光纤预型件加热炉技术领域
本发明涉及一种在光纤制造过程中用于加热光纤预型件的装置和
方法，例如用于烧结多孔光纤预型件、使圆形管塌缩、给石英管包套、
或拉伸或延伸光纤预型件。当采用本发明的上述装置和方法来加热光纤
预型件时，该光纤预型件可以被烧结、塌缩、包套、或被延伸或拉伸，
同时在光纤预型件的整个周边表面上保持均匀的温度分布。因此，可以
提高获得的光纤预型件或光纤的圆度。
背景技术
可以采用例如光纤预型件加热炉，通过熔化和拉伸光纤预型件而制
造光纤。如图3的纵向横截面图所示，这种光纤预型件加热炉通常这样
构成，即，在不锈钢主体55内装入炉芯管52、加热器53和围绕加热器
的热绝缘件54，该不锈钢主体55构造在水冷套中，从该炉芯管的上端
部送入光纤预型件57，该加热器包围该炉芯管52，并具有一对电极部
分532，各个电极设置在加热器的上侧，并且彼此相对。
当采用上述常规例子1的光纤预型件加热炉51制造光纤58(线形
制品)时，电压从未示出的电源加到一对电极部分532，从而使加热器
53加热。在加热送入炉芯管52的光纤预型件57和熔化该光纤预型件的
同时，可以从炉芯管52下端侧拉出光纤58。该光纤预型件加热炉51自
然也可以用来例如烧结多孔预型件、塌缩圆形管，包套石英管，并拉伸
光纤预型件。
表示光纤即光纤线形制品的横截面与理想圆偏离多大的参数是不
圆度(％)，该不圆度用以下公式表示：((长轴-短轴)/平均直径)×
100。当光纤的不圆度接近于0时，便可以说光纤质量很好。也就是说，
当光纤的不圆度与理想圆偏离很大时，用于连接光纤的并形成在套管上
的孔的直径必须做得比较大，该套管用于对准光连接器。因此，孔的轴
线和光纤的轴线偏离很大，造成很大的光纤光学连接损耗。同样，在光
纤压在成形于在对准块内的V形槽中而且被连接在一起的情况下，当与
该V型槽接触的一部分光纤半径波动，与理想圆偏离很大时，便会造成
在连接时光柱不对准和光学连接损耗，这也是不希望的。
在上述具有一般结构的常规例子1的光纤预型件加热炉51的情况
下，热量从加热器53经一对电极部分532散出，因此，在加热器53中
局部产生低温部分。结果，在炉芯管52周边方向的温度分布均匀性变
差，只能够拉出不圆度为1％或更大的光纤58。即存在这样的问题，很
难用这种炉制造不圆度较小的光纤58。
例如在日本未经审查的专利申请公告特开平NO.9-71433中已经提
出一种光纤拉制炉，利用这种炉子可以提高沿炉芯管周边方向的温度分
布均匀性。下面参照图4、图5a和图5b说明这种常规例子2的光纤拉
制炉，图4是其平面截面图，图5a是透视图，示出其加热器的外观，
而图5b是透视图，其示出另一加热器的外观，其中名称和附图标记与
该公开的专利相同。
也就是说，常规例子2的光纤拉制炉试图克服伴随光纤预型件15
产生的问题，即因为圆形加热器18加热光纤预型件15在其周边方向形
成不均匀温度分布，所以，不能从该光纤拉制炉中拉出不圆度较小的光
纤即光纤线制品。具体是，在炉芯管13中，送入光纤预型件15；加热
器18设置在炉芯管13外边，其形状如图5a或5b所示，许多狭缝设置
成交替地从圆筒主体的两端延伸，而连接部分22-25从加热器18向外
延伸，并经过许多电极部分29和30连接于电源33。在上述光纤拉制炉
中，作为使沿上述加热器18周边方向的温度分布均匀的装置，电极连
接部分22-25的数量制成大于电极部分29和30的数量。
按照上述常规例子2的光纤拉制炉，为了使在炉芯管13周边方向的
温度分布(即沿光纤预型件15周边方向的温度分布)均匀，提供了一
种可达到均匀分布的装置，使得电极连接部分22-25的数量多于电极部
