УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗАГОТОВКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА Российский патент 1999 года по МПК C03B37/18 

Изобретение касается устройства для изготовления заготовки оптического волокна путем модифицированного химического осаждения из паровой фазы (МХОПФ (MCVD)), а более конкретно - устройства для охлаждения кварцевой трубки, применяемой при изготовлении оптического волокна.

Поскольку интенсивность оптического сигнала обычно уменьшается, когда он передается на большое расстояние или разделен на несколько ветвей, необходимо усиливать оптический сигнал с помощью полупроводникового или оптического усилителя. Оптический усилитель широко применяется в сверхвысокоскоростных сетях связи, где в качестве среды для усиления оптического сигнала, как правило, используется оптическое волокно, легированное эрбием (Er). Оптическое волокно, легированное эрбием, изготавливают посредством модифицированного химического осаждения из паровой фазы (МХОПФ).

Теперь изготовление заготовки оптического волокна для оптического усилителя путем МХОПФ будет описано со ссылками на фиг. 1. Обеспечивают протекание неочищенного газа 80, состоящего из SiCl₄ или GeCl₄, и надлежащего количества дополнительных химических веществ через кварцевую трубку 50, неподвижно прикрепленную к патрону, при вращении кварцевой трубки 50 и нагреве ее посредством горелки 82 до получения горячей зоны 78. Неочищенный газ 78 вступает в химическую реакцию в горячей зоне 78 с получением частиц. Формула реакции имеет следующий вид:
SiCl₄ + O₂ -- SiO₂ + 2Cl₂ и GeCl₄ + O₂ -- GeO₂ + 2Cl₂.

Частицы осаждаются на внутреннюю поверхность кварцевой трубки 50, которая имеет более низкую температуру в направлении протекания при термофорезе. Горелка 82 перемещается с некоторой заданной скоростью в направлении протекания газа, так что химическая реакция получения частиц непрерывно осуществляется после горелки, поскольку идет осаждение частиц вдоль внутренней поверхности кварцевой трубки 50. Тем временем осажденные частицы спекаются теплом движущейся горелки 82 с формированием покрытия стеклянной фазы.

Таким образом, сначала на внутренней поверхности кварцевой трубки 50 формируется плакирующий слой, предотвращающий проникновение инородного вещества. Затем формируется сердцевинный слой 74, передающий свет, за счет протекания неочищенного газа 80 другого состава через кварцевую трубку. Эта кварцевая трубка 50 нагревается до температуры свыше 2000^oC, сплющивается и закрывается с образованием заготовки готового оптического волокна.

Чтобы получить заготовку оптического волокна для оптического усилителя посредством МХОПФ, используют некоторый процесс, например - проникновение жидкости, введение газообразного состояния или коллоидное гелирование. Процесс проникновения жидкости используют при наличии пористого слоя, сформированного поверх сердцевидного слоя. Вызывают проникновение жидкости некоторого заданного состава в этот пористый слой, чтобы модифицировать свойства заготовки оптического волокна. В этом случае равномерность, плотность, размер частиц, толщина, адгезивность и т.д. пористого слоя в значительной степени влияют на характеристику готового полученного оптического волокна.

Обращаясь к фиг. 2, отмечаем, что позади горелки предусмотрено устройство для охлаждения, предназначенное для формирования пористого слоя. После формирования плакирующего слоя 72 и сердцевинного слоя 74, как показано на фиг. 1, горелку 82 перемещают в направлении, противоположном направлению протекания неочищенного газа 80, тогда как устройство 70 для охлаждения испускает хладагент 48 в направлении к верхней наружной поверхности кварцевой трубки 50, за счет чего поверх сердцевинного слоя 74 постепенно формируется пористый слой 76, как показано на фиг. 2. Однако такой процесс охлаждения приводит к неоднородному охлаждению внутренности кварцевой трубки 50, потому что хладагент испускается в одном направлении к кварцевой трубке и формирует таким образом неравномерный пористый слой 76, так что полученное готовое оптическое волокно имеет неравномерное распределение показателя преломления, увеличивающее потери на преломление.

