CN1159246C - 光纤的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种生产光纤的方法，其中即使拉纤速度设置在等于或大于250m/min的很大的值，也能适当地扭绞光纤使其具有低的偏振模色散，并且能使裸光纤的外径和光纤的外径的变化很小。这里提供一种制造光纤11的方法，其中一光纤预制棒通过加热而被软化以向下拉出裸光纤，此裸光纤被涂覆，并且，在裸光纤由于摆动导辊13周期性摆动而围绕其轴自旋的同时制造出光纤11。在该方法中，为了扭绞光纤，光纤11最先接触到的摆动导辊13的辊表面13a的摆动幅度等于或小于±7mm，但等于或大于±0.5mm。所以，当摆动幅度被设定在上述范围内时，裸光纤的外径和光纤的外径的变化减小，能使偏振模色散减小。在本发明中，设置在用于形成涂层的涂覆装置和摆动导辊之间的偏转限制导辊组件具有狭窄的V形沟槽，且其旋转轴水平设置。并且，摆动导辊被设置在允许偏转限制导辊组件使光纤的运动方向弯曲的位置。由于该结构，能使光纤在偏转限制导辊组件的前后的偏转尽量小。因而，设置在紫外线灯和转限制导辊组件之间的诸如气泡传感器这样易受偏转影响的装置对产品是优质品或次等品会有更精确的判定。通过使用具有狭窄的V形沟槽的偏转限制导辊组件而使偏转很小，光纤不再撞击导辊，能减少涂层从裸光纤剥落。

Description

光纤的制造方法

技术领域

本发明涉及一种能减小偏振模色散的光纤的制造方法。

背景技术

当应用传统方法制造光纤时，难以使纤芯和沿着纤芯周围形成的包层在横截面上形成圆形且同心的形状。所以，纤芯和包层在横截面上通常会略微呈现椭圆形或轻微扭曲的圆形。因此，在光纤横截面上的折射率分布是不均匀的，致使在光纤横截面上的偏振模中的群速度出现变化。这引起了偏振模色散增加的问题。

这种偏振模色散增加会成为一个障碍，特别是光缆在实际应用中作为需要具有巨大容量和远距离传送能力的海底光缆或干线光缆时。为了解决这个问题，例如在未经审查的日本专利公开文本No.9-0243833中曾提出过一种制造光纤的方法。在这种方法中，从光纤预制棒中拉出裸光纤并在裸光纤外面涂覆上涂覆材料来形成光纤，然后由旋转轴周期性摆动的导辊为导向使其经受预定的扭绞。

图4说明了制造光纤的过程。附图标记1表示光纤预制棒，附图标记2表示拉纤炉，附图标记3表示裸光纤，附图标记4表示外径监控装置，附图标记5和8表示涂覆模具，附图标记6和9表示紫外固化树脂，附图标记7和10表示紫外线灯，附图标记11表示光纤，附图标记12表示偏转限制导辊组件，附图标记13表示摆动导辊，附图标记14表示固定导辊，而附图标记15表示卷纤盘。

位于拉纤炉2内的光纤预制棒1的一端由于加热而软化，从这一端裸光纤3在垂直方向上被垂直地向下拉。裸光纤3的外径由外径监控装置4监控，而拉光纤的速度、光纤预制棒的供给速度等则由控制器(未图示)控制，以便裸光纤的外径大小落在预定的范围内。

第一涂层由涂覆模具5将紫外固化树脂6涂覆在裸光纤3的周围而形成，而紫外固化树脂的固化由发自紫外线灯7的紫外线的照射来实现。然后，第二涂层由涂覆模具8将紫外固化树脂9涂覆在第一涂层的周围而形成，而紫外固化树脂的固化由发自紫外线灯7的紫外线的照射来完成。这样，就制造出了光纤11。

此后，光纤11向前移动经过偏转限制导辊组件12、摆动导辊13、固定导辊14等，最后由卷纤盘15接收。图5(A)和5(B)分别为用于说明光纤和每个导辊之间的位置关系的正视图和俯视图。图6(A)、6(B)和6(C)分别为用于说明光纤和偏转限制导辊组件之间的位置关系的俯视图、侧视图和正视图。图7为用于说明摆动导辊的摆动状态的俯视图。

