專利名稱：用于制造玻璃預型件的方法和裝置的制作方法
發明的背景本發明涉及玻璃預型件的制造。具體地說，本發明是涉及以下述方式來制造玻璃預型件的方法和裝置，即，通過把玻璃顆粒沉積在初始玻璃棒上，以便在初始玻璃棒上形成粉灰層，并把粉灰層進行玻璃化，使其形成透明的玻璃預型件。
在已知的用于制造圓柱形玻璃預型件的方法中，有一種外部汽相沉積法(OVD)，在這種方法中，通過使玻璃顆粒沉積在繞轉軸轉動的初始玻璃棒的圓柱形外表面上，從而形成粉灰預型件。這種方法是在例如一反應容器中進行的，玻璃原材料(SiCl4)與可燃氣體(氫氣和氧氣)一起通過一燃燒爐被被送到反應容器中，利用火焰使玻璃原材料被水解并被轉化成玻璃顆粒，然后使這些玻璃顆粒以粉灰層的形式沉積在初始玻璃棒的表面上。這樣就形成了粉灰預型件，然后粉灰預型件被脫水和燒結，從而形成具有預定外部直徑的透明的玻璃體。
為了獲得具有預定外部直徑的透明的玻璃預型件，就必須通過把規定量的玻璃顆粒沉積在初始玻璃棒上來形成粉灰預型件。特別是，用于制備光纖的光纖預型件必須在控制J比率(玻璃化的透明的玻璃預件的外部直徑與初始玻璃棒的外部直徑的比率)的條件下被制造，以便使預件件的J比率等于一預定值。
為了這個目的，通過采用這樣一種方法，即，使放置在反應容器內的初始玻璃棒繞其軸線轉動，并且沿縱向方向相對于燃燒爐多次地往復移動一預定距離(橫向的)，以便把玻璃顆粒一層一層地沉積在初始玻璃棒的表面上。對所沉積的玻璃顆粒的重量的監測和控制是通過對逐漸增加的粉灰層的沉積重量或逐漸增大的外部直徑進行監測來實現的。
例如，在日本專利公開JP4-260633中，公開了這樣一種方法，該方法用于，測量在初始玻璃棒每次橫向移動(往復移動的每次轉向)之后粉灰層重量的增量，以及調節最后一次橫向移動的速度，以便獲得期望重量的粉灰預型件。這種方法能把粉灰層的最終重量調節到一個預定值，但是不能監測玻璃顆粒是否被均勻地沿縱向沉積在初始玻璃棒的有效表面區域上。例如，在利用一個燃燒爐或多個燃燒爐把玻璃顆粒沉積在一初始玻璃棒上的情況下，這種方法就不能確定沿初始玻璃棒的縱向方向被沉積在該初始玻璃棒的預定表面區域(位置)上的玻璃顆粒為多少克。如果沉積在初始玻璃棒上的粉灰層兩端的無效部分上所沉積的玻璃顆粒的重量發生變化，那么，這種方法就不能精確地確定被沉積在有效部分上的玻璃顆粒的重量。這是因為在玻璃顆粒沉積期間，關于在縱向方向上的沉積量的波動方向的信息數據是不能被獲得的。
在日本專利公開JP4-292434中公開了一種光纖預型件的制造方法，預先確定在縱向方向上芯件與初始玻璃棒包層的比率，并根據在縱向方向上這個芯件-包層的比率波動來調節初始玻璃棒的橫移速度和來自燃燒爐的玻璃原材料的流速，以便在預型件的縱向方向上獲得均勻的玻璃顆粒沉積。然而，這種方法需要這樣的前提，即，初始玻璃棒的橫移速度和玻璃原材料的流速是要根據在縱向方向上初始玻璃棒的預先確定的芯件-包層比率的分布來控制的。
然而，在實際中，如果被連接在芯棒兩端的仿制棒具有不同的特性，例如具有不同的粘度和幾何尺寸，那么，在對沉積在芯棒上的粉灰層進行透明地玻璃化過程中，芯棒的外部直徑會發生變化。從而，在初始玻璃棒的縱向方向上，玻璃預型件最終的芯件-包層比率就會發生變化。利用上述的基于預定值所進行的控制和調節是不能消除這種波動的。
在日本專利公開No.2000-256034中，公開了這樣一種方法，即，通過這種方法，在玻璃顆粒沉積期間以規定的時間間隔測量沿玻璃顆粒沉積的縱向方向測量玻璃顆粒沉積的表面溫度以及粉灰層外部直徑，并且調節氫氣和氧氣的流速，以便獲得均勻的粉灰密度(體密度)或粉灰層的均勻的外部直徑。然而，這種方法旨在通過只調節用于燃燒的氫氣和氧氣的流速來控制玻璃顆粒學沉積的表面溫度或粉灰層的外部直徑，它并未考慮調節橫移速度和玻璃原材料氣體的流速。因此，玻璃顆粒沉積的沿其縱向方向會發生重量波動。
在控制J比率的條件下進行制造玻璃預型件的過程中，根據所用的初始玻璃棒的外部直徑和長度之間的關系來計算被沉積的玻璃顆粒的重量。然而，這些初始玻璃棒的外部直徑和長度并不總是具有預定的大小。它們的外部直徑沿縱向方向上會發生一些變化。在進行玻璃化以便制造透明的玻璃預型件過程中，由于初始玻璃棒與仿制棒之間的玻璃材料的不連續性，使得兩端焊接有兩根仿制棒的初始玻璃棒的外部直徑沿縱向方向在該初始玻璃棒的兩端會發生變化。在粉灰層兩端的錐形部分中玻璃顆粒的重量根據初始玻璃棒的外徑而變化。
也就是，由于上述各種因素，獲得了目標值的玻璃重量或玻璃化的透明玻璃預型件的外徑的玻璃預型件并不總是可以獲得預定的J比率值。通過拉引具有不同J比率和/或具有在縱向方向上具有J比率波動的玻璃預型件而最終制成的光纖會具有芯件-包層比率的波動，并具有不良的傳送特性。
發明的概述本發明的一個發明目的是提供這樣一種利用外部汽相沉積法來制造玻璃預型件的方法。這種方法通過把玻璃顆粒沉積在初始玻璃棒的圓柱形外表面上從而形成粉灰層，并使粉灰層固化成透明的玻璃體，這種方法能精確地把玻璃預型件的J比率調節到一個預定值。
本發明的另一個發明目的是提供這樣一種制造具有均勻的J比率的玻璃預型件的方法，該方法根據從先前制造的玻璃預型件所獲得的J比率波動分布數據，相應地調節初始玻璃棒上的玻璃顆粒沉積的重量。
本發明的另一個發明目的是提供這樣一種制造具有均勻J比率的玻璃預型件的方法，該方法利用了先前制造的玻璃預型件的J比率波動分布數據，這些數據被用于兩端焊接有仿制棒的每種不同的初始玻璃棒。
本發明的另一個發明目的是提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，初始玻璃棒上的玻璃顆粒沉積的重量是通過改變縱向方向上的玻璃原材料氣體的流速來調節的。
本發明的另一個發明目的提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，初始玻璃棒上的玻璃顆粒沉積的重量是通過改變縱向方向上的初始玻璃棒和玻璃顆粒制造燃燒爐的相對移動速度來調節的。
本發明的另一個發明目的提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，與一目標J比率相對應的玻璃顆粒沉積的重量是由許多先前制造的初始玻璃棒的重量與J比率Y(玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒的外徑的比率)之間的相互關系數據以及玻璃預型件的初始玻璃棒的外徑與玻璃預型件的初始玻璃棒的J比率波動率之間的相互關系數據來計算的。
本發明的另一個發明目的提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，用于制造光纖的玻璃預型件的J比率被設定為一個目標值，在這個目標值，光纖的波長分散值能固定不變。
本發明的另一個發明目的提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，即使初始玻璃棒的芯棒的外徑沿縱向方向發生波動，用于制造光纖的玻璃預型件的J比率也能被調節到一個目標值。
本發明的另一個發明目的提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，在縱向方向上玻璃顆粒沉積的表面溫度的波動分布以及在縱向方向上顆粒體的外徑的波動分布被確定，初始玻璃棒的每次橫移所新沉積的粉灰層的重量分布被確定，并且，調節下一次橫移所對應的玻璃顆粒的重量，以便減小新沉積粉灰層的重量分布的波動或減小已經沉積的粉灰層加上新沉積的粉灰層的總重量分布的波動，從而最終獲得沿玻璃預型件的縱向方向均勻的J比率。
本發明的另一個發明目的提供這樣一種制造玻璃預型件的方法，其中，粉灰層的體密度是由它的表面溫度來確定的，粉灰層的重量分布是由所沉積的粉灰層的體密度和外徑來計算的。
本發明的另一個發明目的提供一種制造玻璃預型件的裝置，該裝置設有一粉灰位置測量設備，用于測量沉積的粉灰層在縱向方向上的位置；一輻射溫度計，用于測量玻璃顆粒沉積的表面溫度；一激光型距離測量設備，用于確定粉灰層的外徑；一計算單元，用于根據粉灰表面溫度玻璃顆粒沉積的外徑來計算粉灰層的重量分布。
