通過內(nèi)部氣相沉積工藝制造光學(xué)預(yù)制件的方法和裝置及基管組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過內(nèi)部氣相沉積工藝來制造光學(xué)預(yù)制件的裝置，其中，該裝置包括能量源和中空基管，該中空基管具有供給側(cè)和排出側(cè)，該能量源能夠沿著中空基管的長度移動，該裝置還包括連接至中空基管的排出側(cè)的延長管。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，在光纖領(lǐng)域中，在基管的內(nèi)表面上沉積多個玻璃薄膜。基管是中空的以使得能夠進(jìn)行內(nèi)部沉積?；芸梢杂衫缡⒉Ａ?S12)的玻璃制成。玻璃形成氣體(即，包括玻璃以及可選地針對摻雜物的前體的形成所用的氣體的反應(yīng)氣體)從基管的一端(被稱為基管的“供給側(cè)”)被引入該基管的內(nèi)部。
[0003]在基管的內(nèi)表面上沉積(分別根據(jù)具有或不具有一個或多個針對摻雜物的前體的反應(yīng)氣體的使用的)摻雜或未摻雜的玻璃層。剩余氣體從被稱為基管的“排出側(cè)”的基管的另一端被排出或去除。該去除可選地由真空栗來執(zhí)行。真空栗具有在基管的內(nèi)部產(chǎn)生減壓的效果，其中該減壓通常包括5?50mbar、即500?5000帕斯卡的壓力值。
[0004]已知有氣相軸向沉積(VAD)、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積(MDVD)和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD或PCVD)的幾種類型的內(nèi)部化學(xué)氣相沉積(CVD)。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD或PCVD)是用于在基板上沉積從氣態(tài)(蒸汽)到固態(tài)的薄膜的工藝。在該工藝中涉及在創(chuàng)建了反應(yīng)氣體的等離子體之后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。
[0005]—般地，通過使用電磁輻射、優(yōu)選為微波來誘導(dǎo)等離子體。通常，來自發(fā)生器的電磁輻射經(jīng)由波導(dǎo)指向施加器，其中該施加器包圍基管。該施加器使電磁輻射耦合到在基管的內(nèi)部所產(chǎn)生的等離子體中。該施加器在基管的長邊方向上往復(fù)移動。因而，所形成的等離子體(還稱為“等離子體反應(yīng)區(qū)”)也往復(fù)移動。作為該移動的結(jié)果，每次行程(stroke)或通過(pass)使得薄的玻璃態(tài)二氧化硅層沉積到基管的內(nèi)部上。
[0006]在沉積工藝期間，施加器和基管通常由加熱爐包圍，以使基管維持處于900-1300°C 的溫度。
[0007]因而，在加熱爐的邊界內(nèi)，施加器沿著基管的長度平移移動，其中該加熱爐包圍基管并且施加器在該加熱爐內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。隨著施加器的該平移移動，等離子體也在相同方向上移動。隨著施加器到達(dá)加熱爐的靠近基管的一端的內(nèi)壁，使施加器的移動反轉(zhuǎn)以使得該施加器向著加熱爐的另一內(nèi)壁移動至基管的另一端。換句話說，施加器以及等離子體在基管的供給側(cè)的換向點(diǎn)和排出側(cè)的換向點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)動。施加器以及等離子體沿著基管的長度以來回移動的方式行進(jìn)。將各次來回移動稱為“通過”或“行程”。各次通過使得玻璃態(tài)二氧化硅材料的薄層沉積在基管的內(nèi)部。
[0008]通常，僅在基管的一部分、即被施加器包圍的部分中產(chǎn)生等離子體。施加器的尺寸小于加熱爐和基管的尺寸。僅在等離子體的位置處，反應(yīng)氣體被轉(zhuǎn)換成實(shí)心玻璃并且沉積在基管的內(nèi)表面上。由于等離子體反應(yīng)區(qū)沿著基管的長度移動，因此玻璃沿著基管的長度或多或少均勻地沉積。
[0009]在通過的次數(shù)使這些薄膜、即所沉積材料的累積厚度增加的情況下，這種增加由此導(dǎo)致基管的剩余內(nèi)徑的減小。換句話說，基管內(nèi)的中空空間隨著每次通過而不斷變小。
[0010]在沉積工藝期間，將基管夾入玻璃加工車床。施加器僅在所述基管的一部分的上方往復(fù)移動。這存在所述昂貴基板的僅一部分可用于制備光纖的缺點(diǎn)。為了克服該問題，例如根據(jù)以下的公開文獻(xiàn)，已知將一個質(zhì)量較低的玻璃管(例如，所謂的延長管)至少安裝至所述基管的排出側(cè)。這樣使該管的總長度延長。將這些延長管夾入玻璃加工車床內(nèi)，從而使可用于沉積的基管的有效長度增大。
[0011 ] 根據(jù)本申請人的歐洲專利申請EP 1,801,081，公開了一種用于通過內(nèi)部氣相沉積工藝來制造光學(xué)預(yù)制件的裝置，其中:在基管的排出側(cè)的內(nèi)部存在插入管；該插入管的外徑和形狀與基管的內(nèi)徑和形狀大致相對應(yīng)；以及該插入管延伸到基管的外側(cè)。換句話說，插入管插入基管的端部內(nèi)。
[0012]根據(jù)日本專利申請JP 2003-176148，已知有一種用于制造光纖的預(yù)制件的方法，包括以下步驟:使排氣管同軸地安裝至石英管。
