CN110520387A - 在光纤生产期间控制通过退火炉的空气流动的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种光纤生产系统，其包括退火炉，所述退火炉具有炉进口、炉出口以及在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管具有加工管壁和加热区，所述加热区包括至少一个加热元件。所述光纤生产系统还包括气体分布组件，其与炉出口流体连接并且在结构上被构造用于将气流从气体分布组件诱导到加工管中，以使加工管中的气体在向上流的方向上流动。

Description

在光纤生产期间控制通过退火炉的空气流动的方法和系统

本申请依据35 U.S.C.§119要求于2017年2月28日提交的系列号为62/464,791的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

背景

技术领域

本说明书一般涉及用于生产光纤的设备和方法，更具体地，涉及在光纤生产操作期间对通过退火炉的空气流动进行控制。

背景技术

用于生产光纤的常规技术和制造方法一般包括从拉制炉向下拉制光纤，以及使光纤在光纤拉制塔中沿着线性路径通过多个生产阶段。一旦从拉制炉拉制出，则光纤可以在退火炉中退火以缓慢冷却光纤。当穿过退火炉时，退火炉中的气体流型可能改变所得的光纤性质。因此，需要在光纤生产期间控制和改变退火炉中的气体流动的方法和系统。

发明内容

根据一个实施方式，一种光纤生产系统包括退火炉，所述退火炉具有炉进口、炉出口以及在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管具有加工管壁和加热区，所述加热区包括至少一个加热元件。所述光纤生产系统还包括气体分布组件，其与炉出口流体连接并且在结构上被构造用于将气流从气体分布组件诱导到加工管中，以使加工管中的气体在向上流的方向上流动。

在另一个实施方式中，一种在退火炉中诱导气流的方法包括：在退火炉中沿着拉制路径平移光纤，所述退火炉具有炉进口、炉出口以及在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管具有加工管壁和多个加热区，每个加热区包括至少一个加热元件。所述方法还包括：将气流从与退火炉的炉出口流体连接的气体分布组件诱导到退火炉的加工管中，以使加工管中的气体在向上流的方向上流动。

在另一个实施方式中，一种光纤生产系统包括拉制炉和退火炉，所述拉制炉被构造用于沿着从拉制炉延伸的拉制路径，从光纤预制件拉制光纤，所述退火炉沿着拉制路径定位。所述退火炉包括炉进口、炉出口以及在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管具有加工管壁和多个加热区，每个加热区包括至少一个加热元件。所述光纤生产系统还包括气体分布组件，其沿着拉制路径定位，与炉出口流体连接并且在结构上被构造用于将气流从气体分布组件诱导到加工管中，以使加工管中的气体在向上流的方向上流动。另外，退火炉位于拉制炉与气体分布组件之间。而且，所述光纤生产系统包括沿着拉制路径定位的光纤收集单元，并且所述气体分布组件位于退火炉与光纤收集单元之间。

在以下的具体实施方式中提出了本文所述的方法和系统的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文描述的实施方式而被认识。

应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

附图列出的实施方式本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制通过权利要求所限定的主题。结合以下附图阅读可以理解如下示意性实施方式的详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是根据本文所述的一个或多个实施方式的光纤生产系统的示意图；

图2是根据本文所述的一个或多个实施方式的图1的光纤生产系统的退火炉和气体分布组件的示意图；

图3是根据本文所述的一个或多个实施方式的沿着拉制路径行进的一部分光纤的温度的图形描述；

图4是根据本文所述的一个或多个实施方式的气体分布组件的截面透视图；以及

图5是根据本文所述的一个或多个实施方式的气体分布组件的示意图。

具体实施方式

下面详细参考用于生产光纤的方法和系统的实施方式，这些实施方式的实例在附图中例示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。更具体地，本文所述的方法和系统涉及光纤的生产，其包括：在拉制炉中从光纤预制件拉制出光纤，以及在退火炉中对拉制的光纤进行退火，同时诱导退火炉的加工管中的层流气体，例如利用流体连接到炉出口的气体分布组件来诱导。对退火炉中的气流进行诱导，以使得退火炉的加工管中的气流是层流，这样可以降低退火期间热传递离开光纤的速率，由此改进光纤的密度均匀性。例如，当光纤用作光波导时，密度均匀可以减少沿着光纤传播的光的衰减。因此，本文所述的实施方式描述了一种改进的光纤生产系统，其具有气体分布组件，以诱导和控制退火炉中的气体流型，从而生产出均匀致密的光纤。本文将具体参考附图描述用于生产光纤的方法和系统的各个实施方式。

