DE19904251A1

DE19904251A1 - Apparatus and method for drawing an optical fiber from a preform

Info

Publication number: DE19904251A1
Application number: DE19904251A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Lysson; Manuela Hahn; Frank Lisse; Jean-Francois Bourhis; Marc Jean-Pierre Le Nicolardot; Eric Lainet; Joel Jacques Lupette; Andre Yves Marie Dagorne
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-06-13
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 1999-12-16

Abstract

The present invention relates to a furnace for producing an optical fibre (2) from a preform (1), wherein said furnace comprises an inner space (4) with a geometrical axis along which the preform (1) is capable of displacement. The inner space includes a region (10) which extends along said axis and in which the melting temperature of the preform (1) material can be adjusted, wherein said temperature decreases at the axial ends of the inner space (4). This invention is characterised in that the generation of heat in the furnace and/or the emission of heat outside the inner space (4) varies along the axis. This invention further relates to a method for producing optical fibres.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zur Herstellung einer optischen Faser aus einer Vorform, wobei der Ofen einen Innenraum mit einer geometrischen Achse aufweist, entlang der die Vorform bewegbar ist, und in dem in einem Bereich entlang der Achse eine Temperatur einstellbar ist, bei der das Material der Vorform schmilzt, wobei die Temperatur zu den axialen Enden des Innenraumes abfällt. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung der Faser beschrieben.The invention relates to an oven for producing an optical fiber from a preform, the furnace having an interior with a geometric Has axis along which the preform is movable, and in which in one Range along the axis a temperature is adjustable at which the material of the Preform melts, the temperature to the axial ends of the interior falls off. A method for producing the fiber is also described.

Optische Fasern, insbesondere Glasfasern, weisen zur Führung des Lichtes in ihrem Inneren ein Brechzahlprofil auf, das in der Regel durch eine Kombination unterschiedlicher oder unterschiedlich dotierter Materialien erreicht wird. Die spezielle Ausbildung des Profils hängt von der Art der Faser ab, bei der es sich beispielsweise um eine Multimode-Gradientenfaser oder eine Einmodenfaser handeln kann. Da die unmittelbare Herstellung des geforderten Brechzahlprofils aufgrund des geringen Faserquerschnitts unpraktikabel ist, wird die Faser im Stande der Technik aus einer näherungsweise zylindrischen Vorform mit einem Radius im Bereich einiger cm gezogen. Für die Herstellung von Vorformen sind eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren bekannt, etwa die Innenbeschichtung eines Quarzglasrohres aus der Gasphase mit nachfolgender Kollabierung (CVD- Verfahren), die Außenbeschichtung eines Glaskerns aus der Gasphase (OVD- Verfahren), die axiale Beschichtung eines Substrates aus der Gasphase (VAD- Verfahren) oder das Einschieben eines Glaskerns in ein Glasrohr mit anschließender Verschmelzung (Stab-Rohr-Verfahren).Optical fibers, in particular glass fibers, point in to guide the light inside a refractive index profile, which is usually a combination different or differently doped materials is achieved. The Special training of the profile depends on the type of fiber that it is for example a multimode gradient fiber or a single mode fiber can act. Because the immediate production of the required refractive index profile is impractical due to the small fiber cross section, the fiber in the State of the art from an approximately cylindrical preform with a Radius drawn in the range of a few cm. For the manufacture of preforms a variety of different processes known, such as the inner coating a quartz glass tube from the gas phase with subsequent collapse (CVD Process), the outer coating of a glass core from the gas phase (OVD- Process), the axial coating of a substrate from the gas phase (VAD- Procedure) or inserting a glass core into a glass tube subsequent fusion (rod-tube process).

Ein Ende der Vorform wird durch Anschmelzen in einen zähflüssigen Zustand gebracht, der bei üblichen Quarzgläsern im Bereich von etwa 1900 bis 2200 K auftritt. In diesem Zustand läßt sich das Glas zu einem Faden geringer Dicke ausziehen, der die optische Faser bildet. Für das Erwärmen der Vorform sind Ziehöfen mit rotationssymmetrischem Innenraum gebräuchlich, in dem die Vorform entsprechend der als Faser ausgezogenen Materialmenge in axialer Richtung vorgeschoben wird. Dabei befindet sich der angeschmolzene Teil der Vorform, die sogenannte Ziehzwiebel, in demjenigen Bereich entlang der Achse des Ofens, dessen Temperatur maximal ist. Hingegen fällt die Temperatur in Richtung des von der Ziehzwiebel abgewandten Endes der Vorform sowie in Faserrichtung ab.One end of the preform is melted into a viscous state brought, the usual quartz glasses in the range of about 1900 to 2200 K. occurs. In this state, the glass can be made into a thin thread pull out, which forms the optical fiber. For preform heating Drawing yards with a rotationally symmetrical interior, in which the preform is used corresponding to the amount of material drawn out as a fiber in the axial direction is advanced. There is the melted part of the preform, the so-called onion, in the area along the axis of the furnace, whose temperature is maximum. On the other hand, the temperature drops in the direction of the onion end facing away from the preform and in the fiber direction.

