專利名稱：恒速下送拉絲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖，尤其涉及由光纖預(yù)制棒拉制光纖方法，該方法使光纖呈現(xiàn)更均勻的模場直徑(MFD)，并且降低了偏振模色散(PMD)。
背景技術(shù)：
在光纖制造過程中，要制作玻璃纖芯預(yù)制棒，預(yù)制棒一般包括SiO2，其軸心部分摻雜諸如GeO2等化合物，用以提高折射率。當(dāng)從玻璃預(yù)制棒拉出光纖時，摻雜區(qū)將形成光傳輸部分或纖芯。
上述工藝在本領(lǐng)域中是眾所周知的，這里不作詳細(xì)描述。為了獲得光纖，要將玻璃預(yù)制棒或毛坯送入加熱到熔化溫度的拉絲爐中，并且一小滴玻璃與拖曳光纖一起從毛坯根部脫落。把光纖送入牽引機(jī)和絞盤組件，該組件從毛坯中拉出光纖，并將光纖繞在線軸上。
當(dāng)用毛坯拉制光纖時，將毛坯送入拉絲爐，并且嚴(yán)密監(jiān)視光纖直徑。一般通過改變拉絲塔的某些操作參數(shù)來控制光纖的直徑。典型地，在爐子出口的正下方安裝一個光纖直徑測量裝置，用以測量光纖直徑。將測得的直徑與標(biāo)稱直徑值比較，并產(chǎn)生一信號，以便增加牽引速度(從而縮小光纖直徑)，或者降低牽引速度(從而增加光纖直徑)在二十世紀(jì)70年代和整個80年代中期，拉制光纖用的毛坯相對較小。拉絲速度不超過大約每秒8或9米。由于毛坯尺寸和所用的拉絲速度，通過改變牽引速度而保持爐溫和毛坯進(jìn)給速度相對恒定，便可控制光纖直徑。
在二十世紀(jì)80年代中期，發(fā)展了一種新的工藝控制方法，該方法是盡量增加拉絲速度的結(jié)果。具體地說，當(dāng)拉絲速度達(dá)到10米/秒時，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會放棄使用恒定的下送速度。更具體地說，人們認(rèn)為要在較高的拉絲速度(即速度達(dá)到和超過10米/秒)下實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目刂疲仨毑捎眉壜?lián)或兩級工藝控制方法，從而可以對表示實(shí)際或所測光纖直徑不等于所需直徑的誤差信號作出響應(yīng)，改變拉絲速度以及將毛坯向下送入拉絲爐的速度。例如，如果所測光纖直徑大于所需光纖直徑，那么控制系統(tǒng)將增加牽引速度，同時降低毛坯送入拉絲爐的速度。這種控制觀點(diǎn)反映了這樣的想法，即當(dāng)以大于8-9米/秒的速度操作光纖拉絲工藝時，必須在改變拉絲速度的同時改變毛坯下送速度，以便保持較恒定的光纖直徑。
盡管這種兩級控制工藝使光纖直徑基本恒定，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種操作方式會產(chǎn)生其它不利的影響。人們認(rèn)為，拉絲控制回路的振蕩，具體地說，毛坯下送速度的振蕩，會在光纖成形期間改變纖芯的形狀。這在下拖光纖的毛坯根部特別明顯。人們認(rèn)為，當(dāng)在毛坯根部形成纖芯時，毛坯根部在爐子中的振動會影響纖芯的形狀，并且會造成PMD較差，MFD不均勻。
對于在電信應(yīng)用中使用的光纖，PMD應(yīng)該盡可能地小，MFD應(yīng)該盡可能地保持均勻。已提出若干方案解決上述問題。例如，共同轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人并且共同待批的美國專利申請第08/858,836號和PCT申請PCT/US97/02541揭示了當(dāng)拉絲時使光纖旋轉(zhuǎn)以便降低PMD的各種方法和設(shè)備。拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖的做法使光纖內(nèi)部的幾何和/或應(yīng)力的不對稱性沿軸的長度方向繞光纖軸旋轉(zhuǎn)；但是，旋轉(zhuǎn)光纖不能解決玻璃中造成PMD的基本問題，旋轉(zhuǎn)也不能完全消除PMD，或者解決MFD的均勻性問題。
