專利名稱：光纖的拉制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖的拉制方法，尤其是涉及能在1.55μm附近減小衰減的光纖的拉制方法。
相關(guān)技術(shù)說明如圖4，示意性的示出了使用拉制裝置來對光纖進行拉制的傳統(tǒng)的光纖拉制方法。該拉制裝置包括一個拉絲爐1，用于熔化并拉制玻璃預(yù)制件2，和一個保持在高溫的冷卻裝置7，用于冷卻光纖。在該拉絲爐中，玻璃預(yù)制件2在大約2000℃的溫度下被熔化，然后被拉制成光纖3，接著使用冷卻裝置例如冷卻輥將光纖3進行快速冷卻。在被涂覆以后，帶有涂面樹脂的該光纖就被纏繞在輥子上。
但是，在當采用上述傳統(tǒng)的拉制方法制備光纖時，就會出現(xiàn)一個問題，即在1.55μm附近會引起衰減。
假定在1.55μm附近衰減的增長是由于玻璃的瑞利散射引起的。瑞利散射是由于當玻璃在從高溫被冷卻時，玻璃中密度的變化或者濃度的變化而引起的。玻璃淬火(quenching)開始的溫度通常決定了密度變化或濃度變化的程度。這一溫度經(jīng)常被稱做假定溫度，是表明玻璃質(zhì)狀態(tài)的一個指數(shù)。
日本專利申請，首次申請為No.Hei 10-218635，披露了一種適合用來控制瑞利散射以調(diào)節(jié)光纖冷卻速率的技術(shù)。
發(fā)明概要從玻璃開始固化的假定溫度和玻璃的瑞利散射之間的關(guān)系來看，本發(fā)明提供了一種光纖的拉制方法，其能夠減小玻璃的瑞利散射且能減小在1.55μm附近的衰減，即使拉制速度較高。
依照本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提供了一種通過冷卻從拉絲爐拉制出的光纖來制造光纖的拉制方法，包括第一冷卻步驟，在具有低于0.2W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第一冷卻區(qū)內(nèi)將光纖冷卻至1100℃以下；和第二冷區(qū)步驟，在具有高于0.3W·m-2·K-1傳熱對流系數(shù)的第二冷卻區(qū)內(nèi)將該低于1100℃溫度下的光纖進行冷卻。
依照第二方面，在上述用來制造光纖的拉制方法中，在充填有空氣的第一冷卻區(qū)內(nèi)，當該光纖的溫度達到一個低于其軟化溫度的溫度之后，該光纖被自然冷卻長于0.08秒。
依照第三方面，在上述用來制造光纖的拉制方法中，第一冷卻區(qū)是一個充填有傳熱系數(shù)小于0.05W·m-1·K-1的氣體或混合氣體的區(qū)域。
依照第四方面，在上述用來制造光纖的拉制方法中，所述第一冷卻區(qū)配置有一個保護管，該保護管中充滿了傳熱系數(shù)小于0.05W·m-1·K-1的氣體或混合氣體。
依照第五方面，在上述用來制造光纖的拉制方法中，該保護管具有大于10mm的直徑，且當該光纖從高于轉(zhuǎn)換溫度的一個溫度被冷卻至低于1100℃的一個溫度時，其長度足以保護該光纖。
附圖的簡要說明

圖1的簡圖示出了依照本發(fā)明第一實施例、用于光纖拉制方法中的冷卻裝置；圖2的簡圖示出了依照本發(fā)明第二實施例、用于光纖拉制方法中的冷卻裝置；圖3的簡圖示出了冷拔成的光纖對波長在1.55μm附近的光的衰減和將要進入第二冷卻區(qū)5的冷拔成的光纖3的溫度之間的關(guān)系；圖4的簡圖示出了傳統(tǒng)的用于拉制光纖所使用的一種拉制裝置。
本發(fā)明的詳細說明在下文中，將參考所附附圖詳細描述本發(fā)明。
圖1的簡圖示出了依照本發(fā)明第一實施例、用于光纖拉制方法中的冷卻裝置。
