DE19635287C2

DE19635287C2 - Oven for spinning an optical fiber

Info

Publication number: DE19635287C2
Application number: DE19635287A
Authority: DE
Inventors: Mun-Hyun Do
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: DE19635287A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zum Spinnen einer Lichtleitfaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an oven for spinning an optical fiber according to the preamble of claim 1.

Ein solcher, aus der DE 42 28 955 A1 bekannter Ofen zum Spinnen einer Lichtleitfaser umfasst eine Einlassöffnung zum Einführen eines Vorformlings und eine Auslassöffnung zum Herausführen des durch eine Heizvorrichtung erwärmten Lichtleitfaser-Vorformlings. Ein oberer Ofendeckel begrenzt die Einlassöffnung, und ein unterer Ofendeckel begrenzt die Auslassöffnung. Jeweils seitlich befindet sich am oberen bzw. unteren Ofendeckel eine Öffnung zum Einleiten von Inertgas in den Ofen und zum Herausleiten des Inertga ses aus dem Ofen.Such an oven, known from DE 42 28 955 A1, for spinning an optical fiber includes an inlet opening for inserting a preform and an outlet opening to lead out the optical fiber preform heated by a heater. An upper furnace cover delimits the inlet opening and a lower furnace cover delimits the outlet opening. Each is located on the top or bottom of the furnace lid an opening for introducing inert gas into the furnace and for discharging the inert gas ses out of the oven.

Fig. 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild eine Vorrichtung zum Spinnen einer Licht leitfaser. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Verfahren zum Spinnen der Lichtleitfaser beschrieben. Fig. 1 shows schematically as a block diagram a device for spinning an optical fiber. A method of spinning the optical fiber will now be described with reference to FIG. 1.

Ein Lichtleitfaser-Vorformling 100 wird langsam in einen Ofen 102 durch den Positionie rungsmechanismus einer Positionssteuerung 116 eingeführt. Die Temperatur innerhalb des Ofens beträgt gewöhnlich einige 1000°C, und typischerweise 2100°C bis 2300°C. Bei dieser Temperatur kann eine nackte Lichtleitfaser 118 aus dem Vorformling 100 durch ein sich verjüngendes Ende herausgezogen werden. Eine Antriebsrolle 110 sorgt für die Zugkraft, die auf die nackte Lichtleitfaser 118 einwirkt.An optical fiber preform 100 is slowly inserted into an oven 102 by the positioning mechanism of a position controller 116 . The temperature inside the oven is usually several 1000 ° C, and typically 2100 ° C to 2300 ° C. At this temperature, a bare optical fiber 118 can be pulled out of the preform 100 through a tapered end. A drive roller 110 provides the tensile force that acts on the bare optical fiber 118 .

Ein Außendurchmesserdetektor 104 bestimmt, ob der Außendurchmesser der Lichtleit faser einem vorbestimmten Wert (typischerweise 125 km) entspricht, und liefert das Er gebnis an eine Durchmessersteuerung 114. Die Durchmessersteuerung 114 steuert die Antriebsrolle 110 so, dass der Durchmesser der nackten Lichtleitfaser auf 125 µm gehalten wird. In Reaktion auf Steuersignale von der Durchmessersteuerung 114 dreht sich die Antriebsrolle 110, um auf diese Weise die Zugkraft einzustellen, die auf die Lichtleitfaser einwirkt. Eine primäre Beschichtungseinheit 106 und eine sekundäre Be schichtungseinheit 108 beschichten die hinausgehende Lichtleitfaser mit einem schüt zenden Acrylharz oder einem schützenden Silikonharz. Dieser Vorgang wird bei relativ kalten, nackten Lichtleitfasern durchgeführt. Nach dem voranstehend geschilderten Vorgang wird die Lichtleitfaser, die durch die Zugkraft der Antriebsrolle 110 herausgezogen wird, um eine Spule 112 herum aufgewickelt.An outside diameter detector 104 determines whether the outside diameter of the optical fiber corresponds to a predetermined value (typically 125 km) and supplies the result to a diameter controller 114 . The diameter controller 114 controls the drive roller 110 so that the diameter of the bare optical fiber is kept at 125 μm. In response to control signals from the diameter controller 114 , the drive roller 110 rotates to thereby adjust the tensile force acting on the optical fiber. A primary coating unit 106 and a secondary coating unit 108 coat the outgoing optical fiber with a protective acrylic resin or a protective silicone resin. This process is carried out with relatively cold, bare optical fibers. After the above operation, the optical fiber drawn out by the pulling force of the drive roller 110 is wound around a spool 112 .

