專利名稱：拉伸光纖基材的方法和拉伸設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖基材的拉伸方法，用于在加熱和軟化光纖的同時將光纖基材拉伸到希望外徑，并涉及一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的拉伸設(shè)備。
背景技術(shù)：
通過拉伸光纖基材(預(yù)制棒)來制造光纖。通過使具有沿縱向變化相對較大的外徑的光纖基材(初始基材)經(jīng)過在加熱和軟化的同時將其拉伸到希望外徑的拉伸處理，獲得預(yù)制棒。作為加熱裝置，使用利用例如氧氣、氫氣和丙烷的可燃?xì)怏w來燃燒的加熱燃器、使用電阻加熱器的電爐。
近年來，為了提高光纖的生產(chǎn)率，出現(xiàn)使用較大的初始基材的趨勢。然而，在具有大于100mm外徑的初始基材的情況下，難以使用加熱燃器來作為加熱裝置。因此，在多數(shù)情況下使用具有電阻加熱器等的電爐。
然而，通過使用具有較大加熱區(qū)的電爐的拉伸處理所獲得的光纖基材或預(yù)制棒的尺寸精確度比通過使用加熱燃器的拉伸處理所獲得的要差。
因此，利用電爐作為加熱裝置而拉伸的光纖基材沿縱向在外徑上有較大變化。因此，在多數(shù)情況下，在使用電爐的拉伸處理之后，執(zhí)行利用較小加熱裝置(例如小型加熱燃器(可燃?xì)怏w氧氣、氫氣、丙烷等)或小型電爐)的最終拉伸處理(final drawing processing)，以避免在最后拉伸處理中產(chǎn)生的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題當(dāng)拉伸并制造外徑較大的初始材料、并沿縱向外徑尺寸有變化時，例如，當(dāng)電爐拉伸的基材在隨后的步驟中經(jīng)過最終拉伸處理時，按照傳統(tǒng)拉伸方法，通過加熱裝置以恒定速率沿基材的縱向移動、并且每單位時間提供恒定熱量來加熱光纖基材。然而，在這種傳統(tǒng)的最終拉伸處理中，會發(fā)生在直徑較大的部分處施加到基材的熱不足的情況，并且因?yàn)闆]有充分軟化基材，基材斷裂。還會發(fā)生基材的最大外徑部分處牽拉力變得極其大的情況，并且損壞了拉伸設(shè)備。此外，會發(fā)生過分加熱外徑較小處的部分的情況，負(fù)面地影響外徑控制。
因此，以前，作為殘次品拒絕具有較大外徑變化的光纖基材而不經(jīng)過最終拉伸處理。這是降低生產(chǎn)量的原因。
做出本發(fā)明以消除以上問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種光纖基材的拉伸方法以及用于實(shí)現(xiàn)該方法的一種拉伸設(shè)備，當(dāng)拉伸光纖基材時，可以減少沿縱向的直徑大小的變化，從而提高生產(chǎn)量。此外，本發(fā)明的目的是提供一種光纖基材的拉伸方法和一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的拉伸設(shè)備，能夠?qū)Ξ?dāng)按照傳統(tǒng)方法處理時易于沿縱向具有較大外徑尺寸變化的電爐拉伸的光纖執(zhí)行最終拉伸處理。
解決問題的方式本發(fā)明的方法是一種光纖基材的拉伸方法，包括步驟由一對夾緊裝置夾緊沿光纖基材的縱向的兩端；以及在通過沿與縱向平行的第一方向移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個來牽拉光纖基材的同時，沿與第一方向相反的第二方向相對于光纖基材移動加熱裝置；其中，在根據(jù)表達(dá)式(1)改變相對移動速度Vb(x)的同時執(zhí)行光纖基材的拉伸Vb·[Dmax/D(x)]2≤Vb(x)≤Vb·[Dmax/D(x)]3(1)其中，Vb表示參考速度，Dmax表示光纖基材的最大外徑，D(x)表示在光纖基材的加熱位置x處的外徑，以及Vb(x)表示在加熱位置x處加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度。
上述光纖基材的拉伸方法的優(yōu)選方面如下(A)至(H)，但是，在一些情況下可以組合其中的兩個或多個。
(A)上述拉伸方法中，在拉伸之前在其縱向上測量光纖基材的外徑，并且根據(jù)測量結(jié)果，在改變加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度的同時執(zhí)行基材的拉伸。
