专利名称：由石英玻璃制造光学元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种由石英玻璃制造的光学元件的方法，其中在垂直方向上提供共轴结构至加热区，所述共轴结构包括由具有可抽真空内孔的石英玻璃罩管环绕的芯棒，该共轴结构在加热区中逐区(zonewise)加热并且形成拉伸球管，经拉长而获得石英玻璃元件。
用于光学纤维的中间产品(预成型或者简单实心圆筒)形式的光学元件或本身呈光学纤维形式的最终产品是通过压扁和拉长共轴结构而制造的，所述共轴结构由包括石英玻璃芯棒和环绕芯棒的石英玻璃的外罩管组成。
US 6,460,378 B1公开了上述类型的方法。在该方法中，在拉长过程中，芯棒同时用垂直排列的内罩管和外罩管包覆。芯棒在其上端与石英玻璃夹持器熔合。为了在外罩管的内孔中固定芯棒，该罩管在其下端区域中具有收缩部分。该收缩部分用作夹持环的支承物，在外罩管垂直定向的条件下，将该夹持环自上引入到罩管的内孔中。夹持环的外径小于外罩管的内径，但略大于收缩部分的内径，以便夹持环在收缩部分的区域上从上方安置下来。芯棒的圆锥形下端的一部分贯穿夹持环的中心孔，以便夹持环形成用于芯棒的中心固定和轴向止动。而且，第一内罩管安置在夹持环上的前侧。
彼此间通过夹持环固定的石英玻璃元件然后在其上端彼此熔合，抽真空并且在外罩管的内孔中保持该真空。为此，石英玻璃环需要密封内外罩管间的间隙，石英玻璃环还有助于在该结构的上部区域内彼此地固定该元件。需要附加的加热工序以熔合上部元件端；这可能难以校正随后发生的与所需的几何形状间的偏差。
光学优质元件的可复现的生产要求在制造和工艺流程的时间方面付出相当的努力，以确保精确的共轴结构和芯棒与罩管彼此之间的固定，然后进行拉长过程。
然而发现在拉长过程期间上部芯棒端的固定导向和装配难以保持(observe)待被抽出的元件的所需几何形状。使上部芯棒端能够在一定程度上移动的装配可在拉长过程期间的自动定心，所述自动定心需要所要制造的元件有更好的尺寸稳定性。然而，这种工艺流程的一个缺点是呈松态排列于内孔中的芯棒由于其重量造成的在拉长过程期间向下压并且使拉伸球管软化石英玻璃块变形或者甚至使所述石英玻璃块断裂。此外，由于向下压芯棒，与套材料相比，相对富集了芯棒材料，这导致了所谓“b/a比值”(套直径与芯直径之比)的变化。这是光学纤维和预成型品特别重要的参数，通常仅允许与所需值有极小的偏差。
尽管在罩管的内孔中施加负压可以抵消芯棒的下垂，但是当大气压在外部施加于拉伸球管时，相对于内孔中的压力出现1巴的最大压差。取决于芯棒材料的比重和拉伸球管的具体形状，长度在约3米以上的芯棒就不能在1巴的最大压差下再被安全地夹持。然而，为了改善制造方法的经济性，要求使用更长的芯棒。
因此，本发明的目的是提供一种简单和廉价的方法，其能通过拉长由芯棒和罩管组成的共轴结构经济地制造优质的光学元件。
依上述方法，本发明的目的是在内孔中使用一种芯棒，所述芯棒包括至少两个芯棒段(section)，其松散地一个排列于另一个之上，上芯棒段的重量负载在拉伸球管之上所提供的罩管的夹持或支承部分中。
本发明方法的特征在以下方面1.能够使用尽可能长的芯棒而没有任何明显的拉伸球管变型和“b/a比值”的变化，该两个措施是不可缺少的。一方面，使用纵向分开的芯棒。所述棒在内孔段中包括至少两段(segment)(芯棒段)，一个排列于另一个之上，其间可以保持间隙。由此可以在除拉伸球管以外的某一位置，即在罩管上负载至少一个上芯棒段的重量。为此，罩管包括拉伸球管之上的夹持或支承部分。上芯棒段被直接或间接支承在支承部分上，或者其直接或间接地悬吊于夹持部分。
芯棒被分成纵向的段。从拉长过程开始起，下芯棒段因此要求其自身固定以防从罩管的内孔中的任何落下。
