用于在车床中安装转动基管的转动导通件、CVD车床和使用CVD车床的相应方法与流程

本发明涉及用于在车床中安装转动基管并向基管内提供处理气体流的转动导通件(rotaryfeed-through)。本发明还涉及使用化学气相沉积cvd和包括新的转动导通件的车床制造光纤用预制件的方法。

背景技术：

例如从本申请人的美国专利no.6,260,510已知玻璃层在基管内部的沉积，其中一种或多种反应气体和含氧气体被供应至所述基管。根据从美国专利no.6,260,510已知的方法，将掺杂或未掺杂的二氧化硅层(例如掺锗二氧化硅)涂覆在由例如石英玻璃构成的基管的内表面上。这种沉积反应可以通过如下执行：沿着共振腔的圆柱轴线定位基管，随后利用包括例如氧气、氯化硅和氯化锗的气体混合物冲刷管的内侧。随后，在基管内产生局部化(localized)的等离子体，从而在基管的内表面上产生掺锗二氧化硅的直接沉积。因为该沉积仅发生在局部化的等离子体附近，所以共振腔必须沿着基管的圆柱轴线往复运动(因而等离子体也是)以便沿着基管的整个长度均匀地涂覆基管。当完成层的沉积时，基管以将会收缩成杆的方式进行热处理，该杆也被称为光学预制件。如果光学预制件的端以所述端开始融化的方式被加热，则能够从杆拉出光纤并将光纤缠绕在卷轴上。因此这种光纤具有对应于光学预制件的芯-包层部(core-claddingportion)的芯-包层部。因为掺锗的芯具有比例如无掺杂的包层高的折射率，所以纤维能够用作波导，也就是用于传播光学通信信号。然而需要注意的是，冲刷基管内部的气体混合物也可以包含其它组分；可以添加降低掺杂二氧化硅的折射率的含氟化合物。

用于通信目的的这种纤维的使用要求纤维实质上没有污染物，因为如果使用很长的纤维，这种污染物能够导致所承载的信号严重衰减。结果，不仅前述的pcvd处理高度均匀是重要的，而且用于沉积的反应气体不包含任何不期望的杂质也是重要的。在前述化学气相沉积期间，氢原子能够在已经沉积于基管的内部的玻璃层中形成-oh键，其中-oh键特别地由于在1250nm和1385nm对透射光谱的强烈吸收而对于从光学预制件拉出的纤维的透射光谱具有强烈的反作用。归因于气体原材料中少量杂质的出现，该吸收损耗在1385nm的波长能够达到10-20db/km。虽然存在用于防止该-oh基并入光学玻璃纤维的现有技术的方法，例如从美国专利no.4,675,038已知的通过在多孔玻璃结构的情况下在沉积步骤之后执行氯化步骤，或者例如从欧洲专利申请no.0127227已知的通过在化学气相沉积反应期间添加氟，但是两种现有技术的方法均具有如下缺点：将会在最终的玻璃结构中分别发现额外量的氯或氟，这导致由瑞利散射(rayleighscattering)引起的增大的衰减损耗。

光导发生在一小部分光学玻璃纤维(即光芯)以及包围所述芯的小部分包层中。因此重要的是，光学预制件不含杂质特别是不含羟基，其中用于光的传导的光学玻璃纤维从所述光学预制件中拉出。

欧洲专利申请no.0401742涉及ovd处理，其中不含羟基离子的二氧化硅沉积于基材，该基材位于与周围大气隔离的空间中。

本申请人的欧洲专利申请no.04774996.5公开了防止上述污染物的方法，其中所公开的方法用于制造光纤用预制件，玻璃成形化合物的沉积发生在基管上，该沉积步骤在基材在调节大气(conditionedatmosphere)中出现的环境中执行，该调节大气具有比非调节大气低的含水量。

该方法的缺点是整个cvd车床因而必须置于调节大气中，使得没有污染物能够进入基管。这可能是麻烦和激进的流程，因为这可能会牵涉工厂布局的重新设计。

因此，本发明的一个方面是提供用于在车床中安装转动基管并向管内提供处理气体流的转动导通件，其中没有污染物能够经由转动导通件进入基管。

本发明的另一方面是提供包括这种转动导通件的化学气相沉积cvd车床。

本发明的另一方面是提供使用新的化学气相沉积cvd车床制造光纤用预制件的方法，其中玻璃成形化合物的沉积发生在接收的基管上。

上述目的通过本发明实现。

技术实现要素：

本发明涉及用于在车床中安装转动基管并向管内提供处理气体流的转动导通件，所述导通件包括：

-处理气体供给管路，其用于向所述基管内提供处理气体；

-可转动的保持件，其被配置成以使所述基管相对于所述处理气体供给管路转动的方式接收和保持所述基管；

-转动接头，其设置在所述可转动的保持件和所述处理气体供给管路之间，所述转动接头使所述可转动的保持件与所述处理气体供给管路可转动地连接；

-固定壳体，其连接至所述处理气体供给管路和所述可转动的保持件，从而形成包围所述转动接头的封闭的腔，其中所述固定壳体还包括用于向所述封闭的腔提供辅助气体的辅助气体供给管路；