(B)上述拉伸方法中，將光纖基材的牽拉速度設(shè)置在滿足以下表達(dá)式(2)的范圍內(nèi)0.5≤(Dt/Dmax)2≤0.99 (2)其中，Dt是目標(biāo)拉伸外徑，Dmax與表達(dá)式(1)中所定義的意義相同。
(C)上述拉伸方法中，加熱裝置是燃器，并且加熱燃器噴嘴的中心線以直角與光纖基材的軸線的相交點(diǎn)位于沿第二方向距離光纖基材的外徑由于加熱燃器的熱作用而開始改變處的位置0至50mm的位置處。
(D)上述拉伸方法中，加熱裝置中使用的燃燒氣體是氧氣，并且可燃?xì)怏w是氫氣或丙烷。
(E)上述拉伸方法中，加熱裝置是電爐，與光纖基材的縱向平行地設(shè)置電爐，并且加熱燃器沿第一方向的中心以直角與光纖基材的軸線的相交點(diǎn)位于沿第二方向距離光纖基材的外徑由于電爐的熱作用而開始改變處的位置0至50mm的位置處。
(F)上述拉伸方法中，相對速度是通過固定所述一對夾緊裝置的一個、并沿第二方向移動加熱裝置而產(chǎn)生的相對速度。
(G)上述拉伸方法中，相對速度是通過沿第一方向以不同速度移動所述一對夾緊裝置的兩個、并固定加熱裝置而產(chǎn)生的相對速度。
(H)上述拉伸方法中，相對速度是通過沿第一方向以不同速度移動所述一對夾緊裝置的兩個、并沿第二方向移動加熱裝置而產(chǎn)生的相對速度。
本發(fā)明還提供了一種光纖基材的拉伸設(shè)備，包括一對夾緊裝置，用于夾緊光纖基材沿縱向的兩端；加熱裝置，用于加熱光纖基材的外圍；夾緊裝置移動裝置，用于移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個，以沿與縱向平行的第一方向牽拉光纖基材；以及運(yùn)算和控制單元；其中，運(yùn)算和控制單元執(zhí)行運(yùn)算和控制，光纖基材的加熱位置處的目標(biāo)移動速度被設(shè)置為加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度，并且當(dāng)相對移動速度是Vb(x)時，根據(jù)表達(dá)式(1)改變Vb(x)Vb·[Dmax/D(x)]2≤Vb(x)≤Vb·[Dmax/D(x)]3(1)其中，Vb表示參考速度，Dmax表示光纖基材的最大外徑，D(x)表示在加熱位置x處光纖基材的外徑，以及Vb(x)表示在加熱位置x處加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度。
上述光纖基材的拉伸設(shè)備的優(yōu)選方面如下(a)至(i)，但是，在一些情況下可以組合其中的兩個或多個。
(a)上述拉伸設(shè)備中還包括外徑測量裝置，用于測量光纖基材沿縱向的每一個位置處的外徑。
(b)上述拉伸設(shè)備中，運(yùn)算和控制單元還根據(jù)光纖基材沿縱向的每一個位置處的外徑，計算光纖的牽拉速度，并且夾緊裝置移動裝置根據(jù)結(jié)果，移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個。
(c)上述拉伸設(shè)備中，將光纖的牽拉速度設(shè)置在滿足以下表達(dá)式(2)的范圍內(nèi)0.5≤(Dt/Dmax)2≤0.99 (2)其中，Dt是目標(biāo)拉伸外徑，Dmax與表達(dá)式(1)中所定義的意義相同。
(d)上述拉伸設(shè)備中，在牽拉所述一對夾緊裝置的兩個的情況下，由夾緊裝置移動裝置以不同速度移動沿縱向兩端處的夾緊裝置，以便沿第一方向牽拉光纖基材。
(e)上述拉伸設(shè)備中，加熱裝置是加熱燃器。
(f)上述拉伸設(shè)備中，加熱位置位于沿加熱燃器相對于光纖基材的相對移動方向距離光纖基材的外徑由于加熱燃器的熱作用而開始改變處的位置0至50mm的位置處。
(g)上述拉伸設(shè)備中，加熱裝置中使用的燃燒氣體是氧氣，并且可燃?xì)怏w是氫氣或丙烷。
(h)上述拉伸設(shè)備中，加熱裝置是電阻爐。
(i)上述拉伸設(shè)備還包括加熱裝置移動裝置，用于沿與第一方向相反的第二方向移動加熱裝置。
本發(fā)明的效果在根據(jù)本發(fā)明的拉伸方法和拉伸設(shè)備中，根據(jù)拉伸之前光纖基材的外徑大小(截面面積)的變化，控制加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度。因此，可以通過在光纖基材的較大外徑部分處更多降低加熱裝置的移動速度，來提供充分的熱量，并且通過在較小外徑部分處更多增加加熱裝置的移動速度，避免過分加熱光纖基材，這能夠精確地將光纖基材拉伸到希望的外徑或直徑。此外，本發(fā)明能夠減少拉伸處理所需的時間消耗和氣體，這有助于降低成本。
