用于制造光学纤维的设备和方法 本发明涉及一种从光学纤维预型件拉制光学纤维的设备。
近来用于超高速数据传输网络的石英光学纤维可以通过使用外气相沉积(OVD)法或修正化学气相沉积(MCVD)法获得。OVD法包括的步骤是，通过与同时供应的氧燃烧的方式对由气态SiCl4和掺质构成的一种化学气体进行水解以便在外侧沉积SiO4烟炱，和在高温炉中通过使用氯气(Cl2)和氦气(He)使沉积的烟炱干燥熔结从而形成光学纤维预型件。MCVD法通过提供由SiCl4和掺质构成的化学气体并同时供氧而在一个石英管的内侧沉积几层沉积层。当这些沉积层沉积时，首先形成覆盖部分，其次形成芯部。然后将该具有沉积层的石英管与同时供应的氯气和氦气一起加热以形成一个致密的石英棒。但是，MCVD法的固有缺点是不能提供一个直径超过25毫米的预型件。因此，为了克服这个缺点，采用了一种所谓的过量覆盖法以提供较大的预型件，这样就提高了生产率。
下面参照图1，2和3来说明这种过量覆盖法，过量覆盖管24的一端同心地安装有低纯度的支承管14。该管14比过量覆盖管24的纯度低。支承环16插入支承管14中，用来使一次光学纤维预型件和过量覆盖管24对中。为此，最好使该支承环16具有至少10毫米地厚度。图2示出了安装在过量覆盖管24中的一次光学纤维预型件22。
连接在一次光学纤维预型件22的下端的是一个支承杆18，定位在过量覆盖管24的下端的支承杆的上端被加热形成一个用来密封过量覆盖管24的下端的溶胀球20，如图1中所示。对这样的装配结构在其转动的情况下沿纵向进行加热，以使过量覆盖管24与一次光学纤维预型件22熔合成二次光学纤维预型件，如图3所示。
下面参照图4说明从二次光学纤维预型件拉制成光学纤维的方法，该光学纤维预型件26在预型件位置控制机构35的控制下缓慢地送入加热炉28中。加热炉28在摄氏几千度下工作，通常为2100～2200℃。未涂层的光学纤维36从二次光学纤维预型件26的截面减小部分拉出。该拉伸力由拉丝卷筒34产生。
直径测量装置40对该未涂层的光学纤维36的直径进行测量并产生一个传输给直径调节器38的测量信号，以便把直径调节到规定尺寸，例如125微米。也就是说，该直径调节器根据该测量信号控制拉丝卷筒34的拉伸力以便将未涂层光学纤维36的直径保持在125微米。冷却后的未涂层光学纤维36通过第一和第二涂层器30和32被涂上一层丙稀酸树脂或硅树脂作为保护涂层。最后将该已涂层的光学纤维卷绕在卷筒68上。
因此，MCVD法需要三个主要步骤，通过内部沉积制备一个一次光学纤维预型件，过量覆盖该一次光学纤维预型件以获得二次光学纤维预型件，以及最后从该二次光学纤维预型件拉制成光学纤维。制造光学纤维这3个常规步骤需要耗费许多时间，因而降低了生产率。此外，过量覆盖一次光学纤维预型件的步骤还需要大量的氧气和氢气。而且，随着该一次光学纤维预型件的尺寸的增加，施加在该预型件上的热量也应当增加，从而使最后获得的光学纤维的传输特性例如光损失特性恶化。
本发明的目的是提供一种用于过量覆盖一次光学纤维预型件同时拉制成品光学纤维的设备和方法。
根据本发明的一个实施例，一种用于制造光学纤维的设备包括：一个用于熔融光学纤维预型件以便拉伸无涂层的光学纤维的加热炉；一个用于对该无涂层的光学纤维涂上涂层的涂层器；一个用于通过施加一个拉伸力把光学纤维预型件拉伸成光学纤维的拉丝卷筒；一个连接器，该连接器用来固定对中地插入过量覆盖管中的一次光学纤维预型件，在该一次光学纤维预型件的圆周面与该过量覆盖管的内表面之间保持等距离间隔；以及一个用来支承该连接器以便在位置受控状态下供应与该过量覆盖管相连接的该一次光学纤维的位置控制装置。
现在参照附图通过一个实例来更详细地对本发明作出说明。
图1是用于示出同心地设置在一个常规的过量覆盖管中的一次光学纤维预型件的纵向剖面图；
