專利名稱：：光纖拉絲方法和拉絲爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用子從光纖預(yù)制棒拉制光纖的光纖拉絲方法和拉絲爐。
背景技術(shù)：
：光纖通過所謂的"拉絲"獲得。在拉制期間，光纖預(yù)制棒的底部通過加熱來軟化，并將張力施加到預(yù)制棒的軟化部分以減小其直徑。預(yù)制棒通常由諸如石英玻璃的材料制成。通常，用于這種過程的拉絲系統(tǒng)設(shè)有用于加熱光纖預(yù)制棒的拉絲爐、用于冷卻所拉制的玻璃光纖的冷卻裝置、用于繞所拉制的玻璃光纖涂覆樹脂的涂覆裝置，以及用于巻取所涂覆的光纖的巻取裝置。此外，將拉絲爐盡可能地置于距地面最高的位置處，以增加用于冷卻光纖的行程距離并增加拉絲速度以提高生產(chǎn)率。然而，當(dāng)從標(biāo)準(zhǔn)拉絲系統(tǒng)拉制光纖時(shí)，有時(shí)光纖的橫截面為非等方性的圓(例如橢圓)。光纖橫截面與等方性圓的偏差稱為"非圓度"。光纖的非圓度被定義為(光纖橫截面的最大和最小直徑之差)/(最大和最小直徑的平均值)。如果其非圓度不是零，則光纖是非圓形的。這種非圓形光纖的原因是由于所加熱的光纖預(yù)制棒中的溫度分布的不均勻而導(dǎo)致的光纖預(yù)制棒沿周向方向的軟化的不均勻，這種情形的產(chǎn)生是因?yàn)殡y以完美地將拉絲爐的中心軸與光纖預(yù)制棒的中心軸相匹配。而且，如果拉絲爐的加熱元件的發(fā)熱量沿周向方向不均勻，則光纖可能會(huì)具有非圓形的橫截面。當(dāng)光纖具有大的非圓度時(shí)，它導(dǎo)致諸如偏振模色散(PMD)增加以及當(dāng)該光纖連接到另一光纖時(shí)由于芯的未對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致的連接損失增加的問題。為了防止非圓形的光纖，在美國(guó)專利No.654760中已經(jīng)公開了包括均衡化裝置以沿加熱器的周向方向均勻分布溫度的拉絲爐。另一方面，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2004-224587中已經(jīng)公開了一種光纖拉絲方法，該方法設(shè)定關(guān)系L(mm)》5D(mm)-50(mm)。這里D是光纖預(yù)制棒的直徑而L是由加熱器產(chǎn)生的加熱區(qū)沿拉絲方向的長(zhǎng)度。然而，即使利用美國(guó)專利No.654760中公開的方法，也難以沿加熱器的周向均勻地分布溫度，并且爐內(nèi)電極的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。而且，當(dāng)電極的結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，它導(dǎo)致沿加熱元件的沿周向方向的不均勻，這導(dǎo)致熱的不均勻分布。此外，利用日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2004-224587中公開的方法，由于加熱器延長(zhǎng)了，所以爐本身也需要延長(zhǎng)，從而變得難以將光纖預(yù)制棒接收到拉絲爐中，或者拉絲爐的高度和用于冷卻所拉制光纖的距離減少。在大的光纖預(yù)制棒，例如具有100mm以上直徑的預(yù)制棒中，上述問題是特別明顯的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供能夠使用簡(jiǎn)單的拉絲系統(tǒng)來拉制具有小非圓度的光纖的光纖拉絲方法和拉絲爐。為了解決上述問題，在本發(fā)明中公開的光纖拉絲方法之一是從光纖預(yù)制棒拉制光纖的方法，其中該光纖預(yù)制棒被接收到爐芯管中并通過環(huán)繞該爐芯管放置的主加熱器加熱，該方法包括以下步驟加熱光纖預(yù)制棒，使得彎月形部，即從光纖預(yù)制棒的外徑開始降低其外徑的開始位置到該外徑達(dá)到1mm的點(diǎn)的部分的開始位置在其位置上高于主加熱器的頂部，其中該彎月形部形成在光纖預(yù)制棒的底部處。而且，本發(fā)明中的光纖拉絲爐之一包括爐芯管，用于接收光纖預(yù)制棒；主加熱器，用于加熱該爐芯管的內(nèi)部，該主加熱器繞該爐芯管并與該爐芯管同中心地放置；以及爐體，用于容納該爐芯管和該主加熱器；其中該光纖拉絲爐滿足2E》L》1.5E，這里E是該爐芯管的內(nèi)徑，而L是最高溫度點(diǎn)與比最高溫度低40(TC并位于該爐芯管的上側(cè)中的點(diǎn)之間的距離。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)闇p少了彎月形部的開始點(diǎn)處沿周向方向的不均勻溫度分布，而這對(duì)光纖的非圓度具有最大的影響，所以能從簡(jiǎn)單的拉絲系統(tǒng)拉制具有小非圓度的光纖?