CN101298363A - 将玻璃体拉长的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将玻璃体拉长的方法，在该方法中，可以抑制玻璃体的内部折射率构造发生轴向变化。所述方法包括：(1)在使用第一保持部和第二保持部以直接方式或间接方式保持玻璃体的两端的同时，使用可沿玻璃体长度方向移动的热源加热该玻璃体并使之软化，其中所述第一保持部和所述第二保持部彼此是分开的；(2)在由于玻璃体的软化而导致的芯部外径减小的范围内，用第一直径监测器来测量所述芯部的外径而得到第一外径测定值；(3)根据第一外径测定值来确定所述第一保持部和所述第二保持部的分开速度和/或热源的移动速度，以使得拉长后的芯部的外径可以达到所需的值；并且(4)根据由此确定的速度来移动所述第一保持部、所述第二保持部和/或所述热源，从而将所述玻璃体拉长。

Description

将玻璃体拉长的方法

技术领域

本发明涉及将玻璃体拉长的方法。

背景技术

通过对光纤预制件进行牵伸而制成的光纤具有依赖于径向折射率分布状况的特性。对光纤的这种特性的精确性要求越高，则对该光纤的折射率分布的精确性的要求也就越高。为了达到这种要求，人们试图研发一种能够精确地制造具有所需折射率分布的光纤预制件的方法。

然而，存在的问题是：由于中间预制件拉长过程中的精确性不足，因此在光纤预制件的制造过程中，折射率构造沿轴向发生变化。未审查国际专利申请WO-2004-000740公开了一种旨在解决所述问题的方法。根据该公开的方法，在拉长过程中测定中间预制件的外径并基于该测得的外径来控制中间预制件的拉长速度。然而，当中间预制件的内部折射率构造与该中间预制件的外径之间的关系在长度方向上不一致时，即使以使中间预制件的外径保持恒定的方式将中间预制件拉长，该中间预制件的内部折射率构造也会在长度方向上发生变化。

此外，由拉长过程中对中间预制件进行加热而产生的蒸发(火焰抛光)的量会随着拉长过程中加热条件的变化而沿长度方向发生变化。因此，存在这样的情况：即使最终外径被精确地控制，中间预制件的内部折射率构造仍会沿长度方向发生变化。

这种问题不仅在拉长中间预制件时会发生，而且通常在拉长玻璃体时也会发生，其中所述玻璃体具有大体为圆柱状的芯部和包围该芯部的覆层部，并且其中所述芯部的折射率与所述覆层部的折射率不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种将玻璃体拉长的方法，在该方法中，可以抑制玻璃体的内部折射率构造发生轴向变化。

为了实现所述目的，将玻璃体(其具有大体为圆柱状的芯部和包围该芯部的覆层部，并且其中所述芯部的折射率与所述覆层部的折射率不同)拉长的方法包括：(1)在使用第一保持部和第二保持部以直接方式或间接方式保持玻璃体的两端的同时，使用可沿玻璃体长度方向移动的热源加热该玻璃体并使之软化，其中所述第一保持部和所述第二保持部彼此是分开的；(2)在由于玻璃体的软化而导致芯部的外径减小的范围内，用第一直径监测器来测定芯部的外径而得到第一外径测定值；(3)根据第一外径测定值来确定所述第一保持部和所述第二保持部的分开速度和/或热源的移动速度，以使得拉长后的芯部的外径可以达到所需的值；以及(4)根据由此确定的速度来移动所述第一保持部、所述第二保持部和/或所述热源，从而将所述玻璃体拉长。

在本发明的将玻璃体拉长的方法中，所述的第一直径监测器可以具有成像器，并且可基于用成像器对玻璃体进行成像而得到的图像来测定芯部外径，由此获得所述的第一外径测定值。此外，在本发明的将玻璃体拉长的方法中，所述第一直径监测器可以具有成像器和显示器，其中所述成像器位于玻璃体的一侧，而显示器被设置在与该成像器相对的位置处(即玻璃体的另一侧)，并且该显示器能够显示具有亮区和暗区的背景图像；这样，可以基于用成像器透过玻璃体对背景图像进行成像而得到的图像来测定芯部外径，由此获得所述的第一外径测定值。

