CN1156696A - 拉制光纤的设备和可将传输损耗减至最小的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于制造能使信号衰减最小的光纤的方法和设备。此拉制光纤的方法所包括的步骤是：拉制未涂敷的光纤；对此未涂敷光纤的直径进行连续监测及控制；使热的未涂敷光纤逐渐冷却；使未涂敷的光纤强制冷却；在由冷却装置出来之后，对于未涂敷光纤的表面涂敷丙烯酸树脂或者硅树脂；使涂敷后的光纤硬化，并将此光纤缠绕在卷筒上。

Description

拉制光纤的设备和可将传输 损耗减至最小的方法
本发明总体上涉及光纤，尤其涉及拉制光纤的设备，及当拉制大直径的光纤预制棒为光纤时，可将附加的传输损耗减至最小的方法。
作为光纤拉制设备和可将传输损耗减至最小的方法的本申请，是以韩国申请No.33103/1995为基础的，实际上在此被引入作参考。
图1表示根据现有技术的拉制光纤设备的简图。
光纤预制棒10，通过预制棒位置控制器中的位置控制机构，被缓慢地供应给加热炉12。加热炉12内的温度通常为摄氏数千度，典型情况下为2100-2200℃。无涂敷层的光纤23，是靠牵引盘26施加的力从喷丝头中拉出的。外径监控装置14用来确定此未涂敷光纤23的外径是否与预定值符合(通常为125μm)，随后将其结果传送给直径控制器。直径控制器则对牵引盘26加以控制，以将未涂敷光纤23的直径保持在125μm。牵引盘26响应来自直径控制器的控制信号而旋转，以对加在未涂敷光纤23上的拉力进行调节。涂敷装置对于下行的未涂敷光纤23涂敷以保护性的丙烯酸树脂或者硅树脂。涂敷后的光纤24在坚膜装置22中被硬化。通过来自牵引盘26的拉力而拉出的有涂层的光纤24，被缠绕在卷筒28上面。
在上述工艺过程中，首先，大直径的预制棒10是在具有2000℃以上温度的加热炉中被熔化，并且被拉制成125μm直径的未涂敷光纤。为了容易维护及防止未涂敷光纤23由于水对其表面浸蚀而使其机械强度降低，此未涂敷光纤23要通过涂敷装置20进行涂敷。在这个工艺过程中，未涂敷光纤23的温度，在其即将涂敷之前应在80℃以下，而且优选在40-50℃，以便保持均匀的直径，并且防止涂敷层和未涂敷光纤23的表面之间产生空气泡。然而从加热炉12中刚出来的未涂敷光纤23是非常热的，通常在1600℃以上。此未涂敷的光纤23靠空气自然冷下来，需当其距离加热炉一定距离之外。另外，当未涂敷的光纤23距加热炉一定距离时，其表面温度变化梯度，在“高速度、高强度光纤拉制”一文中有详细描述(参见《Journal of Lightwave Technology》，Vol.LT-4，1986.10.8)。
当未涂敷的光纤23以5米/秒的速度从加热炉中拉出来时，为将来涂敷光纤23的表面冷下来至约50℃，加热炉12和涂敷装置20之间的距离应在800cm左右。这就使拉制光纤设备的高度非常高。因此光纤的制造成本变高，此外还使其效率降低。
为解决此问题，美国专利No.4,437,870详细描述了一种强制冷却光纤工艺，这是通过在加热炉12和涂敷装置20间放置冷却装置18实现的。
上述方法能够使加热炉和涂敷装置之间的距离减小，从而降低制造成本。然而，由于未涂敷的光纤23在超过1600℃的高温下迅速冷却过程中招致更大的应力，故拉制出来的涂敷光纤24，其机械强度变低，且其传输损耗增加。
特别是当光纤预制棒是通过使用合成石英管利用改进的化学气相淀积(随后称之为MCVD)方法拉制时，这就要引起传输损耗。未涂敷光纤23的拉制速度越快，传输损耗越大。为了制造出具有低损耗的直径大于40mm的大直径的预制棒10，应当使用高纯度的合成石英管。然而使用这种合成石英管受到限制，因为拉制未涂敷光纤23的过程中存在着附加损耗。