单个芯棒段的长度尺寸是这样的，如果夹持或支承部分各自在拉长过程中被熔化，则由于内孔中所产生的负压而也可以使得芯棒段的重量被安全地夹持。通过将芯棒分成若干段具有其它优点。一方面，更短的芯棒段的制造可以比更大的芯棒段更容易和经济，还可以使用经选择的剩余段(piece)，并且考虑到与理想的圆筒在称和尺寸公差上的不可避免的偏差，向罩管中插入更短的芯棒段是较容易的并且因而能够保持较小的间隙。
因为部分芯棒重量负载在罩管上，在本发明方法中由芯棒和罩管构成的结构可以大体上是由现有技术中所能实现的长度的数倍。
2.此外，芯棒呈松态排列在罩管的内孔中。这意味着芯棒段在某种程度上是可倾斜的或可轴向转动的或者是可横向移动的，该移动可在拉长过程中实现自动对心。
在共轴结构中，芯棒由一个或多个套管环绕。罩管是指这种套管，其中上芯棒段的重量最后负载在该套管上，即该管包括本发明意义内的夹持或支承部分。罩管直接环绕芯棒，或者将一个或若干个其它套管置于罩管和芯棒之间。必要的是该罩管未将其重量置于拉伸球管上。
芯棒排列在罩管的内孔中。内孔是可抽真空的，真空装置的连接位置与按本发明所述的成功与否没有关联，因此其还可以位于罩管的内孔以外。
本发明的上芯棒段是其重量负载在罩管的夹持或支承部分上的芯棒段，并且置于其它下芯棒段上面。这是芯棒的最上面的芯棒段或者排列在最上面的芯棒段下面的芯棒段。
本发明的方法能够通过使用大长度的芯棒和罩管可复现地制造尺寸上稳定的光学元件(棒、预成型品、纤维)并且具有较高的产率。
在本方法的第一优选方案中，上芯棒段悬吊于夹持或支承部分。
被悬吊的夹持使得更容易地将上芯棒段的预定位置保持在内孔中。夹持或支承部分通常如此排列在上芯棒段的上端，以使在共轴结构逐区熔化时能长时间保持其夹持功能。
优选地，上芯棒段在其上端具有置于罩管的上表面上的凸辊环。
夹持或支承部分由罩管的上表面形成，上芯棒段间接地经由其它元件支承或直接地支承在罩管的上表面上。这里上芯棒段具有夹紧罩管表面的凸辊环。为了确保在内孔中、特别地在芯棒和罩管的环隙中施加和维持负压，凸辊环宜包括气体通口。
作为替代方案并且同样是优选的，支承在罩管壁中的夹持体与上芯棒段的上端啮合。
夹持体与上芯棒段的上端熔合，它被嵌入其中，或者它贯穿芯棒段的孔。重要的是要支承在罩管上。在最简单的情况下，它是贯穿罩管壁和贯穿芯棒的石英玻璃针。
本方法的两种方案不需要或仅需要少量对付上芯棒段或罩管的热变形措施。形成适于石英玻璃针的通道的孔可以在冷态下发生(无热变形)。上芯棒段还可以保持一定的移动自由度，使得能够在拉长期间可自动对心。
作为悬吊装配的替代方案或者补充，当上芯棒段是支承在夹持或支承部分上时，其结果也是有利的。
悬吊装配的弱点是待夹持在芯棒段中的上端的机械强度。由于支承装配，排除了上芯棒段的断裂。
当以罩管内孔的颈的形式构成夹持或支承部分时，上芯棒段直接或间接地安置在内孔的颈上是有益的。
罩管由一段构成，或者它由两段或更多段罩管段组成。重要的是提供至少一个罩管内孔的颈。该颈用作本发明中的夹持或支承部分。其结构使上芯棒段直接或间接地经由排列在罩管的内孔中的其它元件安置于其上。因此，上部芯棒部分的重量经由颈负载在罩管上，以便该重量不作用于在拉长期间逐渐形成的拉伸球管。该颈例如是通过内孔的阶梯形或圆锥形锥体或者通过凸出罩管壁而进入内孔的支承体来实现。下芯棒段或其部分在颈的下面延伸。
在颈的区域内，芯棒被分成上和下芯棒段。虽然上芯棒段被支承在颈上，但是颈可以同时用作下芯棒段的邻接以防漂浮，如将在下文中更详细地阐述。
本方法方案特别有益的是，其中颈结构成罩管的环绕内卷边的形式。
环绕内卷边在机械上是特别稳定的，并且防止直接或间接地安置在其上的芯棒段的滑动。不存在有关内孔密封性的问题。