Die Heizung des Ofens erfolgt beispielsweise mit einem hohlzylindrischen Widerstandselement aus Graphit, das den Innenraum umgibt und durch einen meist achsparallel angelegten Gleich- oder Wechselstrom erhitzt wird. Gebräuchlich sind auch Induktionsöfen, deren Innenraum gleichfalls von einem rohrförmigen Element umgeben ist, das z. B. aus Zirkonoxid oder Graphit besteht. Dabei wird der Stromfluß vom Feld einer das Rohr umgebenden Spule durch Induktion erregt. Zweckmäßig sind die Heizelemente des Ofens als austauschbarer Einsatz ausgebildet. Bekannte Ziehöfen weisen einen in axialer Richtung symmetrischen Aufbau zu ihrem Bereich maximaler Temperatur auf, insbesondere in bezug auf die Anordnung und Gestalt der Heizelemente. Entsprechend bildet sich im Inneren, speziell auf der Oberfläche der Wandung des Innenraums, ein symmetrisches Temperaturprofil zu diesem Bereich aus, wobei sich die Ziehzwiebel im Zentrum des Ofens befindet.The furnace is heated, for example, with a hollow cylindrical one Resistance element made of graphite that surrounds the interior and through a mostly parallel or alternating current is heated. Also common are induction furnaces, the interior of which is also from one tubular element is surrounded, the z. B. consists of zirconium oxide or graphite. The current flow from the field of a coil surrounding the tube is through Induction excited. The heating elements of the furnace are expediently interchangeable Use trained. Known drawing yards have one in the axial direction symmetrical structure to their range of maximum temperature, in particular in terms of the arrangement and shape of the heating elements. Forms accordingly itself inside, especially on the surface of the wall of the interior symmetrical temperature profile for this area, with the Onion is located in the center of the oven.

Zur Herstellung von Fasern mit speziellen Eigenschaften, etwa der optischen Dämpfung oder der mechanischen Festigkeit, ist es notwendig, eine vorgegebene Abkühlrate der Faser und/oder Geometrie der Ziehzwiebel einzustellen. Hierbei kann sowohl eine schnelle Abkühlung der Faser erforderlich sein als auch ein möglichst langes Halten der Ziehtemperatur. Im Stande der Technik wird dazu am Ziehofen eine Verlängerung angebracht, deren Temperatur gegebenenfalls einstellbar ist. Die Möglichkeit einer derartigen Beeinflussung der Fasertemperatur ist jedoch begrenzt. Insbesondere läßt sich die Abkühlrate nicht in unmittelbarer Umgebung der Ziehzwiebel variieren. Zudem erfordert die Anbringung einer Verlängerung einen hinreichenden Bauraum am Faseraustritt des Ziehofens, der bei Anordnung auf einem Faserziehturm oft nicht zur Verfügung steht.For the production of fibers with special properties, such as optical Damping or mechanical strength, it is necessary to have a predetermined Adjust cooling rate of the fiber and / or geometry of the onion. Here a quick cooling of the fiber may be required as well as a Keeping the drawing temperature as long as possible. In the state of the art on Drawing furnace attached an extension, the temperature of which if necessary is adjustable. The possibility of influencing the fiber temperature in this way is however limited. In particular, the cooling rate cannot be seen immediately Vary the surroundings of the onion. In addition, the attachment of a Extension of a sufficient installation space at the fiber exit of the drawing yard, the is often not available when arranged on a fiber drawing tower.

Ein weiteres Problem bei der Herstellung optischer Fasern besteht im zunehmenden Durchmesser der Vorformen, um die in einem Arbeitsgang herstellbare Faserlänge zu vergrößern. Damit auch in diesem Fall die zum Ziehen notwendigen Temperaturen erreicht werden, wird im Stande der Technik die Leistung der Ofenheizung erhöht, beispielsweise die Speiseleistung der Induktionsspule. In der Regel erfordert dies einen Austausch der Stromversorgungseinheit und ist somit kostenaufwendig. Weiterhin steigt dabei die Verlustleistung an, so daß eine verbesserte Kühlung des Ofens notwendig wird.Another problem in the manufacture of optical fibers is increasing diameter of the preforms in order to complete the operation extendable fiber length. So that in this case, too, to pull necessary temperatures are reached, the state of the art Oven heater output increases, for example the power output of the Induction coil. As a rule, this requires an exchange of the Power supply unit and is therefore expensive. Furthermore, the Power loss, so that an improved cooling of the furnace is necessary.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Entwicklung eines Ziehofens sowie eines Verfahrens zum Ziehen der Fasern zur Aufgabe gestellt, welche verbesserte Möglichkeiten zur Beeinflussung der Abkühlrate der Faser sowie der Form der Ziehzwiebel bieten und eine geringe Heizleistung des Ofens ermöglichen.Against this background, the invention has the development of a drawing furnace and a method for pulling the fibers improved options for influencing the cooling rate of the fiber and the Offer the shape of the onion and enable a low heating output of the furnace.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmeerzeugung des Ofens und/oder der Wärmeabfluß aus dem Innenraum entlang der Achse des Ofens variiert. Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser aus einer Vorform, die in einem Bereich maximaler Temperatur endseitig bis zur Schmelze erhitzt und zur Faser ausgezogen wird, wobei die Temperatur in Richtung der Längsachse der Faser beidseitig des Bereichs maximaler Temperatur abfällt, wird die Heizleistung und/oder die Wärmeableitung aus dem beheizten Bereich entlang der Faserlängsachse variiert und bevorzugt asymmetrisch zum Bereich maximaler Temperatur eingestellt.This object is achieved in that the heat generation the furnace and / or the heat flow from the interior along the axis of the Oven varies. In an advantageous method for producing an optical Fiber from a preform that ends up in a range of maximum temperature heated to melt and drawn to the fiber, the temperature in Direction of the longitudinal axis of the fiber on both sides of the maximum temperature range drops, the heating power and / or heat dissipation from the heated The area along the fiber longitudinal axis varies and is preferably asymmetrical to the Maximum temperature range set.