本发明的目的在于提供拉制光纤的设备，以及能够拉制使用合成石英管、利用MCVD方法制成的大直径光纤预制棒而无传输损耗的方法。
本发明的另一个目的，在于提供光纤拉制设备和能够防止附加传输损耗的方法，即使在拉制速度增加时。
本发明又一个目的，在于提供拉制光纤的设备和能够降低制造成本的方法。
还有另一个目的，在于提供拉制光纤的设备和能够防止由于冷却装置的快速冷却而在光纤上引起应力的方法。
还有又一个目的，在于提供拉制光纤的设备和并无安装空间局限的方法。
本发明进一步的另一目的，在于提供拉制光纤的设备和能够增加光纤机械强度的方法。
本发明更进一步的目的，在于提供拉制光纤的设备，和通过制造低成本光纤而提高其实用性的方法。
为了达到上述这些目的，实现以上所列目的的光纤拉制方法包括如下步骤：在加热炉中将由二氧化硅制成的大直径的光纤预制棒熔化，并且拉制出无涂敷的光纤；用退火装置对于外径测量装置中出来的热的未涂敷光纤逐渐进行冷却；用冷却装置对由退火装置出来的未涂敷光纤进行强制冷却；用涂敷装置对于未涂敷光纤的表面涂敷丙烯酸树脂或者硅树脂；用坚膜装置使被涂敷的光纤硬化，并且把通过牵引盘的被涂敷光纤缠绕在卷筒上。
实现前节所列发明目的的设备包括：插入内部的石英管，在让光纤通过退火装置时以防止产生灰尘；安装在石英管周围的许多电热辐射元件；安装在热辐射元件和石英管之间的间隙中的热电偶，以对电热辐射元件内部的温度进行监控；安装在热辐射元件外围的隔热元件，以防止电热辐射元件产生的热对外界传输；一环形物，保护隔热元件免受外界影响；控制装置，以对退火装置内的温度实行控制和监测；以及安装在退火装置顶部和底部的托架，以将石英管和外管固定在一起。
本发明的这些以及其它各种性能和优点，参照以下结合附图所作的详细描述将更容易理解，其中
图1为表示根据现有技术的拉制光纤设备的简图；
图2为表示根据本发明的拉制光纤设备的简图，以及
图3为表示本发明的拉制光纤设备中的退火装置的剖视图。
参照所附的附图，将对本发明的最佳实施例进行详细描述。
图2为根据本发明的拉制光纤设备简图，该设备能够将附加的传输损耗减至最小。参照图2，将对光纤拉制工艺过程作详细描述。
第一个步骤是，通过在加热炉12中将光纤预制棒加热到高于2000℃的温度，拉制出直径为125μm的未涂敷光纤23。第二个步骤是，在外径测量装置14处，监测和控制未涂敷光纤23的直径，以便产生出具有均匀直径(125μm)的未涂敷光纤。第三个步骤是，在退火装置处逐渐冷却来自外径测量装置的未经涂敷的热光纤，直至其表面温度达到800℃以下为止。退火装置的温度控制范围在25-1200℃之间。当光纤预制棒10以5米/秒的速度从加热炉中拉出时，退火装置的加热温度为1100℃。第四个步骤是，在冷却装置18处使已被逐渐冷却到800℃以下的未涂敷光纤23强制冷却，直至其表面温度达到约50℃为止。第五个步骤是，在涂敷装置20处，对于来自冷却装置18的未涂敷光纤23的表面涂敷以丙烯酸树脂或者硅树脂。第六个步骤是，在坚膜装置22处使涂敷后的光纤24硬化。第七个步骤是，通过牵引盘26将涂敷的光纤缠绕在卷筒上。根据上述方法拉出来的涂敷光纤，在1310nm波长下具有约为0.33分贝/公里的传输损耗。