现在参考图1，该图示意性描绘了被构造用于生产光纤10的光纤生产系统100。光纤生产系统100包括拉制炉110、退火炉120、气体分布组件140、光纤收集单元170和光纤涂覆单元180。如图1所示，拉制路径102从拉制炉110延伸到光纤收集单元170，并且其是生产期间光纤10沿着行进的路径，例如，在拉制方向101上行进。如图1所示，将光纤预制件12放置在拉制炉110中。光纤预制件12可以由适于光纤制造的任何玻璃或材料构成。

在操作时，拉制炉110可以加热光纤预制件12，使得可以由光纤预制件12拉制成光纤10。拉制炉110可以沿着拉制路径102取向，所述拉制路径102可以是垂直路径，以使得由光纤预制件12拉制的光纤10在拉制方向101上沿着拉制路径102离开拉制炉110，所述拉制方向101可以是向下的方向。通过使拉制炉110在垂直方向上取向，可以在光纤预制件12因为拉制炉110的温度而软化时，利用光纤预制件12的重量由光纤预制件12拉制成光纤10，在一些实施方式中，通过光纤收集单元170施加于光纤10的张力，并由此施加于光纤预制件12，由光纤预制件12拉制成光纤10。

现在参考图1和2，一旦由光纤预制件12拉制成光纤10，并且光纤10离开拉制炉110，则光纤10进入退火炉120。退火炉120包括炉进口122和炉出口124。拉制路径102延伸通过退火炉120，例如，延伸通过炉进口122和炉出口124。退火炉120包括加工管125，其具有限制加工管腔128边界的加工管壁126。在操作时，由光纤预制件12拉制成的光纤10可以穿过退火炉120，从炉进口122通过加工管125行进到炉出口124。虽然不旨在受理论限制，但是使光纤10通过退火炉120以减慢其冷却速率(当与光纤10在外部气氛中的冷却速率相比时)可以改进光纤10的密度均匀性。进一步地，当光纤10用作光波导时，均匀致密的光纤10因为瑞利散射减少而可以具有有所减少的衰减。

如图1和2所示，退火炉120还可以包括炉进口通道134和炉出口通道136。炉进口通道134流体连接到炉进口122，使得光纤10先穿过炉进口通道134再经由炉进口122进入加工管125。进一步地，炉进口通道134从炉进口122远离加工管125延伸，并且其包含约1/4英寸至约5英寸的长度，例如，1/2英寸、1英寸、1.5英寸、2英寸、2.5英寸、3英寸、3.5英寸、4英寸、4.5英寸等。进一步地，炉进口通道134可以包含约1/8英寸至约1英寸的截面尺寸(例如直径)，例如约1/4英寸、3/8英寸、1/3英寸、1/2英寸、5/8英寸、2/3英寸、3/4英寸、7/8英寸等。在一些实施方式中，炉进口通道134可以在炉进口122处物理连接到加工管125或者与加工管125成为一体。另外，炉进口通道134可以包含绝热材料，以最大程度地减少外部气氛对加工管125中的温度的影响。

仍然参考图1和2，炉出口通道136与炉出口124流体连接并且从炉出口124远离加工管125延伸，以使得光纤10在经由炉出口124离开加工管125之后，穿过炉出口通道136。炉出口通道136可以在炉进口122处连接到加工管125或者与加工管125成为一体。在一些实施方式中，炉出口通道136包含绝热材料，以最大程度地减少外部气氛对加工管125中的温度的影响。另外，炉进口通道134和炉出口通道136的直径可以小于加工管125的最大直径。

现在参考图2，退火炉120还包括多个加热区130，其以堆叠的布置位于炉进口122与炉出口124之间。每个加热区130包括与加工管壁126连接的至少一个加热元件132。可独立控制各加热元件132以输出不同水平的热，在一些实施方式中，这使得加热区130各自可以包含不同的温度。在图2所示的实施方式中，退火炉120包括6个加热区Z₁-Z₆，但是应理解，也设想了任何数目的加热区130。

