外包覆光纖預製杆的方法和裝置以及光纖控制方法
2023-08-10 16:33:11 1
專利名稱：外包覆光纖預製杆的方法和裝置以及光纖控制方法
背景技術：
發明領域本發明涉及大直徑光纖預製件的製造方法，具體涉及外包覆光纖預製杆的裝置和方法，該裝置和方法用一個爐子預熱玻璃管，然後用氫-氧燃燒器加熱玻璃管，使玻璃管收縮在預製杆上，由此減少了製造預製件的時間，具體還涉及一種光纖拉制裝置和方法，該裝置和方法將玻璃管和預製板引入到一個爐子中，該爐子加熱玻璃管，使玻璃管緊裹在預製杆上，從而形成預製件，該爐子還加熱預製件，以便從該爐子中拉出光纖維。
先有技術說明光纖一般分兩個步驟製造第一步是製造預製杆，再用管包杆方法或外包覆方法製造預製件，第二步是用製造的預製件熔化控制外直徑為125μm的光纖。
預製杆採用外沉積法或內沉積法製造。在外沉積法例如VAD(蒸氣相軸向沉積)法和CVD(外蒸氣沉積)法中，採用火焰水解化學氣體例如S4Cl4、其它的摻質物以及氧氣，在向預預製杆輸送氣體的同時，稱作黑灰的SiO2粒子便從外部沉積在預製杆上。然後將此多孔的預製杆送入爐子中，用Cl2和He氣進行脫水和燒結，由此形成透明的預製杆。另一方面，在包括CVD(化學蒸氣沉積)法和MCVD(改進的CVD)法的內沉積方法中，向一個玻璃管內輸送SiCl2、其它摻雜劑以及氧氣，使其該玻璃管的內表面上沉積許多層，然後再高溫下加熱沉積了許多層的玻璃管、並在向管內輸送Cl2和He的同時，使玻璃管塌縮，由此製得玻璃杆。廣泛應用了MCVD法，它能製造出高質量的玻璃預製杆。
製造光纖的MCVD和CVD法由於其工藝特徵僅限於製造直徑約23mm或以上的預製杆。為增加生產率，已經開發了外包覆方法，在此方法中，使玻璃管熔化粘接在用上述內沉積法製備的預製杆上。
為得到大直徑的預製件，將製備的預製杆插入到大直徑的玻璃管中，然後用管套杆法或外包覆法加熱該管，使該管緊裹在杆上，此種方法是周知的，因此不再詳細說明。在題為「單模式一次外包覆方法和裝置」的美國專利申請No.08/292 977以及Jerry W.Baumgart等的題為「外包覆玻璃杆的方法和裝置」的美國專利No.4 820 322中詳細公開了這種方法，這種方法利用垂直的工具機和管套杆方法或外包覆方法生產大直徑的預製件，其中，將預製杆插入大直徑的玻璃管，然後加熱該杆，並在用真空機降低管和杆之間間隙中的壓力的同時，使該杆塌縮在玻璃管上。其中說明的另一種方法採用氧化鋯感應爐，使管子在拉制光纖期間收縮在杆上。
雖然將用MCVD法製造的預製杆插入70mm外直徑的玻璃管中並用該玻璃管外包覆該杆沒有任何困難，但外包覆所需的熱量隨外直徑和玻璃厚度的增加而增加，結果，從外部進行加熱的燃燒器的外包覆速度降底。另外再降低預製杆和玻璃管之間界面上的真空壓力可以克服此問題，但是很大的負壓力造成預製件橫截面的同心度和圓度降低。
另一方面，增加現時氫氧燃燒器的供氣流量也可以簡單地增加從外部提供的熱能。但是，玻璃管的外表面變軟，造成較低的粘度，而其內表面變軟相當慢，保持預定的粘度。因此玻璃管的表面在增大供氣流量時在氫氧燃燒器的火焰壓力作用下可能變形，或燃燒器中的汙物粒子可能粘附在大直徑玻璃管的表面上。氫氧燃燒器由於只有相當短的加熱區域所以不能將熱量充分傳給玻璃管的表面，在玻璃管的四周造成不均勻的溫度分布。因此在玻璃管的截面上產生不均勻的幾何形狀例如橢圓形的形狀，並且玻璃管外、內表面的粘性的差別增加了微凹凸不平的損傷。另外，生產率顯著降低，因為製造預製件需要約2～4h。
再用外包覆方法製造的預製件，在預定張力負載和預定線速度條件下熔化垃制外直徑125μm的光纖。拉製作業的關鍵是增加線速度，從而增加單位時間的產量，現時的線速度通常為600～1200m/min。
然而，上述光纖維拉制方法的明顯缺點是，由於線速度低，大量生產光纖是不可能的，而且在拉制光纖之前還需用外包覆法將預製杆製造成預製件，因而生產率降低，光纖成本增加。
