性。進一步而言，當(dāng)煙黑預(yù)型體320沿著垂直軸312向上移動時，煙黑預(yù)型體320會沿著垂直軸312持續(xù)向下生長。在下文中，煙黑預(yù)型體320的“生長或縱向方向”相對于垂直軸312被稱作“向下”，而反向則被稱作“向上”。
芯體燃燒器330和350包括主噴嘴330和輔助噴嘴350。
主噴嘴330具有以銳角相對于垂直軸312傾斜的中心軸，并朝著煙黑預(yù)型體320的端部噴射火焰和煙黑，以使芯體322從煙黑預(yù)型體320的端部向下生長。向主噴嘴330提供包括形成玻璃的材料的第一原材料S1、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO。在從主噴嘴330噴射的火焰中，通過水解作用可溶解第一原材料S1以產(chǎn)生煙黑。所產(chǎn)生的煙黑沉積到煙黑預(yù)型體上。
包覆層燃燒器340向上與主噴嘴330分隔開來，并且具有以銳角相對于垂直軸312傾斜的中心軸。包覆層燃燒器340朝著芯體322的外周邊表面噴射火焰和煙黑，以在芯體322的周邊表面上生長出包覆層324。向包覆層燃燒器340提供包括形成玻璃的材料的第二原材料S2、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO。在從包覆層燃燒器340噴射的火焰中，通過水解作用可溶解第二原材料S2以產(chǎn)生煙黑。所產(chǎn)生的煙黑沉積到煙黑預(yù)型體320上。
輔助噴嘴350被直接連接到主噴嘴330的外周邊表面以平行于主噴嘴330，使得火焰中心指向芯體322上部與包覆層324下部之間的邊界。輔助噴嘴350具有以銳角相對于垂直軸312傾斜的中心軸。輔助噴嘴350將火焰和煙黑噴射到芯體322與包覆層324之間的邊界區(qū)域，從而可控制所述邊界區(qū)域的折射率。向輔助噴嘴350提供包括折射控制材料的第三原材料S3、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO。在從輔助噴嘴350噴射的火焰中，通過水解作用可溶解第三原材料S3，從而產(chǎn)生煙黑。所產(chǎn)生的煙黑沉積到煙黑預(yù)型體320上。
為了確保芯體322與包覆層324的折射率不同，提供給主噴嘴330和包覆層燃燒器340的原材料S1和S2的組成或者組成的通量可以隨意變化。舉例而言，可以將用于改善折射率的材料提供給主噴嘴330，而用于控制折射率的材料未提供給包覆層燃燒器340。可供選擇地，用于控制折射率的材料未提供給主噴嘴330，而將用于減小折射率的材料提供給包覆層燃燒器340。進一步而言，可以將所有用于增加折射率的材料以及用于減小折射率的材料提供給主噴嘴330和包覆層噴嘴340。
圖5為分別示出包括圖4中所示的主噴嘴以及輔助噴嘴的芯體燃燒器和包覆層燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，并且將材料提供給每一個燃燒器。主噴嘴330包括配置成正三角形形式的三個芯體單元332以及環(huán)繞芯體單元332的外套單元(jacket unit)336。
主噴嘴330的各芯體單元332均為同軸的四端口燃燒器，其中四個管子332a、332b、332c以及332d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口334a、334b、334c以及334d。
外套單元336為同軸的五端口燃燒器，其中五個管子336a、336b、336c、336d以及336e以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成五個端口338a、338b、338c、338d以及338e。
主噴嘴330的芯體單元332的端口334a、334b、334c以及334d被分成中央端口334a以及順序地徑向環(huán)繞中央端口334a的周邊端口334b、334c及334d。在徑向上順序地提供第一原材料S1、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO。此時，第一原材料S1由形成玻璃的材料SiCl4以及折射率控制材料GeCl4組成?？扇細怏wGF包括氫氣H2，惰性氣體GI包括氬氣Ar，以及氧化物氣體GO包括氧氣O2。
外套單元336的端口338a、338b、338c、338d以及338e被分成中央端口338a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口338a的周邊端口338b、338c、338d以及338e。中央端口338a具有安裝在其內(nèi)的芯體單元332。在徑向上將惰性氣體GI、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給外套單元336的周邊端口338b、338c、338d以及338e。