图2是图1的预型件的横向剖面图；
图3是与图2相类似的剖面图，但该常规的过量覆盖管已与该一次光学纤维预型件相熔合；
图4是示出用于制造光学纤维的一个常规的设备的结构图；
图5是示出用于制造光学纤维的本发明的设备的结构图；
图6A、6B和6C示出了本发明的连接器的结构；
图7示出了本发明通过加热在一次光学纤维预型件的一端上形成一个溶胀球的作业情况；
图8示出设置在过量覆盖管中的一次光学纤维预型件通过本发明的连接器制备二次光学纤维预型件的情况；以及
图9示出通过熔融使二次光学纤维预型件的下端变圆的作业情况。
参看图5，预型件供应装置42包括一个过量覆盖管44、一个一次光学纤维预型件46、一个连接器47、一个预型件位置控制机构35和一个氮气源48。过量覆盖管44具有最后形成有覆盖层的折光指数。当一次光学纤维预型件46以密封方式与该过量覆盖管相结合时，其芯子与覆盖层的截面比为45∶125。连接器47固定住设置在过量覆盖管44中的光学纤维预型件46，在预型件46的侧面与过量覆盖管44的内表面之间保持等距离间隔。预型件位置控制机构35控制与所提供的过量覆盖管44相连接的一次光学纤维预型件46的位置。氮气气源48迫使氮气通过在连接器47中形成的管状通道把一次预型件46与过量覆盖管44之间的空间抽空成真空状态。
用于拉制光学纤维的装置50包括一个加热炉28、一个直径调节器38、第一和第二涂层器30和32以及一个与参照图1所说明的卷筒相类似的卷筒34。
图6A示出了该连接器的纵向剖面图，图6B示出了沿X-X线截取的横向剖面图，及图6C示出了该连接器的透视图。还提供了一根低纯度石英管以使过量覆盖管44与连接器47沿纵向相连接。一次光学纤维预型46沿着该连接器的中心线被固定设置。连接器47上设置有环形槽56，该环形槽与在垂直于连接器长度方向形成的氮气进口管“A”和出口管“B”相连接，以及与沿着与连接器长度相平行的方向延伸到过量覆盖管44和一次光学纤维预型件46之间的空间中的抽气管“C”连接。根据伯努利定理，氮气被迫流入进口管“A”和从出口管“B”流出，可以使得位于过量覆盖管44与一次光学纤维46之间的空间通过抽气管“C”被抽空。
下面参照图5至9来说明光学纤维的控制方法，把通过内部沉积制备的一次光学纤维预型件46的一端首先与一个低纯度的石英管相连接并且在1400℃的温度下使该连接部分熔融以形成一个球状溶胀部分。然后把该低纯度石英管从终止于溶胀球端的一次光学纤维预型件上取下。该一次光学纤维预型件被安置在过量覆盖管44中，使其溶胀端由过量覆盖管的下端挡住如图8中所示，而其另一端则固定安装在使该连接器的中心，如图6A中所示。包含一次光学纤维预型件的过量覆盖管以每分钟15转的转速转动并且对由过量覆盖管的下端挡住的溶胀端在1400℃温度下加热3～4分钟，同时通过将氮气通入环形槽56中而使在一次光学纤维预型件与过量覆盖管之间的空间抽空成为真空状态。因此，通过熔融使一次光学纤维预型件的溶胀端和过量覆盖管的邻接端就粘附在一起，从而形成了包括过量覆盖管和一次光学纤维预型件的二次密封式预型件。
这样获得的该二次预型件在预型件位置控制机构35的控制下被输送到加热炉28中。当炉28的温度被加热到2350℃并且经过15分钟以后，在一次光学纤维预型件与过量覆盖之间的空间通过把氮气通入环形槽56而再次被抽空形成真空状态。此后再经过25分钟，把该炉的底部打开，让该二次预型件的熔融部分落下。该熔融部分通过该第一和第二涂层器涂上涂层被拉成保持其直径不超过125微米并且连接在其拉伸速度可在每分钟300米至700米的范围内自动进行调整的拉丝卷筒34上。
这样，本发明就提供了一种用于对一次光学纤维预型件进行覆盖，同时拉制出成品光学纤维的设备和方法，这种方法大大降低了生产时间和成本。