由石英玻璃制造光學元件的方法

專利名稱：由石英玻璃制造光學元件的方法
技術領域：
本發明涉及一種由石英玻璃制造的光學元件的方法，其中在垂直方向上提供共軸結構至加熱區，所述共軸結構包括由具有可抽真空內孔的石英玻璃罩管環繞的芯棒，該共軸結構在加熱區中逐區(zonewise)加熱并且形成拉伸球管，經拉長而獲得石英玻璃元件。
用于光學纖維的中間產品(預成型或者簡單實心圓筒)形式的光學元件或本身呈光學纖維形式的最終產品是通過壓扁和拉長共軸結構而制造的，所述共軸結構由包括石英玻璃芯棒和環繞芯棒的石英玻璃的外罩管組成。
US 6,460,378 B1公開了上述類型的方法。在該方法中，在拉長過程中，芯棒同時用垂直排列的內罩管和外罩管包覆。芯棒在其上端與石英玻璃夾持器熔合。為了在外罩管的內孔中固定芯棒，該罩管在其下端區域中具有收縮部分。該收縮部分用作夾持環的支承物，在外罩管垂直定向的條件下，將該夾持環自上引入到罩管的內孔中。夾持環的外徑小于外罩管的內徑，但略大于收縮部分的內徑，以便夾持環在收縮部分的區域上從上方安置下來。芯棒的圓錐形下端的一部分貫穿夾持環的中心孔，以便夾持環形成用于芯棒的中心固定和軸向止動。而且，第一內罩管安置在夾持環上的前側。
彼此間通過夾持環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內孔中保持該真空。為此，石英玻璃環需要密封內外罩管間的間隙，石英玻璃環還有助于在該結構的上部區域內彼此地固定該元件。需要附加的加熱工序以熔合上部元件端；這可能難以校正隨后發生的與所需的幾何形狀間的偏差。
光學優質元件的可復現的生產要求在制造和工藝流程的時間方面付出相當的努力，以確保精確的共軸結構和芯棒與罩管彼此之間的固定，然后進行拉長過程。
然而發現在拉長過程期間上部芯棒端的固定導向和裝配難以保持(observe)待被抽出的元件的所需幾何形狀。使上部芯棒端能夠在一定程度上移動的裝配可在拉長過程期間的自動定心，所述自動定心需要所要制造的元件有更好的尺寸穩定性。然而，這種工藝流程的一個缺點是呈松態排列于內孔中的芯棒由于其重量造成的在拉長過程期間向下壓并且使拉伸球管軟化石英玻璃塊變形或者甚至使所述石英玻璃塊斷裂。此外，由于向下壓芯棒，與套材料相比，相對富集了芯棒材料，這導致了所謂“b/a比值”(套直徑與芯直徑之比)的變化。這是光學纖維和預成型品特別重要的參數，通常僅允許與所需值有極小的偏差。
盡管在罩管的內孔中施加負壓可以抵消芯棒的下垂，但是當大氣壓在外部施加于拉伸球管時，相對于內孔中的壓力出現1巴的最大壓差。取決于芯棒材料的比重和拉伸球管的具體形狀，長度在約3米以上的芯棒就不能在1巴的最大壓差下再被安全地夾持。然而，為了改善制造方法的經濟性，要求使用更長的芯棒。
因此，本發明的目的是提供一種簡單和廉價的方法，其能通過拉長由芯棒和罩管組成的共軸結構經濟地制造優質的光學元件。
依上述方法，本發明的目的是在內孔中使用一種芯棒，所述芯棒包括至少兩個芯棒段(section)，其松散地一個排列于另一個之上，上芯棒段的重量負載在拉伸球管之上所提供的罩管的夾持或支承部分中。
本發明方法的特征在以下方面1.能夠使用盡可能長的芯棒而沒有任何明顯的拉伸球管變型和“b/a比值”的變化，該兩個措施是不可缺少的。一方面，使用縱向分開的芯棒。所述棒在內孔段中包括至少兩段(segment)(芯棒段)，一個排列于另一個之上，其間可以保持間隙。由此可以在除拉伸球管以外的某一位置，即在罩管上負載至少一個上芯棒段的重量。為此，罩管包括拉伸球管之上的夾持或支承部分。上芯棒段被直接或間接支承在支承部分上，或者其直接或間接地懸吊于夾持部分。
芯棒被分成縱向的段。從拉長過程開始起，下芯棒段因此要求其自身固定以防從罩管的內孔中的任何落下。
