Способ изготовления заготовки для оптического волокна и устройство для изготовления заготовки для оптического волокна

 

1. Способ изготовления заготовки для оптического волокна путем подачи стеклообразующей смеси в паровой фазе через полую цилиндрическую трубкуподложку и последовательного осаждения смеси на внутренней поверхности трубки при перемещении источника нагрева в продольном направлении, о тл и ч-а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения скорости осаждения смеси, по оси трубки-подложки в зоне нагрева пропускают нейтральный газ, а стеклообразующую смесь подают в кольцевой канал, образованный сменками трубки-подложки и потоком газа. 2.Устройство для изготовления заготовки для оптического волокна, включающее трубку-подложку, источник нагрева трубки-подложки, средства для обеспечения продольного перемещения источника нагрева и. вращения трубкиподложки и средство для введения в один конец трубки-подложки стеклообразующей смеси в паровой фазе, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено трубкой для пропускания газа, введенной в конец трубки-подложки, в которой установлены средства для g введения стеклообразующей смеси, и заканчивающейся у источника нагрева. 3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено приводом перемещения трубки для пропускания газа вдоль трубки-подложки g c iHxpoHHo с перемещением источника нагрева. О 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) С 03 В 37 025

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 2 778 799/29-33 (22) 07,06.79 (311 913754 (32) 08.06.78 (331 США (46 15. 01. 84. Бюл. д 2 (72 ) Арнаб Саркар (Индия ) (71) Корнинг Гласе Воркс (США) (53) 666.189.212(088.8, (56) 1. Патент Франции М 2328670, кл. С 03 В 37/00, опублик. 1977. (54 ) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ НИЯ . (57 ) 1. Способ из готовления з аготовки для оптического волокн а путем подачи стеклообразующей смеси в паровой фазе через полую цилиндрическую трубкуподложку и последовательного осаждения смеси на внутренней поверхности трубки при перемещении источника нагрева в продольном направлении, о тл и ч- а ю шийся тем, что, с целью увеличения скорости осаждения смеси, по оси трубки-подложки в зоне нагре„„ U „„> 068028 А ва пропускают нейтральный газ, а стеклообразующую смесь подают в кольце вой канал, образованный c ен к ами трубки-подложки и потоком газа.

2. Устройство для изготовления заготовки для оптического волокна, включающее трубку-подложку, источник нагрева трубки-подложки, средства для обеспечения продольного перемещения источника нагрева и вращения трубкиподложки и средство для введения в один конец трубки-подложки стеклообразующей смеси в паровой фазе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено трубкой для пропускания газа, введенной в кî".åö трубки-подложки, в которой установлены средства для g введения стеклосбразующей смеси„ и заканчивающейся у источника нагрева.

3. Устройство по и, 2, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено ( приводом перемещения трубки для пропускания газа вдоль трубки-подложки синхронно с перемещением источника нагрева. с

) (1 з—!

",!

/ :

:36 i;

10 6 8028 подложки, в которой уст ановле ны средства для введения стеклообразующей смеси, и заканчивающейся у источника нагрева.

Устройство снабжено также приводом перемещения трубки для пропускания 5 газа вдоль трубки-подложки синхронно с перемещением источника нагрева.

На фиг. 1 показана схема осаждения стеклянного слоя; на фиг. 2 — схематическое изображение устройства; 0 на фиг. 3 и 4 — та же, продольный и поперечный разрезы; на фиг. 5 — конец трубки, которая может быть использована в устройстве.

Система содержит трубку-подложку

ы верхнему по ходу потока концу которой прикреплена трубка-рукоятка 2, а к нижнему — выпускная трубка 3. Трубки 2 и 3 зажаты в патроне обычного токарного станка для обработки стекла (не показан), и вся комбинация трубок вращвется в направлении, показанном стрелкой. Трубка-рукоятка, которая может быть исключена, представляет собой трубку из дешевого стекла, имеющую такой же диаметр, как у трубки-подложки, и не является частью получающегося световода. Горячую зону перемещают вдоль по трубке 1, перемещая тем самым нагревательные средстства 4, которые могут состоять из любого проходящего источника тепла, например из нескольких горелок, окружающих трубку 1. Реагенты вводят в трубку 1 через впускнуЮ трубку 5, которая соединена с несколькими ис- 35 точниками газов и паров. Источник б кислорода соединен через расходомер

7 с впускной трубкой 5 и через расхо" домеры 8, 9 и 10 с резервуарами 11, 12 и 13 соответственно. Источник 14 40 трехфтористого бора соединен с трубкой 5 через расходомер 15. Резервуары 11-, 12 и 13 содержат обычно жидкие реагенты, которые вводят в трубку 1 посредством барботирующего кис 4 лорода или другого подходящего газаносителя, пропускаемого через реагенты. Выходящий материал выпускают через выпускную трубку 3. Расположение смесительных и запорных клапанов,которые могут быть использованы для доэиравания потоков и для других необходимых регулировок состава, не показано.