在操作时，加热元件132可以在每个加热区130中产生约800℃至约1500℃的温度。在一些实施方式中，离炉进口122最近的加热区130(例如第一加热区Z₁)可以包含高于其余的加热区130的温度，而离炉出口124最近的加热区(例如第六加热区Z₆)可以包含低于其余的加热区130的温度。换言之，加工管125中的温度沿着拉制路径102从炉进口122到炉出口124而降低，使得当光纤10在拉制方向101上穿过炉进口122与炉出口124之间的加工管125时，光纤10的温度降低，这促进了光纤10的缓慢冷却。在其他实施方式中，加热区130的温度可以不必在拉制方向101上沿着拉制路径102而降低，但是在每个实施方式中，随着光纤10在拉制方向101上穿过炉进口122与炉出口124之间的加工管，光纤10的温度是降低的。

仍然参考图2，随着光纤10沿着拉制路径102穿过加工管125，在加工管腔128中围绕光纤10产生气体边界层14，该气体边界层14包含主要在拉制方向101上流动的气体。气体边界层14从光纤10径向延伸向加工管壁126，终止于气体层界面18，并且包含气体边界层厚度δ_BL。虽然不旨在受理论限制，但是气体边界层14是由光纤10在拉制方向101上运动所产生的拖曳力形成。如图2所示，炉进口通道134可以包括直径，其大致等于气体边界层14的截面直径(例如，是气体边界层厚度δ_BL的两倍)，例如，所述直径是约0.4cm至约0.8cm，如0.5cm、0.55cm、0.6cm、0.65cm、0.7cm、0.75cm等。不旨在受理论限制，使炉进口通道134的直径大致等于气体边界层14的截面直径可以限制加工管125中的湍动气流量，例如，可以限制气体边界层14中的拉制方向101上的湍动气流。

进一步地，外气体层16径向位于加工管125中(例如加工管腔128内)的气体边界层14附近。外气体层16从气体边界层14延伸到加工管壁126(例如从气体层界面18延伸到加工管壁126)，并且包含外层厚度δ_OL。外气体层16可以包括从气体分布组件140引入到加工管125中的气体，该气体主要在向上流的方向103上流动，所述向上流的方向103可以与拉制方向101相对。如下所述，通过在外气体层16中在向上流的方向103上引入气流，在气体边界层14和外气体层16中均可以保持层流。当光纤10穿过加工管125时，这种稳定的层流降低了热传递离开光纤10的速率(即，“光纤传热速率”)。另外，降低光纤传热速率促进了光纤10中具有均匀的密度。

虽然不旨在受理论限制，但是当气体边界层14变得不稳定(例如湍动)时，在气体边界层14中可能形成涡流，这使光纤传热速率增加。进一步地，当外气体层16变得不稳定(例如湍动)时，在外气体层16中可能形成涡流，这也使光纤传热速率增加。因此，期望在外气体层16中诱导在向上流的方向103上的气流使得气体边界层14和外气体层16均包含层流。在操作时，如果在外气体层16中，在向上流的方向103上的气体的流动速率太小(或不存在流动)，则气体边界层14(以及在一些实施方式中的外气体层16)可能变得湍动，这使光纤传热速率增加。进一步地，如果在外气体层16中，在向上流的方向103上的气体的流动速率太大，则外气体层16可能变得湍动，从而使光纤传热速率增加。然而，虽然不旨在受理论限制，但是相比于外气体层16中的湍流，气体边界层14中的湍流对光纤传热速率的影响更大。

进一步地，在加工管125中的光纤10的任意z轴位置处的光纤传热速率可以是加工管壁126与光纤10之间的温差和局部传热系数的乘积。这在数学上可以通过以下方程(1)来表达：其中T是光纤10的温度，C_p是光纤10的热容，D_f是光纤10的直径，v_z是光纤10沿着拉制路径102平移的速率(例如光纤拉制速率)，T_壁是加工管腔128内的加工管壁126处的温度，z是拉制过程的方向坐标(例如，拉制方向101)，是z方向上光纤的径向平均温度变化，ρ_f是加工管125中的气体密度，以及h是传热系数。虽然不旨在受理论限制，但是传热系数h测量的是热穿过气体边界层14和外气体层16从光纤10运输到加工管壁126的效率。另外，当h和C_p是常数时，方程(1)可以在加工管125的长度(例如沿着拉制路径102在炉进口122与炉出口124之间的距离)上积分，从而得到方程(2)：其中L是加工管125的长度，T_进口是炉进口122处的光纤10的温度，T_出口是炉出口124处的光纤10的温度，以及T_PT是加工管125中的气体温度。