在本发明的将玻璃体拉长的方法中，可以用多个第一直径监测器测定多个位置处的芯部的外径来获得第一测定值，其中所述多个位置包括芯部外径由于玻璃体的软化而减小的区域；并且就移动速度的确定而言，可以基于多个第一外径测定值来确定第一保持部和第二保持部的分开速度、或热源的移动速度，使得拉长后的芯部的外径可以达到所需的值。根据玻璃体的形状，透镜效应往往会使得芯部的图像发生变形，从而导致芯部外径的测定值和实际值之间的差值变大。可以根据玻璃体的形状预先提供修正系数并通过采用该修正系数进行控制，使得芯部可以具有所需的外径。

在本发明的将玻璃体拉长的方法中，优选的是，在以以下方式对玻璃体进行加热的同时将该玻璃体拉长，其中所述方式为：在使用热源对玻璃体进行加热的过程中，该玻璃体的温度不超过1500℃。本发明的将玻璃体拉长的方法还可包括：(5)用第二直径监测器来测定处于玻璃体的拉长后的范围内的芯部的外径来获得第二外径测定值；(6)根据第二外径测定值来确定第一直径监测器的外径测量位置与热源的加热位置之间的距离；以及(7)根据由此确定的距离设置第一直径监测器。

附图说明

图1是示出在本发明的将玻璃体拉长的方法中使用的拉长装置实例的整体构造的示意性概念图。

图2是示出不包括高温计和直径监测器的图1所示拉长装置构造的示意性概念图，并且示出玻璃体受热部位附近的构造和外径测定位置的放大图。

图3是示出直径监测器的具体实例的示意性概念图。

图4A和4B是示出显示器上显示的背景图像和在成像器中得到的图像的实例的示意性概念图，其中所述的显示器和成像器分别位于图3所示的直径监测器中。

图5是示出直径监测器排布方式的实例的示意性概念图。

图6是示出外径测量位置确定方法的示意性概念图。

图7是示出待拉长的玻璃体的折射率分布实例的图。

图8是示出拉长前玻璃体的芯部外径d和覆层部外径D的轴向变化的实例的图。

图9是热源和外径测量位置之间的距离与拉长后的芯部的外径d的轴向波动的关系图。

图10是示出拉长后的芯部的外径d的轴向波动的图，其中实线和虚线分别示出热源与外径测量位置之间的距离为5.0mm和4.6mm的情况下的实例。

图11是示出拉长后的玻璃体的芯部外径d和覆层部外径D的轴向波动的实例的图。

图12是值2σ_d的频率分布图，该值为使用本发明实例的玻璃体拉长方法拉长得到的玻璃体的芯部外径d的标准偏差的2倍。

图13是值2σ_d的频率分布图，该值为使用对比例的玻璃体拉长方法拉长得到的玻璃体的芯部外径d的标准偏差的2倍。

具体实施方式

通过以下的说明、所附的权利要求书和附图将会更好地理解本发明的上述特征和其他特征、方面和优点。在对附图进行说明时，相同的部件使用相同的标号，并且重复的说明将被省略。

图1是示出在本发明的将玻璃体拉长的方法中使用的拉长装置实例的整体构造的示意性概念图。图2是示出不包括高温计和直径监测器的图1所示拉长装置构造的示意性概念图，并且示出玻璃体受热部位附近的构造和外径测定位置的放大图。

待拉长的玻璃体20包含大体为圆柱状的芯部21和包围该芯部21的覆层部22，其中芯部21的折射率与覆层部22的折射率互不相同。玻璃体20为(例如)光纤预制件制造过程中的光纤预制件或中间预制件。更具体而言，玻璃体含有二氧化硅玻璃作为其主要成分，并且包含待加工成单模纤维的芯部部分。

玻璃体20的一端由保持部11保持，另一端由保持部12保持。玻璃体20可以通过玻璃棒(保持棒(dummy rod))由保持部11和12保持，其中所述的玻璃棒被熔融附着在玻璃体的两端，并且该玻璃棒用于方便操作而非作为产品。保持部11和12中的一者或这二者可以沿连接两保持部的直线移动，并且保持部11和保持部12之间的距离是可变的。