鑒于本領(lǐng)域的這些缺點(diǎn)，希望提供一種在降低PMD的同時能保持或提高M(jìn)FD均勻性的方法。當(dāng)以較高拉絲速度(即，大于10米/秒)拉制光纖時，顯然需要這種方法。因?yàn)檩^高的拉絲速度會使根部的下送振蕩增加，從而使光纖的PMD增大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種光纖高速拉絲法，該方法可以緩解因相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)而產(chǎn)生的一個或多個問題。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是，提供了一種在高速拉制光纖時控制拉絲光纖直徑同時降低光纖PMD且保持MFD均勻的方法。所述方法包括高速拉制光纖同時保持毛坯下送速度不變。相信恒定的下送速度可以避免毛坯根部在爐子中振動，這種振動在光纖成形期間會造成纖芯形狀改變。而纖芯形狀的改變會使成品光纖的PMD和MFD變差。
為了獲得這些和其它優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如實(shí)施和廣泛描述的，本發(fā)明是一種用于減小拉絲光纖中偏振模色散的方法，該方法包括以下步驟以預(yù)定下送速度將具有預(yù)定大小的光纖預(yù)制棒送進(jìn)爐子中；以至少10米/秒的拉絲速度從光纖預(yù)制棒中拉出光纖；以及改變拉絲速度，以便保持光纖直徑基本不變，同時保持預(yù)定的下送速度不變。最好，拉絲速度大于14米/秒，大于20米/秒則更好。
在一較佳實(shí)施例中，下送速度對于第一區(qū)或第一范圍的拉絲速度不變，然后對于第二區(qū)或第二范圍的拉絲速度，下送速度改變?yōu)榱硪粋€不同的恒定下送速度。當(dāng)拉絲速度在每個區(qū)中變化時，下送速度在每個區(qū)內(nèi)保持不變。另外，對于每個區(qū)，下送速度可以不同。本方法還可以包括下述步驟，即當(dāng)拉絲速度從一個區(qū)變化到另一個具有較高拉絲速度的區(qū)時，下送速度降低；或者當(dāng)拉絲速度從一個區(qū)變化到另一個具有較低拉絲速度的區(qū)時，下送速度增加。本發(fā)明還可以包括在拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖的步驟，這可以進(jìn)一步降低PMD。
依照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種用于從光纖預(yù)制棒中拉出光纖的方法，該方法包括以下步驟以一恒定的下送速度將具有預(yù)定大小的光纖預(yù)制棒送進(jìn)拉絲爐中；以至少10米/秒的拉絲速度從光纖預(yù)制棒中拉出光纖。本方法還包括下述步驟測量拉絲光纖的直徑，并且產(chǎn)生表示測得直徑的信號；將所產(chǎn)生的信號與標(biāo)稱光纖直徑比較。產(chǎn)生表示比較之差的第二信號并用該信號改變拉絲速度，從而調(diào)節(jié)拉絲光纖直徑。本方法還包括下述步驟即感測拉絲速度，以便判斷它是否在一個預(yù)定速度區(qū)內(nèi)；并且如果感測到的拉絲速度在所述區(qū)之外，那么將下送速度變成另一個預(yù)定速度。下送速度對于第一區(qū)或第一范圍的拉絲速度是恒定的，然后對于第二區(qū)或第二范圍的拉絲速度，下送速度變成另一個恒定的下送速度。最好，下送速度在每個區(qū)內(nèi)保持不變，并且當(dāng)拉絲速度在多個區(qū)之間變化時，下送速度作相應(yīng)的變化。依照此實(shí)施例的方法還可以包括在拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖的步驟。
應(yīng)該理解，上述一般描述以及以下詳細(xì)描述都是舉例和說明性的，它們試圖對權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
附圖概述

圖1是光纖拉絲設(shè)備的示意圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明旨在提供一種用于降低拉絲光纖之偏振模色散的方法。該方法將具有預(yù)定尺寸的光纖預(yù)制棒以預(yù)定的下送速度送入爐子。最好，在整個拉絲過程中保持下送速度不變，以便使預(yù)制棒根部在爐子中的振動最小，從而保持MFD均勻，并降低拉絲光纖的PMD。