輔助噴嘴350為同軸的四端口燃燒器，其中四個管子352a、352b、352c以及352d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口354a、354b、354c以及354d。輔助噴嘴350的端口354a、354b、354c以及354d被分成中央端口354a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口354a的周邊端口354b、354c以及354d。在徑向上順序地提供第三原材料S3、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO。此時，第三原材料S3僅由CF4或BCl3組成，所述材料為可減小折射率的材料?？晒┻x擇地，第三原材料S3可以僅由GeCl4或POCl3組成，所述材料為可增加折射率的材料。
包覆層燃燒器340包括配置成正三角形形式的三個芯體單元342以及環(huán)繞芯體單元342的外套單元346。每一個芯體單元342均為同軸的四端口燃燒器，其中四個管子342a、342b、342c以及342d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口344a、344b、344c以及344d。外套單元346為完全環(huán)繞芯體單元342的同軸五端口燃燒器，其中五個管子346a、346b、346c、346d以及346e以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成五個端口348a、348b、348c、348d以及348e。
包覆層燃燒器340的芯體單元342的端口344a、344b、344c以及344d被分成中央端口344a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口344a的周邊端口344b、344c及344d。在徑向上將第二原材料S2、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給端口344a、344b、344c以及344d。此時，第二原材料S2僅由形成玻璃的材料SiCl4組成。
外套單元346的端口348a、348b、348c、348d以及348e被分成中央端口348a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口348a的周邊端口348b、348c、348d以及348e。中央端口348a具有安裝在其內(nèi)的芯體單元342。在徑向上將惰性氣體GI、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給外套單元346的周邊端口348b、348c、348d以及348e。
主噴嘴330和包覆層燃燒器340各自具有復(fù)雜的單元結(jié)構(gòu)，所述單元結(jié)構(gòu)包括配置成正多邊形形式的芯體單元332和342以及環(huán)繞芯體單元332和342的外套單元336和346。在這種復(fù)雜的單元結(jié)構(gòu)中，由于原材料S1和S2經(jīng)由中央端口334a和344a噴射出來，所以可以增加原材料S1和S2與火焰相接觸的面積，并增加原材料S1和S2的活化能及擴散系數(shù)，從而改善原材料S1和S2的反應(yīng)效率。進一步而言，由于芯體單元332和342被配置成正多邊形結(jié)構(gòu)的形式，并且外套單元336和346分別環(huán)繞芯體單元332和342，所以從芯體單元332和342噴射的火焰會集中成一個火焰而不會互相干擾。
主噴嘴330和包覆層燃燒器340各自具有寬火焰分布，以使煙黑預(yù)型體320的溫度可以均勻分布，從而改善由煙黑預(yù)型體320制成的光纖的分布特性。
輔助噴嘴350朝著芯體322與包覆層324之間的邊界區(qū)域噴射火焰和煙黑，以控制邊界區(qū)域的折射率分布具有陡峭的傾斜度。因此，可以減小與煙黑預(yù)型體320的無效長度(ineffective length)相對應(yīng)的錐形部的長度。
圖6為通過使用圖4中所示的裝置所制造的光纖預(yù)型體的折射率分布圖的視圖。如圖6中所示，光纖預(yù)型體的折射率分布圖包括芯體區(qū)域410、邊界區(qū)域420以及包覆層區(qū)域430?？梢钥闯龉饫w預(yù)型體的折射率分布圖整體示出階梯狀折射率分布圖，而折射率分布在芯體區(qū)域410與包覆層區(qū)域430之間的邊界區(qū)域420處具有陡峭的傾斜度。這種陡峭的傾斜度會大幅改善從光纖預(yù)型體所獲得的光纖的分布特性。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的包括主噴嘴和輔助噴嘴的芯體燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，以及向所述芯體燃燒器提供的材料。
主噴嘴510包括配置成正三角形結(jié)構(gòu)形式的三個芯體單元512以及環(huán)繞芯體單元512的外套單元516。
每一個芯體單元512均為同軸的四端口燃燒器，其中四個管子512a、512b、512c以及512d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口514a、514b、514c以及514d。