热源13用于加热以软化玻璃体20，并且热源13优选为氢氧燃烧器、电阻炉、感应炉或等离子体燃烧器。热源13与玻璃体20之间的距离是可变的，并且玻璃体20中待由热源13加热的区域是可调节的。直径监测器14测量玻璃体20中由于加热软化而导致芯部21外径减小的区域(图2中的范围“a”)内的芯部21的外径。高温计15以非接触方式测量玻璃体20的受热部分的温度。热源13、直径监测器14和高温计15可以各自沿玻璃体20的长度方向移动。

下文中，将给出以使得保持部11固定而保持部12向右侧移动的方式将玻璃体拉长的情况的说明。在这种情况下，热源13、直径监测器14和高温计15各自沿着玻璃体20由右端向左端移动。

在本发明的将玻璃体拉长的方法中，使用直径监测器14对玻璃体20中由于加热软化而导致芯部21外径减小的区域(图2中的范围“a”)进行测量而得到芯部21外径。根据芯部21的外径测量结果确定保持部11和12的分开速度或热源13沿玻璃体20长度方向的移动速度，使得拉长后的芯部21(图2中芯部21的范围“b”)的外径可以达到所需的值。由此，通过以所确定的速度移动保持部12或热源13来拉长玻璃体20。

如上所述，将玻璃体20拉长是在基于玻璃体20的芯部21外径(而非基于玻璃体20的覆层部22的外径)对保持部12或热源13的移动速度提供反馈控制的条件下进行的，这样拉长后的芯部21的外径可以达到所需的值。这使得可以在不受玻璃体20的火焰抛光量(被氢氧焰除去的覆层部的量)影响的条件下抑制拉长后玻璃体的内部折射率构造的轴向变化，并获得所需的玻璃体20的折射率构造。因此，可以得到这样的玻璃体，其中在每至少100mm的长度上，该玻璃体的芯部外径的变化等于或小于50μm。

直径监测器14可以具有这样的构造，其中由成像器从玻璃体20的一侧拍摄玻璃体20的图像，并且通过对由此获得的图像进行分析和处理来测得芯部21的外径。例如，成像器为CCD照相机。

图3是示出直径监测器14的另一个实例的示意性概念图。直径监测器14包括设置在玻璃体20一侧的成像器14A、和设置在玻璃体20另一侧的显示器14B，该显示器显示具有亮区和暗区的背景图像。在这种情况下，当使用成像器14A透过玻璃体20获取背景图像时，会获得与玻璃体20的内部折射率构造相应的变形的背景图像。通过对如此获得的图像进行分析，可以以较高的精确度测得芯部21的外径。

图4A和4B是示出显示器14B上显示的背景图像和在成像器14A中得到的图像的实例的示意性概念图，其中所述的显示器14B和成像器14A分别位于直径监测器14中。如图4A所示，背景图像可以在亮区和暗区之间形成一条直的界线。如图4B所示，当从成像器14A来看时，亮区和暗区之间的边界可以相对于玻璃体20的中心轴对称。在后一种情况下，在由成像器14A获得的图像中可以较好地识别出亮区和暗区之间的边界，因此，可以以较高的精确度测得芯部21的外径。

可以使用多个直径监测器在沿着玻璃体的多个位置处测量芯部的外径。图5是示出直径监测器14的排布方式实例的示意性概念图。在该实例中，在拉长前的区域、拉长后的区域以及由于对玻璃体20加热而导致芯部21外径减小的中间区域测量芯部21的外径。然后，根据在芯部21的多个位置处测得的外径来确定保持部12的移动速度或热源13的移动速度，使得拉长后的芯部21的外径可以达到所需的值。由此，可以根据处于拉长状态的芯部21的外径、通过以下方法计算出保持部的最佳移动速度，所述方法为：积累拉长前的外径、拉长过程中的外径、拉长后的外径以及保持部的速度，并逐个进行多变量分析。除了中间区域的一个位置之外，还可以在中间区域的其他位置、拉长前的区域或拉长后的区域对芯部21的外径进行测量。

优选的是，应该在使用热源13对玻璃体20进行加热而使得玻璃体20的温度不超过1500℃的条件下进行拉长。如果对玻璃体20的加热温度过高，则玻璃体20的亮度就会过强，从而使得难以获取玻璃体20的图像，这将导致难以对芯部21的外径进行精确的测量。与此形成对比的是，如果将玻璃体20的受热部分的温度控制在1500℃以下，则可以在保持适于拉长工艺的粘度的同时获取图像。