当摆动导辊13处于如图5所示的摆动的基准位置时，已经从上面垂直地移动下来的光纤11经过偏转限制导辊组件12向下移动，沿着摆动导辊的辊表面13a辊弯曲90°后水平移动，由于固定导辊而再次弯曲90°，然后向上移动。

如图6所示，偏转限制导辊组件12包括一对以2mm的间隔相互平行设置的圆柱辊。相对应的圆柱辊的旋转轴12a在水平方向延伸，并且当从其上观察时，如图5(B)所示，圆柱状的偏转限制导辊组件12的每个旋转轴12a与摆动导辊13的旋转轴13b相垂直。光纤11经过偏转限制导辊对之间向下移动。

下面描述用摆动导辊对扭绞光纤的原理。如图7所示，摆动导辊13的旋转轴13b即使在摆动时也总处于水平面内，旋转轴围绕穿过摆动导辊13的中心的竖轴13c在与基准位置成±θ(°)的夹角范围内作匀速周期性往复摆动。因此，光纤首先接触到的辊表面13a的摆动幅度D(mm)等于辊的直径(mm)×π×θ/360。

光纤11的运动方向由摆动导辊13改变90°，并且，如图7所示，依据辊表面13a的摆动，光纤沿着辊表面13a趋向以垂直于光纤运动的方向移动。这里，光纤11的旋转运动是围绕光纤轴发生的。

此时光纤的旋转运动状态将会被更详细的描述。在图7中，用实线示出的摆动导辊13表示处于基准位置的摆动导辊。用长短相间的虚线示出的摆动导辊13′表示摆动并旋转θ(°)摆角后以一定摆动幅度移动到一侧的摆动导辊。当辊表面处于基准位置时，光纤11与辊表面13a的接触位置为点Pa。

当辊表面13′a由于摆动而被移动一个摆动幅度时，光纤11与辊表面13′a最先接触位置为点Qa。然而，由于施加在光纤11上的张力，光纤趋向在辊表面13′a上通过最短距离移动。

因此，光纤11与辊表面13′a的最先接触位置移动到辊表面13′a上的点Qb。此时，由于有作用于光纤11和辊表面13′a上的摩擦力，致使光纤11在围绕自己的轴旋转的同时沿着辊表面13′a移动，而不是沿着辊表面13′a滑动。换句话说，发生了光纤11的旋转运动。

当光纤11在其与摆动导辊最先接触的位置围绕其轴旋转时，自旋力沿着光纤1直接向上传递，使得该力传递至从中拉出裸光纤的光纤预制棒的下部软化位置。由于已被从光纤预制棒的下部软化位置拉出的裸光纤仍然是软的，已被光纤传递的自旋力直接作用于裸光纤的玻璃上，就产生裸光纤的扭绞。已被旋转的裸光纤被涂覆，如此形成了光纤。

因而，光纤主要起向裸光纤的拉纤部位传递由于摆动而产生的自旋力的作用。

上面所讨论的是由摆动导辊造成光纤自旋的原理。

由于辊表面相对于基准位置往复摆动，光纤的旋转运动方向作匀速周期性的改变。所以，由于旋转方向作匀速周期性的改变，光纤的扭绞方向也会在纵向上匀速周期性地反向。

为了用扭绞来减小光纤的偏振模色散，有必要使扭绞等于或大于一个定量。光纤纵向长度的至少每千分之一就需要一个扭绞。如果拉纤速度相同，为了使光纤具有上述所需扭绞所需要的摆动次数相应于裸光纤的外径而有所不同。外径越大，所需的摆动次数就越少，反之，外径越小，所需的摆动次数就越多。当光纤的拉纤速度小时，例如等于或小于200m/min，摆动导辊每小时的摆动次数不需要很大：当摆动次数为每分钟20～150次往复运动时就能提供给光纤所需的扭绞。

