专利名称：制备光纤预型体的设备和使用该设备制备光纤预型体的方法
技术领域：
本发明涉及使用改进的化学气相沉积法(MCVD)制备光纤预型体的方法，更具体地说，涉及用衬底管(石英)来制备光纤预型体的设备和使用该设备制备光纤预型体的方法，其中所述的设备可将衬底管的偏斜减至最小。
背景技术：
一般来说，用改进的化学气相沉积法(MCVD)、外部气相沉积法(OVD)或气相轴向沉积法(VAD)制备光纤预型体，其中预型体直接在石英棒的顶部生长出来。
MCVD是其中应用最广泛的方法之一，这种方法通过在高纯度石英管中沉积具有不同折光指数的芯层和包层来形成光纤预型体。在此，通过调整沉积物质的组成比例来控制折光指数。也就是说，通过调整用来沉积芯层和包层的组合物中GeO2与SiO2的不同沉积速率来控制芯层和包层的折光指数。
通常用载气将所述组合物送进石英管中，然后，当采用诸如气焊焊炬等热源将石英管的外表面加热到1300至1700℃之间时，所述组合物进行沉积。在这样的高温下，气态反应物成为SiO2和GeO2的火焰水解物。
当SiO2和GeO2的火焰水解物沿石英管的轴向穿过石英管时，一部件火焰水解物通过热泳沉积在石英管壁上，而剩下的部分则经过火焰水解物排放管排放到外面。管壁上沉积了粉尘物质的石英管通过熔缩工序来制备圆柱形的预型棒，然后通过闭合工序完成整个工艺过程，由此制得光纤预型体。在此，用来形成光纤预型体的石英管被称作衬底管。
近些年，发展趋势是在沉积工序中越来越多地使用卧式车床。在沉积工序中使用卧式车床制得初级预型体，将该初级预型体通过熔缩工序和闭合工序形成光纤预型体。
图1是制备光纤预型体的传统设备的示意图，其中采用改进的化学气相沉积法进行沉积。
如图1所示，制备光纤预型体的传统设备包括衬底管10；夹具20，用于固定衬底管10的两端；支撑部件30，用于支撑各个夹具；车床40，该车床上固定安装有支撑部件30；主热源50，安装在车床40之上支撑部件之间，用于加热衬底管10；供气装置60，安装在车床外，用于向衬底管10的一端供气；火焰水解物收集器70，安装在车床外，与衬底管的另一端相连，用于收集经过火焰水解排放管排放的火焰水解物。
由于使用具有上述构造制备光纤预型体的传统设备来制备光纤预型体的方法包含高温沉积工序，因此降低了衬底管10的机械强度和粘度。于是，在制备预型体的方法中，应当按照均匀的速率进行沉积，并且衬底管10外部尺寸应当保持均一，同时尽量减少衬底管10沿径向的变形。然而，用传统方法制备的光纤预型体同时具有弹性变形和粘性变形。也就是说，最终制备的衬底管10的偏斜与弹性变形程度、沉积时间和粘性变形程度成比例。
图2是表示使用制备光纤预型体的传统设备制备的衬底管10的偏斜现象的示意图，其中反复沉积时衬底管的偏斜更大。
此外，在批量生产中，温度更高，衬底管和沉积时间更长，这使得衬底管10的偏斜现象更严重。因此，当衬底管10过分偏斜时，本身就不可能制得光纤预型体，或者即使制备出来其功能也不正常。
发明内容
因此，鉴于上述问题而作出了本发明。本发明的目的是提供用于制备光纤预型体的设备，并提供使用该设备制备光纤预型体的方法，所述设备具有为已由主热源500加热预定时间的衬底管100而设的附加支撑件，以便防止在改进化学气相沉积法的沉积工序中所述衬底管100发生偏斜。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了用于制备光纤预型体的设备，以便通过改进的化学气相沉积法进行沉积，该设备包括主热源位置探测传感器800；附加支撑装置控制部件1000，该部件以有线或无线方式与主热源位置探测传感器800电连接；以及附加支撑装置1100，该装置以有线或无线方式与附加支撑装置控制部件1000电连接。
为了实现上述目的，本发明的另一方面还提供了光纤预型体的制备方法，以便进行改进的化学气相沉积法中的沉积，该方法包括以下步骤用主热源500从起始部位到终止部位加热衬底管100(S1)；用主热源位置探测传感器800识别主热源500的位置(S2)；移动附加支撑装置1100到预定位置(S3和S4)；支撑该衬底管100，直到该衬底管的温度在主热源500开始加热衬底管100之后达到目标值(S5)；以及将附加支撑装置1100返回到其原始位置(S6)。