單個芯棒段的長度尺寸是這樣的，如果夾持或支承部分各自在拉長過程中被熔化，則由于內孔中所產生的負壓而也可以使得芯棒段的重量被安全地夾持。通過將芯棒分成若干段具有其它優點。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經濟，還可以使用經選擇的剩余段(piece)，并且考慮到與理想的圓筒在稱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較容易的并且因而能夠保持較小的間隙。
因為部分芯棒重量負載在罩管上，在本發明方法中由芯棒和罩管構成的結構可以大體上是由現有技術中所能實現的長度的數倍。
2.此外，芯棒呈松態排列在罩管的內孔中。這意味著芯棒段在某種程度上是可傾斜的或可軸向轉動的或者是可橫向移動的，該移動可在拉長過程中實現自動對心。
在共軸結構中，芯棒由一個或多個套管環繞。罩管是指這種套管，其中上芯棒段的重量最后負載在該套管上，即該管包括本發明意義內的夾持或支承部分。罩管直接環繞芯棒，或者將一個或若干個其它套管置于罩管和芯棒之間。必要的是該罩管未將其重量置于拉伸球管上。
芯棒排列在罩管的內孔中。內孔是可抽真空的，真空裝置的連接位置與按本發明所述的成功與否沒有關聯，因此其還可以位于罩管的內孔以外。
本發明的上芯棒段是其重量負載在罩管的夾持或支承部分上的芯棒段，并且置于其它下芯棒段上面。這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。
本發明的方法能夠通過使用大長度的芯棒和罩管可復現地制造尺寸上穩定的光學元件(棒、預成型品、纖維)并且具有較高的產率。
在本方法的第一優選方案中，上芯棒段懸吊于夾持或支承部分。
被懸吊的夾持使得更容易地將上芯棒段的預定位置保持在內孔中。夾持或支承部分通常如此排列在上芯棒段的上端，以使在共軸結構逐區熔化時能長時間保持其夾持功能。
優選地，上芯棒段在其上端具有置于罩管的上表面上的凸輥環。
夾持或支承部分由罩管的上表面形成，上芯棒段間接地經由其它元件支承或直接地支承在罩管的上表面上。這里上芯棒段具有夾緊罩管表面的凸輥環。為了確保在內孔中、特別地在芯棒和罩管的環隙中施加和維持負壓，凸輥環宜包括氣體通口。
作為替代方案并且同樣是優選的，支承在罩管壁中的夾持體與上芯棒段的上端嚙合。
夾持體與上芯棒段的上端熔合，它被嵌入其中，或者它貫穿芯棒段的孔。重要的是要支承在罩管上。在最簡單的情況下，它是貫穿罩管壁和貫穿芯棒的石英玻璃針。
本方法的兩種方案不需要或僅需要少量對付上芯棒段或罩管的熱變形措施。形成適于石英玻璃針的通道的孔可以在冷態下發生(無熱變形)。上芯棒段還可以保持一定的移動自由度，使得能夠在拉長期間可自動對心。
作為懸吊裝配的替代方案或者補充，當上芯棒段是支承在夾持或支承部分上時，其結果也是有利的。
懸吊裝配的弱點是待夾持在芯棒段中的上端的機械強度。由于支承裝配，排除了上芯棒段的斷裂。
當以罩管內孔的頸的形式構成夾持或支承部分時，上芯棒段直接或間接地安置在內孔的頸上是有益的。
罩管由一段構成，或者它由兩段或更多段罩管段組成。重要的是提供至少一個罩管內孔的頸。該頸用作本發明中的夾持或支承部分。其結構使上芯棒段直接或間接地經由排列在罩管的內孔中的其它元件安置于其上。因此，上部芯棒部分的重量經由頸負載在罩管上，以便該重量不作用于在拉長期間逐漸形成的拉伸球管。該頸例如是通過內孔的階梯形或圓錐形錐體或者通過凸出罩管壁而進入內孔的支承體來實現。下芯棒段或其部分在頸的下面延伸。
在頸的區域內，芯棒被分成上和下芯棒段。雖然上芯棒段被支承在頸上，但是頸可以同時用作下芯棒段的鄰接以防漂浮，如將在下文中更詳細地闡述。
本方法方案特別有益的是，其中頸結構成罩管的環繞內卷邊的形式。
