专利名称：用于制造玻璃预型件的方法和装置的制作方法
发明的背景本发明涉及玻璃预型件的制造。具体地说，本发明是涉及以下述方式来制造玻璃预型件的方法和装置，即，通过把玻璃颗粒沉积在初始玻璃棒上，以便在初始玻璃棒上形成粉灰层，并把粉灰层进行玻璃化，使其形成透明的玻璃预型件。
在已知的用于制造圆柱形玻璃预型件的方法中，有一种外部汽相沉积法(OVD)，在这种方法中，通过使玻璃颗粒沉积在绕转轴转动的初始玻璃棒的圆柱形外表面上，从而形成粉灰预型件。这种方法是在例如一反应容器中进行的，玻璃原材料(SiCl4)与可燃气体(氢气和氧气)一起通过一燃烧炉被被送到反应容器中，利用火焰使玻璃原材料被水解并被转化成玻璃颗粒，然后使这些玻璃颗粒以粉灰层的形式沉积在初始玻璃棒的表面上。这样就形成了粉灰预型件，然后粉灰预型件被脱水和烧结，从而形成具有预定外部直径的透明的玻璃体。
为了获得具有预定外部直径的透明的玻璃预型件，就必须通过把规定量的玻璃颗粒沉积在初始玻璃棒上来形成粉灰预型件。特别是，用于制备光纤的光纤预型件必须在控制J比率(玻璃化的透明的玻璃预件的外部直径与初始玻璃棒的外部直径的比率)的条件下被制造，以便使预件件的J比率等于一预定值。
为了这个目的，通过采用这样一种方法，即，使放置在反应容器内的初始玻璃棒绕其轴线转动，并且沿纵向方向相对于燃烧炉多次地往复移动一预定距离(横向的)，以便把玻璃颗粒一层一层地沉积在初始玻璃棒的表面上。对所沉积的玻璃颗粒的重量的监测和控制是通过对逐渐增加的粉灰层的沉积重量或逐渐增大的外部直径进行监测来实现的。
例如，在日本专利公开JP4-260633中，公开了这样一种方法，该方法用于，测量在初始玻璃棒每次横向移动(往复移动的每次转向)之后粉灰层重量的增量，以及调节最后一次横向移动的速度，以便获得期望重量的粉灰预型件。这种方法能把粉灰层的最终重量调节到一个预定值，但是不能监测玻璃颗粒是否被均匀地沿纵向沉积在初始玻璃棒的有效表面区域上。例如，在利用一个燃烧炉或多个燃烧炉把玻璃颗粒沉积在一初始玻璃棒上的情况下，这种方法就不能确定沿初始玻璃棒的纵向方向被沉积在该初始玻璃棒的预定表面区域(位置)上的玻璃颗粒为多少克。如果沉积在初始玻璃棒上的粉灰层两端的无效部分上所沉积的玻璃颗粒的重量发生变化，那么，这种方法就不能精确地确定被沉积在有效部分上的玻璃颗粒的重量。这是因为在玻璃颗粒沉积期间，关于在纵向方向上的沉积量的波动方向的信息数据是不能被获得的。
在日本专利公开JP4-292434中公开了一种光纤预型件的制造方法，预先确定在纵向方向上芯件与初始玻璃棒包层的比率，并根据在纵向方向上这个芯件-包层的比率波动来调节初始玻璃棒的横移速度和来自燃烧炉的玻璃原材料的流速，以便在预型件的纵向方向上获得均匀的玻璃颗粒沉积。然而，这种方法需要这样的前提，即，初始玻璃棒的横移速度和玻璃原材料的流速是要根据在纵向方向上初始玻璃棒的预先确定的芯件-包层比率的分布来控制的。
然而，在实际中，如果被连接在芯棒两端的仿制棒具有不同的特性，例如具有不同的粘度和几何尺寸，那么，在对沉积在芯棒上的粉灰层进行透明地玻璃化过程中，芯棒的外部直径会发生变化。从而，在初始玻璃棒的纵向方向上，玻璃预型件最终的芯件-包层比率就会发生变化。利用上述的基于预定值所进行的控制和调节是不能消除这种波动的。
在日本专利公开No.2000-256034中，公开了这样一种方法，即，通过这种方法，在玻璃颗粒沉积期间以规定的时间间隔测量沿玻璃颗粒沉积的纵向方向测量玻璃颗粒沉积的表面温度以及粉灰层外部直径，并且调节氢气和氧气的流速，以便获得均匀的粉灰密度(体密度)或粉灰层的均匀的外部直径。然而，这种方法旨在通过只调节用于燃烧的氢气和氧气的流速来控制玻璃颗粒学沉积的表面温度或粉灰层的外部直径，它并未考虑调节横移速度和玻璃原材料气体的流速。因此，玻璃颗粒沉积的沿其纵向方向会发生重量波动。
在控制J比率的条件下进行制造玻璃预型件的过程中，根据所用的初始玻璃棒的外部直径和长度之间的关系来计算被沉积的玻璃颗粒的重量。然而，这些初始玻璃棒的外部直径和长度并不总是具有预定的大小。它们的外部直径沿纵向方向上会发生一些变化。在进行玻璃化以便制造透明的玻璃预型件过程中，由于初始玻璃棒与仿制棒之间的玻璃材料的不连续性，使得两端焊接有两根仿制棒的初始玻璃棒的外部直径沿纵向方向在该初始玻璃棒的两端会发生变化。在粉灰层两端的锥形部分中玻璃颗粒的重量根据初始玻璃棒的外径而变化。
也就是，由于上述各种因素，获得了目标值的玻璃重量或玻璃化的透明玻璃预型件的外径的玻璃预型件并不总是可以获得预定的J比率值。通过拉引具有不同J比率和/或具有在纵向方向上具有J比率波动的玻璃预型件而最终制成的光纤会具有芯件-包层比率的波动，并具有不良的传送特性。
发明的概述本发明的一个发明目的是提供这样一种利用外部汽相沉积法来制造玻璃预型件的方法。这种方法通过把玻璃颗粒沉积在初始玻璃棒的圆柱形外表面上从而形成粉灰层，并使粉灰层固化成透明的玻璃体，这种方法能精确地把玻璃预型件的J比率调节到一个预定值。
本发明的另一个发明目的是提供这样一种制造具有均匀的J比率的玻璃预型件的方法，该方法根据从先前制造的玻璃预型件所获得的J比率波动分布数据，相应地调节初始玻璃棒上的玻璃颗粒沉积的重量。
本发明的另一个发明目的是提供这样一种制造具有均匀J比率的玻璃预型件的方法，该方法利用了先前制造的玻璃预型件的J比率波动分布数据，这些数据被用于两端焊接有仿制棒的每种不同的初始玻璃棒。
本发明的另一个发明目的是提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，初始玻璃棒上的玻璃颗粒沉积的重量是通过改变纵向方向上的玻璃原材料气体的流速来调节的。
本发明的另一个发明目的提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，初始玻璃棒上的玻璃颗粒沉积的重量是通过改变纵向方向上的初始玻璃棒和玻璃颗粒制造燃烧炉的相对移动速度来调节的。
本发明的另一个发明目的提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，与一目标J比率相对应的玻璃颗粒沉积的重量是由许多先前制造的初始玻璃棒的重量与J比率Y(玻璃预型件的外径与初始玻璃棒的外径的比率)之间的相互关系数据以及玻璃预型件的初始玻璃棒的外径与玻璃预型件的初始玻璃棒的J比率波动率之间的相互关系数据来计算的。
本发明的另一个发明目的提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，用于制造光纤的玻璃预型件的J比率被设定为一个目标值，在这个目标值，光纤的波长分散值能固定不变。
本发明的另一个发明目的提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，即使初始玻璃棒的芯棒的外径沿纵向方向发生波动，用于制造光纤的玻璃预型件的J比率也能被调节到一个目标值。
本发明的另一个发明目的提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，在纵向方向上玻璃颗粒沉积的表面温度的波动分布以及在纵向方向上颗粒体的外径的波动分布被确定，初始玻璃棒的每次横移所新沉积的粉灰层的重量分布被确定，并且，调节下一次横移所对应的玻璃颗粒的重量，以便减小新沉积粉灰层的重量分布的波动或减小已经沉积的粉灰层加上新沉积的粉灰层的总重量分布的波动，从而最终获得沿玻璃预型件的纵向方向均匀的J比率。
本发明的另一个发明目的提供这样一种制造玻璃预型件的方法，其中，粉灰层的体密度是由它的表面温度来确定的，粉灰层的重量分布是由所沉积的粉灰层的体密度和外径来计算的。
本发明的另一个发明目的提供一种制造玻璃预型件的装置，该装置设有一粉灰位置测量设备，用于测量沉积的粉灰层在纵向方向上的位置；一辐射温度计，用于测量玻璃颗粒沉积的表面温度；一激光型距离测量设备，用于确定粉灰层的外径；一计算单元，用于根据粉灰表面温度玻璃颗粒沉积的外径来计算粉灰层的重量分布。
