專利名稱：光纖拉制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖拉制方法。
背景技術(shù)：
圖5示出通常在傳統(tǒng)光纖拉制方法中使用的拉制裝置。光纖預(yù)型1插入配備有加熱器4的拉制熔爐3的馬弗爐管(muffle tube)5中，而光纖預(yù)型1的前端部在1900到2200℃下加熱并軟化。通過拉制而獲得的光纖2從拉制熔爐3中抽出，然后，其外徑由外徑測量裝置7測量。在光纖2用光纖冷卻器8冷卻到允許涂覆的溫度后，樹脂用涂覆裝置9施加到光纖2的外周上。樹脂通過樹脂固化裝置10固化，而光纖2借助于絞盤或滑輪11饋送，而由卷繞裝置12卷繞在線架上。
如圖所示，例如在圖6中，氦冷卻器用作光纖冷卻器8，在該冷卻器中，傳熱系數(shù)高的氦氣圍繞光纖2流動。光纖2通過其穿過的冷卻氣缸15配備有用于流過這個氣缸的冷卻氣體—氦氣的供給口和排出口。光纖冷卻器8具有護(hù)套結(jié)構(gòu)，而冷卻水在護(hù)套內(nèi)流動。
由于近來對光纖的需求增長，光纖拉制已經(jīng)成為利用大尺寸光纖預(yù)型以不低于20m/sec的高速進(jìn)行，以便以低成本大規(guī)模生產(chǎn)光纖。這種高速光纖拉制需要不短于6m的足夠的光纖冷卻長度，從而一般使用拉制熔爐出口和絞盤或滑輪之間的距離不小于14m的拉制裝置，垂直拉制的光纖在絞盤或滑輪處將其方向變化為朝向卷繞裝置。
當(dāng)離開拉制熔爐的光纖暴露于包含大量灰塵的環(huán)境中較長時間段時，會使得灰塵等粘附到光纖上，導(dǎo)致光纖的機(jī)械強(qiáng)度和傳輸特性惡化。從而，在高速拉制過程中，需要有效地利用拉制裝置的高度，以用于光纖冷卻。由此，拉制熔爐和光纖冷卻器之間的空間形成為盡可能地短(即，冷卻器的長度增大)，或者，拉制熔爐和光纖冷卻器之間的空間由潔凈空氣通過其流動的外殼等圍繞。
然而，應(yīng)指出的是在高速拉伸操作中，在光纖內(nèi)發(fā)生細(xì)微振動。如果冷卻長度增大而諸如氦冷卻氣缸的光纖冷卻器設(shè)置在拉制熔爐和涂覆裝置之間，且用于冷卻的氦氣通過其流動，光纖的振動(振幅)會增大。此外，振動也易于在光纖預(yù)型內(nèi)發(fā)生，這會導(dǎo)致不期望的問題。當(dāng)光纖預(yù)型的振動擴(kuò)大時，在光纖固化點附近的環(huán)境溫度中產(chǎn)生波動，從而光纖固化位置變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致光纖直徑波動增大。此外，如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的，在光纖固化時的殘留畸變也增大，導(dǎo)致傳輸損失增大。此外，有時發(fā)生光纖破裂，使得迫不得已暫時中止操作。尤其是，在拉制如圖2所示的大尺寸光纖預(yù)型時上述問題變得突出，所述大尺寸光纖預(yù)型外徑不小于100mm，平行部分長度不小于1200mm，而包括支撐桿的總長度不小于2000mm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于光纖拉制的方法，該方法包括利用如下的拉制裝置，該裝置中，用于自光纖預(yù)型熱拉制的拉制熔爐出口與絞盤或滑輪之間的距離不小于14m，而垂直拉制的光纖在絞盤或滑輪處方向變化為朝向卷繞裝置；在拉制熔爐出口和布置于出口之下的光纖冷卻器之間提供不小于1.5m的自然冷卻空間，在該空間內(nèi)，圍繞光纖不會產(chǎn)生強(qiáng)制氣流，從而使得光纖自然冷卻；通過光纖冷卻器冷卻光纖；以及用樹脂涂覆光纖。
本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的特征和優(yōu)點將從以下關(guān)聯(lián)附圖的描述中更全面地理解。