附圖簡述
圖1是可用于本發明實施例中的玻璃顆粒沉積裝置的示意圖。
圖2是一個圖表，表示不改變氣流在縱向方向上的流速的供給氣流的一個例子。
圖3是一個圖表，表示不改變縱向方向上的橫移速度的控制橫移速度的一個例子。
圖4是一個圖表，表示例1中在縱向方向上粉灰層的J比率波動的一個例子。
圖5是一圖表，其中，圖4中的J比率值是通過使平均值等于1的方式而由倒轉的等同圖表來表示。
圖6是一個圖表，表示在例1中通過改變縱向方向上的氣體流速來供給氫氣和氧氣的一個例子。
圖7是一個圖表，表示通過改變縱向方向上的玻璃原材料氣體的流速來供給玻璃原材料氣體的一個例子。
圖8是一個圖表，表示當通過改變例1中縱向方向上氣體流速來供給氣體時，在縱向方向上粉灰層的J比率的示例性波動。
圖9是一個圖表，表示在例2中縱向方向上粉灰層的J比率波動的一個例子。
圖10是一個圖表，其中，圖4中的J比率值是通過使平均的J比率值等于1而由倒轉的數值來表示。
圖11是一個圖表，表示通過改變例2中的縱向方向上的橫移速度來控制速度的一個例子。
圖12是一個圖表，表示當改變縱向方向上的橫移速度時，在縱向方向上的粉灰層的示例性波動。
圖13是一個圖表，表示相互關系數據A的一個例子。
圖14是一個圖表，表示相互關系數據B的一個例子。
圖15是一個圖表，表示對于例4，在縱向方向上J比率的目標值與測量值之間的差別。
圖16是一個圖表，表示對于例5中玻璃原材料氣體的流速的修正值。
圖17是一個圖表，表示例5中在縱向方向上J比率的測量值。
圖18表示當玻璃顆粒沉積在粉灰層上時測量粉灰層的外徑的一個例子。
圖19是一個圖表，表示在例6中在第一次橫移之后測得的重量分布。
圖20是一個圖表，表示在例6中在第二次橫移期間，通過改變玻璃原材料氣體在縱向方向上的流速來供給玻璃原材料氣體的方法。
圖21是一個圖表，表示在例6中在第三次橫移之后的測得的重量分布。
圖22是一個圖表，表示在例6中所制造的玻璃預型件的外徑數值的分布。
圖23是一個圖表，表示在對比的例3中所制造的玻璃預成型件的外徑數值的分布。
發明的優選實施例本發明提供了一種利用外部汽相沉積(OVD)法來制造玻璃預型件的方法，這種方法通過把玻璃顆粒沉積在一初始玻璃棒的外表面上來形成粉灰層，并且通過對粉灰層進行脫水和燒結來獲得具有被精確調節到預定值的J比率的透明的玻璃預型件。玻璃預型件的J比率是指玻璃預型件的經透明地被玻璃化部分的外部直徑與初始玻璃棒部分的外部直徑的比值。也就是說，在制造過程中，通過嚴格控制J比率數值就能獲得均勻質量的玻璃預型件。利用這種方法制造出來的具有高度均勻的J比率的光纖或其它類型的玻璃產品就能具有良好的質量。
參照圖1，圖1表示出了玻璃顆粒沉積裝置的布置，下面將描述根據本發明來制造玻璃預型件的實施例。在圖1中，表示出了一初始玻璃棒1，一芯棒1a，一仿制棒1b，一支撐桿2，一銷釘接頭2a，一粉灰層3，一反應容器4，一驅動設備5，一燃燒爐6，一縱向觀察窗7，一溫度測量設備8，一小觀察孔9，一距離測量設備10，一粉灰位置測量設備11，一氣體供給設備12，一計算單元13以及一控制單元14。
為了制造光纖預型件，把摻有用于改善折射系數的摻雜劑的玻璃芯棒或包有玻璃包層的玻璃芯棒(在下文中被簡稱為芯棒)用作初始玻璃棒1。在制造用于制造光纖以外的玻璃產品的預型件過程中，所采用的玻璃棒是由與待沉積的玻璃顆粒的材料相同類型的玻璃材料來制成的。初始玻璃棒1的一端在它的(不受粉灰層3影響的)端部與通過銷釘接頭2a與支撐桿2相連接，支撐桿2被可轉動地由驅動設備5支撐著并懸掛在反應容器4內。用于制造光纖預型件的初始玻璃棒1通常是由兩端熔接有兩根仿制棒1b的一根芯棒1a構成。
反應容器4可以是例如直立型的，在反應容器的頂部設有驅動設備5。驅動設備5懸掛并支撐著初始玻璃棒1，并且驅動初始玻璃棒1，使初始玻璃棒1繞其軸線轉動以及沿豎直方向往復移動。驅動設備5具有一個荷載單元，該荷載單元能隨后測量逐漸增加的粉灰層的重量(通過連續地沉積玻璃微小顆粒而增加)。在反應容器4內，布置有許多用于供給燃燒氣體和玻璃原材料氣體的燃燒爐6。從燃燒爐6產生的玻璃顆粒被沉積在初始玻璃棒1的外表面上，并在初始玻璃棒上形成一粉灰層。可燃氣體和玻璃原材料氣體被可調節地從氣體供給設備12供向每個燃燒爐6。
反應容器4的壁中具有一縱向觀察窗7，用于觀察沉積在初始玻璃棒上的玻璃顆粒的粉灰層的表面。還設置有溫度測量設備8，用于測量玻璃沉積的表面溫度；以及距離測量設備10，用于測量距粉灰層外表面的距離。在反應容器4的壁中，可以為距離測量設備10設置一些小的圓形或矩形觀察窗9來代替觀察窗7，其中的距離測量設備10被設置在燃燒爐6的下部和/或上部。來自用于轉動并同時移動初始玻璃棒1的驅動設備5的信息可以被輸入到用于測量沿縱向方向在粉灰層3上的位置的粉灰位置測量設備11。
由溫度測量設備8所測得的關于玻璃顆粒沉積的表面溫度的信息，由距離測量設備10所測得的關于離粉灰層外表面的距離的信息，以及由粉灰位置測量設備11所測得的關于位置的信息被輸入到計算單元13，該計算單元13又根據所這些輸入的信息來計算出在縱向方向上的粉灰層3重量分布。控制單元14根據由計算單元13計算出的重量分布來調節玻璃原材料氣體的流速或初始玻璃棒的移動速度，并對隨后的沉積進行反饋控制，以便減小粉灰重量的波動。
本發明的實施例1利用先前制造的玻璃預型件的J比率數據。該J比率數據就是被制成的玻璃預型件在縱向方向上的J比率波動的分布。可以為每組預型件準備這種J比率波動分布數據，其中，預型件的分組是根據初始玻璃棒的直徑、初始玻璃棒的長度、玻璃材料的種類以及玻璃顆粒沉積裝置的類型來進行的。理想的做法是通過連續引入新制造的玻璃預型件的數據來更新所準備的J比率波動分布的數據。
這些J比率波動分布數據被用于估計將要通過以相同的方式使玻璃顆粒沉積在相同種類的初始玻璃棒上所形成的玻璃預型件的J比率波動的傾向性。當根據本發明的方法來制造一新的玻璃預型件時，根據這些J比率波動分布數據來事先調節在縱向方向上要被沉積到初始玻璃棒上的玻璃顆粒的重量。這就確保了被制造出的玻璃預型件的被透明地玻璃化的玻璃體在縱向方向上的J比率的均勻性。
特別是，當利用初始玻璃桿來制造光纖預型件時，其中的初始玻璃棒就是兩端焊接有仿制棒的玻璃芯棒，此時，在芯棒與仿制棒之間的分界處(焊接點)，會產生相當大的J比率波動。盡管初始玻璃桿本身沿著其主體的整個長度上具有均勻的外徑，但是，當芯棒上所形成的玻璃顆粒沉積被透明地玻璃化時，在芯棒與仿制棒相連的焊接處，芯棒的外徑會發生變化。從而使得所制造出的玻璃預型件沿縱向方向具有J比率波動。這是由于當預型件的玻璃顆粒沉積被透明地玻璃化時，芯棒和仿制棒的粘性不同，并且在縱向方向上發生不同的收縮。由于上面的因素能夠被預先從J比率波動分布數據估算出，因此，把玻璃顆粒沉積在芯棒上，并根據這些數據來進行適當的調節，就能獲得在縱向方向上J比率均勻的玻璃預型件。
通過改變在初始玻璃棒的縱向方向上的玻璃原材料氣體的流速，就能調節沉積到初始玻璃棒上的玻璃顆粒的重量。玻璃原材料氣體的流速的調節是通過增大/或減小原材料氣體的參考流速來實現的。該參考流速可以是例如被用于制造先前的玻璃預型件的玻璃原材料氣體的流速，如果在縱向方向上原材料氣體流速不被調節，那么就使用這個參考流速。當在縱向方向上的預定位置，J比率大于預定值時，在所說的位置處玻璃原材料氣體的流速從參考值下降。當在縱向方向上的預定位置，J比率小于預定值時，在所說的位置處玻璃原材料氣體的流速從參考值增大。理想地是，根據玻璃原材料氣體的流速調節來調節用于燃燒的氧氣和氫氣的流速。因此，能適當的保持玻璃顆粒的沉積和形成，從而不會使被沉積的粉灰層的體密度發生變化。氣體流速的控制是通過氣體供給設備12和控制單元14來進行的。