如果根据在处于玻璃体20的软化部位范围内并位于最终直径附近的位置处测量的芯部21外径来进行控制，则控制值与最终产品的实际直径之间的差值减小。因此，可以提高最终直径的精确度并减小直径的轴向波动。然而，在这种情况下，由于随着测量位置远离受热部位而使得控制操作的时滞加长，因此使得稳定地控制最终产品的直径变得困难。此外，如果测量位置距离受热部位较近，则可控性会得到改善，但是由于直径控制值与最终产品直径的差值变得更大，因此直径波动倾向于增大，这往往会影响最终的直径。这样，在控制的响应性和外径的稳定性之间存在着折衷关系。因此，通常通过凭经验在距玻璃体20受热部位一定距离的锥形软化部位范围内发现的最佳位置处测量芯部21的外径来控制牵引速度。

图6是示出外径测量位置确定方法的示意性概念图。在改变拉长过程中热源13与第一直径监测器14之间的距离的同时，使用第二直径监测器15测量拉长后玻璃体20的芯部21外径(在这种情况下为最终直径)。检测每单位长度上最终直径的变化量，并确定所述变化量变得最小时第一直径监测器14的位置。这样，可以不考虑初期阶段的形状而将第一直径监测器14设置在最佳位置处。

以下为对一个更具体的实例的说明。使用这样的拉长装置1，其中保持部11和12保持着被熔融附着在玻璃体20两端的保持棒。使用氢氧燃烧器作为热源13，并将玻璃体20距氢氧燃烧器的距离设定为53mm，使得对芯部21外径的控制可以变得稳定。使用具有如图3所示构造的直径监测器14，其中CCD照相机被用作成像器14A，液晶显示屏被用作显示器14B，而显示器14B上显示的背景图像与图4A中示出的背景图像相同。

待拉长的玻璃体20为圆柱状，并且主要由二氧化硅玻璃构成，其初始长度为约600mm，其中芯部21相对于覆层部22折射率而言的最大相对折射率差为1.2％(参见图7)。拉长前玻璃体20的芯部21外径“d”的轴向波动以及覆层部22外径D的轴向波动如图8所示。

对玻璃体20进行初步拉长，使得芯部21的外径经初次拉长后为约7.0mmΦ，然后对玻璃体20进行二次拉长，使得芯部21的外径可以达到为5.0mmΦ的目标直径。在初次拉长和二次拉长中，根据测定的芯部21的外径对保持部12的速度进行反馈，这样使得芯部21的外径“d”可以达到预定的直径，同时芯部21的外径“d”在长度方向上可以达到恒定值。

使用初次拉长的长度为50mm的玻璃体部分，对热源13与外径测量位置之间的距离进行优化，以便减小拉长后的芯部21的外径d的轴向波动。图9是热源13和外径测量位置之间的距离与拉长后的芯部的外径“d”的轴向波动(标准偏差)的关系图。图10是示出拉长后的芯部的外径“d”的轴向波动的图，其中实线和虚线分别示出热源与外径测量位置之间的距离为5.0mm和4.6mm的情况下的实例。在考虑了图9和图10所示的结果之后，将热源13和外径测量位置之间的距离设定为5.0mm。

处于拉长状态的玻璃体20的最高温度为1400℃。在该温度下，显示器14B上显示的背景图像可以使用成像器14A清晰地成像。

图11是示出拉长后玻璃体20的芯部21外径“d”和覆层部22外径D的轴向波动的实例的图。可以看出，拉长后玻璃体20的芯部21外径“d”的轴向波动在±0.05mm范围内的区域的长度可以达到2000mm或更长。

图12是值2σ_d的频率分布图，该值为使用本发明实例的玻璃体拉长方法拉长得到的玻璃体的芯部外径d的标准偏差的2倍。图13是值2σ_d的频率分布图，该值为使用对比例的玻璃体拉长方法(在未审查的国际专利申请公开WO 2004-000740中描述的方法)拉长得到的玻璃体的芯部外径d的标准偏差的2倍。图12和13各自示出了在值2σ_D/d分别为小于0.01、为0.01至0.03、以及为大于或等于0.03这三种情况下的频率分布，其中值2σ_D/d为拉长前玻璃体的芯部外径d与覆层部外径D之比D/d在长度方向上的标准偏差的2倍。