Der zentrale Gedanke der Erfindung besteht darin, im Ofen ein definiertes Temperaturprofil entlang seiner Achse einzustellen. Damit ist es möglich, die Abkühlrate der Faser bereits im Ofen zu beeinflussen und die Gestalt der Ziehzwiebel einzustellen. Zu diesem Zweck variiert die Wärmeerzeugung oder der Wärmeabfluß entlang der Achse des Innenraumes, wobei oft eine Kombination beider Maßnahmen von Vorteil ist. Zudem ist durch einen verringerten Wärmeabfluß, vorzugsweise in Verbindung mit einer gezielten Wärmeerzeugung im Bereich der Ziehzwiebel, eine verbesserte Heizeffizienz erreichbar. Damit lassen sich ohne Steigerung der maximalen Heizleistung des Ofens Vorformen mit größerem Durchmesser, etwa im Bereich um 10 cm, zum Ziehen der Faser verwenden.The central idea of the invention is to define a defined one in the furnace Set temperature profile along its axis. This makes it possible to Cooling rate of the fiber already affect in the oven and the shape of the Adjust the onion. For this purpose, the heat generation or the varies Heat flow along the axis of the interior, often a combination both measures is an advantage. It is also reduced by a Heat discharge, preferably in connection with targeted heat generation improved heating efficiency in the area of the onion. In order to can be preformed without increasing the maximum heating power of the furnace larger diameter, around 10 cm, for pulling the fiber use.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine in axialer Richtung asymmetrische Temperaturverteilung eingestellt, insbesondere auf der Wandung des Innenraums. Damit ist die Abkühlrate bereits im Innenraum des Ofens beeinflußbar, wobei die maximale Temperatur des Ofens in der Regel unverändert ist. Vorzugsweise wird der Bereich maximaler Temperatur zu einem axialen Ende des Ofens verschoben angeordnet. In der Folge entsteht ein asymmetrisches Temperaturprofil, das zu demjenigen Ende des Ofens schneller abfällt, das sich näher am Bereich maximaler Temperatur befindet, während der Abfall zum entgegengesetzten Ende hin langsamer erfolgt. Alternativ oder ergänzend kann der Temperaturgradient in der Umgebung des Bereichs maximaler Temperatur in beiden axialen Richtungen unterschiedlich groß sein. Beispielsweise kann die Temperatur vom Bereich maximaler Temperatur zu einem Ende des Ofens überwiegend nahe dem Rand des Innenraumes abfallen, während der Abfall zum anderen Ende stetig über einen ausgedehnten Bereich des Innenraumes erfolgt. Mit dem Temperaturprofil verändert sich auch die Geometrie der Ziehzwiebel, die von der Temperaturverteilung in ihrer Umgebung abhängt.In an advantageous embodiment of the invention, one in the axial direction asymmetrical temperature distribution set, especially on the wall of the interior. This means that the cooling rate is already inside the furnace can be influenced, the maximum temperature of the furnace usually is unchanged. Preferably, the range of maximum temperature becomes one axial end of the furnace shifted. As a result, a asymmetrical temperature profile that goes to that end of the furnace faster drops, which is closer to the maximum temperature range during the Decline to the opposite end is slower. Alternatively or In addition, the temperature gradient in the vicinity of the area can be maximal The temperature in both axial directions may be different. For example the temperature can range from the maximum temperature to one end of the The stove will mostly fall near the edge of the interior while the waste to the other end steadily over an extensive area of the interior he follows. The geometry of the changes with the temperature profile Drawing onion, which depends on the temperature distribution in its environment.

Die Lage des Bereichs maximaler Temperatur wird durch die Temperatur der Wandungen des Innenraums bestimmt, also durch Beeinflussung der lokalen Heizleistung und der Wärmeabflüsse aus der Wandung. Dabei erfolgt die Beeinflussung der Temperatur einzelner Bereiche von Vorform, Ziehzwiebel und Faser überwiegend durch radiativen Wärmetransport von den jeweils gegenüberliegenden Wandungsabschnitten. Daher ist es möglich, im Inneren des Ofens auf bekannte Weise einen laminaren Schutzgasstrom zu führen, der die Faser vor Verschmutzungen und den Ofen vor Oxidation schützt. Der Schutzgasstrom hat auf die Temperatur von Vorform und Faser einen erheblich kleineren Einfluß als die Wandungstemperatur, da seine Geschwindigkeit von den geometrischen Parametern des Ofens abhängt und der Wärmetransport im Ofen überwiegend durch Strahlung erfolgt. Somit entstehen durch den Gasstrom zum Schutz von Faser und Vorform vor Verschmutzungen keine signifikanten Veränderungen des eingestellten Temperaturprofils.The location of the maximum temperature range is determined by the temperature of the Walls of the interior determined, i.e. by influencing the local Heat output and the heat discharges from the wall. The Influencing the temperature of individual areas of the preform, onion and Fiber mainly through radiative heat transfer from each opposite wall sections. Therefore, it is possible inside the Oven in a known manner to carry a laminar protective gas stream, which the Fiber protects against dirt and protects the oven against oxidation. Of the Shielding gas flow has a significant impact on the temperature of the preform and fiber smaller influence than the wall temperature because its speed is different from the geometric parameters of the furnace depends and the heat transfer in the furnace mainly done by radiation. Thus, the gas flow creates Protection of fiber and preform against soiling no significant Changes in the set temperature profile.

Im Ergebnis werden die Möglichkeiten zur Variation der Abkühlrate der Faser und der Geometrie der Ziehzwiebel erheblich erweitert, so daß sich die Fasereigenschaften in größerem Maße einstellen lassen. Auf das Anbringen einer außenseitigen Verlängerung am Ziehofen kann in vielen Fällen verzichtet werden.As a result, the possibilities for varying the cooling rate of the fiber and the geometry of the onion significantly expanded, so that the Allow fiber properties to be adjusted to a greater extent. On attaching one In many cases, the extension on the outside of the drawing furnace can be omitted.

Die Beheizung des Ofens erfolgt vorzugsweise mit einer zum Beispiel aus Graphit oder Zirkoniumoxid bestehenden elektrisch leitfähigen Schicht, die den Innenraum in radialer Richtung umgibt. Die leitfähige Schicht bildet einen Bestandteil der Ofenwandung oder ist als rohrförmiges Element in den Ofen eingeschoben und bevorzugt austauschbar. Ein Stromfluß durch die Schicht kann sowohl durch Anlegen einer äußeren Spannung, vorzugsweise in axialer Richtung des Ofens, als auch induktiv bewirkt werden. Denkbar ist, daß die Schicht parallel zur Richtung des Stromflusses unterteilt ist.The furnace is preferably heated with a graphite, for example or zirconium oxide existing electrically conductive layer covering the interior surrounds in the radial direction. The conductive layer forms part of the Oven wall or is inserted as a tubular element in the oven and preferably interchangeable. A current flow through the layer can both through Applying an external voltage, preferably in the axial direction of the furnace, as can also be effected inductively. It is conceivable that the layer is parallel to the direction of the current flow is divided.