此外，本發(fā)明能夠?qū)哂写笥?00mm的最大外徑、并且沿縱向在外徑中有較大變化的大型光纖基材進(jìn)行最終拉伸處理，制造具有均勻外徑的預(yù)制棒。因此，可以降低光纖的制造成本。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以在不向拉伸設(shè)備施加過度載荷的情況下拉伸光纖基材。因此，甚至可以對作為殘次品而拒絕的具有較大外徑變化的光纖基材執(zhí)行最終拉伸處理，從而提高了生產(chǎn)量。
此外，利用本發(fā)明的拉伸設(shè)備，與傳統(tǒng)的拉伸設(shè)備不同，不再擔(dān)心由于不足加熱而不能夠進(jìn)行拉伸，因?yàn)榭梢韵蚬饫w基材的每個部分提供拉伸所需的熱量，即使是在通過從光纖基材的較小直徑部分一側(cè)向較大直徑部分移動加熱燃器來執(zhí)行拉伸時。


圖1是示出了本發(fā)明拉伸設(shè)備的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是示出了用于測量光纖基材(初始材料)的外徑的裝置的光發(fā)射部分和光接收部分的圖。
圖3是示出了本發(fā)明拉伸設(shè)備的另一個示例的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是示出了本發(fā)明拉伸設(shè)備的另一個示例的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5是示出了在圖1所示的本發(fā)明拉伸設(shè)備的情況和傳統(tǒng)拉伸設(shè)備的情況之間的比較下，光纖基材的外徑對加熱燃器的移動速度以及對光纖基材的牽拉速度的關(guān)系的圖。
圖6是示出了在本發(fā)明拉伸設(shè)備的拉伸處理之前和之后光纖基材的外徑沿縱向變化的圖。
1....光纖基材2....固定卡盤3....移動卡盤4....加熱燃器5....燃器臺移動裝置6....移動卡盤移動裝置7....運(yùn)算和控制單元8....外徑測量裝置8a....光發(fā)射部分8b....光接收部分9....基材供給卡盤移動裝置14....電爐15....電爐移動裝置E....拉伸設(shè)備具體實(shí)施方式
在利用附圖來解釋本發(fā)明的實(shí)施方式之前，下面先解釋本說明書中使用的每一個術(shù)語。
本說明書中的“光纖基材”表示具有從60mm至120mm的外徑或直徑的預(yù)制棒。然而，本發(fā)明的方法和設(shè)備可以用于拉伸具有更大直徑的鑄塊(ingot)，例如大至200mm量級的鑄塊。
“參考速度”表示當(dāng)來自加熱裝置的熱量被設(shè)置為恒定時加熱裝置相對于具有預(yù)定外徑(例如80mm)的光纖基材的相對速度。如果確定了加熱方法(加熱燃器或電阻爐)、在使用燃器的情況下所用氣體的種類、處理的基材的外徑的變化范圍、目標(biāo)拉伸外徑等，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定該參考速度。同樣如在示例中所述，可以將參考速度設(shè)置為6.9mm/min。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)外徑沿縱向是75mm至96mm時，在拉伸起始端處的外徑是85mm，并且目標(biāo)拉伸外徑是85mm。
“光纖的加熱位置”表示當(dāng)加熱裝置是加熱燃器時，與經(jīng)過加熱燃器噴嘴的中心的中心線以直角和基材的軸線相交的點(diǎn)相對應(yīng)的基材的表面。在加熱裝置是電阻爐的情況下，表示與沿基材的長度方向平行于基材設(shè)置的燃器的中心部分相對應(yīng)的基材表面。
下面，利用附圖來解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的光纖基材的拉伸設(shè)備的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的圖。在該實(shí)施例的設(shè)備中，加熱裝置是加熱燃器，并且該燃器移動。僅夾緊光纖基材兩端的夾緊裝置之一移動，并且另一個固定。