還能通過改變在縱向方向上初始玻璃棒相對于玻璃顆粒合成燃燒爐的移動速度，來調節沉積到初始玻璃棒上的玻璃顆粒的重量。初始玻璃棒的移動速度是通過增大或減小參考速度值來調節的。這個參考速度值可以是例如先前制造成的預型件的初始玻璃棒的移動速度，如果在縱向方向上所說的移動速度不變，那么就這個參考速度值。當在縱向方向上的預定位置，J比率大于預定值時，在所說的位置處所說的速度就從參考值下降。當在縱向方向上的預定位置，J比率小于預定值時，在所說的位置處所說的速度就從參考值增大。
(例1，參照附圖2至圖8)在圖2至圖7中的圖表中，橫坐標軸表示初始玻璃棒在縱向方向上的位置(該棒的下端對應于位置0)，縱坐標軸表示氣體流速(圖2，6，7)、橫移速度(圖3)、J比率(圖4，5，8)。
在圖1所示的制造裝置的布置中，玻璃顆粒沉積是按下述方式進行的通過把直徑為30mm長度為600mm的一純石英-玻璃制的仿制棒1b焊接到直徑為30mm長度為400mm的具有芯和包層的一芯棒1a的兩端，從而形成一初始玻璃棒1。其中的芯棒可用于制造光纖預型件。直徑為30mm的三在除了使用摻有0.2％重量的氯的上部仿制棒以外，其余條件與例1相同的條件下制造出第一玻璃預型件。然后測量按這些方式被制造出的玻璃預型件的J比率。測量結果表明J比率的波動如圖9所示那樣。圖9中的J比率波動分布數據可由倒數來表示，使得平均的J比率值等于1，如圖10所示。該預型件的J比率波動與先前在相同條件下制造出的預型件的J比率波動(圖4)稍微有些不同。這是由于當所沉積的粉灰層被透明地玻璃化時，上部仿制棒具有不同的粘度，使芯棒上端的外徑產生了變化。
玻璃顆粒沉積是通過根據圖9和圖10中所示的J比率波動分布數據而改變橫移速度來進行的，從而能獲得在縱向方向上具有均勻J比率的玻璃預型件。除了按圖11所示那樣來改變橫移速度以外，其它所有的條件都與上例所描述的相同。這樣所制造出來的玻璃預型件就會具有穩定的J比率，該J比率在縱向方向上的波動很小，如圖12所示。
上面所描述的例1和例2利用了所獲得的J比率波動分布數據，而沒有調節縱向方向上所沉積的上下文顆粒的重量。然而，根據上面所提到的波動分布數據來新制造出的玻璃預型件提供了所說的新的J比率波動分布數據。因此，根據新獲得的J比率波動分布數據來調節玻璃顆粒沉積的重量，從而可以制造出下一個新的預型件。在這種情況下，在縱向方向上經調節氣體流速(圖6和圖7)或在縱向方向上經調節的橫移速度(圖11)被用作新的參考數據，這些新的參考數據又被進一步被調節，以便進行新的玻璃顆粒的沉積過程。J比率波動分布數據可以是波動數據的平均數據，這個平均數據不僅可以從一個玻璃預型件獲得，而且可以從多個玻璃預型件獲得。
本發明的第二個例子利用了關于J比率波動、玻璃顆粒沉積重量以及初始玻璃棒的外徑的數據，這些數據是根據許多先前制造出的玻璃預型件來獲得的。準備了以下兩種數據沉積的玻璃顆粒的重量與利用相同長度的初始玻璃棒來制造的玻璃預型件的J比率之間的相互關系數據A；以及初始玻璃棒的外徑與利用各自的初始玻璃棒來制造的玻璃預型件的J比率波動之間的相互關系數據B。如上所述，對于第一個例子，可以為初始玻璃棒的每個不同直徑、初始玻璃棒的每個不同長度、每種不同的玻璃材料或玻璃顆粒沉積裝置的每種不同類型準備這種相互關系數據A和B。通過連續地引入新制造出的玻璃預型件的數據，就能夠對相互關系數據A和B分別進行更新。
圖13所示的相互關系數據A表示所沉積的玻璃顆粒重量的一些數值與所制造出的多個玻璃預型件的J比率值之間的相互關系其中的多個玻璃預型件是通過把玻璃顆粒沉積在各自的初始玻璃棒上而制成的，其中的玻璃棒的外徑約26mm，長度為400mm。縱坐標軸表示J比率Y，該J比率Y是指所制造出的玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒的外徑的比率，而橫坐標表示被沉積在初始玻璃棒上的玻璃顆粒的總重量X，這個總重量X是通過從所制造出的玻璃預型件的重量減去玻璃棒重量來確定的。
根據相互關系數據A，玻璃顆粒沉積的重量隨著J比率的減小(增大)而減小(增大)。
圖14中所示的相互關系數據B是通過繪制來自多個玻璃預型件的數據而制作的，獲得這些數據的玻璃預件是與獲得圖13中的數據的玻璃預型件是相同的。相互關系B表示玻璃預型件的J比率波動率Z與它的初始玻璃棒的外徑Mp之間的相互關系。縱坐標軸所表示的J比率波動率Z是指通過把玻璃顆粒沉積到初始玻璃棒上而形成的玻璃預型件的平均的J比率Y與目標的J比率的比率。也就是說，通過在初始玻璃棒上沉積能獲得J比率目標值的某一數量的玻璃顆粒來制造玻璃預型件，但是預型件的還存在相對于這個目標值的J比率波動，這種波動是由各種制造因素導致的。J比率波動率Z表示從J比率目標值波動的程度，這個波動率也取決于初始玻璃棒的外徑Mp。
根據該相互關系數據B，J比率波動率Z隨著初始玻璃棒的外徑Mp的減小(增大)而增大(減小)。初始玻璃棒的外徑Mp被確定為在縱向方向上該初始玻璃棒上的多個點處測量值的平均值。眾多的初始玻璃棒的外徑Mp的總體平均值Ma也被預先確定。初始玻璃棒的外徑Mp的總體平均值Ma可以被認為是在圖13中的相互關系數據A中所示的該初始玻璃棒的參考外徑值。對于圖13和圖14所示的例子來說，初始玻璃棒的外徑的總體平均值Ma為26mm。
通過利用這些相互關系數據A和B，就可以預先確定制造一新的玻璃預型件所需沉積的玻璃顆粒的重量，以便使得制造出的預型件具有預定的J比率。首先，外徑為Mo(平均外徑)的初始玻璃棒準備好用于制造一新的玻璃預型件。通過把這根初始玻璃棒的外徑Mo應用于相互關系數據B，就能確定出很有可能發生的J比率波動率Zo。這樣，與初始玻璃棒的外徑的總體平均值Ma相對應的J比率波動率Zo就被確定了，然后確定出J比率波動率Zo與J比率波動率Za之間的差別或確定出Zo與Za的比率。
在相互關系數據A中，初始玻璃棒的外徑的參考值廉潔是總體平均值Ma。因此，對于一根新的初始玻璃棒來說，目標的J比率Yo被修正，以便解決Zo和Za之間的差別或Zo與Za的比率。被修正的目標J比率Yo’被應用于相互關系數據圖表A，于是就能確定出要被沉積的玻璃顆粒的目標重量X。當粉灰體的重量達到該目標值X時，就使玻璃顆粒的沉積被停止。
(例3)在圖1所示的制造裝置的布置中，玻璃顆粒沉積是按下述方式進行的通過把一純石英-玻璃制的仿制棒1b焊接到直徑為26.1mm長度為400mm且具有芯部和包層部的一芯棒1a的兩端，從而形成一初始玻璃棒1。直徑為30mm的三個燃燒爐6以相等間隔(中心-中心間隔為150mm)被設置。初始玻璃棒1由驅動設備5支撐著，并豎直懸掛在反應容器4內，從而使得初始玻璃棒1能繞其軸線以40轉/分鐘的轉速轉動，同時，還以500mm/分鐘的移動速度(橫移速度)上下往復移動1100mm的預定距離。
向三個燃燒爐中的每個燃燒爐以4標準升/分鐘(SLM)的流速供應四氯化硅(SiCl4)(玻璃原材料)、以60標準升/分鐘的流速供應氫氣、以50標準升/分鐘的流速供應氧氣，氫氣和氧氣是用于產生火焰的，以及以2標準升/分鐘的流速供應氬氣(Ar)，用于對每個燃燒爐出口附近的氫氣(H2)和氧氣(O2)流進行密封。
為了根據上述方法來在所述裝置上制造出目標J比率為3.2的玻璃預型件，根據相互關系數據A和B來確定出玻璃顆粒沉積的目標重量X。根據相互關系數據B，把新的初始玻璃棒(外徑為26.1)的J比率波動率Zo首先被確定為0.978。另一方面，相互關系數據中，初始玻璃棒(總的平均外徑為26.0mm)的J比率波動率Za等于0.986。由于J比率波動率Zo與Za之間的差值為0.008(0.8％)，因此，把J比率目標值3.2修正為3.2256(3.2×1.008)。根據相互關系數據A，就可以確定出與該經修正的J比率目標值相對應的玻璃顆粒沉積重量X為7.923kg。
