用于制造光纤预制体的外部气相沉积装置和采用该装置制造光纤预制体的方法制造方法及图纸

用于制造光纤预制体的外部气相沉积（ＯＶＤ）装置，包括芯棒和燃烧器，所述的芯棒具有预定的长度并被驱动旋转；所述的燃烧器向芯棒发射燃烧气体和反应气体，使制造二氧化硅颗粒的燃烧气体燃烧，从而使二氧化硅颗粒沉积在芯棒的表面上，其中，燃烧器具有与芯棒长度相符的长度，且燃烧器提供了贯穿芯棒的整个长度的同时均匀温度，该装置通过均匀加热，使二氧化硅颗粒均匀沉积到预制体的整个长度上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

External vapor deposition device for manufacturing optical fiber preform and method for manufacturing optical fiber preform by using the same

For the manufacture of optical fiber preform outside vapor deposition (OVD) device, which comprises a core and a burner, the core rod has a predetermined length and is driven to rotate; the burner to the mandrel fired combustion gas and reactive gas, the combustion gas is made of silica particles combustion, so that the silica particle deposition in the mandrel on the surface, and the burner has the length of line length of the mandrel, and the burner provides throughout the entire length of the mandrel uniform temperature, the device through the uniform heating, uniform deposition of silica particles to preform on the whole length.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造光纤预制体(preformer)的外部气相沉积(OVD)装置，以及采用该装置制造光纤预制体的方法，更具体地，本专利技术涉及一种OVD装置，其通过采用具有改进结构的燃烧器，使构成光纤预制体的材料颗粒能够均匀地沉积在该预制体的长度上，还涉及采用该装置制造光纤预制体的方法。
技术介绍
外部气相沉积(OVD)装置由于能以高沉积效率获得较大直径的预制体，因而广泛应用于制造光纤预制体。常规OVD装置的一个实例示例地展示于附图说明图1中。参见图1，常规的OVD装置包括装配在板10之上的圆柱形燃烧器12，和装配在燃烧器12上并以预定方向旋转的芯棒18。在进行OVD的过程时，构成光纤预制体16的材料颗粒沉积在芯棒18上。在OVD的过程中，供有燃烧气体和反应气体的圆柱形燃烧器向芯棒18发射出火焰14，因而导致高温状态，且该圆柱形燃烧器也在水平方向上进行往复运动。该过程导致了构成光纤预制体材料的精细颗粒的产生，且所产生的颗粒在芯棒18上以预定的厚度沉积。更具体地，以预定的流速向圆柱形燃烧器提供燃烧气体如H2和O2以及反应气体如SiCl4和GeCl4。然后，由于燃烧气体的燃烧反应导致了高温状态，并生成了材料颗粒例如SiO2和GeO2。生成的颗粒以预定的厚度沉积在旋转的芯棒18的表面上。按照以下表达的化学反应式，当反应气体和燃烧产物H2O发生水解反应，或在1100℃或更高的温度下与燃烧器12形成的载气O2发生直接的氧化反应时，生成了材料颗粒如SiO2和GeO2。SiO2和GeO2的精细颗粒相互碰撞并压缩为直径为约0.2μm的颗粒，并沉积在旋转的芯棒18的表面上。化学反应式1 采用OVD装置制造光纤预制体的方法中，构成光纤预制体的精细材料颗粒的沉积机理是热迁移机理。热迁移是指当精细颗粒存在于具有温度梯度的气体中时，由于颗粒和气体分子之间的动量交换，使该颗粒从高温区域迁移到低温区域。热迁移的速度可根据以下的数学方程式1计算。数学方程式1Vt＝-(Kv/T)/ΔT其中，K为热迁移常数。如上述数学方程式1中所示，可知温度梯度是采用OVD装置制造光纤预制体的方法中影响颗粒沉积的主要因素。换句话说，从燃烧器12发射出的氢气和氧气的燃烧使得反应气体被氧化，且反应气体通过燃烧器12附近的火焰被水解，形成了构成光纤预制体16的精细材料颗粒，且这些颗粒随着从燃烧器12发射出的热气体一起移动并环绕经过芯棒18。然后，由于温度梯度的作用，这些颗粒沉积在温度相对较低的芯棒18上。因此，由于颗粒温度较高而芯棒18的温度较低，颗粒沉积效率得到了提高。在OVD方法中，每当圆柱形燃烧器12在板10上移动，就改变了SiCl4和GeCl4的组成，从而使光纤预制体16可能在通常的OVD方法中获得预期的折射率。