[0013]根據(jù)美國專利US 4，389，229，已知一種用于利用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積工藝來制造光導(dǎo)預(yù)制件的方法，其中，未沉積的反應(yīng)物穿過玻璃基管并流入反應(yīng)物排氣系統(tǒng)，并且由均勻流動的反應(yīng)物游離氣體輸送穿過該反應(yīng)物排氣系統(tǒng)。這些反應(yīng)物穿過排氣管、反應(yīng)物回收室、經(jīng)過壓力控制設(shè)備并進(jìn)入氣體洗滌器。在該工藝期間，通過連續(xù)監(jiān)測排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力并相應(yīng)地調(diào)節(jié)壓力控制設(shè)備來使排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力維持大致恒定。
[0014]根據(jù)歐洲專利申請EP I, 988，062，已知一種用于通過內(nèi)部氣相沉積工藝來制造光學(xué)預(yù)制件的裝置和方法，該裝置包括能量源和基管，其中，該基管具有用于供給玻璃形成前體的供給側(cè)和用于排出沒有沉積在基管的內(nèi)部上的成分的排出側(cè)，而該能量源能夠沿著基管的位于供給側(cè)的換向點(diǎn)和排出側(cè)的換向點(diǎn)之間的長度移動。
[0015]例如，日本專利申請JP 2003-176148的一個缺陷是在內(nèi)部氣相沉積工藝中沉積在沉積區(qū)域的外部的玻璃狀材料引起基管中所積累的機(jī)械應(yīng)力。該機(jī)械應(yīng)力可能會導(dǎo)致基管在光學(xué)預(yù)制件生產(chǎn)期間發(fā)生斷裂，這是不期望的。
[0016]包括安裝至基管的排出側(cè)的延長管的已知裝置的另一缺陷是延長管和中空基管之間的連接在后續(xù)的徑向收縮(collapsing)步驟期間經(jīng)受機(jī)械張力，這可能會導(dǎo)致基管或由此得到的初級預(yù)制件出現(xiàn)裂紋，這是不期望的。
[0017]在現(xiàn)有技術(shù)中，可能導(dǎo)致基管或初級預(yù)制件出現(xiàn)裂紋的另一問題是在延長管的內(nèi)部存在粉塵(soot)。在內(nèi)部沉積工藝完成的情況下，去除溫度通常仍非常高(例如，800-900攝氏度等)的內(nèi)表面上沉積有玻璃層的基管。在隨后該基管略微傾斜的情況下，產(chǎn)生所謂的煙囪效應(yīng)(chimney effect)，這導(dǎo)致粉塵的一部分流入基管內(nèi)而造成玻璃層被污染。在沒有去除粉塵的情況下，由于施加至所述延長管的機(jī)械應(yīng)力而可能會在徑向收縮工藝期間產(chǎn)生裂紋。這可以通過在使所述延長管傾斜之前手動從該延長管去除所述粉塵來克月艮，但該操作由于高溫而難以進(jìn)行。
[0018]先前在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)通過將插入管引入基管中解決了該問題。該插入管“捕獲”粉塵，并且可以在后續(xù)的徑向收縮之前容易地從基管移除。
[0019]將插入管插入基管內(nèi)的已知裝置的缺點(diǎn)是導(dǎo)致在基管的內(nèi)表面上的與插入管鄰接的縱向位置上積累了不期望的玻璃狀沉積，其中該玻璃狀沉積導(dǎo)致裂紋形成的增加。以下將更詳細(xì)地說明該情況。
[0020]本發(fā)明的目的是提供一種用于通過內(nèi)部氣相沉積工藝來制造光學(xué)預(yù)制件的裝置，其中，緊挨在沉積區(qū)域的外部上所沉積的玻璃所引起的積累在玻璃中的內(nèi)部應(yīng)力以及中空插入管和中空基管之間的連接的機(jī)械張力均降低。
[0021]本發(fā)明的另一目的是提供用于通過內(nèi)部氣相沉積工藝來制造光學(xué)預(yù)制件的方法，其中，避免或至少減少了上述的內(nèi)部應(yīng)力積累和機(jī)械張力。
[0022]本發(fā)明的另一目的是提供不存在現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的基管組件。
[0023]上述的各目的由本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明的第一方面涉及一種裝置，其第二方面涉及一種方法，并且其第三方面涉及一種基管組件。
[0025]在所述第一方面中，本發(fā)明涉及一種用于通過內(nèi)部氣相沉積工藝來制造光學(xué)預(yù)制件的裝置，所述裝置包括能量源和中空基管，所述中空基管具有供給側(cè)和排出側(cè)，所述能量源能夠沿著所述中空基管的長度移動，所述裝置還包括連接至所述中空基管的所述排出側(cè)的延長管，其中，所述中空基管延伸至所述延長管的內(nèi)部，以及所述延長管的內(nèi)徑比所述中空基管的外徑大了至少0.5毫米。
[0026]在所述第一方面的實(shí)施例中，所述中空基管延伸至所述延長管的內(nèi)部的長度為0.5?10厘米。
[0027]在所述第一方面的實(shí)施例中，所述中空基管延伸至所述延長管的內(nèi)部的長度為2?5厘米。
[0028]在所述第一方面的實(shí)施例中，所述中空基管延伸至所述延長管的內(nèi)部的長度為2.5?3.5厘米。
[0029]在所述第一方面的另一實(shí)施例中，所述延長管的內(nèi)徑比所述中空基管的外徑大了0.5?5暈米。
[0030]在所述第一方面的另一實(shí)施例中，所述延長管的內(nèi)徑比所述中空基管的外徑大了I?2毫米。
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