CN103482865B - 光纤制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤制造方法，该方法能够稳定地制造高质量的光纤。本发明的光纤制造方法包括：软化部分降落步骤，其中，在加热炉（21）中加热光纤预制件（G），并使得受热软化的光纤预制件（G）的软化部分的垂落部分降落；以及用于拉伸光纤预制件（G）的拉伸步骤，在软化部分降落步骤之后，利用收取装置（14）施加拉力来将软化的玻璃拉成光纤，在软化部分降落步骤中，光纤预制件（G）围绕轴线旋转。

Description

光纤制造方法

技术领域

本发明涉及通过拉伸光纤预制件来制造光纤的方法。

背景技术

可以通过以下步骤来制造光纤：首先，加热并软化石英玻璃纤维预制件(以下简称为“预制件”)的下端侧部分，通过施加拉力来使软化部分伸长从而制成细玻璃纤维；最后，用树脂涂层覆盖玻璃纤维的外周。这种通过减小预制件的直径来制造光纤的步骤称为“拉伸”，并利用例如卷取辊(capstan roller)等收取装置在路线的下游将这样拉制成的光纤缠绕在绕线筒上。

在过去，难以使光纤具有完全同心圆横截面形式的芯部和包层，并且这是有待解决的问题。如果芯部或包层具有椭圆形或扭曲圆形的横截面，则折射率分布将不具有轴对称性。这将导致在光纤中传播的两个垂直交叉的偏振波之间的群速度产生差异，并且偏振模色散将因此而增大。

日本专利申请公开No.H8-277139描述了在使光纤预制件旋转的同时将预制件拉伸成光纤的方法。根据该方法，加热预制件的下端侧，使得预制件的软化的下端侧部分利用自身的重量降落而成为“垂落部分”。然后，将因垂落部分的降落而伸长的玻璃设置到通向卷取辊的路线上，在将线速度提升至常规的线速度的同时使预制件以预定的转速旋转，并开始光纤的拉伸。然而，即使在旋转预制件的同时执行拉伸，也存在这样制造的光纤不合标准的情况，以致芯部或包层具有椭圆形或扭曲圆形的横截面，或者芯部不同心。

发明内容

<发明目的>

本发明的目的是提供一种能够稳定地制造高质量光纤的制造方法。

<技术方案>

为了实现上述目的，一种光纤制造方法包括：一种光纤制造方法，包括：(1)软化部分降落步骤，在光纤预制件围绕自身轴线旋转的同时，在加热炉中加热所述光纤预制件，使得受热软化的所述光纤预制件的软化部分的一部分降落；以及(2)拉伸步骤，通过施加拉力来拉伸所述软化部分的剩余部分，将所述光纤预制件拉成光纤。

在本发明的光纤制造方法的所述拉伸步骤中，可以使光纤预制件以比在所述软化部分降落步骤中所采用的光纤预制件转速低的转速围绕自身轴线旋转。在所述软化部分降落步骤中，所述光纤预制件的转速可以是0.2rpm以上。在所述拉伸步骤中，在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间的所述光纤预制件的转速可以大于在拉伸所述光纤预制件的中间部分期间所采用的所述光纤预制件的转速。在这种情况下，在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间，所述光纤预制件的转速优选地是0.2rpm以上。这里所使用的术语“上端附近”是指从光纤预制件的上端开始延伸30cm的范围内的部分。

本发明的另一方面是一种光纤制造方法，所述光纤制造方法包括拉伸步骤，其中，通过在加热炉中加热光纤预制件而使所述光纤预制件软化，并利用收取装置施加拉力，以向下拉伸软化部分，从而拉伸所述光纤预制件，并且在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间，使所述光纤预制件围绕自身轴线旋转。

在这种情况下，可以在拉伸所述光纤预制件的中间部分期间和在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间，使所述光纤预制件围绕自身轴线旋转，并且在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间所述光纤预制件的转速可以大于在拉伸所述光纤预制件的中间部分期间所采用的所述光纤预制件的转速。另外，在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间，所述光纤预制件的转速可以是0.2rpm以上。优选地，在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间，所述光纤预制件的转速可以是0.2rpm以上。

<有益效果>

利用本发明的光纤制造方法，在软化部分降落步骤中在使光纤预制件围绕其轴线旋转的同时在加热炉中加热预制件，或者在拉伸预制件的上端附近期间在使光纤预制件围绕其轴线旋转的同时向软化部分施加拉力并向下拉伸预制件，由此可以保持预制件的软化部分的轴对称性，并由此防止所制成的光纤具有不合标准的结构。