此外，当预制体16具有预期的沉积厚度时，分开芯棒18并将其移离预制体16。然后干燥预制体16，并在温度保持在1400～1600℃的火炉中进行烧结，从而制得光纤预制体。在OVD方法的进行过程中，一个或多个燃烧器12串联排列，然后横向移动燃烧器12和芯棒18。由于OVD方法中采用的燃烧器12的形状为如图2所示的圆柱形，因此只加热了光纤预制体16的局部面积，如图2所示。另一方面，图4展示了火焰14的平面分布，该火焰由装配在常规OVD装置中的常规圆柱形燃烧器12产生。参见图4，可理解火焰14更集中于燃烧器12的中心。在图4的平面分布中，较暗的面积表示火焰14更为集中。因此，通过常规的圆柱形燃烧器12沉积在芯棒18上的材料颗粒具有径向方向上的密度梯度。这一事实也被图3所证实，图3中展示了X-和Y-方向的粉尘(soot)颗粒密度。如果光纤预制体的材料颗粒随着燃烧器的横向移动沉积在旋转芯棒18上，则在芯棒18的表面上形成了螺旋形的沉积图案19，如图5所示。每当燃烧器12经过时，该螺旋形沉积图案19形成具有一定厚度的沉积层，且该沉积层堆叠形成光纤预制体16。然而，由于上述的螺旋形沉积图案19，具有高粉尘密度的部分在某个位置发生交叠，此外在芯棒18上也产生了未-交叠的部分。因此，交叠的部分19a相对较厚，预制体很难获得在整个长度上的均匀厚度。此外，燃烧器12或预制体16的快速移动可能会对火焰的分层流动造成湍流，因此对提高沉积效率有所限制。进一步地，由于颗粒物流的不规则性，光纤预制体16的末端不能得到利用，从而造成损失。粉尘密度的差异可能会导致沉积厚度的不规则性，且这类不规则的沉积又会导致交叠。随着光纤预制体的增长，此类交叠成为限制沉积速度，沉积量和沉积密度的因素，并最终在经过烧结过程后的光纤预制体16的外周上形成波纹。在光纤预制体16的表面上形成的波纹导致对芯棒直径敏感的频率阻断特性(frequency blocking characteristic)和分布特性较差，因此应该消除波纹。为解决此类问题，题目为“抗脱玻作用火焰水解方法”的美国专利No.4,486,212提出了解决方案。该文献公开了通过将起始的沉积速度降低到非常低的水平，从而引导二氧化硅颗粒均匀沉积在芯棒上的技术。尽管该专利方法可以在一定程度上抑制不规则沉积的扩大，但并不能完全解决上述的问题。如韩国专利申请号为No.92-19778的文献中所公开，这一技术不能克服因燃烧器或预制体的往复运动而造成光纤预制体的两端的损失达20％，并且很难控制沉积这一缺点。此外，上述常规的技术不能解决产生于起始沉积后的螺旋形图案所引起的问题，并无可避免地由于控制起始沉积而导致了生产率低下。此外，名称为“形成光纤预制体的方法和装置”的美国专利No.4,683,994提出了一种采用覆盖了光纤预制体全部面积的大型粉尘发生器的技术。然而，当采用上述文献中提到的方法时，气体在粉尘发生器的内部进行混合，因此产生了例如由于生长的粉尘增加而带来了粉尘增加和堵塞喷嘴的问题。另外，由于整个光纤预制体的温度升高，运用热迁移的颗粒沉积效率甚至降低了。
技术实现思路
本专利技术的设计是克服现有技术的上述问题，因而本专利技术的一个目的在于提供用于制造光纤预制体的外部气相沉积(OVD)装置，其利用长度等于或类似于光纤预制体的直型燃烧器，在预制体的表面上沉积构成光纤预制体的材料颗粒，从而减少了沉积时间，不产生螺旋形沉积图案，并极大地提高了沉积效率。本专利技术的另一个目的在于提供采用该装置制造光纤预制体的方法。为实现上述目标，本专利技术提供了用于制造光纤预制体的外部气相沉积(OVD)装置，包括具有预定长度并能旋转的芯棒，以及燃烧器，其向芯棒发射预定反应气体和燃烧气体以产生构成光纤预制体的材料颗粒，从而使材料颗粒沉积在芯棒的表面上形成光纤预制体，其中所述燃烧器具有与芯棒相符的长度，且燃烧器提供了贯穿芯棒整个长度的同时均匀的温度。优选地，由燃烧器产生的火焰主要集中于沿芯棒整个长度的中心轴上。此外，也优选燃烧器具有多个腔体，其与不同气体的供应管道(line)相连接，从而独立地发射燃烧气体和反应气体。所述的腔体可由气体分散管道组成，该气体分散管道优选具有从气体入口部分向气体出口部分充分变宽的剖面。可以在该气体分散管道的气体出口部分提供过滤器以分散气体分散管道中的气体压力。在这种情况下，过滤器优选具有50-150μm的孔径。在本专利技术的OVD装置中，气体供应管道优选向本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造光纤预制体的外部气相沉积（ＯＶＤ）装置，包括：具有预定长度并能旋转的芯棒；和　燃烧器，其向所述芯棒发射出预定反应气体和燃烧气体以产生光纤预制体的材料颗粒，以使材料颗粒沉积在所述芯棒的表面，形成光纤预制体，其中 所述燃烧器具有与所述芯棒相符的长度，并提供贯穿芯棒的整个长度的同时均匀的温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴赞容，李奉勋，
申请(专利权)人：LG电线有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]