图3为本发明的拉制光纤设备中，退火装置16的剖视图。用于逐渐冷却来自加热炉12的未涂敷光纤23的退火装置16，其长度大于200毫米，它包括：石英管34，其内径和长度分别为25mm和200mm，插入内部，以防止产生灰尘而让未涂敷的光纤23能够通过退火装置16；安装在石英管34周围的许多电热辐射元件42；安装在底部的热辐射元件42和石英管34之间的热电偶40，以对热辐射元件42的温度进行监控；安装在热辐射元件42外围的隔热元件44，以防止来自热辐射元件的辐射热对外界传输；由不锈钢制成的外管36，用以保护隔热元件44免受外界影响；安装在退火装置16一侧的控制装置38，以将退火装置16内部的温度控制在25℃-1200℃的范围内；以及安装在退火装置16上部和下部的托架32，以将石英管34和管36两者固定在一起。
在退火装置16中，石英管34被来自未涂敷光纤23的辐射热加热，然而未涂敷光纤23在1600℃以上的温度下恰好从加热炉12中出来。退火装置16内部的热不容易逸散到外界，因为安装在构成外层的管36和石英管34之间的隔热元件44，能够有效地防止热传递。
本发明的设备，对由使用合成石英管利用MCVD方法制成的光纤预制棒拉制光纤特别有效。即使采用较高的拉制速度来制造光纤，也不会出现附加的传输损耗。而且由于拉制光纤的速度较高，故其制造成本降低，从而提高其实用性。并且光纤也没有由退火装置的强制冷却过程造成的应力。基于本发明的设备，对于其安装所需要的空间并无局限。由此生产的光纤，其机械强度是高的。
因此，应当理解，本发明并不局限于预期作为实施本发明最好方式在此公开的特殊实施例，这正是由于本发明并不局限于此说明书中描述的具体实例，除非作为所附权利要求书中限定的之外。

Claims (9)

1.一种拉制光纤的方法，包括如下步骤：
在加热炉中使大直径的二氧化硅光纤预制棒熔化，并且拉制出未经涂敷的光纤；
通过退火装置，使由上述外径测量装置出来的热的未涂敷光纤逐渐冷却；
通过冷却装置，使由上述退火装置出来的上述未涂敷光纤强制冷却；
通过涂敷装置，对于上述未涂敷光纤的表面涂敷以丙烯酸树脂或者硅树脂；
通过坚膜装置，使上述已涂敷的光纤硬化，以及
把通过牵引盘的上述涂敷光纤缠绕在卷筒上。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的退火装置使上述未涂敷光纤冷却，直至其表面温度达到800℃以下为止。
3.根据权利要求1的方法，其中所述退火装置的温度控制范围从25℃到1200℃。
4.根据权利要求1的方法，其中当上述未涂敷光纤在上述加热炉中被加热和拉制时，上述退火装置的加热温度为1100℃。
5.一种拉制光纤的设备，它包括用来使加热炉中出来的光纤逐渐冷却的退火装置，其中所述的退火装置包括：
插入上述退火装置内部的石管，以防止产生灰尘而让上述光纤能够通过上述退火装置；
安装在上述石英管周围的许多电热辐射元件；
安装在上述热辐射元件和上述石英管之间的间隙中的热电偶，以对上述热辐射元件的温度进行监控；
安装在上述热辐射元件周围的隔热元件，以防止上述电热辐射元件产生的热向外界传输；
用于保护上述隔热元件免受外界影响的管；
安装在退火装置一侧并与上述热电偶相联的控制装置，以对上述退火装置的内部温度实行控制和监测，以及
安装在上述退火装置顶部和底部的托架，以将上述石英管和上述外管固定在一起。
6.根据权利要求5的设备，其中所述的退火装置等于或者长于200mm。
7.根据权利要求5的设备，其中所述石英管的内径大于5mm，但小于50mm。
8.根据权利要求5的设备，其中所述的外管是由不锈钢制成的。
9.根据权利要求5的设备，其中所述的控制装置将温度控制在25℃和1200℃之间的范围内。
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