用于生产光学玻璃组件的伸长方法和预制件技术

生产玻璃组件的方法和用于所述方法的预制件。所述预制件包括主棒，其具有恒定外径和方形底部；和牺牲尖端，其具有附接至所述主棒的所述底部的第一端、与所述第一端相对的第二端，和从所述第一端延伸至所述第二端的中空内部区域。所述牺牲尖端的横截面是圆形的，且所述牺牲尖端的所述第一端的外径等于所述主棒的所述外径。当所述预制件在炉中加热时，所述牺牲尖端熔化并塌缩为拉制球泡，所述拉制球泡将所述主棒直接拉成玻璃纤维，或形成用于随后纤维拉制的锥形(即尖端)预制件。与没有牺牲尖端的方形切割预制件相比，材料浪费以及液滴时间减少，且对于整个预制件而言，保持了对于波导特性至关重要的包芯比。

Elongation method and preform for producing optical glass modules

Method for producing glass components and prefabricated parts for said method. The preform comprises a main rod, which has a constant diameter and square bottom; and at the expense of tip, the first end, with the bottom attached to the main rod and the second end opposite the first end, and extending from the first end to the second end of the hollow inner area. The cross section of the sacrificial tip is circular, and the outer diameter of the first end of the sacrificial tip is equal to the outer diameter of the main rod. When the preform is heated in a furnace, the sacrificial tip melt and collapse in a drawing bulb, the bulb will control the main pull rod directly into glass fiber, or tapered fiber drawn for subsequent formation (i.e. tip) preform. No sacrifice and square tip cutting preform compared to the waste of material and liquid drop time is reduced, and the preform, maintained for core waveguide critical ratio.