附图简述
图1是可用于本发明实施例中的玻璃颗粒沉积装置的示意图。
图2是一个图表，表示不改变气流在纵向方向上的流速的供给气流的一个例子。
图3是一个图表，表示不改变纵向方向上的横移速度的控制横移速度的一个例子。
图4是一个图表，表示例1中在纵向方向上粉灰层的J比率波动的一个例子。
图5是一图表，其中，图4中的J比率值是通过使平均值等于1的方式而由倒转的等同图表来表示。
图6是一个图表，表示在例1中通过改变纵向方向上的气体流速来供给氢气和氧气的一个例子。
图7是一个图表，表示通过改变纵向方向上的玻璃原材料气体的流速来供给玻璃原材料气体的一个例子。
图8是一个图表，表示当通过改变例1中纵向方向上气体流速来供给气体时，在纵向方向上粉灰层的J比率的示例性波动。
图9是一个图表，表示在例2中纵向方向上粉灰层的J比率波动的一个例子。
图10是一个图表，其中，图4中的J比率值是通过使平均的J比率值等于1而由倒转的数值来表示。
图11是一个图表，表示通过改变例2中的纵向方向上的横移速度来控制速度的一个例子。
图12是一个图表，表示当改变纵向方向上的横移速度时，在纵向方向上的粉灰层的示例性波动。
图13是一个图表，表示相互关系数据A的一个例子。
图14是一个图表，表示相互关系数据B的一个例子。
图15是一个图表，表示对于例4，在纵向方向上J比率的目标值与测量值之间的差别。
图16是一个图表，表示对于例5中玻璃原材料气体的流速的修正值。
图17是一个图表，表示例5中在纵向方向上J比率的测量值。
图18表示当玻璃颗粒沉积在粉灰层上时测量粉灰层的外径的一个例子。
图19是一个图表，表示在例6中在第一次横移之后测得的重量分布。
图20是一个图表，表示在例6中在第二次横移期间，通过改变玻璃原材料气体在纵向方向上的流速来供给玻璃原材料气体的方法。
图21是一个图表，表示在例6中在第三次横移之后的测得的重量分布。
图22是一个图表，表示在例6中所制造的玻璃预型件的外径数值的分布。
图23是一个图表，表示在对比的例3中所制造的玻璃预成型件的外径数值的分布。
发明的优选实施例本发明提供了一种利用外部汽相沉积(OVD)法来制造玻璃预型件的方法，这种方法通过把玻璃颗粒沉积在一初始玻璃棒的外表面上来形成粉灰层，并且通过对粉灰层进行脱水和烧结来获得具有被精确调节到预定值的J比率的透明的玻璃预型件。玻璃预型件的J比率是指玻璃预型件的经透明地被玻璃化部分的外部直径与初始玻璃棒部分的外部直径的比值。也就是说，在制造过程中，通过严格控制J比率数值就能获得均匀质量的玻璃预型件。利用这种方法制造出来的具有高度均匀的J比率的光纤或其它类型的玻璃产品就能具有良好的质量。
参照图1，图1表示出了玻璃颗粒沉积装置的布置，下面将描述根据本发明来制造玻璃预型件的实施例。在图1中，表示出了一初始玻璃棒1，一芯棒1a，一仿制棒1b，一支撑杆2，一销钉接头2a，一粉灰层3，一反应容器4，一驱动设备5，一燃烧炉6，一纵向观察窗7，一温度测量设备8，一小观察孔9，一距离测量设备10，一粉灰位置测量设备11，一气体供给设备12，一计算单元13以及一控制单元14。
为了制造光纤预型件，把掺有用于改善折射系数的掺杂剂的玻璃芯棒或包有玻璃包层的玻璃芯棒(在下文中被简称为芯棒)用作初始玻璃棒1。在制造用于制造光纤以外的玻璃产品的预型件过程中，所采用的玻璃棒是由与待沉积的玻璃颗粒的材料相同类型的玻璃材料来制成的。初始玻璃棒1的一端在它的(不受粉灰层3影响的)端部与通过销钉接头2a与支撑杆2相连接，支撑杆2被可转动地由驱动设备5支撑着并悬挂在反应容器4内。用于制造光纤预型件的初始玻璃棒1通常是由两端熔接有两根仿制棒1b的一根芯棒1a构成。
反应容器4可以是例如直立型的，在反应容器的顶部设有驱动设备5。驱动设备5悬挂并支撑着初始玻璃棒1，并且驱动初始玻璃棒1，使初始玻璃棒1绕其轴线转动以及沿竖直方向往复移动。驱动设备5具有一个荷载单元，该荷载单元能随后测量逐渐增加的粉灰层的重量(通过连续地沉积玻璃微小颗粒而增加)。在反应容器4内，布置有许多用于供给燃烧气体和玻璃原材料气体的燃烧炉6。从燃烧炉6产生的玻璃颗粒被沉积在初始玻璃棒1的外表面上，并在初始玻璃棒上形成一粉灰层。可燃气体和玻璃原材料气体被可调节地从气体供给设备12供向每个燃烧炉6。
反应容器4的壁中具有一纵向观察窗7，用于观察沉积在初始玻璃棒上的玻璃颗粒的粉灰层的表面。还设置有温度测量设备8，用于测量玻璃沉积的表面温度；以及距离测量设备10，用于测量距粉灰层外表面的距离。在反应容器4的壁中，可以为距离测量设备10设置一些小的圆形或矩形观察窗9来代替观察窗7，其中的距离测量设备10被设置在燃烧炉6的下部和/或上部。来自用于转动并同时移动初始玻璃棒1的驱动设备5的信息可以被输入到用于测量沿纵向方向在粉灰层3上的位置的粉灰位置测量设备11。
由温度测量设备8所测得的关于玻璃颗粒沉积的表面温度的信息，由距离测量设备10所测得的关于离粉灰层外表面的距离的信息，以及由粉灰位置测量设备11所测得的关于位置的信息被输入到计算单元13，该计算单元13又根据所这些输入的信息来计算出在纵向方向上的粉灰层3重量分布。控制单元14根据由计算单元13计算出的重量分布来调节玻璃原材料气体的流速或初始玻璃棒的移动速度，并对随后的沉积进行反馈控制，以便减小粉灰重量的波动。
本发明的实施例1利用先前制造的玻璃预型件的J比率数据。该J比率数据就是被制成的玻璃预型件在纵向方向上的J比率波动的分布。可以为每组预型件准备这种J比率波动分布数据，其中，预型件的分组是根据初始玻璃棒的直径、初始玻璃棒的长度、玻璃材料的种类以及玻璃颗粒沉积装置的类型来进行的。理想的做法是通过连续引入新制造的玻璃预型件的数据来更新所准备的J比率波动分布的数据。
这些J比率波动分布数据被用于估计将要通过以相同的方式使玻璃颗粒沉积在相同种类的初始玻璃棒上所形成的玻璃预型件的J比率波动的倾向性。当根据本发明的方法来制造一新的玻璃预型件时，根据这些J比率波动分布数据来事先调节在纵向方向上要被沉积到初始玻璃棒上的玻璃颗粒的重量。这就确保了被制造出的玻璃预型件的被透明地玻璃化的玻璃体在纵向方向上的J比率的均匀性。
特别是，当利用初始玻璃杆来制造光纤预型件时，其中的初始玻璃棒就是两端焊接有仿制棒的玻璃芯棒，此时，在芯棒与仿制棒之间的分界处(焊接点)，会产生相当大的J比率波动。尽管初始玻璃杆本身沿着其主体的整个长度上具有均匀的外径，但是，当芯棒上所形成的玻璃颗粒沉积被透明地玻璃化时，在芯棒与仿制棒相连的焊接处，芯棒的外径会发生变化。从而使得所制造出的玻璃预型件沿纵向方向具有J比率波动。这是由于当预型件的玻璃颗粒沉积被透明地玻璃化时，芯棒和仿制棒的粘性不同，并且在纵向方向上发生不同的收缩。由于上面的因素能够被预先从J比率波动分布数据估算出，因此，把玻璃颗粒沉积在芯棒上，并根据这些数据来进行适当的调节，就能获得在纵向方向上J比率均匀的玻璃预型件。
通过改变在初始玻璃棒的纵向方向上的玻璃原材料气体的流速，就能调节沉积到初始玻璃棒上的玻璃颗粒的重量。玻璃原材料气体的流速的调节是通过增大/或减小原材料气体的参考流速来实现的。该参考流速可以是例如被用于制造先前的玻璃预型件的玻璃原材料气体的流速，如果在纵向方向上原材料气体流速不被调节，那么就使用这个参考流速。当在纵向方向上的预定位置，J比率大于预定值时，在所说的位置处玻璃原材料气体的流速从参考值下降。当在纵向方向上的预定位置，J比率小于预定值时，在所说的位置处玻璃原材料气体的流速从参考值增大。理想地是，根据玻璃原材料气体的流速调节来调节用于燃烧的氧气和氢气的流速。因此，能适当的保持玻璃颗粒的沉积和形成，从而不会使被沉积的粉灰层的体密度发生变化。气体流速的控制是通过气体供给设备12和控制单元14来进行的。