此外，内卷边可以以特别容易的方式形成，特别是当，如在本方法的优选方案中，通过对头焊接管状段而制造罩管，并且在连接点区域内在焊接期间同时形成颈(优选地以内卷边的形式)。
在本方法的特别优选的方案中，上芯棒段直接或间接地安置在下芯棒段上，下芯棒段的重量负载在夹持或支承部分上。
在这种情况下，夹持和支承段同时用来装配或夹持下芯棒段和上芯棒段，这降低了生产成本。上芯棒段直接或间接地安置在下芯棒段上，并且不必为此以特殊的方式处理。
当下芯棒段悬吊于夹持或支承部分时，结果是特别有利的。
夹持或支承部分例如呈罩管的上表面的形式构成，所述罩管由下芯棒段的凸辊环夹紧，或者下芯棒段悬吊于支承体，所述支承体贯穿罩管壁并且啮合于下芯棒段的上端。在拉长过程中的结构的逐区软化期间，所述部分将仅在以下时刻软化下芯棒段是短的并因此下芯棒段的剩余重量是低的。重要的是上芯棒段可以安置在下芯棒段上，而没有使全部两个芯棒段的重量落在拉伸球管上。
在上芯棒段呈松态排列在罩管的内孔中的情况下，“漂浮”会在拉长过程期间发生。个芯棒段在与拉伸方向呈相反方向上的向上运动意指漂浮。只要当前被软化的芯棒段显示了低重量和在向上方向的小作用，漂浮就可能出现。这种作用导致在拉伸球管中相对缺少芯棒材料，这同时导致被抽出的元件在“b/a比值”方面的变化。
为防止这种情况，在本发明方法中提供了至少一种方法来防止在拉长期间的芯棒段的漂浮。
当用于防止漂浮的方法是由内孔的颈形成时，结果是特别有益的。
在这种情况下，罩管内孔的颈同时用作上芯棒段的支承并且作为防止排列在颈下面的其它芯棒段的漂浮的邻接，在这种情况下，所述芯棒段完全位于颈的下面。
在本发明方法的特别优选的方案中，共轴结构包括内圆筒和外圆筒，所述内圆筒环绕芯棒并且形成具有夹持或支承部分的罩管，而所述外圆筒环绕内圆筒。
在这种情况下，内圆筒具有用于上芯棒段的夹持或支承部分，并且它包括其自身的装配。通常，内圆筒的壁厚小于外圆筒的壁厚，这简化了夹持或支承部分的形成，例如通过玻璃吹制加工。
在这方面，当内圆筒包括颈时，结果是特别有利的。
至少一个颈，例如以内卷边形式，可更易用较薄壁的内圆筒形成，并且同形成外圆筒的情况相比，成本更低，所述外圆筒通常以厚壁的空心圆筒的形式存在。
此外，当上芯棒段悬吊于内圆筒的夹持或支承部分时，结果是有利的。
如以上所述，因此，例如上芯棒段具有夹紧内圆筒表面的边辊环。或者提供了至少一个夹持装置，其夹持上芯棒段并且被支承在内圆筒上。在最简单的情况中，该夹持装置是石英玻璃针形式的夹持体，其贯穿内圆筒并且贯穿芯棒。
在另一个其共轴结构包括环绕芯棒的内圆筒和环绕内圆筒的外圆筒的方法中，外圆筒形成具有夹持或支承部分的罩管。
不仅上部芯棒部分的重量负载在外圆筒上，而且内圆筒的重量或其部分也负载在外圆筒上。
芯棒是用于待制造的光学元件的芯区的石英玻璃，就时间、材料和因而成本而言，其的制造是特别费事的。因此在芯棒已被制造后，会改变光学性质或者甚至导致芯棒损失的精加工处理、特别是热处理必须尽可能地避免。在方法的优选方案中，在内圆筒中没有任何棘手处理措施的情况下，可以通过内圆筒固定上芯棒段，所述内圆筒由至少一个下纵向段和一个上纵向段构成，所述上纵向段其下端包括窄的内孔，上芯棒段被置于窄的内孔上。
在本方法中，提供了内圆筒，其类似于芯棒由呈松态叠置的纵向段组成。所述纵向段中的至少之一还用来夹持且固定芯棒段，其中其内孔包括颈，所述颈的内径小于安置在颈上的芯棒段的外径，或者对于经由中段在颈上的芯棒的间接支承，所述颈的内径小于所述中段的外径。内孔的颈可易于在通常是薄壁的内圆筒中形成。内孔的上述颈例如还适于最底下的芯棒段的最初固定。
所讨论的纵向段被支承在罩管(外圆筒)的夹持或支承部分上，或者其悬吊于所述位置。
优选是夹持或支承部分以外圆筒的内孔的颈的形式成形，内圆筒的上纵向段以其下端置于所述外圆筒之上。