在J.W.Hicks，Jr的題為「用於製造光導裝置的方法和設備」的美國專利No.2980957中討論了其它已知的製造光纖預製件以及拉制光纖的方法和裝置，該專利說明一種利用垂直保持裝置使玻璃管緊裹在玻璃杆上的裝置和方法，其中用真空裝置抽出管和杆之間的氣體。然後在該裝置中用製造的成型件拉制出光纖。Andrew P.Harrison等的題為「光纖的製造」的美國專利No.4 602 926說明一種製造光纖的方法，方法是以不同的速度將杆和管子送入爐子中，並監測從爐子中拉出的光纖的直徑。Hiroshi Yokota等的題為「製造光纖的玻璃預製件的方法」說明一種使管緊裹在杆上的從而製造預製件的方法，其中，在管和杆之間的間隔中充滿滷化矽、含氟化合物和氧的氣體混合物，並在500～1900℃之間的溫度下進行預熱，預熱步驟之後，用含滷素的化合物和氧的氣體混合物替換間隙中的氣氛，使管的一個端部緊裹在杆上，形成密接，然後用抽真空裝置降低該間隙中的壓力的同時，使管子緊包在杆上。Masami Ito等人的題為「製造光纖玻璃預製件的方法」的歐洲專利No.501429-A1說明一種工藝，該工藝將管和杆固定在垂直工具機上，將杆插入管中，用含滷素的氣體和氧氣充入管和杆之間的間隙中，然後使管緊裹在杆上，由此形成光纖預製件。
發明概要為解決上述通常的問題，本發明的第一目的是提供一種外包覆光纖預製杆的裝置和方法，此裝置和方法採用加熱區域大的爐子將熱量充分傳送到玻璃管，從而防止玻璃管四周的不均勻溫度分布，並且在製造光纖預製件時，通過施加的氧氣和氫氣壓力使玻璃管穩定地收縮在預製杆上，從而保證預製件橫截面的圓度。
本發明的第二目的是提供一種外包覆光纖預製杆的裝置和方法，該裝置和方法在製造光纖預製件時，採用氧氣和氫氣防止預製杆的表面被塵粒汙染，所以能夠製造出高強光纖。
本發明的第三目的是提供一種外包覆預製杆的裝置和方法，該裝置和方法在製造光纖預製件時通過增加總的熱能使大直徑玻璃管的收縮率最大增加了5倍。
本發明的第四目的是提供一種光纖預製杆的外包覆方法，該方法可以製造預製件，無需顧及玻璃管的外直徑。
本發明的第五目的是提供一種光纖預製杆的外包覆方法，該方法可以簡單地用玻璃管外包覆預製杆。
本發明的第六目的是提供一種光纖預製杆的外包覆方法，該方法可以增加預製件的產率。
本發明的第七目的是提供一種光纖預製杆的外包覆方法，該方法可使玻璃管從外表面到內表面均勻地變軟。
本發明的第八目的是提供一種光纖預製杆的外包覆方法，該方法由於能夠防止玻璃管的表面受到燃燒中產生的粒子的沾染，因而能夠生產出高強的預製件。
本發明的第九目的是提供一種光纖預製杆的外包覆方法，該方法通過控制預製杆和玻璃管之間的粘度可使其間的界面消除應力。
本發明的第十目的是提供一種光纖控制方法，該方法可以減少光纖製造時間。
本發明的第十一目的是提供一種光纖拉制方法，該方法可以連續地拉制出光纖而不用外包覆方法。
為達到上述目的，提一種光纖杆外包覆裝置。該外包覆裝置包括；垂直工具機；裝在垂直工具機各個端部的卡盤；在垂直工具機上的滑架，用以在垂直工具機的兩端部之間垂直運動；裝在滑架上的氫氧燃燒器；裝在滑架上的爐子；裝在垂直工具機一個端部的真空泵；使真空泵連接於垂直工具機該端部的連接件；在垂直工具機外側的控制器，用於控制滑架的垂直運動、氫氧燃燒器的氣流量、卡盤的轉動。爐子用於預熱或加熱玻璃管，以便用玻璃管外包覆預製杆。
按照本發明的另一方面，提供一種光纖預製杆的外包覆方法。在應用上述外包覆裝置的外包覆方法中，將預製杆夾持在上部卡盤上，並被調整，而玻璃管裝在下部卡盤上，並調直該玻璃管，使預製杆共軸地插入玻璃管。玻璃管由爐子預熱，然後用燃燒器加熱該管，直至該管軟化。通過施加負的真空壓力抽吸預製杆和玻璃管之間間隙中的空氣，由此可以將預製杆完全密封在玻璃管內，從而形成預製件。
