專利名稱：一種將光纖預(yù)制棒連接在輔助石英棒上的方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?6112654.X、發(fā)明名稱為“光纖拉絲用的設(shè)備和方法”的中國(guó)申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及光纖的拉絲。


圖1為光纖拉絲設(shè)備的總體方框圖。參照?qǐng)D1，光纖拉絲的工藝過程將描述如下。
通過位置控制器116的定位機(jī)構(gòu)，將光纖預(yù)制棒100緩慢地送到加熱爐102中。加熱爐內(nèi)的溫度通常為攝氏數(shù)千度，比較典型地是2100℃-2300℃。此溫度能從預(yù)制棒100通過漸縮端拉出來。牽引盤110則提供加在此裸光纖118上的拉力。外徑檢測(cè)器104確定此光纖的外徑是否符合預(yù)定值(一般為125μm)，并將此結(jié)果提供給直徑控制器114。直徑控制器114用來控制牽引盤110，以將裸光纖的直徑保持在125μm上。牽引盤110響應(yīng)于來自直徑控制器114的控制信號(hào)而旋轉(zhuǎn)。以使加在光纖上的牽引拉力受到調(diào)節(jié)。初級(jí)涂敷裝置106和次級(jí)涂敷裝置108，對(duì)于下行的光纖涂敷保護(hù)性的丙烯酸樹脂或者硅樹脂。這種操作是在比較冷的裸光纖之上進(jìn)行的。在上述過程之后，通過牽引盤110的牽引拉力拉出來的光纖，被纏繞在卷筒112的周圍。
圖3為表示傳統(tǒng)性光纖拉絲設(shè)備中加熱爐結(jié)構(gòu)的剖面圖。在高溫之下使預(yù)制棒70液化以拉絲出光纖90的加熱爐60中，安裝有加熱元件78，以由電阻產(chǎn)生出大量的熱。在加熱元件78的周圍安裝有絕熱體80，以防止加熱元件78產(chǎn)生的熱向外界傳遞。由石墨制成的下部襯套84，安裝在加熱元件78的底端周圍。在加熱元件78的頂部安裝有氣體擴(kuò)散器76，以提供惰性氣體92。氣體擴(kuò)散器76在其頂端安裝有供惰性氣體92排出的薄石英管74。在安裝在加熱爐60底端上的拉伸裝置86的底部，安裝有隔圈88，以控制被拉出的光纖90所通過的孔的尺寸。
上述光纖拉絲設(shè)備，通常是在加熱爐中溫度高出2000℃時(shí)讓預(yù)制棒70液化，以拉絲出直徑125μm的光纖90。通常使用的是石墨電阻加熱爐60。然而在高溫下石墨電阻加熱爐60會(huì)產(chǎn)生出石墨粉，對(duì)于光纖90的機(jī)械性能會(huì)有不利的影響。
由于這個(gè)緣故，此石墨電阻加熱爐60配備有氣體擴(kuò)散器76、77。此氣體擴(kuò)散器76，77能使惰性氣體92(例如氬或者氮)在加熱爐60中流動(dòng)，以得到質(zhì)量均勻的光纖90。然后此惰性氣體經(jīng)過位于加熱爐的頂部的薄石英管74和預(yù)制棒70之間形成的第一個(gè)空隙72，離開加熱爐。為了獲得加熱爐60內(nèi)由所供應(yīng)的惰性氣體92及其均勻流動(dòng)施加的標(biāo)準(zhǔn)壓力，加熱爐60內(nèi)的條件應(yīng)是穩(wěn)定的。為了得到這些條件，薄的石英管74被安裝在加熱爐60的頂部，以使預(yù)制棒70經(jīng)過其插入并朝向加熱爐60中心運(yùn)動(dòng)，而讓其與預(yù)制棒70之間的空隙保持在約為1mm。
在根據(jù)迄今已描述的結(jié)構(gòu)而制成的加熱爐60中，當(dāng)預(yù)制棒70以略微變化的直徑通過此加熱爐60上部區(qū)域時(shí)，加熱爐60中的條件會(huì)急劇地變化。這是由于惰性氣體92離開加熱爐而沒有受到任何嚴(yán)格的約束，結(jié)果造成光纖90質(zhì)量的下降。
當(dāng)大直徑的預(yù)制棒70用于光纖90拉絲時(shí)，需將此預(yù)制棒70安裝在光纖拉絲設(shè)備的夾頭62中。至少200mm的預(yù)制棒70不能用于光纖90的拉絲，因?yàn)榇碎L(zhǎng)度是夾頭62的安裝長(zhǎng)度(約50mm)以及在上部的石英管74和預(yù)制棒的熔化區(qū)26之間留有距離(約150mm)所必需的。因此，為了充分利用昂貴的預(yù)制棒，傳統(tǒng)技術(shù)是把用編號(hào)66a及66b標(biāo)記的輔助性石英棒固定在預(yù)制棒一端，如圖2A，2B和2C中表示的那樣。