，F(xiàn)在參照附圖圖1是與本發(fā)明的第一實(shí)施例有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面；圖2示出了圖1的爐芯管內(nèi)部的溫度分布曲線；圖3說明使用圖1中所示的拉絲爐來對(duì)光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲的方法；圖4示出了本發(fā)明的示例1和比較例1中的爐芯管內(nèi)部的溫度分布曲線；圖5示出了本發(fā)明的示例1和比較例1中的光纖預(yù)制棒的彎月形部的形狀；圖6是與本發(fā)明的替代實(shí)施例1有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面；圖7是與本發(fā)明的替代實(shí)施例2有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面；以及圖8是與本發(fā)明的替代實(shí)施例.3有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面。具體實(shí)施例方式盡管在下面描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅作為示例提出，并非意欲限制本發(fā)明的范圍。(本發(fā)明的第一實(shí)施例)圖1是與本發(fā)明的第一實(shí)施例有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面。如圖1中所示，拉絲爐IO具有爐體11、爐芯管12、作為主加熱器的加熱器13、絕熱器14、頂蓋15和冷卻部16。爐體II是圓柱形的，由耐熱性材料制成，并且容納爐芯管12、加熱器13和絕熱器14。爐芯管12是圓柱形的并且例如由碳制成。而且，以碳加熱器為例的加熱器13是圓柱形的并放置成覆蓋爐芯管12。而且，絕熱器14繞爐芯管12和加熱器13的外部放置。頂蓋15置于爐體11之上。冷卻部16置于爐體11之下并且容納爐芯管12的底部。頂蓋15和冷卻部16具有用于接收光纖預(yù)制棒的第一開口15a和用于移出所拉制的光纖的第二開口16a。而且，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，爐芯管12的內(nèi)徑E是150mm，而加熱器13的長(zhǎng)度I是250mm。圖2示出了圖1的爐芯管12內(nèi)部的溫度分布曲線。在圖2中，x軸示出當(dāng)從爐芯管的頂端測(cè)量時(shí)沿爐芯管12的縱向方向的距離，而y軸示出在爐芯管12的中心軸處的溫度。如圖2中所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，加熱器13相對(duì)于爐芯管12的縱向方向的中心部的最高溫度大約為200(TC。而且，最高溫度點(diǎn)P1與比最高溫度低40(TC并位于爐芯管12的上側(cè)中的點(diǎn)P2之間的距離L是250mm。因此，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，滿足關(guān)系2E》L。要滿足該關(guān)系，選擇爐芯管12的內(nèi)徑和長(zhǎng)度、加熱器13的長(zhǎng)度和高度，以及絕熱器。接下來，對(duì)使用圖1中所示的拉絲爐10的光纖預(yù)制棒的拉絲方法進(jìn)行說明。圖3用來說明使用圖1中示出的拉絲爐IO來從光纖預(yù)制棒l拉制光纖2的方法。如圖3中所示，首先，從頂蓋15將光纖預(yù)制棒1接收在第一開口15a上。加熱器13加熱并軟化所接收的光纖預(yù)制棒1。該軟化部分逐漸減小其半徑以形成彎月形部la，然后通過進(jìn)一步將其外徑減小到預(yù)定直徑，它變?yōu)楣饫w2。在本說明書中，"彎月形部la"意指從光纖預(yù)制棒1的外徑開始降低其外徑的開始位置lb到外徑達(dá)到lmm的點(diǎn)的部分。彎月形部la具有拐點(diǎn)lc，在該拐點(diǎn)lc處，外徑的變化(沿縱向方向)從凸形變?yōu)榘夹巍Ｈ鐖D3中所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，加熱光纖預(yù)制棒1，使得彎月形部la的開始點(diǎn)lb的位置高于加熱器13的頂部。這樣，減小了彎月形部la的開始點(diǎn)lb處沿周向方向的不均勻溫度分布。開始點(diǎn)lb對(duì)光纖2的非圓度具有最大的影響。換句話說，在加熱器13的頂部13a之下，彎月形部la沿周向方向的溫度分布容易受到加熱器13沿周向方向的不均勻發(fā)熱量的影響。