外套單元516為環(huán)繞芯體單元512的同軸的四端口燃燒器，其中四個管子516a、516b、516c以及516d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口518a、518b、518c以及518d。
芯體單元512的端口被分成中央端口514a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口514a的周邊端口514b、514c及514d。在徑向上將第一原材料S1、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給端口514a、514b、514c以及514d。此時，第一原材料S1僅由形成玻璃的材料SiCl4以及用于控制折射率的材料GeCl4組成?？扇細怏wGF包括氫氣H2，惰性氣體GI包括氬氣Ar，以及氧化物氣體GO為氧氣O2。
外套單元516的端口518a、518b、518c以及518d被分成中央端口518a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口518a的周邊端口518b、518c以及518d。中央端口518a具有安裝在其內(nèi)的芯體單元512。在徑向上將可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給外套單元516的周邊端口518b、518c以及518d。
輔助噴嘴520借助于連結(jié)構(gòu)件530被連結(jié)到主噴嘴510的外周邊表面，并配置成平行于主噴嘴510。連結(jié)構(gòu)件530為條狀，輔助噴嘴520通過所述連結(jié)構(gòu)件以預(yù)定距離連結(jié)到主噴嘴510。輔助噴嘴520為同軸的四端口燃燒器，其中四個管子522a、522b、522c以及522d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口524a、524b、524c以及524d。輔助噴嘴520的端口524a、524b、524c以及524d被分成中央端口524a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口524a的周邊端口524b、524c以及524d。在徑向上將第三原材料S3、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給端口524a、524b、524c以及524d。此時，第三原材料S3僅由用于減小折射率的材料CF4或BCl3組成?？晒┻x擇地，第三原材料S3可以僅由用于增加折射率的材料GeCl4或POCl3組成。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的包括主噴嘴和輔助噴嘴的芯體燃燒器的結(jié)構(gòu)視圖，并且向所述芯體燃燒器提供材料。
主噴嘴610為同軸的八端口燃燒器，其中八個管子612a、612b、612c、612d、612e、612f、612g以及612h以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成八個端口614a、614b、614c、614d、614e、614f、614g以及614h。
主噴嘴610的端口614a、614b、614c、614d、614e、614f、614g以及614h被分成中央端口614a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口614a的周邊端口614b、614c、614d、614e、614f、614g以及614h。在徑向上將第一原材料S1、可燃氣體GF、惰性氣體GI、氧化物氣體GO、惰性氣體GI、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給端口614a、614b、614c、614d、614e、614f、614g以及614h。此時，第一原材料S1由形成玻璃的材料SiCl4以及用于控制折射率的材料GeCl4組成。惰性氣體GI為氬氣Ar，可燃氣體GF為氫氣H2，以及氧化物氣體GO為氧氣O2。
輔助噴嘴620被直接連結(jié)到主噴嘴610的外周邊表面，并配置成平行于主噴嘴610。輔助噴嘴620為同軸的四端口燃燒器，其中四個管子622a、622b、622c以及622d以同軸方式排列成同心圓結(jié)構(gòu)的形式，從而形成四個端口624a、624b、624c以及624d。端口624a、624b、624c以及624d被分成中央端口624a以及在徑向上順序地環(huán)繞中央端口624a的周邊端口624b、624c以及624d。將第三原材料S3、可燃氣體GF、惰性氣體GI以及氧化物氣體GO順序地提供給端口624a、624b、624c以及624d。此時，第三原材料S3由用于減小折射率的材料CF4或BCl3組成?？晒┻x擇地，第三原材料S3可以僅由用于增加折射率的材料GeCl4或POCl3組成。