對(duì)于光纖拉絲操作來說，最好的連接是當(dāng)石英棒66a和預(yù)制棒70具有相同的直徑，并且象68a一樣平滑連接在一起達(dá)到的。然而對(duì)于40-80mm的大直徑的預(yù)制棒70來說，將同樣直徑的輔助石英棒66a象68a一樣平滑地連接在預(yù)制棒70上面，是非常困難的。即使可能連接，其連接過程要花費(fèi)大量的時(shí)間，而且預(yù)制棒70和輔助石英棒之間的連接直徑容易變象68b一樣不均勻，并且在預(yù)制棒70的外圍附近無法構(gòu)成均勻地連接，以致當(dāng)預(yù)制棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，很容易在連接區(qū)處斷開。當(dāng)預(yù)制棒70的直徑增加時(shí)，這時(shí)問題發(fā)生得更頻繁。
基于現(xiàn)有技術(shù)的另外一種技術(shù)，是使用其直徑小于預(yù)制棒70直徑的石英棒66b，如圖2c所示。然而如68c表示的急劇的直徑變化，一旦該連接進(jìn)入加熱爐60中，便會(huì)引起加熱爐60中惰性氣體92的壓力和流速的改變，以致于由于光纖抽絲速度和拉力以及光纖直徑發(fā)生變化，生產(chǎn)出來的光纖質(zhì)量將會(huì)下降。
因此，對(duì)于用于石墨電阻加熱爐60的大直徑的預(yù)制棒70來說，預(yù)制棒和輔助石英棒66a及66b之間的連接，以及沿預(yù)制棒70整個(gè)長(zhǎng)度的直徑，應(yīng)當(dāng)均勻而沒有任何急劇的變化。然而當(dāng)預(yù)制棒70直徑增加時(shí)，由于將預(yù)制棒70平滑地連接在輔助石英棒66a及66b上變得更加困難，故距預(yù)制棒20一端200mm內(nèi)由預(yù)制棒70拉絲出來的光纖90，具有不規(guī)則的直徑，這就導(dǎo)致劣質(zhì)的光纖90。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于將加熱爐中的壓力變化減至最小，而讓光纖預(yù)制棒和輔助石英棒之間形成和存在的局部直徑變化均勻。另一個(gè)目的是將加熱爐中惰性氣體的流速變化減至最小。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是，更容易地將光纖預(yù)制棒連接在輔助石英棒上。本發(fā)明另外一個(gè)目的是使光纖質(zhì)量改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的光纖拉絲加熱爐，帶有引入口和引出口，它包括適合于加熱通過引入口送入的光纖預(yù)制棒的加熱器，以便讓裸光纖能從引出口拉出；使加熱器中的惰性氣體產(chǎn)生流動(dòng)而從引入口中流出的裝置；以及其中加工有引入口的引入套筒，引入套筒的內(nèi)表面包括許多突起和/或凹入，能夠增加其對(duì)輸出的惰性氣體的阻力。
最好是在引入套筒的內(nèi)圓周周圍至少有一個(gè)凹槽。該凹槽可以以固定的深度均勻地加工在圓周周圍。最好是使凹槽的深度至少為0.5mm，凹槽寬度至少為1mm，引入套筒的軸向長(zhǎng)度至少為10mm。在這種不只一個(gè)凹槽的場(chǎng)合下，凹槽之間的距離至少可為1mm。
最好是使引入套筒的軸向長(zhǎng)度和內(nèi)徑分別為450mm和53mm，每個(gè)凹槽的深度為1.5mm，每個(gè)凹槽的寬度為5mm，而且凹槽間的距離為5mm。
換一種方式，此引入套筒可以包括不同深度的至少兩個(gè)這樣的凹槽。
加熱器可以包括電加熱元件，并且可以被絕熱體環(huán)繞，以防止加熱元件產(chǎn)生的熱向外界逸散。
石墨制的下襯套可以由加熱元件環(huán)繞提供，并且鄰近引出口定位。
使惰性氣體產(chǎn)生流動(dòng)用的裝置，可以包括氣體擴(kuò)散器，在鄰近引入套筒和加熱元件的底部被定位。
引出口最好是由在拉伸裝置中形成的可調(diào)節(jié)的隔圈來限定。
最好是使引入套筒的內(nèi)徑至少比預(yù)制棒的直徑大0.5mm，但不能超過8mm。
根據(jù)本發(fā)明的光纖預(yù)制棒連接在輔助石英棒上的方法，它包括將預(yù)制棒連接在較小直徑的輔助石英棒上；將輔助石英管插在較小直徑的輔助石英棒上面；以及將預(yù)制棒、石英棒和石英管安裝在光纖拉絲設(shè)備的夾頭上。
最好將輔助石英管插在較小直徑的輔助石英棒上面，使得該石英管緊靠在預(yù)制棒上。
最好是使輔助石英管的內(nèi)徑和輔助石英棒的外徑之間形成的間隙在0.5mm和4mm之間。
輔助石英管的外徑可與預(yù)制棒的外徑基本上相同。最好使輔助石英管的外徑與預(yù)制棒的外徑最多相差±0.5mm。
