减少外径波动的光纤预制件制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种外层气相沉积法(OVD法)制造光纤多孔玻璃预制件的方法，属光导纤维的制造领域。
【背景技术】
目前无机光导纤维在通讯行业已得到广泛应用，其中石英系列光纤以其光损耗低、适用的光波范围广、适应长距离通讯等特点而成为无机光导纤维的主体。在制造石英系列光纤预制件的方法中，有一种外层气相沉积法(OVD法)制造光纤多孔玻璃预制件的方法，由此方法的生产多孔玻璃预制件沿轴向方向外径波动较小，并且预制件两端斜面短，轴向利用率高。在外层气相沉积法所用的制造装置内，装有排气口的反应室下部设有一组并排的喷枪、在反应室内水平放置靶棒；制造光纤多孔玻璃预制件时，原料气体、可燃气体、助燃气体及辅助气体以一定压力通入喷枪，并在反应室内点燃产生氢氧焰，使之发生氢氧水解反应，生成的玻璃粒子借助热气流喷向靶棒，在旋转靶棒的同时，将喷枪相对于靶棒作匀速往复移动，使玻璃粒子在靶棒表面沉积一层均匀多孔玻璃粒子层。随着多孔玻璃层数的增加，光纤多孔玻璃预制件的外径逐步增大，当外径达到设定值时，沉积即停止。经上述方法沉积的光纤多孔玻璃预制件，通过烧结成为透明的光纤预制件。
在光纤的指标中，光纤的包层外径和芯层外径比(即包芯比t)要求控制在一定范围内，这就要求沉积多孔玻璃预制件目标外径和起始靶棒外径比(即多孔玻璃预制件包芯比t)控制在一定范围内，且沿轴向方向波动要小。
为解决芯包比波动这个问题，已有的方法是沿着预定方向变动每次往复移动的回转位置(日本专利特开平3-228845)，将喷枪在回转位置造成的波动平均分配到这个多孔玻璃预制件上，使整个多孔玻璃预制件获得玻璃粒子的沉积时间和沉积气氛相同，减少外径的波动。
上述方法在一定程度上可以减少多孔玻璃预制件地外径波动，但是存在一定缺陷：
1、由于每一个喷枪的移动沉积区域(即行程)不能覆盖整个多孔玻璃预制件轴向长度，这就要求各个喷枪所实现的玻璃粒子的沉积效率一致，否则会造成沉积结束后多孔玻璃预制件外径出现区域性波动。
2、喷枪在回转位置停留时间较长，不仅造成回转位置玻璃粒子沉积量偏大，而且因沉积温度较高，此区域多孔玻璃预制件密度偏大。虽然可以通过每次偏移回转位置来平均分布高沉积和高密度区域，但是此偏移量受各方面限制：偏移量过大，将导致沿轴向间隔分布高沉积和高密度区域，不仅会产生外径波动，更严重的会导致多孔玻璃预制件开裂；偏移量过小，虽然可以较均匀平分分布高沉积和高密度区域，但是又导致在一个偏移周期内的沉积量很大，为了能够保证在完成整数个偏移周期后停止玻璃粒子沉积，必然导致t指标的波动，降低了产品的品质。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是要克服上述现有技术中存在的技术缺陷，提供一种生产多孔玻璃预制件的方法，通过全面系统优化设计，找出喷枪相对于靶棒作匀速往复移动速度V、喷枪火焰宽度H与螺距P之比值、靶棒的旋转速度R的最佳参数范围，由此方法生产的多孔玻璃预制件可以精确控制包芯比指标，并且轴向t波动小、沉积结束后多孔玻璃预制件外径不会出现区域性波动，轴向方向利用率高，与传统生产方法相比，效果更好。
本发明方法采用以下方法实现发明目的：采用外层气相沉积法，在装有排气口的反应室内水平放置靶棒，靶棒可以绕其自身的轴旋转，反应室下部设有喷枪，原料气体、可燃气体、助燃气体、及辅助气体通入喷枪，在反应室内点燃，产生氢氧焰，发生氢氧水解反应，生成玻璃粒子喷向靶棒，在靶棒上沉积，在旋转靶棒的同时，喷枪相对靶棒作匀速往复移动，其特点是：喷枪相对于靶棒作匀速往复移动速度V保持在600-3000mm/min，喷枪火焰宽度H与螺距P比值≥1，喷枪移动沉积区域覆盖整个靶棒有效长度，每次回转位置固定，喷枪移动距离较其中多孔玻璃预制件有效长度L长10-20mm。
靶棒旋转速度R控制在50-120rpm范围。
喷枪也可以由2个或2个以上并排排列成一喷枪组，喷枪间的间距保持在100-200mm，靶棒旋转速度R控制在50-120rpm，喷枪组移动沉积区域覆盖整个靶棒有效长度，每次回转位置固定，喷枪组移动距离较其中多孔玻璃预制件有效长度L与喷枪组长度L1之和(L+L1)长10-20mm。