附图说明

图1是示出用于制造光纤的本发明的实施例的概念性示意图。

图2是曲线图，示出通过拉伸光纤预制件的下端部分而获得的光纤的芯部同心度误差与使垂落部分降落时的预制件转速之间的关系。

图3是曲线图，示出通过拉伸光纤预制件的下端部分而获得的光纤的包层不圆度与使垂落部分降落时的预制件转速之间的关系。

图4是曲线图，示出通过拉伸光纤预制件的上端附近而获得的光纤的芯部同心度误差与当时的预制件转速之间的关系。

图5是曲线图，示出通过拉伸光纤预制件的上端附近而获得的光纤的包层不圆度与当时的预制件转速之间的关系。

图6是曲线图，示出通过拉伸光纤预制件的中间部分而获得的光纤的芯部同心度误差与当时的预制件转速之间的关系。

图7是曲线图，示出通过拉伸光纤预制件的中间部分而获得的光纤的包层不圆度与当时的预制件转速之间的关系。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的实施例。附图仅是出于说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。附图中的尺寸比例未必精确。

图1是示出本发明的实施例的光纤制造方法的概念性示意图。用于制造光纤的设备1的最上侧具有加热炉21，加热炉21用于加热光纤预制件G。加热炉21包括：圆筒形炉芯管3，预制件G被供应到炉芯管3中；以及加热装置4，其围绕炉芯管3，从而形成利用加热装置4将预制件G软化的加热区域。加热炉21具有气体供应部5，气体供应部5用于向加热区域供应吹扫气体(purge gas)。

光纤预制件G的上部与保持杆D相连，保持杆D由保持结构6保持，由此将预制件G支撑在设备1中。将预制件G供应到加热炉21中，从而预制件G的下端部分可以位于炉芯管3内侧的加热区域中并通过拉伸而向下伸长，由此使直径减小而制成玻璃纤维G1。保持结构6包括：旋转机构22，其夹住保持杆D，使光纤预制件G围绕其轴线旋转；水平转移机构23，其沿与旋转轴线垂直交叉的水平方向移动旋转机构22；以及馈送器24，其根据拉伸的进度使预制件G向下移动。

在加热炉21的下游侧设置有纤维位置监测器25，纤维位置监测器25检测从光纤预制件G拉制出的玻璃纤维G1的水平位置。在纤维位置监测器25的下游侧设置有冷却装置7，冷却装置7采用例如氦气等冷却气体来冷却玻璃纤维G1。冷却装置7具有对分式(split-half)结构，该结构包括一对能够打开和闭合的对分式半圆筒7a；冷却装置7在对分式圆筒7a彼此抵接的闭合状态下冷却玻璃纤维G1。

利用例如激光型包层直径监测器8来测量从冷却装置7出来的玻璃纤维G1的外径。玻璃纤维G1的外径是例如125μm。

在包层直径监测器8的下游侧依次设置有模具9和紫外线照射设备10，模具9向玻璃纤维G1施加紫外线固化型树脂，紫外线照射设备10使这样施加的紫外线固化型树脂固化。穿过模具9和紫外线照射设备10的玻璃纤维G1被紫外线固化型树脂所制成的涂层覆盖，由此形成光纤G2。关于紫外线固化型树脂，例如使用聚氨酯丙烯酸酯。光纤G2的外径是例如250μm。

将穿过紫外线照射设备10的光纤G2设置在下引导辊12上(下引导辊12设置在加热炉21下方)，下引导辊12改变光纤G2的行进方向。此外，检测设备11对行进方向被下引导辊12改变的光纤G2的涂层进行监测。检测设备11光学地(例如利用激光)监测光纤G2的涂层中存在的任何气泡、涂层的外径、或涂层存在的不均匀度，由此检测所存在的缺陷。在检测设备11的下游侧设置有引导辊13，下引导辊12和引导辊13引导要由检测设备11检测的光纤G2的行进。

穿过引导辊13的光纤G2被卷取辊14(收取装置的实例)拉紧，从而经由筛选装置(screening device)15以及跳动辊16和17传送至卷绕筒18，并最终缠绕在卷绕筒18上。

用于制造光纤的设备1具有控制部分27。控制部分27以能通信的方式与旋转机构22、水平转移机构23、馈送器24、光纤位置监测器25、包层直径监测器8、检测设备11、卷取辊14等相连。控制部分27基于来自光纤位置监测器25、包层直径监测器8等的检测信号控制旋转机构22、水平转移机构23和馈送器24。