【技术实现步骤摘要】
用于生产光学玻璃组件的伸长方法和预制件
本公开涉及用于生产石英玻璃的光学组件的伸长方法，且特别涉及具有中空牺牲尖端的初步产品或预制件，以及通过伸长具有中空牺牲尖端的初步制品或预制件来生产光学组件的方法。如此生产的光学组件可以是用于后续纤维拉制的光纤或尖端预制件。
技术介绍
光纤是可在两个位置之间以最小散射和衰减来透射光的波导。光纤和相关联的光纤是众所周知的，并且用于诸如照明、通信、信息传输和传感器的应用中。光纤通常是柔性的且非常细，并且具有由一个或多个透明包层包围的透明芯。芯层和包层由诸如高品质玻璃(由例如二氧化硅、氟化物、磷酸盐等制成)的玻璃质材料制成。通常，芯材料的折射率大于包层材料的折射率。这些条件使得通过光纤的光信号能够内部反射，从而产生有效波导。光纤通常通过从初步制品(也称为预制件)拉伸纤维来制造，该初步产品在竖直取向的炉中用径向加热元件加热。预制件包括如上所述的芯材料和包层，其具有与期望光纤产品基本相同的包芯比和折射率分布。当预制件在炉中加热时，在预制件的下软化端形成拉制球泡或玻璃滴液。然后可以给定几何形状和期望尺寸将组件从预制件的软化端拉出。重要的是，拉伸纤维必须保持芯材料的直径和存在于初始预制件中的包层的直径之间的比例以便具有正确波导特性。然而，使用方形切割预制件，可能会由于至少两个原因而发生材料浪费。首先，拉制球泡的形成导致良好预制件材料的大量浪费，因为拉制球泡或玻璃滴液本身不产生光纤。第二，由于预制件端部被径向加热，所以预制件的温度分布以及因此的粘度是高度不均匀的且非常难以防止芯材料和包层之间的差别玻璃流动。因此，在预制件尖化或纤维拉伸开始时，包芯比可能失真，从而导致不可用纤维。包芯比的失真对纤维的许多波导特性(诸如截止波长、模场直径、色散和芯偏心率)产生负面影响。因此，期望以较少材料浪费和波导失真引起拉制球泡形成的方式来改变方形切割预制件。修改预制件的一种方法是通过机械加工或火焰尖化来使预制件的端部变为锥形。然而，将锥形加工为预制件端部可能会破坏正确的包芯比，从而导致截止波长和其它光学性质的光纤故障。方形切割预制件上的火焰或炉尖化也会浪费大量良好的预制件材料，并引起波导失真。修改预制件的其它方法，诸如Peekhaus等人在美国专利公开No.2007/0245773中公开的方法包括将锥形件附接至预制件的加工后和锥形端部，使得拉制球泡由锥形件和良好预制件材料加工的锥两者形成。然而，Peekhaus公开的方法要求预制件在纤维拉伸之前被加工为锥形，这由于上述原因而增加了工艺的复杂性和成本以及良好预制件材料的浪费。
技术实现思路
本公开的实施方案包括用于生产细长光学玻璃组件的玻璃预制件。预制件包括：主棒，其具有恒定外径和方形底部；和牺牲尖端，其具有附接至主棒的底部的第一端、与第一端相对的第二端，和从第一端延伸至第二端的中空内部区域。牺牲尖端的横截面是圆形的，且牺牲尖端的第一端的外径等于主棒的外径。主棒和牺牲尖端均由石英玻璃制成，且主棒的石英玻璃的品质高于牺牲尖端的石英玻璃。牺牲尖端可具有等于主棒的外径的恒定外径。中空内部区域的内径范围可以是牺牲尖端的外径的约50％至约80％。牺牲尖端可具有约10mm至约60mm的长度，优选为约20mm至约50mm，且最优选为约25mm至约35mm。牺牲尖端可焊接至主棒。主棒可包括由外包层包围的芯棒。本公开的实施方案还包括一种形成光学玻璃组件的方法。所述方法包括：将玻璃预制件定位在炉中，其中玻璃预制件包括主棒，其具有恒定外径和方形底部；和牺牲尖端，其具有附接至主棒的底部的第一端、与第一端相对的第二端，和从第一端延伸至第二端的中空内部区域；和在炉中加热玻璃预制件以软化牺牲尖端。牺牲尖端的横截面是圆形的，且牺牲尖端的第一端的外径等于主棒的外径。在炉中加热玻璃预制件以软化牺牲尖端会在预制件的底端形成液滴，且液滴向下拉动并伸长主棒。主棒和牺牲尖端可均由石英玻璃制成，并且主棒的石英玻璃的品质可高于牺牲尖端的石英玻璃。牺牲尖端可具有等于主棒的外径的恒定外径。中空内部区域的内径范围可以是牺牲尖端的外径的约50％至约80％。牺牲尖端可具有约10mm至约60mm的长度，优选为约20mm至约50mm，且最优选为约25mm至约35mm。牺牲尖端可焊接至主棒。主棒可包括由外包层包围的芯棒。在将玻璃预制件定位在炉内的优化位置处的所述炉中之前，在炉的中心上方的高度处预加热玻璃预制件。在炉的外部预加热玻璃预制件可包括：以低功率加热炉；以低功率将玻璃预制件定位在炉的中心上方的第一位置处达第一时间段；将炉的功率提高至炉的高操作功率；和将预制件降低至炉中到炉的中心上方的优化悬挂位置。将预制件降低至烤炉中的优化悬挂位置可包括：将预制件从烤炉中第一位置降低至优化悬挂位置上方的第二位置；将预制件保持在第二位置达一定时间段；和将预制件从烤炉中第二位置降低至优化悬挂位置。形成于预制件的底端处的液滴基本上仅包括来自牺牲尖端的材料，而不是来自主棒的材料。主棒包括由具有恒定包芯比的外包层包围的芯棒。由于在具有不同温度和粘度的不同径向位置处作用在玻璃上的重力作用，向下拉动并伸长主棒的液滴可拉动包层的外部部分，而不拉动芯棒，从而导致减小的差别包层和芯玻璃流动和波导失真。细长主棒可具有与未伸长主棒的包芯比基本相同的包芯比。附图说明在结合附图阅读下面的具体实施方式时，可最好地理解本公开。应强调的是，按照惯例，图纸的各种特征都不按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸会被任意地扩大或缩小。包括在图纸中的附图如下：图1A是包括主棒和牺牲尖端的预制件的横截面图；图1B是图1A的预制件的仰视图；图2是位于炉中的图1A的预制件的横截面图；图3A-3E是包括主棒和具有优化尖端尺寸和炉位置的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图4A-4C是包括主棒和具有壁太薄的牺牲尖端的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图5A-5D是包括主棒和具有壁太厚的牺牲尖端的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图6A-6C是包括主棒和具有太短的牺牲尖端的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图7A-7C是包括主棒和具有太长的牺牲尖端的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图8A-8C是包括主棒和具有位于炉中太高处的牺牲尖端的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图9A-9C是包括主棒和具有位于炉中太低处的牺牲尖端的中空圆柱形牺牲尖端的位于炉中的预制件的横截面图；图10A和图10B是描绘各种预制件构造的拉制球泡重量和液滴时间的曲线图；图11A-11C描绘在预制件的底部形成锥形管之后没有牺牲尖端的预制件的位置、几何形状、温度和包芯比。图12A-12C描绘在预制件的底部形成锥形管之后具有牺牲尖端的预制件的位置、几何形状、温度和包芯比；图13A-13C描绘在预制件的底部形成锥形管之后具有定位在优化位置的牺牲尖端的预制件的位置、几何形状、温度和包芯比；图14A-14C描绘在预制件的底部形成锥形管之后具有定位在优化位置下方的牺牲尖端的预制件的位置、几何形状、温度和包芯比；和图15A-15C描绘在预制件的底部形成锥形管之后具有定位在优化位置上方的牺牲尖端的预制件的位置、几何形状、温度和包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产细长光学玻璃组件的玻璃预制件，所述预制件包括：主棒，其具有恒定外径和方形底部；和牺牲尖端，其具有附接至所述主棒的所述底部的第一端、与所述第一端相对的第二端，和从所述第一端延伸至所述第二端的中空内部区域.其中所述牺牲尖端的横截面是圆形的，且所述牺牲尖端的所述第一端的外径等于所述主棒的所述外径。