然而，当拉纤速度变成例如250m/min或更高时，为了在光纤的每段特定长度上产生相同数量的扭绞，有必要增加每分钟的摆动次数。但是，当每分钟的摆动次数变得大于传统的每分钟摆动次数时，裸光纤的外径及光纤的外径在纵向上会有变化，以至于不能生产出外径变化极小的优质光纤产品。

另外，当每分钟的摆动次数变得大于传统的每分钟摆动次数时，即使使用偏转限制导辊组件，位于偏转限制导辊组件附近的光纤也会产生偏转，而由于偏转所产生的问题就增加了。更特别地，例如，当安装用于探测光纤涂层里的气泡的气泡传感器时，大的偏转造成气泡传感器或类似装置的测量值会大大偏离其真值，以至于在从次等品中识别优质产品时有时会出现错误。

发明的公开

因此，本发明的一个目的是提供一种制造光纤的方法，使其能限制裸光纤的外径和光纤的外径在纵向上的变化，同时即使拉纤速度为250m/min或更大的值时光纤也受到最佳的扭绞以减小偏振模色散。另一个目的是提供制造光纤的方法，能减小光纤线性运动的偏转并因此提高气泡传感器或类似装置对产品质量的判断精度。

在本发明的第一个实施例中，提供一种制造光纤的方法，其中一光纤预制棒通过加热而被软化以向下拉出裸光纤，此裸光纤被涂覆，并且在裸光纤由于摆动导辊周期性摆动而围绕其轴自旋的同时制造出光纤，其中拉纤速度等于或大于250m/min，且为了扭绞光纤，由涂覆裸光纤而形成的光纤最先接触到的摆动导辊的摆动幅度等于或小于±7mm，但在与竖轴垂直的方向上等于或大于±0.5mm。所以，通过设定在上述范围内的摆动幅度，即使拉纤速度设定为等于或大于250m/min的很大的值，设定大的摆动次数来适当地扭绞光纤，裸光纤的外径和光纤的外径的变化能被限制为等于或小于公差值。

在本发明的第二个实施例中，在用于形成涂层的涂覆装置和摆动导辊之间设置一偏转限制导辊组件，并且在摆动导辊后设置一固定导辊，其中，当摆动导辊的摆动幅度为±D(mm)时，偏转限制导辊组件和摆动导辊之间光纤在其两侧都未接触导辊的距离为La(mm)，摆动导辊和固定导辊之间光纤在其两侧都未接触导辊的距离为Lb(mm)，而且距离La和Lb中的较小的一个为L(mm)，并满足关系式D/L＞0.005。在此条件下，光纤受到所需的扭绞。所以，即使摆动幅度变小，也能充分地自旋光纤，从而减小所产光纤的偏振模色散。

在本发明的第三个实施例中，设置在用于形成涂层的涂覆装置和摆动导辊之间的偏转限制导辊组件具有一狭窄的V形沟槽。其旋转轴水平设置。摆动导辊被设置在允许偏转限制导辊组件以预定角度使光纤的运动方向弯曲的位置。所以，能使光纤在偏转限制导辊组件的前后的偏转尽量小。因而，设置在紫外线灯和转限制导辊组件之间的诸如气泡传感器这样易受偏转影响的装置对产品是优质品或次等品会有更精确的判定。

当应用如图6所示的传统偏转限制导辊组件时，光纤在通过两个圆柱辊时会摆动，使光纤被圆柱辊挤压，造成光纤的涂层被从裸光纤剥落，以至于常常在中间看到裂口。根据本发明，偏转限制导辊组件具有一个狭窄的V形沟槽，用于消除辊表面对光纤的挤压，所以减少了涂层从裸光纤的剥落。

当应用圆柱辊时，依据光纤与辊的接触角度不同，由摆动导辊而产生的光纤的旋转向上传递的量会改变，以致光纤的扭绞有时不均匀一致。然而，在本发明中，偏转限制导辊是V形沟槽辊，使得光纤一直与辊相接触。因而，向上传递的光纤的旋转均匀一致，使得光纤的扭绞均匀一致。