在本發(fā)明的用于制造煙黑預(yù)型體的裝置中，舉例而言，盡管示例性地說明具有復(fù)雜單元結(jié)構(gòu)的包覆層燃燒器，所述復(fù)雜單元結(jié)構(gòu)包括多個芯體單元以及環(huán)繞多個芯體單元的外套單元，然而本發(fā)明的包覆層燃燒器通常為圖2中所示的具有單一單元結(jié)構(gòu)的同軸多端口燃燒器。
進一步而言，在本發(fā)明的用于制造煙黑預(yù)型體的裝置中，盡管示例性地說明包括主噴嘴以及連結(jié)到主噴嘴的輔助噴嘴芯體燃燒器，然而輔助噴嘴也可以連結(jié)到包覆層燃燒器。具體地，根據(jù)本發(fā)明，輔助噴嘴可以置放在特定位置處，在所述特定位置處進行控制芯體與包覆層之間的邊界區(qū)域的折射率。舉例而言，如同圖5中所示的結(jié)構(gòu)，輔助噴嘴可以直接且平行地連結(jié)到包覆層燃燒器的外周邊表面，或者如同圖7中所示的結(jié)構(gòu)，輔助噴嘴通過使用連結(jié)構(gòu)件連結(jié)到包覆燃燒器的外周邊表面。
如以上所述，本發(fā)明的用于制造煙黑預(yù)型體的裝置及方法的優(yōu)點如下首先，由于本發(fā)明的芯體燃燒器和包覆層燃燒器各自具有復(fù)雜的單元結(jié)構(gòu)，其中原材料與火焰相接觸的區(qū)域與單一單元結(jié)構(gòu)相比被擴大，所以原材料的活化能和擴散系數(shù)會增加，從而改善了原材料的反應(yīng)效率。舉例而言，本發(fā)明的具有復(fù)雜單元結(jié)構(gòu)的燃燒器可以使原材料的反應(yīng)效率比相同通量條件下的具有單一單元結(jié)構(gòu)的燃燒器的反應(yīng)效率提高30％。進一步而言，由于本發(fā)明的具有復(fù)雜單元結(jié)構(gòu)的燃燒器與相同條件下的具有單一單元結(jié)構(gòu)的燃燒器相比使用較少氧化物氣體和可燃氣體，所以本發(fā)明的燃燒器可以減少煙黑預(yù)型體的濕度，從而適用于制造低水峰光纖(low waterpeak optical fiber)。
其次，由于本發(fā)明的芯體燃燒器和包覆層燃燒器各自具有復(fù)雜的單元結(jié)構(gòu)，其中原材料與火焰相接觸的區(qū)域與單一單元結(jié)構(gòu)相比被擴大，所以可以均勻地調(diào)節(jié)灰度預(yù)型體的溫度分布，從而改善由煙黑預(yù)型體制成的光纖的分布特性。
第三，本發(fā)明的芯體燃燒器的輔助噴嘴將火焰和煙黑噴射到芯體與包覆層之間的邊界區(qū)域上，以控制邊界區(qū)域的折射率分布具有陡峭的傾斜度。因此，可以減小與煙黑預(yù)型體的無效長度相對應(yīng)的錐形部的長度，并同時準確控制煙黑預(yù)型體的折射率分布圖。
雖然參考特定的優(yōu)選實施例已示出并說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會明白，在不偏離隨附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的本質(zhì)和范圍的前提下可以在其中對形式和細節(jié)進行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種用于制造煙黑預(yù)型體的裝置，其中所述煙黑預(yù)型體包括芯體和包覆層，所述裝置包括包括主噴嘴的芯體燃燒器，所述主噴嘴具有多個管子以及通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，所述主噴嘴通過所述端口噴射包括形成玻璃的材料的原材料，以形成所述煙黑預(yù)型體的芯體；以及包覆層燃燒器，所述包覆層燃燒器包括多個管子以及通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，以通過所述端口噴射包括形成玻璃的材料的原材料，從而形成所述煙黑預(yù)型體的包覆層，其中所述芯體燃燒器進一步包括配置在所述主噴嘴一側(cè)的輔助噴嘴，并且具有多個管子以及以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，所述輔助噴嘴通過所述端口噴射包括折射率控制材料的原材料，從而控制所述芯體與所述包覆層之間的邊界區(qū)域的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述主噴嘴包括配置成具有多邊形結(jié)構(gòu)的多個芯體單元以及環(huán)繞所述芯體單元的外套單元，每一個所述芯體單元均為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列并形成同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列并形成同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元具有安裝在所述燃燒器的中央端口內(nèi)的所述芯體單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述包覆層燃燒器包括配置成具有多邊形結(jié)構(gòu)的多個芯體單元以及環(