分29和30的数量。
这种温度均匀分布装置可以有效地使在炉芯管周边方向的温度分
布(即光纤预型件周边方向的温度分布)均匀，并可以制造出质量极好
的光纤，该光纤截面的不圆度小于0.2％，即近似于理想圆，即常规例子
2的常规拉制炉优于一般结构的常规例子1的光纤预型件加热炉。
然而，在常规例子2的光纤拉制炉的情况下，因为从加热器到电极
部分的结构很复杂，不仅光纤拉制炉的成本很高，而且它还需要用较长
时间来拆卸，检查和清洗，然后再组装起来。因此，仍存在一些问题需
要克服，即这种光纤拉制炉的生产效率有缺陷，而且运行成本高。
也就是说，所希望的是，光纤预型件加热炉的结构简单，并且这种
炉拉出的光纤的不圆度与上述常规例子2光纤拉制炉得到的不圆度相
同。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤预型件加热炉，该加热炉的结构简
单，并且在光纤预型件周边方向上的温度分布极为均匀。
为了克服上述问题而提出本发明。本发明的光纤预型件加热炉包
括：加热器，其设置成包围一供给到所述光纤加热炉中的光纤预型件；
多个电极连接部分，所述多个电极连接部分中的每一个从所述加热器突
伸出并具有面对所述光纤预型件的表面；连接电源的电极部分，其布置
成与所述多个电极连接部分中的每一个相连接；隔热件，其设置在所述
光纤预型件和所述电极连接部分的相对表面之间。
按照上述结构，由于具有隔热件，所以可以减小从电极部分散出的
传热量，因而可以进一步使光纤预型件沿周边方向的温度分布均匀。其
结果为，可以拉出不圆度较小的光纤线形制品，即圆度极好的光纤。
在本发明的光纤预型件加热炉中，上述电极部分和上述电极连接部
分优选地形成为具有相同数量，而且各个电极部分最好分别设置到上述
多个电极连接部分上。另外，上述电极部分的数量最好是2。
按照上述结构，电极连接部分的数量不需要大于电极部分的数量，
由此可以在光纤预型件的周边方向上获得均匀的温度分布。其结果为，
因为光纤预型件加热炉的结构较简单，所以其制造成本较低。另外，只
需较短时间便可拆卸开进行检查和清洁，然后再装上，所以本发明的光
纤预型件加热炉生产效率高，而且运转成本低。
另外，本发明的光纤预型件加热炉还包括上述光纤预型件可供给到
其中的炉芯管。在这种情况下，加热器可以设置成围绕炉芯管，而隔热
件设置在该炉芯管和电极连接部分的相对表面之间。
另外，在本发明的光纤预型件加热炉中，在上述电极连接部分的相
对表面和光纤预型件之间的距离大于加热器和光纤预型件之间的距
离。
再一方面，在本发明的光纤预型件加热炉中，上述电极连接部分设
置成在加热器的上端部连接于加热器。
在本发明的光纤预型件的加热炉中，隔热件可以是碳纤维件、碳箔
件或碳模制体中的任何一种。
在本发明的光纤预型件加热炉中，电极连接部分单位长度的电阻优
选地选择为在0.1-0.3倍于上述加热器发热部分的单位长度的电阻范围
内。
在本发明的光纤预型件加热炉中，在连接部分附近的发热部分的横
截面积优选地构造成小于该发热部分的其它部分的横截面积，该连接部
分带有所述加热器的所述电极连接部分。
附图说明
图1a是示意图，示出本发明实施例光纤预型件加热炉的纵向横截
面结构，图1b是加热器的透视图，该加热器包括本发明的电极连接部
分和电极部分。
图2是示意图，示出本发明一个实施例中隔热件的厚度和加热流密
度之间的关系。在此示意图中，水平轴代表厚度L2(mm)，而垂直轴代
表热流密度q(W/m2)。
图3是示意图，示出常规例子1的光纤预型件加热炉的纵向截面结
构。
图4是常规例子2的光纤拉制炉的平面截面图。