Fig. 2 zeigt im Schnitt den Aufbau eines Ofens einer konventionellen Vorrichtung zum Spinnen von Lichtleitfasern. Innerhalb des Ofens 60, der einen Vorformling 70 bei hoher Temperatur verflüssigt, um eine Lichtleitfaser 90 herauszuspinnen, ist ein Heizelement 78 so angebracht, dass es durch elektrische Widerstandsheizung eine erhebliche Wär memenge erzeugt. Um das Heizelement 78 herum ist ein Isolator 80 vorgesehen, um zu verhindern, dass die von dem Heizelement 78 erzeugte Wärme auf die Umgebung über tragen wird. Eine Bodenbuchse 84, die aus Graphit besteht, ist um das Bodenende in dem Heizelement 78 herum angeordnet. An der Oberseite des Heizelements 78 ist ein Gasdiffusor 76 vorgesehen, um Inertgase 92 zur Verfügung zu stellen. Der Gasdiffusor 76 weist ein dünnes Quarzrohr 74 auf, das an seinem oberen Ende angebracht ist, um Inertgase 92 abzuziehen. Am Boden einer verlängerten Einheit 86, die auf dem Bode nende des Ofens 60 angebracht ist, ist eine Irisblende 88 angebracht, um die Größe des Lochs zu steuern, durch welches die Lichtleitfaser 90 abgezogen wird. Fig. 2 shows in section the structure of a furnace of a conventional device for spinning optical fibers. Inside the furnace 60 , which liquefies a preform 70 at high temperature to spin out an optical fiber 90 , a heating element 78 is mounted in such a way that it generates a considerable amount of heat by electrical resistance heating. To the heating element 78 around an insulator 80 is provided to prevent the heat generated by the heating element 78 is discharged to the environment over. A bottom bushing 84 made of graphite is disposed around the bottom end in the heating element 78 . A gas diffuser 76 is provided on the top of the heating element 78 to provide inert gases 92 . The gas diffuser 76 has a thin quartz tube 74 attached at its upper end to withdraw inert gases 92 . At the bottom of an elongated unit 86 , which is attached to the bottom end of the oven 60 , an iris 88 is attached to control the size of the hole through which the optical fiber 90 is withdrawn.

Die voranstehend geschilderte Vorrichtung zum Spinnen einer Lichtleitfaser verflüssigt den Vorformling 70 bei hohen Temperaturen, normalerweise oberhalb von 2000°C, in dem Ofen 60, um eine Lichtleitfaser 90 mit einem Durchmesser von 125 µm zu spinnen. Normalerweise wird ein Graphitwiderstandsofen 60 verwendet. Allerdings erzeugt bei hohen Temperaturen der Graphitwiderstandsofen 60 Graphitpulver, und dieses könnte die mechanischen Eigenschaften der Lichtleitfaser 90 negativ beeinflussen.The above-described optical fiber spinning apparatus liquefies the preform 70 in the furnace 60 at high temperatures, usually above 2000 ° C., to spin an optical fiber 90 with a diameter of 125 μm. A graphite resistance furnace 60 is normally used. However, the graphite resistance furnace 60 produces graphite powder at high temperatures and this could adversely affect the mechanical properties of the optical fiber 90 .