-另一转动接头，其设置在所述可转动的保持件和所述固定壳体之间，所述另一转动接头使所述可转动的保持件与所述固定壳体可转动地连接，以在所述封闭的腔与所述转动导通件的外部环境之间提供密封，从而能够通过所述辅助气体对所述封闭的腔加压。

在实施方式中，所述固定壳体经由至少一个滚珠轴承与所述可转动的保持件连接。

在另一实施方式中，所述可转动的保持件包括：

-接收部，其具有开口，所述接收部被配置成用于接收所述基管使得所述基管的第一端穿入所述接收部；

-保持部，其被配置成用于保持所述基管的所述第一端，所述保持部包括用于大致密封所述接收部和所述基管的接收于所述接收部的开口的所述第一端的至少一个密封构件。

在另一实施方式中，所述保持部包括两个分离的、位置相邻的密封构件，所述接收部包括在两个所述密封构件之间定向的通孔，使得在所述基管接收于所述接收部时，由两个所述密封构件和所述基管围住的区域与所述腔直接连通。

在另一实施方式中，所述密封构件包括o型环。

在另一实施方式中，所述转动导通件被配置成用于在化学气相沉积cvd车床中安装转动基管。

本发明还涉及化学气相沉积cvd车床，其被配置成在制造光纤用预制件期间保持和转动基管，其中玻璃成形化合物的沉积发生在所述基管上，所述cvd车床包括新的转动导通件，所述cvd车床还包括：

-处理气体部件，其用于以处理气体压力向所述处理气体供给管路提供所述处理气体；

-辅助气体部件，其用于经由所述辅助气体供给管路向所述腔提供所述辅助气体，以在所述封闭的腔内建立辅助气体压力。

在实施方式中，所述所述辅助气体压力低于所述处理气体压力。

在另一实施方式中，所述cvd车床被配置成在周围环境压力中运行，所述辅助气体压力高于所述周围环境压力。

在另一实施方式中，所述辅助气体含有少于10ppm的杂质，优选地，所述辅助气体是氧气、氮气、氩气和氦气中的一个。

在另一实施方式中，所述cvd车床还包括接收的所述基管。

本发明还涉及使用新的化学气相沉积cvd车床制造光纤用预制件的方法，其中玻璃成形化合物的沉积发生在接收的基管上，所述方法的特征在于如下步骤：

-在所述沉积步骤期间使用所述辅助气体部件以所述辅助气体压力对所述封闭的腔加压。

在实施方式中，所述加压步骤包括：

-在所述沉积步骤期间使用所述辅助气体部件以所述辅助气体压力对所述封闭的腔加压，所述辅助气体压力低于所述处理气体压力，或者高于所述周围环境压力。

在另一实施方式中，所述方法还包括如下步骤：

-在所述沉积步骤之后使所述基管收缩成块状的预制件(massivepreform)，

所述加压步骤还在所述收缩步骤期间进行。

在另一实施方式中，所述沉积步骤是pcvd沉积步骤。

以下更详细地说明本发明。

本说明书中使用的定义

在本说明书和/或权利要求中使用以下定义来限定所说明的主题。以下未列举的其它术语意味着具有技术领域内公认的含义。

本说明书中使用的“中空基管”的意思是：内部具有腔的圆筒状的管。通常地，在预制件的制造期间在所述管的内侧设置(或涂覆)多层玻璃层。

本说明书中使用的“内表面”的意思是：中空基管的内侧表面或内表面。

本说明书中使用的“玻璃”或“玻璃材料”意思是：借助于气相沉积法沉积的晶体或玻璃状(玻璃质)的氧化材料——例如二氧化硅(sio2)或石英。

本说明书中使用的“氧化硅”的意思是：siox形式的任意物质，无论是否为化学计量的，也无论是否为晶体或非晶体。

本说明书中使用的“玻璃成形气体或化合物”的意思是：为了形成玻璃层(例如o2和sicl4)而在沉积处理期间使用的反应气体。这些玻璃成形气体可以包括掺杂剂的前体(例如gecl4以及可选的其它掺杂剂的前体)。