因此，根据本发明的将玻璃体拉长的方法，即使在初期阶段比值D/d在长度方向上的偏差2σ_D/d较大的情况下，也可以将拉长后的玻璃体芯部外径在长度方向上的偏差2σ_d控制为60μm或更小。另一方面，在采用常规技术的情况下，采取一定的控制使得覆层部的外径D可以为恒定的值。因此，在这种情况下可以理解，当初期阶段中比值D/d在长度方向上的偏差2σ_D/d增大时，拉长后的芯部的外径d不能被控制为恒定的值，因此，芯部外径在长度方向上的偏差2σ_d劣化。

在本发明实例中，以这样的方式实施拉长操作，该方式使得玻璃体的芯部外径d为恒定的值。然而，当以在长度方向上设定不同的目标值的方式实施拉长操作时也是有效的。此外，通过研磨拉长后的玻璃体以使得其具有恒定的外径，可以容易地对玻璃体进行加工，从而保持由拉长操作而形成的芯部外径d在长度方向上的分布。

尽管参照目前认为是最有实践性的和最优选的实施方案对本发明进行了说明，但是本发明不限于这些公开的实施方案，相反，本发明意欲涵盖在所附权利要求书的实质和范围内所包含的各种修改方式和等同形式。

在2007年5月5日提交的包括说明书、权利要求书、附图和说明书摘要在内的日本专利申请No.2007-121150的全部公开内容以引用方式完全并入本文。

Claims (6)

1.一种将玻璃体拉长的方法，其包括：

使用可沿着玻璃体长度方向移动的热源加热该玻璃体并使该玻璃体软化，所述玻璃体的两端由第一保持部和第二保持部以直接方式或间接方式保持，所述第一保持部和所述第二保持部彼此是分开的；

在由于玻璃体的软化而导致其芯部的外径减小的范围内，用第一直径监测器测量所述芯部的外径而得到第一外径测定值；

根据所述第一外径测定值确定所述第一保持部和所述第二保持部的分开速度和/或所述热源的移动速度，以使得拉长后的芯部的外径可以达到所需的值；并且

根据由此确定的速度来移动所述第一保持部、所述第二保持部和/或所述热源，从而将所述玻璃体拉长。

2.根据权利要求1所述的将玻璃体拉长的方法，

其中所述第一直径监测器具有成像器，并且基于用所述成像器对所述玻璃体进行成像而得到的图像来测量所述芯部的外径，由此获得所述第一外径测定值。

3.根据权利要求1所述的将玻璃体拉长的方法，

其中所述第一直径监测器具有成像器和能够显示背景图像的显示器，该背景图像具有亮区和暗区，所述成像器和所述显示器被布置在彼此相对的位置上，且所述玻璃体位于所述成像器和所述显示器之间，并且

其中基于用所述成像器透过所述玻璃体对所述背景图像进行成像而得到的图像来测量所述芯部的外径，由此获得所述第一外径测定值。

4.根据权利要求1所述的将玻璃体拉长的方法，

其中用多个第一直径监测器测量多个位置处的所述芯部的外径而获得所述第一外径测定值，其中所述多个位置包括由于所述玻璃体的软化而导致所述芯部的外径减小的区域；并且

其中确定所述移动速度是基于多个第一外径测定值来确定所述第一保持部和所述第二保持部的分开速度和/或所述热源的移动速度，以使得拉长后的芯部的外径可以达到所需的值。

5.根据权利要求1所述的将玻璃体拉长的方法，其中在使用所述热源以使得所述玻璃体的温度不超过1500℃的方式对所述玻璃体进行加热的同时，将该玻璃体拉长。

6.根据权利要求1所述的将玻璃体拉长的方法，其中所述方法还包括：

用第二直径监测器来测量处于所述玻璃体的拉长后的范围内的所述芯部的外径而获得第二外径测定值；

基于所述第二外径测定值来确定所述第一直径监测器的外径测量位置与所述热源的加热位置之间的距离；并且

根据由此确定的距离来设置所述第一直径监测器。

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