玻璃顆粒沉積是在初始玻璃棒的橫移速率固定不變的情況下被進行的。在初始玻璃棒每次沿縱向方向的往復移動期間，玻璃原材料氣體、氫氣、氧氣的流速是不變的，但是在每次橫移(往復移動)結束之后會增大1％。在反應容器內，由燃燒爐形成的玻璃顆粒被沉積到初始玻璃棒的表面上，直到玻璃沉積的重量等于重量測設備所指示的玻璃目標重量7.923kg為止。然后，對初始玻璃棒上的玻璃沉積進行脫水和燒結，從而形成預型件的透明玻璃體。然后，沿制成的預型件的縱向方向上，在該預型件上的10個位置確定出最終的實際的J比率。J比率的平均值為3.203。這個值與J比率目標值(3.2)僅相差0.1％。在例3中，在縱向方向上的J比率波動被忽略了，而在例1和例2中卻考慮了這個J比率波動。
(比較的例子1)利用相同的裝置和相同的方法，通過使玻璃顆粒沉積到具有與例3中所用的初始玻璃棒相同長度(same lot)和相同直徑的一初始玻璃棒上，從而制造出一玻璃預型件。盡管初始玻璃棒的直徑與總體平均直徑(26mm)相差0.1mm，但是，J比率目標值并沒有被修正。把這個未被修正的J比率目標值3.2應用于相互關系數據A(圖13)，就可以得出玻璃沉積的目標重量X為7.568kg。
如例3中所描述的那樣，在初始玻璃棒的每次橫移(往復移動)結束之后，原材料氣體、氫氣以及氧氣的流速被增大1％。在反應容器內，由燃燒爐所形成的玻璃顆粒被沉積到轉動的初始玻璃棒的表面上，直到玻璃沉積重量(指玻璃重量)等于7.568為止。然后對沉積在初始玻璃棒上的玻璃進行脫水和燒結，從而形成透明的玻璃體。之后，沿預型件的縱向方向上，在該預型件上的10個位置確定出最終的實際的J比率。所測得的這些值的平均值為3.15。這個值與J比率目標值(3.2)偏離約1.5％。
圖13中的相互關系數據A是針對采用具有相同長度的初始玻璃棒的數據。但是，這些數據也可以適用于具有不同長度但具有相同外徑的初始玻璃棒。通過把玻璃顆粒沉積到初始玻璃棒上并且把其固化成透明的玻璃體，從而在初始玻璃棒上形成粉灰層，該粉灰層包括一個有效部分和兩個無效的錐形部分，其中的有效部分具有均勻的外徑，其中的無效的錐形部分形成在所說有效部分的兩端。在這種情況下，無論初始玻璃棒的長度如何，粉灰體的有效部分都可以具有均勻的J比率。由于初始玻璃棒長度的增大或減小可以被認為是在各自的初始玻璃棒上形成的粉灰體的有效部分的長度的增大或減小，因此，初始玻璃棒長度的增大或減小由粉灰體的均勻直徑部分的玻璃重量的增大或減小來表示。如果初始玻璃棒具有均勻的外徑，那么，粉灰體的無效錐形部分主要形成在未沉積有玻璃顆粒的仿制棒部分上，并且具有不變(固定)的重量。
如果芯棒參考長度用L0表示，被確定的芯棒長度用L1表示，根據相互關系數據A獲得的長度為L0的芯棒的外表面上所沉積的玻璃顆粒重量用X表示，那么，被沉積在長度為L1的芯棒的外表面上的玻璃顆粒的重量X’可以表示為X’＝X(L1/L0)。
因此，針對芯棒長度L1與芯棒長度L0的比率來修正相互關系數據A的傾斜度，就能把這個相互關系數據A用于具有不同長度的初始玻璃棒。也可以為各個長度的初始玻璃棒分別制備相互關系數據A。
本發明的例3旨在設定一光纖預型件的J比率，以便該預型件可以制造出具有固定不變數值的光波長散射的光纖。為了制造出用于制造光纖的玻璃預型件，通常在芯棒兩端中的每一端焊接一仿制棒來形成初始玻璃棒，其中的芯棒是由一玻璃芯構成，或者是由一芯/玻璃包層構成。
芯棒的玻璃芯被摻有用于增大折射率的摻合劑，并且具有規定的玻璃折射率圖形(即，在玻璃徑向方向上的折射率的分布)。光纖的特性很大程度上取決于這種折射率分布圖形，具體地說，是取決于芯棒的折射率和芯棒的直徑。因此，即使光纖預型件沿縱向方向具有均勻的J比率，芯棒折射率的波動以及芯棒在縱向方向上的芯棒直徑的波動也會造成最終所獲得的光纖的波長分散的波動。
鑒于上述問題，本發明的例3就是旨在獲得光纖的沿縱向方向固定不變的波長分散(dispersion)。波長分散是這樣一種現象，即，這種會造成規定脈沖寬度的光信號在沿著光纖輸送時會展開成更寬的脈沖。如果規定波長的光信號沒有發生分散，那么，信號被傳送時不會增大脈沖寬度。這就能通過增大脈沖數來增大光纖的傳送能力。
波長分散取決于光纖的折射率分布圖形。即使在縱向方向上芯棒的折射率分布圖形發生波動，也能通過調節縱向方向上的J比率來被償波長分散，使其在光纖的縱向方向上保持固定不變。也就是說，在芯棒的縱向方向上對沉積在具有固定不變的外徑的芯棒上的玻璃顆粒的量進行調節。在這種情況下，J比率在縱向方向上并不是完全保持固定不變，而是保持足夠的穩定以便能使最終獲得的光纖的光學特性保持固定和穩定。
因此，在玻璃顆粒沉積之前，在初始玻璃棒的芯棒部分上的多個位置測量出折射率分布圖，以便獲得在芯棒部分的縱向方向上折射率圖形的分布情況。根據所測得的關于芯棒部分的折射率的數據，計算出使最終制成的光纖沿其全長具有固定的所規定的波長分散所必須的目標J比率。如果在芯棒的縱向方向上折射率分布圖形發生波動，那么，這個目標J比率在玻璃預型件的縱向方向上可能不是均勻的。因此，在芯棒的縱向方向上控制被沉積在芯棒上的玻璃顆粒的重量，以便獲得光纖預型件的預定的目標J比率。通過這種方式被制造和玻璃化所形成的光纖預型件能被拉伸成具有均勻波長分散的光纖。
玻璃顆粒沉積的重量能通過例1中所描述的改變玻璃原材料氣體的流速來調節。理想的做法是改變用于生成火焰的氧氣和氫氣的供給，并且使玻璃原材料氣體的流速也一起改變。
玻璃顆粒沉積的重量的控制還能通過改變初始玻璃棒在縱向方向上相對于玻璃顆粒合成燃燒爐的往復移動速度來實現。
(例4，參照圖15)在圖15所示的圖表中，橫坐標軸表示沿縱向方向在芯棒上的位置(芯棒的底端位于零位置)，而縱坐標軸表示J比率。
在圖1所示的裝置中，使玻璃顆粒沉積到初始玻璃棒1上。初始玻璃棒1是這樣來制作的，即，把兩根純石英-玻璃制的仿制棒1b焊接到芯棒1a的對應的端部，其中的這根用于一光纖的芯棒的直徑為30mm，長度為400mm，它包括一芯部分和一包層部分。利用預型件分析器，在芯棒1a的主體的縱向方向上以相等的間距40mm間隔開的9個位置處測量該芯棒1a的折射率數值的分布，并且根據所測得的折射率分布模式，利用軟件程序來估算最終獲得的光纖的特性。
所獲得的數據被描繪在圖15所示的圖表中。如圖15所示，從芯棒下端開始，光纖預型件的目標J比率在40mm位置處被必要地調節至3.06，在80mm位置處被調節到3.03，在120mm位置處被調節到3.00，在160mm位置處被調節到3.00，在200mm位置處被調節到3.00，在240mm位置處被調節到3.00，在280mm位置處被調節到3.00，在320mm位置處被調節到2.97，在360mm位置處被調節到2.94，從而使得最終的光纖具有穩定的波長分散-20ps/nm/km。
在芯棒的縱向方向上，要被沉積在芯棒上的每個位置上的玻璃原材料氣體的目標量是這樣來確定的，即，用玻璃原材料氣體的參考流速(在縱向方向上不變的)乘以歸一化的目標J比率，其中的這個歸一化的目標J比率相對于平均的J比率被歸一化成等于1。玻璃顆粒沉積是通過把玻璃原材料氣體的流速調節至沿縱向方向上在芯棒上的各自位置處的各自的目標值來進行的。然后，在玻璃預型件的縱向方向上的相同的位置確定最終的J比率。測量的結果如圖15所示。實際的J比率值與目標的J比率值的差別在±0.01內，并且J比率波動在±0.33％內。玻璃預型件被進一步拉伸成一光纖，所拉成的光纖在縱向方向上的波長分散為-20±1ps/nm/km。
(比較的例子2)作為例4的一個比較的例子，在初始玻璃棒上進行玻璃顆粒的沉積，其中的初始玻璃棒包括一芯棒，該芯棒具有相同的折射率分布，并在縱向方向上以一固定(不變的)量的玻璃顆粒進行均勻地沉積。通過這種方式制造出來的玻璃預型件被進一步拉伸成一光纖，然后沿縱向方向確定該光纖的波長分散。所測得的該波動為-20±4ps/nm/km。
本發明的例4旨在即使制造玻璃預件所用的初始玻璃棒的芯棒的外徑在縱向上方向上存在波動，也可以使制造光纖所用的玻璃預型件具有固定不變的J比率。為了制造一光纖預型件，采用了一初始玻璃棒，該初始玻璃棒是這樣來制作的，即，通過在一芯棒兩端中的每一端焊接一仿制棒，其中的芯棒是由一玻璃芯構成的，或是由一芯/玻離包層構成的。