本说明书中使用的“等离子体”的意思是：由在非常高的温度下大体上不产生总体电荷的按比例的正离子和自由电子构成的离子化气体。该等离子体通常由微波诱发。

参照附图从以下说明中将最好地理解本发明的上述以及其它特征和优点。在附图中，相同的附图标记表示相同的部分或执行相同或类似的功能或操作的部分。

参照附图从以下说明中将最好地理解本发明的上述以及其它特征和优点。在附图中，相同的附图标记表示相同的部分或执行相同或类似的功能或操作的部分。

本发明不限于以下公开的特别示例或制造光学预制件的特别方法。

本发明不要求对于仪器安装或已经在使用的装置/设备的显著改变。因此，本发明所提出问题的解决方案的执行是简单和成本有效的。

附图说明

图1公开了用于在车床中安装转动基管的转动导通件的示例。

图2公开了示出根据本发明的方法的步骤的流程图的示例。

具体实施方式

本发明在第一方面中涉及一种用于在车床中安装转动基管并向所述管内提供处理气体流的转动导通件，所述转动导通件包括：

-处理气体供给管路，其用于向所述基管内提供处理气体；

-可转动的保持件，其被配置成以使所述基管相对于所述处理气体供给管路转动的方式接收和保持所述基管；

-转动接头，其设置在所述可转动的保持件和所述处理气体供给管路之间，所述转动接头使所述可转动的保持件与所述处理气体供给管路可转动地连接；

-固定壳体，其连接至所述处理气体供给管路和所述可转动的保持件，从而形成包围所述转动接头的封闭的腔，其中所述固定壳体还包括用于向所述封闭的腔提供辅助气体的辅助气体供给管路；

-另一转动接头，其设置在所述可转动的保持件和所述固定壳体之间，所述另一转动接头使所述可转动的保持件与所述固定壳体可转动地连接，以在所述封闭的腔与所述转动导通件的外部环境之间提供密封，从而能够通过所述辅助气体对所述封闭的腔加压。

如上所述，制造光纤用预制件的目前处理中的缺点是例如羟基形式的、倾向于经由转动导通件从周围环境侵入基管内的污染物，这导致光纤的衰减损耗显著增大。

如上所述，本发明的一个目的是提供用于在车床中安装转动基管并向管内提供处理气体流的转动导通件，其中防止了污染物(即羟基)侵入基管。

本发明基于本发明人的如下发现：污染物能够主要经由转动接头中的非常小的泄漏点进入基管。本发明人发现，为了防止该现象，转动接头应该被封闭的腔包围，并且发现封闭的腔应该连接到辅助气体供给管路，使得辅助气体能够提供给腔并对腔加压。

在使用辅助气体对腔加压而且辅助气体压力小于处理气体压力的情况下，发生抽吸效应，这确保了任何进入腔的污染物将经由辅助供给管路被排出。因此，没有污染物能够到达转动接头，因而污染物也不会经由转动接头中的可能的泄漏点进入基管。

在使用辅助气体对腔加压而且辅助气体压力高于转动导通件的周围环境压力(例如大气压力)的情况下，污染物由于压力差而不能进入腔，因而污染物也不会到达转动接头，因此污染物也不会经由转动接头中的泄漏点进入基管。

在本发明的上下文中，基管是中空管，其中玻璃层可以沉积于基管的内侧表面，从而形成用于初级预制件的前体。在基管的内侧表面具有沉积玻璃层的基管可以例如借助于cvd通过诸如内部等离子沉积处理的内部气相沉积处理而获得。

车床是能够使基管绕自身轴线转动从而在基管内侧均匀地进行玻璃层的沉积的机床。

处理气体可以是包括例如氧气、氯化硅和氯化锗的气体混合物。然后通过局部地为基管中的气体混合物增加能量、例如通过使用燃烧器或加热炉从外侧局部地加热基管或者通过在基管内侧局部地产生等离子体来获得基管的内表面上的掺锗二氧化硅的沉积。热源或等离子体遍及基管的长度地往复移动。

根据本发明的固定壳体是在操作过程中、即在基管的内侧沉积玻璃层的处理过程中不转动、移动等的壳体。因此可转动的保持件沿着其轴线相对于处理气体供给管路转动，因而可转动的保持件沿着其轴线还相对于固定壳体转动。