Из заявки ЕПВ 0187230 C 03 B 37/018, 16.07.86, которая является ближайшим аналогом предлагаемого изобретения, известно устройство и способ для охлаждения кварцевой трубки во время изготовления заготовки оптического волокна путем модифицированного химического осаждения из паровой среды.

Устройство для охлаждения кварцевой трубки, известное из заявки ЕПВ, содержит форсунку, выполненную с возможностью охвата кварцевой трубки, причем форсунка выполнена по меньшей мере из двух разделяемых секций форсунки и выполнена с возможностью извлечения кварцевой трубки из форсунки без необходимости пропускать любой конец кварцевой трубки через форсунку.

Способ охлаждения кварцевой трубки во время изготовления заготовки оптического волокна согласно заявке ЕПВ заключается в том, что охватывают кварцевую трубку форсункой, разделяют форсунку на две секции и удаляют кварцевую трубку из форсунки, без пропуска одного конца кварцевой трубки через форсунку.

Устройство и способ по заявке ЕПВ не всегда могут обеспечить нужную толщину, размеры частиц, т.е. необходимое качество оптического волокна.

Значительно улучшить качество оптического волокна позволяет предлагаемое изобретение, которое позволяет использовать как воду, так и газообразное вещество в качестве хладагента.

Согласно настоящему изобретению форсунка включает в себя множество отверстий для испускания хладагента внутрь в направлении кварцевой трубки. Отверстия могут быть выполнены по меньшей мере на двух линиях вдоль внутренней поверхности секций форсунки и расположены так, чтобы обеспечивать по существу равномерное охлаждение кварцевой трубки.

Отверстия предпочтительно выполнены радиально симметрично вдоль внутренней поверхности секций форсунки по существу через постоянные интервалы.

Устройство можно приспособить для применения, например, с водой или газообразным азотом в качестве хладагента.

Предпочтительно устройство дополнительно содержит консоль для опирания форсунки и сборник хладагента для сбора хладагента, испущенного из отверстий. Например, если форсунка состоит из первой и второй секции форсунки, устройство может дополнительно содержать первое соединительное плечо для шарнирного соединения первой секции форсунки с консолью и второе соединительное плечо для шарнирного соединения второй секции форсунки с консолью, так что первую и вторую секции форсунки можно шарнирно смыкать, чтобы обхватить кварцевую трубку, и шарнирно раскрывать, отводя их друг от друга, чтобы обеспечить возможность извлечения кварцевой трубки.

Первое соединительное плечо предпочтительно подсоединено на его конце, противоположном первой секции форсунки, с помощью первого шарнира, а второе соединительное плечо предпочтительно подсоединено на его конце, противоположном второй секции форсунки, с помощью второго шарнира. Первое и второе соединительные плечи можно скреплять вместе с помощью винта, чтобы предотвратить их движение, когда они сомкнуты.

В случае, когда консоль подсоединена между форсункой и сборником хладагента, устройство предпочтительно содержит трубку подачи хладагента, предназначенную для подачи хладагента в секции форсунки, регулятор хладагента, предназначенный для регулирования хладагента, подаваемого в трубку подачи хладагента, и резервуар хладагента, предназначенный для хранения хладагента из сборника хладагента.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ охлаждения кварцевой трубки во время изготовления заготовки оптического волокна путем модифицированного химического осаждения из паровой фазы (МХОПФ), заключающийся в том, что охватывают кварцевую трубку форсункой, выполненной по меньшей мере из двух отдельных секций форсунки и включающей в себя множество отверстий, испускают хладагент внутрь в направлении к кварцевой трубке через эти отверстия и разделяют секции форсунки и извлекают кварцевую трубку из форсунки без необходимости пропускания любого конца кварцевой трубки через форсунку.

Предпочтительно внутри заготовки оптического волокна формируют пористый слой. Способ может быть реализован во время изготовления заготовки оптического волокна для оптического усилителя, например заготовки оптического волокна, легированного эрбием.

Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
на фиг. 1 приведена иллюстрация обычного изготовления заготовки оптического волокна посредством МХОПФ,
на фиг. 2 приведена иллюстрация операции формирования пористого слоя во время изготовления заготовки оптического волокна для оптического усилителя с помощью обычного устройства для охлаждения,
на фиг. 3 приведена иллюстрация операции формирования пористого слоя во время изготовления заготовки оптического волокна для оптического усилителя с помощью еще одного обычного устройства для охлаждения,
на фиг. 4 приведено перспективное изображение устройства для охлаждения, предназначенного для формирования такого пористого слоя в соответствии с настоящим изобретением, и
на фиг. 5 приведена иллюстрация операции формирования заготовки оптического волокна для оптического усилителя с помощью устройства для охлаждения, изображенного на фиг. 4.

Обращаясь к фиг. 4, отмечаем, что устройство 10 для охлаждения включает в себя форсунку 78, состоящую из первой секции 12 форсунки и второй секции 14 форсунки, снабжаемых хладагентом 48, например, - водой или газообразным азотом, через трубопровод 38 подачи хладагента. Первая и вторая секции форсунки, 12 и 14, сконструированы разделяющимися, чтобы обеспечить возможность снятия кварцевой трубки 50 с токарного станка, на котором она установлена.

Множество отверстий 16 выполнены с постоянным окружным интервалом и радиально симметрично вдоль внутренней поверхности секций 12 и 14 форсунки для испускания хладагента. Отверстия 16 расположены, по меньшей мере, на одной линии вдоль внутреннего периметра форсунки, состоящей из первой и второй секций форсунки, чтобы обеспечить равномерное охлаждение кварцевой трубки 50 для получения однородного пористого слоя 76 для заготовки оптического волокна для оптического усилителя.

Первая секция 12 форсунки имеет на одной стороне первое соединительное отверстие 18, соединенное с первой трубкой 38a подачи хладагента, для направления хладагента в первую секцию 38a форсунки. Аналогично, вторая секция 14 форсунки имеет на одной стороне второе соединительное отверстие 20, соединенное со второй трубкой 38b подачи хладагента, для направления хладагента во вторую секцию форсунки. Первая и вторая трубки подачи хладагента 38a и 38b ответвляются от трубки 38. Конечно, первая и вторая трубки подачи хладагента могут быть расположены отдельно.

Сборник 40 хладагента расположен ниже форсунки 78 для сбора хладагента, испущенного из отверстий 16. Сборник 40 хладагента соединен с резервуаром 46 хладагента через выпускную трубку 44. Для опирания форсунки 78 и соединения ее со сборником 40 хладагента предусмотрена консоль 32. Консоль 32 приспособлена к перемещению форсунки 78 вдоль охлаждаемой кварцевой трубки 50. Если хладагент 48 является газом, сборник 40 хладагента, резервуар 46 хладагента и выпускная трубка 44 отделены от устройства 10 для охлаждения.

Для шарнирного соединения первой секции 12 форсунки с консолью 32 посредством первого шарнира 34 предусмотрено первое соединительное плечо 22. Аналогично, для шарнирного соединения второй секции 14 форсунки с консолью 32 посредством второго шарнира 36 предусмотрено второе соединительное плечо 24. Первое и второе соединительные плечи 22 и 24 скреплены посредством винта 30, чтобы предотвратить перемещение первой и второй секций 12 и 14 форсунки, когда они сомкнуты. Винт 30 вставлен через первое отверстие для винта и второе отверстие для винта 26 и 28, соответственно образованные в первом и втором соединительных плечах. С трубкой 38 подачи хладагента соединен регулятор 42 хладагента для регулирования подачи хладагента 48.

Устройство для охлаждения можно применять во всех процессах, требующих наличия охлаждаемой кварцевой трубки, из которой путем МХОПФ изготавливают заготовки оптических волокон, и в частности - при формировании пористого слоя в кварцевой трубке, предназначенной для изготовления из нее заготовки оптического волокна для оптического усилителя или заготовки оптического волокна, легированного эрбием.

В кварцевой трубке, предназначенной для изготовления из нее заготовки оптического волокна для оптического усилителя, имеются последовательно сформированные плакирующий слой 72 для предотвращения проникновения инородного вещества и сердцевинный слой 74 для передачи света на внутренней поверхности кварцевой трубки 50, неподвижно закрепленной на токарном станке. Далее, кварцевую трубку 50 помещают между первой и второй секциями 12 и 14 форсунки, поворачивая первое и второе соединительные плечи 22 и 24, соответственно, на первом и втором шарнирах 34 и 36 в направлении друг к другу. Первую и вторую секцию 12 и 14 форсунки жестко скрепляют посредством винта 30, завершая сборку форсунки 78. Конечно, кварцевую трубку 50 можно, при необходимости, легко высвободить путем отвинчивания винта 30 для разделения первой и второй секций 12 и 14 форсунки.