按照本發明的再一方面，是提供了一種光纖拉制方法。在這種光纖拉制方法中，預製杆和玻璃杆的端部被密封，預製杆和玻璃管受支承地被夾持在裝於光纖拉制裝置上的傳送組件的卡盤上，而真空泵連接於其密封的端部。使預製杆和玻璃管的密封端部對準在光纖拉制裝置的爐子的灼熱區域。然後通過用爐子預熱預製杆的密封端部而使玻璃管收縮在預製杆上，隨後再加熱該密封端部直至該端部變軟，密封預製杆和玻璃管之間的間隙，由此形成預製件。然後從該預製件中通過爐子拉出光纖，並測量拉出光纖的外直徑。隨後冷卻光纖，塗以保護樹脂。
附圖的簡要說明結合附圖參考以下的詳細說明可以更好地理解本發明，由此可以更完全地評價本發明，明顯地看出伴隨的優點，在附圖中相同的編號表示相同的或相似的部件，這些附圖是
圖1是用於製造光纖預製件的本發明第一優選實施例的爐子和外包覆裝置的透視圖；圖2是一個視圖，示出所示本發明第一優選實施例的裝置中用預製杆製造預製件的過程；圖3A是沿圖2的A-A線截取的截面圖；圖3B是沿圖2的B-B線截取的截面圖；圖3C是用圖1的所示本發明第一優選實施例裝置製造的預製件的截面圖；圖4是一個視圖，示出一種在一個爐子中製造預製件的工藝，在製造期間，該工藝在預製杆和玻璃管之間注入玻璃形成材料，由此控制預製杆和玻璃管之間的粘度，該爐子包括本發明第二優選實施例的外包覆裝置；圖5是一個視圖，示出本發明第三優選實施例的工藝、該工藝採用一個爐子連續拉制光纖。
優選實施例的詳細說明參照圖1，本發明第一實施例的爐子和外包覆裝置具有垂直工具機10，該工具機包括垂直支承玻璃管102和預製杆100的卡盤20和30；滑架60，裝在垂直工具機10上，用於垂直移動固定於滑架60上的加熱預製杆100和玻璃管102的氫氧燃燒器40；爐子50，位於滑架60的燃燒器40的下面，用於加熱或預熱預製杆100和玻璃管102；真空泵114，由連接件連接於垂直工具機10的一個端部上；控制器(未示出)，用於控制玻璃管102的轉動、滑架60的垂直運動速度、燃燒器40的氣流量和真空泵114的壓力，該玻璃管102連接於卡緊在卡盤30上的支承(傳動)管103；電源，經方條銅線53和電纜55連接於爐子50，用於向爐子50輸送電源電壓。下面詳細說明上述結構的光纖預製杆外包覆裝置的部件。
導向杆11和傳送裝置(未示出)裝在垂直工具機10上，用於垂直移動滑架60，頂部和底部卡盤20和30配置在垂直工具機10的相對兩端。頂部卡盤20可轉動地夾持預製杆100，而底部夾盤30可轉動夾持其上固定玻璃管102的支承管103。其上固定燃燒器40的滑架60沿垂直工具機10的導向杆11垂直移動。爐子50位於燃燒器40的下面，軟的通風導管42裝在燃燒器40的上面。即，導管42、燃燒器40和爐子50整體疊置在滑架60上，控制器(未示出)控制它們的垂直運動。
爐子50中裝有石墨的熱輻射體，在接通電源12的供電電壓時，它一般在2000～2500℃的範圍內發射熱量。熱量通過輻射傳輸到玻璃管102和預製杆100，並在其上形成灼熱區域。沿爐子50的縱軸安裝操作單元(控制面板)54，以便使用者操作。
爐子50具有垂直的較長的熱輻射部分，其厚度小於通常用在光纖拉制工藝中的厚度，以儘可能增大輻射熱的傳輸。由於部分地減小爐子50中爐襯(未示出)的厚度，所以爐子50較薄。應用電阻式的石墨或感應式氧化鋯(ZrO2)作爐子50的熱輻射體。許多管58連接於爐子50，以便將He、Ar或其混合氣體(He+Ar)引入到爐子50中。在爐子50的頂部和底部分別裝有蓋法蘭52和導體法蘭51a、51b。導體法蘭51a、51b連接於許多銅條線53，以便經電纜55接收電源12的電源電壓，並且該導體法蘭通過嚙合爐子角落上的系杆56而牢固固定於爐子50。