在这方面，参考上述有关一般形式的罩管相应设计的说明，这些同样地适用于外圆筒上的颈的结构。特别地在外圆筒上形成颈的优点是，在最简单的情况下，芯棒和内圆筒都不需要任何机械处理或者玻璃吹制加工。
在特别合适的实施方案中，上芯棒段被固定在内圆筒中，所述内圆筒在其上端包括夹紧夹持或支承部分的凸辊环。
内圆筒作为一个部件制造或者由多个纵向段组成。无论如何，环绕上芯棒段的内圆筒部分包括具有边辊环的上端，所述边辊环夹紧形成在外圆筒上的夹持或支承部分，例如呈外圆筒上表面的形式。上芯(棒)被夹持在内圆筒中。其重量因而经由内圆筒间接地传送到外圆筒。上芯棒段被固定在内圆筒中，例如通过以上措施(内圆筒内孔的颈、装在贯穿内孔的支承体上或者悬吊于该支承体，向上芯棒段的末端提供夹紧内圆筒的边辊环)。内圆筒的边辊环有利地这样结构，使得其不妨碍在内圆筒和外圆筒间的环形间隙中施加和维持负压。
开始，必须防止下芯棒段从罩管的内孔中脱落。一旦由于在拉长过程期间的软化而不再需要相应的夹持功能时，共轴结构(或其余)的下芯棒段的重量将置于拉伸球管上。
优选地，下芯棒段的重量负载于除夹持或支承部分以外的某一位置。
本方法的这种方案的优点是，下和上芯棒段的重量负载在不同位置，以使相应的夹持单元紧凑并且降低了由于很大重量造成的断裂的危险。
作为一种替代方案并且同样优选的是下芯棒段的重量负载在夹持或支承部分上。
本方法的这种方案的优点是夹持单元的数量少和因而共轴结构的生产成本是低的。
此外，作为以上更详细说明的方法的全部方案的补充，当石英玻璃的中段(上芯棒段置于其上)排列在罩管的夹持或支承部分时，结果是特别有益的。
在夹持或支承部分的周围区域中，共轴结构的几何形状可以在轴向上是不规则的，并且此外可以与理想圆柱对称有某种偏差。结果，该部分不适于制造优质光学元件并通常遭到拒绝。因为芯棒特别地由优质石英玻璃构成，相关芯棒部分在所述部分中被以中段形式的较廉价的石英玻璃所代替。在本发明的实施方案中，这同样适用于内圆筒，其中夹持或支承部分在外圆筒上。此外，中段可以具有适于上芯棒段的补充夹持或支承功能，并且必要时承担内圆筒的上述功能，因此简化了夹持或支承部分的形成。作为例子应当提及的颈上的中段，并且在中段上支承有上芯棒段和内圆筒。
为了确保在内孔中施加和维持负压，中段有利地具有气体通口。
的确本发明方法要尽力形成罩管中合适的夹持或支承部分或者上芯棒段的合适结构。然而，如果罩管的长度大于4米的话，这些额外努力通过产率的提高而得以补偿。芯棒具有相当大的长度。
参考实施方案和附图更详细地解释本发明的方法。附图是示意图，其中
图1是用于实施本发明方法的共轴结构的实施方案的总图，所述共轴结构由芯棒、内套管和外套管组成；图2是上芯棒段的图1的放大详图，所述上芯棒段装配在外套管的内卷边上；图3是图2所示装配的第一改型；图4是图2所示装配的其它改型；图5是上芯棒段在下芯棒段上的支承装配，所述下芯棒段被固定到单独被夹持的内套管上；图6是在单独被夹持的内套管中装配上芯棒段的其它实施方案；和图7是在具有边辊环的内套管中装配上芯棒段的实施方案。
图1显示由芯棒1、内套管2和外套管3组成的石英玻璃结构。所述元件的纵轴各自在与整体结构的垂直定向的中心轴4呈共轴方向延伸。
芯棒1由高纯度人造石英玻璃构成并且包括上芯棒段1a和与其分离的下芯棒段1b。根据所谓的OVD方法，通过沉积SiO2颗粒制得芯棒段1a、1b，各自具有芯/套结构。这意味着，当在径向上观察时，其具有不均一的折射率分布。在内套管2的内孔中，芯棒段1a、1b以空间隔开的关系呈松态一个堆叠在另一个上。芯棒段的长度都约为3米，其外径约为38mm，使得内环形间隙5在套管2和芯棒1间的间隙宽度为约1mm。