圖1示出了眾所周知的光纖拉絲系統(tǒng)，通常用標(biāo)號1表示。預(yù)制棒10垂直放在拉絲爐的馬弗爐11中。預(yù)制棒10包括一手柄(未圖示)，它按已知的方法與支撐裝置(未圖示)相連。支撐裝置是預(yù)制棒進(jìn)給驅(qū)動器22的一部分，而進(jìn)給驅(qū)動器22控制預(yù)制棒10送進(jìn)爐子的速度。加熱單元12至少給預(yù)制棒10的底部提供熱量。溫度控制器49用已知的方式控制加熱單元12的溫度。在使用了眾所周知的起動過程后，預(yù)制棒進(jìn)給驅(qū)動器22將預(yù)制棒10送進(jìn)爐子。在把預(yù)制棒10送進(jìn)爐子時，預(yù)制棒10的端部(一般稱為根部)熔化，并且牽引機(jī)20從預(yù)制棒10的的根部13拉出光纖14。
光纖14離開馬弗爐11后，通過直徑監(jiān)測器15，監(jiān)測器15產(chǎn)生一信號，反饋控制回路使用該信號調(diào)節(jié)牽引機(jī)20和預(yù)制棒進(jìn)給驅(qū)動器22的速度，并且通過溫度控制器49調(diào)節(jié)爐子的溫度。光纖14經(jīng)過直徑監(jiān)視器15后，通過冷卻管17和涂覆器18，涂覆器18將一層可固化的保護(hù)涂層涂覆到光纖14上。涂覆光纖還可以通過涂層固化設(shè)備，需要時再通過附加的涂覆器(未圖示)。對預(yù)制棒進(jìn)給驅(qū)動器22、牽引機(jī)驅(qū)動器21和溫度控制器49的反饋控制可以用已知的控制算法來實(shí)現(xiàn)。向牽引機(jī)驅(qū)動器21提供一輸入，該輸入來自控制算法48，而控制算法48是拉絲控制計(jì)算機(jī)47的一部分。對于光纖的要求，用至少10米/秒的速度運(yùn)行牽引機(jī)20是有益的。牽引機(jī)宜產(chǎn)生大于10米/秒的拉絲速度，而最好能產(chǎn)生大于20米/秒的拉絲速度。
本發(fā)明旨在提供一種用于降低拉絲光纖之偏振模色散的方法，該方法包括下述步驟，即將送入玻璃預(yù)制棒，并以大于10米/秒的速度拉出光纖?？梢酝ㄟ^重量或其直徑來測量預(yù)制棒10的大小。根據(jù)預(yù)制棒10的大小選擇預(yù)制棒10的下送速度。最好，一旦選定，下送速度就在整個光纖拉絲過程中保持不變。另一種方法是，下送速度在預(yù)定的拉絲速度區(qū)或范圍內(nèi)保持不變。可以存在任何多個拉絲速度區(qū)，并且每個區(qū)內(nèi)的拉絲速度范圍也可以變化。但是，每個區(qū)具有與其相關(guān)的預(yù)定下送速度，并且下送速度在每個給定區(qū)內(nèi)保持不變。
如果通過牽引機(jī)驅(qū)動器21控制的拉絲速率增加或降低超出了拉絲速度的一個特定區(qū)，那么控制算法48向預(yù)制棒進(jìn)給驅(qū)動器22發(fā)出信號，以便將下送速度改變成對該特定拉絲速度區(qū)合適的下送速度。建立控制算法48，以便當(dāng)牽引速度從一個區(qū)變到另一個區(qū)時，下送速度改變較小的增量，直到達(dá)到預(yù)定的下送速度。如果牽引速度將突然返回原始區(qū)，那么這將允許下送速度迅速調(diào)節(jié)回到原始速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法還可以包括下述步驟，即感測拉絲速度，判斷它是否在預(yù)定的速度區(qū)內(nèi)，如果感測到的拉絲速度在速度區(qū)之外，那么改變下送速度。在該實(shí)施例中，拉絲速度傳感器(未圖示)在拉絲控制計(jì)算機(jī)47中連續(xù)監(jiān)測拉絲速度。如果拉絲速度從一個區(qū)變到另一個區(qū)，那么控制算法向預(yù)制棒進(jìn)給驅(qū)動器22發(fā)出信號，以便將下送速度增加或降低到與該拉絲速度區(qū)相關(guān)的預(yù)定恒速度。
本發(fā)明的方法還包括以下步驟，即響應(yīng)于測量到的光纖直徑，改變拉絲速度，以便在保持預(yù)定下送速度不變的同時保持光纖直徑基本不變。為了保持光纖直徑不變，經(jīng)常用直徑監(jiān)測器15監(jiān)測光纖14。直徑監(jiān)測器15產(chǎn)生表示所測光纖直徑的信號。將該信號發(fā)送給拉絲控制計(jì)算機(jī)47。在拉絲計(jì)算機(jī)47中，將所測信號與預(yù)定的標(biāo)稱光纖直徑值作比較。根據(jù)所測光纖直徑值與標(biāo)稱值之間的差，產(chǎn)生第二信號。將第二信號發(fā)送給牽引機(jī)驅(qū)動器21，并且改變牽引速度，以保持光纖直徑不變。此過程每分鐘要進(jìn)行幾百次，并且在整個拉絲過程中，下送速度在牽引速度的所有范圍期間保持不變。
在拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖也是有益的。已經(jīng)證明旋轉(zhuǎn)光纖可以進(jìn)一步降低PMD。已經(jīng)發(fā)展了各種方法和設(shè)備，用于在拉絲時使光纖旋轉(zhuǎn)。為了更詳細(xì)地了解用于旋轉(zhuǎn)光纖的方法和設(shè)備，可以參考共同轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人并且共同待批的美國專利申請第08/858,836號和第08/784,574號、PCT申請PCT/US97/02541以及美國專利第5,298,047號，所有這些文獻(xiàn)的內(nèi)容通過引用包括在此。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有許多。在現(xiàn)有技術(shù)的拉絲系統(tǒng)中，光纖直徑由牽引速度來控制。控制回路對拉絲實(shí)行兩步工藝控制。如果牽引速度改變，那么下送速度對牽引速度的變化作出響應(yīng)。盡管不希望用任何理論或說明對為什么本發(fā)明起作用進(jìn)行約束，但我們認(rèn)為這會使根部13在爐中產(chǎn)生振動。預(yù)制棒10的根部在爐子中振動會使拉絲光纖的纖芯形狀改變，并且纖芯形狀的改變會導(dǎo)致更高的PMD和MFD的不均勻性，這兩種結(jié)果對光纖性能都不利。
本發(fā)明通過在拉絲過程中提供恒定的下送速度，減小了預(yù)制棒的振動。與眾所周知的以高速度拉制光纖的兩步控制法相反，本發(fā)明建立控制算法，以便即使在牽引速度改變時也能保持預(yù)制棒下送速度不變，從而保持光纖直徑。這種控制機(jī)理可以減小或者可能消除拉絲控制回路中的各種振動(這些振動在光纖成形期間會造成纖芯形狀的變化)，并且減小PMD，提高M(jìn)FD的均勻性。
舉 例下面通過例子進(jìn)一步描述本發(fā)明，這些例子試圖用來說明本發(fā)明。
例 1用類似于圖1所示的拉絲系統(tǒng)制造不旋轉(zhuǎn)的光纖。允許牽引速度最大改變到19米/秒，以便保持光纖直徑不變，同時下送速度保持不變，大約為2.75毫米/分種。對所得光纖的PMD和MFD均勻性進(jìn)行測試。以下表1示出了與一般工藝(下送速度可變)下拉制的光纖的比較結(jié)果。
表 1

如結(jié)果所示，與一般工藝相比，在本發(fā)明的拉絲工藝中，明顯降低了PMD，并且提高了MFD。
例 2用類似于圖1所示的設(shè)備拉制光纖。在拉絲過程中還旋轉(zhuǎn)光纖。如上所述，根據(jù)本發(fā)明關(guān)于速度區(qū)的實(shí)施例設(shè)置下送速度，使其達(dá)到15.5米/秒的標(biāo)稱拉絲速度。測試?yán)z光纖，將其PMD和MFD均勻性的結(jié)果與一般拉絲工藝?yán)频墓饫w比較。進(jìn)行若干次不同的實(shí)驗(yàn)，并且下面表2示出了結(jié)果。
表2

如表2所示，與一般工藝?yán)频墓饫w相比，根據(jù)本發(fā)明拉制的光纖，其PMD明顯減小。MFD均勻性也明顯提高。
對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，不脫離所附權(quán)利要求及其等價(jià)條文的范圍，對本發(fā)明的方法進(jìn)行各種修改和變化是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于減小拉絲光纖中偏振模色散的方法，其特征在于，包括以下步驟以預(yù)定下送速度將具有預(yù)定大小的光纖預(yù)制棒送進(jìn)爐子中；以至少10米/秒的拉絲速度從光纖預(yù)制棒中拉出光纖；改變拉絲速度，以便保持光纖直徑基本不變，同時保持預(yù)定的下送速度不變。
2.如權(quán)利要求1所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，所述拉絲速度大于14米/秒。