图5a是透视图，示出常规例子2光纤拉制炉的加热器的外观，而图
5b是透视图，示出常规例子2的光纤线拉制炉的另一个加热器的外观。
具体实施方式
下面顺序参照图1a、图1b和图2，说明本发明实施例的光纤预型件
加热炉，图1a是示意图，示出光纤预型件加热炉的纵向截面图，图1b
是透视图，示出包含电极连接部分和电极部分的加热器，图2是示意图，
示出隔热件厚度和热流密度之间的关系，其中水平轴表示隔热件的厚度
(mm)，而垂直轴表示热流密度q(W/m2)。
图1a中的标记1表示本发明实施例的光纤预型件加热炉。该光纤预
型件加热炉1包括：可从其上端侧送入光纤预型件7的炉芯管2；加热
器3，该加热器沿炉芯管2的垂直方向包围该管的大致中央部分；一对
电极连接部分31，该部分设置成在加热器3的顶端部分彼此相对，其具
有面对上述炉芯管2外周表面的相对表面32，相对面之间的距离大于加
热器的内直径；电极部分33，该电极部分在电极连接部分31的顶端沿
相反方向伸出；围绕加热器的隔热件4，该隔热件围绕上述加热器3和
电极连接部分31的下部分；不锈钢主体5，该主体5形成为水冷套结构，
并可接纳包围加热器的隔热件4。上述电极部分33的末端构造成穿过主
体5的外壁并向外突出。下面说明加热器3和电极连接部分33。
在本实施例中的光纤预型件加热炉1，如上所示，在加热器3内部
的设置有炉芯管2。但是，因为有没有设置这种炉芯管的光纤预型件加
热炉，所以本发明不限于设置有炉芯管2的光纤预型件加热炉。
如图1a所示，上述加热器3形成一结构，在这种结构中，在狭缝之
间形成许多片状发热部分3a，该狭缝交替地自圆筒的两端设置。电极连
接部分31单位长度的电阻设定为是每片上述发热部分3a的单位长度电
阻的0.1-0.3倍。选择电极连接部分31单位长度电阻值为每片上述发
热部分3a单位长度电阻值的0.1-0.3倍的理由如下。当上述电极连接
部分31单位长度的电阻被选择为0.3倍或更大时，其电阻由于其横截
面积小而可能变得更大，由此可造成热负载太大的不便。相反，当上述
电极连接部分单位长度的电阻为0.1倍或更小时，热流密度可能由于横
截面积较大而变得较大，这样便造成电极连接部分31的温度下降而不
利地影响发热部分3a的缺点。
另外，为了使连接部分附近的发热部分的发热量大于加热器其它发
热部分的发热量，可使在带有上述加热器3电极连接部分31的连接部
分附近的发热部分的横截面积小于加热器其它发热部分的横截面积。由
此可以减小由于热量传输到电极连接部分31而使连接部分附近的温度
降低。其结果为，可以使加热器上端部分沿周边方向的温度分布更为均
匀。
在上述一对电极连接部分31的各个连接部分的内侧形成流出或流
入冷却水的连接部分冷却室(图中未示出)。由于冷却水流入或流出连
接部分冷却室，所以可以防止电极连接部分31和电极部分33熔化。另
外，由隔热材料即碳纤维、碳箔或碳模制体中任何一种材料制成的隔热
圆筒6可以设置在炉芯管2的外周表面和电极连接部分31的相对表面
32之间。
利用图1中用朝外箭头表示的热流密度q、隔热圆筒6的厚度L2和
隔热圆筒6内表面和电极部分33外表面的温差ΔT之间的相对关系可以
确定上述隔热圆筒6的厚度L2(m)，该隔热圆筒6面对着电极部分33
连接于电极连接部分31的连接位置。在温差ΔT为1000℃、1500℃、
2000℃各种情况下计算热流密度q。从根据热流密度q的这些计算结果，
可以确定隔热圆筒6的厚度L2。上述热流密度q表示从电极部分33的
散发的传热量：
q＝ΔT/(L1/λ1+L2/λ2)＝ΔT/(0.05./115+L2/0.8)