在实施方式中，另一转动接头包括至少一个滚珠轴承。滚珠轴承是使用滚珠维持轴承座圈之间、即固定壳体与可转动的保持件之间的分离的一种滚动轴承。

滚珠轴承的目的是减小转动摩擦并且支撑径向和轴向的载荷。通过使用至少两个座圈容纳滚珠并经由滚珠传递载荷来实现该目的。在本申请中，一个座圈是固定的、即固定壳体，另一个座圈安装于转动组件、即可转动的保持件。一个轴承座圈转动时，也会引起滚珠的转动。因为滚珠滚动，所以它们具有比两个平坦表面彼此贴靠地滑动低得多的摩擦系数。

上述滚珠轴承可能也有小泄漏点，使得气体中存在的污染物能够到达转动接头。分别通过建立比周围环境压力大的过压或者通过在封闭的腔内建立真空而使污染物不会到达转动接头。

在另一实施方式中，可转动的保持件包括：

-接收部，其具有开口，所述接收部被配置成用于接收所述基管使得所述基管的第一端穿入所述接收部；

-保持部，其被配置成用于保持所述基管的所述第一端，所述保持部包括用于大致密封所述接收部和所述基管的接收于所述接收部的开口的所述第一端的至少一个密封构件。

接收部可以类似于嘴，其中基管能够一定程度地经由嘴的开口插入嘴中。典型地，基管具有圆形周向外缘。于是接收部可以具有类似形状的周向内缘，但是略大一些，使得管能够放置在接收部内。于是可转动的保持件的保持部被配置成从周围环境大致密封基管的内部。该密封由至少一个密封构件完成，其中至少一个密封构件在接收部的周向内缘处与接收部连接，并与中空基管连接以在接收部与中空基管之间提供大致上气密的连接。

可选地，该至少一个密封构件在所述中空基管的第一端与所述中空基管牢固地连接，并且一旦基管插入接收部，该至少一个密封构件就会以大致上气密的方式与接收部连接。

在另一实施方式中，为了在例如使用较重的基管时确保基管的较好固定，保持部包括两个分离的、位置相邻的密封构件，所述接收部包括在两个所述密封构件之间定向的通孔，使得在所述基管接收于所述接收部时，由两个所述密封构件和所述基管围住的区域与所述腔直接连通。

本发明人发现密封构件可以形成污染物泄漏到基管中的另一原因。上述的密封构件可以从周围环境大致密封中空基管的内部，但是仍有一定数量的污染物可能从周围环境泄漏进基管。于是密封构件不是完全气密的。

通过合并两个分离的密封构件并通过将这些密封构件之间的内部空间直接(即经由通孔)连接至封闭的腔，封闭的腔内的压力也在密封构件之间出现。这具有如下有利的效果：由于如上解释的相同原因，周围环境气体中存在的气体污染物不能进入基管。

典型地，密封构件为o型环，也被称为胀圈(packing)或复曲面接头(toricjoint)，该o型环是环状的机械垫圈。密封构件可以是具有圆形截面的如下一圈弹性体：该弹性体被设计成置于槽内并且在放置基管期间被压缩在基管和可转动的保持件之间以在基管和可转动的保持件的接面处建立密封。

o型环是在现有的转动导通件中使用的有益的密封件，因为o型环不昂贵、易于制造、可靠并且具有简单的安装要求。

在另一实施方式中，配置转动导通件以在化学气相沉积cvd车床中安装转动基管。

本发明在第二方面中涉及化学气相沉积cvd车床，其被配置成在制造光纤用预制件期间保持和转动基管，其中玻璃成形化合物的沉积发生在所述基管上，所述cvd车床包括根据本发明的转动导通件，所述cvd车床还包括：

-处理气体部件，其用于以处理气体压力向所述处理气体供给管路提供所述处理气体；

-辅助气体部件，其用于经由所述辅助气体供给管路向所述腔提供所述辅助气体，以在所述封闭的腔内建立辅助气体压力。

处理气体部件例如可以包括储存所述处理气体的处理气体储存罐、和/或质量流量控制器、和/或用于将所述处理气体通过所述处理气体供给管路朝所述基管分配的阀。典型地，处理气体供给管路和基管内的处理气体压力为大约10mbar，该压力可以经由处理气体部件控制。

辅助气体部件也可以包括储存所述辅助气体的辅助气体储存罐、和/或质量流量控制器、和/或用于将所述辅助气体通过所述辅助气体供给管路朝着所述封闭的腔分配的阀。典型地，封闭的腔内的辅助气体压力低于10mbar或者高于周围环境压力，即高于1bar，例如为大约1.5bar。