將惰性氣體He或Ar注入加熱到高溫的爐子50，由此可以防止在預製杆100或玻璃管102的外表面發生石墨的氧化，並使得預製杆100和玻璃管102的外表面具有均勻的溫度分布，因為惰性氣體具有極好的導熱性。具有溫度傳感器的高溫計57裝在爐子50的爐體內，用於檢測爐子50內部的溫度。在爐子50上還配置冷卻管(未示出)，以冷卻加熱到高溫的爐子50。
上述預製杆外包覆裝置應當安裝在這樣一個地方，該地方的環境溫度應在0～40℃之間，環境溫度應在50％以內。
在如此構造的外包覆裝置上，已製成的預製杆100被夾持在頂部卡盤20上並被垂直地調直。預製杆100最好邊在和預製杆100相同直徑的把手杆上，然後使該把手杆連接於頂部卡盤40。隨後將大直徑玻璃管102的一端連接於支承管103，該支承管再固定安裝在下部卡盤30上，並垂直調直玻璃管102。
接著使固定於頂部卡盤20的預製杆100在控制器的控制下向下運動，共軸地插入玻璃管102。在控制器的控制下移動滑架60，將爐子50的灼熱區域定位在其中插入預製杆100的玻璃管102的預定上部分。爐子50用惰性氣體和提供的電源電壓預熱玻璃管102預定上部分10～30mn，同時在控制器的控制下轉動兩個卡盤20和30，使相結合的預製杆100和玻璃管102同步地以20～30r/min的轉速轉動。在此同時，在起始供氣流量下點燃氫氧燃燒器40。
當玻璃管102的預熱部分的粘度降低和變軟時，在控制器的控制下用真空泵114抽出預製杆100和玻璃管102之間間隙中的空氣，由此使預製杆100完全封接在玻璃管102內。使SiCl4和O2流過間隙並使接觸材料例如玻璃形成材料POCl4沉積在其中，由此可以釋放預製杆100和玻璃管102之間的界面上的應力。然後使滑架60下滑，增加氫氧燃燒器40的供氣流量，氧增加到75l/min，氫增加到150l/min。
使滑架60以稍大的速度下移，即從1cm/min增加到3～5cm/min的速度，由此玻璃管102整個地緊裹在預製杆100的整個長度上。然後關掉爐子50，使氫氧燃燒器40定位在玻璃管102和支承管103之間的連接部分周圍，並在氧流量75l/min和氫流量150l/min的條件下加熱該連接部分3～5min，使其變軟。然後以1～3mm/min的速度往上移動頂部上盤20，使軟化的連接部分變細。
當製造中的預製件的外直徑達到整個預製件直徑的2/3時，用操作單元54使頂部卡盤20快速向上移動，由此可使緊裹在支承管103上的預製件與支承管103脫離。從卡盤20和30上取出完成的預製件，使其在一個保持架上冷卻預定時間。這樣便完成預製杆的外包覆作業。
下面參考圖2和3A～3C，說明採用上述爐子和外包覆裝置製造預製件的外包覆工藝。用外部沉積法或內部沉積法製造預製杆100，玻璃管102是天然石英管或人造石英管，其內直徑10mm或以上，具有大的外直徑。將預製杆100卡緊在頂部卡盤20上，並調成垂直。使大直徑玻璃管102的一端連接於支承管103，該支承管103裝在下部卡盤30上，並將玻璃管102調成垂直。如圖2和3B所示，在預製杆100和玻璃管102之間形成間隙108。
接著，在控制器(未示出)的控制下使固定於頂部卡盤20的預製杆100向下移動，共軸地插入玻璃管102。在控制器的控制下，移動滑架60，使爐子50的灼熱區域定位在其中插入預製杆100的玻璃管102的預定上部分的周圍。將電源電壓加到爐子50上，並將惰性氣體例如Ar、He或N以5～10l/min的流量注入間隙108，同時使卡盤20和30中的預製杆100和玻璃管102同步地轉動。當玻璃管102的表面達到1700℃時，調節氧流量到5l/min，氫流量到10l/min，使燃燒器40降低其加熱溫度，並加熱玻璃管102的表面，同時使滑架60以3～5cm/min的速度向下移動。然後，玻璃管102的內表面由其外表面和惰性氣體傳導的熱量加熱，由此燒掉粘附在其內表面上的微塵粒子。預製杆100外表面上的微塵粒子也被燒掉，該外表面由該內表面和惰性氣體傳導的熱量加熱。