下面对利用设备1来制造光纤的方法的实例进行描述。首先，将光纤预制件G导入加热炉21中，用加热设备4加热预制件G的下端(即，开始拉伸的一端)。在这样加热期间，旋转机构22以预定的转速(例如，大约5分钟旋转一周的速度)旋转预制件G。

在旋转光纤预制件G的同时持续加热预制件G的情况下，预制件G的下端部分将软化，并且一块软化部分(即，垂落部分)将在自身的重量作用下降落。至此所描述的工序是本发明的软化部分降落步骤的实例。

在这块软化部分降落之后，将这样伸长的玻璃设置在通向卷取辊14的线路上，并且在将线速度提升至常规的线速度的同时，使光纤预制件G以比软化部分降落步骤中的转速低的预定转速(例如，大约10分钟旋转一周的速度)旋转。这样，开始光纤G2的拉伸。本工序的后续工序是本发明的拉伸步骤的实例。

在开始拉伸之后，当线速度提高至适当的线速度时，控制部分27将闭合冷却装置7并开始冷却玻璃纤维G1。然后，紧跟在拉伸之后，模具9向玻璃纤维G1的外周施加紫外线固化型树脂，并利用来自紫外线照射设备10的紫外线的照射使紫外线固化型树脂固化，由此获得树脂涂层光纤G2。

然后，在利用水平转移机构23来调节玻璃纤维G1的位置的同时，以常规制造的制造线速度V来完成玻璃纤维G1的拉伸。制造线速度V是例如1600m/min。

树脂涂层光纤G2的行进方向被下引导辊12改变并被引导至检测设备11。而且，光纤G2穿过检测设备11，从而检测设备11光学地完成对光纤G2的形态(例如，气泡的存在、涂层的外径或涂层的不均匀度)的检测。在对光纤G2的形态进行了这样的检测后，引导辊13将光纤G2引导至卷取辊14，卷取辊14拉紧光纤G2，从而对光纤G2施加预定的拉力，然后光纤G2经由筛选装置15以及跳动辊16和17缠绕在卷绕筒18上。

根据实施例的本实例，在从开始拉伸起经过预定时间而完成光纤预制件G的中间部分的拉伸之后，重新提升预制件G的轴向转速(例如，提升至大约5分钟旋转一周的速度)，并从预制件G的上端(即，已完成拉伸的一端)附近开始继续拉伸。这里所使用的术语“预制件G的中间部分”是指能够被稳定地拉伸成可以用作产品的光纤的部分(有效部分)。预制件G的下端部分是被导入加热炉21中的预制件G的首先被加热的部分。“上端附近”是指从光纤预制件的上端开始延伸30cm的范围内的部分。

如上所述，在本实施例中，从预制件G被导入加热炉21中、并被加热和软化开始，即，在拉伸步骤开始之前从使得滴落部分降落时起，旋转机构22使光纤预制件G以例如大约0.2rpm的转速围绕其轴线旋转。然后，在开始拉伸预制件G的中间部分之前，将预制件的转速降低大约一半，至大约0.1rpm，然后开始拉伸。在完成预制件G的中间部分的拉伸之前，将预制件G的转速重新提升至0.2rpm，然后完成预制件G的上端附近的拉伸。

通常，残留在光纤预制件G的上端部分中的未烧结部分倾向于具有非对称的形态，并且下端部分也容易变成非对称的。这种非对称部分导致在进行加热时预制件G上的温度分布具有偏差。如果预制件G上的温度分布有偏差，则在垂落部分从预制件G的下端部分降落之后形成的预制件G的大致锥形的下端部分(以下有时称为“颈缩部分”)将变得更不对称。因此，当颈缩部分具有非对称形态时，如果随后旋转预制件，则将在温度分布偏差残留一段时间的状态下进行拉伸。因此，通过拉伸预制件的中间部分而获得的光纤G2将具有非圆形的直径或不同心的芯部，这将导致产生不合标准的结构。

因此，在本实施例中，从光纤预制件G被导入加热炉21中并被加热至软化时开始，即，在开始拉伸步骤之前从使得垂落部分降落时起旋转光纤预制件G。这样能够均匀地加热预制件G的包括非对称部分的下端部分，以抑制光纤预制件G的软化部分的温度分布偏差。因此，抑制温度分布偏差有利于防止颈缩部分具有非对称的形态，从而能够稳定地制造结构达标的光纤G2。