輔助石英管的長(zhǎng)度可以大于50mm。至少可以一起使用兩極短于50mm的石英管，以構(gòu)成純長(zhǎng)度大于50mm的復(fù)合石英管。
本發(fā)明現(xiàn)在將參照附圖通過實(shí)例進(jìn)行描述，其中圖1為光纖拉絲設(shè)備的總體方框圖；圖2A，2B和2C，示意表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)將預(yù)制棒連接在輔助石英棒時(shí)光纖預(yù)制棒的結(jié)構(gòu)；圖3為表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的傳統(tǒng)光纖拉絲設(shè)備中加熱爐結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4為表示根據(jù)本發(fā)明的光纖拉絲設(shè)備中加熱爐結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5A和5B，示意繪出用以表示根據(jù)本發(fā)明的安裝在加熱爐頂部的引入套筒結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制棒連接在輔助石英棒和輔助石英管時(shí)光纖基部的結(jié)構(gòu)，以及圖7A和7B表示本發(fā)明采用的用以將輔助石英管和光纖預(yù)制棒的直徑保持在同一直徑上的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例，將參照該附圖詳細(xì)描述。
圖4，5A及5B為根據(jù)本發(fā)明的光纖拉絲設(shè)備中加熱爐和引入套筒的剖面圖，其中通過電阻用以產(chǎn)生高溫的加熱元件24，安裝在加熱爐10中。此加熱元件24能使預(yù)制棒12液化以讓光纖40被拉絲。絕熱體30安插在加熱元件24的外圍，以防止其產(chǎn)生的熱向外界傳遞。石墨制的下襯套34安裝在加熱元件24內(nèi)底部周圍。供給惰性氣體28的氣體擴(kuò)散器20及21，安裝在加熱元件24的頂部和底部。引入套筒16安裝在氣體擴(kuò)散器20的頂部，以與加熱元件24的中心軸對(duì)中，使得加熱元件24中的壓力波動(dòng)和惰性氣體28的流速變化最小。引入套筒16的內(nèi)徑至少比預(yù)制棒12的直徑大0.5mm，但不超過8mm。
引入套筒16，在其內(nèi)圓周周圍至少加工有一個(gè)均勻的凹槽18，以對(duì)輸出的惰性氣體28的流動(dòng)產(chǎn)生大的阻力。凹槽18的內(nèi)徑C至少比引入套筒的內(nèi)徑B大1mm(即其深度至少為0.5mm)，凹槽18的寬度D至少為1mm，凹槽之間的距離E至少為1mm，引入套筒16的高度A至少為10mm。此外，引入套筒16的形狀是使其高度A和內(nèi)徑B分別為450mm和53mm，凹槽18的內(nèi)徑C為56mm(即凹槽深度為1.5mm)，凹槽18的寬度D為5mm，而且凹槽18之間的距離E為5mm。至少可以加工出不同直徑的兩個(gè)凹槽18。
在安裝于加熱爐10正下方的拉伸裝置36的底部，加工有隔圈38，用于控制拉制光纖時(shí)通過的孔的大小。
在這樣的加熱爐中，光纖預(yù)制棒12是通過引入套筒16的中心插入加熱爐10中的，而且惰性氣體28是經(jīng)過預(yù)制棒12和套筒16間的第一空隙14離開加熱爐10的。雖然惰性氣體28離開加熱爐10，但對(duì)加熱爐10內(nèi)條件的影響卻比較小，因?yàn)榧訜釥t10的引入套筒16加工出來的高度A大于現(xiàn)有技術(shù)的加熱爐60的高度，而且套筒16的內(nèi)表面上有許多不同直徑的凹槽18，因而能夠?qū)?jīng)過第一空隙14離開加熱爐10的惰性氣體28提供大的阻力。
因此，本加熱爐能將由于加熱爐內(nèi)條件變化造成的光纖質(zhì)量下降減至最小，甚至當(dāng)預(yù)制棒與輔助石英棒連接的條件是帶有某種變化的直徑時(shí)也可做到。而且加熱爐帶有的引入套筒，能夠?qū)⒍栊詺怏w流速的變化和爐內(nèi)的壓力波動(dòng)減至最小，即使當(dāng)預(yù)制棒以某種固定的直徑變化與輔助石英棒相連接時(shí)也如此。
圖6，7A及7B為表示用于將光纖預(yù)制棒與輔助石英棒及管相連的方法和設(shè)備的剖面圖。
將預(yù)制棒12與輔助石英棒44連接的方法，參照?qǐng)D6將描述如下。
第一個(gè)步驟是將預(yù)制棒12連接在直徑比其小的輔助石英棒44上，由于石英棒44具有較小的直徑，故其進(jìn)行比較容易。