把仿制棒焊接到玻璃芯棒上，會在芯棒的焊接部分和焊接部分附近造成外徑的波動變化。外徑的波動變化取決于焊接條件以及焊接工的技巧。因此，來自先前制造出的玻璃預型件的J比率就不能被使用了。在這種情況下，就必須直接測量一新的可用的初始玻璃棒在縱向方向上的外徑的波動分布，并根據外徑波動的分布估算出能制造出的玻璃預型件的J比率波動，然后在該初始玻璃棒上進行玻璃顆粒的沉積，從而可以減小所估算的波動。
為了這個目的，在玻璃顆粒沉積之前，首先在初始玻璃棒的芯棒部分的多個位置處測量其外徑。并根據所測得的值來獲得沿縱向方向上芯棒的外徑波動分布。根據輸出的外徑波動分布來調節初始玻璃棒上要沉積的玻璃顆粒的量，從而使得被制造出的玻璃預型件在縱向方向上具有等于目標值的均勻的J比率。
可以象例1中那樣，通過改變玻璃原材料氣體在縱向方向上的流速來調節玻璃顆粒沉積的重量。理想地是，改變用于產生火焰的氧氣和氫氣的流速，并且一起改變玻璃原材料氣體的流速。也可以通過改變初始玻璃棒在縱向方向上相對于玻璃合成燃燒爐的往復移動速度來控制玻璃顆粒沉積的重量。
(例5，參照圖16至17)在圖16和17的圖表中，橫坐標軸表示沿縱向方向在芯棒上的位置(芯棒的底端位于零位置)，縱坐標軸表示補償值(圖16)和J比率(圖17)。
在圖1所示的裝置中，在初始玻璃棒1上進行玻璃顆粒的沉積。其中的初始玻璃棒1是這樣來制作的，即，在一根用于制造光纖的400mm長的芯棒的兩端焊接兩根純石英-玻璃制的仿制棒1b，該初始玻璃棒包括一芯部分和一包層部分。利用非接觸式的外徑測量設備沿芯棒1a主體的縱向方向上在以相等間距40mm間隔開的9個位置處測量芯棒1a的外徑值。所測得的芯棒外徑值從該芯棒下端起依次為在40mm位置處芯棒外徑為30.6mm，在80mm位置處為30.3mm，在120mm位置處為30.0mm，在160mm位置處為30.0mm，在200mm位置處為30.0mm，在240mm位置處為30.0mm，在280mm位置處為30.0mm，在320mm位置處為29.7mm，在360mm位置處為29.4mm。通過對所測得的芯棒的外徑波動進行補償，調節沿縱向方向沉積的玻璃顆粒的量，以便獲得玻璃預型件的均勻的目標J比率3。通過根據玻璃原材料氣體的預先設定的目標流速來改變玻璃原材料氣體的流速，從而調節玻璃顆粒的量，玻璃顆粒的量是這樣來確定的，用玻璃原材料氣體的參考流速(在縱向方向是不變的)乘以圖16所示的一補償值。這個補償值的表達式為{(E-1)/3+1}，其中，E是當芯棒的平均外徑等于1時玻璃預型件的外徑。
按照上述方法來進行玻璃顆粒的沉積。然后，確定出所制造出的玻璃預型件的最終的J比率。測量結果如圖17所示。在芯棒兩端部，實際的J比率偏離目標值3的波動僅為±0.33％。
本發明的例5旨在使得在沒有利用先前所制造的玻璃預型件的J比率數據的情況下制造出的玻璃預型件具有高度精確的J比率的均勻性；并且使得沿縱向方向沉積在初始玻璃棒的表面上的玻璃顆粒的重量具有高度精確的均勻性。
也就是說，只要沉積在初始玻璃棒上的玻璃顆粒的重量在縱向方向上是均勻的，那么就可以允許在縱向方向上玻璃顆粒沉積的體密度和外徑的波動。然后，對沿縱向方向重量均勻地沉積在初始玻璃棒上的玻璃顆粒所形成的粉灰預型件進行脫水和燒結，從而形成一玻璃預型件，只要初始玻璃棒具有均勻的外徑，那么所形成的玻璃預型件的外徑波動變化就很小，并且在其縱向方向上具有均勻的J比率。
在圖1所示的裝置中，在初始玻璃棒1上進行玻璃顆粒的沉積。其中的初始玻璃棒1是這樣來制作的，即，在一根用于制造光纖的400mm長的芯棒的兩端焊接兩根純石英-玻璃制的仿制棒1b，該初始玻璃棒包括一芯部分和一包層部分。利用非接觸式的外徑測量設備沿芯棒1a主體的縱向方向上在以相等間距40mm間隔開的9個位置處測量芯棒1a的外徑值。所測得的芯棒外徑值從該芯棒下端起依次為在40mm位置處芯棒外徑為30.6mm，在80mm位置處為30.3mm，在120mm位置處為30.0mm，在160mm位置處為30.0mm，在200mm位置處為30.0mm，在240mm位置處為30.0mm，在280mm位置處為30.0mm，在320mm位置處為29.7mm，在360mm位置處為29.4mm。通過對所測得的芯棒的外徑波動進行補償，調節沿縱向方向沉積的玻璃顆粒的量，以便獲得玻璃預型件的均勻的目標J比率3。通過根據玻璃原材料氣體的預先設定的目標流速來改變玻璃原材料氣體的流速，從而調節玻璃顆粒的量，玻璃顆粒的量是這樣來確定的，用玻璃原材料氣體的參考流速(在縱向方向是不變的)乘以圖16所示的一補償值。這個補償值的表達式為{(E-1)/3+1}，其中，E是當芯棒的平均外徑等于1時玻璃預型件的外徑。
按照上述方法來進行玻璃顆粒的沉積。然后，確定出所制造出的玻璃預型件的最終的J比率。測量結果如圖17所示。在芯棒兩端部，實際的J比率偏離目標值3的波動僅為±0.33％。
本發明的例5旨在使得在沒有利用先前所制造的玻璃預型件的J比率數據的情況下制造出的玻璃預型件具有高度精確的J比率的均勻性；并且使得沿縱向方向沉積在初始玻璃棒的表面上的玻璃顆粒的重量具有高度精確的均勻性。
也就是說，只要沉積在初始玻璃棒上的玻璃顆粒的重量在縱向方向上是均勻的，那么就可以允許在縱向方向上玻璃顆粒沉積的體密度和外徑的波動。然后，對沿縱向方向重量均勻地沉積在初始玻璃棒上的玻璃顆粒所形成的粉灰預型件進行脫水和燒結，從而形成一玻璃預型件，只要初始玻璃棒具有均勻的外徑，那么所形成的玻璃預型件的外徑波動變化就很小，并且在其縱向方向上具有均勻的J比率。
根據在縱向方向上預定位置處的粉灰層的體密度和外徑，能確定出在縱向方向上初始玻璃棒上所沉積的玻璃顆粒的重量。根據距離測量設備測得的距粉灰層表面的距離就能計算出粉灰層的外徑。由于粉灰層的體密度與玻璃顆粒沉積的表面溫度具有固定不變的關系，因此，玻璃顆粒沉積的表面溫度由輻射溫度計來測量，然后，根據所測得的表面溫度來計算出粉灰層的體密度。通過用這個體密度乘以由粉灰層外徑確定出的所增大的體積就能容易地計算出玻璃顆粒沉積的重量。通過沿縱向方向上在粉灰層上的不同的預定位置處重復上述的測量，就能確定出在縱向方向上粉灰層中玻璃顆粒的重量分布。
對于每一次橫移或每一次規定的橫移，都計算出沿縱向方向在粉灰層中玻璃顆粒的重量分布。為了減小重量波動分布，通過根據所計算出的重量分布來調節玻璃原材料氣體的流速和橫移速度，從而控制在一次橫移過程中要被沉積的玻璃顆粒的重量。下述的測量和調節被重復進行，以便獲得均勻的重量分布，或獲得沿縱向方向在粉灰層中所沉積的玻璃顆粒的預定確定的最終重量分布。然后，對玻璃顆粒沉積進行透明地玻璃化，從而形成一圓柱形的玻璃預型件，所形成的這個玻璃預型件具有均勻的外徑，或具有固定不變的玻璃預型件外徑與初始玻璃棒直徑的比率。
在圖1所示的裝置中，用于確定玻璃顆粒沉積的表面溫度的溫度測量設備8最好是輻射型的溫度計，它能通過縱向觀察窗7測量來自玻璃顆粒沉積表面的輻射的強度。能測量寬范圍的輻射的熱視型(thermo-viewer type)的輻射溫度計最適合用于這種目的。必須避免使用位置式(spot-type)的輻射溫度計，因為這種溫度計具有很大的測量誤差。溫度測量設備8最好測量粉灰層3的最熱部分的表面溫度，例如，測量被燃燒爐6加熱的粉灰層表面區域的溫度。溫度測量設備8連續地測量出沉積到轉動的初始玻璃棒上的玻璃顆粒的表面溫度。根據在各個位置測得的表面溫度值的平均值，確定出沿縱向方向在粉灰層表面上的溫度分布。利用所確定出的溫度分布，并根據從收積的數據中所獲得的關系式來計算出沿縱向方向在各個位置處的粉灰層的體密度ρ(克/立方厘米)。
一種能夠進行非接觸地遠距離地測量距離的激光型距離測量設備適合用作距離測量設備10，用于測量距粉灰層3的距離。長距離型的激光距離測量設備(測量距離為1至2米)被設置成盡可能地遠離反應容器4，以便避免容器壁的高溫可能導致的熱影響。小觀察孔9可以被設置在容器的這樣一個理想的部分中，即，該小觀察孔使得來自激光型的距離測量設備的激光束能從燃燒爐6下面通過，并與燃燒爐底部至少保持至少5厘米的間距。如果激光束通過靠近燃燒爐6的空間，那么，激光束會與漂浮在容器中的玻璃顆粒相撞，從而導致錯誤地測量。這個距離測量設備10可以被設置在燃燒爐6的上方，也可以把這個距離測量設備10布置在燃燒爐6的上方和下方。
