通过内部气相沉积工艺制造光学预制件的方法和装置及基管组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制件的装置，其中，该装置包括能量源和中空基管，该中空基管具有供给侧和排出侧，该能量源能够沿着中空基管的长度移动，该装置还包括连接至中空基管的排出侧的延长管。
【背景技术】
[0002]通常，在光纤领域中，在基管的内表面上沉积多个玻璃薄膜。基管是中空的以使得能够进行内部沉积。基管可以由例如石英玻璃(S12)的玻璃制成。玻璃形成气体(即，包括玻璃以及可选地针对掺杂物的前体的形成所用的气体的反应气体)从基管的一端(被称为基管的“供给侧”)被引入该基管的内部。
[0003]在基管的内表面上沉积(分别根据具有或不具有一个或多个针对掺杂物的前体的反应气体的使用的)掺杂或未掺杂的玻璃层。剩余气体从被称为基管的“排出侧”的基管的另一端被排出或去除。该去除可选地由真空栗来执行。真空栗具有在基管的内部产生减压的效果，其中该减压通常包括5?50mbar、即500?5000帕斯卡的压力值。
[0004]已知有气相轴向沉积(VAD)、改进的化学气相沉积(MDVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD或PCVD)的几种类型的内部化学气相沉积(CVD)。等离子体增强化学气相沉积(PECVD或PCVD)是用于在基板上沉积从气态(蒸汽)到固态的薄膜的工艺。在该工艺中涉及在创建了反应气体的等离子体之后发生的化学反应。
[0005]—般地，通过使用电磁辐射、优选为微波来诱导等离子体。通常，来自发生器的电磁辐射经由波导指向施加器，其中该施加器包围基管。该施加器使电磁辐射耦合到在基管的内部所产生的等离子体中。该施加器在基管的长边方向上往复移动。因而，所形成的等离子体(还称为“等离子体反应区”)也往复移动。作为该移动的结果，每次行程(stroke)或通过(pass)使得薄的玻璃态二氧化硅层沉积到基管的内部上。
[0006]在沉积工艺期间，施加器和基管通常由加热炉包围，以使基管维持处于900-1300°C 的温度。
[0007]因而，在加热炉的边界内，施加器沿着基管的长度平移移动，其中该加热炉包围基管并且施加器在该加热炉内往复运动。随着施加器的该平移移动，等离子体也在相同方向上移动。随着施加器到达加热炉的靠近基管的一端的内壁，使施加器的移动反转以使得该施加器向着加热炉的另一内壁移动至基管的另一端。换句话说，施加器以及等离子体在基管的供给侧的换向点和排出侧的换向点之间往复运动。施加器以及等离子体沿着基管的长度以来回移动的方式行进。将各次来回移动称为“通过”或“行程”。各次通过使得玻璃态二氧化硅材料的薄层沉积在基管的内部。
[0008]通常，仅在基管的一部分、即被施加器包围的部分中产生等离子体。施加器的尺寸小于加热炉和基管的尺寸。仅在等离子体的位置处，反应气体被转换成实心玻璃并且沉积在基管的内表面上。由于等离子体反应区沿着基管的长度移动，因此玻璃沿着基管的长度或多或少均匀地沉积。
[0009]在通过的次数使这些薄膜、即所沉积材料的累积厚度增加的情况下，这种增加由此导致基管的剩余内径的减小。换句话说，基管内的中空空间随着每次通过而不断变小。
[0010]在沉积工艺期间，将基管夹入玻璃加工车床。施加器仅在所述基管的一部分的上方往复移动。这存在所述昂贵基板的仅一部分可用于制备光纤的缺点。为了克服该问题，例如根据以下的公开文献，已知将一个质量较低的玻璃管(例如，所谓的延长管)至少安装至所述基管的排出侧。这样使该管的总长度延长。将这些延长管夹入玻璃加工车床内，从而使可用于沉积的基管的有效长度增大。
[0011 ] 根据本申请人的欧洲专利申请EP 1,801,081，公开了一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制件的装置，其中:在基管的排出侧的内部存在插入管；该插入管的外径和形状与基管的内径和形状大致相对应；以及该插入管延伸到基管的外侧。换句话说，插入管插入基管的端部内。
[0012]根据日本专利申请JP 2003-176148，已知有一种用于制造光纤的预制件的方法，包括以下步骤:使排气管同轴地安装至石英管。