Горелка 4 сначала перемещается с низкой скоростью относительно трубки 1 в том же направлении, что и поток реагентов. Реагенты взаимодействуют в горячей зоне, в результате чего получается сажа, т. е, порошковидная взвесь окисного материала в ОО виде частиц, которая переносится по ходу потока вниз в область трубки 1 движущимся газом.

Поток реагентов заключают в кольцевой канал у стенки трубки-подложки в горячей зоне. Для этого часть гаэаподводящей трубки 16 вводят в тот конец трубки-подложки 1, в кото" рый поступают реагенты (фиг. 2). Эта часть трубки 16 доходит внутри трубки почти до горячей зоны 17, создаваемой путем перемещения источника 4 тепла. Источник тепла и газоподводящую трубку можно оставлять неподвижными, а перемещать вращающуюся трубку-подложку 1. Входной конец трубки 1 соединен с трубкой 16 раздвижным элементам 18,причем между элементом 18 и трубкой 1 установлена вращающееся уплотнение 19. Гаэ, выходящий из трубки 16, создает эффективный сердечник (или барьер )для реагентов, протекающих в направлении стрелок между трубками

16 и 1, в результате чего реагенты оказываются заключенными в кольцевой канал у стенки трубки 1 в горячей зоне 17 (фиг, 3!. На протяжении некоторого расстояния по ходу потока вниз ат горячей эоны 17 газ из трубки 16 продолжает действовать как барьер для сажи, образованной в горя". чей эане, благодаря чему увеличивается вероятность того, что эта сажа будет осаждаться на стенке трубки 1. Пунктирная линия на фиг. 4 показывает границу между выпускающей гаэ трубкой 16 и парами реагентов, протекающими в горячей зоне 17.

К горячей зоне по трубке 16 может подводиться любой газ, не оказывающий вредного влияния на получаемую заготовку световода. Кислород предпочтителен, поскольку он удовлетворяет указанному требованию и относительно дешев. Иогут быть также использованы другие газы, например, аргон, гелий, азот и т. п. Конец трубки 16 находится от середины горячей зоны на расстоянии х, которое должно быть достаточно большим для предотвращения осаждения эолы на труб-: ке 1 (фиг. 3 ). Расстояние X изменяется в зависимости от таких параметров, как ширина горелки и температура горячей зоны.

Установлено, что в системе осаждения, в которой наружные диаметры трубок 16 и 1 составляют 20 и 38 мм соответственно, а толщина стенок

1,6 и 2,0 мм, à corno горелки расположено в пределах окружности диаметром 45 мм, сажа осаждается на трубке 16, если расстояние х составляет примерно 13 мм, Смещение потока реагентов в паровой фазе с потокам газа, выходящего из газоподводящей трубки 16, увеличивается с увеличением . продольного расстояния от этой трубки, Преимущество, обеспечиваемое заключением паров реагентов в кольцевую область, примыкающую к стенке трубки 1, может быть получено при расстоянии х более 15 мм. Наилучшие ре!

11 ДИ- !! ,!<б

0 38 "!

1 р 1

Размер и (рор(.12 ..Руб;-(-.. б „.,-„Ли сыть таки)и), . Обы н !Соэ.; le4 зсн=.3 !. Н OD_#_ a CTка! HDToк был ла M

: оц по осах(дениIG снк)- (аe;i. r я пD" (-:1-:=" метре трубки нью)е определенного псе дела ° ()бычHG поньпне-!-"e (GDG(-. и G(-2:=; дения с унеличением,диа:.(ет<ра трубя .= может бь3Т ь иолу -< е н, и!О)! з<ет<п<1,«< e H !..";: диаметра трубки примерн дс l3 y! i

Однако для трубок..-,:меющ!.- .х диаметр более 0 мм, ныход <-о,ca;êäeI-;.Hè .:ацает и оезgj

Оса)<(де ни я о

ЧтО ПаРЫ PeareHTOÂ Зс КЛЮЧИЮ. Н Сь<З <.

