专利名称：加热光纤预制棒的装置和制造光纤预制棒的方法
技术领域：
本发明涉及用于加热光纤预制棒的装置和制造光纤预制棒的方法，尤其涉及这样一种加热光纤预制棒的装置，其通过叠置的加热源沿垂直方向对齐。
背景技术：
一般来说，VAD方法(汽相轴向沉积方法)是本领域中公知的用于批量制造用于生产光纤的玻璃预制棒的方法。根据VAD方法，圆柱光纤预制棒(粉尘预制棒，soot preform)通过在可旋转初始件(例如玻璃板或玻璃棒)上沉积由氧氢焰产生的玻璃微粒、并烧结光纤预制棒而形成，从而可形成透明光纤玻璃预制棒。另外，有必要在惰性气体气氛(例如He和Cl2气体)中利用1500℃以上的温度通过烧结光纤预制棒来加热光纤预制棒。
加热装置通常包括用于烧结光纤预制棒的碳感受器(carbonsusceptor)。在利用加热装置烧结光纤预制棒时必须防止水份或诸如Cu或Fe的过渡金属元素进入光纤玻璃预制棒。如果1ppb以上的过渡金属元素与光纤玻璃预制棒混合，则所制造的光纤玻璃预制棒的传输损失波长特性在全部的波长中被极大地损害。此外，如果0.1ppm以上的水份与光纤玻璃预制棒混合，则所制造的光纤玻璃预制棒的各种特性在很宽的波长范围内受到损害。为解决这样的问题，在光纤预制棒变为透明状态以前，或者当光纤预制棒变为透明状态时，对光纤预制棒实施脱水过程。在包括Cl2基和F基气体的惰性气体气氛中以高温加热光纤预制棒的方法作为一种脱水方法为人们所知。如果使用F基气体，则在光纤预制棒经受脱水过程时F被加入光纤预制棒。
为此，主要使用区域烧结热处理工艺对用于制造光纤的光纤预制棒进行热处理。区域烧结热处理工艺与全部烧结热处理相比的优点在于气泡容易去除，从而可容易地制造致密玻璃，从而能够利用上述的气体容易地制造高纯度的玻璃。另外，用于区域烧结热处理工艺的设备可比全部烧结热处理工艺的设备简单。然而，用于实施区域烧结热处理工艺的设备的高度比用于全部烧结热处理工艺的设备高，并且制造这种设备的成本很昂贵。
下文中，将说明用于制造光纤预制棒的执行热处理工艺的加热装置10的结构。如图1所示，光纤预制棒12以这样的方式被放入长度大约为3-4m的长马弗炉(muffler furnace)11中即，使得光纤预制棒12在长马弗炉11中上下移动的过程中可被热处理。支撑杆14连接到光纤预制棒12的上部，用于使光纤预制棒12在长马弗炉11中上下移动。加热源13沿马弗炉11的圆周方向固定地设置。在马弗炉11的下部形成气体注入口15，以便气体可通过气体注入口15被注入到马弗炉11中。在马弗炉11的上部形成排气口16，以便气体通过排气口16排出到外部。
然而，传统加热装置10在马弗炉11中上下移动光纤预制棒的同时利用一个加热器加热光纤预制棒。当前的趋势是较大光纤预制棒。即，在长度大于1500mm和直径大于200mm的多孔光纤预制棒的情况中，必须在马弗炉11中形成较大的空间，以便在马弗炉11中上下移动多孔光纤预制棒，并且支撑杆的长度必须被加长以适应多孔光纤的尺寸，从而需要高度大于3.5m的马弗炉，进而又要求设备的高度增加到大约10m。
如果设备的高度变高，则制造物品的过程被复杂化，并且工厂的高度也必须变高，从而维护成本增加。另外，由于马弗炉的体积加大，因此气体消耗量可能增加。
为了解决上述的问题，美国专利No.4,741,748已提出了一种加热装置20，其在图2中示出。参照图2，放入马弗炉21的光纤预制棒22在马弗炉21中旋转而不上下移动。加热装置20包括电感应加热器24和在马弗炉21的外壁上形成的具有多层的腔室23。
然而，由于上述的加热装置具有在腔室的外部沿纵向方向移动电感应加热器24的同时加热光纤预制棒的结构，因此另外还需要用于移动电感应加热器24的装置。因此，加热装置的部件数量增加，从而导致昂贵的制造成本。并且，为了防止马弗炉冷却和碳感受器被氧化，腔室具有复杂的结构，包括形成气体注入口、辅助加热器和绝缘部件的许多层，从而消耗过多的电力。
发明内容
因此，本发明通过提供一种用于加热光纤预制棒的装置和用于制造光纤预制棒的方法，以解决在现有技术中出现的上述问题，并提供附加的优点。本发明通过利用在加热装置中叠置的多个热源对光纤预制棒均匀地实施脱水处理，改进了产品的热处理过程。
本发明的另一个方面是提供一种用于加热光纤预制棒的装置和用于制造光纤预制棒的方法，其中，光纤预制棒被垂直地对齐并通过多个叠置的热源被加热，从而设置在加热装置中的马弗炉的长度可被缩短，从而均匀地维持马弗炉中的压力并减小供给马弗炉的气体的量。
本发明的另一个方面是提供一种用于加热光纤预制棒的装置和用于制造光纤预制棒的方法，其中，光纤预制棒被垂直地对齐并通过多个叠置的热源被加热，从而连接到光纤预制棒的支撑杆的长度可被缩短，从而减小设备的高度。
在一个实施例中，提供了一种用于加热光纤预制棒的装置，所述装置包括马弗炉，其中容纳光纤预制棒；和沿着光纤预制棒纵向对齐的至少两个加热源。