Um die Wärmeerzeugung bzw. den Wärmeabfluß zu variieren, ändert sich zweckmäßig der elektrische Widerstand oder die Wärmeleitfähigkeit der leitfähigen Schicht entlang der Achse des Ofens. Aufgrund der engen physikalischen Beziehungen beeinflussen sich beide Größen dabei im allgemeinen gegenseitig. Beispielsweise nimmt mit steigender Dicke der Schicht der elektrische Widerstand ab, während die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Schichtfläche, insbesondere in axialer Richtung des Ofens steigt.In order to vary the heat generation or the heat flow, changes expediently the electrical resistance or the thermal conductivity of the conductive Layer along the axis of the furnace. Because of the tight physical Relationships generally affect each other. For example, the electrical resistance increases with increasing layer thickness from, while the thermal conductivity parallel to the layer surface, especially in axial direction of the furnace increases.

Zur Einstellung von elektrischem Widerstand bzw. Wärmeleitfähigkeit bietet sich die Variation der Dicke der leitfähigen Schicht an. Im Fall einer Heizung des Ofens durch eine an die Schicht angelegte Spannung erfolgt die Wärmeerzeugung insbesondere in den Bereichen entlang seiner Längsachse, in denen die Schichtdicke gering ist. Hingegen werden bei induktiver Heizung speziell Bereiche größerer Schichtdicke erwärmt, da hier die Kopplung an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule optimiert ist.There is an option for setting electrical resistance or thermal conductivity the variation in the thickness of the conductive layer. In the case of heating the furnace heat is generated by a voltage applied to the layer especially in the areas along its longitudinal axis where the Layer thickness is low. In contrast, special areas are used for inductive heating greater layer thickness heated, since here the coupling to the electromagnetic Field of the induction coil is optimized.

Alternativ oder ergänzend kann das Material der leitfähigen Schicht entlang der Längsachse des Ofens variieren. Denkbar sind zu diesem Zweck beispielsweise unterschiedliche Dotierungen oder Zusammensetzungen des Materials.Alternatively or additionally, the material of the conductive layer along the Vary the longitudinal axis of the furnace. For this purpose, for example, are conceivable different doping or compositions of the material.

Im Bereich der maximalen Temperatur des Ofens ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit der leitfähigen Schicht parallel zu den Wandungen des Innenraumes bevorzugt, um eine gleichmäßige Temperatur zu gewährleisten. Dagegen nimmt die Wärmeleitfähigkeit zu den axialen Enden des Innenraumes zweckmäßig ab, damit Energieverluste aufgrund von Wärmeleitung in axialer Richtung vermieden werden.There is a high thermal conductivity in the area of the maximum temperature of the furnace the conductive layer parallel to the walls of the interior is preferred, to ensure a constant temperature. In contrast, the Thermal conductivity to the axial ends of the interior expediently so Energy losses due to heat conduction in the axial direction can be avoided.

Ein asymmetrisches Temperaturprofil im Inneren des Ofens läßt sich erzeugen, indem die leitfähige Schicht asymmetrisch zur axialen Mittelebene des Ofens ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann der leitfähige Querschnitt der Schicht asymmetrisch zur Mittelebene variieren, etwa indem die Schicht einseitig außerhalb der Mittelebene eine oder mehrere Querschnittsverengungen aufweist. Alternativ ist denkbar, daß der lokale elektrische Widerstand der Schicht asymmetrisch zur Mittelebene variiert, beispielsweise aufgrund einer in axialer Richtung veränderlichen Dotierung. An asymmetrical temperature profile inside the furnace can be created by making the conductive layer asymmetrical to the axial median plane of the furnace is trained. For this purpose, the conductive cross section of the layer vary asymmetrically to the median plane, for example by placing the layer on one side outside the center plane has one or more cross-sectional constrictions. Alternatively it is conceivable that the local electrical resistance of the layer is asymmetrical The central plane varies, for example due to an axial direction variable doping.

Im Fall einer induktiven Beheizung des Ofens sind eines oder mehrere Elemente vorhanden, welche einen veränderlichen, magnetischen Fluß in einer elektrisch leitfähigen Schicht um den Innenraum erzeugen. Vorzugsweise sind die Elemente mit Hoch- oder Mittelfrequenz betriebene Induktionsspulen in der Ofenwandung. Da der lokale Fluß in der Schicht mit zunehmendem Abstand von den erzeugenden Elementen abfällt, läßt sich ein asymmetrisches Temperaturprofil im Innenraum einstellen, indem die Elemente asymmetrisch zur Mittelebene des Ofens angeordnet sind. Denkbar ist, daß die Elemente gegenüber dem Innenraum axial verschiebbar sind, so daß sich auf einfache Weise unterschiedliche Temperaturprofile durch Änderung ihrer Position einstellen lassen.In the case of induction heating of the furnace, there are one or more elements present, which a variable, magnetic flux in an electrical Create a conductive layer around the interior. The elements are preferred Induction coils in the furnace wall operated with high or medium frequency. Since the local flow in the layer increases with distance from the generating elements, an asymmetrical temperature profile in the Adjust the interior by making the elements asymmetrical to the median plane of the Oven are arranged. It is conceivable that the elements compared to the interior are axially displaceable, so that they differ in a simple manner Have temperature profiles set by changing their position.