在圖1中，參考標號1表示一個光纖拉絲爐，其用于熔化并拉制處于高溫的預(yù)制件2。參考表號4表示一個對光纖3進行初步冷卻的冷卻區(qū)，參考表號5表示一個用于將光纖3快速冷卻至室溫的第二冷卻區(qū)。
第一冷卻區(qū)4配置在光纖拉絲爐1和第二冷卻區(qū)5之間，以用來將第二冷卻區(qū)5從拉絲爐1分開。在第一實施例中，第一冷卻區(qū)充滿了空氣。實際上，一個冷卻裝置例如冷卻管用作了第二冷卻區(qū)5。
第一冷卻區(qū)4的對流傳熱系數(shù)不同于第二冷卻區(qū)5的，且第一冷卻區(qū)4具有比第二冷卻區(qū)5低的對流傳熱系數(shù)。實際上，第二冷卻區(qū)5的對流傳熱系數(shù)設(shè)定為一個高于0.3W·m-2·K-1的值，而第一冷卻區(qū)4的對流傳熱系數(shù)設(shè)定為一個低于0.2W·m-2·K-1的值。
注意，在忽略不計輻射時，該對流傳熱系數(shù)H可用下式來表述L/V=-14∫CTρdh(T-T′)dT---(1)]]>其中，L是長度(m)，V是拉制速度(m/sec)，C是光纖的比熱(W·s·m-1)，T和T’是絕對溫度(K)，ρ是光纖的比重，d是光纖的直徑。
因此，通過在兩點測量光纖的溫度就可得到對流傳熱系數(shù)。
接下來，說明依照當前實施例的拉制方法。
在光纖拉絲爐1中通過熔化并拉制玻璃預(yù)制件2形成了具有很細直徑的光纖3。具有高溫的光纖3穿過第一冷卻區(qū)4和第二冷卻區(qū)5被冷卻。來自光纖拉制爐1中的光纖3在第一冷卻區(qū)4中進行初步的冷卻，以減小進入第二冷卻區(qū)5內(nèi)的光纖的溫度。
在第一冷卻區(qū)中冷卻過的光纖3在第二冷卻區(qū)5中被冷卻至室溫。
此后，光纖3被涂覆上一層涂面樹脂，且被一個接受器進行纏繞。
在依照當前實施例的冷卻過程中，由于第一冷卻區(qū)4被設(shè)定具有一個較低的對流傳熱系數(shù)，從而就可抑制用來制備光纖的玻璃的密度變化或濃度變化。
由于光纖3在進入第二冷卻區(qū)5內(nèi)之前先在第一冷卻區(qū)4中被初步冷卻過，所以在光纖3進入第二冷卻區(qū)5中時其溫度已經(jīng)下降了。因此，即使光纖3是在具有較高對流傳熱系數(shù)的第二冷卻區(qū)5中被隨后冷卻至室溫，用來制備光纖的玻璃的密度變化或濃度變化也可被抑制，且可實現(xiàn)低的瑞利散射。
實際上，光纖在第一冷卻區(qū)4中被冷卻至溫度1100℃以下。隨后，在第二冷卻區(qū)5中，光纖3迅速從低于1100℃的溫度冷卻至室溫。為了將在第一冷卻區(qū)4中的光纖3冷卻至低于1100℃的溫度，優(yōu)選的是，在光纖3的溫度降低到軟化溫度之下以后，將第一冷卻區(qū)4的冷卻進行超過0.08秒。
在依照本發(fā)明第一實施例的拉制方法中，有可能減小在1.55μm附近的衰減，同時不會減小在位于光纖拉絲爐1和第二冷卻區(qū)5之間的第一冷卻區(qū)5內(nèi)進行初步冷卻的拉制速度。
此外，由于本發(fā)明除了拉絲爐和冷卻裝置外不需要額外的設(shè)備，因此就可提供一種不需要高額資金投入的低損耗光纖拉制方法。
圖2的簡圖示出了依照本發(fā)明第二實施例、用于光纖拉制方法中的冷卻裝置。
雖然拉絲爐1和第二冷卻區(qū)5是與第一實施例相同的，但在本實施例中在第一冷卻區(qū)4中配置了一個保護管6。該保護管中充滿了氣體例如氮氣或混合氣體，其傳熱系數(shù)低于0.05W·m-1·K-1。
依照本實施例的拉制方法將在下面進行描述。
類似于第一實施例，高溫的光纖在第一冷卻區(qū)4中進行初步的冷卻，其中該第一冷卻區(qū)4配置有一個保護管6，其為一種氣體保護氣氛保護管，傳熱系數(shù)低于0.05W·m-1·K-1。