Aus diesem Grund ist der Graphitwiderstandsofen 60 mit dem Gasdiffusor 76, 77 verse hen. Der Gasdiffusor 76, 77 veranlasst Inertgas 92, beispielsweise Argon oder Helium, in den Ofen 60 hineinzufließen, um eine Lichtleitfaser 90 mit gleichmäßiger Qualität zu er halten. Dann verlassen die Inertgase den Ofen über einen ersten Spalt 72, der zwischen dem dünnen Quarzrohr 74 und dem Vorformling 70 vorhanden ist, der sich an der Ober seite des Ofens 60 befindet. Bei einem typischen Druck innerhalb des Ofens 60, der durch die zugeführten Inertgase 92 hervorgerufen wird, und einem gleichmäßigen Fluss der Inertgase 92 sollten sich stabile Zustände in dem Ofen 60 einstellen. Um diese Be dingungen zu erzielen, wird ein dünnes Quarzrohr 74 auf der Oberseite des Ofens 60 angebracht, so dass der Vorformling 70 durch das Quarzrohr 74 eingeführt wird, und sich zum Zentrum des Ofens 60 bewegt, während der Spalt zwischen dem Quarzrohr 74 und dem Vorformling 70 auf etwa 1 mm gehalten wird. For this reason, the graphite resistance furnace 60 is hen with the gas diffuser 76 , 77 verse. The gas diffuser 76 , 77 causes inert gas 92 , for example argon or helium, to flow into the furnace 60 in order to maintain an optical fiber 90 of uniform quality. Then the inert gases leave the furnace through a first gap 72 , which is present between the thin quartz tube 74 and the preform 70 , which is located on the upper side of the furnace 60 . With a typical pressure inside the furnace 60 caused by the supplied inert gases 92 and a steady flow of the inert gases 92 , stable conditions should arise in the furnace 60 . To achieve these conditions, a thin quartz tube 74 is placed on top of the furnace 60 so that the preform 70 is inserted through the quartz tube 74 and moves to the center of the furnace 60 while the gap between the quartz tube 74 and the Preform 70 is held at about 1 mm.

In dem Ofen 60 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ändern sich die Bedingun gen innerhalb des Ofens 60 drastisch, wenn ein Vorformling 70 mit einem geringfügig geänderten Durchmesser durch den oberen Abschnitt des Ofens 60 hindurchgeht. Dies liegt daran, dass die Inertgase 92 den Ofen verlassen, ohne dass ihr Fluss wesentlich eingeschränkt wird, und führt zu einer Beeinträchtigung der Qualität der hergestellten Lichtleitfasern 90.In the furnace 60 having the above structure, the conditions within the furnace 60 change drastically when a preform 70 with a slightly changed diameter passes through the upper portion of the furnace 60 . This is because the inert gases 92 leave the furnace without significantly restricting their flow and lead to a deterioration in the quality of the optical fibers 90 produced .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ofen so zu verbes sern, dass bei sich änderndem Durchmesser des in den Ofen eingeführten Vorformlings die Qualität der hergestellten Lichtleitfaser nicht beeinträchtigt wird.The invention has for its object to verbes a generic oven that the diameter of the preform inserted into the furnace changes the quality of the optical fiber produced is not impaired.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angege benen Merkmale gelöst.This object is indicated by the characterizing part of claim 1 characteristics resolved.