附图的简要说明

图1(A)和1(B)用于说明本发明光纤制造方法的第一个实施例中使用的摆动导辊的摆动情况，是摆动导辊的俯视图。

图2用于说明本发明第二个实施例中使用的摆动导辊与其前后辊之间的关系，是摆动导辊附近的正视图。

图3(A)用于说明本发明第三个实施例中使用的偏转限制导辊组件及摆动导辊等，是摆动导辊附近的正视图。图3(B)，3(C)，3(D)分别是偏转限制导辊的侧视图，摆动导辊的俯视图，以及固定导辊的俯视图。

图4说明了制造光纤的过程。

图5(A)和5(B)分别是用于说明光纤和各导辊间位置关系的正视图和俯视图。

图6(A)，6(B)，6(C)分别是表示光纤和偏转限制导辊组件之间的位置关系的俯视图、侧视图和正视图。

图7是用于说明摆动导辊的摆动状态的俯视图。

发明的最佳实施例

下面，将参考相关附图给出本发明的说明。

图1(A)和1(B)用于说明第一个实施例中使用的摆动导辊的摆动情况，是摆动导辊的俯视图。在图1(A)和1(B)中，用实线示出的摆动导辊13表时位于摆动基准位置的摆动导辊，而用长短相间的虚线示出的摆动导辊13′和13″表示位于最大摆动幅度处的摆动导辊，只示出了基准位置一侧的变位。实际上，摆动导辊能同样地摆动到基准位置另外的相对一侧。

在图1(A)中，摆动导辊的旋转轴13b和13′b即使在摆动时也总位于水平面，并且旋转轴13b以θ(°)的摆动角围绕竖轴13c旋转以到达旋转轴13′b处。这里，摆动导辊13的辊表面13a以一个等于D(mm)＝辊直径(mm)×π×θ/360的值摆动，而到达辊表面13′a的位置。在本发明中，摆动幅度D设置得在±7mm之中但等于或大于±0.5mm。

通过以摆动幅度±D(mm)摆动摆动导辊13的辊表面13a，光纤11沿着辊表面13a往复运动。光纤11的旋转力被传至从中拉出裸光纤的软化部分，并使拉出的裸光纤自己在纵向上自旋。通过由于摆动而产生往复运动，光纤11沿辊表面13a的运动方向反转，以致光纤在扭绞方向在纵向上也根据摆动周期而反转。

下面，将给出关于优先设定在前述范围内的幅度D的确定。为了在光纤的每段特定长度上以等于或大于一个特定值的量扭绞光纤，当拉纤速度变大时，有必要增加摆动导辊每小时的摆动次数。然而，已经发现，当摆动次数仅仅增加时，裸光纤的外径和光纤涂层的外径会改变。因此，反复做实验以确定不会引起裸光纤的外径和光纤涂层的外径变化的条件。下面的结果就是从实验中得出的。

应用具有如表1中给出的不同直径的摆动导辊。这些摆动导辊以图1(A)中所示的方式摆动，每分钟的摆动次数为200个往复运动，而摆动角如表1所示。拉纤速度为400m/min，拉力为90～100g。相应地，裸光纤的外径和光纤的外径如表1所示。用如下公式得到摆动幅度：

摆动幅度(mm)＝辊直径(mm)×π×(摆动角(°)/360)

表1

摆动导辊的辊直径(mm)	150	50	150	50
					摆动角(°)	±15	±15	±5	±5
摆动幅度(mm)	±20	±6.5	±6.5	±2.2
					裸光纤的外径(μm)	125±0.4	125±0.1	125±0.1	≤125±0.1
光纤的外径(μm)	240±10	240±2	240±2	≤240±1

根据如表1所示的结果，能看出即使摆动次数设定为每分钟200次摆动的大值，通过减小相应的导辊之相应的摆动幅度能减小裸光纤的外径和光纤的外径的变化。通过减小摆动角或减小辊直径能使摆动幅度减小。不管用哪种方法，如果摆动幅度等于或小于±7mm，会得到暂时用于实践目的的光纤。更可取的是使摆动幅度等于或小于±3mm，因为外径的变化能更小。当摆动幅度太小时，使光纤受到预定的扭绞就变得困难，以致摆动幅度更可取的为等于或大于±0.5mm。在实验中为了扭绞外径为240μm的光纤，摆动次数为每分钟200个往复运动。然而，对于其它摆动次数(例如每分钟100～300个往复运动)，通过将摆动幅度限制在前述范围内，能减小外径的变化。对于具有其它外径的光纤，通过将摆动幅度限制在前述范围内，能得到同样的结果和优点。