直接环绕芯棒1的内套管2由高纯度石英玻璃构成，其根据所谓的OVD方法由外部沉积获得。它包括上段2a和下段2b。各段在外套管3的内孔中在轴向(中心轴4)上彼此分开并且呈松态一个堆叠在另一个上。各套管段2a和2b的长度分别相当于嵌入其中的芯棒段1a和1b的长度，并因而在各自实施方案中也为约3米。套管段2a、2b的内径是40mm和它们的外径是52mm。
环绕内套管2同时留有外环隙7的外套管3由人造石英玻璃构成。它由两个彼此对头焊接的圆柱形构件3a、3b组成。在连接点处，形成环绕卷边6(以下称为“内卷边6”)，其延伸进外环隙7约3mm。在焊接圆柱形构件3a、3b期间形成内卷边6，其中面对连接点的两个圆柱形构件3a、3b的区域被软化，并且在两圆柱形构件3a、3b被直接压在一起前，借助于石墨工具使圆柱形构件中的一个的内缘向内弯曲。外套管的外径是195mm。在内卷边6的区域内，内径约为48mm，否则约54mm。
具有通孔10的石英玻璃的上间隔盘9直接置于内卷边6上。上间隔盘9的外径为52mm，厚为20mm。通孔10沿绕中心轴4的半径延伸，其半径大致相应于内环隙5的中心半径。上芯棒段1a和上套管段2a位于在上间隔盘9上。因此，其重量经由上间隔盘9传送到内卷边6并因而传送到外套管3。
石英玻璃的下间隔盘11具有相当于上间隔盘9的几何形状，其在内卷边6的底部延伸。下间隔盘11定位于下芯棒段1b和下套管段2b的上表面上。通过使内孔闭合的石英玻璃板12来防止这些元件从外套管3的内孔中脱落，该板又用贯穿板12并且在穿过外套管3的壁两侧的销钉13固定。
由较差质量石英玻璃构成的夹持圆柱14熔合到外套管3的上表面端。夹持圆柱14具有环绕的矩形凹槽15并用作夹具的接收器(未示于附图中)，通过所述夹具外套管3被夹持和移动。该夹具是装在万向支架上的，使得外套管3可在拉伸方向(指向箭头16)的横向方向装配的万向支架附近轴向转动，这有助于在拉长过程期间自动对心。
夹持圆柱14的上端用盖17封闭，气体管线18通过盖17，经由气体管线18，外套管3的内孔和同样内套管2的内孔是可抽真空的，并且通过气体管线18可以引入吹扫气。
另一石英玻璃板19置于上芯棒段1a和上套管段2a的上表面上。石英玻璃板19还包括用于将真空通过其传到内套管2的内孔上的孔。防止上芯棒段1a在拉长过程期间漂浮的支承棒20在石英玻璃板19和盖17间延伸。
在图2至8的范围内，使用与图1相同的附图标号，这些将表示为通过实例并参考结构说明如上所述的结构上同一或等同的元件和部件。
图2示出尺寸放大了的图1的区域A。间隔盘9和11的外径大致相当于内套管2的外径，以便其上下段可以被支承在各自的间隔盘9和11上。另一方面，间隔盘9和11的直径大于在内卷边6的区域内的内孔的内径，以使间隔盘9和11分别自上和自下安置在内卷边上。
图3和4示出用于通过在外套管3的内卷边6的支承在区域A中固定上芯棒段1a的替换实施方案。
在根据图3的实施方案中，内套管2的上段2a具有向下成锥形的锥体下端30，形成开口宽度约25mm的内套管2的内孔的颈。上芯棒段1a安置在所述颈上。这里可以省略间隔盘中的一个，使得同图2的实施方案相比，芯棒段1a、1b间的距离较小。然而，内套管2a的圆锥形下端30可以在这里延伸至低于内卷边6的位置，使得间隔环31可用于防止同间隔盘11的接触。
在根据图4的实施方案中，可以省略两个间隔盘。同样在这种情况下，内套管2的上段2a具有向下成锥形的锥体下端40，形成开口宽度约25mm的内套管2的内孔5的颈40，而上芯棒段1a安置在所述颈上。内套管2的下段2b包括具有向外取向的辊环41的上端，所述辊环41夹紧内卷边6。
在全部上述本发明的实施方案中，上芯棒段1a和内套管2的上段2a的重量直接或间接地经由内卷边6负载在外套管3上。