隨後使滑架60回升，將爐子50再定位在玻璃管102的預定上部分。通過將惰性氣體送入爐子50，並使卡盤20和30上的玻璃管102和預製杆100以20～30r/min的速度轉動，預熱玻璃管10210～30min。在此時點燃爐子50上面的燃燒器40，其氫流量為30l/min，氧流量為15l/min。隨後預製杆100和玻璃管102形成圖3B所示的構形。
當玻璃管102的預熱部粘度降低和變軟時，在控制器的控制下起動真空泵114，抽出預製杆100和玻璃管102之間間隙108中的空氣，使預製杆100完全封接在玻璃管102的一個端部內。隨後以稍大的速度下移滑架60，即從1cm/min增加到3～5cm/min的速度，同時將燃燒器40的氧氣和氫氣流量分別增加到75l/min和150l/min，使得玻璃管102緊裹在預製杆100的整個長度上，同時使該管和杆以預定的圓周速度轉動。然後關掉爐子50，使燃燒器40沿著玻璃管102和支承管103的連接部分配置，並且在氧流量75l/min，氫流量150l/min的條件下加熱3～5min，使該連接部分變軟。當支承管103和玻璃管102之間的連接部分變軟時，在1～3mm/min的速度下慢慢上移頂部卡盤20。當正製造的預製件的外直徑達到已完成預製件112外直徑的2/3時，用操作單元54快速上移頂部卡盤20，由此可使緊裹在支承管103上的預製件112完全與支承管103分開，並將該預製件移到保持架上，冷卻預定時間。由此完成外包覆操作，形成的預製件112的結構如圖3C所示。
圖4示意性示出在本發明第二實施例的爐子和外包覆裝置中製造預製件的外包覆工藝，該工藝通過在預製杆和玻璃管之間的間隙中注入玻璃形成材料而控制該杆和管之間的粘度。
用外部沉積法或內部沉積法製造預製杆100，玻璃管102是天然石英管或人造石英管，其內徑在10mm以上，具有大的外直徑。將預製杆100卡緊在頂部卡盤20上，並調成垂直。然後將玻璃管102的一端連接於支承管103，該支承管103裝在底部卡盤30上，然後將玻璃管103調成垂直，並在預製杆100和玻璃管102之間留出間隙108。然後在控制器的控制下使固定於頂部卡盤20上的預製杆100向下移動，共軸地插入玻璃管102中。在控制器的控制下，移動滑架60，將爐子50的灼熱區域定位在其中插有預製杆100的玻璃管102的預定部分四周。將電源電壓加在爐子50上，並且如圖4所示，利用活接頭106將惰性氣體例如Ar、He或N以5～10l/min的流量注入間隙108中，同時使預製杆100和玻璃管102隨夾盤20和30轉動。當玻璃管102的表面達到1700℃時，使燃燒器40降低其加熱溫度，調節氧流量到5l/min，氫流量到10l/min，加熱玻璃管102的表面，同時以3～5cm/min的速度下移滑架60。然後用其外表面和惰性氣體傳導的熱量加熱玻璃管102的內表面，由此燒掉粘附在其內表面上的微塵粒子。利用其內表面和惰性氣體傳送的熱量加熱預製杆100也可以燒掉預製杆100的外表面上的微塵粒子。
為控制玻璃管102和預製杆100之間界面上的粘度，將玻璃形成材料110隨同SiCl4一齊注入間隙108中。即質量流量控制器104將SiCl4以500mg/min的速度，將DOCl4以30mg/min的速度，或將氣體和氟裡昂或/和硼二者以預定的流量輸送到活接頭106。然後活接頭106將SiCl4與玻璃形成材料110混合起來，將此混合物送入間隙108。
SiCl4和玻璃形成材料110可按以下化學反應式化合，並控制界面上的粘性。
化學反應式
(氣體)通過加熱間隙108中的SiCl4和玻璃形成材料110，慢慢沉積出具有匹配粘度的氧化矽層。此時玻璃管102表面被加熱到1800℃，燃燒器40的下降速度是1.5-2cm/min。