第二個(gè)步驟，是將與預(yù)制棒12相同材料制成的輔助石英管48定位在較小直徑石英棒的周圍，然后支撐在預(yù)制棒12頂部，以避免光纖40拉絲過程中由于輔助石英棒44和預(yù)制棒12之間直徑變化大而出現(xiàn)問題。石英管48的外徑與預(yù)制棒12的外徑相同。石英管結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑，是當(dāng)該石英管48圍繞輔助石英棒44時(shí)形成一預(yù)定尺寸的第二空隙46。此第二空隙大于0.5mm且小于4mm。石英管48的外徑與預(yù)制棒外徑可以相差±0.5mm。石英管48的長(zhǎng)度大于50mm，或者兩根以上的較短長(zhǎng)度石英管一起使用，構(gòu)成的純長(zhǎng)度大于50mm。
第三個(gè)步驟是，將與石英棒44和石英管48連接的預(yù)制棒12安裝在光纖拉絲設(shè)備的夾頭62上，并且進(jìn)行光纖40拉絲。
當(dāng)預(yù)制棒12按照上述方法制成時(shí)，石英管48和預(yù)制棒12之間的連接稍微向內(nèi)凹下。這是由于預(yù)制棒12和輔助石英棒44在其連接之前被加熱，噴燈的火焰將予制棒的銳棱變?yōu)閳A形的緣故。一旦該間隙開始通過加熱爐60，這種輕微的凹下，能夠引起現(xiàn)有技術(shù)的石墨電阻加熱爐60中條件的變化。但是，如果根據(jù)本發(fā)明在加熱爐中使用引入套筒16，那么在預(yù)制棒12和輔助石英棒44之間連接處50形成的間隙，對(duì)加熱爐10內(nèi)的條件并沒有任何影響。
因此，迄今描述的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。它容易使用，因?yàn)槭⒐苋菀坠潭ú墓饫w預(yù)制棒和輔助石英棒上取下。它能夠降低生產(chǎn)成本，因?yàn)橹貜?fù)利用的可能性增加了。當(dāng)把大直徑的預(yù)制棒連接在輔助石英棒上時(shí)，這種連接做起來非常簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種將光纖預(yù)制棒連接在輔助石英棒上的方法，它包括將預(yù)制棒連接在較小直徑的輔助石英棒上；將輔助石英管插在較小直徑的輔助石英棒上面，以及將預(yù)制棒、石英棒和石英管安裝在光纖拉絲設(shè)備的夾頭上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中輔助石英管被插在較小直徑的輔助石英棒上面，使得該石英管緊靠在預(yù)制棒上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在輔助石英管的內(nèi)徑和輔助石英棒的外徑之間形成的間隙，在0.5mm和4mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中輔助石英管的外徑與預(yù)制棒的外徑基本上相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中輔助石英管的外徑與預(yù)制棒的外徑最多相差±0.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中輔助石英管的長(zhǎng)度大于50mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中至少兩根短于50mm的石英管被一起使用，以構(gòu)成純長(zhǎng)度大于50mm的復(fù)合石英管。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于光纖拉絲的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括帶有引入口和引出口的光纖拉絲加熱爐10。配備有對(duì)通過引入口送入的光纖預(yù)制棒12加熱用的加熱元件24，以讓裸光纖40能從引出口中拉出。加熱爐10內(nèi)的惰性氣體28被引導(dǎo)從引入口中流出。其中形成有引入口的引入套筒16的內(nèi)表面，包括許多突起和/或凹入18，能夠增加其對(duì)輸出的惰性氣體流動(dòng)的阻力。
文檔編號(hào)C03B37/029GK1482085SQ0313861
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月29日
發(fā)明者都文顯 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社