Um die notwendige Energie zur Beheizung zu verringern, umfaßt die Ofenwandung in der Regel eine Schicht aus isolierendem Material, die den Innenraum mit den Elementen zu seiner Beheizung in radialer Richtung umgibt. Variiert die Wärmeleitfähigkeit dieser Schicht entlang der Achse des Ofens, bildet sich auf der Wandung und im Innenraum des Ofens davon abhängig das Temperaturprofil aus. Daher besteht anstelle oder ergänzend zu den vorbeschriebenen Maßnahmen insbesondere die Möglichkeit, ein zur Mittelebene asymmetrisches Temperaturprofil auszubilden, indem der radiale Wärmeabfluß aus dem Innenraum asymmetrisch erfolgt. Beispielsweise kann die Dicke der Isolationsschicht zu einem axialen Ende des Innenraums linear oder nichtlinear zunehmen. Denkbar ist ferner, daß die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der isolierenden Schicht in axialer Richtung des Innenraums variiert.To reduce the energy required for heating, the furnace wall includes usually a layer of insulating material covering the interior with the Surrounds elements for its heating in the radial direction. Varies that Thermal conductivity of this layer along the axis of the furnace forms on the The temperature profile depends on the wall and inside the furnace. Therefore, instead of or in addition to the measures described above in particular the possibility of a temperature profile asymmetrical to the central plane train asymmetrically by the radial heat flow from the interior he follows. For example, the thickness of the insulation layer may be towards an axial end of the interior increase linearly or non-linearly. It is also conceivable that the specific thermal conductivity of the material of the insulating layer in axial The direction of the interior varies.

Im allgemeinen sind beide axialen Stirnseiten des Ofens mit einer Abdeckung versehen, die den Austritt von Schutzgas und Wärmeverluste aus seinem Innenraum reduziert und das Eindringen von Verschmutzungen vermeidet. Die Abdeckungen weisen Öffnungen auf, durch welche die Vorform in den Innenraum einschiebbar ist und die Faser austritt. Ein asymmetrisches Temperaturprofil ist im Innenraum erzeugbar, indem die Abdeckungen voneinander unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Im einfachsten Fall bestehen sie dazu aus Materialien unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit, d. h. eine Abdeckung aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder Messing und die andere aus schlechter wärmeleitfähigem Material, etwa Stahl. Ebenso kann eine Abdeckung zum Erzielen einer hohe Temperatur ihrer Oberfläche eine Beschichtung bzw. Auskleidung mit einem Material niedriger Wärmeleitfähigkeit aufweisen, etwa Keramik oder Quarz, oder die Dicke einer derartigen Schicht auf beiden Abdeckungen unterschiedlich sein.Generally both axial ends of the furnace are covered provided that the escape of protective gas and heat loss from its Reduced interior space and prevented the ingress of dirt. The Covers have openings through which the preform enters the interior can be inserted and the fiber emerges. An asymmetrical temperature profile is in the Interior can be created by the covers are different from each other Have temperatures. In the simplest case, they consist of materials different thermal conductivity, d. H. a cover made of one material good thermal conductivity like copper or brass and the other from bad thermally conductive material, such as steel. Coverage can also be achieved a high temperature of their surface with a coating or lining a material with low thermal conductivity, such as ceramic or quartz, or the thickness of such a layer on the two covers is different be.

Von Vorteil sind Abdeckungen des Innenraums mit Kühlvorrichtungen, deren Leistung zur Erzeugung eines asymmetrischen Temperaturprofils im Ofen unterschiedlich einstellbar ist. Zum Beispiels kann sich bei flüssigkeitsgekühlten Abdeckungen die Menge oder Eintrittstemperatur des Kühlmittels unterscheiden. Werden beide Abdeckungen in Reihe von einem Kühlmittelkreislauf durchflossen, lassen sich die Abdeckungstemperaturen durch Wahl der Durchflußrichtung einstellen.Covers of the interior with cooling devices are advantageous Power to create an asymmetrical temperature profile in the furnace can be set differently. For example, liquid-cooled Covers differentiate the amount or inlet temperature of the coolant. If both covers are flowed through in series by a coolant circuit, the cover temperatures can be selected by choosing the direction of flow to adjust.

Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung spezieller Eigenschaften der Fasern besteht darin, daß der Ofen zwei oder mehrere Heizzonen, d. h. Temperaturmaxima entlang seiner Achse aufweist. Die leitfähige Schicht besteht in diesem Fall zweckmäßig aus einer entsprechenden Zahl von Abschnitten, die in axialer Richtung des Ofens durch Material niedriger Wärmeleitfähigkeit voneinander beabstandet sind und induktiv beheizt werden.Another way to set special properties of the fibers is that the oven has two or more heating zones, i.e. H. Has temperature maxima along its axis. The conductive layer consists of In this case, it is advisable to use a corresponding number of sections, which axial direction of the furnace due to material with low thermal conductivity are spaced apart and are heated inductively.

In Ergänzung zu den vorbeschriebenen Maßnahmen der Beeinflussung des Temperaturprofils im Ofeninneren besteht die Möglichkeit, daß der Ofen eine axiale Verlängerung aufweist, welche die Faser radial umgreift. Im Fall einer passiven Verlängerung ohne Möglichkeit einer Temperaturregelung wird die Abkühlung der Faser nach dem Austritt aus dem Ofen verzögert. Ist die Temperatur der Verlängerung aktiv einstellbar, etwa durch Heizung oder Kühlung, läßt sich eine besonders langsame oder rasche Abkühlung der Faser nach dem Ofenaustritt erreichen.In addition to the measures described above to influence the Temperature profile inside the oven, there is a possibility that the oven has an axial extension which surrounds the fiber radially. In the case of one passive extension without the possibility of temperature control Cooling of the fiber is delayed after leaving the oven. Is the Extension temperature can be actively adjusted, e.g. by heating or cooling, can be a particularly slow or rapid cooling of the fiber after Reach the oven outlet.

Im folgenden Beschreibungsteil werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt in schematischer Darstellung Querschnitte durch unterschiedliche Ziehöfen.In the following part of the description, exemplary embodiments of the invention are described explained in more detail with reference to the drawing. It shows a schematic representation Cross sections through different drawing yards.