Erfindungsgemäß ist entlang des Innenumfangs der Einlassmuffe mindestens eine Nut ausgebildet, die zur Erhöhung des Widerstandes gegen den Fluss des nach außen strömenden Inertgases wirkt. Der Innendurchmesser der Einlassmuffe ist 0,5 mm bis 8 mm größer als der Durchmesser des Vorformlings. Obwohl der Vorformling damit einen vergleichsweise großen Toleranzbereich des Durchmessers aufweisen kann, bzw. ver schieden dimensionierte Vorformlinge durch die Einlassöffnung eingebracht werden können, wird eine übermäßiges Herausströmen des Inertgases durch eine Einlassöff nung der Nut auf eine einfache und sichere Weise verhindert.According to the invention, there is at least one groove along the inner circumference of the inlet sleeve trained to increase resistance to the flow of the outside flowing inert gas acts. The inside diameter of the inlet sleeve is 0.5 mm to 8 mm larger than the diameter of the preform. Although the preform is one can have a comparatively large tolerance range of the diameter, or ver different sized preforms are introduced through the inlet opening excessive flow of the inert gas through an inlet opening Prevention of the groove in a simple and safe way.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawings. In it show:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Spinnen einer Licht leitfaser; Figure 1 is a general block diagram of an apparatus for spinning an optical fiber.

Fig. 2 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Ofens einer konventionellen Vor richtung zum Spinnen einer Lichtleitfaser nach dem Stand der Technik; Fig. 2 is a sectional view of the structure of a furnace of a conventional device for spinning an optical fiber according to the prior art;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Aufbaus des Ofens einer Vorrichtung zum Spinnen einer Lichtleitfaser gemäß der vorliegenden Erfindung; und Fig. 3 is a sectional view showing the structure of the furnace of an apparatus for spinning an optical fiber according to the present invention; and

Fig. 4A und 4B jeweils schematische Schnittansichten des Aufbaus der Einlass muffe, die auf der Oberseite des Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist. FIGS. 4A and 4B are schematic sectional views showing the structure of the inlet sleeve, which is in accordance with the present invention mounted on the top of the furnace.

Nunmehr wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzel nen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.A preferred embodiment of the present invention will now be described in detail NEN described with reference to the accompanying figures.

Fig. 3, Fig. 4A und 4B sind Schnittansichten des Ofens und der Einlassmuffe zum Spin nen einer Lichtleitfaser gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein Heizelement 24 zur Erzeugung hoher Temperaturen durch elektrische Widerstandsheizung in einem Ofen 10 vorgesehen ist. Fig. 3, Fig. 4A and 4B are sectional views of the furnace and the inlet sleeve to the spinning NEN an optical fiber according to the present invention, in which a heating element 24 is provided for generating high temperatures by electrical resistance heating in a furnace 10.

Das Element 24 verflüssigt einen Vorformling 12, damit eine Lichtleitfaser 40 gesponnen werden kann. Ein Isolator 30 ist um das Heizelement 24 herum vorgesehen, um zu ver hindern, dass die von dem Heizelement 24 erzeugte Wärme auf die Umgebung übertra gen wird. Eine Graphitbodenmuffe 34 ist um den Innenboden des Heizelements 24 her um angeordnet. Ein Gasdiffusor 20 und 21 zum Liefern von Inertgasen 28 ist oben und unten auf dem Heizelement 24 vorgesehen. Eine Einlassmuffe 16 ist auf der Oberseite des Gasdiffusors 20 so angebracht, dass sie mit der Zentrumsachse des Heizelements 24 ausgerichtet ist, um Druckschwankungen innerhalb des Heizelements 24 und eine Änderung der Flussrate der Inertgase 28 zu minimalisieren. Der Innendurchmesser der Einlassmuffe 16 ist größer als der Durchmesser des Vorformlings 12, und zwar um mehr als zumindest 0,5 mm, jedoch nicht mehr als 8 mm.The element 24 liquefies a preform 12 so that an optical fiber 40 can be spun. An insulator 30 is provided around the heater 24 to prevent the heat generated by the heater 24 from being transferred to the environment. A graphite bottom sleeve 34 is arranged around the inner bottom of the heating element 24 . A gas diffuser 20 and 21 for supplying inert gases 28 is provided on the top and bottom of the heating element 24 . An inlet sleeve 16 is mounted on top of the gas diffuser 20 so that it is aligned with the central axis of the heating element 24 to minimize pressure fluctuations within the heating element 24 and a change in the flow rate of the inert gases 28 . The inner diameter of the inlet sleeve 16 is larger than the diameter of the preform 12 , namely by more than at least 0.5 mm, but not more than 8 mm.