接著通過將惰性氣體輸送到爐子50中，同時使玻璃管102和預製杆100以20～30r/min的轉速在卡盤20和30中同步轉動，預熱玻璃管102的預定部分10～30min。在此時點燃爐子50上面的燃燒器，使氫的流量為30LPM，氧的流量為15LPM。
當玻璃管102的預熱部分其粘性降低和變軟時，在控制器的控制下起動真空泵114，抽吸預製杆100和玻璃管102之間間隙108中的空氣，由此將預製杆100的一個端部完全封接在玻璃管102內。然後以稍大的速度下移滑架60，即從1cm/min增加到3～5cm/min的速度，同時將燃燒器40的氧氣和氫氣的流量分別增加到75l/min和150l/min，使玻璃管收縮在預製杆100的整個長度上，同時該杆和管以預定的圓周速度轉動。然後關掉爐子50，使燃燒器40配置在玻璃管102和支承管103之間的連接部分四周，用75l/min的氧氣流量和150l/min的氫氣流量加熱3～5min，使該連接部分軟化。當支承管103和玻璃管102的連接部分變軟時，使頂部卡盤20以1～3mm/min的速度緩慢上移，使該連接部分變細。當預製件的正加工部分的外直徑達到已完成預製件外直徑的2/3時，用操作單元54使頂部卡盤20快速向上移動，由此可使緊裹在支承杆103上的預製件112與支承管103完全分開，隨後將其轉移到保持架上，冷卻預定的時間。這樣便結束外包覆操作。在這種外包覆方法中，所製造的預製件112可以吸收外部衝擊，而且已釋放預製杆100和玻璃管102的界面上的應力。
圖5是一個視圖，示出本發明第三實施例的用一個爐子連續拉制光纖的方法，該方面不需外包覆作業。在此光纖拉制方法中，預製杆158插入到玻璃管156中，同時被調成垂直。使其下端封接在一起，而相結合的預製杆158和玻璃管156被夾持在卡盤154上，該卡盤裝在光纖拉制裝置的傳送組件150上。
然後使預製杆158和玻璃管156的未封接的端部連接於真空泵152，而將其封接的端部垂直送入爐子162中，使其對準爐子162的灼熱區域。為增加導熱性，爐子162用石墨製作。然後接通電源(未示出)啟動爐子16，並將Ar氣以約10L/min的流量注入爐子162，以防止其中石墨的氧化。利用爐子162預熱預製杆158和玻璃管156的封接端部約20min，然後再加熱，使其軟化。起動其上固定預製杆158的傳送組件150，同時從真空泵152對玻璃管156和預製杆158之間的間隙施加一個約-700mm Bar的壓力。
隨後從爐子162的下部分拉出外直徑為125μm的光纖160，並且收縮過程持續進行，同時，通過在爐子162的灼熱區域中加熱玻璃管並用真空泵152施加負壓，而一直持續不斷地封接預製杆158和玻璃管156。傳送組件150將還未封接的預製杆158和玻璃管156向下送入爐子162中，只要還在拉制光纖160。
外徑測量裝置164測量光纖160的直徑，以確定直徑是否是一般為125-的預定值，並將測量值告知直徑控制器(未示出)。隨後直徑控制器控制牽引輥172，使光纖160的直徑保持在125μm，該牽引輥172在直徑控制器的控制下控制光纖160的張力。為保護在冷卻器166中快速冷卻的光纖160，在塗層單元168中用丙烯酸樹脂或矽樹脂塗布下降的光纖160。用紫外線固化器170固化塗層的光纖160，然後利用牽引輥172的牽引力使其繞在捲軸174上。由此結束光纖的拉制操作。
如上所述，本發明的光纖預製杆的外包覆方法和裝置以及光纖拉制方法具有以下優點(1)由於用一個爐子將足夠多的熱量傳送到玻璃管的表面上，所以可以防止玻璃管表面上不均勻的溫度分布，並且可使玻璃管均勻地和穩定收縮緊裹，該爐子的灼熱區域比先有技術中氫氧燃燒器的灼燒區域大；(2)由於有足夠的熱能，所以預製杆和大直徑的玻璃管的粘度彼此相同，因而顯著減小微小凹凸不平的損傷；(3)在先有技術工藝中氫氧燃燒器的髒物可能沾汙預製杆的表面，而氧氣和氫氣的流量由於採用不同低流量(即100L/min和200L/min)，所以可以防止其表面沾汙。