从本发明的以下优选实施方案的详细描述并结合附图可以清楚地理解本发明的上述和其他目的、特点和优点。
图1是用于制备光纤预型体的传统设备的示意图；图2是表示使用制备光纤预型体的传统设备制备的衬底管的偏斜现象的示意图；图3是本发明一个实施方案所述的制备光纤预型体的设备的示意图；图4是本发明一个实施方案所述的制备光纤预型体的设备的示意图，其中衬底管已得到支撑；图5是本发明一个实施方案所述的制备光纤预型体的设备的示意图，其中附加支撑装置的活塞下降；图6是本发明的光纤预型体制备方法的第一实施方案所述的主热源和附加支撑装置的工作流程图；和图7是本发明的光纤预型体制备方法的第二实施方案所述的主热源和附加支撑装置的工作流程图。
具体实施例方式
现在对本发明进行详细描述。
图3是本发明一个实施方案所述的制备光纤预型体的设备的示意图，图4是本发明一个实施方案所述的制备光纤预型体的设备的示意图，其中衬底管已得到支撑。
如图3所示，本发明制备光纤预型体的设备包括主热源500，安装在车床上，用于给衬底管加热；主热源位置探测传感器800，固定在车床一侧或安装在离车床预定距离的位置，用于探测主热源位置；附加支撑装置1100，安装在车床上，用于支撑衬底管；以及附加支撑装置控制部件1000，安装于车床之外，用于以有线或无线方式接收来自主热源位置探测传感器800的位置信号，并根据接收到的位置信号控制附加支撑装置。在此，附加支撑装置1100的功能是以有线地或无线方式接收来自附加支撑装置控制部件1000的控制信号，以便根据接收到的控制信号移动至预定支撑位置。
如图4所示，附加支撑装置1100包括衬底管附加支撑部件1400，用于附加支撑衬底管100；垂直传送装置，其上连接有衬底管附加支撑部件1400，该垂直传送装置在接收到来自附加支撑装置控制部件1000的控制信号后产生响应，从而沿垂直于衬底管轴向的方向传送衬底管附加支撑部件1400；以及水平传送装置，其上连接有所述垂直传送装置，该水平传送装置在接收到来自附加支撑装置控制部件1000的控制信号后产生响应，从而沿衬底管的轴向传送该垂直传送装置。
所述衬底管附加支撑部件1400包括一对滚筒1200，用于按照与衬底管100接触的方式支撑衬底管100；和滚筒支撑部件1300，其上安装有滚筒1200。此处，滚筒支撑部件1300与转动臂1500相连，从而该滚筒支撑部件1300可以在预定角度范围内转动。
在本发明的一个实施方案中，所述垂直传送装置是用气缸1700来实现的，但也可以采用与气缸功能相同的各种装置。
所述气缸1700与附加支撑装置控制部件1000以有线或无线方式连接，以便接收来自附加支撑装置控制部件1000的电控制信号，根据接收到的控制信号升起活塞1600，从而开动其旋转关节安装在活塞1600一端的转动臂1500。
所述水平传送装置包括传送架1900，其具有固定在驱动轴2200上的小齿轮轴2400和安装在小齿轮轴2400上的小齿轮2300；以及导向器1800，其安装在车床400上，与小齿轮2300啮合，该导向器具有形成在其上的齿条(rack)。在此，驱动轴2200驱动小齿轮2300。
在本发明的一个优选实施方案中，所述水平传送装置还具有驱动装置。
所述驱动装置包括以有线或无线方式与附加支撑装置控制部件1000相连的旋转可控性电机。所述的电机优选恒速电机2000、可精确控制式伺服电机或步进电机，但也可采用与它们功能相同的任何其他电机。
所述附件支撑装置控制部件1000与支撑位置控制传感器900以有线或无线方式连接，所述附件支撑装置控制部件1000包括第一输入部件，用于接收来自主热源位置探测传感器800的指示主热源500的位置的信号；第二输入部件，用于接收来自支撑位置控制传感器900的指示附加支撑装置1100到达支撑位置的信号；微处理器，用于控制安装在附加支撑装置1100上的电机和气缸1700的运行；以及输出部件，用于输出由所述微处理器发出的操作控制信号。在此，在车床上预定支撑位置或者离车床预定距离的位置安装支撑位置控制传感器900。当附加支撑装置1100到达预定支撑位置时，所述支撑位置控制传感器900还对附加支撑装置1100的位置进行探测，并且向所述第一输入部件发送位置信号。