在另一个实施例中，提供了一种用于制造多孔光纤预制棒的方法，包括以下步骤形成由玻璃微粒组成的粉尘，并通过初步热处理过程以形成粉尘预制棒(soot preform)；将粉尘预制棒放入两侧设有至少两个热源的马弗炉中，所述两个热源沿着粉尘预制棒纵向对齐；在热源内旋转粉尘预制棒，将惰性气体注入马弗炉，并通过增加每个热源的温度来执行初步脱水和干燥过程；以及，根据预定的顺序通过顺序地增加热源的温度以对粉尘预制棒实施二次热处理过程，之后从马弗炉喷出光纤预制棒。
通过阅读以下结合附图的具体说明，本发明的上述特征和优点将变得更加明显，其中图1是传统的用于光纤预制棒的加热装置的操作状态的侧视图；图2是另一传统的用于光纤预制棒的加热装置的操作状态的侧视图；图3是根据本发明一个实施例的用于光纤预制棒的加热装置的操作状态的侧视图；图4是根据本发明的制造光纤预制棒的方法的流程图。
具体实施例方式
参照图3，用于制造光纤预制棒的加热装置包括马弗炉11；以及在马弗炉11的下部形成的气体注入口15，用于将气体供入马弗炉11。光纤预制棒100垂直地设置在马弗炉11内。至少两个热源200沿着光纤预制棒100的长度方向垂直地设置在马弗炉11的两侧，使得容纳在马弗炉11中的光纤预制棒100可根据光纤预制棒100的旋转被热处理。另外，光纤预制棒100是多孔光纤预制棒，并被垂直和可旋转地安装。热源200沿垂直方向被固定地叠置，从而形成炉子。形成炉子的热源200可被旋转。
热源200的温度从光纤预制棒100的下部朝向光纤预制棒100的上部逐渐地升高。热源200的长度L1比光纤预制棒100的长度L2长。并且，热源200可围绕光纤预制棒100，热源200具有圆筒形状。光纤预制棒100可在热源200的范围内上下移动，同时光纤预制棒100被热源200加热。
下文中将参照图3描述根据本发明一个实施例的光纤预制棒的加热装置的操作。
参照图3，在形成由玻璃微粒组成的粉尘后，粉尘被输入图3所示的炉子中。接着，执行初步热处理过程以脱去粉尘的水份。
这时，粉尘通过二次热处理过程被玻璃化，从而形成光纤预制棒100。
这里，通过沉积玻璃微粒形成粉尘预制棒，并且，如果粉尘预制棒通过热处理过程被处理，则其被称为“光纤预制棒”。
现在，将说明对光纤预制棒100进行的初步和二次热处理过程。
首先，光纤预制棒100被引入到两侧设有至少两个热源200的马弗炉11中，所述热源沿光纤预制棒100的长度方向垂直地叠置。这里，整个热源200的长度大于光纤预制棒100的长度。接着，光纤预制棒100被旋转，He或Cl2气体通过气体注入口15被注入马弗炉11。热源200的温度同时增加，从而执行初步脱水和干燥过程。
在执行初步热处理过程之后，Cl2气体被除去。这里，热源200的温度被增加到大约1000-1200℃的范围。
在这种状态下，从位于光纤预制棒100最下部的第一热源到位于光纤预制棒100最上部的第nth热源顺序地增加热源200的温度，执行二次热处理过程。
如果增加热源200的温度，则光纤预制棒100在热源200的范围内略微地上下移动，从而对光纤预制棒100进行二次热处理。
在进行完第二次热处理过程之后，N2代替He气被注入到马弗炉11中，从而光纤预制棒100被制成。
参照图4，以下将详细说明根据本发明的另一实施例制造具有上述结构的光纤预制棒的方法的操作。
如图4所示，粉尘具有170mm的直径和1500mm的长度，并通过热处理过程被玻璃化，从而形成光纤预制棒100(S1)。
这时，以1100℃进行热处理过程。
这里，光纤预制棒100被引入到两侧设有至少两个热源200的马弗炉11中，所述热源200沿着光纤预制棒100的长度方向垂直地叠置(S2)。
这时，光纤预制棒100的上端和下端位于热源200的分别对应光纤预制棒100的上端和下端的中心处。
在步骤S2后，光纤预制棒100在热源200内旋转，12slpm的He气或者0.3slpm的Cl2气通过气体注入口15被注入到马弗炉11中。这样，热源200的温度同时增加，从而执行初步脱水和干燥过程(S3)。
这里，初步脱水和干燥过程在1100℃下进行。
接着，在实施初步热处理过程之后，从马弗炉11除去Cl2气，并且实施净化过程30分钟。
在步骤S3之后，热源200的温度从位于对应光纤预制棒100下端的位置处的第一热源200到位于对应光纤预制棒100上端的第nth热源以30℃/min的速度增加到1520℃。
这时，当热源200的温度达到1520℃时，光纤预制棒100以5.5mm/min的速度(移动距离250mm)向下移动，以便对光纤预制棒100执行热处理过程。
在光纤预制棒100向下移动250mm的距离之后，如果热源200的温度下降，则光纤预制棒100再次返回到初始位置。
如上所述，位于第一热源上部的第二热源的温度以及位于对应光纤预制棒上端的位置处的第nth热源的温度可顺序地增加，从而对光纤预制棒100进行二次热处理。之后，5slpm的N2气在停止向马弗炉11供应He气之后被注入到马弗炉11中(S4)。