【技术特征摘要】
2016.05.03 US 62/3309951.一种用于生产细长光学玻璃组件的玻璃预制件，所述预制件包括：主棒，其具有恒定外径和方形底部；和牺牲尖端，其具有附接至所述主棒的所述底部的第一端、与所述第一端相对的第二端，和从所述第一端延伸至所述第二端的中空内部区域.其中所述牺牲尖端的横截面是圆形的，且所述牺牲尖端的所述第一端的外径等于所述主棒的所述外径。2.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述主棒和所述牺牲尖端均由石英玻璃制成，且所述主棒的所述石英玻璃的品质高于所述牺牲尖端的所述石英玻璃。3.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述牺牲尖端焊接至所述主棒。4.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述主棒包括由一个或多个外包层包围的芯棒。5.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述主棒包括具有由一个或多个包层圆柱体包围的芯棒的未塌缩套管预制组件。6.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述牺牲尖端具有等于所述主棒的所述外径的恒定外径。7.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述中空内部区域的内径范围是所述牺牲尖端的所述外径的约50％至约80％。8.根据权利要求1所述的玻璃预制件，其中所述牺牲尖端具有约10mm至约60mm的长度。9.根据权利要求8所述的玻璃预制件，其中所述牺牲尖端具有约20mm至约50mm的长度。10.根据权利要求9所述的玻璃预制件，其中所述牺牲尖端具有约25mm至约35mm的长度。11.一种形成光学玻璃组件的方法，所述方法包括：将玻璃预制件定位在炉中，其中所述玻璃预制件包括未伸长主棒，其具有恒定外径和方形底部；和牺牲尖端，其具有附接至所述未伸长主棒的所述底部的第一端、与所述第一端相对的第二端，和从所述第一端延伸至所述第二端的中空内部区域，其中所述牺牲尖端的横截面是圆形的，且所述牺牲尖端的所述第一端的外径等于所述未伸长主棒的所述外径；和在所述炉中加热所述玻璃预制件以软化所述牺牲尖端，由此在所述预制件的底端形成液滴，且所述液滴向下拉动并伸长所述未伸长主棒以形成细长主棒。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述未伸长主棒和所述牺牲尖端均由石英玻璃制成，并且所述未...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秋林，章凯慧，EP格林，
申请(专利权)人：赫罗伊斯·坦尼沃有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US