隨后，光纖3在具有較高對流傳熱系數(shù)的第二冷卻區(qū)5中被冷卻至室溫。
在該第二實施例中，由于初步冷卻是在具有較低傳熱系數(shù)的氣體氣氛中進行的，所以該冷卻是以一種非常有效的方式進行的。
下面將示出實際的實例。
實例1光纖3在第一冷卻區(qū)4中被冷卻直至其溫度達到1100℃，該第一冷卻區(qū)4具有低于0.2W·m-2·K-1的傳熱系數(shù)，且在光纖進入第二冷卻區(qū)5之前光纖的溫度被降至小于1100℃，該第二冷卻區(qū)5具有高于0.3W·m-2·K-1的對流傳熱系數(shù)。此后，光纖3在第二冷卻區(qū)5中被迅速從1100℃降至室溫。在該實例中，第一冷卻區(qū)4中充滿了空氣。
由上述冷卻方法得到的光纖在1.55μm處其衰減為0.187dB/km。該衰減值是由光時域反射計(OTDR)測量出的。
改變進入第二冷卻區(qū)5時光纖的溫度，得到幾個對比的實例，同樣用光時域反射計來測量這些對比的實例在1.55μm處的衰減。從而就會得到有關(guān)進入第二冷卻區(qū)5時的溫度和對波長為1.55μm的光的衰減之間關(guān)系的解釋。
通過將在被具有低于0.2W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第一冷卻區(qū)4冷卻后進入具有高于0.3W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第二冷卻區(qū)5時的光纖3的溫度設(shè)定為1500℃，來得到第一個對比實例，該第一個對比實例的光纖3在第二冷卻區(qū)5中被從1500℃冷卻至室溫。由該第一對比實例拉制所得光纖的衰減為0.193dB/Km。
通過將在被具有低于0.2W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第一冷卻區(qū)4冷卻后進入具有高于0.3W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第二冷卻區(qū)5時的光纖3的溫度設(shè)定為1200℃，來得到第二個對比實例，該第二個對比實例的光纖3在第二冷卻區(qū)5中被從1200℃冷卻至室溫。由該第二對比實例拉制所得光纖的衰減為0.188dB/Km。
通過將在被具有低于0.2W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第一冷卻區(qū)4冷卻后進入具有高于0.3W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第二冷卻區(qū)5時的光纖3的溫度設(shè)定為870℃，來得到第二個對比實例，該第二個對比實例的光纖3在第二冷卻區(qū)5中被從870℃冷卻至室溫。由該第二對比實例拉制所得光纖的衰減為0.187dB/Km。
由上述實驗得到的結(jié)果示于圖3中。圖3的簡圖示出了冷拔成的光纖對波長在1.55μm附近的光的衰減和將要進入第二冷卻區(qū)5的冷拔成的光纖3的溫度之間的關(guān)系。
如圖3中所示，很明顯地可看出，在溫度高于1100℃處，隨著進入溫度的增加，進入第二冷卻區(qū)5光纖3的衰減也在增加。相反，如果進入第二冷卻區(qū)5內(nèi)的光纖的溫度低于1100℃，則光纖的衰減保持不變。因此，僅僅只需將進入第二冷卻區(qū)的冷拔光纖的溫度保持低于1100℃，則就有可能減小光纖的衰減。
實例2在該實例中，保護管6設(shè)置在第一冷卻區(qū)4的位置處，其中該第一冷卻區(qū)4位于拉絲爐1下面的位置，且該保護管6中充滿了氮氣。應(yīng)當注意，室溫時氮氣的傳熱系數(shù)為0.025W·m-1·K-1。在拉制過程中，光纖3在第一冷卻區(qū)4中被進行初步冷卻，在第二冷卻區(qū)5冷卻后才得到光纖3。