圖1是示出用于本發(fā)明的方法中的拉制裝置的示例的示意圖；圖2是示出用在下述示例中的光纖預(yù)型的解釋性視圖；圖3是示出光纖冷卻器長度和光纖振動(振幅)之間的關(guān)系的曲線；圖4是示出拉制時間和光纖振動(振幅)之間的光纖的曲線；圖5是示出傳統(tǒng)拉制裝置的示意圖；圖6是示出光纖冷卻器的示意圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了以下措施(1)一種用于光纖拉制的方法，該方法包括利用如下的拉制裝置，在該裝置中，用于自光纖預(yù)型熱拉制的拉伸熔爐的出口與絞盤和滑輪之間的距離不小于14m，而垂直拉制的光纖在絞盤或滑輪處其方向改變?yōu)槌蚓砝@裝置；在拉制熔爐的出口和布置在出口之下的光線冷卻器之間設(shè)置不小于1.5m的自然冷卻空間，在該空間內(nèi)圍繞光纖不產(chǎn)生強(qiáng)制氣流，從而使得光纖自然冷卻；由光纖冷卻器冷卻光纖；以及用樹脂涂覆光纖；(2)一種根據(jù)上述條目(1)的方法，其中，光纖預(yù)型的直徑不小于100mm；以及(3)一種根據(jù)上述條目(1)或(2)的方法，其中，拉制速率不低于20m/sec。
本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行深入研究，解決了由上述傳統(tǒng)方法所帶來的問題。結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)研究了在如下的光纖預(yù)型上以20m/sec的速率進(jìn)行拉制時，光纖冷卻器(冷卻氦流速20slm)的長度和光纖振動(振幅)之間的關(guān)系，其中該光纖預(yù)型直徑為125mm，平行部分長度為1500mm(總長度2400mm)，從而獲得了如圖3所示的結(jié)果。在相同條件下，本發(fā)明人研究了拉制時間和光纖振動(振幅)之間的關(guān)系，從而獲得了如圖4所示的結(jié)果。由這些結(jié)果，可以看出光纖冷卻器越長，且其處于拉制操作越早，則光纖振動越大。在此，光纖振幅是通過借助于直接設(shè)置在拉制熔爐之下的激光外徑測量裝置探測光纖位置而得到的，從而確定了光纖的振幅。
此外，在這些關(guān)系和光纖冷卻程度的基礎(chǔ)上，已經(jīng)確認(rèn)由于上述傳統(tǒng)方法帶來的問題可以通過在自然冷卻后進(jìn)行強(qiáng)制冷卻而予以解決，由此實現(xiàn)了本發(fā)明。
將參照圖1和2詳細(xì)描述本發(fā)明光纖拉制方法的優(yōu)選實施例。圖1是用于說明在本發(fā)明光纖拉制方法中使用的拉制裝置的示例的示意圖。與圖5和圖6中相同的部件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。
圖1示出一種高速拉制裝置，其中，拉制熔爐3的出口6與絞盤或滑輪11之間的距離大約為14到20m。
該裝置利用大尺寸光纖預(yù)型1，如圖2所示。光纖預(yù)型1優(yōu)選地具有100mm到350mm的直徑，1500mm到2000mm的平行部分長度。直徑更優(yōu)選地是100到150mm。光纖預(yù)型1懸掛并插入到配備有加熱器4的拉制熔爐3的馬弗爐管5中，且其前端部以1900℃到2200℃被加熱并軟化，以用于拉制。優(yōu)選地是，拉制以20m/sec到60m/sec，更優(yōu)選地在20m/sec到30m/sec的速率下進(jìn)行。
必須將通過拉制獲得的光纖2冷卻到可以樹脂涂覆的溫度，該溫度在大約50℃到室溫的范圍內(nèi)，這取決于用于涂覆的樹脂。光纖2穿過自然冷卻空間13和如圖6所示的用于強(qiáng)制冷卻的公知光纖冷卻器8。光纖2可以在拉制熔爐的出口6和光纖冷卻器8之間自然冷卻。在此術(shù)語自然冷卻意味著光纖2在其中圍繞光纖2不產(chǎn)生強(qiáng)制氣流的空間內(nèi)通過自然的氣體對流予以冷卻。用于自然冷卻的空間在光纖運行方向上必須具有不小于1.5m的長度。優(yōu)選地是，該空間為長度2到4m的空間。如果這個空間的長度小于1.5m，那么用于強(qiáng)制冷卻的光纖冷卻器8必須相當(dāng)長，從而不可能實現(xiàn)防止振動的效果。另一方面，光纖冷卻器8過短的長度導(dǎo)致光纖暴露于大氣中，這意味著發(fā)生令人擔(dān)心的灰塵粘附等。
優(yōu)選地是，自然冷卻空間形成在適當(dāng)結(jié)構(gòu)的外殼14中。大約室溫的潔凈氣體，如潔凈的空氣或氮氣，通過外殼的側(cè)表面引入外殼中，該外殼可以具有至少一個用于氣體的入口，且按需要在入口處設(shè)置擋板。氣體通過用于光纖通過的上部和下部開口引入和流出，或通過在側(cè)表面按需要設(shè)置的排出口流出，從而防止產(chǎn)生導(dǎo)致光纖振動的強(qiáng)制氣流。氣體引入量大約為1.5m3/min到2m3/min。
