CN85104138A - 光学纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

制造光纤的一种棒管法中，棒和管是以不同速率送入炉子的加热区棒件相对于管子的装配方式，应使管子在加热区软化塌缩在棒上时，该棒件能自动取中，当棒件的进给速率大于管子的速率时，就会产生自动取中的力。拉制光纤时应由一联机的光纤芯径/外径比监视器监控。利用反馈的信号驱动管棒送入机构，并借此对光纤的芯径/外径比作出精确地控制。将预制棒以高于此大质量管件的进给速率送入加热区，并在前一根棒用完后间续地将后一根棒不断补送入管件内的方法，能获得很长的光纤。

Description

光学纤维的制备方法

本发明论述光学纤维（以下简称光纤）制备方法，特别要讨论以棒管法来制备石英玻璃质的光纤。

在本发明专门涉及而又不局限于此的光纤棒管法制造中，将包括形成光纤芯料的玻璃棒及其包层结构件的预制棒放入一玻璃套管中，用该套管来增加上述这种芯料-包层复合件的横截面积。然后将预制棒和套管的组合件降放到炉中。在高温区，套管软化塌缩在预制棒上形成单一的整体，然后向下拉制成光纤。影响光纤成品质量的因素有许多，包括该组合件的运动速率、拉丝速率、炉子温度、炉中的温场分布以及预制棒和管子的初始几何形状。本发明的棒管法中通过给预制棒加上套管这一材料以扩大预制件的光纤产率。为了使制成的光纤具有正确的芯径外径比，考虑到预制棒本身的光学材料一般都会变化而使尺寸过大，故需要用一定横截面积的套管来将其径度减小到制成光纤的正确几何结构。

本发明提供了一种制造光纤的棒管法，其中，棒和管送入炉子高温区的速率是不同的，棒的送入速率大于管的送入速率，棒料相对于管子的安装方式，要保证在高温区管子软化并塌缩到棒上时，棒料可以自动取中。

本发明的实施例可对照附图描述如下：

图1为棒管结构塌缩和拉丝基本过程的示意图;

图2a和2b分别表示常规棒管法工艺中的下拉区和按照本发明工艺的下拉区;

图3表示实现光纤连续拉制的方法。

首先参看图1，棒管法中基本的塌缩和拉丝工艺是，将预制棒1预先和套管2对中放置（具体方法未示出），然后，两者以一预定速率一起向下运动通过炉子3，接着，从底端以一相应的预定速率拉制成光纤4。迄个为止，一直是通过玻璃吹制技术或机械的双卡盘结构，使预制棒在套管内预先取中，并使预制棒与套管两者在其上端相互牢牢地固定。不论这种预先同轴套放的精度有多高，如果管和（或）预制棒发生弯曲，就会使非同心度合在全长范围内“冻结于”全长范围内。这会导致最终拉制成的光纤在相应部分上使芯子相对于外径不同心。

业已发现，如果使棒和管以不同速率进入炉子，则不需专门选择套管的横截面积，也可控制光纤维的芯径外径比。这就是说，构成光纤的预制棒和套管的质量比，对任一给定时间都是可变的，这一比值的大小取决于相对送进速率和横截面积。上述方法的一个例子是，当选择的套管其质量约为所需质量两倍时，在此条件下来实现正确的芯径外径比。此时，将预制棒的进给速率也控制在约为套管进给速率两倍的范围内。这两个速率的精确比值要取决于具体预制棒的芯径外径比。图2a表明标准棒管法中下拉区的形状，图2b表明棒的进给速率比管子进给速率快得多的情况下，下拉区的形状，二者的速率比约为3.3比1。图2a中通常的凹形下拉区的纵剖面;被图2b中棒和管之间在新月型5处下的凸形纵剖面所代替。在后一情况下，产生了一种作用力，使棒料进入高温区。我们还发现，在棒管法拉丝过程中，当预制棒的进给速率比套管快时，就会产生力使在高温区内开始收缩的管子中的棒常常能自动定中。应当考虑到重力、拉力、表面张力和管子下拉区的对称性等一类参数对此种现象都会有影响。这样，棒料就不应在管子内牢靠固定，相反，应允许它在管子中自动定中。在差速送料装置中的棒应能在管子的中央绕其端的其个点自由地枢动。为此，要采用一种光滑的枢轴机构，例如，采用一种框架机构。这样，就可使下拉区和管内预制棒获得良好的径向对称性;反之，若采用通常的玻璃吹制或机械双卡盘法固定棒和管，尽管棒和管中间的新月型可能是平直的，也即在垂直于管子纵轴的单一平面中，但如果棒和管恰好完全同轴，实际上棒和管之间就会在下拉区出现不同轴现象，结果产生倾斜的新月型。在管和棒的进给率不同，而它们的安装方式又可使棒相对于管子运动的情况下，棒和管之间的新月型则完全为平直的。

差速供料方法可以获得对芯径外径比的连续控制。位于拉丝炉下联机的光纤芯径/外径比监视器，它输出的信号被耦合到（反馈到）用来产生棒和管相对前进的机构中。用这种方法即使芯径/外径比沿单个棒坯发生变化（如芯子的锥形引起的），也可对此预定的参数进行严密控制。这样，就可以更高的百分比来利用预制棒的长度，因为均匀的光纤可从那些初始的，本来要报废的不均匀预制中产生。为得到差速进给的棒和管，可采用各种驱动机构。套管和预制棒的进给装置实际上与通常用的一样，唯一和常规技术不一样的是这两个装置相互独立。