降低传热系数h降低了加工管125中的光纤传热速率，这增加了光纤10的密度均匀性。传热系数h(以及由此得到的光纤传热速率)受加工管125中的气流的流态(例如气流是层流还是湍流)影响。在操作时，当加工管125中的气流是湍流时，传热系数h较高，而当加工管125中的气流是层流时，传热系数h较低。例如，当加工管125中的气流是湍流时，光纤传热速率可以增大最高达2倍。

如本文中所使用的，“流态”是指层流、湍流或过渡流，并且其由气体(例如在加工管125中流动的气体)的雷诺数决定。雷诺数(Re)是流动气体的惯性动量与粘性阻力的无量纲(无单位)比值。具体地，其中，ρ是气体密度，v是气体的相对速度，l是系统的特征线性尺寸[例如光纤10的直径或气体边界层14的直径(例如是气体边界层厚度δ_BL的两倍)，并且η是气体的动态粘度。虽然不旨在受理论限制，但是当流动的气体为层流态时，其包括低雷诺数，所述层流态以稳定、平滑和粘性流动为特征。进一步地，当流动的气体为湍流态时，其包括高雷诺数(例如雷诺数高于层流态的雷诺数)，其以流离(unseat ing)、颠簸和动荡的流动为特征。并且，当在过渡流态中时，流动的气体包括部分层流和部分湍流，此时，流动的气体包括的雷诺数在层流态的雷诺数与湍流态的雷诺数之间。虽然不旨在受理论限制，但是当气体在加工管125中(例如在外气体层16中)在向上流的方向103上流动并且气体在加工管125中(例如在气体边界层14中)在拉制方向101上流动时，加工管125中的气流从小于约500的雷诺数(相对于气体边界层14的直径)的湍流过渡，并且可以是约400或更小、300或更小、200或更小、100或更小、50或更小等的雷诺数(相对于气体边界层14)的完全层流。

虽然不旨在受理论限制，但是传热系数h还根据气体边界层14的厚度δ_BL和在加工管125中流动的气体的热导率而变化。另外，气体边界层14的厚度δ_BL受以下因素影响：光纤拉制速度v_z，光纤10在外部气氛中的时间量(例如，当光纤沿着拉制路径102行进时，一部分光纤10位于拉制炉110与退火炉120之间的时间)，气体边界层14和外气体层16中的气体体积，气体在气体边界层14和外气体层16中流动的速度，以及在气体边界层14和外气体层16中流动的气体的流态。另外，加工管125中的气体边界层14的厚度δ_BL根据在向上流的方向103上流动的气体的流动速率，光纤10的光纤拉制速度，流动限制的直径(例如在可伸缩的流量限制器142中的开口145的直径，如下文关于图4和5所述)，加工管125中的温度以及加工管125中的流态而变化。进一步地，通过加工管125的稳定流动(例如从炉进口122到炉出口124的层流)可以诱导产生通过加工管125的恒定的传热系数h。

现在参考图3，图表50示出了沿着拉制路径102行进的一部分光纤10的温度根据该部分的光纤10与拉制炉10之间的距离而变化的情况。图表50示出了沿着拉制路径102的三个区域：区域56、区域58和区域60。区域56是拉制炉110与退火炉120之间的拉制路径102的部分。区域58是退火炉120(包括炉进口通道134和炉出口通道136)中的拉制路径102的部分。区域60是超出退火炉120(例如在退火炉120与光纤收集单元170之间)的拉制路径102的部分。如图3所示，在光纤10离开拉制炉110后，光纤10的温度持续降低。另外，图3示出了在区域56和60中(例如在外部气氛中)，光纤传热速率比区域58中(例如在退火炉120中)的更高。

仍然参考图3，线52描绘了当退火炉120的加工管125包括层流气流时，光纤10沿着拉制路径102的温度，而线54描绘了当退火炉120的加工管125包括湍动气流时，光纤10沿着拉制路径102的温度。如图3所示，光纤传热速率在加工管125包括湍动气流时比加工管125包括层流气流时更高(例如光纤10冷却得更快)。

在一些实施方式中，当在加工管125中流动的气体是层流时，传热系数h可以是约400瓦/平方米开(W/m²-K)至约600W/m²-K，例如425W/m²-K、450W/m²-K、475W/m²-K、500W/m²-K、515W/m²-K、525W/m²-K、550W/m²-K、575W/m²-K等。相反，当在加工管125中流动的气体是湍流时，传热系数h可以是约750W/m²-K至约900W/m²-K，例如约775W/m²-K、800W/m²-K、825W/m²-K、850W/m²-K、875W/m²-K、900W/m²-K、925W/m²-K等。