3.如權(quán)利要求1所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，拉絲速度在大約14米/秒和20米/秒之間變化。
4.如權(quán)利要求1所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，拉絲速度在大約14米/秒和20米/秒之間變化。
5.如權(quán)利要求4所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，還包括下述步驟，即至少確定一個拉絲速度區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，當(dāng)拉絲速度在每個區(qū)中變化時，下送速度在每個區(qū)內(nèi)保持不變。
7.如權(quán)利要求6所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，下送速度對每個區(qū)不同。
8.如權(quán)利要求7所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，當(dāng)拉絲速度從一個區(qū)變化到另一個具有較高拉絲速度范圍的區(qū)時，下送速度降低。
9.如權(quán)利要求7所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，當(dāng)拉絲速度從一個區(qū)變化到另一個具有較低拉絲速度范圍的區(qū)時，下送速度增加。
10.如權(quán)利要求1所述的用于減小拉絲光纖之偏振模色散的方法，其特征在于，拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖。
11.一種用于從光纖預(yù)制棒中拉出光纖的方法，其特征在于，包括以下步驟以一下送速度將具有預(yù)定大小的光纖預(yù)制棒送進(jìn)拉絲爐中；以至少10米/秒的拉絲速度從光纖預(yù)制棒中拉出光纖；測量拉絲光纖的直徑，并且產(chǎn)生表示測得直徑的信號；將所產(chǎn)生的信號與標(biāo)稱光纖直徑值比較，并且產(chǎn)生表示比較之差的第二信號；感測拉絲速度，以便判斷它是否在預(yù)定速度區(qū)內(nèi)；根據(jù)第二信號改變拉絲速度，以便調(diào)節(jié)拉絲光纖的直徑；以及如果感測到的拉絲速度在所述區(qū)之外，那么改變下送速度。
12.如權(quán)利要求11所述的光纖拉絲法，其特征在于，還包括下述步驟，即拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖。
13.如權(quán)利要求11所述的光纖拉絲法，其特征在于，拉絲速度包括多個區(qū)，每個區(qū)包括預(yù)定的拉絲速度范圍。
14.如權(quán)利要求13所述的光纖拉絲法，其特征在于，當(dāng)拉絲速度在所述多個區(qū)之間變化時，改變下送速度。
15.如權(quán)利要求14所述的光纖拉絲法，其特征在于，下送速度在每個區(qū)內(nèi)基本保持不變。
16.一種用于減小拉絲光纖中偏振模色散的方法，其特征在于，包括下述步驟以一恒定的下送速度將具有預(yù)定直徑的光纖預(yù)制棒送進(jìn)爐子中；以至少10米/秒的拉絲速度從光纖預(yù)制棒中拉出光纖；改變拉絲速度，以便保持光纖直徑基本不變。
全文摘要
以恒定的下送速度將預(yù)制棒(10)送入爐子,然后從預(yù)制棒中拉出光纖(14)。牽引機(jī)(20)以至少10米/秒速度拉制光纖(14),并且在拉絲過程中,允許牽引機(jī)(20)根據(jù)直徑監(jiān)視器(15)測得的光纖直徑改變光纖(14)的拉絲速度,以便保持光纖直徑相對恒定。在超過20米/秒的較高拉絲速度下保持預(yù)制棒下送速度不變沒有對拉絲工藝產(chǎn)生不利影響,并且相信可以減少或消除拉絲控制回路中會在光纖成形期間造成纖芯形狀變化的振動,從而降低PMD,提高M(jìn)FD的均勻性。
文檔編號C03B37/027GK1271334SQ98809377
公開日2000年10月25日 申請日期1998年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月25日
發(fā)明者M·W·艾倫, L·L·哈斯金斯, L·M·魯格 申請人:康寧股份有限公司