Fig. 1 Ofen im Stande der Technik Fig. 1 furnace in the prior art

Fig. 2 Ofen mit asymmetrischer Heizschicht Fig. 2 furnace with asymmetrical heating layer

Fig. 3 Ofen mit asymmetrisch angeordneter Induktionsspule Fig. 3 furnace with asymmetrically arranged induction coil

Fig. 4 Ofen mit asymmetrischer Isolation. Fig. 4 furnace with asymmetrical insulation.

Fig. 5 Induktiv beheizter Ofen mit optimierter Heizeffizienz. Fig. 5 Inductively heated furnace with optimized heating efficiency.

Die Fig. 1 bis 5 geben unterschiedliche Ziehöfen wieder, in denen jeweils eine Vorform (1) endseitig erhitzt und zu einer Faser (2) ausgezogen wird. Üblicherweise ist der Ofen auf einem Faserziehturm angeordnet, wobei seine Achse, entlang der die Faser (2) verläuft, senkrecht ausgerichtet ist. Die Erwärmung des Ofens erfolgt jeweils durch eine leitfähige Schicht (3), die seinen näherungweise zylindrischen Innenraum (4) radial umgibt. In der Schicht (3) wird ein elektrischer Stromfluß durch Anlegen einer äußeren Spannung mittels nicht dargestellter Zuleitungen oder durch Induktion erzeugt. Außenseitig ist die erhitzte Schicht (3) von einer Isolierung (5) umgeben, die im Gehäuse (6) des Ofens angeordnet ist und Wärmeverluste reduziert. Der Innenraum (4) ist an seinen Stirnseiten durch Abdeckungen (7, 8) abgeschlossen, wobei Öffnungen in den Abdeckungen (7, 8) die Durchführung der Vorform (1) sowie der Faser (2) ermöglichen. Denkbar sind weitere Öffnungen in den Abdeckungen (7, 8) zum Ein- und Austritt eines laminaren Schutzgasstroms durch den Innenraum (4), so daß Verschmutzungen der Oberflächen von Vorform (1) und Faser (2) vermindert werden. Figs. 1 to 5 give different draw furnaces again, is heated in each of which a preform (1) ends and drawn into a fiber (2). The furnace is usually arranged on a fiber drawing tower, its axis, along which the fiber ( 2 ) runs, being oriented vertically. The furnace is heated by a conductive layer ( 3 ) which radially surrounds its approximately cylindrical interior ( 4 ). In the layer ( 3 ) an electrical current flow is generated by applying an external voltage by means of leads, not shown, or by induction. On the outside, the heated layer ( 3 ) is surrounded by insulation ( 5 ), which is arranged in the housing ( 6 ) of the furnace and reduces heat losses. The interior ( 4 ) is closed at its end faces by covers ( 7 , 8 ), openings in the covers ( 7 , 8 ) allowing the preform ( 1 ) and the fiber ( 2 ) to be carried out. Further openings in the covers ( 7 , 8 ) for the entry and exit of a laminar protective gas flow through the interior ( 4 ) are conceivable, so that contamination of the surfaces of the preform ( 1 ) and fiber ( 2 ) is reduced.

Die Ziehzwiebel (9), d. h. der angeschmolzene Bereich am unteren Ende der Vorform (1), befindet sich in allen Fällen in dem Bereich (10) des Innenraums (4), in dem die Temperatur T maximal ist. Zu den axialen Stirnseiten des Ofens fällt die Temperatur T dagegen stets ab, um ein vorzeitiges Erweichen der Vorform (1) zu vermeiden und eine Erhärtung der Faser (2) zu ermöglichen. Der schematische Verlauf der Temperatur T entlang des Innenraums (4) des Ofens ist jeweils den Temperaturprofilen auf der rechten Seite der Fig. 1 bis 4 entnehmbar.The onion ( 9 ), ie the melted area at the lower end of the preform ( 1 ), is in all cases in the area ( 10 ) of the interior ( 4 ) in which the temperature T is maximum. On the other hand, the temperature T always drops to the axial ends of the furnace in order to avoid premature softening of the preform ( 1 ) and to allow the fiber ( 2 ) to harden. The schematic course of the temperature T along the interior ( 4 ) of the furnace can be seen in each case from the temperature profiles on the right-hand side of FIGS. 1 to 4.

Im Stande der Technik (Fig. 1) weist der Ofen einen spiegelsymmetrischen Aufbau zu seiner Mittelebene (11) auf, die senkrecht zur Achse des Ofens verläuft. Daher entsteht im Innenraum (4) eine zur Mittelebene (11) symmetrische Temperaturverteilung, wobei der Bereich (10) maximaler Temperatur mit der Mittelebene (11) zusammenfällt. Eine Möglichkeit zur Beeinflussung der Abkühlrate der Faser (2) besteht durch Aufsetzen einer gestrichelt angedeuteten Verlängerung (12) auf die untere Abdeckung (8) des Ofens. Die Isolationswirkung der Verlängerung (12) verzögert die Temperaturabnahme an der Faser, wie im rechten Teil der Figuren gleichfalls gestrichelt dargestellt ist. Auch eine Beheizung oder Kühlung der Verlängerung (12) ist denkbar. Die derart erreichbare Variation der Abkühlrate der Faser (2) und damit ihrer Materialeigenschaften ist jedoch begrenzt.In the prior art ( FIG. 1), the furnace has a mirror-symmetrical structure with respect to its central plane ( 11 ), which runs perpendicular to the axis of the furnace. A temperature distribution symmetrical to the central plane ( 11 ) thus arises in the interior ( 4 ), the area ( 10 ) of maximum temperature coinciding with the central plane ( 11 ). One way of influencing the cooling rate of the fiber ( 2 ) is by placing an extension ( 12 ), indicated by dashed lines, on the lower cover ( 8 ) of the furnace. The insulating effect of the extension ( 12 ) delays the temperature decrease on the fiber, as is also shown in dashed lines in the right part of the figures. Heating or cooling of the extension ( 12 ) is also conceivable. The variation in the cooling rate of the fiber ( 2 ) and thus its material properties that can be achieved in this way is, however, limited.