在一个示例性实施方式中，当光纤10离开退火炉120时(例如，当光纤10到达炉出口124或者在一些实施方式中到达炉出口通道136的端部时)，光纤10可以包含某温度，该温度在湍流中比在层流中低约75℃到约100℃。另外，相比于当加工管125中的气流是湍流时，当加工管125中的气流是层流时，在加工管125中沿着拉制路径102保持恒定的温度所需的功率更小。

在操作时，加工管125中的层流气流可以通过使气体边界层14中的在拉制方向101上流动的气体的流动速率(例如，由来自沿着拉制路径102平移通过加工管125的光纤10的拖曳力所诱导的流动)与在向上流的方向103上流动的气体(例如在外气体层16中)的流动速率相平衡来实现。如下文更具体描述的，可以使用气体分布组件140将在向上流的方向103上流动的气体引导到加工管125中。进一步地，虽然不旨在受理论限制，但是从气体分布组件140出发，在向上流的方向103上流动的气体(其在加工管125中是层流)，其具体的流动速率取决于炉进口通道134、炉出口通道136和加工管125的几何结构，以及加热区130的温度、光纤拉制速度以及从气体分布组件140流动和存在于加工管125中的气体的性质。作为一个非限制性实例，以向上流的方向103流动并且在加工管125中是层流的气体的流动速率可以是约10标准升/分钟(SLPM)至约1000SLPM，例如20SLPM、30SLPM、40SLPM、50SLPM、60SLPM、70SLPM、80SLPM、90SLPM等。

再次参考图1和2，气体分布组件140与退火炉120流体连接，使得气体可以从气体分布组件140流动到退火炉120中，例如，流动到加工管125中。如图1和2所示，气体分布组件140与炉出口通道136流体连接，以使炉出口通道136位于气体分布组件140与退火炉120的炉出口124之间。另外，在一些实施方式中，气体分布组件140可以与退火炉120物理连接，在其他实施方式中，气体分布组件140可以与退火炉120形成一体。在操作时，气体分布组件140可以将气体输出到退火炉120中，以诱导加工管125中的气流，例如，在外气体层16中为在向上流的方向103上的层流气流，该层流气流可以与气体边界层14中的在拉制方向101上流动的层流气流相对。

现在参考图4和5，气体分布组件140包括气体分布歧管150、可伸缩的流量限制器142和出口管141。气体分布歧管150流体连接到炉出口124，在一些实施方式中，物理连接到炉出口124，或者如图4所示，物理连接到炉出口通道136，该炉出口通道136可以位于气体分布歧管150与炉出口124之间，以在气体分布歧管150与炉出口124之间提供流体流动路径。另外，气体分布歧管150、可伸缩的流量限制器142和出口管141流体连通地定位，使得拉制路径102延伸通过气体分布歧管150、可伸缩的流量限制器142和出口管141中的每一者。特别地，可伸缩的流量限制器142位于气体分布歧管150与出口管141之间，使得在光纤10离开炉出口通道136之后，光纤10穿过气体分布歧管150，可伸缩的流量限制器142，然后再穿过出口管141。在操作时，气体分布歧管150在结构上被构造用于将气体输出到退火炉120的炉出口124中，以在加工管125中产生在向上流的方向103上的气流，例如，在位于加工管125的加工管腔128中的外气体层16中产生。

仍然参考图4和5，气体分布歧管150包括气体歧管进口152，气体歧管出口154以及位于气体歧管进口152与气体歧管出口154之间的气体歧管室156，使得进入气体歧管进口152的气体先通过气体歧管室156，再离开气体歧管出口154并进入加工管125。在一些实施方式中，气体分布歧管150还包括歧管限制器板158，其包括延伸穿过其中的一个或多个流动通道159。歧管限制器板158位于气体歧管室156中，使得进入气体歧管进口152的气体可以先通过歧管限制器板158的流动通道159，再到达气体歧管出口154。在操作时，歧管限制器板158可以均匀地分散从气体歧管进口152流动到气体歧管出口154中的气体，以使气体歧管出口154径向均匀地将气体输出到加工管125中，尤其是输出到位于加工管125的加工管腔128中的外气体层16中。