因而可以製造高強光纖；(4)因為大直徑玻璃管的表面用爐子加熱，並用氫氧燃燒器的壓力進行緊裹，所以預製件可以作成在其橫截面上是同心的，並在在爐子中具有均勻的溫度分布；(5)由於總的供熱量大於先有技術供熱量，所以玻璃管的緊裹速度最大增加5倍，而且可以自動作業，顯著減少光纖製造時間；(6)可以外包覆任何預製杆而不管其尺寸(7)利用真空泵加速了外包覆作業，使SiCl4和O2以及玻璃形成材料POCl3、硼或氟裡昂流過預製杆和玻璃管之間的間隙可以消除其間界面上的應力，由此能夠沉積接觸的物質；(8)因為本發明的爐子可以配置在預製杆安裝於光纖拉制裝置中的位置，所以可以連續拉制光纖而不用外包覆作業。結果可以顯著減少製造時間，增加生產率。儘管已針對本發明的某些優選實施例示出和說明本發明，但是技術人員應當明白，這些實施例可以在形式和細節上進行各種改變而不超出所述權利要求書確定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種光纖杆的外包覆裝置，包括垂直工具機；分別裝在垂直工具機相對兩端的兩個卡盤；在垂直工具機上的滑架，用以在垂直工具機兩個端部之間垂直移動；裝在滑架上的氫氧燃燒器；裝在滑架上的爐子；位於垂直工具機一端的真空泵；將真空泵連接於垂直工具機一端的連接件，在垂直工具機外側的控制器，控制滑架的垂直運動、氫氧燃燒器的流量和卡盤的轉動；其中，爐子預熱或加熱一玻璃管，以便用玻璃管外包覆預製杆。
2.如權利要求1所述的光纖預製杆的外包覆裝置，其特徵在於，爐子配置在滑架上，位於燃燒器的下面。
3.如權利要求1所述的光纖預製杆的外包覆裝置，其特徵在於，爐子從電源取得電源電壓，具有石墨的熱量發射體。
4.如權利要求1所述的光纖預製杆的外包覆裝置，其特徵在於，爐子中採用惰性氣體和氮(N2)防止預製杆和玻璃管的氧化，該惰性氣體是氦(He)、氬(Ar)及氦和氬的混合物中之一。
5.一種在光纖預製杆外包覆裝置中進行光纖預製杆外包覆的方法，該外包覆裝置具有垂直工具機，該工具機包括頂部和底部卡盤；環形氫氧燃燒器；加熱或預熱玻璃管的爐子；以及滑架，可以在兩個卡盤之間垂直運動；該外包覆裝置還具有真空泵，位於垂直工具機的一個端部；連接件，連接在真空泵和其中一個卡盤之間；以及控制器，用於控制滑架的垂直運動、氫氧氣的流量和卡盤的轉動；該方法包括以下步驟將預製杆夾持在頂部卡盤上，並將其調成垂直；將玻璃管連接於支承管；將支承管裝在底部卡盤上，並將玻璃管調成垂直；使項部卡盤下移，共軸地將預製杆插入到玻璃管中；利用爐子預熱玻璃管，利用燃燒器加熱玻璃管，直至玻璃管達到軟化點溫度；通過施加負的真空壓力，抽出預製杆和玻璃管之間間隙中的空氣，由此將預製杆完全地密封在玻璃管內，從而完成預製。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，採用外沉積法和內沉積法中的一種方法製造預製杆。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，玻璃管是合成石英管和天然石英管中的一種管。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，玻璃管的內徑等於或大於10mm。
9.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，通過注入惰性氣體從預製杆和玻璃管之間的間隙中除去外來物質。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，利用從玻璃管傳導的熱量和惰性氣體除去可能粘附在預製杆外表面上的任何上述外來物質。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，利用爐子和燃燒器之一產生的熱量和惰性氣體除去可能粘附在玻璃管內表面上的任務上述外來物質。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，惰性氣體是氦(He)、氬(Ar)、氦和氬的混合物以及氮(N2)中的一種氣體。