環繞內卷邊在機械上是特別穩定的，并且防止直接或間接地安置在其上的芯棒段的滑動。不存在有關內孔密封性的問題。
此外，內卷邊可以以特別容易的方式形成，特別是當，如在本方法的優選方案中，通過對頭焊接管狀段而制造罩管，并且在連接點區域內在焊接期間同時形成頸(優選地以內卷邊的形式)。
在本方法的特別優選的方案中，上芯棒段直接或間接地安置在下芯棒段上，下芯棒段的重量負載在夾持或支承部分上。
在這種情況下，夾持和支承段同時用來裝配或夾持下芯棒段和上芯棒段，這降低了生產成本。上芯棒段直接或間接地安置在下芯棒段上，并且不必為此以特殊的方式處理。
當下芯棒段懸吊于夾持或支承部分時，結果是特別有利的。
夾持或支承部分例如呈罩管的上表面的形式構成，所述罩管由下芯棒段的凸輥環夾緊，或者下芯棒段懸吊于支承體，所述支承體貫穿罩管壁并且嚙合于下芯棒段的上端。在拉長過程中的結構的逐區軟化期間，所述部分將僅在以下時刻軟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，而沒有使全部兩個芯棒段的重量落在拉伸球管上。
在上芯棒段呈松態排列在罩管的內孔中的情況下，“漂浮”會在拉長過程期間發生。個芯棒段在與拉伸方向呈相反方向上的向上運動意指漂浮。只要當前被軟化的芯棒段顯示了低重量和在向上方向的小作用，漂浮就可能出現。這種作用導致在拉伸球管中相對缺少芯棒材料，這同時導致被抽出的元件在“b/a比值”方面的變化。
為防止這種情況，在本發明方法中提供了至少一種方法來防止在拉長期間的芯棒段的漂浮。
當用于防止漂浮的方法是由內孔的頸形成時，結果是特別有益的。
在這種情況下，罩管內孔的頸同時用作上芯棒段的支承并且作為防止排列在頸下面的其它芯棒段的漂浮的鄰接，在這種情況下，所述芯棒段完全位于頸的下面。
在本發明方法的特別優選的方案中，共軸結構包括內圓筒和外圓筒，所述內圓筒環繞芯棒并且形成具有夾持或支承部分的罩管，而所述外圓筒環繞內圓筒。
在這種情況下，內圓筒具有用于上芯棒段的夾持或支承部分，并且它包括其自身的裝配。通常，內圓筒的壁厚小于外圓筒的壁厚，這簡化了夾持或支承部分的形成，例如通過玻璃吹制加工。
在這方面，當內圓筒包括頸時，結果是特別有利的。
至少一個頸，例如以內卷邊形式，可更易用較薄壁的內圓筒形成，并且同形成外圓筒的情況相比，成本更低，所述外圓筒通常以厚壁的空心圓筒的形式存在。
此外，當上芯棒段懸吊于內圓筒的夾持或支承部分時，結果是有利的。
如以上所述，因此，例如上芯棒段具有夾緊內圓筒表面的邊輥環。或者提供了至少一個夾持裝置，其夾持上芯棒段并且被支承在內圓筒上。在最簡單的情況中，該夾持裝置是石英玻璃針形式的夾持體，其貫穿內圓筒并且貫穿芯棒。
在另一個其共軸結構包括環繞芯棒的內圓筒和環繞內圓筒的外圓筒的方法中，外圓筒形成具有夾持或支承部分的罩管。
不僅上部芯棒部分的重量負載在外圓筒上，而且內圓筒的重量或其部分也負載在外圓筒上。
芯棒是用于待制造的光學元件的芯區的石英玻璃，就時間、材料和因而成本而言，其的制造是特別費事的。因此在芯棒已被制造后，會改變光學性質或者甚至導致芯棒損失的精加工處理、特別是熱處理必須盡可能地避免。在方法的優選方案中，在內圓筒中沒有任何棘手處理措施的情況下，可以通過內圓筒固定上芯棒段，所述內圓筒由至少一個下縱向段和一個上縱向段構成，所述上縱向段其下端包括窄的內孔，上芯棒段被置于窄的內孔上。
在本方法中，提供了內圓筒，其類似于芯棒由呈松態疊置的縱向段組成。所述縱向段中的至少之一還用來夾持且固定芯棒段，其中其內孔包括頸，所述頸的內徑小于安置在頸上的芯棒段的外徑，或者對于經由中段在頸上的芯棒的間接支承，所述頸的內徑小于所述中段的外徑。內孔的頸可易于在通常是薄壁的內圓筒中形成。內孔的上述頸例如還適于最底下的芯棒段的最初固定。