另外，气体分布歧管150包括歧管光纤通道155，其延伸通过气体分布歧管150以为光纤10提供沿着拉制路径102穿过气体分布歧管150的开口。如图4和5所示，气体歧管出口154位于炉出口124与歧管光纤通道155之间，例如，位于炉出口通道136与歧管光纤通道155之间。如图4和5所示，气体歧管出口154位于从拉制路径102径向向外的位置，使得气体歧管出口154可以沿着炉出口124的周界壁124a将气流引导到加工管125中，在一些实施方式中，沿着炉出口通道136的周界壁136a引导，从而使得以向上流的方向103流动到加工管125中的气体流动到位于加工管125的加工管腔128中的外气体层16中。例如，在一些实施方式中，气体歧管出口154可以包括环状形状，例如环形或盘形。通过沿着炉出口124的周界壁124a(在一些实施方式中，沿着炉出口通道136的周界壁136a)诱导气流，最大程度地减少了在向上流的方向103上流动、并且随后被在拉制方向101上沿着拉制路径102流动的气体重新定向的气体量。另外，虽然图4和5所示的气体歧管出口154朝向拉制路径102径向面向内，但是在其他实施方式中，气体歧管出口154可以以向上流的方向103面向上。

在操作时，气体歧管出口154的截面积影响气体离开气体歧管出口154的速度。例如，降低气体歧管出口154的截面积使气体离开气体歧管出口154的速度增加，这可以增加到达加工管125并以向上流的方向103在加工管125中流动的气体的百分比。进一步地，增加气体离开气体歧管出口154的速度可以有利于从退火炉120和气体分布歧管150移除微粒和光纤碎渣，从而最大程度地减少滞留在退火炉120和气体分布歧管150中的这些微粒和光纤碎渣的量。

在操作时，退火炉120的热可以通过强制的对流向上流动诱导气流通过气体分布歧管150并进入到加工管125中。另外，在一些实施方式中，气体分布歧管150可以包括一个或多个质量流量控制器151，其与气体分布歧管150的气体歧管进口152流体连接，并且被构造用于产生通过气体分布歧管150并进入到加工管125中的气流。在操作时，所述一个或多个质量流量控制器151可以与对流诱导的气流结合来诱导气流。进一步地，所述一个或多个质量流量控制器151可以调节从气体分布歧管150流动到加工管125中的气体的流动速率。

在一些实施方式中，通过所述一个或多个质量流量控制器151可以将替代性的气体组合物引入到气体分布歧管150中(并由此引入到加工管125中)。如本文中所使用的，“替代性的气体组合物”是指与气体分布组件140所处的外部气氛的气体组合物不同的气体组合物。在一些实施方式中，一个或多个气体槽153可以与所述一个或多个质量流量控制器151流体连接，使得所述一个或多个质量流量控制器151可以将容纳在所述一个或多个气体槽153中的气体(例如替代性的气体组合物)引入到气体分布歧管150中。然而，应理解的是，也设想了用于将替代性的气体组合物引入到气体分布歧管150中的任何方法和部件。

在一些实施方式中，可以有利的是，使从气体分布组件140流动到加工管125中的气体与已经存在于加工管125中的气体(例如，容纳在加工管腔128中的气体)相匹配。例如，在一些实施方式中，加工管腔128可以容纳有惰性气体(如氩气)，其包含比空气更低的热导率，并且包含比空气的传热系数h低约30％的传热系数h。在该实施方式中，可以通过所述一个或多个质量流量控制器151将氩气引入到气体分布歧管150中，从而在加工管125中维持氩气的有所降低的传热系数h。例如，所述一个或多个气体槽153可以容纳有氩气，使得从气体分布歧管150流动到加工管125中的气体可以包含氩气。

仍然参考图4和5，可伸缩的流量限制器142包括一个或多个可伸缩的限制器板144(例如第一可伸缩的限制器板144a和第二可伸缩的限制器板144b)。所述一个或多个可伸缩的限制器板144限定了开口145以及延伸通过该开口145的拉制路径102。所述一个或多个可伸缩的限制器板144各自可在限制位置146和松弛位置148之间平移。相比于当所述一个或多个可伸缩的限制器板144处于松弛位置146时，当所述一个或多个可伸缩的限制器板144处于限制位置146时，开口145包括更小的截面尺寸(例如直径)。例如，当所述一个或多个可伸缩的限制器板144从限制位置146移动到松弛位置148中时，其远离拉制路径102平移，而当所述一个或多个可伸缩的限制器板144从松弛位置148朝向限制位置146移动时，其朝向拉制路径102移动。