13.一種在光纖預製杆外包覆裝置中進行光纖預製杆外包覆的方法，該外包覆裝置具有垂直工具機；配置在垂直工具機一端的真空泵；連接在真空泵和其中一個卡盤之間的連接件；以及控制器，用於控制滑架的垂直運動、氫氧氣的流量和卡盤的轉動；上述垂直工具機包括頂部和底部卡盤；環形氫氧燃燒器；用於加熱或預熱玻璃管的爐子；以及可在兩個卡盤之間垂直運動的滑架，上述方法包括以下步驟將預製杆夾持在頂部卡盤上，並將預製杆調成垂直；將玻璃管連接於支承管；將支承管裝在底部卡盤上，並將玻璃管調成垂直；使頂部卡盤下移，而將預製杆共軸地插入到玻璃管中；通過將SiCl4和玻璃形成材料注入到預製杆和玻璃管之間的間隙中，而在預製杆和玻璃管之間的間隙中沉積一具有匹配粘性的氧化矽層，同時控制預製杆和玻璃管的粘度；利用爐子預熱玻璃管，然後利用燃燒器加熱玻璃管，直至玻璃管達到軟化點溫度；通過施加負的真空壓力，抽出預製杆和玻璃管之間間隙中的空氣，由此完全地將預製杆密封在玻璃管內，而完成預製。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，玻璃形成材料是POCl3、氟裡昂和具有低粘性的硼中的一種材料。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，SiCl4和POCl3被注入到預製杆和玻璃管之間的間隙中。
16.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，SiCl4和POCl3和氟裡昂被注入到預製杆和玻璃管之間的間隙中。
17.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，將SiCl4和POCl3、氟裡昂和硼注入到預製杆和玻璃管之間的間隙中。
18.一種光纖拉制方法，包括以下步驟將預製杆的一端封接在玻璃管的一個端部；將預製杆的未封接端部和玻璃管的未封接端部卡緊在卡盤上，該卡盤裝在光纖拉制裝置的傳送組件上；將真空泵連接於預製杆和玻璃管的未封接端部；將預製杆和玻璃管的封接端部對準光纖拉制裝置上一爐子的灼熱區域；通過利用爐子預熱預製杆的封接端部，使玻璃管收縮在預製杆上，再加熱其封接端部，直至其封接端部變軟，然後用真空泵除去預製杆和玻璃管之間間隙中的空氣，由此形成預製件；通過利用爐子加熱預製件，從該預製件上拉出光纖；測量從爐子中拉出的光纖的外直徑；測量步驟之後冷卻光纖；冷卻步驟之後用保護樹脂塗布光纖。
19.如權利要求18所述的光纖拉制方法，其特徵在於，爐子用石墨製作。
20.如權利要求19所述的光纖拉制方法，其特徵在於，在爐子中注入氬氣。
21.如權利要求19所述的光纖拉制方法，其特徵在於，光纖拉制裝置上的傳送組件只要拉制光纖便使預製杆和玻璃管向下移動。
全文摘要
提供一種光纖杆外包覆的裝置和方法,以及一種光纖拉制方法。在該預製杆外包覆方法中,將預製杆卡緊在頂部卡盤上,並將其調成垂直,然後將玻璃管裝在底部卡盤上,並將其調垂直。使預製杆共軸地插和玻璃管中。然後用爐子預熱玻璃管,隨後再用燃燒器加熱,直至被玻璃管達到軟化點溫度。形成負的真空壓力而將預製杆和玻璃管之間間隙中的空氣抽出,由此可完全地使預製杆封接在玻璃管內,製作成預製件。
文檔編號C03B37/018GK1257464SQ98805348
公開日2000年6月21日 申請日期1998年3月27日 優先權日1997年3月27日
發明者吳承憲, 南宮基雲, 徐晚碩, 白雲出, 吳慶煥, 宋桂休, 都文顯, 鄭暎籌 申請人:三星電子株式會社