所討論的縱向段被支承在罩管(外圓筒)的夾持或支承部分上，或者其懸吊于所述位置。
優選是夾持或支承部分以外圓筒的內孔的頸的形式成形，內圓筒的上縱向段以其下端置于所述外圓筒之上。
在這方面，參考上述有關一般形式的罩管相應設計的說明，這些同樣地適用于外圓筒上的頸的結構。特別地在外圓筒上形成頸的優點是，在最簡單的情況下，芯棒和內圓筒都不需要任何機械處理或者玻璃吹制加工。
在特別合適的實施方案中，上芯棒段被固定在內圓筒中，所述內圓筒在其上端包括夾緊夾持或支承部分的凸輥環。
內圓筒作為一個部件制造或者由多個縱向段組成。無論如何，環繞上芯棒段的內圓筒部分包括具有邊輥環的上端，所述邊輥環夾緊形成在外圓筒上的夾持或支承部分，例如呈外圓筒上表面的形式。上芯(棒)被夾持在內圓筒中。其重量因而經由內圓筒間接地傳送到外圓筒。上芯棒段被固定在內圓筒中，例如通過以上措施(內圓筒內孔的頸、裝在貫穿內孔的支承體上或者懸吊于該支承體，向上芯棒段的末端提供夾緊內圓筒的邊輥環)。內圓筒的邊輥環有利地這樣結構，使得其不妨礙在內圓筒和外圓筒間的環形間隙中施加和維持負壓。
開始，必須防止下芯棒段從罩管的內孔中脫落。一旦由于在拉長過程期間的軟化而不再需要相應的夾持功能時，共軸結構(或其余)的下芯棒段的重量將置于拉伸球管上。
優選地，下芯棒段的重量負載于除夾持或支承部分以外的某一位置。
本方法的這種方案的優點是，下和上芯棒段的重量負載在不同位置，以使相應的夾持單元緊湊并且降低了由于很大重量造成的斷裂的危險。
作為一種替代方案并且同樣優選的是下芯棒段的重量負載在夾持或支承部分上。
本方法的這種方案的優點是夾持單元的數量少和因而共軸結構的生產成本是低的。
此外，作為以上更詳細說明的方法的全部方案的補充，當石英玻璃的中段(上芯棒段置于其上)排列在罩管的夾持或支承部分時，結果是特別有益的。
在夾持或支承部分的周圍區域中，共軸結構的幾何形狀可以在軸向上是不規則的，并且此外可以與理想圓柱對稱有某種偏差。結果，該部分不適于制造優質光學元件并通常遭到拒絕。因為芯棒特別地由優質石英玻璃構成，相關芯棒部分在所述部分中被以中段形式的較廉價的石英玻璃所代替。在本發明的實施方案中，這同樣適用于內圓筒，其中夾持或支承部分在外圓筒上。此外，中段可以具有適于上芯棒段的補充夾持或支承功能，并且必要時承擔內圓筒的上述功能，因此簡化了夾持或支承部分的形成。作為例子應當提及的頸上的中段，并且在中段上支承有上芯棒段和內圓筒。
為了確保在內孔中施加和維持負壓，中段有利地具有氣體通口。
的確本發明方法要盡力形成罩管中合適的夾持或支承部分或者上芯棒段的合適結構。然而，如果罩管的長度大于4米的話，這些額外努力通過產率的提高而得以補償。芯棒具有相當大的長度。
參考實施方案和附圖更詳細地解釋本發明的方法。附圖是示意圖，其中

圖1是用于實施本發明方法的共軸結構的實施方案的總圖，所述共軸結構由芯棒、內套管和外套管組成；圖2是上芯棒段的圖1的放大詳圖，所述上芯棒段裝配在外套管的內卷邊上；圖3是圖2所示裝配的第一改型；圖4是圖2所示裝配的其它改型；圖5是上芯棒段在下芯棒段上的支承裝配，所述下芯棒段被固定到單獨被夾持的內套管上；圖6是在單獨被夾持的內套管中裝配上芯棒段的其它實施方案；和圖7是在具有邊輥環的內套管中裝配上芯棒段的實施方案。
圖1顯示由芯棒1、內套管2和外套管3組成的石英玻璃結構。所述元件的縱軸各自在與整體結構的垂直定向的中心軸4呈共軸方向延伸。
芯棒1由高純度人造石英玻璃構成并且包括上芯棒段1a和與其分離的下芯棒段1b。根據所謂的OVD方法，通過沉積SiO2顆粒制得芯棒段1a、1b，各自具有芯/套結構。這意味著，當在徑向上觀察時，其具有不均一的折射率分布。在內套管2的內孔中，芯棒段1a、1b以空間隔開的關系呈松態一個堆疊在另一個上。芯棒段的長度都約為3米，其外徑約為38mm，使得內環形間隙5在套管2和芯棒1間的間隙寬度為約1mm。