在本实施例中，在使得垂落部分降落时光纤预制件G的转速设置成在拉伸预制件G的中间部分时预制件G的转速的大约两倍。具体地说，在垂落部分降落时预制件G的转速是大约0.2rpm，而在拉伸预制件G的中间部分时预制件G的转速设置成大约0.1rpm。以这种方式设置转速能够有效地限制在颈缩部分的周向和纵向上的形态偏差。

在本实施例中，在拉伸光纤预制件G的上端附近时预制件G的转速是在拉伸预制件G的中间部分时预制件G的转速的例如大约两倍。更具体地说，在拉伸光纤预制件G的上端附近时预制件G的转速是大约0.2rpm，而在拉伸预制件G的中间部分时预制件G的转速设置成大约0.1rpm。由于预制件G倾向于在上端附近和下端部分具有未烧结部分或非对称形状部分，所以通过如上所述地设置转速并均匀地加热预制件G的上端附近来抑制预制件G的软化部分出现温度分布偏差。通过抑制温度分布偏差，能够抑制颈缩部分具有非对称形态，从而能够稳定地制造结构达标的光纤G2。

另外，通过以上述方式设置在光纤预制件G的垂落部分降落时的转速和在拉伸预制件G的上端附近时的转速，能够从预制件G的倾向于含有未烧结部分或非对称部分的下端部分或上端附近拉制出结构达标的光纤。

在上述实施例中，描述了如下实例：从垂落部分降落时到拉伸光学预制件G的上端附近时，在预制件G以变化的转速旋转的同时执行预制件G的拉伸。然而，本发明不限于这种实例。例如，可以仅在使得垂落部分降落的软化部分降落步骤中旋转预制件G。即使这样，也能够均匀地加热光纤预制件G的下端部分中的非对称部分，并控制预制件G的软化部分的温度分布偏差。因此，能够抑制颈缩部分具有非对称形态，从而稳定地制造结构达标的光纤G2。

另外，可以仅在执行光纤预制件G的上端附近的拉伸时旋转预制件G。即使这样，也能够均匀地加热预制件G的上端附近所包含的未烧结部分或非对称部分，从而可以抑制预制件G的软化部分中的温度分布偏差。因此，能够抑制颈缩部分具有非对称形态，从而稳定地制造结构达标的光纤G2。

下面描述为了证实本发明的效果所进行的实验。图2是示出在光纤预制件的垂落部分降落之后通过拉伸预制件的下端部分而获得的光纤的芯部同心度误差与在使得垂落部分降落时的预制件转速之间的关系。图3是示出在光纤预制件的垂落部分降落之后通过拉伸预制件的下端部分而获得的光纤的包层不圆度与在使得垂落部分降落时的预制件转速之间的关系。在这两种情况下，在垂落部分降落之后预制件的转速是0.1rpm。芯部同心度误差是芯部的中心与包层的中心之间的距离。包层不圆度是用光纤的横截面的长轴与短轴之间的差值除以长轴和短轴的平均值而获得的百分比，因而该百分比越小，包层就越接近精确的圆。

如图2和图3所示，在当使得光纤预制件的垂落部分降落时不旋转光纤预制件的情况下，从预制件的下端部分拉制出的光纤的芯部同心度误差是0.19μm，包层不圆度是0.15％。另一方面，在垂落部分降落之前以0.1rpm的转速旋转预制件的情况下，所形成的光纤的芯部同心度误差是0.13μm并且包层不圆度是0.09％。因此，与不旋转预制件的情况相比，芯部同心度误差和包层不圆度都较小。

另外，在垂落部分降落时以0.2rpm的转速旋转光纤预制件的情况下，所形成的光纤的芯部同心度误差进一步减小至0.10μm。从图2和图3可以看出，即使转速增大至大于0.2rpm，也未发现芯部同心度误差或包层不圆度的明显变化。因此，可以认为，通过将转速设置成至少0.2rpm以上，可以将芯部同心度误差和包层不圆度限制在与达标结构相对应的低水平。

图4示出通过拉伸光纤预制件的上端附近而获得的光纤的芯部同心度误差与当时的预制件转速之间的关系。图5示出通过拉伸光纤预制件的上端附近而获得的光纤的包层不圆度与当时的预制件转速之间的关系。在不旋转预制件的情况下，从预制件的上端附近拉制出的光纤的芯部同心度误差是0.18μm，并且包层不圆度是0.2％。另一方面，在以0.05rpm的转速旋转预制件的情况下，所形成的光纤的芯部同心度误差是0.15μm并且包层不圆度是0.08％；与不旋转预制件的情况相比，芯部同心度误差和包层不圆度都较小。