為了光纖2的強(qiáng)制冷卻，可以使用具有較大傳熱系數(shù)的氦。除此之外，可以與氦結(jié)合使用氮、氬等。氣體的供應(yīng)量基于涂覆直徑、拉制速率等加以控制。從防止光纖振動的方面來看，供給量優(yōu)選地為30升/分鐘或更小。從防止光纖振動的方面來看，光纖冷卻器8的長度優(yōu)選地為4到6m。
通過拉制獲得的光纖2的直徑通過設(shè)置在拉制熔爐之下的外徑測量裝置7并利用激光測量。然后，監(jiān)控拉制條件，并控制冷卻氣體量；同時，也探測光纖的位置，以便按需要確定光纖的振動(振幅)。
如上所述，經(jīng)歷自然冷卻和強(qiáng)制冷卻的光纖被冷卻到足夠低的溫度。在拉制時的振動(振幅)一般為0.3mm到0.7mm，這大致與以中等速度拉制的情況相同。光纖直徑的變動大致在±0.3μm的范圍內(nèi)，該范圍是符合要求的。
冷卻的光纖2的外周面用涂覆裝置9涂覆樹脂到預(yù)定厚度，且樹脂由樹脂固化裝置10干燥并固化。當(dāng)需要兩層和更多層的涂層時，樹脂涂覆是在通過冷卻器冷卻后進(jìn)行的，然后樹脂被干燥并固化。此后，所形成的光纖2由卷繞裝置12通過絞盤或滑輪11卷繞到線架上。
如此獲得的光纖2的傳輸損失得以測量。如下面所述的示例中，根據(jù)本發(fā)明的傳輸損失值在1.55μm不大于0.190dB/km，該數(shù)值是滿足要求的。
根據(jù)本發(fā)明的方法，雖然光纖拉制是以高速利用大尺寸光纖預(yù)型實現(xiàn)，但是也有可能約束光纖振動和歸因于此的預(yù)型振動的產(chǎn)生，且諸如光纖斷裂的問題極少發(fā)生。此外，所要獲得的光纖直徑的變動大致在±0.3μm范圍內(nèi)，這被認(rèn)為是穩(wěn)定的；其傳輸損失在1.55μm不大于0.190dB/km那么小，由此可以以穩(wěn)定方式進(jìn)行拉制，從而提供高質(zhì)量的光纖。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)大尺寸光纖預(yù)形高速拉制時，通過進(jìn)行上述的光纖拉制，可以獲得具有恒定光纖直徑和較小傳輸損失的光纖，上述光纖拉制方法中光纖振動在穩(wěn)定狀態(tài)下非常小，從而穩(wěn)定了光纖固化位置。
示例下面，將參照特定示例詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明不應(yīng)限制性地解釋為這些示例；在不背離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)各種修改都是有可能的。
(示例1)根據(jù)本發(fā)明，光纖拉制通過利用圖1所示的拉制裝置進(jìn)行。在所使用的拉制裝置中，拉制熔爐3的出口6與絞盤11之間測得的長度為18m，而在拉制熔爐3之下設(shè)置了超過3m的空間，且涂覆裝置9和樹脂固化裝置10設(shè)置在長度為6m的光纖冷卻器8之下，光纖冷卻器8用于利用氦進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。外徑測量裝置7和光纖冷卻器8之間的空間由外殼14圍繞，從而限定了長度為3m的自然冷卻空間13，且室溫的潔凈空氣引入外殼14中；擋板設(shè)置在用于潔凈空氣的入口處，以防止圍繞光纖產(chǎn)生強(qiáng)制氣流。
利用這種拉制裝置，通過使用圖2所示的光纖預(yù)型1以75gf的拉制張力和20m/sec的拉制速率進(jìn)行拉制，該預(yù)型直徑為125mm，平行部分長度1500mm(總長度為2400mm)。此時，用于冷卻光纖的氦氣的流速為15升/分鐘，而在拉制熔爐3下方的光纖振動(振幅)最大為0.6mm。光纖直徑的變動在符合要求的±0.2μm范圍內(nèi)，且所獲得的光纖的傳輸損失在1.55μm為0.189dB/km。
以25m/sec的拉制速率，用于冷卻光纖的氦氣的流速為25升/分鐘；在拉制熔爐3之下的光纖振動(振幅)最大為0.7mm那么大，而光纖直徑的變動為±0.2μm，該范圍是符合要求的。所獲得的光纖的傳輸損失在1.55μm為0.190dB/km。
(示例2)在示例1的拉制方法中，使用了如下的拉制裝置，其中，拉制熔爐的出口6與滑輪11之間的長度為14m；在拉制熔爐3之下設(shè)置有超過1.5m的空間，并且涂覆裝置9和樹脂固化裝置10設(shè)置在長度為6m的光纖冷卻器8之下。外徑測量裝置7和光纖冷卻器8之間的空間由外殼14圍繞，從而限定了1.5m長度的自然冷卻空間13，而室溫的潔凈空氣引入外殼14中；在用于潔凈空氣的入口處設(shè)置有擋板，以防止圍繞光纖產(chǎn)生強(qiáng)制氣流。