还能通过改变在纵向方向上初始玻璃棒相对于玻璃颗粒合成燃烧炉的移动速度，来调节沉积到初始玻璃棒上的玻璃颗粒的重量。初始玻璃棒的移动速度是通过增大或减小参考速度值来调节的。这个参考速度值可以是例如先前制造成的预型件的初始玻璃棒的移动速度，如果在纵向方向上所说的移动速度不变，那么就这个参考速度值。当在纵向方向上的预定位置，J比率大于预定值时，在所说的位置处所说的速度就从参考值下降。当在纵向方向上的预定位置，J比率小于预定值时，在所说的位置处所说的速度就从参考值增大。
(例1，参照附图2至图8)在图2至图7中的图表中，横坐标轴表示初始玻璃棒在纵向方向上的位置(该棒的下端对应于位置0)，纵坐标轴表示气体流速(图2，6，7)、横移速度(图3)、J比率(图4，5，8)。
在图1所示的制造装置的布置中，玻璃颗粒沉积是按下述方式进行的通过把直径为30mm长度为600mm的一纯石英-玻璃制的仿制棒1b焊接到直径为30mm长度为400mm的具有芯和包层的一芯棒1a的两端，从而形成一初始玻璃棒1。其中的芯棒可用于制造光纤预型件。直径为30mm的三在除了使用掺有0.2％重量的氯的上部仿制棒以外，其余条件与例1相同的条件下制造出第一玻璃预型件。然后测量按这些方式被制造出的玻璃预型件的J比率。测量结果表明J比率的波动如图9所示那样。图9中的J比率波动分布数据可由倒数来表示，使得平均的J比率值等于1，如图10所示。该预型件的J比率波动与先前在相同条件下制造出的预型件的J比率波动(图4)稍微有些不同。这是由于当所沉积的粉灰层被透明地玻璃化时，上部仿制棒具有不同的粘度，使芯棒上端的外径产生了变化。
玻璃颗粒沉积是通过根据图9和图10中所示的J比率波动分布数据而改变横移速度来进行的，从而能获得在纵向方向上具有均匀J比率的玻璃预型件。除了按图11所示那样来改变横移速度以外，其它所有的条件都与上例所描述的相同。这样所制造出来的玻璃预型件就会具有稳定的J比率，该J比率在纵向方向上的波动很小，如图12所示。
上面所描述的例1和例2利用了所获得的J比率波动分布数据，而没有调节纵向方向上所沉积的上下文颗粒的重量。然而，根据上面所提到的波动分布数据来新制造出的玻璃预型件提供了所说的新的J比率波动分布数据。因此，根据新获得的J比率波动分布数据来调节玻璃颗粒沉积的重量，从而可以制造出下一个新的预型件。在这种情况下，在纵向方向上经调节气体流速(图6和图7)或在纵向方向上经调节的横移速度(图11)被用作新的参考数据，这些新的参考数据又被进一步被调节，以便进行新的玻璃颗粒的沉积过程。J比率波动分布数据可以是波动数据的平均数据，这个平均数据不仅可以从一个玻璃预型件获得，而且可以从多个玻璃预型件获得。
本发明的第二个例子利用了关于J比率波动、玻璃颗粒沉积重量以及初始玻璃棒的外径的数据，这些数据是根据许多先前制造出的玻璃预型件来获得的。准备了以下两种数据沉积的玻璃颗粒的重量与利用相同长度的初始玻璃棒来制造的玻璃预型件的J比率之间的相互关系数据A；以及初始玻璃棒的外径与利用各自的初始玻璃棒来制造的玻璃预型件的J比率波动之间的相互关系数据B。如上所述，对于第一个例子，可以为初始玻璃棒的每个不同直径、初始玻璃棒的每个不同长度、每种不同的玻璃材料或玻璃颗粒沉积装置的每种不同类型准备这种相互关系数据A和B。通过连续地引入新制造出的玻璃预型件的数据，就能够对相互关系数据A和B分别进行更新。
图13所示的相互关系数据A表示所沉积的玻璃颗粒重量的一些数值与所制造出的多个玻璃预型件的J比率值之间的相互关系其中的多个玻璃预型件是通过把玻璃颗粒沉积在各自的初始玻璃棒上而制成的，其中的玻璃棒的外径约26mm，长度为400mm。纵坐标轴表示J比率Y，该J比率Y是指所制造出的玻璃预型件的外径与初始玻璃棒的外径的比率，而横坐标表示被沉积在初始玻璃棒上的玻璃颗粒的总重量X，这个总重量X是通过从所制造出的玻璃预型件的重量减去玻璃棒重量来确定的。
根据相互关系数据A，玻璃颗粒沉积的重量随着J比率的减小(增大)而减小(增大)。
图14中所示的相互关系数据B是通过绘制来自多个玻璃预型件的数据而制作的，获得这些数据的玻璃预件是与获得图13中的数据的玻璃预型件是相同的。相互关系B表示玻璃预型件的J比率波动率Z与它的初始玻璃棒的外径Mp之间的相互关系。纵坐标轴所表示的J比率波动率Z是指通过把玻璃颗粒沉积到初始玻璃棒上而形成的玻璃预型件的平均的J比率Y与目标的J比率的比率。也就是说，通过在初始玻璃棒上沉积能获得J比率目标值的某一数量的玻璃颗粒来制造玻璃预型件，但是预型件的还存在相对于这个目标值的J比率波动，这种波动是由各种制造因素导致的。J比率波动率Z表示从J比率目标值波动的程度，这个波动率也取决于初始玻璃棒的外径Mp。
根据该相互关系数据B，J比率波动率Z随着初始玻璃棒的外径Mp的减小(增大)而增大(减小)。初始玻璃棒的外径Mp被确定为在纵向方向上该初始玻璃棒上的多个点处测量值的平均值。众多的初始玻璃棒的外径Mp的总体平均值Ma也被预先确定。初始玻璃棒的外径Mp的总体平均值Ma可以被认为是在图13中的相互关系数据A中所示的该初始玻璃棒的参考外径值。对于图13和图14所示的例子来说，初始玻璃棒的外径的总体平均值Ma为26mm。
通过利用这些相互关系数据A和B，就可以预先确定制造一新的玻璃预型件所需沉积的玻璃颗粒的重量，以便使得制造出的预型件具有预定的J比率。首先，外径为Mo(平均外径)的初始玻璃棒准备好用于制造一新的玻璃预型件。通过把这根初始玻璃棒的外径Mo应用于相互关系数据B，就能确定出很有可能发生的J比率波动率Zo。这样，与初始玻璃棒的外径的总体平均值Ma相对应的J比率波动率Zo就被确定了，然后确定出J比率波动率Zo与J比率波动率Za之间的差别或确定出Zo与Za的比率。
在相互关系数据A中，初始玻璃棒的外径的参考值廉洁是总体平均值Ma。因此，对于一根新的初始玻璃棒来说，目标的J比率Yo被修正，以便解决Zo和Za之间的差别或Zo与Za的比率。被修正的目标J比率Yo’被应用于相互关系数据图表A，于是就能确定出要被沉积的玻璃颗粒的目标重量X。当粉灰体的重量达到该目标值X时，就使玻璃颗粒的沉积被停止。
(例3)在图1所示的制造装置的布置中，玻璃颗粒沉积是按下述方式进行的通过把一纯石英-玻璃制的仿制棒1b焊接到直径为26.1mm长度为400mm且具有芯部和包层部的一芯棒1a的两端，从而形成一初始玻璃棒1。直径为30mm的三个燃烧炉6以相等间隔(中心-中心间隔为150mm)被设置。初始玻璃棒1由驱动设备5支撑着，并竖直悬挂在反应容器4内，从而使得初始玻璃棒1能绕其轴线以40转/分钟的转速转动，同时，还以500mm/分钟的移动速度(横移速度)上下往复移动1100mm的预定距离。
向三个燃烧炉中的每个燃烧炉以4标准升/分钟(SLM)的流速供应四氯化硅(SiCl4)(玻璃原材料)、以60标准升/分钟的流速供应氢气、以50标准升/分钟的流速供应氧气，氢气和氧气是用于产生火焰的，以及以2标准升/分钟的流速供应氩气(Ar)，用于对每个燃烧炉出口附近的氢气(H2)和氧气(O2)流进行密封。
为了根据上述方法来在所述装置上制造出目标J比率为3.2的玻璃预型件，根据相互关系数据A和B来确定出玻璃颗粒沉积的目标重量X。根据相互关系数据B，把新的初始玻璃棒(外径为26.1)的J比率波动率Zo首先被确定为0.978。另一方面，相互关系数据中，初始玻璃棒(总的平均外径为26.0mm)的J比率波动率Za等于0.986。由于J比率波动率Zo与Za之间的差值为0.008(0.8％)，因此，把J比率目标值3.2修正为3.2256(3.2×1.008)。根据相互关系数据A，就可以确定出与该经修正的J比率目标值相对应的玻璃颗粒沉积重量X为7.923kg。