Затем хладагент 48 регулируют с помощью регулятора 42 хладагента и подают в трубку 38 подачи хладагента. Первую и вторую секции 12 и 14 форсунки снабжают хладагентом 48 через первую и вторую трубки 38a и 38b подачи хладагента. И наконец, хладагент испускается через отверстия 16 в направлении к наружной поверхности кварцевой трубки 50 для ее равномерного охлаждения, так что поверх сердцевинного слоя 74 формируется пористый слой. Испущенный хладагент 48 собирается сборником 40 хладагента и протекает по выпускной трубке 44 в резервуар 46 хладагента.

Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает создание средства для равномерного формирования пористого слоя в кварцевой трубке. Вместо использования множества специально подготовленных форсунок, устройство для охлаждения состоит из множества отверстий, образованных непосредственно в кольцевой форсунке, так что процесс сборки значительно упрощается, что приводит к существенному снижению стоимости. Кроме того, форсунка разделена на первую и вторую секции форсунки, что позволяет закреплять и откреплять кварцевую трубку на токарном станке. Более того, первая и вторая секции форсунки выполнены раздельными, давая возможность подавать хладагент только к части кварцевой трубки, если это необходимо. Далее, консоль может перемещать форсунку вдоль кварцевой трубки, чтобы регулировать положение устройства для охлаждения.

Устройство используется для охлаждения кварцевой трубки при изготовлении заготовки оптического волокна путем модификации химического осаждения из паровой фазы. Форсунка снабжается хладагентом и состоит по меньшей мере из двух секций, которые выполнены раздельными, позволяя снимать кварцевую трубку без пропускания ее конца через форсунку. Вдоль внутренней поверхности секций форсунки выполнены отверстия для испускания хладагента. Хладагент собирают сборником и направляют по выпускной трубке в резервуар. Обеспечено равномерное охлаждение кварцевой трубки. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для охлаждения кварцевой трубки во время изготовления заготовки оптического волокна путем модификации химического осаждения из паровой фазы, содержащее форсунку, выполненную по меньшей мере из двух разделяемых секций форсунки с возможностью охвата кварцевой трубки и с возможностью удаления кварцевой трубки из форсунки без пропускания одного конца кварцевой трубки через форсунку, отличающееся тем, что форсунка включает в себя множество отверстий для испускания хладагента внутрь в направлении к кварцевой трубке, которые выполнены по меньшей мере на двух линиях вдоль внутренней поверхности секций форсунки и расположены так, чтобы обеспечить равномерное охлаждение кварцевой трубки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия выполнены радиально симметрично вдоль внутренней поверхности секций форсунки через постоянные интервалы. 3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что приспособлено для применения с водой или газообразным азотом в качестве хладагента. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит сборник хладагента для сбора хладагента, испущенного из отверстий. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит консоль, которая соединяет форсунку и сборник хладагента, содержит трубку подачи хладагента в секции форсунки, регулятор хладагента, предназначенный для регулировки хладагента, поданного в трубку подачи хладагента и резервуар хладагента для хранения хладагента из сборника хладагента. 6. Способ охлаждения кварцевой трубки во время изготовления заготовки оптического волокна путем модифицированного химического осаждения из паровой фазы, заключающийся в том, что охватывают кварцевую трубку форсункой, разделяют две секции и удаляют кварцевую трубку из форсунки без пропуска одного конца кварцевой трубки через форсунку, отличающийся тем, что перед разделением двух секций осуществляют равномерное испускание хладагента внутрь в направлении к кварцевой трубке через отверстия, расположенные на форсунке, испущенный хладагент собирают сборником хладагента и направляют по выпускной трубке в резервуар хладагента. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при заготовке оптического волокна формируют пористый слой. 8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что применяют при изготовлении заготовки оптического волокна для оптического усилителя. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что применяют во время изготовления заготовки оптического волокна, легированного эрбием.