同时，在以0.10rpm的转速旋转光纤预制件的情况下，所形成的光纤的芯部同心度误差是0.11μm，从而减小了芯部同心度误差。此外，在以0.2rpm的转速旋转预制件的情况下，所形成的光纤的芯部同心度误差是0.09μm，并且包层不圆度是0.09％，从而进一步减小了芯部同心度误差。然而，如图4和图5所示，即使转速增大至大于0.2rpm，也未发现芯部同心度误差或包层不圆度的明显变化。因此，可以认为，通过将转速设置成至少0.2rpm以上，可以将芯部同心度误差和包层不圆度限制在与达标结构相对应的低水平。

图6示出通过拉伸光纤预制件的中间部分而获得的光纤的芯部同心度误差与当时的预制件转速之间的关系。图7示出通过拉伸光纤预制件的中间部分而获得的光纤的包层不圆度与当时的预制件转速之间的关系。在这种情况下，当垂落部分降落时，预制件以0.2rpm的转速旋转；然后，在拉伸中间部分时，转速变成图6和图7所示的转速。

如图6和图7所示，当不旋转光纤预制件时，从预制件的中间部分拉制出的光纤的芯部同心度误差是0.09μm，并且包层不圆度是0.12％。在拉伸中间部分的情况下，即使预制件的转速变成0.05rpm、0.1rpm和0.3rpm，也未发现芯部同心度误差和包层不圆度的明显变化——尽管与不旋转预制件的情况相比，芯部同心度误差和包层不圆度改善了一点。可以想到，这是因为，在垂落部分降落时旋转了预制件因而在未导致温度偏差的情况下稳定地完成了拉伸。

从上述实验的结果中可以发现，在将光纤预制件的垂落部分降落时、拉伸预制件的中间部分时和拉伸预制件的上端附近时预制件的转速分别设置成0.2rpm、0.1rpm和0.2rpm的情况下，可以将芯部同心度误差和包层不圆度限制在与达标结构相对应的低水平，由此从整个预制件稳定地获得高质量的光纤。如果将转速设置成大于上述转速，则将产生其它问题，以致测量范围可能变得超出包层直径监测器的范围，或者可能导致包层外径或包覆层外径不规则，因此，优选的是不应过度地增大转速(尽管这样可能使芯部同心度误差和包层不圆度更令人满意)。因此，基于包括上述问题在内的考虑，用于减小芯部同心度误差和包层不圆度的最小转速优选的是：用于中间部分的转速是大约0.1rpm；用于下端部分和上端部分的转速大于用于中间部分的转速，优选的是大约0.2rpm。

如上所述，参考具体实施例对本发明进行了详细描述。然而，对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在本发明的范围内做出多种替代和变型。

Claims (6)

1.一种光纤制造方法，包括：

软化部分降落步骤，在光纤预制件围绕自身轴线旋转的同时，在加热炉中加热所述光纤预制件，使得受热软化的所述光纤预制件的软化部分的一部分降落；以及

拉伸步骤，通过施加拉力来拉伸所述软化部分的剩余部分，将所述光纤预制件拉成光纤，

其中，在所述拉伸步骤中，使所述光纤预制件以比在所述软化部分降落步骤中所采用的光纤预制件转速低的转速围绕自身轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的光纤制造方法，其中，

在所述软化部分降落步骤中，所述光纤预制件的转速是0.2rpm以上。

3.根据权利要求1所述的光纤制造方法，其中，

在所述拉伸步骤中，在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间的光纤预制件转速大于在拉伸所述光纤预制件的中间部分期间所采用的光纤预制件转速，所述“上端附近”是指从所述光纤预制件的上端开始延伸30cm的范围内的部分。

4.根据权利要求3所述的光纤制造方法，其中，

在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间的所述光纤预制件转速是0.2rpm以上。

5.一种光纤制造方法，所述光纤制造方法包括拉伸步骤，其中，

通过在加热炉中加热光纤预制件而使所述光纤预制件软化，并利用收取装置施加拉力，以向下拉伸软化部分，从而拉伸所述光纤预制件，

在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间，使所述光纤预制件围绕自身轴线旋转，并且

在拉伸所述光纤预制件的中间部分期间，使所述光纤预制件围绕自身轴线旋转，并且在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间的光纤预制件转速大于在拉伸所述光纤预制件的中间部分期间所采用的光纤预制件转速，所述“上端附近”是指从所述光纤预制件的上端开始延伸30cm的范围内的部分。

6.根据权利要求5所述的光纤制造方法，其中，

在拉伸所述光纤预制件的上端附近期间的所述光纤预制件转速是0.2rpm以上。