玻璃颗粒沉积是在初始玻璃棒的横移速率固定不变的情况下被进行的。在初始玻璃棒每次沿纵向方向的往复移动期间，玻璃原材料气体、氢气、氧气的流速是不变的，但是在每次横移(往复移动)结束之后会增大1％。在反应容器内，由燃烧炉形成的玻璃颗粒被沉积到初始玻璃棒的表面上，直到玻璃沉积的重量等于重量测设备所指示的玻璃目标重量7.923kg为止。然后，对初始玻璃棒上的玻璃沉积进行脱水和烧结，从而形成预型件的透明玻璃体。然后，沿制成的预型件的纵向方向上，在该预型件上的10个位置确定出最终的实际的J比率。J比率的平均值为3.203。这个值与J比率目标值(3.2)仅相差0.1％。在例3中，在纵向方向上的J比率波动被忽略了，而在例1和例2中却考虑了这个J比率波动。
(比较的例子1)利用相同的装置和相同的方法，通过使玻璃颗粒沉积到具有与例3中所用的初始玻璃棒相同长度(same lot)和相同直径的一初始玻璃棒上，从而制造出一玻璃预型件。尽管初始玻璃棒的直径与总体平均直径(26mm)相差0.1mm，但是，J比率目标值并没有被修正。把这个未被修正的J比率目标值3.2应用于相互关系数据A(图13)，就可以得出玻璃沉积的目标重量X为7.568kg。
如例3中所描述的那样，在初始玻璃棒的每次横移(往复移动)结束之后，原材料气体、氢气以及氧气的流速被增大1％。在反应容器内，由燃烧炉所形成的玻璃颗粒被沉积到转动的初始玻璃棒的表面上，直到玻璃沉积重量(指玻璃重量)等于7.568为止。然后对沉积在初始玻璃棒上的玻璃进行脱水和烧结，从而形成透明的玻璃体。之后，沿预型件的纵向方向上，在该预型件上的10个位置确定出最终的实际的J比率。所测得的这些值的平均值为3.15。这个值与J比率目标值(3.2)偏离约1.5％。
图13中的相互关系数据A是针对采用具有相同长度的初始玻璃棒的数据。但是，这些数据也可以适用于具有不同长度但具有相同外径的初始玻璃棒。通过把玻璃颗粒沉积到初始玻璃棒上并且把其固化成透明的玻璃体，从而在初始玻璃棒上形成粉灰层，该粉灰层包括一个有效部分和两个无效的锥形部分，其中的有效部分具有均匀的外径，其中的无效的锥形部分形成在所说有效部分的两端。在这种情况下，无论初始玻璃棒的长度如何，粉灰体的有效部分都可以具有均匀的J比率。由于初始玻璃棒长度的增大或减小可以被认为是在各自的初始玻璃棒上形成的粉灰体的有效部分的长度的增大或减小，因此，初始玻璃棒长度的增大或减小由粉灰体的均匀直径部分的玻璃重量的增大或减小来表示。如果初始玻璃棒具有均匀的外径，那么，粉灰体的无效锥形部分主要形成在未沉积有玻璃颗粒的仿制棒部分上，并且具有不变(固定)的重量。
如果芯棒参考长度用L0表示，被确定的芯棒长度用L1表示，根据相互关系数据A获得的长度为L0的芯棒的外表面上所沉积的玻璃颗粒重量用X表示，那么，被沉积在长度为L1的芯棒的外表面上的玻璃颗粒的重量X’可以表示为X’＝X(L1/L0)。
因此，针对芯棒长度L1与芯棒长度L0的比率来修正相互关系数据A的倾斜度，就能把这个相互关系数据A用于具有不同长度的初始玻璃棒。也可以为各个长度的初始玻璃棒分别制备相互关系数据A。
本发明的例3旨在设定一光纤预型件的J比率，以便该预型件可以制造出具有固定不变数值的光波长散射的光纤。为了制造出用于制造光纤的玻璃预型件，通常在芯棒两端中的每一端焊接一仿制棒来形成初始玻璃棒，其中的芯棒是由一玻璃芯构成，或者是由一芯/玻璃包层构成。
芯棒的玻璃芯被掺有用于增大折射率的掺合剂，并且具有规定的玻璃折射率图形(即，在玻璃径向方向上的折射率的分布)。光纤的特性很大程度上取决于这种折射率分布图形，具体地说，是取决于芯棒的折射率和芯棒的直径。因此，即使光纤预型件沿纵向方向具有均匀的J比率，芯棒折射率的波动以及芯棒在纵向方向上的芯棒直径的波动也会造成最终所获得的光纤的波长分散的波动。
鉴于上述问题，本发明的例3就是旨在获得光纤的沿纵向方向固定不变的波长分散(dispersion)。波长分散是这样一种现象，即，这种会造成规定脉冲宽度的光信号在沿着光纤输送时会展开成更宽的脉冲。如果规定波长的光信号没有发生分散，那么，信号被传送时不会增大脉冲宽度。这就能通过增大脉冲数来增大光纤的传送能力。
波长分散取决于光纤的折射率分布图形。即使在纵向方向上芯棒的折射率分布图形发生波动，也能通过调节纵向方向上的J比率来被偿波长分散，使其在光纤的纵向方向上保持固定不变。也就是说，在芯棒的纵向方向上对沉积在具有固定不变的外径的芯棒上的玻璃颗粒的量进行调节。在这种情况下，J比率在纵向方向上并不是完全保持固定不变，而是保持足够的稳定以便能使最终获得的光纤的光学特性保持固定和稳定。
因此，在玻璃颗粒沉积之前，在初始玻璃棒的芯棒部分上的多个位置测量出折射率分布图，以便获得在芯棒部分的纵向方向上折射率图形的分布情况。根据所测得的关于芯棒部分的折射率的数据，计算出使最终制成的光纤沿其全长具有固定的所规定的波长分散所必须的目标J比率。如果在芯棒的纵向方向上折射率分布图形发生波动，那么，这个目标J比率在玻璃预型件的纵向方向上可能不是均匀的。因此，在芯棒的纵向方向上控制被沉积在芯棒上的玻璃颗粒的重量，以便获得光纤预型件的预定的目标J比率。通过这种方式被制造和玻璃化所形成的光纤预型件能被拉伸成具有均匀波长分散的光纤。
玻璃颗粒沉积的重量能通过例1中所描述的改变玻璃原材料气体的流速来调节。理想的做法是改变用于生成火焰的氧气和氢气的供给，并且使玻璃原材料气体的流速也一起改变。
玻璃颗粒沉积的重量的控制还能通过改变初始玻璃棒在纵向方向上相对于玻璃颗粒合成燃烧炉的往复移动速度来实现。
(例4，参照图15)在图15所示的图表中，横坐标轴表示沿纵向方向在芯棒上的位置(芯棒的底端位于零位置)，而纵坐标轴表示J比率。
在图1所示的装置中，使玻璃颗粒沉积到初始玻璃棒1上。初始玻璃棒1是这样来制作的，即，把两根纯石英-玻璃制的仿制棒1b焊接到芯棒1a的对应的端部，其中的这根用于一光纤的芯棒的直径为30mm，长度为400mm，它包括一芯部分和一包层部分。利用预型件分析器，在芯棒1a的主体的纵向方向上以相等的间距40mm间隔开的9个位置处测量该芯棒1a的折射率数值的分布，并且根据所测得的折射率分布模式，利用软件程序来估算最终获得的光纤的特性。
所获得的数据被描绘在图15所示的图表中。如图15所示，从芯棒下端开始，光纤预型件的目标J比率在40mm位置处被必要地调节至3.06，在80mm位置处被调节到3.03，在120mm位置处被调节到3.00，在160mm位置处被调节到3.00，在200mm位置处被调节到3.00，在240mm位置处被调节到3.00，在280mm位置处被调节到3.00，在320mm位置处被调节到2.97，在360mm位置处被调节到2.94，从而使得最终的光纤具有稳定的波长分散-20ps/nm/km。
在芯棒的纵向方向上，要被沉积在芯棒上的每个位置上的玻璃原材料气体的目标量是这样来确定的，即，用玻璃原材料气体的参考流速(在纵向方向上不变的)乘以归一化的目标J比率，其中的这个归一化的目标J比率相对于平均的J比率被归一化成等于1。玻璃颗粒沉积是通过把玻璃原材料气体的流速调节至沿纵向方向上在芯棒上的各自位置处的各自的目标值来进行的。然后，在玻璃预型件的纵向方向上的相同的位置确定最终的J比率。测量的结果如图15所示。实际的J比率值与目标的J比率值的差别在±0.01内，并且J比率波动在±0.33％内。玻璃预型件被进一步拉伸成一光纤，所拉成的光纤在纵向方向上的波长分散为-20±1ps/nm/km。
(比较的例子2)作为例4的一个比较的例子，在初始玻璃棒上进行玻璃颗粒的沉积，其中的初始玻璃棒包括一芯棒，该芯棒具有相同的折射率分布，并在纵向方向上以一固定(不变的)量的玻璃颗粒进行均匀地沉积。通过这种方式制造出来的玻璃预型件被进一步拉伸成一光纤，然后沿纵向方向确定该光纤的波长分散。所测得的该波动为-20±4ps/nm/km。
本发明的例4旨在即使制造玻璃预件所用的初始玻璃棒的芯棒的外径在纵向上方向上存在波动，也可以使制造光纤所用的玻璃预型件具有固定不变的J比率。为了制造一光纤预型件，采用了一初始玻璃棒，该初始玻璃棒是这样来制作的，即，通过在一芯棒两端中的每一端焊接一仿制棒，其中的芯棒是由一玻璃芯构成的，或是由一芯/玻离包层构成的。