然而，在加熱器13的頂部13a之上，加熱器13的不均勻發(fā)熱量減小。此外，因?yàn)楣饫w預(yù)制棒1在彎月形部la的開始點(diǎn)lb處開始軟化，所以如果在彎月形的開始部處存在非圓形形狀，則它在后續(xù)過程中影響彎月形部la和光纖2的形狀。因此，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，因?yàn)闇p小了在彎月形部la的開始點(diǎn)lb處沿周向方向的不均勻溫度分布，所以能拉制具有小非圓度的光纖。尤其是，當(dāng)光纖預(yù)制棒的直徑大于100mm時(shí)，由于預(yù)制棒容易受到沿周向方向的溫度分布不均勻的影響，所以上述效果是明顯的。在本說明書中，光纖預(yù)制棒的直徑意指光纖預(yù)制棒的其外徑近似一致的部分的外徑。而且，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)彎月形部la的開始點(diǎn)lb，它滿足關(guān)系2E》L，這里L(fēng)是距離，其限定爐芯管12的溫度分布，而E是爐芯管12的內(nèi)徑。因此，拉絲爐10具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造，無(wú)需特殊的裝置。關(guān)于距離L與內(nèi)徑E之間的關(guān)系，如果2E》L》1.5E，那么彎月形部la的開始點(diǎn)lb能定位在加熱器13的頂部13a之上，如下面的示例中所描述的。(示例1)作為本發(fā)明的示例l，在爐中以100gf的拉絲張力和1500m/min的拉絲速度來對(duì)由石英玻璃制成的光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲。該爐具有與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的構(gòu)成，并且包括具有150mm的內(nèi)徑E和250mm的加熱器長(zhǎng)度I的爐芯管。使用具有125mm的直徑D和0.08%的平均非圓度(沿預(yù)制棒的長(zhǎng)度每50mm測(cè)量的)的光纖預(yù)制棒。所拉制的光纖的平均非圓度(沿光纖的長(zhǎng)度每50km測(cè)量的)是0.10%。(示例2)作為本發(fā)明的示例2，在爐中以100gf的拉絲張力和1500m/min的拉絲速度來對(duì)由石英玻璃制成的光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲。該爐具有與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的構(gòu)成，并且包括具有180mm的內(nèi)徑E和350mm的加熱器長(zhǎng)度I(比示例1中的拉絲爐長(zhǎng)100mm)的爐芯管。使用具有150mm的直徑D和0.07^的平均非圓度(沿預(yù)制棒的長(zhǎng)度每50mm測(cè)量的)的光纖預(yù)制棒。所拉制的光纖的平均非圓度(沿光纖的長(zhǎng)度每50km測(cè)量的)是0.10%。(比較例1)作為本發(fā)明的比較例i，將示例i中使用的拉絲爐的爐芯管與具有180mm的內(nèi)徑的爐芯管交換，并以100gf的拉絲張力和1500m/min的拉絲速度來對(duì)示例2中使用的光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲。所拉制的光纖的平均非圓度(沿光纖的長(zhǎng)度每50km測(cè)量的)是0.21%。圖4示出了在本發(fā)明的示例l和比較例1中的爐芯管內(nèi)部的溫度分布曲線。在圖4中，x軸示出當(dāng)從爐芯管的頂端測(cè)量時(shí)沿爐芯管的縱向方向的距離，而y軸示出在爐芯管的中心軸處的溫度。曲線C1示出示例l中的情形，而曲線C2示出比較例1中的情形。如圖4中所示，在示例1中，因?yàn)閮?nèi)徑E是150mm，而距離L是250mm，所以滿足關(guān)系2E》L》1.5E。相反，在比較例1中，因?yàn)閮?nèi)徑E是180mm,而距離L是265mm，所以不滿足關(guān)系2E》L》1.5E。(比較例2)作為本發(fā)明的比較例2，以100gf的拉絲張力和1500m/min的拉絲速度來對(duì)由石英玻璃制成的光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲。使用具有150mm的直徑D(如示例2中)和0.08%的平均非圓度(沿預(yù)制棒的長(zhǎng)度每50mm測(cè)量的)的光纖預(yù)制棒。