huán)繞所述芯體單元的外套單元，每一個所述芯體單元均為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列并形成同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元也為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列并形成同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元具有安裝在所述燃燒器的中央端口內(nèi)的所述芯體單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輔助噴嘴被連接到所述包覆層燃燒器的外周邊表面。
5.一種用于制造煙黑預(yù)型體的裝置，其中所述煙黑預(yù)型體包括芯體和包覆層，所述裝置包括芯體燃燒器，所述芯體燃燒器包括噴射包括形成玻璃的材料的原材料的主噴嘴，以形成所述煙黑預(yù)型體的芯體；以及用于噴射包括形成玻璃的材料的原材料的包覆層燃燒器，以形成所述煙黑預(yù)型體的包覆層，其中所述芯體燃燒器進一步包括配置在所述主噴嘴一側(cè)并噴射包括折射率控制材料的原材料的輔助噴嘴，從而控制所述芯體與所述包覆層之間的邊界區(qū)域的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述主噴嘴包括配置成具有多邊形結(jié)構(gòu)的多個芯體單元以及環(huán)繞所述芯體單元的外套單元，每一個所述芯體單元均為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列成具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列成具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元具有安裝在所述同軸的多端口燃燒器的中央端口內(nèi)的所述芯體單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述輔助噴嘴為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列以具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述包覆層燃燒器包括配置成具有多邊形結(jié)構(gòu)的多個芯體單元以及環(huán)繞所述芯體單元的外套單元，每一個所述芯體單元均為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列成具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列成具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口，并且所述外套單元具有安裝在所述同軸的多端口燃燒器的中央端口內(nèi)的所述芯體單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述包覆層燃燒器為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列成具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述輔助燃燒器被連接到所述包覆層燃燒器的外周邊表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述主噴嘴為同軸的多端口燃燒器，其中多個管子以同軸方式排列成具有同心圓結(jié)構(gòu)，從而形成多個端口。
全文摘要
一種用于制造煙黑預(yù)型體的裝置，其中所述煙黑預(yù)型體包括芯體和包覆層。所述裝置包括包括主噴嘴的芯體燃燒器，所述主噴嘴具有多個管子以及通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，所述主噴嘴通過所述端口噴射包括形成玻璃的材料的原材料，以形成所述煙黑預(yù)型體的芯體；以及包覆層燃燒器，所述包覆層燃燒器包括多個管子以及通過以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口，以通過所述端口噴射包括形成玻璃的材料的原材料，從而形成所述煙黑預(yù)型體的包覆層。所述芯體燃燒器進一步包括配置在所述主噴嘴一側(cè)的輔助噴嘴，并且具有多個管子以及以同軸方式排列所述多個管子而形成的多個端口。所述輔助噴嘴通過所述端口噴射包括折射率控制材料的原材料，從而可控制所述芯體與所述包覆層之間的邊界區(qū)域的折射率。
文檔編號C03B37/018GK101025457SQ20061010581
公開日2007年8月29日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月20日
發(fā)明者李皓鎮(zhèn), 金鎮(zhèn)漢, 都文顯, 成在鉉, 金允鎬 申請人:三星電子株式會社