把仿制棒焊接到玻璃芯棒上，会在芯棒的焊接部分和焊接部分附近造成外径的波动变化。外径的波动变化取决于焊接条件以及焊接工的技巧。因此，来自先前制造出的玻璃预型件的J比率就不能被使用了。在这种情况下，就必须直接测量一新的可用的初始玻璃棒在纵向方向上的外径的波动分布，并根据外径波动的分布估算出能制造出的玻璃预型件的J比率波动，然后在该初始玻璃棒上进行玻璃颗粒的沉积，从而可以减小所估算的波动。
为了这个目的，在玻璃颗粒沉积之前，首先在初始玻璃棒的芯棒部分的多个位置处测量其外径。并根据所测得的值来获得沿纵向方向上芯棒的外径波动分布。根据输出的外径波动分布来调节初始玻璃棒上要沉积的玻璃颗粒的量，从而使得被制造出的玻璃预型件在纵向方向上具有等于目标值的均匀的J比率。
可以象例1中那样，通过改变玻璃原材料气体在纵向方向上的流速来调节玻璃颗粒沉积的重量。理想地是，改变用于产生火焰的氧气和氢气的流速，并且一起改变玻璃原材料气体的流速。也可以通过改变初始玻璃棒在纵向方向上相对于玻璃合成燃烧炉的往复移动速度来控制玻璃颗粒沉积的重量。
(例5，参照图16至17)在图16和17的图表中，横坐标轴表示沿纵向方向在芯棒上的位置(芯棒的底端位于零位置)，纵坐标轴表示补偿值(图16)和J比率(图17)。
在图1所示的装置中，在初始玻璃棒1上进行玻璃颗粒的沉积。其中的初始玻璃棒1是这样来制作的，即，在一根用于制造光纤的400mm长的芯棒的两端焊接两根纯石英-玻璃制的仿制棒1b，该初始玻璃棒包括一芯部分和一包层部分。利用非接触式的外径测量设备沿芯棒1a主体的纵向方向上在以相等间距40mm间隔开的9个位置处测量芯棒1a的外径值。所测得的芯棒外径值从该芯棒下端起依次为在40mm位置处芯棒外径为30.6mm，在80mm位置处为30.3mm，在120mm位置处为30.0mm，在160mm位置处为30.0mm，在200mm位置处为30.0mm，在240mm位置处为30.0mm，在280mm位置处为30.0mm，在320mm位置处为29.7mm，在360mm位置处为29.4mm。通过对所测得的芯棒的外径波动进行补偿，调节沿纵向方向沉积的玻璃颗粒的量，以便获得玻璃预型件的均匀的目标J比率3。通过根据玻璃原材料气体的预先设定的目标流速来改变玻璃原材料气体的流速，从而调节玻璃颗粒的量，玻璃颗粒的量是这样来确定的，用玻璃原材料气体的参考流速(在纵向方向是不变的)乘以图16所示的一补偿值。这个补偿值的表达式为{(E-1)/3+1}，其中，E是当芯棒的平均外径等于1时玻璃预型件的外径。
按照上述方法来进行玻璃颗粒的沉积。然后，确定出所制造出的玻璃预型件的最终的J比率。测量结果如图17所示。在芯棒两端部，实际的J比率偏离目标值3的波动仅为±0.33％。
本发明的例5旨在使得在没有利用先前所制造的玻璃预型件的J比率数据的情况下制造出的玻璃预型件具有高度精确的J比率的均匀性；并且使得沿纵向方向沉积在初始玻璃棒的表面上的玻璃颗粒的重量具有高度精确的均匀性。
也就是说，只要沉积在初始玻璃棒上的玻璃颗粒的重量在纵向方向上是均匀的，那么就可以允许在纵向方向上玻璃颗粒沉积的体密度和外径的波动。然后，对沿纵向方向重量均匀地沉积在初始玻璃棒上的玻璃颗粒所形成的粉灰预型件进行脱水和烧结，从而形成一玻璃预型件，只要初始玻璃棒具有均匀的外径，那么所形成的玻璃预型件的外径波动变化就很小，并且在其纵向方向上具有均匀的J比率。
在图1所示的装置中，在初始玻璃棒1上进行玻璃颗粒的沉积。其中的初始玻璃棒1是这样来制作的，即，在一根用于制造光纤的400mm长的芯棒的两端焊接两根纯石英-玻璃制的仿制棒1b，该初始玻璃棒包括一芯部分和一包层部分。利用非接触式的外径测量设备沿芯棒1a主体的纵向方向上在以相等间距40mm间隔开的9个位置处测量芯棒1a的外径值。所测得的芯棒外径值从该芯棒下端起依次为在40mm位置处芯棒外径为30.6mm，在80mm位置处为30.3mm，在120mm位置处为30.0mm，在160mm位置处为30.0mm，在200mm位置处为30.0mm，在240mm位置处为30.0mm，在280mm位置处为30.0mm，在320mm位置处为29.7mm，在360mm位置处为29.4mm。通过对所测得的芯棒的外径波动进行补偿，调节沿纵向方向沉积的玻璃颗粒的量，以便获得玻璃预型件的均匀的目标J比率3。通过根据玻璃原材料气体的预先设定的目标流速来改变玻璃原材料气体的流速，从而调节玻璃颗粒的量，玻璃颗粒的量是这样来确定的，用玻璃原材料气体的参考流速(在纵向方向是不变的)乘以图16所示的一补偿值。这个补偿值的表达式为{(E-1)/3+1}，其中，E是当芯棒的平均外径等于1时玻璃预型件的外径。
按照上述方法来进行玻璃颗粒的沉积。然后，确定出所制造出的玻璃预型件的最终的J比率。测量结果如图17所示。在芯棒两端部，实际的J比率偏离目标值3的波动仅为±0.33％。
本发明的例5旨在使得在没有利用先前所制造的玻璃预型件的J比率数据的情况下制造出的玻璃预型件具有高度精确的J比率的均匀性；并且使得沿纵向方向沉积在初始玻璃棒的表面上的玻璃颗粒的重量具有高度精确的均匀性。
也就是说，只要沉积在初始玻璃棒上的玻璃颗粒的重量在纵向方向上是均匀的，那么就可以允许在纵向方向上玻璃颗粒沉积的体密度和外径的波动。然后，对沿纵向方向重量均匀地沉积在初始玻璃棒上的玻璃颗粒所形成的粉灰预型件进行脱水和烧结，从而形成一玻璃预型件，只要初始玻璃棒具有均匀的外径，那么所形成的玻璃预型件的外径波动变化就很小，并且在其纵向方向上具有均匀的J比率。
根据在纵向方向上预定位置处的粉灰层的体密度和外径，能确定出在纵向方向上初始玻璃棒上所沉积的玻璃颗粒的重量。根据距离测量设备测得的距粉灰层表面的距离就能计算出粉灰层的外径。由于粉灰层的体密度与玻璃颗粒沉积的表面温度具有固定不变的关系，因此，玻璃颗粒沉积的表面温度由辐射温度计来测量，然后，根据所测得的表面温度来计算出粉灰层的体密度。通过用这个体密度乘以由粉灰层外径确定出的所增大的体积就能容易地计算出玻璃颗粒沉积的重量。通过沿纵向方向上在粉灰层上的不同的预定位置处重复上述的测量，就能确定出在纵向方向上粉灰层中玻璃颗粒的重量分布。
对于每一次横移或每一次规定的横移，都计算出沿纵向方向在粉灰层中玻璃颗粒的重量分布。为了减小重量波动分布，通过根据所计算出的重量分布来调节玻璃原材料气体的流速和横移速度，从而控制在一次横移过程中要被沉积的玻璃颗粒的重量。下述的测量和调节被重复进行，以便获得均匀的重量分布，或获得沿纵向方向在粉灰层中所沉积的玻璃颗粒的预定确定的最终重量分布。然后，对玻璃颗粒沉积进行透明地玻璃化，从而形成一圆柱形的玻璃预型件，所形成的这个玻璃预型件具有均匀的外径，或具有固定不变的玻璃预型件外径与初始玻璃棒直径的比率。
在图1所示的装置中，用于确定玻璃颗粒沉积的表面温度的温度测量设备8最好是辐射型的温度计，它能通过纵向观察窗7测量来自玻璃颗粒沉积表面的辐射的强度。能测量宽范围的辐射的热视型(thermo-viewer type)的辐射温度计最适合用于这种目的。必须避免使用位置式(spot-type)的辐射温度计，因为这种温度计具有很大的测量误差。温度测量设备8最好测量粉灰层3的最热部分的表面温度，例如，测量被燃烧炉6加热的粉灰层表面区域的温度。温度测量设备8连续地测量出沉积到转动的初始玻璃棒上的玻璃颗粒的表面温度。根据在各个位置测得的表面温度值的平均值，确定出沿纵向方向在粉灰层表面上的温度分布。利用所确定出的温度分布，并根据从收积的数据中所获得的关系式来计算出沿纵向方向在各个位置处的粉灰层的体密度ρ(克/立方厘米)。
一种能够进行非接触地远距离地测量距离的激光型距离测量设备适合用作距离测量设备10，用于测量距粉灰层3的距离。长距离型的激光距离测量设备(测量距离为1至2米)被设置成尽可能地远离反应容器4，以便避免容器壁的高温可能导致的热影响。小观察孔9可以被设置在容器的这样一个理想的部分中，即，该小观察孔使得来自激光型的距离测量设备的激光束能从燃烧炉6下面通过，并与燃烧炉底部至少保持至少5厘米的间距。如果激光束通过靠近燃烧炉6的空间，那么，激光束会与漂浮在容器中的玻璃颗粒相撞，从而导致错误地测量。这个距离测量设备10可以被设置在燃烧炉6的上方，也可以把这个距离测量设备10布置在燃烧炉6的上方和下方。