圖18表示出了怎樣計算粉灰層的外徑。初始玻璃棒1外徑(R)和在縱向方向上該外徑波動的分布被預先確定。初始玻璃棒1具有一磨砂的圓環部分，該磨砂的圓環部分不允許激光束通過，并且預先測量出該磨砂的圓環部分的外徑。由于初始玻璃棒1的兩端焊接有仿制棒1b，因此，所說磨砂的圓環部分可以被設置在該仿制棒上。初始玻璃棒1被懸掛在反應容器4內，通過把一激光束照射在所說的磨砂玻璃部分上，確定出從距離測量設備10至初始玻璃棒1的表面的距離(L0)。于是，計算單元就可以得出一個參考外徑。激光束可以垂直地照射在初始玻璃棒1的中央。
然后，由燃燒爐6在燃燒氣體(flame gas)和玻璃原材料氣體中形成的玻璃顆粒被沉積到初始玻璃棒1的表面上，其中的初始玻璃棒1圍繞其軸線轉動，同時還向下橫移一預定距離。經過第一次橫移而在初始玻璃棒上沉積了第一玻璃顆粒層之后，在沿縱向方向上的各個預定位置測量出從距離測量設備10至玻璃顆粒沉積(粉灰層3)的距離(L1)。根據這些測量數據，在沿縱向方向各個預定位置，計算出在第一次橫移之后粉灰層的外徑(D1)，并且計算出沿縱向方向粉灰層外徑值的分布。根據粉灰層的外徑(D1)和初始玻璃棒的外徑(R)計算出在徑向方向上粉灰層3的增大的斷面積。然后，通過用增大的斷面積乘以單位長度(unit length)值(cm)來確定出在縱向方向上粉灰層的增大的體積(V1)的分布。
第二次橫移是指初始玻璃棒的向上移動，它與第一次橫移是反向的。因此，如果把距離測量設備10僅僅布置在燃燒爐6的下面，那么在這種情況下，粉灰層的外徑就不會改變，因此，就不為第二次橫移測量距粉灰層表面的距離了。然而，理想地是，為第一次橫移和第二次橫移測量出距粉灰層表面的距離，并確定出這些測量值的平均值，以便提高距離測量的精確度。如果分別在燃燒爐6的上面和下面設置兩個距離測量設備10，那么在這種情況下，由設置在燃燒爐6上面的距離測量設備來測量出距第二玻璃顆粒層表面的距離，其中該第二玻璃顆粒層表面是通過第二次橫移而沉積形成的。無論是否測量了粉灰層的外徑，對于每次橫移都確定出玻璃顆粒沉積的表面溫度以及相同的玻璃沉積的體密度分布。
第三次橫移是初始玻璃棒的向下移動，并且在初始玻璃棒上沉積了第三玻璃顆粒層，這同第一次橫移的情況一樣。在沿縱向方向上的一些預定位置測量出從距離測量設備10至粉灰層3的表面的距離(L3)。根據在第一次橫移中測得的距離(L1)和在第三次橫移中測得的距離(L3)，在沿縱向方向的一些預定位置計算出在第三次橫移之后的粉灰層3的外徑(D3)。然后根據粉灰層的外徑(D3)和第一次移之后的外徑(D1)計算出在第三次橫移之后在徑向方向上粉灰層3的增大的斷面積。然后通過用這個增大的斷面積乘以單位長度(cm)計算出在縱向方向上每單位長度的粉灰層的增大體積(V3)。類似地，對于從第五次橫移至最終一次橫移，測量出從距離測量設備10至玻璃顆粒沉積的表面的距離(Ln)，并計算出粉灰層的外徑(Dn)和每單位長度的粉灰層所增加的體積(Vn)。
這樣，就測量出了距粉灰層的外表面的距離(Ln)，以及計算出了在縱向方向上沉積在初始玻璃棒1上的粉灰(玻璃顆粒)的增大體積(Vn)。在沿縱向方向的粉灰上的每個位置，通過用增大的體積(Vn)乘以體密度ρn(克/立方厘米)，就能確定出沿縱向方向沉積的玻璃顆粒的重量分布。其中的在每個位置的體密度ρn是根據每次橫移所沉積的粉灰的表面溫度來確定的。為這個全部長度的粉灰層3的有效區域進行這種重量分布測量和計算。也就是說，確定出第一層在縱向方向上的重量分布，然后把所獲得的數據用于在第二層中的玻璃顆粒的沉積。為了沉積形成第二粉灰層，利用控制單元14來調節玻璃原材料氣體的流速或第二次橫移的橫移速度，從而能夠對在第一層的重量分布中所發生的變化進行補償。
對于每次橫移或每次規定的橫移，重復上述的測量、計算和調節控制，直到粉灰層重量達到預定數值為止。這樣就能使沉積形成的粉灰層3在它的全部長度的有效區域上是均勻的。然后對所形成的粉灰預型件進行脫水和燒結，以便生產出均勻透明的玻璃預型件，使得生產出的玻璃預型件的外徑在縱向方向上波動被減小了。
初始玻璃棒的外徑在縱向方向上可以是不均勻的。例如，初始玻璃棒1是一根其外徑在縱向方向上具有波動變化的(用于制造一光纖的)玻璃芯棒，或者是一根由一芯部分和一包層部分構成的玻璃棒，該玻璃棒在縱向方向上具有不均勻的芯部直徑與包層直徑的比率。在這些情況下，應預先檢查在縱向方向上初始玻璃棒的外徑波動變化以及芯-包層比率波動變化情況。然后根據妝始玻璃棒的外徑波動以及芯-包層比率波動來進行粉灰層的沉積。也就是說，對在縱向方向上粉灰層中玻璃顆粒的重量分布進行調節，以便使芯部直徑與玻璃預型件直徑的比率變得均勻。在這種情況下，在縱向方向上玻璃顆粒沉積的重量分布不必是均勻的。于是，就能把該玻璃顆粒沉積玻璃化成透明的玻璃預型件，使得在縱向方向上該玻璃預型件具有均勻的芯部直徑與玻璃預型件直徑的比率。
要被沉積的玻璃顆粒的重量能用兩種方法來調節。第一種方法就是使初始玻璃棒的橫移速度保持固定不變，而在縱向方向上的一些必要的位置增大或減小來自燃燒爐6的玻璃原材料氣體的流速。第二種方法就是使來自燃燒爐6的玻璃原材料氣體的流速保持固定不變，而改變初始玻璃棒的橫移速度。第一種方法的優點在于易于控制操作，這是因為第一種方法只是利用質量流量控制器(MFC)來調節玻璃原材料氣體的流速。第二種方法需要提供一個可微調的速度控制器，這是由于要被沉積的玻璃顆粒的重量是通過增大或減小初始玻璃棒的移動速度來調節的。也可以對移動速度和玻璃原材料氣體的流速兩者同時進行控制和調節。但是，這需要很復雜的控制操作。理想的做法是，根據對玻璃原材料氣體的流速和/或橫移速度的調節來增大或減小氧氣和氫氣的流速。
(例6，參照圖19至22)在圖19至22的圖表中，橫坐標軸表示沿縱向方向在初始玻璃棒上的位置(初始玻璃棒的下端位于“0”位置)，而縱坐標軸表示增大的重量(圖19和21)，玻璃原材料氣體的流速(圖20)以及玻璃預型件的外徑(圖22)。
利用圖1所示的制造裝置的布置，使玻璃顆粒沉積到初始玻璃棒上。利用一根用于制造光纖的芯棒來作為初始玻璃棒1，該芯棒的直徑為30mm，長度為500mm，它包括一芯部分和一包層部分，并在縱向方向上具有均勻的外徑以及無效的芯部-包層比率。外徑為30mm的純石英-玻璃制的且具有磨砂表面部分的兩根仿制棒1b被熔接到芯棒1a的兩端。其中一根仿制棒1b通過一銷釘接頭2a與一支撐桿2相連接，初始玻璃棒由一驅動設備5支撐著，并豎直地從驅動設備5懸垂下來并進入反應容器4內。一激光型距離測量設備被用作距離測量設備10，并且被設置在燃燒爐6的下方，并與燃燒爐底部保持100mm的間距，該距離測量設備的位置使得來自距離測量設備的激光束以一直角照射在初始玻璃棒1的中央。一溫度觀視器(thermo-viewer)被用作溫度測量設備8，它具有很寬的測量范圍。這個設備被可移動地安裝在初始玻璃棒1的縱向方向上。設置一燃燒爐6，該燃燒爐6的直徑為60mm，用于以12標準升/分鐘(SLM)的速度供應玻璃原材料SiCl4，以240標準升/分鐘的速度供應H2，以120標準升/分鐘的速度供應O2，氫氣和氧氣是用于產生火焰的，以及以6標準升/分鐘的速度供應Ar氣，該氬氣是用于隔離燃燒爐6附近的氫氣和氧氣的。盡管在圖示例子中只用了一個燃燒爐6，但是，也可以使用多個燃燒爐6。
在玻璃顆粒開始沉積之前，通過把一激光束照射到仿制棒1b的磨砂玻璃表面上，測量出從距離測量設備10至初始玻璃棒表面的距離(L0)。于是計算單元13獲知所測量得的L0的外徑為30mm。然后，初始玻璃棒以40轉/分的轉速轉動，同時以例如200毫米/分的速度的向下移動，從而開始第一次橫移。初始玻璃棒1的橫移距離為1100mm。