为了防止芯棒1a、1b和内套管50在拉长过程期间漂浮，提供了如图1所示实施方案中的类似装置。所述装置包括盖17，其牢固地连接到夹持圆柱14。支承棒20在盖17和位于上芯棒段1a上的支承盘19间延伸。经由通过盖17的气体管线，至少环形间隙5是可抽真空的。
图5显示了本发明方法相似的实施方案，然而其中，上芯棒段1a的重量负载在内套管2上。
内套管52和外套管53各自长度为6米并且被焊接在一起，自长度为3米的段上没有任何明显的接缝。下芯棒段1b的上端具有通孔，石英玻璃销钉54穿过通孔延伸，借此所述芯棒段1b被夹持悬吊以在某种程度上在内套管52的壁上是可轴向转动和可替换的。芯棒段1b的孔可以在冷态中形成(无热变形)。
上芯棒段1a直接安置在下芯棒段1b的上表面上。接触点在图5中用附图标号55表示。这里可以省略间隔盘。通过单独的夹持器来支承内套管52(未示于图5中)。为防止在拉长过程期间上芯棒段1a的漂浮，如图1中所示的实施方案，提供了类似装置，其中上芯棒段1a经由支承盘和支承棒安置在闭合盖上。
图6和7示意地显示了本发明的其他实施方案，其中上芯棒段1a的重量负载在内套管2上。
在根据图6的实施方案中，外套管3和内套管60各自对头连接在一起，自两个长度为3米的段上没有任何明显的接缝。内套管60在大致其中心处具有锥体61，上芯棒段1a置于锥体61上。在连接套管段期间形成锥体61。下芯棒段1b在锥体61的下面延伸，在芯棒段1a、1b之间保持窄间隙63。通过与外套管3分开的石英玻璃的夹持器62(和作用于其上并且装配在万向支架上的夹具)来夹持内套管60。为此，石英玻璃夹持器62熔合到内套管60的上端。
与图6不同，根据图7的实施方案示出上芯棒段1a悬吊装配在内套管70上。所述管还被制造成一体部件，自两个长度为3米的连接段上没有任何明显的接缝，通过熔合到其上表面的石英玻璃的夹持器71(和通过作用于其上的夹具)将所述管夹持。通过石英玻璃销钉72实现上芯棒段1a的悬吊装配，所述石英玻璃销钉72在内套管70的上端延伸穿过其壁和芯棒段1a的上端。为此，在冷态中上芯棒段1a具有装配孔，确保一定的绕销钉轴的枢转性。下芯棒段1b安置在另一石英玻璃销钉74上，所述石英玻璃销钉74在内套管70的下端延伸穿过其壁。小间隙73保持在芯棒段1a、1b之间。通过外套管3确保内套管70的内孔的真空密封性。
在根据图8的本发明实施方案中，内套管的上段2a具有上端，其具有边辊环80，所述边辊环80安置在外套管83的上表面86上。此外，内套管的上段2a的下端具有锥体81，上芯棒段1a被置于锥体81上。上芯棒段1a的重量因而经由内套管2负载在外套管83的上表面86上。安置在下套管段2b的颈85上的下芯棒段1b排列在上芯棒段1a的下面。外套管83的下端向下逐渐减小成圆锥形。下套管段2b与固定在其中的下芯棒段1b一起安置在所述锥体84上。
为了防止芯棒1a、1b和内套管2a、2b在拉长过程期间漂浮，提供了如图1所示实施方案中的类似装置。所述装置包括盖17，其牢固地与夹持圆柱14和支承棒20熔合。支承棒20支承在具有通孔的支承板19上，其被置于上芯棒段1a和边辊环80上。经由导向穿过盖17的气体管线，外套管83的内孔是可抽真空的。
现将参考图1更详细地说明代表本发明方法且用于制造光学纤维的程序。
首先根据OVD方法制造芯棒段2。为此，通过轴向沉积中心GeO2-掺杂的芯层和环绕其的无掺杂的SiO2层而在旋转支承体上制造炭黑(soot)体，该炭黑体随后在含氯大气中进行脱水处理并且在温度约1350℃下在玻璃化熔炉中玻璃化，以便获得外径38mm和所需折射率分布的芯棒2。在待制造的外径为125μm的光学纤维中，芯棒1的芯形成直径约8.5μm的芯区。
作为以上所述根据OVD方法的芯棒生产方法的替换方案，也可以根据已知的MCVD、VAD、PCVD或FCVD(熔炉化学蒸气沉积)方法来制造。