由于在旋转靶棒的同时，将喷枪相对于靶棒作匀速往复移动，玻璃粒子在靶棒表面呈螺旋状沉积，随着玻璃粒子沉积层数的增加，造成多孔玻璃预制件外径波动。一方面，当增加喷枪相对于靶棒作匀速往复移动速度时，虽然减少了每次玻璃粒子的沉积厚度，有利于减少外径波动，但是随着移动速度的增大，每次玻璃粒子螺旋沉积产生的螺旋线的螺距P增大，波峰间距增大，导致较大的外径波动。另一方面，当增大靶棒旋转速度时，不仅能够减少每次玻璃粒子的沉积厚度，而且可以在喷枪作匀速往复移动速度不变的前提下减小螺距P，有效减小多孔玻璃预制件外径波动。但是增大靶棒旋转速度R时，造成在离心力作用下沉积物受力加剧，易出现开裂现象。在喷枪移动速度为一定的情况下(螺距P也确定)，增大喷枪火焰宽度H(即提高H与P的比值)，能减少外径波动，比值越大效果越好，但喷枪火焰宽度H过大会干扰相邻喷枪，喷枪火焰宽度H与喷枪间距相关联，因此需要很好的控制上述各因素间的关系，使多孔玻璃预制件外径波动最小。
预制件两端斜面长度与喷枪组长度成正比，喷枪数量增加，虽然提高了生产效率，但是由于斜面长度的增加，预制件长度方向利用率降低；在一定喷枪数量前提下，可以减小喷枪间距来减小两端斜面长度，提高预制件长度方向利用率，但是，由于喷枪间距减小，相邻喷枪之间火焰干扰严重，不仅会导致预制件外径波动，而且沉积效率下降。
本发明对上述参数进行系统性地优化，找到控制各因素最佳的参数。
本发明的有益效果：1)采用本发明的方法生产玻璃预制件可以精确控制包芯比指标。当采用一个喷枪工作时，喷枪作匀速往复移动速度V确定情况下，只要调节喷枪火焰宽度H，当其与螺距比值大于1时，可以得到比较理想的外径。比值越大，效果越好，由于只采用一个喷枪，喷枪往复移动产生的多孔玻璃预制件两端斜面与多个喷枪工作产生的两端斜面相比为最短，长度方向利用率为最高，对降低生产成本有利。
2)采用2个或2个以上并排排列成一喷枪组，能提高生产效率；但是喷枪数量过多，会导致预制件两端斜面长度过长，长度方向利用率过低，不利于降低生产成本。由于每一个喷枪移动沉积区域覆盖整个靶棒有效长度，即使各个喷枪所实现的玻璃粒子的沉积效率有差异，也不会导致沉积结束后多孔玻璃预制件外径出现区域性波动，通过选取合适的参数，能得到沿轴向方向外径波动较小、两端斜面较短，轴向利用率高的多孔玻璃预制件。下面将通过实施例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。
【附图说明】
图1本发明外层气相沉积法(OVD法)生产示意图.
图2是本发明不同喷枪火焰宽度H与螺距P比值时预制件轴向外径波动情况图.
图中标号说明：1-导轨；2-喷枪移动台；3-喷枪；4-靶棒；5-两端斜面；6-多孔玻璃预制件；7-靶棒旋转架；L-多孔玻璃预制件有效长度；L1-喷枪组长度；D-喷枪间的间距；P-螺距；S-喷枪组移动距离；
图2中x轴方向表示喷枪火焰宽度H与螺距P的比值，y轴方向表示外径波动％比，图中圆点为实验数据，曲线为拟合线。从图中可以看出，随着比值的加大，外径波动在下降，当比值大于等于1时，波动已经小于0.4％。
【具体实施方式】
实施例1、在按外层气相沉积法常规方式制作多孔预制棒的反应室内，水平放置靶棒，靶棒可绕其自身的轴旋转。制造光纤多孔玻璃预制件时，原料气体、可燃气体、助燃气体及辅助气体以一定压力通入喷枪，并在反应室内点燃产生氢氧焰，使之发生氢氧水解反应，生成的玻璃粒子借助热气流喷向靶棒，喷枪移动台2在导轨1上往复移动，喷枪3位于喷枪移动台2上，靶棒4在靶棒旋转架7上以80rpm速度旋转，同时，将喷枪相对于靶棒作800mm/min匀速往复移动，调节喷枪火焰宽度H与螺距P比值大于2，喷枪移动沉积区域覆盖整个靶棒有效长度，每次回转位置固定，喷枪移动距离S为定值，移动距离较其中多孔玻璃预制件有效长度L长10-20mm(即图中δ为5-10mm)，保证靶棒有效长度末端预制件外径不发生波动。使玻璃粒子在靶棒表面沉积一层均匀多孔玻璃粒子层，随着多孔玻璃层数的增加，当光纤多孔玻璃预制件的外径达到设定值时，沉积即停止。经上述方法沉积的光纤多孔玻璃预制件6，能够严格将包芯比指标限制在1％以内，并且轴向t波动控制在0.3％以内，轴向方向利用率在85％以上。
实施例2、与实施例1不同之处在于一组喷枪采用2个喷枪，喷枪间的间距保持在100-200mm，在以60rpm速度旋转靶棒的同时，将喷枪组相对于靶棒作1000mm/min匀速往复移动，喷枪组移动的起始点固定，喷枪组移动距离较多孔玻璃预制件有效L与喷枪间距D之和，即较(L+D)长10-20mm，喷枪火焰宽度H与螺距P比值为2。经上述方法沉积的光纤多孔玻璃预制件，能够严格将包芯比指标限制在1.5％以内，并且轴向t波动控制在0.2％以内，轴向方向利用率在80％以上。
采用一组喷枪(2个以上)时，有利于进一步提高生产效率；但是为了保证预制件轴向外径均匀，喷枪组必需在预制件一端停止沉积，这就造成预制件目标外径波动随着喷枪数量的增加而增加，影响产品质量，因此喷枪组的喷枪数不宜太多。