Die Einlassmuffe 16 ist mit zumindest einer gleichmäßigen Nut 18 um ihren Innenumfang herum versehen, um einen großen Widerstand gegen den Fluss der hinausgehenden Inertgase 28 zu verhindern. Der Innendurchmesser B der Nut 18 ist größer als der In nendurchmesser C der Einlassmuffe um zumindest 1 mm (die Tiefe beträgt daher zu mindest 0,5 mm), die Breite D der Nut 18 beträgt zumindest 1 mm, die Entfernung E zwi schen Nuten beträgt zumindest 1 mm, und die Höhe A der Einlassmuffe 16 beträgt zu mindest 10 mm. Darüber hinaus ist die Form der Einlassmuffe 16 so gewählt, dass die Höhe A und der Innendurchmesser B der Einlassmuffe 16 den Wert von 450 mm bzw. 53 mm aufweisen, der Innendurchmesser C der Nut 18 den Wert 56 mm hat (also die Tiefe s gleich 1,5 mm ist), die Breite D der Nut 18 den Wert 0,5 mm aufweist, und die Entfernung E zwischen den Nuten 18 den Wert von 5 mm hat. Zumindest zwei Nuten 18 können mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sein.The inlet sleeve 16 is provided with at least one uniform groove 18 around its inner circumference to prevent great resistance to the flow of the outgoing inert gases 28 . The inside diameter B of the groove 18 is larger than the inside diameter C of the inlet sleeve by at least 1 mm (the depth is therefore at least 0.5 mm), the width D of the groove 18 is at least 1 mm, the distance E between the grooves at least 1 mm, and the height A of the inlet sleeve 16 is at least 10 mm. In addition, the shape of the inlet sleeve 16 is chosen such that the height A and the inner diameter B of the inlet sleeve 16 have the value of 450 mm and 53 mm, respectively, and the inner diameter C of the groove 18 has the value 56 mm (i.e. the depth s is the same) 1.5 mm), the width D of the groove 18 has the value 0.5 mm, and the distance E between the grooves 18 has the value 5 mm. At least two grooves 18 can be provided with different diameters.

Am Boden einer Verlängerungseinheit 36, die unter dem Ofen 10 angebracht ist, ist eine Irisblende 38 vorgesehen, um die Abmessungen des Lochs zu steuern, durch welches Lichtleitfasern abgezogen werden. An iris 38 is provided at the bottom of an extension unit 36 , which is mounted under the furnace 10 , to control the dimensions of the hole through which optical fibers are drawn.

Bei einem derartigen Ofen wird der Lichtleitfaser-Vorformling 12 in den Ofen 10 durch das Zentrum der Einlassmuffe 16 hindurch eingeführt, und verlassen die Inertgase 28 den Ofen 10 durch einen ersten Spalt 14 zwischen dem Vorformling 12 und der Muffe 16. Während die Inertgase 28 den Ofen verlassen, ist die Auswirkung dieses Vorgangs auf die Bedingungen innerhalb des Ofens 10 relativ gering, da die Einlassmuffe 16 des Ofens 10 eine Höhe A aufweist, die größer ist als jene des Ofens 60 nach dem Stand der Technik, und da die Innenoberfläche der Muffe 16 mehrere Nuten 18 mit unterschiedli chen Durchmessern aufweist, so dass ein großer Widerstand gegen den Fluss der Inert gase 28 vorhanden ist, wenn diese den Ofen 10 durch den ersten Spalt 14 verlassen.In such a furnace, the optical fiber preform 12 is inserted into the furnace 10 through the center of the inlet sleeve 16 and the inert gases 28 exit the furnace 10 through a first gap 14 between the preform 12 and the sleeve 16 . As the inert gases 28 exit the furnace, the effect of this process on the conditions within the furnace 10 is relatively small since the inlet sleeve 16 of the furnace 10 has a height A that is greater than that of the prior art furnace 60 , and since the inner surface of the sleeve 16 has a plurality of grooves 18 with differing diameters, so that there is great resistance to the flow of the inert gases 28 when they leave the furnace 10 through the first gap 14 .