在封闭的腔内的辅助气体压力低于处理气体压力的情况下，会发生抽吸效应，该效应经由辅助气体供给管路抽吸封闭的腔内存在的所有可能的污染物。

在封闭的腔内的辅助气体压力高于周围环境压力的情况下，会发生加压效应，该效应确保周围环境空气中存在的可能的污染物将不进入封闭的腔。因为在这种情况下辅助气体可能例如经由转动接头或经由密封构件泄漏进基管，所以辅助气体优选地含有少于10ppm的杂质。优选地，所述辅助气体是氧气、氮气、氩气或氦气中的任意气体。

在另一实施方式中，cvd车床包括接收的基管。

本发明在第三方面中涉及使用化学气相沉积cvd车床制造光纤用预制件的方法，其中玻璃成形化合物的沉积发生在接收的基管上，所述方法的特征在于如下步骤：

-在所述沉积步骤期间使用所述辅助气体部件以所述辅助气体压力对所述封闭的腔加压。

似乎是可能的是，通过以使羟基不能够侵入基管的方式对封闭的腔加压来显著减少由例如羟基的污染物导致的衰减损耗。

在实施方式中，加压的步骤包括：

-在所述沉积步骤期间使用所述辅助气体部件以所述辅助气体压力对所述封闭的腔加压，所述辅助气体压力低于所述处理气体压力，或者高于所述周围环境压力。

根据本发明，动词加压可以包括将封闭的腔内的压力建立、设定或控制到高于周围环境温度或低于处理气体压力。在后者的情况下，可以获得一种真空，即封闭的腔相对于处理气体压力而减压，其中泄漏进封闭的腔内的处理气体被吸出。

在另一实施方式中，方法还包括如下步骤：

-在所述沉积步骤之后使所述基管收缩成块状的预制件，

所述加压步骤还在所述收缩步骤期间进行。

在另一实施方式中，沉积步骤是pcvd沉积步骤。

本发明的沉积步骤可以通过使用pcvd处理或mcvd处理而执行。在pcvd处理的情况下，由基管内的等离子体提供处理气体的反应所要求的能量，在mcvd处理的情况下，基管外部的热源提供反应所要求的能量。该热源可以是诸如氢/氧燃烧器的燃烧器或等离子燃烧器或电加热炉。pcvd和mcvd两种技术均被称为内部沉积技术。

图1公开了用于在车床中安装转动基管15并向基管15内提供处理气体流的转动导通件1的示例。

转动导通件包括：

-处理气体供给管路8，其用于向所述基管15内提供处理气体；

-可转动的保持件2，其被配置成以使所述基管15相对于所述处理气体供给管路8转动的方式接收和保持所述基管15；

-转动接头10，其设置在所述可转动的保持件2和所述处理气体供给管路8之间，所述转动接头10使所述可转动的保持件2与所述处理气体供给管路8可转动地连接；

-固定壳体6，其连接至所述处理气体供给管路8和所述可转动的保持件2，从而形成包围所述转动接头10的封闭的腔3，其中所述固定壳体6还包括用于向所述封闭的腔3提供辅助气体的辅助气体供给管路7；以及

-另一转动接头16，其设置在所述可转动的保持件2和所述固定壳体6之间，所述另一转动接头16使所述可转动的保持件2与所述固定壳体6可转动地连接，以在所述封闭的腔3与所述转动导通件1的外部环境之间提供密封，从而能够通过所述辅助气体对所述封闭的腔加压。

在本示例中，可转动的保持件2经由滚珠轴承5、9连接至所述固定壳体6。也就是另一转动接头16包括所述滚珠轴承5、9。污染物可能经由通道4和滚珠轴承5的泄漏点进入封闭的腔3。

在本示例中，可转动的保持部2包括两个分离的、位置相邻的密封构件11、13，接收部包括通孔12，使得密封构件11之间的空间与封闭的腔3连通。这些密封构件11是o型环，确保了没有污染物能够经由附图标记14表示的开口进入基管15。

图2公开了示出使用根据以上提供的任意示例的化学气相沉积cvd车床制造光纤用预制件的方法21的步骤的流程图的示例。

首先，在车床中设置基管22。能够在基管的内侧沉积玻璃层。

其次，至少在以下的沉积步骤期间使用辅助气体部件对封闭的腔加压23。

最后，通过向基管提供处理气体并且通过遍及所述基管地提供移动和往复的能量源以使玻璃成形化合物反应，将玻璃层沉积于基管的内部24。

本发明不限于以上公开的实施方式，而能够由本领域技术人员在不必运用创造性技术的情况下在所附权利要求中公开的本发明的范围之外进行修改和改进。