在步骤S4之后，通过二次热处理过程的光纤预制棒100与支撑杆14分离(S5)。
尽管为了示例的目的已经公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将会理解，在不偏离所附权利要求公开的本发明的范围和实质的情况下可进行各种改变、增加和替换。
权利要求
1.一种用于加热光纤预制棒的装置，包括马弗炉，其中容纳光纤预制棒；和沿着光纤预制棒的长度方向对齐的至少两个加热源。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括在马弗炉的下部形成的气体注入口，用于将气体供应到马弗炉中。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源根据光纤预制棒的旋转实施热处理。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤预制棒包括多孔光纤预制棒。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤预制棒沿大致垂直的方向可旋转地设置在马弗炉中。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源沿垂直方向固定地叠置，形成炉子。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源可围绕马弗炉旋转。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源的温度按照预定顺序被顺序地增加。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源的温度从光纤预制棒的下部朝向光纤预制棒的上部逐渐地增加。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源具有比光纤预制棒的长度长的长度。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源围绕光纤预制棒。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热源具有圆柱形状。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤预制棒在热源的范围内上下移动，同时执行对光纤预制棒的热处理过程。
14.一种用于制造多孔光纤预制棒的方法，包括以下步骤i)形成由玻璃微粒组成的粉尘，并通过对粉尘实施初步热处理以形成粉尘预制棒；ii)将粉尘预制棒放入两侧设有至少两个热源的马弗炉中，所述两个热源沿着粉尘预制棒的长度方向对齐；iii)在热源内旋转粉尘预制棒，将惰性气体注入马弗炉，并通过增加每个热源的温度来执行初步脱水和干燥过程；以及，iv)在按照预定的顺序通过顺序地增加热源的温度对粉尘预制棒进行二次热处理之后，除去由粉尘预制棒形成的光纤预制棒。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，在步骤i)中，热源的温度被同时增加。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当执行二次热处理时，所述热源的温度从位于粉尘预制棒下部的第一热源到位于粉尘预制棒上部的第nth热源被顺序地增加。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当执行二次热处理时，所述粉尘预制棒从第一热源到第nth热源或者相反地上下移动。
18.一种用于制造多孔光纤预制棒的方法，包括以下步骤i)形成由玻璃微粒组成的粉尘，并且粉尘通过初步热处理以形成粉尘预制棒；ii)将粉尘预制棒放入两侧设有至少两个热源的马弗炉中，所述两个热源沿着粉尘预制棒的长度方向对齐；iii)围绕粉尘预制棒旋转热源，将惰性气体注入马弗炉，并通过增加每个热源的温度来执行初步脱水和干燥过程；以及，iv)在按照预定的顺序通过顺序地增加热源的温度对粉尘预制棒进行二次热处理之后，除去由粉尘预制棒形成的光纤预制棒。
全文摘要
一种用于加热光纤预制棒的装置和用于制造光纤预制棒的方法，其中，沿垂直方向对齐的光纤预制棒被多个叠置的热源加热。所述用于加热光纤预制棒的装置包括其中容纳光纤预制棒的马弗炉，和沿光纤预制棒的长度方向对齐的至少两个热源。
文档编号C03B37/014GK1636903SQ20041007986
公开日2005年7月13日 申请日期2004年9月23日 优先权日2004年1月6日
发明者尹暎植, 都文显 申请人:三星电子株式会社