在操作时，可伸缩的流量限制器142可以限制经由出口管141进入到歧管光纤通道155中的气流，并由此限制进入到炉出口通道136中的气流，从而降低炉出口通道136中的压力，以促进气流从气体分布歧管150进入到加工管125中(例如，进入到炉出口通道136中，然后进入到加工管125中)，并且限制气流从可伸缩的流量限制器142的开口145进入到加工管125中。另外，通过限制气流从可伸缩的流量限制器142的开口145进入到加工管125中，可伸缩的流量限制器142可以限制加工管125中的烟囱效应，并且有助于调节气体从气体分布歧管150进入到加工管125中的流动速率。另外，在一些实施方式中，通过向炉进口通道134应用抽吸可以诱导通过加工管125的气流，并且经由抽吸而通过炉进口通道134所抽取的气体量可以通过质量流量计来监测。

再次参考图1，在一些实施方式中，光纤生产系统100还包括光纤涂覆单元180，其沿着拉制路径102定位，例如，位于气体分布歧管150与光纤收集单元170之间。当光纤10穿过光纤涂覆单元180时，光纤涂覆单元180可以向光纤10施加一层或多层涂层。例如，光纤涂覆单元180可以施加以下中的一种或多种涂层：热塑性涂层，例如聚乙烯、聚丙烯、氟化乙烯聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯或类似的热塑性材料；可UV固化的涂层，例如可UV固化的丙烯酸酯涂层等。应理解，光纤涂覆单元180可以是适于向光纤施加一层或多层涂层的任何合适的涂覆单元，如可以是本领域目前已知或随后待开发的涂覆单元。

仍然参考图1，在退火炉120中对光纤10进行退火后，以及在一些实施方式中，在光纤涂覆单元180中涂覆光纤后，可通过光纤收集单元170将光纤10缠绕到光纤储存卷轴172上。光纤收集单元170利用拉动机构176和张紧滑轮174来促进将光纤10缠绕到光纤储存卷轴172上。当光纤10被拉制通过光纤生产系统100时，张紧滑轮174可以向光纤10提供必要的张力。因此，光纤收集单元170可以直接接触光纤10，以便将光纤10缠绕到光纤储存卷轴172上，并且在沿着拉制路径102拉制光纤10时，例如拉制通过拉制炉110、退火炉120、气体分布组件140和光纤涂覆单元180时，在光纤10上提供所需的张力。

鉴于前述，应理解，光纤生产的方法和系统可以包括用于由光纤预制件拉制出光纤的拉制炉，用于对光纤进行退火的退火炉，以及用于在退火炉的加工管中引导气流(例如层流气流)的气体分布组件。层流气流可以降低退火期间热传递离开光纤的传热速率，从而改进光纤的密度均匀性，并由此提供衰减性质得到改进的光纤。例如，当均匀致密的光纤用作光波导时，光纤的均匀密度可以使沿着光纤传播的光的衰减最小化。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时，另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地，当用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解具体数值构成了另一个实施方式。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点都是重要的，并且独立于另一个端点。

本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底——仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。

除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。

除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种光纤生产系统，包括：

退火炉，所述退火炉包括：

炉进口；

炉出口；和

在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管包括加工管壁和加热区，所述加热区包括至少一个加热元件；以及