在图中1(A)，摆动导辊13的旋转轴13b以往复旋转的方式围绕竖轴13c摆动，通过设定±θ(°)的摆动角，在辊表面平行于表面的方向上产生摆动幅度±D(mm)。然而，摆动轴能以如图1(B)所示的方式摆动。

在图1(B)中，摆动导辊13的旋转轴在旋转轴13b的方向上往复运动，而不是围绕竖轴13c旋转。摆动导辊13″从摆动导辊13的基准位置向一侧移动D′。此例中的摆动幅度为±D′。

图2说明了第二个实施例中所用的摆动导辊及其前后的辊子之间的关系，是摆动导辊附近的正视图。当光纤接触到一对偏转限制导辊时，偏转限制导辊组件12和摆动导辊13之间光纤11与这两端都未接触到的距离为La，摆动导辊13和固定导辊14之间光纤11与这两端都未接触到的距离为Lb，La和Lb中较小的一个为L，摆动导辊的摆动幅度为±D(mm)，优选满足关系式D/L＞0.005。

关于我们如何发现第二个实施例的细节将被给出。已考虑到即使当拉纤速度设置得等于或大于250m/min，摆动幅度变小时光纤能否受到足够的扭绞。作为这个考虑的结果，如图2和3所示，发现摆动导辊的摆动幅度和偏转限制导辊组件与摆动导辊间光纤与这两端都未接触到的距离之间的比率与光纤的扭绞密切相关。摆动次数为每分钟200个往复运动，拉纤速度为400m/min，拉力为90～100g，裸光纤外径(设定值)为125μm，光纤外径(设定值)为240μm。

表2

在此例中，

摆动导辊的直径：50mm

摆动角θ：±2°

摆动幅度D：±0.87mm

距离La(mm)	500	200	80
				摆动幅度D/距离La	0.0017	0.0044	0.011
光纤的扭绞数目(每米的扭绞数)	0.3	1.2	3.5

其中偏转限制导辊组件与摆动导辊间光纤在其两侧都未接触到导辊的距离La如上所述，摆动导辊和固定导辊之间光纤在其两侧都未接触导辊的距离Lb等于500mm。

表3

在此例中，

摆动导辊的直径：50mm

摆动角θ：±10°

摆动幅度D：±4.4mm

距离La(mm)	500	200	80
				摆动幅度D/距离La	0.0088	0.022	0.055
光纤的扭绞数目(每米的扭绞数)	1.5	4	15

其中偏转限制导辊组件与摆动导辊间光纤在其两侧都未接触到导辊的距离La如上所述，摆动导辊和固定导辊之间光纤在其两侧都未接触导辊的距离Lb等于500mm。

根据表2和3所示的结果，可以理解到当摆动幅度D/距离La的值，即摆动幅度D和偏转限制导辊组件与摆动导辊间光纤与这两端都未接触到的距离La之间的比率增加，光纤的扭绞变多。为了使光纤的扭绞等于或大于每米一个扭绞，摆动幅度D/距离La的值应当大约等于或大于0.005。换句话说，在摆动幅度相同的例子中，如果为了减小光纤在两端都未接触到辊子的距离而减小偏转限制导辊组件和摆动导辊之间的轴向距离，会得到等于或大于所需扭绞数的光纤扭绞数。

在光纤接触到偏转限制导辊的情况下，当偏转限制导辊组件与摆动导辊间光纤与这两端都未接触到的距离为La，摆动导辊和固定导辊之间光纤与这两端都未接触到的距离为Lb，摆动导辊的摆动幅度为D，且光纤在辊表面的滑动不考虑在内时，由于光纤在摆动导辊的辊表面的旋转运动而引起的光纤围绕其轴的旋转运动和D/La+D/Lb成比例。