直接環繞芯棒1的內套管2由高純度石英玻璃構成，其根據所謂的OVD方法由外部沉積獲得。它包括上段2a和下段2b。各段在外套管3的內孔中在軸向(中心軸4)上彼此分開并且呈松態一個堆疊在另一個上。各套管段2a和2b的長度分別相當于嵌入其中的芯棒段1a和1b的長度，并因而在各自實施方案中也為約3米。套管段2a、2b的內徑是40mm和它們的外徑是52mm。
環繞內套管2同時留有外環隙7的外套管3由人造石英玻璃構成。它由兩個彼此對頭焊接的圓柱形構件3a、3b組成。在連接點處，形成環繞卷邊6(以下稱為“內卷邊6”)，其延伸進外環隙7約3mm。在焊接圓柱形構件3a、3b期間形成內卷邊6，其中面對連接點的兩個圓柱形構件3a、3b的區域被軟化，并且在兩圓柱形構件3a、3b被直接壓在一起前，借助于石墨工具使圓柱形構件中的一個的內緣向內彎曲。外套管的外徑是195mm。在內卷邊6的區域內，內徑約為48mm，否則約54mm。
具有通孔10的石英玻璃的上間隔盤9直接置于內卷邊6上。上間隔盤9的外徑為52mm，厚為20mm。通孔10沿繞中心軸4的半徑延伸，其半徑大致相應于內環隙5的中心半徑。上芯棒段1a和上套管段2a位于在上間隔盤9上。因此，其重量經由上間隔盤9傳送到內卷邊6并因而傳送到外套管3。
石英玻璃的下間隔盤11具有相當于上間隔盤9的幾何形狀，其在內卷邊6的底部延伸。下間隔盤11定位于下芯棒段1b和下套管段2b的上表面上。通過使內孔閉合的石英玻璃板12來防止這些元件從外套管3的內孔中脫落，該板又用貫穿板12并且在穿過外套管3的壁兩側的銷釘13固定。
由較差質量石英玻璃構成的夾持圓柱14熔合到外套管3的上表面端。夾持圓柱14具有環繞的矩形凹槽15并用作夾具的接收器(未示于附圖中)，通過所述夾具外套管3被夾持和移動。該夾具是裝在萬向支架上的，使得外套管3可在拉伸方向(指向箭頭16)的橫向方向裝配的萬向支架附近軸向轉動，這有助于在拉長過程期間自動對心。
夾持圓柱14的上端用蓋17封閉，氣體管線18通過蓋17，經由氣體管線18，外套管3的內孔和同樣內套管2的內孔是可抽真空的，并且通過氣體管線18可以引入吹掃氣。
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還包括用于將真空通過其傳到內套管2的內孔上的孔。防止上芯棒段1a在拉長過程期間漂浮的支承棒20在石英玻璃板19和蓋17間延伸。
在圖2至8的范圍內，使用與圖1相同的附圖標號，這些將表示為通過實例并參考結構說明如上所述的結構上同一或等同的元件和部件。
圖2示出尺寸放大了的圖1的區域A。間隔盤9和11的外徑大致相當于內套管2的外徑，以便其上下段可以被支承在各自的間隔盤9和11上。另一方面，間隔盤9和11的直徑大于在內卷邊6的區域內的內孔的內徑，以使間隔盤9和11分別自上和自下安置在內卷邊上。
圖3和4示出用于通過在外套管3的內卷邊6的支承在區域A中固定上芯棒段1a的替換實施方案。
在根據圖3的實施方案中，內套管2的上段2a具有向下成錐形的錐體下端30，形成開口寬度約25mm的內套管2的內孔的頸。上芯棒段1a安置在所述頸上。這里可以省略間隔盤中的一個，使得同圖2的實施方案相比，芯棒段1a、1b間的距離較小。然而，內套管2a的圓錐形下端30可以在這里延伸至低于內卷邊6的位置，使得間隔環31可用于防止同間隔盤11的接觸。
在根據圖4的實施方案中，可以省略兩個間隔盤。同樣在這種情況下，內套管2的上段2a具有向下成錐形的錐體下端40，形成開口寬度約25mm的內套管2的內孔5的頸40，而上芯棒段1a安置在所述頸上。內套管2的下段2b包括具有向外取向的輥環41的上端，所述輥環41夾緊內卷邊6。