關(guān)于爐芯管，它具有與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的構(gòu)成，即180mm的內(nèi)徑E和250mm的加熱器長(zhǎng)度I。然而，由于從加熱器的頂部到爐芯管的頂部的距離減小，所以距離L變?yōu)?30mm，并且彎月形的開始點(diǎn)與加熱器的頂部近似處于相同的位置處。所拉制的光纖的平均非圓度(沿光纖的長(zhǎng)度每50km測(cè)量的)是0.25%。圖5示出了示例l和比較例1中的光纖預(yù)制棒的彎月形部的形狀。在圖5中，x軸示出當(dāng)從爐芯管的頂端測(cè)量時(shí)沿爐芯管的縱向方向的距離，左y軸示出光纖預(yù)制棒的外徑，而右y軸示出預(yù)制棒外徑的彎月形變化率dD/dz。曲線3和曲線4分別表示示例1和比較例1的外徑D。曲線5和曲線6分別表示示例1和比較例1中的彎月形變化率dD/dz。當(dāng)計(jì)算從彎月形的開始點(diǎn)到拐點(diǎn)的距離N時(shí)，該距離N為200mm。由于示例1的直徑D是125mm,所以示例1滿足關(guān)系N》1.5D。另一方面，比較例1中的距離N是220mm。由于比較例1的直徑D是150mm，所以此比較例不滿足關(guān)系N》1.5D。而且，示例l和比較例l的彎月形部的長(zhǎng)度分別是4卯mm和580mm。彎月形變化率dD/dz的絕對(duì)值在拐點(diǎn)處最大。示例1和比較例1中的彎月形變化率dD/dz的最大值分別是0.70和0.82。根據(jù)上面的結(jié)果，如在示例1中那樣，如果光纖預(yù)制棒的彎月形變化率dD/dz的最大絕對(duì)值小于0.80，并且預(yù)制棒滿足關(guān)系N》1.5D，這里D是以mm為單位的預(yù)制棒的直徑，而N是以mm為單位的從彎月形的開始點(diǎn)到拐點(diǎn)的距離，那么能獲得具有小非圓度的光纖。因?yàn)樯鲜鰲l件還減小了彎月形部的長(zhǎng)度，所以能使拉絲爐更小。此外，本發(fā)明的拉絲爐不限于在上述示例1中公開的構(gòu)造。它具有各種替代實(shí)施例。下面，公開示例l的替代實(shí)施例。(替代實(shí)施例1)圖6是與本發(fā)明的替代實(shí)施例1有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面。如圖6中所示，拉絲爐20具有爐體11、爐芯管12、加熱器13、絕熱器14、頂蓋15和冷卻部16，頂蓋15具有用于接收光纖預(yù)制棒第一開口15a，冷卻部16具有用于移出所拉制的光纖的第二開口16a，如拉絲爐10中那樣。此外，拉絲爐20具有置于加熱器13之上并覆蓋爐芯管12的副加熱器23。與加熱器13相比，副加熱器23具有較小的功率，例如用來將爐芯管12內(nèi)的最高溫度提高到大約160(TC。它具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造并沿周向方向提供均勻的發(fā)熱量。而且，加熱器13和副加熱器23通過絕熱器14分離，從而能對(duì)它們進(jìn)行獨(dú)立地控制。因?yàn)槔z爐20具有副加熱器23，所以它能滿足關(guān)系2E》D1.5E，這里E是爐芯管12的內(nèi)徑而L是限定爐芯管12的溫度分布的距離。因此，當(dāng)通過拉絲爐20對(duì)光纖預(yù)制棒1(由圖6中的虛線所示)進(jìn)行拉絲時(shí)，能拉制具有小非圓度的光纖2。(替代實(shí)施例2)圖7是與本發(fā)明的替代實(shí)施例2有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面。如圖7中所示，拉絲爐30具有比爐10的爐體ll更短的爐體31a、爐芯管32、和如拉絲爐10中那樣的加熱器13、絕熱器14、頂蓋15以及冷卻部16，該頂蓋15具有用于接收光纖預(yù)制棒第一開口15a，冷卻部16具有用于移出所拉制的光纖的第二開口16a。此外，拉絲爐30具有位于頂蓋15之上以及爐體31a外部的另一爐體31b。爐體31b與加熱器13同中心，并且它容納副加熱器33。副加熱器33具有比加熱器13更低的功率，并且通過使用Kanthal加熱器，它能用于大氣環(huán)境中。例如，它用來將爐芯管32內(nèi)的最高溫度提高到大約1600°C。它具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造并沿周向方向提供均勻的發(fā)熱量。拉絲爐30(如替代實(shí)施例1中那樣)能滿足關(guān)系2E》L^1.5E，這里E是爐芯管32的內(nèi)徑而L是限定爐芯管32的溫度分布的距離。因此，從光纖預(yù)制棒1能拉制具有小非圓度的光纖2。(替代實(shí)施例3)圖8是與本發(fā)明的替代實(shí)施例3有關(guān)的光纖拉絲爐的示意性縱剖面。