以套管2和3的形式提供用于形成纤维的外罩玻璃层的其它套材料，所述套管2和3在纤维拉伸期间被直接地压扁到芯棒1上。借助于标准OVD方法，制造未添加掺杂物的套管段2a、2b、3a和3b。
外套管的段3a和3b经彼此熔合，借助于模塑工具制造内卷边6。此外，将夹持器14熔合到外套管3的上端。
具有内卷边6的外套管3的内孔自上用上间隔盘9、上套管段2a和上芯棒段1a填充。内孔随后自下在内卷边6的下面用相应的元件(11、2b、1b和12)填充，并且这些由销钉13固定，使得它们不能落下。
在本方法中，外套管3通过啮合到圆周槽11中的夹具来夹紧，随后呈垂直方向从下端开始向环形炉中提供全部共轴结构(芯棒1、内套管2和外套管3)，在其中逐区加热至温度约2050℃，光学纤维从软化区域中抽出。只要该结构下端没有软化和压扁，就经由气体管线18引入氮气的吹扫气流，所述气流防止杂质渗透到外套管3的内孔中。
一旦该结构的下部已经压扁，经由气体管线18在套管2、3的内孔中产生并维持约1000毫巴的负压。由于从软化区域中抽出玻璃物质，在共轴结构的下端形成拉伸球管。在拉伸过程开始时，经由间隔盘9，将上套管段2a和上芯棒段1a置于内卷边6上，并因而没有对拉伸球管施加任何负载。长度为3米的下芯棒段2b的重量可以由套管2、3的内孔中的真空承担。
外径为125μm的光学纤维从该结构的软化和压扁区域中抽出。以类似方式还可以制造光学纤维的预成型体。
权利要求
1.一种制造由石英玻璃制成的光学元件的方法，其中在垂直方向上提供共轴结构至加热区，所述共轴结构包括由包括可抽真空内孔的石英玻璃罩管(2)环绕的芯棒(1)，该共轴结构在加热区中逐区加热并且形成拉伸球管，经拉长而获得石英玻璃元件，其特征为在内孔(5、7)中使用芯棒(1、1a、1b)，所述芯棒(1、1a、1b)由至少两个芯棒段(1a、1b)组成，其呈松态一个排列于另一个之上，上芯棒段(1a)的重量负载在拉伸球管之上所提供的罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)的夹持或支承部分(6、54、61、72、86)中。
2.根据权利要求1的方法，其特征为上芯棒段(1a)悬吊于夹持或支承部分(72)。
3.根据权利要求2的方法，其特征为上芯棒段在其上端具有安置在罩管的上表面上的边辊环。
4.根据权利要求2的方法，其特征为支承在罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)壁中的夹持体(72)啮合上芯棒段(1a)的上端。
5.根据权利要求1的方法，其特征为上芯棒段(1a)支承在夹持或支承部分(6、54、61、86)上。
6.根据权利要求5的方法，其特征为夹持或支承部分成形为罩管的内孔(5、7)的颈(6、61)的形式，而且上芯棒段(1a)直接或间接地安置在内孔(5、7)的颈(6、61)上。
7.根据权利要求6的方法，其特征为颈结构成罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)的环绕内卷边(6)。
8.根据权利要求6或7的方法，其特征为罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)通过对头焊接管段而制造，在焊接过程期间同时在连接区域内形成颈(6、61)。
9.根据权利要求5的方法，其特征为上芯棒段(1a)直接或间接地安置在下芯棒段(1b)上，下芯棒段(1b)的重量负载在夹持或支承部分(54)上。
10.根据权利要求9的方法，其特征为下芯棒段(1b)悬吊于支持或支承部分(54)。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征为提供装置(6、61、72、19、20、17)以防止芯棒段(1a、1b)在拉长过程期间漂浮。
