从玻璃烟炱形成光学预制件的方法和设备的制造方法
【专利说明】从玻璃烟莫形成光学预制件的方法和设备
[0001 ]本申请根据35U.S.C.§119要求2013年11月14日提交的美国临时申请系列第61/ 904,085号的优先权，本文W该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
[000^ 背景 [000；3]领域
[0004] 本发明总体设及制造光学预制件例如光纤预制件，具体来说设及从玻璃烟复形成 光学预制件的方法和设备。
【背景技术】
[0005] 常规的，光纤预制件的外部包覆部分可通过外部气相沉积(OVD)工艺形成，其中氧 化娃玻璃例如通过八甲基四硅氧烷的热解而沉积在玻璃忍体巧件上。OVD工艺是高度优化、 高产率的制造工艺。然而，形成包覆层常常是最大化光纤产量的速率限制性步骤。并且，估 计在光纤预制件外部包覆部分的沉积过程中只有50%八甲基四硅氧烷原料的热解产物沉 积到玻璃忍体巧件上。在袋式除尘器中作为氧化娃玻璃烟复收集八甲基四硅氧烷原料的其 余热解产物。收集的氧化娃玻璃烟复具有较高的纯度，但仍然包括污染物，运使得它不能用 来生产高质量的光纤预制件包覆物。已试图通过费力的化学过程W除去杂质，来对运种废 弃氧化娃进行烟复压制工艺，但所得结果不一。结果，W在工业规模和实验室规模上开发了 高纯烟复产生工艺，W允许随意地改变烟复特征(例如通过添加渗杂剂来改变颗粒分布和 折射率)。
[0006] 从氧化娃玻璃烟复形成光学预制件包覆层的现有技术，例如垂直压制，只适用于 形成单一包覆层。运样，运些技术不能用来形成穿过预制件径向横截面具有复杂折射率分 布的预制件。具体来说，运些技术不能可靠地用来形成包含多层氧化娃玻璃烟复的光学预 制件，其中每一层由具有不同组成和/或形貌的氧化娃玻璃烟复形成。
[0007] 因此，本领域需要从氧化娃玻璃烟复形成光学预制件例如光纤预制件的替代方法 和设备。
[000引概述
[0009] 根据一种实施方式，形成光学预制件的方法可包含在模具主体的模腔中装载氧化 娃(silica)玻璃烟复。模具主体可W足W迫使氧化娃玻璃烟复朝向模具主体内壁的旋转速 度旋转。然后，在模具主体旋转时，沿向内的径向方向压缩氧化娃玻璃烟复，W形成烟复压 实体层。
[0010] 在另一种实施方式中，形成光学预制件的方法可包含在模具主体的模腔中装载第 一量的氧化娃玻璃烟复。模具主体可W足W迫使所述第一量的氧化娃玻璃烟复朝向模具主 体内壁的旋转速度旋转。在模具主体旋转时，可沿向内的径向方向压缩所述第一量的氧化 娃玻璃烟复，W形成第一烟复压实体(compact)层。可绕着第一烟复压实体层，在模具主体 的模腔中装载第二量的氧化娃玻璃烟复。模具主体可W足W迫使所述第二量的氧化娃玻璃 朝向模具主体内壁的旋转速度旋转。在模具主体旋转时，可沿向内的径向方向压缩所述第 二量的氧化娃玻璃烟复，W绕着所述第一烟复压实体层形成第二烟复压实体层。
[0011] 又在另一种实施方式中，形成光学预制件的设备可包含具有模腔的模具主体和可 弹性变形的囊状物。可弹性变形的囊状物可设置在模腔之内，并用作邻近模具主体内壁的 模腔衬里（1 ine)。流体源可结合到在模具主体内壁和可弹性变形的囊状物之间的模腔。流 体源可向模腔供应压缩流体，从而沿向内径向的方向压缩可弹性变形的囊状物。可将旋转 装置连接到模具主体的第一端部和模具主体的第二端部中的至少一个端部，所述旋转装置 使模具主体绕着模具主体的旋转轴线进行旋转。
[0012] 在W下的详细描述中提出了本发明所述方法的其他特征和优点，其中的部分特征 和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括W下详细 描述、权利要求书W及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0013] 应理解，前面的一般性描述和W下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理 解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的 进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图W图示形式说明了 本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