利用這種拉伸裝置，在如下的光纖預(yù)型1上以20m/sec的拉制速率進(jìn)行拉制。與示例1類似，該光纖預(yù)型直徑為125mm。此時，用于冷卻光纖的氦氣的流速為25升/分鐘，而在拉制熔爐3之下的光纖的振動(振幅)最大為0.6mm。光纖直徑的變動在符合要求的±0.2μm范圍內(nèi)，而所獲得的光纖的傳輸損失在1.55μm為0.190dB/km。
(對比例1)利用示例1的拉制裝置，其中在拉制熔爐3之下設(shè)置1m的自然冷卻空間13，且安裝長度為8m的光纖冷卻器8；拉制在與示例1類似的直徑為125mm的光纖預(yù)型上進(jìn)行。除此之外，該對比例與示例1相同。
在20m/sec的拉制速率下，用于冷卻光纖8的氦氣的流速為8升/分鐘；在熔爐3之下光纖振動(振幅)最大為1.0mm那么大，而光纖直徑的變動為±0.4μm。所獲得的光纖的傳輸損失在1.55μm為0.193dB/km。
(對比例2)利用示例2的拉制裝置，其中在拉制熔爐3之下設(shè)置0.5m的自然冷卻空間13，并安裝長度為7m的光纖冷卻器8；拉制是在與示例2類似的直徑125mm的光纖預(yù)型1上進(jìn)行。除了上面的之外，這個對比例與示例2相同。
在20m/sec的拉制速率下，用于冷卻光纖的氦氣的流速為15升/分鐘；拉制熔爐3之下光纖振動(振幅)最大為0.8mm那么大，而光纖直徑的變動為±0.4μm。所獲得的光纖的傳輸損失在1.55μm為0.194dB/km。
已經(jīng)聯(lián)系各實施例描述了本發(fā)明，除非另外指明，意圖在于本發(fā)明不局限于描述的任何細(xì)節(jié)，而是在所附權(quán)利要求書中所述的精髓和范圍內(nèi)廣義地理解。
權(quán)利要求
1.一種用于光纖拉制的方法，該方法包括利用如下的拉制裝置，在該裝置中，用于自光纖預(yù)型熱拉制的拉伸熔爐的出口與絞盤和滑輪之間的距離不小于14m，而垂直拉制的光纖在絞盤或滑輪處其方向改變?yōu)槌蚓砝@裝置；在拉制熔爐的出口和布置在出口之下的光線冷卻器之間設(shè)置不小于1.5m的自然冷卻空間，在該空間內(nèi)圍繞光纖不產(chǎn)生強(qiáng)制氣流，從而使得光纖自然冷卻；由光纖冷卻器冷卻光纖；以及用樹脂涂覆光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，光纖預(yù)型的直徑不小于100mm。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，拉制速率不低于20m/sec。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，拉制速率不低于20m/sec。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，自然冷卻空間長度為2到4m。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，自然冷卻空間形成在外殼中，該外殼在其一側(cè)面上具有至少一個氣體入口，并在入口處設(shè)置擋板。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，光纖預(yù)型直徑為100到350mm。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，拉制速率為20m/sec到60m/sec。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光纖拉制的方法，該方法包括利用如下的拉制裝置，在該裝置中，用于自光纖預(yù)型熱拉制的拉伸熔爐的出口與絞盤和滑輪之間的距離不小于14m，而垂直拉制的光纖在絞盤或滑輪處其方向改變?yōu)槌蚓砝@裝置；在拉制熔爐的出口和布置在出口之下的光線冷卻器之間設(shè)置不小于1.5m的自然冷卻空間，在該空間內(nèi)圍繞光纖不產(chǎn)生強(qiáng)制氣流，從而使得光纖自然冷卻；由光纖冷卻器冷卻光纖；以及用樹脂涂覆光纖。
文檔編號C03B37/027GK1412138SQ0214680
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者折田伸昭, 東藤慎平, 仲恭宏 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社