在該實例中，使用同實例1中相同的溫度條件來冷卻光纖。
由上述條件得到的冷拔光纖其在1.55μm處的衰減為0.187dB/km。
通過在充滿替代了氮氣的氦氣的保護管中冷卻冷拔光纖來制成一個實例2的對比實例。氦氣的傳熱系數(shù)為0.15W·m-1·K-1。在形成該對比實例中，使用了同實例1相同的溫度條件。
由該實例得到的光纖其對具有1.55μm波長的光帶的衰減為0.195dB/km。
上述的實驗表明，用來填充保護管的氣體其傳熱系數(shù)優(yōu)選的是小于0.05W·m-1·K-1。
優(yōu)選的是，用在實例2中的保護管6具有大于10mm的直徑，且在當從高于軟化點的一個溫度冷卻至低于1100℃的一個溫度時，其長度足以能保護處于該溫度的冷拔光纖。如果保護管的直徑小于10mm，則因為冷拔光纖可接觸到保護管的內(nèi)壁，所以會使光纖的強度降低。
如上所述，就有可能減小對在1.55μm波長附近光的衰減，同時不會減小在位于光纖拉絲爐1和第二冷卻區(qū)5之間的第一冷卻區(qū)5內(nèi)進行初步冷卻的拉制速度。
此外，由于本發(fā)明的拉制方法并不需要額外的專門設(shè)備，所以本發(fā)明就可提供一種不需要高額資金投入且可生產(chǎn)低損耗光纖的節(jié)儉拉制方法。
權(quán)利要求
1.一種通過冷卻從拉絲爐中拉制出的光纖來制造光纖的拉制方法，包括第一冷卻步驟，在具有低于0.2W·m-2·K-1對流傳熱系數(shù)的第一冷卻區(qū)內(nèi)將光纖冷卻至1100℃以下；第二冷區(qū)步驟，在具有高于0.23W·m-2·K-1傳熱對流系數(shù)的第二冷卻區(qū)內(nèi)將該低于1100℃溫度下的光纖進行冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的用來制造光纖的拉制方法，其中，在充填有空氣的所述第一冷卻區(qū)內(nèi)，當該光纖的溫度達到一個低于其軟化溫度的溫度之后，該光纖被自然冷卻長于0.08秒。
3.如權(quán)利要求1所述的用來制造光纖的拉制方法，其中，所述第一冷卻區(qū)是一個充填有傳熱系數(shù)小于0.05W·m-1·K-1的氣體或混合氣體的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的用來制造光纖的拉制方法，其中，所述第一冷卻區(qū)配置有一個保護管，該保護管中充滿了傳熱系數(shù)小于0.05W·m-1·K-1的氣體或混合氣體。
5.如權(quán)利要求4所述的用來制造光纖的拉制方法，其中所述保護管具有大于10mm的直徑，且當該光纖從高于轉(zhuǎn)換溫度的一個溫度被冷卻至低于1100℃的一個溫度時，其長度足以保護該光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光纖的拉制方法,其能夠減小在1.55μm處由于瑞利散射引起的衰減,即使拉制速度較高。通過在具有較低對流傳熱系數(shù)的第一冷卻區(qū)4內(nèi)進行初步的冷卻,以減小冷拔光纖在剛進入第二冷卻區(qū)5內(nèi)時的溫度,就可使光纖3的衰減得到減小。在具有較高對流傳熱系數(shù)的第二冷卻區(qū)5內(nèi)冷卻之后就到了光纖。
文檔編號G02B6/00GK1369447SQ02102569
公開日2002年9月18日 申請日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者濱田貴弘, 藤卷宗久 申請人:株式會社藤倉