[0013]根据美国专利US 4，389，229，已知一种用于利用改进的化学气相沉积工艺来制造光导预制件的方法，其中，未沉积的反应物穿过玻璃基管并流入反应物排气系统，并且由均匀流动的反应物游离气体输送穿过该反应物排气系统。这些反应物穿过排气管、反应物回收室、经过压力控制设备并进入气体洗涤器。在该工艺期间，通过连续监测排气系统内的压力并相应地调节压力控制设备来使排气系统内的压力维持大致恒定。
[0014]根据欧洲专利申请EP I, 988，062，已知一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制件的装置和方法，该装置包括能量源和基管，其中，该基管具有用于供给玻璃形成前体的供给侧和用于排出没有沉积在基管的内部上的成分的排出侧，而该能量源能够沿着基管的位于供给侧的换向点和排出侧的换向点之间的长度移动。
[0015]例如，日本专利申请JP 2003-176148的一个缺陷是在内部气相沉积工艺中沉积在沉积区域的外部的玻璃状材料引起基管中所积累的机械应力。该机械应力可能会导致基管在光学预制件生产期间发生断裂，这是不期望的。
[0016]包括安装至基管的排出侧的延长管的已知装置的另一缺陷是延长管和中空基管之间的连接在后续的径向收缩(collapsing)步骤期间经受机械张力，这可能会导致基管或由此得到的初级预制件出现裂纹，这是不期望的。
[0017]在现有技术中，可能导致基管或初级预制件出现裂纹的另一问题是在延长管的内部存在粉尘(soot)。在内部沉积工艺完成的情况下，去除温度通常仍非常高(例如，800-900摄氏度等)的内表面上沉积有玻璃层的基管。在随后该基管略微倾斜的情况下，产生所谓的烟囱效应(chimney effect)，这导致粉尘的一部分流入基管内而造成玻璃层被污染。在没有去除粉尘的情况下，由于施加至所述延长管的机械应力而可能会在径向收缩工艺期间产生裂纹。这可以通过在使所述延长管倾斜之前手动从该延长管去除所述粉尘来克月艮，但该操作由于高温而难以进行。
[0018]先前在现有技术中已经通过将插入管引入基管中解决了该问题。该插入管“捕获”粉尘，并且可以在后续的径向收缩之前容易地从基管移除。
[0019]将插入管插入基管内的已知装置的缺点是导致在基管的内表面上的与插入管邻接的纵向位置上积累了不期望的玻璃状沉积，其中该玻璃状沉积导致裂纹形成的增加。以下将更详细地说明该情况。
[0020]本发明的目的是提供一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制件的装置，其中，紧挨在沉积区域的外部上所沉积的玻璃所引起的积累在玻璃中的内部应力以及中空插入管和中空基管之间的连接的机械张力均降低。
[0021]本发明的另一目的是提供用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制件的方法，其中，避免或至少减少了上述的内部应力积累和机械张力。
[0022]本发明的另一目的是提供不存在现有技术的缺陷的基管组件。
[0023]上述的各目的由本发明来实现。
【发明内容】
[0024]本发明的第一方面涉及一种装置，其第二方面涉及一种方法，并且其第三方面涉及一种基管组件。
[0025]在所述第一方面中，本发明涉及一种用于通过内部气相沉积工艺来制造光学预制件的装置，所述装置包括能量源和中空基管，所述中空基管具有供给侧和排出侧，所述能量源能够沿着所述中空基管的长度移动，所述装置还包括连接至所述中空基管的所述排出侧的延长管，其中，所述中空基管延伸至所述延长管的内部，以及所述延长管的内径比所述中空基管的外径大了至少0.5毫米。
[0026]在所述第一方面的实施例中，所述中空基管延伸至所述延长管的内部的长度为0.5?10厘米。
[0027]在所述第一方面的实施例中，所述中空基管延伸至所述延长管的内部的长度为2?5厘米。
[0028]在所述第一方面的实施例中，所述中空基管延伸至所述延长管的内部的长度为2.5?3.5厘米。
[0029]在所述第一方面的另一实施例中，所述延长管的内径比所述中空基管的外径大了0.5?5晕米。
[0030]在所述第一方面的另一实施例中，所述延长管的内径比所述中空基管的外径大了I?2毫米。
[0031