Erheblich erweiterte Möglichkeiten ergeben sich durch Einstellung eines zur Mittelebene (11) asymmetrischen Temperaturprofils im Innenraum (4). Fig. 2 zeigt einen Ofen, bei dem zu diesem Zweck die Schicht (3) zur Beheizung eine Querschnittsverengung (13) aufweist, die unterhalb der Mittelebene (11), also asymmetrisch zu ihr angeordnet ist. Bei einem Stromfluß durch die Schicht (3) parallel zur Längsachse des Ofens wird die Querschnittsverengung (13) überproportional erwärmt, so daß sich hier der Bereich (10) maximaler Temperatur einstellt. Der nunmehr abweichend von der Mittelebene (11) angeordnete Bereich (10) maximaler Temperatur hat ein asymmetrisches Temperaturprofil mit unterschiedlichem Gradient der Temperatur zu beiden Stirnseiten des Ofens zur Folge. Im dargestellten Beispiel fällt die Temperatur T des Ofens zu seinem unteren Ende wesentlich rascher ab. Wie in allen Ausführungsbeispielen läßt sich auch in diesem Fall die Abkühlrate der Faser (2) durch Aufsetzen einer Verlängerung (12) auf die untere Abdeckung (8) zusätzlich beeinflussen.Considerably expanded possibilities result from the setting of a temperature profile in the interior ( 4 ) which is asymmetrical to the central plane ( 11 ). Fig. 2 shows a furnace in which for this purpose the layer ( 3 ) for heating has a cross-sectional constriction ( 13 ), which is arranged below the central plane ( 11 ), ie asymmetrically to it. When current flows through the layer ( 3 ) parallel to the longitudinal axis of the furnace, the cross-sectional constriction ( 13 ) is heated disproportionately, so that the region ( 10 ) of maximum temperature is established here. The region ( 10 ) of maximum temperature which now deviates from the central plane ( 11 ) results in an asymmetrical temperature profile with a different gradient of the temperature on both ends of the furnace. In the example shown, the temperature T of the furnace drops to its lower end much more quickly. As in all the exemplary embodiments, the cooling rate of the fiber ( 2 ) can also be influenced in this case by placing an extension ( 12 ) on the lower cover ( 8 ).

Bei dem in Fig. 3 gezeigten induktiv beheizten Ofen wird die elektrisch leitfähige Schicht (3) durch einen Stromfluß erwärmt, der von einer Induktionsspule (14) erzeugt wird, welche von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen ist. Die Schicht (3) ist dabei als kurz geschlossene Sekundärwicklung für die Induktionsspule (14) anzusehen. Da der Betrag des induktiven Flusses mit zunehmendem Abstand von der Induktionsspule (14) abnimmt, ist der induzierte Strom in demjenigen Bereich der Schicht (3) am größten, welcher der Induktionsspule (14) am nächsten liegt, also insbesondere im Spuleninneren. Entsprechend ist auch die Temperatur der Wandung (15) des Innenraums (4) dort am höchsten. Durch Anordnung der Induktionsspule (14) asymmetrisch zur Mittelebene (11) des Ofens, etwa vollständig ober- oder unterhalb der Mittelebene (11), läßt sich das asymmetrische Temperaturprofil im Innenraum (4) erzeugen.In the inductively heated furnace shown in Fig. 3, the electrically conductive layer ( 3 ) is heated by a current flow which is generated by an induction coil ( 14 ) through which a high-frequency alternating current flows. The layer ( 3 ) is to be regarded as a short-circuited secondary winding for the induction coil ( 14 ). Since the amount of the inductive flow decreases with increasing distance from the induction coil ( 14 ), the induced current is greatest in the area of the layer ( 3 ) which is closest to the induction coil ( 14 ), that is to say in particular inside the coil. Accordingly, the temperature of the wall ( 15 ) of the interior ( 4 ) is highest there. By arranging the induction coil ( 14 ) asymmetrically to the central plane ( 11 ) of the furnace, approximately completely above or below the central plane ( 11 ), the asymmetrical temperature profile in the interior ( 4 ) can be generated.

Anstelle oder ergänzend zur asymmetrischen Erhitzung des Innenraums (4) bzw. seiner Wandung (15) kann ein asymmetrisches Temperaturprofil auch durch asymmetrischen Wärmeabfluß aus dem Innenraum (4) eingestellt werden. Entsprechend weist das Ausführungsbeispiel in Fig. 4 eine Isolierung (5) auf, deren Dicke linear von der oberen Abdeckung (7) in Richtung auf die untere Abdeckung (8) zunimmt. Damit erfolgt auch der axiale Abfall der Temperatur T zur unteren Abdeckung (8) wesentlich langsamer als zur oberen Abdeckung (7).Instead of or in addition to the asymmetrical heating of the interior ( 4 ) or its wall ( 15 ), an asymmetrical temperature profile can also be set by asymmetrical heat flow from the interior ( 4 ). Correspondingly, the exemplary embodiment in FIG. 4 has insulation ( 5 ), the thickness of which increases linearly from the upper cover ( 7 ) towards the lower cover ( 8 ). The axial drop in temperature T to the lower cover ( 8 ) thus also takes place much more slowly than to the upper cover ( 7 ).