在上述公式中，L1(m)是电极部分33的长度，λ1(W/m·K)是电
极部分33的热导率，λ2(W/m·K)是隔热筒6的热导率。
隔热圆筒6的以毫米为单位的厚度L2和从上述关系式得到的热流密
度q(W/m2)之间的关系示于图2。按照图2，可以发现，在温差ΔT为
1000℃(用空心圆圈表示)、1500℃(用空心方块表示)和2000℃(用
空心三角形表示)的所有情况下，在隔热圆筒6的厚度L2基本上为5mm
时，该热流密度q变得相当小，而在隔热圆筒6的厚度L2基本上为10mm
时，该热流密度q基本上变得更小。另外，当隔热圆筒6的厚度L2超过
10mm时，再增加隔热圆筒6的厚度L2只能导致热流密度q稍微降低。
因此可以认为，在隔热圆筒6的厚度设定为10mm时，即使电极连接
部分31和电极部分33由流进或流出连接部分冷却室的冷却水进行冷
却，也可以有效地消除炉芯管2沿周边方向的温度分布(即光纤预型件
周边方向的温度分布)的不均匀性。根据这种考虑，光纤预型件加热炉
1可以制备成具有厚度L2为10mm的隔热圆筒6。
实施例
将光纤预型件7送入如上述结构的光纤预型件加热炉1的炉芯管2
中，在用水冷却一对电极连接部分31中各部分的同时，将电能从未示
出的电源经电极33和电极连接部分31送到加热器3。由此，可将炉芯
管2加热到2100℃(利用辐射高温计测量的值)，然后以1200m/min的
速度拉出光纤8(光纤线形制品)。然后测量由此拉制的光纤8的不圆
度，其测量结果为0.4％或更低，因此可以充分满足用户要求降低光轴不
对准和在连接器处光学连接损耗的要求。当用于配接光纤的光纤孔的轴
线和光纤的轴线彼此偏离时，便会造成这种光轴不对准和在连接器处的
光学连接损耗，该孔形成在套管上，以用于光连接器的对准。
与此实施例一样，只在炉芯管2的外周表面和电极连接部分31的相
对表面32之间插入隔热圆筒6，便可以制造具有极好圆度的光纤8，即
其不圆度为0.4％或更低。这表示，不需要像上述常规例子2的光纤拉制
炉那样，使电极连接部分的数量大于电极部分的数量，便可以使炉芯管
2周边方向的温度分布(即光纤预型件周边方向的温度分布)达到均匀
分布。换言之，此实施例表明，电极部分33的数量可以小于常规例子2
的光纤拉制炉的电极部分的数量。
如上所述，按照本发明的光纤预型件加热炉1，即使电极部分33是
一对，但由于有隔热圆筒6，所以也可以降低从电极部分33向外散发的
传热量，因而可以使炉芯管2周边方向的温度分布(即光纤预型件7周
边方向的温度分布)更为均匀。因此，可以拉制圆度极好的光纤8，其
圆度可以达到与常规例子2光纤拉制炉得到的圆度。
在本实施例的光纤预型件加热炉1的情况下，加热器只具有一对电
极部分32，和常规例子2的光纤拉制炉不一样，在这种常规拉制炉中，
电极连接部分的数量大于电极部分的数量，以使得炉芯管周边方向的温
度分布(光纤预型件周边方向的温度分布)达到均匀。因此，与常规例
子2的光纤拉制炉相比较，光纤预型件加热炉1的结构更简单，在该常
规例子2的光纤拉制炉中电极连接部分的数量大于电极部分的数量。结
果，光纤预型件加热炉1的制作成本低，而且可以在短时间内进行拆解、
检查、清洁和重新安装。因此，光纤预型件加热炉1与常规例子2的光
纤拉制炉相比具有极好的效果。因为生产效率高，运转成本低。
在上面仅作为举例说明了加热器3具有一对电极部分33的情况。然
而，本发明光纤预型件加热炉的技术原理还可以适用于例如常规例子2
的光纤拉制炉时，可以认为，这样能够使得炉芯管2周边方向的温度分
布(即光纤预型件周边方向的温度分布)更为均匀。因此，本发明技术
原理的适用范围不限于上述实施例。