利用溫度測量設備8測量出玻璃顆粒沉積(粉灰層)的表面溫度，并計算出各個位置的平均溫度。然后根據表面溫度值計算出體密度ρ1(克/立方厘米)，從而確定出在縱向方向上體密度的分布。在初始玻璃棒的向下橫移期間，利用來自距離測量設備10的激光束在各個位置測量出從沉積在初始玻璃棒表面上的粉灰層表面至距離測量設備的距離(L1)。根據距離(L0)和距離(L1)，確定出在縱向方向上粉灰層的增大外徑(D1)的波動分布。然后，根據體密度分布和外徑波動分布來計算出在縱向方向上粉灰層中的玻璃顆粒的重量分布。
圖19中的曲線圖表示出了在第一次橫移結束之后，沉積在初始玻璃棒1上的粉灰層的重量分布。在圖19中，橫坐標軸表示在縱向方向上初始玻璃棒1的各個位置，縱坐標軸表示在每個位置處的重量增大比率，參照等于1的平均值。該曲線圖表示在離初始玻璃棒一端100mm和400mm位置處具有很大的重量增量，而在離初始玻璃棒一端250mm位置處具有很小的重量增量。計算單元13根據從第一次橫移所獲得的各種信息和重量分布來進行運算，并把運算結果傳送給控制單元14，該控制單元14又根據所接收到的數據來調節由第二次橫移而導致的要被沉積的玻璃顆粒的量。
在第二次橫移中，初始玻璃棒1向上移動，它與第一次橫移是反向的。在這種情況下，位于燃燒爐6下面的粉灰層3的外徑的測量被省略了，這是由于在燃燒爐6下面粉灰層3的直徑不發生變化。然而，如果距離測量設備被設置在燃燒爐6的上方，那么，在第二次橫移中就要測量粉灰層的外徑。在這種情況下，對于每一次橫移都測量粉灰沉積的外徑的波動變化。由于要獲得預定數值的玻璃顆粒沉積量，至少要100次橫移，因此，對于每次下移和上移都可以對粉灰層的外徑進行測量。如果增加的重量的波動很小，那么還可以減小測量的次數。理想的做法是，對于每次橫移都對玻璃顆粒沉積的表面溫度進行測量。
圖20中的曲線表示出了在縱向方向上在各個位置的玻璃原材料的流速分布，它是根據在第一次橫移中的所測得的重量分布而預先為第二次橫移確定的。在圖20中，橫坐標軸表示沿縱向方向上在初始玻璃棒1上的各個位置(初始玻璃棒的下端的位于“零”位置)，縱坐標軸表示在每個位置的玻璃原材料氣體的流速的比率，參照等于1的平均重量值。這條曲線(圖20)具有與圖19中的曲線具有倒數的關系。也就是說，在第二次橫移中，在100mm位置和400mm位置處，玻璃原材料氣體的流速被減小，而在圖19中，在所說的這兩個位置處，重量發生很大的增大(波峰)，在250mm位置處玻璃原材料氣體流速被增大，而在圖19中，在這個位置處則是增大最小(波谷)。當在第二次橫移中不測量新的重量分布時，就可以按照玻璃原材料氣體的參考流速來進行第三次橫移，以便形成均勻的玻璃顆粒沉積。也可以為第二次橫移調節玻璃原材料氣體的流速，以補償由第一次橫移所導致的重量波動的一半，以及為第三次橫移調節玻璃原材料氣體的流速，以補償剩余的波動。在第二次橫移中進行測量玻璃顆粒沉積的表面溫度，以便獲得一些用于為第三次橫移計算重量分布的數據。
圖21的曲線表示在第三次橫移中測量和計算出的重量分布。與圖19中的曲線類似，橫坐標軸表示沿縱向方向在初始玻璃棒1上的位置，縱坐標軸表示在每個位置重量增量與平均重量增量1的比率。在圖21中，總的重量增量比率是通過把在第二次和第三次橫移中新沉積的玻璃顆粒的增加的重量乘以先前測量和計算出的圖19所示的重量增量來確定的。還可以計算出新沉積的玻璃的重量分布，并補償由下一次橫移所產生的波動。然而，最好使用總的重量增量分布，這是由于這樣能減小累積誤差，并能提高調節的精度。從圖21的曲線中可以看出，在各個位置處的重量增量的波動要小于圖19中對應的波動。
為了制造出具有30mm厚目標粉灰層的最終被玻璃化的透明的玻璃預型件(該玻璃預型件的外徑為90mm)，進行了155次橫移，并且以400毫米/分鐘的增大了的橫移速度來執行最后的第156次橫移，從而調節了玻璃顆粒沉積的總重量。然后對所形成的粉灰預型件進行脫水和燒結，以便形成一透明的玻璃預型件。圖22是表示出在縱向方向上透明的玻璃預型件的外徑測量值的分布的曲線。所制造出來的玻璃預型件在它的有效部分的整個長度上具有無效的約90mm的外徑。在玻璃預型件的有效部分的整個長度上，玻璃預型件的芯部直徑與包層直徑的比率也基本是均勻的。
(比較的例子3，參照圖23)作為例6的一個對比例子，利用相同的燃燒爐6來使粉灰層3沉積在相同類型的初始玻璃棒1上，從而制造出直徑為90mm的玻璃預型件。在這個例子中，沒有設置熱觀視器和激光型的距離測量設備。也就是說，對于調節控制，沒有對粉灰層的外徑和表面溫度進行測量。燃燒爐6以12標準升/分(SLM)的恒定流速供應玻璃原材料SiCl4(四氯化硅)，以240標準升/分的流速供應氫氣(H2)，以120標準升/分的流速供應氧氣(O2)，其中的氫氣和氧氣是用于生成火焰的，以6標準升/分的流速供應氬氣，用于把氫氣和氧氣與燃燒爐6的出口封隔開。在例6中，橫移的次數為156次。然后對所形成的粉灰預型件進行脫水和燒結，從而形成透明的玻璃預型件。
圖23是表示在對比例子3中所制造出的玻璃預型件在縱向方向上的外徑數值的分布曲線。玻璃預型件的外徑在縱向方向上發生很大的波動，在縱向方向上外徑的平均值大大地超出了目標值90mm。
根據本發明的第五實施例，可以沿縱向方向在初始玻璃棒的表面上精確地沉積預定量的玻璃顆粒。還可以在沒有采用先前制造出的玻璃預型件的數據的情況下，制造出在縱向方向上具有均勻外徑玻璃預型件，也可以制造出在縱向方向上具有均勻J比率的玻璃預型件。
上述所描述的實施例1至5可以被單獨地實施，也可以被按幾種組合的形式實施。例如，根據利用例2中的方法所獲得的數據來計算出制造一新的具有目標J比率的玻璃預型件所需的要被沉積到初始玻璃棒上的玻璃顆粒的量。然后，除了利用例2中方法以外，還利用例4中的方法來確定出在縱向方向上芯棒的外徑波動。因此，在縱向方向上要被沉積到芯棒上的玻璃顆粒的量能夠根據例2和例4的結合使用來進行調節。
權利要求
1.一種制造玻璃預型件的方法，利用外部汽相沉積(OVD)法使玻璃顆粒連續沉積到一初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上，從而形成一粉灰層(3)，并把該粉灰層(3)玻璃化成一透明的玻璃預型件，其特征在于根據至少一個先前制造出的玻璃預型件沿縱向方向的J比率波動分布數據(所說的J比率是指玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒(1)的外徑的比率)來調節要被沉積到初始玻璃棒(1)上的玻璃顆粒的量，從而可以使得被制造出的玻璃預型件具有沿縱向方向均勻的J比率。
2.根據權利要求1所述制造玻璃預型件的方法，其特征在于為每一種焊接有仿制棒(1b)的初始玻璃棒(1)或每一種類型的用于制造玻璃預型件的裝置準備所說的J比率波動分布數據。
3.根據權利要求1至2之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于J比率波動分布數據由新獲得的數據來更新。
4.根據權利要求1至2之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于通過改變沿縱向方向的玻璃原材料氣體的流速來調節玻璃顆粒沉積的量，從而使得玻璃預型件的J比率與目標J比率相匹配。
5.根據權利要求4所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于根據玻璃原材料氣體的流速的變化來改變氧氣和氫氣的流速。
6.根據權利要求1至2之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于通過改變玻璃顆粒合成燃燒爐(6)和初始玻璃棒(1)在縱向方向上的相對移動速度來調節要被沉積的玻璃顆粒的量，從而使得玻璃預型件的J比率與目標J比率相匹配。