此外，差速进给的棒管法可用于涂覆适合正常拉丝温度的较薄涂层材料。一般，这样一类材料是用来改善光纤强度特性的。例如，二氧化钛掺杂的二氧化硅可用于会产生裂缝扩散的光纤表面的薄压缩层，以提高其延伸能力。用通常的棒管法给预制套上一层薄到足以产生上述效应的壁管是极端困难的，但是，如果管子包括全部所需材料采用这种差速送进方法，就能通过拉丝工序得到所需厚度的光纤。

具有增强作用薄层的另一实例是采用合成石英应用为套管材料。相对说来，该材料比一般用来制造光纤预制棒的熔化天然石英贵得多，但它可产生出很高强度的光纤。我们认为这可能是由于合成石英具有优良的均质性及不含有气泡和杂质。表面缺陷是造成低延伸率光纤断裂的原因，因此，合成石英的优越性在光纤的外部区域变得异常显著。不过，在通常的棒管法工艺中，是使合成石英套管和用熔化天然石英管制的预制棒相结合，这样能比全用合成石英结构的成本低，但我们这种差速进给技术提供了一种用高强度合成石英硅外套来经济地制造光纤的方法，因为该法可把套管的厚度控制到所需的最小值以获得足够的强度增加。

正如下面对照图3所描述的差速进给棒管法工艺还易实现生产很长的光纤那样。图中套管件10通过一套管机构12以一初速度进入炉子11，而预制棒13在套管中通过进给机构14，即图示的“交换式”机构送入炉子，当然，进给机构也可取其他形式。机构12和14相互联接，用以保证类似于前面所说的使棒13相对于管子顶部中心作枢轴运动。但是，在图3所示的工艺中，若干预制棒13间续地送入套管顶端，套管最初具有的质量比所需的多得多，以保证对单根预制棒能获得所需的几何形状。这种间续式的送入技术，使我们能以连续、非接触因而可保证清洁外表面的组合件，拉制出很长的单丝。制成的光纤具有一致的直径和强度特性，即使在内部预制棒的接合点处也是如此。内部的预制棒可在送入套管口之前先行熔接（如图中心处），这道工序可和拉丝工序联机进行，也可在开始拉丝作业前，按照一次生产用量制成很长的一根预制棒。或者，把预制棒间续地送入套管顶部，维持正确的进给速率所需的压力;通过上面各段向下传递，使其作用在预制棒进入高温区的那部分上。预制棒的端面预加工成使相邻两端在高温区变软时可结合的形状。为了控制端部的同轴准直，例如可通过套管口和预制棒坯外径之间保持紧配合来实现。

按以上所述，这种差速进给的棒管法保证了“连续”的光纤生产。最终的单元长度仅受套管件质量的限制，而套管件的质量可以取得很大。例如，撇开预制棒的质量不论，用一根长×内径×外径为1000毫米×20毫米×40毫米重10公斤的套管，即可生产出粗125微米、长370公里的光纤。按当前的预制棒直径和预制棒对套管材料的质量比，这样的组合件能用上述尺寸和重量的套管和21.5米的预制棒拉制出660公里的光纤。要是在向下拉伸的各段预制棒之间作连接，则可能导致对光纤本身特性的损害，但即使这样，本工艺也还是有其优越性的，这是因为可将这些连接区切掉，使光纤的有用长度仍超过棒管法中采用单根预制棒生产光纤的有效长度，这时光纤产率的损失主要发生在拉丝开始时，由于光纤直径和涂覆条件等非选择性工艺参数引起的。

Claims (8)

1、一种制造光纤的棒管法，其特征在于将预制棒(1)和管子(2)送入炉子的加热区时是不等速的，棒速大于管速，且预制棒相对于管子的装配方式应允许管子在加热区软化塌缩在棒上时，棒件可以自动取中。

2、一项按照权利要求1的方法，其特征在于棒和管的配置方式使管的纵轴铅直，而棒件环绕管子顶部中心的位置作枢轴连接。

3、按照前述任何一项权利要求的一种方法，其特征在于对从棒和管拉制出的光纤的芯径/外径比进行联机监控，并对此作出响应以控制棒件和管子的相对进给速率，从而拉制出符合预定芯径/外径比的光纤。

4、按照权利要求3的一种方法，其特征在于管（10）相对于棒（13）的初始质量大于将棒涂覆到所需厚度的应有质量，并包括将棒（13）间续地送入管子顶部。

5、按照权利要求4的一种方法，其特征在于间续送入的棒是熔连成一整体的。

6、按照前述任何一项权利要求的一种方法，其特征在于这里的棒件，是由选用于形成光纤芯料的玻璃和一种芯子包层结构组成的预制棒。

7、按照权利要求6的一种方法，其特征在于管子是由那些能改善光纤性能的材料组成，而光纤在拉制过程中即自动涂上这种材料。

8、按照权利要求7的一种方法，其特征在于上述材料包括二氧化钛掺杂的石英或合成石英。

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