所述的微处理器使附加支撑装置1100仅在预定时间内支撑所述衬底管100，直到所述衬底管的温度在主热源500开始加热衬底管100之后达到目标值。
在最影响衬底管100变形的因素中，本发明的附加支撑装置1100减少了衬底管100的有效长度；上述影响因素包括有效长度，指衬底管100的支撑点之间的距离；衬底管100的形状；衬底管接触热源的时间等。因此，在粘度低的最初部位和剪切力作用大的地方，可以大大减少偏斜。理论上，当梁受自重时，梁的一端产生的变形与梁的长度的4次方成比例，因此，本发明的附加支撑装置可以减少长度缩短的4次方。
下面将参照图4和图5，详细描述本发明具有前述构造的制造光纤预型体的设备。
如图4和5所示，当第一输入部件接收到主热源500的位置信号时，微处理器驱动恒速电机2000，以便传送附加支撑装置1100。当第二输入部件接收到来自支撑位置控制传感器900的信号，该信号指示附加支撑装置到达了支撑位置时，微处理器停止对附加支撑装置1100的传送，并控制升起气缸1700的活塞1600。随着活塞1600的升起，转动臂1500被启动，于是升起衬底管附加支撑部件1400以便附加支撑衬底管100。
在本发明的一个改进实施方案中，可以不使用恒速电机，而是通过旋转如图4和图5所示的与小齿轮轴2400相连的旋转器2100，从而手动移动附加支撑装置1100。
现在，参照图6和图7详细描述本发明的光纤预型体的制备方法。
图6是本发明的光纤预型体制备方法的第一实施方案所述的主热源和附加支撑装置的工作流程图。
首先，主热源500从初始部位到终止部位加热衬底管100，所述初始部位是开始加热的部位，所述终止部位是终止加热的部位(S1)。经过预定时间之后，衬底管100达到恒定的热流量。当该衬底管的温度超过预定的极限时，衬底管在加热点开始偏斜。此时，位于在衬底管100初始部位的主热源位置探测传感器800识别主热源的位置(S2)。然后，主热源位置探测传感器800向附加支撑装置控制部件1000发送位置信号，所述附加支撑装置控制部件1000随之控制启动对附加支撑装置1100的传送(S3)。于是，将附加支撑装置1100移动到预定支撑位置(S4)。
然后，使附加支撑装置支撑衬底管100，直到衬底管的温度在主热源500借助于计时器开始加热衬底管100之后达到目标值(S5)，然后所述附加支撑装置回到其原始位置(S6)。
因此，本发明的光纤预型体制备方法可以制备初始部位偏斜最小的光纤预型体。
同时，可以根据如图7所示的主热源的工作方式来制备光纤预型体。
图7是本发明的光纤预型体制备方法的第二实施方案所述的主热源和附加支撑装置的工作流程图，其中，还包括在步骤(S1)和步骤(S2)之间的用主热源加热衬底管的步骤。因此，可以按如下步骤进行第二实施方案所述的制备光纤预型体的方法。主热源500从初始部位到终止部位加热衬底管100，所述初始部位是开始加热的部位，所述终止部位是终止加热的部位(S10)。接下来，主热源500在加热的同时从终止部位回到初始部位(S20)。然后，安装在车床上的位于衬底管100的初始部位的主热源位置探测传感器800识别主热源500的位置(S30)。接着，当附加支撑装置控制部件1000接收到来自主热源位置探测传感器800的主热源500的位置信号时，它启动附加支撑装置1100(S40)。接下来，当附加支撑装置控制部件1000收到来自支撑位置控制传感器900的附加支撑装置的位置信号时，作为对收到的位置信号的响应，它使附加支撑装置1100移动到预定支撑位置(S50)。
附加支撑装置1100一旦移动到安装有支撑位置控制传感器900的支撑位置时，附加支撑装置1100支撑衬底管100，直到衬底管的温度在主热源500借助于计时器开始加热衬底管100之后达到目标值(S60)，并且在经过规定的时间之后，回到其原始位置(S70)。主热源500再次加热衬底管100，同时从初始部位向终止部位移动(S10)，并且从终止部位回到初始部位(S20)，在此之后重复实施前述的程序。
此处，根据衬底管100的标准、沉积时间或粘度来确定支撑位置。
因此，本发明的光纤预型体制备方法可以制备初始部位没有偏斜的光纤预型体。