[0014] 附图简要说明
[0015] 图1示意性地显示如本文所示和所述的一种或多种实施方式的用于从氧化娃玻璃 烟复形成光学预制件的烟复压制设备；
[0016] 图2示意性地显示如本文所示和所述的一种或多种实施方式的图1所示烟复压制 设备的模具横截面；
[0017] 图3示意性地显示模具主体装载氧化娃玻璃烟复时的烟复压制设备的模具横截 面；
[0018] 图4示意性地显示模具旋转时图1所示烟复压制设备的横截面，且在模腔中具有氧 化娃玻璃烟复；
[0019] 图5示意性地显示模具旋转且烟复向内径向地压缩时图1所示烟复压制设备的横 截面，且氧化娃玻璃烟复在模腔中；W及
[0020] 图6示意性地显示绕着预制件压实体组装件装载第二量的氧化娃玻璃烟复时图2 所示模具的横截面。
[0021] 详细描述
[0022] 下面将详细参考从氧化娃玻璃烟复形成光学预制件的方法和设备的实施方式，附 图展示了它们的实施例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类 似的部分。在一种实施方式中，形成光学预制件的方法可包含在模具主体的模腔中装载氧 化娃玻璃烟复。模具主体可W足W迫使氧化娃玻璃烟复朝向模具主体内壁的旋转速度旋 转。然后，在模具主体旋转时，沿向内的径向方向压缩氧化娃玻璃烟复，W形成烟复压实体 层。下面将具体结合附图更详细地描述从氧化娃玻璃烟复形成光学预制件的方法和设备的 各种实施方式。
[0023] 本文将使用W下术语来描述烟复预制件和由此形成光纤预制件：
[0024] 如本文所使用，术语"折射率分布"是预制件压实体组装件和/或光学预制件的折 射率和半径的关系。
[0025] 如本文所使用，术语"升渗杂剂"指相对于纯的、未渗杂Si化能增加氧化娃玻璃折 射率的渗杂剂。如本文所使用，术语"降渗杂剂"是相对于纯的、未渗杂Si化能降低氧化娃玻 璃折射率的渗杂剂。
[0026] 如本文所使用，结合氧化娃玻璃烟复时的术语"基本上不含"指氧化娃玻璃烟复包 含小于0.1重量％的规定材料作为污染物或未定(tramp)成分（即，不是故意添加到氧化娃 玻璃烟复的材料)。
[0027] 现在参考图1，其示意性地显示从氧化娃玻璃烟复形成光学预制件的烟复压制设 备100。烟复压制设备100包含旋转地禪合到旋转装置104的模具102,所述旋转装置104用于 绕着模具102的长轴线106(即，模具102的旋转轴线)旋转模具102。旋转装置104可为使模具 102旋转的任何合适的装置。例如，在图1所示烟复压制设备100的实施方式中，旋转装置104 是车床(lathe)。在替代实施方式中（未显示），旋转装置可W是包含一个或多个主动驱动漉 的漉道，其与模具晒合且绕着模具长轴线旋转模具。然而，应理解，可使用适用于使模具旋 转的其它装置，包括但不限于特制的装置。
[00%]现在参考图1和2,图2示意性地显示图1所示烟复压制设备100的模具102横截面。 模具102总体包含在其中形成的具有模腔110的模具主体108。模腔110的径向横截面是圆形 的（即，沿着图2所示坐标轴的+/-y-方向或+/-X-方向经过该模具的截面）。因此，应理解模 腔是总体圆筒形的。模具主体108可由侣合金、钢、碳纤维、聚合物材料或任意其它合适的材 料形成。在图2所示的实施方式中，模具主体由侣合金形成。
[0029] 模具102还包含可弹性变形的囊状物112,其设置在模腔110之内并邻近模具主体 108的内壁114。可弹性变形的囊状物112由可弹性变形的和可恢复的材料例如胶乳橡胶、娃 酬、氯下橡胶、诱铸氨基甲酸醋等形成。在本文所述的实施方式中，可弹性变形的囊状物112 由胶乳橡胶形成，其厚度是约15/1000英寸到约30/1000英寸（~0.3mm-约0.8mm)。然而，应 理解，设想了用于可弹性变形的囊状物112的其它厚度。还应理解，还设想了用于可弹性变 形的囊状物112的其它材料。
[0030] 可弹性变形的囊状物112总体呈圆筒套筒的形状，其两端是开放的。在一些实施方 式中，可弹性变形的囊状物112的直径小于模腔110的内径化。可弹性变形的囊状物112设置 在模腔110中，且囊状物的端部在模具主体108的端部上伸展和折叠。用弹性带120将折叠的 端部在模具主体108的外径上固定到位，绕着该弹性带120设置软管夹122。当处于松弛状态 时，可弹性变形的囊状物112至少部分地与模腔110的内壁114隔开，如图2所示。
[0031] 模具102还包