7.一種制造玻璃預型件的方法，利用外部汽相沉積(OVD)法使玻璃顆粒連續沉積到一初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上，從而形成一粉灰層(3)，并把該粉灰層(3)玻璃化成一透明的玻璃預型件，其特征在于準備出先前制造的許多玻璃預型件的沉積重量X與J比率Y(該J比率是指玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒(1)的外徑的比率)之間的相互關系數據A以及先前制造出的許多玻璃預型件的初始玻璃棒(1)的外徑Mp與J比率波動率Z(指測得的J比率Y與目標J比率Yo的比率)之間的相互關系數據B，并根據相互關系數據A和相互關系數據B來計算出要獲得目標J比率Yo所需的要被沉積的玻璃顆粒的量，然后在初始玻璃棒(1)上沉積所計算出的玻璃顆粒的量。
8.根據權利要求7所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于J比率Y是所說的這些玻璃預型件在縱向方向上所測得的J比率值的平均值。
9.根據權利要求7至8之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于根據相互關系數據A，初始玻璃棒(1)的平均外徑為Ma，根據相互關系數據B計算出被用于沉積的初始玻璃棒(1)的對應于平均外徑Ma的J比率波動率Za與對應于平均外徑Mo的J比率波動率Zo的差別或比率，為所計算出的波動率Za與Zo之間的差別或為所計算出的Za與Zo的比率而對目標J比率Yo進行修正，根據相互關系數據A來確定出具有經修正的目標J比率Yo’的玻璃預型件的重量，并計算出要被沉積的玻璃顆粒的量。
10.一種制造玻璃預型件的方法，利用外部汽相沉積(OVD)法使玻璃顆粒連續沉積到用于制造一光纖的且具有一芯棒(1a)的一初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上，從而在所說的圓柱形外表面上形成一粉灰層(3)，并把該粉灰層(3)玻璃化成一透明的玻璃預型件，其特征在于測量出芯棒(1a)在其縱向方向上的折射率分布，并根據所測得的折射率分布來計算出在縱向方向上的目標J比率(該比率是指玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒(1)的外徑的比率)的分布，以便在縱向方向上獲得規定的波長分散，并且調節在縱向方向上要被沉積到該初始玻璃棒(1)外表面上的玻璃顆粒的量，以便使玻璃預型件的J比率等于所說的目標J比率。
11.一種制造玻璃預型件的方法，利用外部汽相沉積(OVD)法使玻璃顆粒連續沉積到用于制造一光纖的且具有一芯棒(1a)的一初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上，從而在所說的圓柱形外表面上形成一粉灰層(3)，并把該粉灰層(3)玻璃化成一透明的玻璃預型件，其特征在于測量出芯棒(1a)在其縱向方向上的外徑波動分布，并根據所測得的外徑波動分布來計算出在縱向方向上要被沉積到初始玻璃棒(1)外表面上的玻璃顆粒的量，從而使在縱向方向上J比率(該比率是指玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒的外徑的比率)等于目標J比率。
12.根據權利要求10至11之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于通過改變沿縱向方向的玻璃原材料氣體的流速來調節要被沉積的玻璃顆粒的量，從而使得玻璃預型件的J比率與目標J比率相匹配。
13.根據權利要求12所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于根據玻璃原材料氣體的流速的變化來改變氧氣和氫氣的流速。
14.根據權利要求10至11之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于通過改變玻璃顆粒合成燃燒爐(6)和初始玻璃棒(1)在縱向方向上的相對移動速度來調節要被沉積的玻璃顆粒的量，從而使得玻璃預型件的J比率與目標J比率相匹配。
15.一種制造玻璃預型件的方法，利用外部汽相沉積(OVD)法使玻璃顆粒連續沉積到一初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上，從而在該圓柱形外表面上形成一粉灰層(3)，并把該粉灰層(3)玻璃化成一透明的玻璃預型件，其特征在于測量出初始玻璃棒(1)上所沉積玻璃顆粒的表面溫度波動的分布以及玻璃顆粒沉積的外徑波動的分布，計算出每次橫移或每次規定的橫移所導致的新沉積的粉灰層(3)的重量分布，并調節下一次橫移時要被沉積的玻璃顆粒的量，以便減小新沉積的粉灰層(3)的重量分布的波動變化，或減小已經沉積的粉灰層(3)加上新沉積的粉灰層(3)所得的總重量分布的波動變化，從而最終獲得沿縱向方向均勻的J比率(該比率是指玻璃預型件的外徑與初始玻璃棒的外徑的比率)。
16.根據權利要求15所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于初始玻璃棒(1)是一玻璃芯，或者是由一芯和一包層構成的玻璃，它適合用于制造一光纖。
17.根據權利要求15至16之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于根據玻璃顆粒沉積的表面溫度測量值來確定出粉灰層(3)的體密度，然后根據粉灰層(3)的體密度和外徑來確定出粉灰層(3)的重量。
18.根據權利要求15至16之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于測量出距粉灰層(3)表面的距離，并根據所測得的距離確定出粉灰層(3)的外徑。
19.根據權利要求15至16之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于通過改變在縱向方向上玻璃原材料氣體的流速來調節要被沉積的玻璃顆粒的量。
20.根據權利要求19所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于根據玻璃原材料氣體的流速的變化來調節氫氣和氧氣的流速。
21.根據權利要求15至16之一所述的制造玻璃預型件的方法，其特征在于通過改變在縱向方向上初始玻璃棒(1)的橫移速度來調節要被沉積的玻璃顆粒的量。
22.一種玻璃預型件制造裝置，包括一反應容器(4)；一驅動設備(5)，用于轉動并在縱向方向上移動一初始玻璃棒(1)；一燃燒爐(6)，用于生成要被沉積到初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上的玻璃顆粒，其特征在于該裝置還設置有一粉灰位置測量設備(11)，用于測量在縱向方向上在粉灰層(3)上的位置；一輻射溫度計，用于測量玻璃顆粒沉積的表面溫度；一激光型的距離測量設備，用于測量粉灰層(3)的外徑；一計算單元(13)，用于根據玻璃顆粒沉積的表面溫度和玻璃沉積的外徑來計算出粉灰層(3)的重量分布。
23.根據權利要求22所述的玻璃預型件制造裝置，其特征在于設置有一控制單元(14)，用于根據粉灰層(3)的重量分布來調節要被沉積的玻璃顆粒的量。
全文摘要
一種用于制造玻璃預型件的方法和裝置，通過調節被沉積到一初始玻璃棒(1)上的玻璃顆粒的重量來使所制造出來的玻璃預型件具有均勻的J比率。其中的制造方法采用外部汽相沉積法(OVD法)，通過這種方法，使玻璃顆粒被連續地沉積到一初始玻璃棒(1)的圓柱形外表面上，從而在該圓柱形外表面上形成一逐漸增加的粉灰層(3)，然后把該粉灰層(3)玻璃化成一透明的玻璃體，其特征在于玻璃顆粒的沉積是這樣來進行的，即，根據先前制造出的一玻璃預型件在其縱向方向上的J比率波動變化的數據來調節要被沉積的玻璃顆粒的量，從而使得被制造出的玻璃預型件能在其縱向方向上具有均勻的J比率。
文檔編號C03B37/014GK1400182SQ0212697
公開日2003年3月5日 申請日期2002年7月26日 優先權日2001年7月26日
發明者石原朋浩 申請人:住友電氣工業株式會社