图18表示出了怎样计算粉灰层的外径。初始玻璃棒1外径(R)和在纵向方向上该外径波动的分布被预先确定。初始玻璃棒1具有一磨砂的圆环部分，该磨砂的圆环部分不允许激光束通过，并且预先测量出该磨砂的圆环部分的外径。由于初始玻璃棒1的两端焊接有仿制棒1b，因此，所说磨砂的圆环部分可以被设置在该仿制棒上。初始玻璃棒1被悬挂在反应容器4内，通过把一激光束照射在所说的磨砂玻璃部分上，确定出从距离测量设备10至初始玻璃棒1的表面的距离(L0)。于是，计算单元就可以得出一个参考外径。激光束可以垂直地照射在初始玻璃棒1的中央。
然后，由燃烧炉6在燃烧气体(flame gas)和玻璃原材料气体中形成的玻璃颗粒被沉积到初始玻璃棒1的表面上，其中的初始玻璃棒1围绕其轴线转动，同时还向下横移一预定距离。经过第一次横移而在初始玻璃棒上沉积了第一玻璃颗粒层之后，在沿纵向方向上的各个预定位置测量出从距离测量设备10至玻璃颗粒沉积(粉灰层3)的距离(L1)。根据这些测量数据，在沿纵向方向各个预定位置，计算出在第一次横移之后粉灰层的外径(D1)，并且计算出沿纵向方向粉灰层外径值的分布。根据粉灰层的外径(D1)和初始玻璃棒的外径(R)计算出在径向方向上粉灰层3的增大的断面积。然后，通过用增大的断面积乘以单位长度(unit length)值(cm)来确定出在纵向方向上粉灰层的增大的体积(V1)的分布。
第二次横移是指初始玻璃棒的向上移动，它与第一次横移是反向的。因此，如果把距离测量设备10仅仅布置在燃烧炉6的下面，那么在这种情况下，粉灰层的外径就不会改变，因此，就不为第二次横移测量距粉灰层表面的距离了。然而，理想地是，为第一次横移和第二次横移测量出距粉灰层表面的距离，并确定出这些测量值的平均值，以便提高距离测量的精确度。如果分别在燃烧炉6的上面和下面设置两个距离测量设备10，那么在这种情况下，由设置在燃烧炉6上面的距离测量设备来测量出距第二玻璃颗粒层表面的距离，其中该第二玻璃颗粒层表面是通过第二次横移而沉积形成的。无论是否测量了粉灰层的外径，对于每次横移都确定出玻璃颗粒沉积的表面温度以及相同的玻璃沉积的体密度分布。
第三次横移是初始玻璃棒的向下移动，并且在初始玻璃棒上沉积了第三玻璃颗粒层，这同第一次横移的情况一样。在沿纵向方向上的一些预定位置测量出从距离测量设备10至粉灰层3的表面的距离(L3)。根据在第一次横移中测得的距离(L1)和在第三次横移中测得的距离(L3)，在沿纵向方向的一些预定位置计算出在第三次横移之后的粉灰层3的外径(D3)。然后根据粉灰层的外径(D3)和第一次移之后的外径(D1)计算出在第三次横移之后在径向方向上粉灰层3的增大的断面积。然后通过用这个增大的断面积乘以单位长度(cm)计算出在纵向方向上每单位长度的粉灰层的增大体积(V3)。类似地，对于从第五次横移至最终一次横移，测量出从距离测量设备10至玻璃颗粒沉积的表面的距离(Ln)，并计算出粉灰层的外径(Dn)和每单位长度的粉灰层所增加的体积(Vn)。
这样，就测量出了距粉灰层的外表面的距离(Ln)，以及计算出了在纵向方向上沉积在初始玻璃棒1上的粉灰(玻璃颗粒)的增大体积(Vn)。在沿纵向方向的粉灰上的每个位置，通过用增大的体积(Vn)乘以体密度ρn(克/立方厘米)，就能确定出沿纵向方向沉积的玻璃颗粒的重量分布。其中的在每个位置的体密度ρn是根据每次横移所沉积的粉灰的表面温度来确定的。为这个全部长度的粉灰层3的有效区域进行这种重量分布测量和计算。也就是说，确定出第一层在纵向方向上的重量分布，然后把所获得的数据用于在第二层中的玻璃颗粒的沉积。为了沉积形成第二粉灰层，利用控制单元14来调节玻璃原材料气体的流速或第二次横移的横移速度，从而能够对在第一层的重量分布中所发生的变化进行补偿。
对于每次横移或每次规定的横移，重复上述的测量、计算和调节控制，直到粉灰层重量达到预定数值为止。这样就能使沉积形成的粉灰层3在它的全部长度的有效区域上是均匀的。然后对所形成的粉灰预型件进行脱水和烧结，以便生产出均匀透明的玻璃预型件，使得生产出的玻璃预型件的外径在纵向方向上波动被减小了。
初始玻璃棒的外径在纵向方向上可以是不均匀的。例如，初始玻璃棒1是一根其外径在纵向方向上具有波动变化的(用于制造一光纤的)玻璃芯棒，或者是一根由一芯部分和一包层部分构成的玻璃棒，该玻璃棒在纵向方向上具有不均匀的芯部直径与包层直径的比率。在这些情况下，应预先检查在纵向方向上初始玻璃棒的外径波动变化以及芯-包层比率波动变化情况。然后根据妆始玻璃棒的外径波动以及芯-包层比率波动来进行粉灰层的沉积。也就是说，对在纵向方向上粉灰层中玻璃颗粒的重量分布进行调节，以便使芯部直径与玻璃预型件直径的比率变得均匀。在这种情况下，在纵向方向上玻璃颗粒沉积的重量分布不必是均匀的。于是，就能把该玻璃颗粒沉积玻璃化成透明的玻璃预型件，使得在纵向方向上该玻璃预型件具有均匀的芯部直径与玻璃预型件直径的比率。
要被沉积的玻璃颗粒的重量能用两种方法来调节。第一种方法就是使初始玻璃棒的横移速度保持固定不变，而在纵向方向上的一些必要的位置增大或减小来自燃烧炉6的玻璃原材料气体的流速。第二种方法就是使来自燃烧炉6的玻璃原材料气体的流速保持固定不变，而改变初始玻璃棒的横移速度。第一种方法的优点在于易于控制操作，这是因为第一种方法只是利用质量流量控制器(MFC)来调节玻璃原材料气体的流速。第二种方法需要提供一个可微调的速度控制器，这是由于要被沉积的玻璃颗粒的重量是通过增大或减小初始玻璃棒的移动速度来调节的。也可以对移动速度和玻璃原材料气体的流速两者同时进行控制和调节。但是，这需要很复杂的控制操作。理想的做法是，根据对玻璃原材料气体的流速和/或横移速度的调节来增大或减小氧气和氢气的流速。
(例6，参照图19至22)在图19至22的图表中，横坐标轴表示沿纵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)，而纵坐标轴表示增大的重量(图19和21)，玻璃原材料气体的流速(图20)以及玻璃预型件的外径(图22)。
利用图1所示的制造装置的布置，使玻璃颗粒沉积到初始玻璃棒上。利用一根用于制造光纤的芯棒来作为初始玻璃棒1，该芯棒的直径为30mm，长度为500mm，它包括一芯部分和一包层部分，并在纵向方向上具有均匀的外径以及无效的芯部-包层比率。外径为30mm的纯石英-玻璃制的且具有磨砂表面部分的两根仿制棒1b被熔接到芯棒1a的两端。其中一根仿制棒1b通过一销钉接头2a与一支撑杆2相连接，初始玻璃棒由一驱动设备5支撑着，并竖直地从驱动设备5悬垂下来并进入反应容器4内。一激光型距离测量设备被用作距离测量设备10，并且被设置在燃烧炉6的下方，并与燃烧炉底部保持100mm的间距，该距离测量设备的位置使得来自距离测量设备的激光束以一直角照射在初始玻璃棒1的中央。一温度观视器(thermo-viewer)被用作温度测量设备8，它具有很宽的测量范围。这个设备被可移动地安装在初始玻璃棒1的纵向方向上。设置一燃烧炉6，该燃烧炉6的直径为60mm，用于以12标准升/分钟(SLM)的速度供应玻璃原材料SiCl4，以240标准升/分钟的速度供应H2，以120标准升/分钟的速度供应O2，氢气和氧气是用于产生火焰的，以及以6标准升/分钟的速度供应Ar气，该氩气是用于隔离燃烧炉6附近的氢气和氧气的。尽管在图示例子中只用了一个燃烧炉6，但是，也可以使用多个燃烧炉6。
在玻璃颗粒开始沉积之前，通过把一激光束照射到仿制棒1b的磨砂玻璃表面上，测量出从距离测量设备10至初始玻璃棒表面的距离(L0)。于是计算单元13获知所测量得的L0的外径为30mm。然后，初始玻璃棒以40转/分的转速转动，同时以例如200毫米/分的速度的向下移动，从而开始第一次横移。初始玻璃棒1的横移距离为1100mm。