Daher kann dieser Ofen die Beeinträchtigung der Qualität von Lichtleitfasern minimalisie ren, die von der Änderung der Bedingungen innerhalb des Ofens herrührt, selbst wenn ein Vorformling mit einer Hilfsquarzstange mit unterschiedlichem Durchmesser verbun den wird. Darüber hinaus weist der Ofen eine Einlassmuffe auf, welche Schwankungen der Flussgeschwindigkeit der Inertgase minimalisiert, und des Drucks innerhalb des O fens, selbst wenn der Vorformling mit einer Hilfsquarzstange mit einigen lokalen Durch messeränderungen verbunden wird.Therefore, this furnace can minimize the deterioration in the quality of optical fibers due to the change in conditions inside the furnace, even if a preform with an auxiliary quartz rod of different diameters that will. In addition, the oven has an inlet sleeve, which fluctuations the flow rate of the inert gases is minimized, and the pressure within the O fens, even if the preform has an auxiliary quartz rod with some local through knife changes is connected.

Claims

1. furnace for spinning an optical fiber ( 40 ), with
an inlet opening and an outlet opening,
a heater ( 24 , 30 ) for heating an optical fiber preform ( 12 ) which is inserted through the inlet opening and for pulling out a bare optical fiber from the outlet opening,
a device ( 21 , 22 ) for generating a flow of an inert gas ( 28 ) from inside the furnace ( 10 ) to the outside, and
an inlet sleeve ( 16 ) in which the inlet opening is formed,
characterized by
that along the inner circumference of the inlet sleeve ( 16 ) forms at least one groove ( 18 ) to increase the resistance to the flow of the inert gas flowing through the inlet opening to the outside ( 28 ), and
that the inner diameter of the inlet sleeve ( 16 ) is 0.5 mm to 8 mm larger than the diameter of the preform ( 12 ).

2. Oven according to claim 1, characterized in that the groove ( 18 ) is formed uniformly around the circumference with a uniform depth.

3. Oven according to claim 1 or 2, characterized in that the depth of the groove ( 18 ) is at least 0.5 mm, the width of the groove ( 18 ) is at least 1 mm, and the axial length of the inlet sleeve ( 16 ) is at least 10 mm is.

4. Oven according to claim 1, characterized in that more than one groove ( 18 ) is provided and that the distance between the grooves ( 18 ) is at least 1 mm.

5. Oven according to claim 4, characterized in that the axial length of the inlet sleeve ( 16 ) is 450 mm and its inner diameter is 53 mm, the depth of each groove ( 18 ) is 1.5 mm, the width of each groove ( 18 ) 5 mm is, and that the distance between the grooves ( 18 ) is 5 mm.

6. Oven according to claim 1, characterized in that the inlet sleeve ( 16 ) has at least two grooves ( 18 ) with different depths.

7. Oven according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Heizvor direction has an electric heating element ( 24 ).

8. Oven according to claim 7, characterized by an insulating device ( 30 ) which surrounds the heating element ( 24 ) in order to prevent heat generated by the heating element ( 24 ) from escaping into the environment.

9. Oven according to one of claims 1 to 8, characterized by a graphite base sleeve ( 34 ) which is surrounded by the heating element ( 24 ), and is arranged in the vicinity of the outlet opening.

10. Oven according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device for generating a flow of inert gas has a gas diffuser ( 20 , 21 ) which is arranged in the vicinity of the inlet sleeve ( 16 ) and the bottom of the heating element ( 24 ) is.

11. Oven according to one of claims 1 to 11, characterized in that the outlet opening is formed by an adjustable iris diaphragm ( 38 ) which is arranged in an extension unit ( 36 ).