HPI!1Ен ную Обла - т ь у ннутре Б !)ей зо Не.-":НЫ ХОД П О OC a);;,i I e Н "!0 <

Мак си мал ь ный Ра э мср H 2D „. ßн ОЙ т<р < б <" ограни 1инается тем раз-„,ерот::, пр<, тором ннутрени ее стнерст)(е томб (.= может быть закрыто гл.=.. .ñ<;-!ечип готОнки снетонода !<О<<(<1-;; н с < е .!тносительно .:-le Beл,-:.H 2 еб о.. ь -<(:

Ли 1!1ЛЛИМ<=< ТР О Н )

:<с-.; -, ! лен<а:1 н СОстоя -:;: J),GБЛ: х н " p!i".

r

Ор 2 ";..i О., . ь -. . - <и

1 - 0., ...(!

НК И-,= О !

"Г

< < !

, < з р:! - ---;- --.-.,:- !-:. 3 с. < !

<:

< <

\г!

«< и., Г

1068028

B примерах 1-6 этой таблицы трубки-подложки представляли собой боросиликатные трубки с наружным диаметром 38 мм и толщиной стенки 2 мм, а отклоняющие трубки — трубки из плавленого кварца, имеющие наружный диа- 5 метр 20 мм и толщину стенки 1,6 мм.

В ходе этих экспериментов внутри трубки †подлож было осаждено несколько слоев стекла описанным образом. После того, как были осаждены

10-30 слоев, трубки подложки разбили и измерили под микроскопом толщину каждого слоя. Из толщины слоев была рассчитана скорость осаждения, а выход по осаждению был определен как скорость осаждения (г/мин, деленная на полный массовый расход сажи, входящей в трубку, при предположении

100%-ного преобразования окислов.

Наилучшие полученные результаты: скорость осаждения 0,691 г/мин при выходе 40,3Ъ.

Пример. Трубку из технически чистого боросиликатного стекла, имеющую наружный диаметр 38 мм и толщину стенки 2 мм, очищают, последовательно погружая ее во фтористоводородную кислоту, деионизированную воду и спирт. Эту трубку-подложку, длиною около 120 см, прикрепляют одним кон- 30 цом к выпускной трубке, имеющей длину

90 см и наружный диаметр 65 мм, а другим концом — к трубке-рукоятке, имеющей длину 60 см и такие же наружный диаметр и толщину стенк:., к к у 35 трубки-подложки.Эту комбинацию -труСок устанавливают на токарном станке с возможностью ее вращения. Свободный конец трубки-рукоятки снабжают вращающимся уплотнением, через которое вставляют отрезок (180 см )отклоняющей поток трубки из плавленого кварца с наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 1, б мм. Отклоняющую трубку поддерживают в двух разных точках по ее длине на опоре, перемещающейся вместе с горелкой . Горелку перемещают вдоль участка трубки-подложки длиною 100 см со скоростью 25 см/мин.

Горелку регулируют так, чтобы обеспечить у наружной поверхности трубки-50 подложки температуру осаждения 180ОО С.

После того как горелка заканчивает с вой ход, во время которого осаждается слой стекла, ее возвращают в исходную точку со скоростью 100 см/мин.

Кислород пропускают в отклоняющую трубку со скоростью 2,5 Sf .

Предусматривают три резервуара, содержащие 5i CE4, G е Сб, и РОСВз соответственно, причем в этих резервуарах поддержи вают температуру 32 C . Ки слород пропускают через первый и третий резервуары со скоростью 0,3 и

0,56 л/мин соответственно, так что в течение всего процесса осаждения в трубку-подложку подается 2,0 г/мин

5 СИ и О, 175 г/мин РОСР3 . Скорость подачи кислорода во второй резервуар увеличивают линейно от О до О, 7 л/мин, так что 6еС64 подают в трубку-подложку в количестве ат О до 1,5 г/мин за

50 проходов горелки, т. е. во время первого прохода горелки вдоль трубкиподложки GeCC4 в трубку-подложку не подают, но количество его линейно увели.чивают во время остальных прохо" дов горелки вплоть до 2,0 г/мин, подаваемых в трубку-подложку за последний проход горелки. Кислород по обводной линии подают в трубку-подложку со "êîðîñòüþ 2,,4 56m .

Через 3 ч 20 мин, в течение которых горелка совершает 50 проходов вдоль трубки-подложки, скорость перемещения ее уменьшают до 2,5 см/мин, а температуру повышают до 2200 С у наружной поверхности трубки-подложки °

Это заставляет трубку-подложку сжать-. ся и превратиться в заготовку световода, имеющую сплошное поперечное сечение. Используемая длина этой заготовки составляет около 84 см, скорость осаждения — около 0,68 г/мин, а средний выход по осаждению - около

39,5Ъ.

Полученную заготовку затем нагревают до температуры, при которой составляющие ее материалы имеют достаточно низкую вязкость:для вытягивания (примерно 2000 С . После этого заготовку вытягивают, получая около

24 см оптического волокна с наружным диаметром около 110 мкм °