利用温度测量设备8测量出玻璃颗粒沉积(粉灰层)的表面温度，并计算出各个位置的平均温度。然后根据表面温度值计算出体密度ρ1(克/立方厘米)，从而确定出在纵向方向上体密度的分布。在初始玻璃棒的向下横移期间，利用来自距离测量设备10的激光束在各个位置测量出从沉积在初始玻璃棒表面上的粉灰层表面至距离测量设备的距离(L1)。根据距离(L0)和距离(L1)，确定出在纵向方向上粉灰层的增大外径(D1)的波动分布。然后，根据体密度分布和外径波动分布来计算出在纵向方向上粉灰层中的玻璃颗粒的重量分布。
图19中的曲线图表示出了在第一次横移结束之后，沉积在初始玻璃棒1上的粉灰层的重量分布。在图19中，横坐标轴表示在纵向方向上初始玻璃棒1的各个位置，纵坐标轴表示在每个位置处的重量增大比率，参照等于1的平均值。该曲线图表示在离初始玻璃棒一端100mm和400mm位置处具有很大的重量增量，而在离初始玻璃棒一端250mm位置处具有很小的重量增量。计算单元13根据从第一次横移所获得的各种信息和重量分布来进行运算，并把运算结果传送给控制单元14，该控制单元14又根据所接收到的数据来调节由第二次横移而导致的要被沉积的玻璃颗粒的量。
在第二次横移中，初始玻璃棒1向上移动，它与第一次横移是反向的。在这种情况下，位于燃烧炉6下面的粉灰层3的外径的测量被省略了，这是由于在燃烧炉6下面粉灰层3的直径不发生变化。然而，如果距离测量设备被设置在燃烧炉6的上方，那么，在第二次横移中就要测量粉灰层的外径。在这种情况下，对于每一次横移都测量粉灰沉积的外径的波动变化。由于要获得预定数值的玻璃颗粒沉积量，至少要100次横移，因此，对于每次下移和上移都可以对粉灰层的外径进行测量。如果增加的重量的波动很小，那么还可以减小测量的次数。理想的做法是，对于每次横移都对玻璃颗粒沉积的表面温度进行测量。
图20中的曲线表示出了在纵向方向上在各个位置的玻璃原材料的流速分布，它是根据在第一次横移中的所测得的重量分布而预先为第二次横移确定的。在图20中，横坐标轴表示沿纵向方向上在初始玻璃棒1上的各个位置(初始玻璃棒的下端的位于“零”位置)，纵坐标轴表示在每个位置的玻璃原材料气体的流速的比率，参照等于1的平均重量值。这条曲线(图20)具有与图19中的曲线具有倒数的关系。也就是说，在第二次横移中，在100mm位置和400mm位置处，玻璃原材料气体的流速被减小，而在图19中，在所说的这两个位置处，重量发生很大的增大(波峰)，在250mm位置处玻璃原材料气体流速被增大，而在图19中，在这个位置处则是增大最小(波谷)。当在第二次横移中不测量新的重量分布时，就可以按照玻璃原材料气体的参考流速来进行第三次横移，以便形成均匀的玻璃颗粒沉积。也可以为第二次横移调节玻璃原材料气体的流速，以补偿由第一次横移所导致的重量波动的一半，以及为第三次横移调节玻璃原材料气体的流速，以补偿剩余的波动。在第二次横移中进行测量玻璃颗粒沉积的表面温度，以便获得一些用于为第三次横移计算重量分布的数据。
图21的曲线表示在第三次横移中测量和计算出的重量分布。与图19中的曲线类似，横坐标轴表示沿纵向方向在初始玻璃棒1上的位置，纵坐标轴表示在每个位置重量增量与平均重量增量1的比率。在图21中，总的重量增量比率是通过把在第二次和第三次横移中新沉积的玻璃颗粒的增加的重量乘以先前测量和计算出的图19所示的重量增量来确定的。还可以计算出新沉积的玻璃的重量分布，并补偿由下一次横移所产生的波动。然而，最好使用总的重量增量分布，这是由于这样能减小累积误差，并能提高调节的精度。从图21的曲线中可以看出，在各个位置处的重量增量的波动要小于图19中对应的波动。
为了制造出具有30mm厚目标粉灰层的最终被玻璃化的透明的玻璃预型件(该玻璃预型件的外径为90mm)，进行了155次横移，并且以400毫米/分钟的增大了的横移速度来执行最后的第156次横移，从而调节了玻璃颗粒沉积的总重量。然后对所形成的粉灰预型件进行脱水和烧结，以便形成一透明的玻璃预型件。图22是表示出在纵向方向上透明的玻璃预型件的外径测量值的分布的曲线。所制造出来的玻璃预型件在它的有效部分的整个长度上具有无效的约90mm的外径。在玻璃预型件的有效部分的整个长度上，玻璃预型件的芯部直径与包层直径的比率也基本是均匀的。
(比较的例子3，参照图23)作为例6的一个对比例子，利用相同的燃烧炉6来使粉灰层3沉积在相同类型的初始玻璃棒1上，从而制造出直径为90mm的玻璃预型件。在这个例子中，没有设置热观视器和激光型的距离测量设备。也就是说，对于调节控制，没有对粉灰层的外径和表面温度进行测量。燃烧炉6以12标准升/分(SLM)的恒定流速供应玻璃原材料SiCl4(四氯化硅)，以240标准升/分的流速供应氢气(H2)，以120标准升/分的流速供应氧气(O2)，其中的氢气和氧气是用于生成火焰的，以6标准升/分的流速供应氩气，用于把氢气和氧气与燃烧炉6的出口封隔开。在例6中，横移的次数为156次。然后对所形成的粉灰预型件进行脱水和烧结，从而形成透明的玻璃预型件。
图23是表示在对比例子3中所制造出的玻璃预型件在纵向方向上的外径数值的分布曲线。玻璃预型件的外径在纵向方向上发生很大的波动，在纵向方向上外径的平均值大大地超出了目标值90mm。
根据本发明的第五实施例，可以沿纵向方向在初始玻璃棒的表面上精确地沉积预定量的玻璃颗粒。还可以在没有采用先前制造出的玻璃预型件的数据的情况下，制造出在纵向方向上具有均匀外径玻璃预型件，也可以制造出在纵向方向上具有均匀J比率的玻璃预型件。
上述所描述的实施例1至5可以被单独地实施，也可以被按几种组合的形式实施。例如，根据利用例2中的方法所获得的数据来计算出制造一新的具有目标J比率的玻璃预型件所需的要被沉积到初始玻璃棒上的玻璃颗粒的量。然后，除了利用例2中方法以外，还利用例4中的方法来确定出在纵向方向上芯棒的外径波动。因此，在纵向方向上要被沉积到芯棒上的玻璃颗粒的量能够根据例2和例4的结合使用来进行调节。
权利要求
1.一种制造玻璃预型件的方法，利用外部汽相沉积(OVD)法使玻璃颗粒连续沉积到一初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上，从而形成一粉灰层(3)，并把该粉灰层(3)玻璃化成一透明的玻璃预型件，其特征在于根据至少一个先前制造出的玻璃预型件沿纵向方向的J比率波动分布数据(所说的J比率是指玻璃预型件的外径与初始玻璃棒(1)的外径的比率)来调节要被沉积到初始玻璃棒(1)上的玻璃颗粒的量，从而可以使得被制造出的玻璃预型件具有沿纵向方向均匀的J比率。
2.根据权利要求1所述制造玻璃预型件的方法，其特征在于为每一种焊接有仿制棒(1b)的初始玻璃棒(1)或每一种类型的用于制造玻璃预型件的装置准备所说的J比率波动分布数据。
3.根据权利要求1至2之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于J比率波动分布数据由新获得的数据来更新。
4.根据权利要求1至2之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于通过改变沿纵向方向的玻璃原材料气体的流速来调节玻璃颗粒沉积的量，从而使得玻璃预型件的J比率与目标J比率相匹配。
5.根据权利要求4所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于根据玻璃原材料气体的流速的变化来改变氧气和氢气的流速。
6.根据权利要求1至2之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于通过改变玻璃颗粒合成燃烧炉(6)和初始玻璃棒(1)在纵向方向上的相对移动速度来调节要被沉积的玻璃颗粒的量，从而使得玻璃预型件的J比率与目标J比率相匹配。