这里，当直径La和Lb中的较小的一个为L时，2×D/L＞D/La+D/Lb＞D/L，一般情况下得到围绕光纤轴的旋转运动近似与D/L成比例。所以，光纤围绕其轴的运动实际上决定于摆动导辊与偏转限制导辊组件或固定导辊之间的距离，无论哪个更接近摆动导辊。考虑到表2和3中所示的结果以及这个事实，为了在即使拉纤速度等于或大于250m/min时也能减小外径的变化，相信通过使D/L等于或大于0.005，即使摆动幅度减小也能使光纤的扭绞能等于或大于所需的每米一个扭绞。

图3(A)用于说明本发明第三个实施例中使用的偏转限制导辊组件及摆动导辊等，是摆动导辊附近的正视图。图3(B)，3(C)，3(D)分别是偏转限制导辊的侧视图，摆动导辊的俯视图，以及固定导辊的俯视图。摆动导辊和图1和2中所示的一样，固定导辊14和图2一样。然而，偏转限制导辊12′与图2中所示的偏转限制导辊组件12不同。

偏转限制导辊12′具有一个狭窄的V形沟槽。设置在偏转限制导辊12′前的摆动导辊13被如此设置以便由偏转限制导辊12′将光纤11在运动方向上弯曲α。角α优选在5°～45°的范围内，更优选的在10°～30°的范围内。当角α太小时，不能充分有效地限制偏转，反之，当角α太大时，不能再充分地自旋光纤。

从前述结果中，可以看出光纤11总是沿着偏转限制导辊12′的沟槽底部经过，减小了偏转限制导辊12′附近的偏转。沟槽底部的宽度近似等于光纤的外径。例如当外径为240μm时，沟槽底部的宽度优选为0.2～0.3mm。

因而，由于减小了偏转，即使当用来检测光纤涂层中的气泡的非接触型气泡传感器被设置在偏转限制导辊12′附近和不在摆动导辊一侧的位置时，例如，类似于由气泡传感器对产品是优质还是劣质的不精确判定就不会发生。通过使用具有一个狭窄的V形沟槽的偏转限制导辊，光纤不再被导辊挤压，能减小涂层从光纤上剥落的发生频率。由于光纤旋转的向上传递总是均匀一致的，能使光纤得到均匀的扭绞。

Claims (3)

1.一种制造光纤的方法，其中一光纤预制棒通过加热而被软化以向下拉出裸光纤，并涂覆此裸光纤，以便在裸光纤由于摆动导辊周期性摆动而围绕其轴自旋的同时制造出光纤，其中拉纤速度等于或大于250m/min，且为了扭绞光纤，由涂覆裸光纤而形成的光纤最先接触到的摆动导辊的辊表面的摆动幅度等于或小于±7mm，但在与竖轴垂直的方向上等于或大于±0.5mm。

2.如权利要求1所述的制造光纤的方法，其中在用于形成涂层的涂覆装置和摆动导辊之间设置一偏转限制导辊组件，并且在摆动导辊的光纤向其运动的一侧设置一固定导辊，其中，令摆动导辊的摆动幅度为±D(mm)，在光纤在其两侧都未接触导辊的地方偏转限制导辊组件和摆动导辊之间的距离为La(mm)，在光纤在其两侧都未接触导辊的地方摆动导辊和固定导辊之间的距离为Lb(mm)，而且距离La和Lb中较小的一个为L(mm)，则满足关系式D/L＞0.005。

3.一种制造光纤的方法，其中一光纤预制棒通过加热而被软化以向下拉出裸光纤，并涂覆此裸光纤，以便在裸光纤由于摆动导辊周期性摆动而围绕其轴自旋的同时制造出光纤，其中具有狭窄的V形沟槽的偏转限制导辊在用于形成涂层的涂覆装置和摆动导辊之间，其旋转轴水平地设置，其中摆动导辊被设置在允许偏转限制导辊以预定角度使光纤的运动方向弯曲的位置，并且其中已被涂覆的光纤沿着偏转限制导辊和摆动导辊经过以扭绞光纤。

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