在全部上述本發明的實施方案中，上芯棒段1a和內套管2的上段2a的重量直接或間接地經由內卷邊6負載在外套管3上。
為了防止芯棒1a、1b和內套管50在拉長過程期間漂浮，提供了如圖1所示實施方案中的類似裝置。所述裝置包括蓋17，其牢固地連接到夾持圓柱14。支承棒20在蓋17和位于上芯棒段1a上的支承盤19間延伸。經由通過蓋17的氣體管線，至少環形間隙5是可抽真空的。
圖5顯示了本發明方法相似的實施方案，然而其中，上芯棒段1a的重量負載在內套管2上。
內套管52和外套管53各自長度為6米并且被焊接在一起，自長度為3米的段上沒有任何明顯的接縫。下芯棒段1b的上端具有通孔，石英玻璃銷釘54穿過通孔延伸，借此所述芯棒段1b被夾持懸吊以在某種程度上在內套管52的壁上是可軸向轉動和可替換的。芯棒段1b的孔可以在冷態中形成(無熱變形)。
上芯棒段1a直接安置在下芯棒段1b的上表面上。接觸點在圖5中用附圖標號55表示。這里可以省略間隔盤。通過單獨的夾持器來支承內套管52(未示于圖5中)。為防止在拉長過程期間上芯棒段1a的漂浮，如圖1中所示的實施方案，提供了類似裝置，其中上芯棒段1a經由支承盤和支承棒安置在閉合蓋上。
圖6和7示意地顯示了本發明的其他實施方案，其中上芯棒段1a的重量負載在內套管2上。
在根據圖6的實施方案中，外套管3和內套管60各自對頭連接在一起，自兩個長度為3米的段上沒有任何明顯的接縫。內套管60在大致其中心處具有錐體61，上芯棒段1a置于錐體61上。在連接套管段期間形成錐體61。下芯棒段1b在錐體61的下面延伸，在芯棒段1a、1b之間保持窄間隙63。通過與外套管3分開的石英玻璃的夾持器62(和作用于其上并且裝配在萬向支架上的夾具)來夾持內套管60。為此，石英玻璃夾持器62熔合到內套管60的上端。
與圖6不同，根據圖7的實施方案示出上芯棒段1a懸吊裝配在內套管70上。所述管還被制造成一體部件，自兩個長度為3米的連接段上沒有任何明顯的接縫，通過熔合到其上表面的石英玻璃的夾持器71(和通過作用于其上的夾具)將所述管夾持。通過石英玻璃銷釘72實現上芯棒段1a的懸吊裝配，所述石英玻璃銷釘72在內套管70的上端延伸穿過其壁和芯棒段1a的上端。為此，在冷態中上芯棒段1a具有裝配孔，確保一定的繞銷釘軸的樞轉性。下芯棒段1b安置在另一石英玻璃銷釘74上，所述石英玻璃銷釘74在內套管70的下端延伸穿過其壁。小間隙73保持在芯棒段1a、1b之間。通過外套管3確保內套管70的內孔的真空密封性。
在根據圖8的本發明實施方案中，內套管的上段2a具有上端，其具有邊輥環80，所述邊輥環80安置在外套管83的上表面86上。此外，內套管的上段2a的下端具有錐體81，上芯棒段1a被置于錐體81上。上芯棒段1a的重量因而經由內套管2負載在外套管83的上表面86上。安置在下套管段2b的頸85上的下芯棒段1b排列在上芯棒段1a的下面。外套管83的下端向下逐漸減小成圓錐形。下套管段2b與固定在其中的下芯棒段1b一起安置在所述錐體84上。
為了防止芯棒1a、1b和內套管2a、2b在拉長過程期間漂浮，提供了如圖1所示實施方案中的類似裝置。所述裝置包括蓋17，其牢固地與夾持圓柱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和邊輥環80上。經由導向穿過蓋17的氣體管線，外套管83的內孔是可抽真空的。
現將參考圖1更詳細地說明代表本發明方法且用于制造光學纖維的程序。
首先根據OVD方法制造芯棒段2。為此，通過軸向沉積中心GeO2-摻雜的芯層和環繞其的無摻雜的SiO2層而在旋轉支承體上制造炭黑(soot)體，該炭黑體隨后在含氯大氣中進行脫水處理并且在溫度約1350℃下在玻璃化熔爐中玻璃化，以便獲得外徑38mm和所需折射率分布的芯棒2。在待制造的外徑為125μm的光學纖維中，芯棒1的芯形成直徑約8.5μm的芯區。