气体分布组件，其与炉出口流体连接并且在结构上被构造用于将气流从气体分布组件诱导到加工管中，以使气体在向上流的方向上在加工管中流动。

2.如权利要求1所述的光纤生产系统，其中：

所述气体分布组件包括气体分布歧管和可伸缩的流量限制器；并且

所述气体分布歧管位于可伸缩的流量限制器与炉出口之间。

3.如权利要求2所述的光纤生产系统，其中：

所述气体分布歧管包括气体歧管进口、气体歧管出口和气体歧管室，所述气体歧管室位于气体歧管进口与气体歧管出口之间并且与气体歧管进口和气体歧管出口流体连接；并且

所述气体歧管出口与炉出口流体连接。

4.如权利要求3所述的光纤生产系统，其中：

所述气体分布歧管还包括歧管光纤通道，其被定位成使得延伸通过退火炉的拉制路径延伸通过歧管光纤通道；并且

所述气体歧管出口位于歧管光纤通道与退火炉的炉出口之间。

5.如权利要求3或4所述的光纤生产系统，其中，所述气体分布歧管还包括歧管限制器板，其位于气体歧管进口与气体歧管出口之间并且与气体歧管进口和气体歧管出口流体连接。

6.如权利要求3-5中任一项所述的光纤生产系统，其中，所述气体分布歧管还包括与气体歧管进口流体连接的一个或多个质量流量控制器。

7.如权利要求2-6中任一项所述的光纤生产系统，其中：

所述可伸缩的流量限制器包括第一可伸缩的限制器板和第二可伸缩的限制器板，每个可伸缩的限制器板能够在限制位置与松弛位置之间平移；

第一可伸缩的限制器板和第二可伸缩的限制器板在它们之间限定了开口；并且

当第一和第二可伸缩的限制器板处于限制位置时，所述开口的直径比当第一和第二可伸缩的限制器板处于松弛位置时的更大。

8.如权利要求1-7中任一项所述的光纤生产系统，其中，当通过气体分布组件诱导加工管中的气流时，在向上流的方向上的气流是层流。

9.如权利要求1-8中任一项所述的光纤生产系统，其中，所述退火炉还包括与炉进口流体连接的炉进口通道以及与炉出口流体连接的炉出口通道。

10.如权利要求9所述的光纤生产系统，其中，当在加工管中沿着拉制路径平移光纤时，在加工管中形成的气体边界层包含直径，所述直径基本上等于炉进口通道的直径。

11.一种在退火炉中诱导气流的方法，所述方法包括：

沿着拉制路径在退火炉中平移光纤，所述退火炉包括：

炉进口；

炉出口；和

在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管包括加工管壁和多个加热区，每个加热区包括至少一个加热元件；以及

将气流从与退火炉的炉出口流体连接的气体分布组件诱导到退火炉的加工管中，以使加工管中的气体在向上流的方向上流动。

12.如权利要求11所述的方法，其中，在加工管中，在向上流的方向上的气流是层流。

13.如权利要求11或12所述的方法，其中，在加工管中，所述光纤在与向上流的方向相对的拉制方向上平移。

14.如权利要求13所述的方法，其中，在加工管中平移的光纤诱导产生了气体边界层，其从光纤径向向外延伸并且包含在拉制方向上的层流气流。

15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，其中，从气体分布组件流动到加工管中的气体包含氩气。

16.如权利要求11-15中任一项所述的方法，其中：

所述气体分布组件包括气体分布歧管和可伸缩的流量限制器；

所述气体分布歧管位于可伸缩的流量限制器与炉出口之间；

所述气体分布歧管包括气体歧管进口，与炉出口流体连接的气体歧管出口，以及气体歧管室，所述气体歧管室位于气体歧管进口与气体歧管出口之间并且与气体歧管进口和气体歧管出口流体连接；并且

所述可伸缩的流量限制器包括第一可伸缩的限制器板和第二可伸缩的限制器板，每个可伸缩的限制器板能够在限制位置与松弛位置之间平移。

17.如权利要求16所述的方法，其还包括：使光纤沿着拉制路径平移通过气体分布歧管和可伸缩的流量限制器。

18.一种光纤生产系统，包括：

拉制炉，其被构造用于沿着从拉制炉延伸的拉制路径由光纤预制件拉制出光纤；

沿着拉制路径定位的退火炉，其中，所述退火炉包括

炉进口；

炉出口；和

在炉进口与炉出口之间延伸的加工管，所述加工管包括加工管壁和多个加热区，每个加热区包括至少一个加热元件；

气体分布组件，其沿着拉制路径定位并且与炉出口流体连接，所述气体分布组件在结构上被构造用于将气流从气体分布组件诱导到加工管中，以使气体在向上流的方向上在加工管中流动，其中，所述退火炉位于拉制炉与气体分布组件之间；和

沿着拉制路径定位的光纤收集单元，其中，所述气体分布组件位于退火炉与光纤收集单元之间。

19.如权利要求18所述的光纤生产系统，其中：

所述气体分布组件包括气体分布歧管和可伸缩的流量限制器；

所述气体分布歧管位于可伸缩的流量限制器与炉出口之间；

所述气体分布歧管包括气体歧管进口，与炉出口流体连接的气体歧管出口，以及气体歧管室，所述气体歧管室位于气体歧管进口与气体歧管出口之间并且与气体歧管进口和气体歧管出口流体连接；并且

所述可伸缩的流量限制器包括第一可伸缩的限制器板和第二可伸缩的限制器板，每个可伸缩的限制器板能够在限制位置与松弛位置之间平移。

20.如权利要求18或19所述的光纤生产系统，其中，当通过气体分布组件诱导加工管中的气流时，在向上流的方向上的气流是层流。