12.根据权利要求11和权利要求6至8中任一项的方法，其特征为用于防止漂浮的装置是由内孔(5、7)的颈(6、61)形成的。
13.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征为共轴结构包括内圆筒(2、2a、2b)和外圆筒(3、3a、3b)，所述内圆筒(2、2a、2b)环绕芯棒(1、1a、1b)并且形成具有夹持或支承部分(54、61、72)的罩管，而所述外圆筒(3、3a、3b)环绕内圆筒(2、2a、2b)。
14.根据权利要求13的方法，其特征为夹持或支承部分(61)以内圆筒孔的颈的形式形成。
15.根据权利要求12或13和权利要求2至4中任一项的方法，其特征为上芯棒段(1a)悬吊于内圆筒的夹持或支承部分(52、72)。
16.根据前述权利要求1至12中任一项的方法，其特征为共轴结构包括内圆筒(2、2a、2b)和外圆筒(3、3a、3b)，所述内圆筒(2、2a、2b)环绕芯棒(1、1a、1b)，形成具有夹持或支承部分(6、86)的罩管，而所述外圆筒(3a、3a、3b)环绕所述内圆筒(2、2a、2b)。
17.根据权利要求16的方法，其特征为内圆筒(2、2a、2b)由至少一个下纵向段(2b)和上纵向段(2a)组成，所述上纵向段(2a)在其下端具有狭窄内孔(7)，上芯棒段(1a)置于所述狭窄内孔(7)上。
18.根据权利要求17的方法，其特征为夹持或支承部分以外圆筒(3、3a、3b)的内孔(7)的颈(6、72)的形状形成，上纵向段(2a)以其下端置于所述外圆筒(3、3a、3b)之上。
19.根据权利要求16或17的方法，其特征为上芯棒段(1a)被固定在内圆筒(2、2a、2b)中，所述内圆筒(2、2a、2b)在其上端具有边辊环(80)，所述边辊环(80)夹紧夹持或支承部分(86)。
20.根据权利要求1至8或11至19中任一项的方法，其特征为下芯棒段(1b)的重量负载于不同于支持或支承部分(6、54、61、72、86)的某一位置。
21.根据权利要求1或权利要求5至14或16至19中任一项的方法，其特征为下芯棒段(1b)的重量负载在支持或支承部分(6、54、61、72、86)上。
22.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征为在夹持或支承部分(6)的区域内，石英玻璃的中段(9、11)排列于罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)内。
23.根据权利要求22的方法，其特征为中段(9、11)具有气体通口(10)。
24.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征为罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)的长度大于4米。
全文摘要
在用于生产由石英玻璃制成的光学元件的常规方法中，在垂直方向上将共轴结构引入加热区，所述共轴结构具有由包括可抽真空内孔的石英玻璃罩管环绕的芯棒，该共轴结构在其中按段加热并且形成拉伸球管，被拉长而获得石英玻璃元件。根据本发明，可以实现基于以上的简单和廉价的方法，该方法能够通过拉长芯棒和罩管的共轴结构而很经济地生产优质光学元件，其中使用了芯棒，在内孔中包括至少两个分开的芯棒，一个排列于另一个之上，并且上芯棒段的重量由拉伸球管之上提供的罩管的装配或支承区域承担。
文档编号C03B37/012GK1976879SQ200580019071
公开日2007年6月6日 申请日期2005年6月8日 优先权日2004年6月11日
发明者R·萨特曼 申请人:赫罗伊斯·坦尼沃有限责任公司