Der in Fig. 5 wiedergegebene Ofen gestattet die Erhitzung der Vorform (1) mit minimaler Leistung der Induktionsspule (14). Dazu variiert die Dicke der leitfähigen Schicht (3) entlang der Achse des Ofens. Im Bereich der Induktionsspule (14) ist die Dicke der Schicht (3), die vorzugsweise aus Graphit besteht, groß, um die Wärmeleitfähigkeit parallel der Wandungen (15) des Innenraumes (4) zu verbessern. Damit ist eine konstante, hohe Temperatur in diesem Bereich einstellbar. Zudem läßt sich durch Anpassung der Schichtdicke die Kopplung an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule (14) optimieren. Im Bereich der axialen Enden des Innenraums (4) ist die Dicke der Schicht (3) dagegen erheblich geringer, so daß auch ihre Wärmeleitfähigkeit in axialer Richtung niedrig ist. Damit wird der Wärmefluß entlang der Wandungen (15) des Innenraums (4) aus dem Bereich (10) maximaler Temperatur zu den in der Regel gekühlten Abdeckungen (7, 8) erheblich verringert. Wärmeverluste in radialer Richtung vermeidet eine Isolierung (5). Auf diese Weise lassen sich Fasern bei vergleichsweise niedriger Heizleistung des Ofens und geringer Kühlung der Abdeckungen (7, 8) ziehen.The furnace shown in Fig. 5 allows the preform ( 1 ) to be heated with minimal power of the induction coil ( 14 ). The thickness of the conductive layer ( 3 ) varies along the axis of the furnace. In the area of the induction coil ( 14 ), the thickness of the layer ( 3 ), which preferably consists of graphite, is large in order to improve the thermal conductivity parallel to the walls ( 15 ) of the interior ( 4 ). This means that a constant, high temperature can be set in this range. In addition, the coupling to the electromagnetic field of the induction coil ( 14 ) can be optimized by adapting the layer thickness. In contrast, in the area of the axial ends of the interior ( 4 ) the thickness of the layer ( 3 ) is considerably smaller, so that its thermal conductivity in the axial direction is also low. The heat flow along the walls ( 15 ) of the interior ( 4 ) from the area ( 10 ) of maximum temperature to the generally cooled covers ( 7 , 8 ) is thus considerably reduced. Insulation ( 5 ) prevents heat loss in the radial direction. In this way, fibers can be drawn with a comparatively low heating power of the furnace and little cooling of the covers ( 7 , 8 ).

Im Ergebnis entsteht ein Ofen zum Ziehen einer optischen Faser, der eine verbesserte Heizeffizienz und erheblich vergrößerte Möglichkeiten zur Beeinflussung der Abkühlrate der Faser sowie der Geometrie der Ziehzwiebel bietet und damit eine weite Variation der Eigenschaften der optischen Faser gestattet.The result is an oven for pulling an optical fiber, the one improved heating efficiency and significantly increased options for Influencing the cooling rate of the fiber and the geometry of the onion offers and thus a wide variation in the properties of the optical fiber allowed.

Claims

1. Oven for producing an optical fiber ( 2 ) from a preform ( 1 ), the oven having an interior ( 4 ) with a geometric axis along which the preform ( 1 ) can be moved and in which in a region ( 10 ) a temperature can be set along the axis at which the material of the preform ( 1 ) melts, the temperature falling to the axial ends of the interior ( 4 ), characterized in that the heat generation of the furnace and / or the heat flow from the interior ( 4 ) varies along the axis of the furnace.

2. Oven according to claim 1, characterized in that the temperature distribution of the interior ( 4 ) along the axis asymmetrically to the region ( 10 ) of maximum temperature is adjustable.

3. Oven according to claim 2, characterized in that the range ( 10 ) of maximum temperature outside the central plane perpendicular to the axis ( 11 ) of the interior ( 4 ) is adjustable.

4. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the interior ( 4 ) is surrounded by an electrically conductive layer ( 3 ).

5. Oven according to claim 4, characterized in that the electrical resistance and / or the thermal conductivity of the conductive layer ( 3 ) varies along the axis of the furnace.

6. Oven according to claim 4 or 5, characterized in that the thickness of the conductive layer ( 3 ) varies.

7. Oven according to one of claims 4 to 6, characterized in that the material of the conductive layer ( 3 ) varies.

8. Oven according to one of claims 4 to 7, characterized in that the thermal conductivity of the conductive layer ( 3 ) is greater in the region of the maximum temperature of the furnace than in the region of its axial ends.

9. Oven according to one of claims 4 to 8, characterized in that the conductive layer ( 3 ) is asymmetrical to the central plane ( 11 ) of the interior ( 4 ).

10. Oven according to one of claims 4 to 9, characterized in that the interior ( 4 ) is surrounded by an inductively heatable layer ( 3 ) and the elements for generating the inductive flow are arranged asymmetrically to the central plane ( 11 ) of the interior ( 4 ) are.

11. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the interior ( 4 ) with the elements for heating it is surrounded by insulation ( 5 ), the thermal conductivity of which varies along the axis of the interior ( 4 ).

12. Oven according to one of claims 2 to 11, characterized in that the interior ( 4 ) is provided on both ends with a cover ( 7 , 8 ), the thermal conductivity of which deviates from one another.

13. Oven according to claim 12, characterized in that the covers ( 7 , 8 ) consist of materials of different thermal conductivity or have coatings of different thermal conductivity.

14. Oven according to claim 12 or 13, characterized in that the covers ( 7 , 8 ) have cooling devices whose cooling capacity can be adjusted differently.

15. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the furnace has several temperature maxima along its axis.

16. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that the oven has an axial extension ( 12 ) which engages around the fiber ( 2 ).

17. Oven according to claim 16, characterized in that the temperature of the extension ( 12 ) is adjustable.

18. A method for producing an optical fiber ( 2 ) from a preform ( 1 ) which is heated in a region ( 10 ) of maximum temperature at the end to the melt and drawn out to the fiber ( 2 ), the temperature being in the direction of the longitudinal axis of the fiber ( 2 ) drops on both sides of the area ( 10 ) of maximum temperature, characterized in that the heating power and / or the heat dissipation from the heated area varies along the longitudinal fiber axis.

19. The method according to claim 18, characterized in that the heating power along the longitudinal fiber axis and / or the heat dissipation from the heated area is set asymmetrically to the area ( 10 ) of maximum temperature.