作為以上所述根據OVD方法的芯棒生產方法的替換方案，也可以根據已知的MCVD、VAD、PCVD或FCVD(熔爐化學蒸氣沉積)方法來制造。
以套管2和3的形式提供用于形成纖維的外罩玻璃層的其它套材料，所述套管2和3在纖維拉伸期間被直接地壓扁到芯棒1上。借助于標準OVD方法，制造未添加摻雜物的套管段2a、2b、3a和3b。
外套管的段3a和3b經彼此熔合，借助于模塑工具制造內卷邊6。此外，將夾持器14熔合到外套管3的上端。
具有內卷邊6的外套管3的內孔自上用上間隔盤9、上套管段2a和上芯棒段1a填充。內孔隨后自下在內卷邊6的下面用相應的元件(11、2b、1b和12)填充，并且這些由銷釘13固定，使得它們不能落下。
在本方法中，外套管3通過嚙合到圓周槽11中的夾具來夾緊，隨后呈垂直方向從下端開始向環形爐中提供全部共軸結構(芯棒1、內套管2和外套管3)，在其中逐區加熱至溫度約2050℃，光學纖維從軟化區域中抽出。只要該結構下端沒有軟化和壓扁，就經由氣體管線18引入氮氣的吹掃氣流，所述氣流防止雜質滲透到外套管3的內孔中。
一旦該結構的下部已經壓扁，經由氣體管線18在套管2、3的內孔中產生并維持約1000毫巴的負壓。由于從軟化區域中抽出玻璃物質，在共軸結構的下端形成拉伸球管。在拉伸過程開始時，經由間隔盤9，將上套管段2a和上芯棒段1a置于內卷邊6上，并因而沒有對拉伸球管施加任何負載。長度為3米的下芯棒段2b的重量可以由套管2、3的內孔中的真空承擔。
外徑為125μm的光學纖維從該結構的軟化和壓扁區域中抽出。以類似方式還可以制造光學纖維的預成型體。
權利要求
1.一種制造由石英玻璃制成的光學元件的方法，其中在垂直方向上提供共軸結構至加熱區，所述共軸結構包括由包括可抽真空內孔的石英玻璃罩管(2)環繞的芯棒(1)，該共軸結構在加熱區中逐區加熱并且形成拉伸球管，經拉長而獲得石英玻璃元件，其特征為在內孔(5、7)中使用芯棒(1、1a、1b)，所述芯棒(1、1a、1b)由至少兩個芯棒段(1a、1b)組成，其呈松態一個排列于另一個之上，上芯棒段(1a)的重量負載在拉伸球管之上所提供的罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)的夾持或支承部分(6、54、61、72、86)中。
2.根據權利要求1的方法，其特征為上芯棒段(1a)懸吊于夾持或支承部分(72)。
3.根據權利要求2的方法，其特征為上芯棒段在其上端具有安置在罩管的上表面上的邊輥環。
4.根據權利要求2的方法，其特征為支承在罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)壁中的夾持體(72)嚙合上芯棒段(1a)的上端。
5.根據權利要求1的方法，其特征為上芯棒段(1a)支承在夾持或支承部分(6、54、61、86)上。
6.根據權利要求5的方法，其特征為夾持或支承部分成形為罩管的內孔(5、7)的頸(6、61)的形式，而且上芯棒段(1a)直接或間接地安置在內孔(5、7)的頸(6、61)上。
7.根據權利要求6的方法，其特征為頸結構成罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)的環繞內卷邊(6)。
8.根據權利要求6或7的方法，其特征為罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)通過對頭焊接管段而制造，在焊接過程期間同時在連接區域內形成頸(6、61)。
9.根據權利要求5的方法，其特征為上芯棒段(1a)直接或間接地安置在下芯棒段(1b)上，下芯棒段(1b)的重量負載在夾持或支承部分(54)上。