7.一种制造玻璃预型件的方法，利用外部汽相沉积(OVD)法使玻璃颗粒连续沉积到一初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上，从而形成一粉灰层(3)，并把该粉灰层(3)玻璃化成一透明的玻璃预型件，其特征在于准备出先前制造的许多玻璃预型件的沉积重量X与J比率Y(该J比率是指玻璃预型件的外径与初始玻璃棒(1)的外径的比率)之间的相互关系数据A以及先前制造出的许多玻璃预型件的初始玻璃棒(1)的外径Mp与J比率波动率Z(指测得的J比率Y与目标J比率Yo的比率)之间的相互关系数据B，并根据相互关系数据A和相互关系数据B来计算出要获得目标J比率Yo所需的要被沉积的玻璃颗粒的量，然后在初始玻璃棒(1)上沉积所计算出的玻璃颗粒的量。
8.根据权利要求7所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于J比率Y是所说的这些玻璃预型件在纵向方向上所测得的J比率值的平均值。
9.根据权利要求7至8之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于根据相互关系数据A，初始玻璃棒(1)的平均外径为Ma，根据相互关系数据B计算出被用于沉积的初始玻璃棒(1)的对应于平均外径Ma的J比率波动率Za与对应于平均外径Mo的J比率波动率Zo的差别或比率，为所计算出的波动率Za与Zo之间的差别或为所计算出的Za与Zo的比率而对目标J比率Yo进行修正，根据相互关系数据A来确定出具有经修正的目标J比率Yo’的玻璃预型件的重量，并计算出要被沉积的玻璃颗粒的量。
10.一种制造玻璃预型件的方法，利用外部汽相沉积(OVD)法使玻璃颗粒连续沉积到用于制造一光纤的且具有一芯棒(1a)的一初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上，从而在所说的圆柱形外表面上形成一粉灰层(3)，并把该粉灰层(3)玻璃化成一透明的玻璃预型件，其特征在于测量出芯棒(1a)在其纵向方向上的折射率分布，并根据所测得的折射率分布来计算出在纵向方向上的目标J比率(该比率是指玻璃预型件的外径与初始玻璃棒(1)的外径的比率)的分布，以便在纵向方向上获得规定的波长分散，并且调节在纵向方向上要被沉积到该初始玻璃棒(1)外表面上的玻璃颗粒的量，以便使玻璃预型件的J比率等于所说的目标J比率。
11.一种制造玻璃预型件的方法，利用外部汽相沉积(OVD)法使玻璃颗粒连续沉积到用于制造一光纤的且具有一芯棒(1a)的一初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上，从而在所说的圆柱形外表面上形成一粉灰层(3)，并把该粉灰层(3)玻璃化成一透明的玻璃预型件，其特征在于测量出芯棒(1a)在其纵向方向上的外径波动分布，并根据所测得的外径波动分布来计算出在纵向方向上要被沉积到初始玻璃棒(1)外表面上的玻璃颗粒的量，从而使在纵向方向上J比率(该比率是指玻璃预型件的外径与初始玻璃棒的外径的比率)等于目标J比率。
12.根据权利要求10至11之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于通过改变沿纵向方向的玻璃原材料气体的流速来调节要被沉积的玻璃颗粒的量，从而使得玻璃预型件的J比率与目标J比率相匹配。
13.根据权利要求12所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于根据玻璃原材料气体的流速的变化来改变氧气和氢气的流速。
14.根据权利要求10至11之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于通过改变玻璃颗粒合成燃烧炉(6)和初始玻璃棒(1)在纵向方向上的相对移动速度来调节要被沉积的玻璃颗粒的量，从而使得玻璃预型件的J比率与目标J比率相匹配。
15.一种制造玻璃预型件的方法，利用外部汽相沉积(OVD)法使玻璃颗粒连续沉积到一初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上，从而在该圆柱形外表面上形成一粉灰层(3)，并把该粉灰层(3)玻璃化成一透明的玻璃预型件，其特征在于测量出初始玻璃棒(1)上所沉积玻璃颗粒的表面温度波动的分布以及玻璃颗粒沉积的外径波动的分布，计算出每次横移或每次规定的横移所导致的新沉积的粉灰层(3)的重量分布，并调节下一次横移时要被沉积的玻璃颗粒的量，以便减小新沉积的粉灰层(3)的重量分布的波动变化，或减小已经沉积的粉灰层(3)加上新沉积的粉灰层(3)所得的总重量分布的波动变化，从而最终获得沿纵向方向均匀的J比率(该比率是指玻璃预型件的外径与初始玻璃棒的外径的比率)。
16.根据权利要求15所述的制造玻璃预型件的方法，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层构成的玻璃，它适合用于制造一光纤。
17.根据权利要求15至16之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于根据玻璃颗粒沉积的表面温度测量值来确定出粉灰层(3)的体密度，然后根据粉灰层(3)的体密度和外径来确定出粉灰层(3)的重量。
18.根据权利要求15至16之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于测量出距粉灰层(3)表面的距离，并根据所测得的距离确定出粉灰层(3)的外径。
19.根据权利要求15至16之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于通过改变在纵向方向上玻璃原材料气体的流速来调节要被沉积的玻璃颗粒的量。
20.根据权利要求19所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于根据玻璃原材料气体的流速的变化来调节氢气和氧气的流速。
21.根据权利要求15至16之一所述的制造玻璃预型件的方法，其特征在于通过改变在纵向方向上初始玻璃棒(1)的横移速度来调节要被沉积的玻璃颗粒的量。
22.一种玻璃预型件制造装置，包括一反应容器(4)；一驱动设备(5)，用于转动并在纵向方向上移动一初始玻璃棒(1)；一燃烧炉(6)，用于生成要被沉积到初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上的玻璃颗粒，其特征在于该装置还设置有一粉灰位置测量设备(11)，用于测量在纵向方向上在粉灰层(3)上的位置；一辐射温度计，用于测量玻璃颗粒沉积的表面温度；一激光型的距离测量设备，用于测量粉灰层(3)的外径；一计算单元(13)，用于根据玻璃颗粒沉积的表面温度和玻璃沉积的外径来计算出粉灰层(3)的重量分布。
23.根据权利要求22所述的玻璃预型件制造装置，其特征在于设置有一控制单元(14)，用于根据粉灰层(3)的重量分布来调节要被沉积的玻璃颗粒的量。
全文摘要
一种用于制造玻璃预型件的方法和装置，通过调节被沉积到一初始玻璃棒(1)上的玻璃颗粒的重量来使所制造出来的玻璃预型件具有均匀的J比率。其中的制造方法采用外部汽相沉积法(OVD法)，通过这种方法，使玻璃颗粒被连续地沉积到一初始玻璃棒(1)的圆柱形外表面上，从而在该圆柱形外表面上形成一逐渐增加的粉灰层(3)，然后把该粉灰层(3)玻璃化成一透明的玻璃体，其特征在于玻璃颗粒的沉积是这样来进行的，即，根据先前制造出的一玻璃预型件在其纵向方向上的J比率波动变化的数据来调节要被沉积的玻璃颗粒的量，从而使得被制造出的玻璃预型件能在其纵向方向上具有均匀的J比率。
文档编号C03B37/014GK1400182SQ0212697
公开日2003年3月5日 申请日期2002年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者石原朋浩 申请人:住友电气工业株式会社