工业实用性在本发明的制备光纤预型体的设备和使用该设备制备光纤预型体的方法中，通过对衬底管100进行附加支撑，减少了衬底管100的有效长度，从而减少了衬底管100的偏斜。特别地，可以大大减少衬底管初始部位的偏斜，因此可以得到高的沉积效率。因此，可以批量生产高品质光纤预型体。
尽管参照具体解释性的实施方案描述了本发明，但本发明并不限于所述的实施方案，本发明的范围由所附的权利要求来限定。应当理解，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，本领域的技术人员可以对本发明进行变动或修改。
权利要求
1.用于制备光纤预型体的设备，该设备通过改进的化学气相沉积法实施沉积工序，该设备包括主热源位置探测传感器，该传感器用于探测加热衬底管的主热源的位置；附加支撑装置控制部件，该部件与所述的主热源位置传感器以有线或无线方式相连；和附加支撑装置，该装置与所述的附加支撑装置控制部件以有线或无线方式相连，用于支撑所述衬底管。
2.如权利要求1所述的用于制备光纤预型体的设备，其中所述的附加支撑装置控制部件还包括支撑位置控制传感器，该传感器用于控制所述的附加支撑装置。
3.如权利要求2所述的用于制备光纤预型体的设备，其中所述的附加支撑装置包括衬底管附加支撑部件，该部件用于附加支撑所述的衬底管；垂直传送装置，该装置带有与之相连的所述衬底管附加支撑部件，而且，作为对所述的附加支撑装置控制部件发送到所述垂直传送装置的控制信号的响应，所述的垂直传送装置沿垂直于所述衬底管的轴向的方向传送所述的衬底管附加支撑部件；以及水平传送装置，该装置带有与之相连的所述垂直传送装置，而且，作为对所述的附加支撑装置控制部件发送到所述水平传送装置的控制信号的响应，所述的水平传送装置沿所述衬底管的轴向传送所述的垂直传送装置。
4.如权利要求3所述的用于制备光纤预型体的设备，其中所述的水平传送装置包括传送架，该传送架带有固定在驱动轴上的小齿轮轴和安装在所述小齿轮轴上的小齿轮；和导向器，该导向器安装在车床上以便与小齿轮啮合，并且该导向器带有形成于其上的齿条。
5.如权利要求4所述的用于制备光纤预型体的设备，其中所述的水平传送装置还具有驱动装置。
6.如权利要求3所述的用于制备光纤预型体的设备，其中所述的衬底管附加支撑部件包括一对滚筒，用于按照与所述的衬底管接触的方式支撑所述衬底管；和滚筒支撑部件，所述的滚筒安装在它上面。
7.如权利要求3所述的用于制备光纤预型体的设备，其中所述的垂直传送装置是气缸。
8.光纤预型体的制备方法，该制备方法通过改进的化学气相沉积法来实施沉积工序，该方法包括如下步骤用主热源从初始部位到终止部位加热衬底管；用主热源位置探测传感器识别所述主热源的位置；移动附加支撑装置到预定位置；支撑所述的衬底管，一直到衬底管的温度在所述的主热源开始加热所述的衬底管之后增加达到其目标值；和将所述的附加支撑装置返回到其原始位置。
9.如权利要求8所述的光纤预型体的制备方法，其中根据所述衬底管的标准、沉积时间和粘度来确定所述的预定位置。
10.如权利要求8所述的光纤预型体的制备方法，其中所述的方法还包括在加热衬底管步骤和识别主热源位置步骤之间使所述的主热源加热所述的衬底管的步骤。
全文摘要
本发明提供了用于制备光纤预型体的设备，该设备通过改进的化学气相沉积法来实施沉积工序。所述的设备包括主热源位置探测传感器(800)，该传感器用于探测加热衬底管(100)的主热源的位置；附加支撑装置控制部件(1000)，该部件与主热源位置探测传感器(800)以有线或无线方式相连；以及附加支撑装置(1100)，该装置与附加支撑装置控制部件(1000)有线或无线相连，用于支撑衬底管(100)。本发明通过对衬底管(100)的附加支撑减少了衬底管(100)的有效长度，因此使衬底管(100)的偏斜达到最小化。特别地，可以在其初始部位大大减少衬底管的偏斜，因此可以实现高沉积效率。因此，可以批量生产高品质光纤预型体。
文档编号C03B37/018GK1592721SQ03801540
公开日2005年3月9日 申请日期2003年3月24日 优先权日2002年7月20日
发明者金哲民, 金元培, 裵相俊, 朴元基 申请人:Lg电线株式会社