10.根據權利要求9的方法，其特征為下芯棒段(1b)懸吊于支持或支承部分(54)。
11.根據前述權利要求中任一項的方法，其特征為提供裝置(6、61、72、19、20、17)以防止芯棒段(1a、1b)在拉長過程期間漂浮。
12.根據權利要求11和權利要求6至8中任一項的方法，其特征為用于防止漂浮的裝置是由內孔(5、7)的頸(6、61)形成的。
13.根據前述權利要求中任一項的方法，其特征為共軸結構包括內圓筒(2、2a、2b)和外圓筒(3、3a、3b)，所述內圓筒(2、2a、2b)環繞芯棒(1、1a、1b)并且形成具有夾持或支承部分(54、61、72)的罩管，而所述外圓筒(3、3a、3b)環繞內圓筒(2、2a、2b)。
14.根據權利要求13的方法，其特征為夾持或支承部分(61)以內圓筒孔的頸的形式形成。
15.根據權利要求12或13和權利要求2至4中任一項的方法，其特征為上芯棒段(1a)懸吊于內圓筒的夾持或支承部分(52、72)。
16.根據前述權利要求1至12中任一項的方法，其特征為共軸結構包括內圓筒(2、2a、2b)和外圓筒(3、3a、3b)，所述內圓筒(2、2a、2b)環繞芯棒(1、1a、1b)，形成具有夾持或支承部分(6、86)的罩管，而所述外圓筒(3a、3a、3b)環繞所述內圓筒(2、2a、2b)。
17.根據權利要求16的方法，其特征為內圓筒(2、2a、2b)由至少一個下縱向段(2b)和上縱向段(2a)組成，所述上縱向段(2a)在其下端具有狹窄內孔(7)，上芯棒段(1a)置于所述狹窄內孔(7)上。
18.根據權利要求17的方法，其特征為夾持或支承部分以外圓筒(3、3a、3b)的內孔(7)的頸(6、72)的形狀形成，上縱向段(2a)以其下端置于所述外圓筒(3、3a、3b)之上。
19.根據權利要求16或17的方法，其特征為上芯棒段(1a)被固定在內圓筒(2、2a、2b)中，所述內圓筒(2、2a、2b)在其上端具有邊輥環(80)，所述邊輥環(80)夾緊夾持或支承部分(86)。
20.根據權利要求1至8或11至19中任一項的方法，其特征為下芯棒段(1b)的重量負載于不同于支持或支承部分(6、54、61、72、86)的某一位置。
21.根據權利要求1或權利要求5至14或16至19中任一項的方法，其特征為下芯棒段(1b)的重量負載在支持或支承部分(6、54、61、72、86)上。
22.根據前述權利要求中任一項的方法，其特征為在夾持或支承部分(6)的區域內，石英玻璃的中段(9、11)排列于罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)內。
23.根據權利要求22的方法，其特征為中段(9、11)具有氣體通口(10)。
24.根據前述權利要求中任一項的方法，其特征為罩管(2、2a、2b、3、3a、3b)的長度大于4米。
全文摘要
在用于生產由石英玻璃制成的光學元件的常規方法中，在垂直方向上將共軸結構引入加熱區，所述共軸結構具有由包括可抽真空內孔的石英玻璃罩管環繞的芯棒，該共軸結構在其中按段加熱并且形成拉伸球管，被拉長而獲得石英玻璃元件。根據本發明，可以實現基于以上的簡單和廉價的方法，該方法能夠通過拉長芯棒和罩管的共軸結構而很經濟地生產優質光學元件，其中使用了芯棒，在內孔中包括至少兩個分開的芯棒，一個排列于另一個之上，并且上芯棒段的重量由拉伸球管之上提供的罩管的裝配或支承區域承擔。
文檔編號C03B37/012GK1976879SQ200580019071
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月8日 優先權日2004年6月11日
發明者R·薩特曼 申請人:赫羅伊斯·坦尼沃有限責任公司