如圖8中所示，拉絲爐40具有如爐10中那樣的爐體11、加熱器13、絕熱器14、頂蓋15和冷卻部16，該頂蓋15具有用于接收光纖預(yù)制棒的第一開口15a，冷卻部16具有用于移出拉制的光纖第二開口16a。爐芯管42與爐芯管12相似。然而，爐芯管42具有定位在加熱器13之上的厚管部42a，該厚管部42a比加熱器13的相鄰部分更厚。此外，拉絲爐40具有位于加熱器13之上的絕熱器44，該絕熱器44具有比絕熱器14更高的熱導(dǎo)率。由于厚管部42a和絕熱器44，拉絲爐40(如在替代實(shí)施例1和2中那樣)能滿足關(guān)系2E》L》1.5E，這里E是爐芯管42的內(nèi)徑而L是限定爐芯管42的溫度分布的距離。因此從光纖預(yù)制棒1能拉制具有低非圓度的光纖2。(示例3至5)關(guān)于示例3至5，從上述的替代實(shí)施例1至3，以100gf的拉絲張力和1500m/min的拉絲速度拉制光纖。爐芯管的內(nèi)徑E是180mm。從具有150mm的直徑D和0.07%的平均非圓度(沿預(yù)制棒的長(zhǎng)度每50mm測(cè)量的)的光纖預(yù)制棒拉制光纖。下面的表示出了距離L、距離N、彎月形變化率的最大絕對(duì)值(dD/dz)^x，以<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如上面的表中所示，在所有的示例3至5中，(dD/dz)m^小于等于0.8，N》1.5D，并且非圓度小。權(quán)利要求1.一種從光纖預(yù)制棒拉制光纖的方法，其中所述光纖預(yù)制棒被接收到爐芯管中并通過環(huán)繞所述爐芯管放置的主加熱器加熱，所述方法包括以下步驟加熱所述光纖預(yù)制棒，使得彎月形部的開始位置在其位置上高于所述主加熱器的頂部，其中所述彎月形部形成在所述光纖預(yù)制棒的底部處。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的拉制光纖的方法，其中所述光纖預(yù)制棒被加熱，使得所述彎月形部的外徑沿縱向方向的變化率的最大絕對(duì)值小于0.8。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的拉制光纖的方法，其中所述光纖預(yù)制棒被加熱，使得所述光纖預(yù)制棒滿足關(guān)系N》1.5D，這里D是以mm為單位的所述預(yù)制棒的直徑，而N是以mm為單位的從所述彎月形的開始點(diǎn)到拐點(diǎn)的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉制光纖的方法，其中所述光纖預(yù)制棒的直徑大于100mm。5.—種光纖拉絲爐，包括爐芯管，用于接收光纖預(yù)制棒；主加熱器，用于加熱所述爐芯管的內(nèi)部，所述主加熱器繞所述爐芯管并與所述爐芯管同中心地放置；以及爐體，用于容納所述爐芯管和所述主加熱器；其中所述光纖拉絲爐滿足關(guān)系2E》L》1.5E，這里E是所述爐芯管的內(nèi)徑，而L是最高溫度點(diǎn)與比所述最高溫度低40(TC并位于所述爐芯管的上側(cè)中的點(diǎn)之間的距離。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖拉絲爐，包括副加熱器，所述副加熱器置于所述主加熱器之上。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖拉絲爐，包括環(huán)繞所述爐體中的所述主加熱器的外部的第一絕熱器，以及具有比所述第一絕熱器更高的熱導(dǎo)率并置于所述爐體中的所述主加熱器之上以環(huán)繞所述爐芯管的第二絕熱器。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖拉絲爐，其中所述爐芯管具有置于所述主加熱器之上的厚管部，所述厚管部比所述主加熱器的相鄰部分更厚。全文摘要本發(fā)明提供光纖拉絲方法和拉絲爐，用于通過簡(jiǎn)單的拉絲系統(tǒng)來拉制具有小非圓度的光纖。光纖預(yù)制棒被接收到爐芯管中并通過環(huán)繞該爐芯管放置的主加熱器加熱。加熱該光纖預(yù)制棒，使得彎月形部的開始位置在其位置上高于主加熱器的頂部，其中該彎月形部形成在光纖預(yù)制棒的底部處。文檔編號(hào)C03B37/02GK101544464SQ20091012793公開日2009年9月30日申請(qǐng)日期2009年3月27日優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日發(fā)明者坂田吉之,折田伸昭,鈴木尚申請(qǐng)人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社