如圖1所示，拉伸設(shè)備E包括夾緊光纖基材1一端的固定式三爪卡盤(下面稱為固定卡盤)2、夾緊另一端的移動式三爪卡盤(下面稱為移動卡盤)3、加熱燃器4、燃器臺移動裝置(加熱燃器4的移動裝置)5、移動移動卡盤3的移動卡盤移動裝置6以及控制燃器臺移動裝置5和移動卡盤移動裝置6的運(yùn)算和控制單元7。燃器臺移動裝置5被配置用以根據(jù)發(fā)送自運(yùn)算和控制單元7的命令，移動加熱燃器4，使加熱燃器4的移動速度變?yōu)樯院笏龅哪繕?biāo)移動速度。移動卡盤移動裝置6被配置用以根據(jù)發(fā)送自運(yùn)算和控制單元7的命令，移動移動卡盤3，使移動卡盤3的移動速度變?yōu)樯院笏龅哪繕?biāo)牽拉速度。
圖2是示意地示出了測量光纖基材外徑的方法的原理的圖。如圖2所示，在拉伸處理之前，由具有光發(fā)射部分8a和光接收部分8b的外徑測量裝置(例如，由激光外徑測量裝置)連續(xù)地或以均勻間隔沿長度方向測量光纖基材1的外徑。外徑測量裝置具有光發(fā)射部分8a和光接收部分8b。光發(fā)射部分8a和光接收部分8b位于關(guān)于光纖基材1相對的位置處，因此從光發(fā)射部分8a發(fā)射出激光并且由光接收部分8b接收該激光。
通過由燃器臺移動裝置5從移動卡盤3一側(cè)移動到固定卡盤2一側(cè)(第二方向)的加熱燃器4的火焰加熱光纖基材1的外圍，同時通過移動卡盤移動裝置6沿牽拉光纖基材的方向(第一方向)移動移動卡盤3來拉伸光纖基材1的熔融且軟化部分，來執(zhí)行光纖基材1的拉伸處理。在加熱燃器4的加熱期間，光纖基材1圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，以均勻加熱光纖基材1的特定外圍。為此，固定卡盤2和移動卡盤3被配置用以在拉伸處理期間由公知旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未示出)使之彼此同步地旋轉(zhuǎn)。
在算法和控制單元7中，根據(jù)光纖基材1的外徑大小沿縱向的變化，控制加熱燃器4相對于光纖基材1的相對移動速度和移動卡盤3的移動速度。因此，通過從移動卡盤3一側(cè)向固定卡盤一側(cè)(或者反之亦然)移動外徑測量裝置的光發(fā)射部分8a和光接收部分，連續(xù)地或以均勻間隔沿光纖基材的長度方向測量基材的外徑。在以均勻間隔測量的情況下，將間隔設(shè)置為0.5mm至2mm量級，并且以這種間隔測量光纖基材1的外徑。將獲得的測量數(shù)據(jù)輸入運(yùn)算和控制單元7。運(yùn)算和控制單元7計算加熱燃器4和移動卡盤3的移動速度，作為光纖基材1的加熱位置x的函數(shù)(例如，加熱燃器4到固定卡盤2的距離)，如下所述。另外，運(yùn)算和控制單元7預(yù)先存儲各種數(shù)據(jù)，并且被配置成如果輸入了外徑的測量結(jié)果作為變量，在使用燃器時根據(jù)使用條件設(shè)置了例如各種加熱方法和使用的氣體種類的預(yù)定參數(shù)，則通過計算自動地獲得燃器的移動速度和移動卡盤的拉力。
由加熱燃器4執(zhí)行加熱，使得加熱部分的光纖基材的最大表面溫度是大約2100攝氏度，優(yōu)選地處于2000攝氏度至2200攝氏度的范圍內(nèi)。另外，被拉伸的光纖基材1部分的直徑極大地改變，并呈現(xiàn)頸部形狀。在頸部形狀中直徑變化率最大處的點(diǎn)(圖1中的a)位于沿與加熱燃器4的移動方向相反的方向距離加熱燃器4的中心線位置(圖1中的b)大約100mm的位置處。此外，加熱燃器4的中心線位置位于沿加熱燃器的移動方向距離光纖基材1的直徑改變處的緊靠拉伸前位置(圖1中的c)大約50mm的位置處。
如上所述，因?yàn)楣饫w基材的導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱充分傳導(dǎo)到其纖芯部分需要一些時間，加熱燃器的加熱位置和拉伸開始位置不一定彼此一致。
本發(fā)明最主要的特征在于當(dāng)將加熱裝置給光纖基材提供的熱量設(shè)置為恒定時、由運(yùn)算和控制單元確定加熱燃器相對于光纖基材的相對移動速度。在本實(shí)施例的情況下，由于僅僅兩端處的卡盤中的移動卡盤移動以用于拉伸的配置，加熱燃器的移動速度等于上述相對移動速度。在本發(fā)明中，運(yùn)算和控制單元7執(zhí)行計算和控制，使得當(dāng)在光纖基材的加熱位置x處的加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度是Vb(x)時，在輸入光纖基材的被測外徑作為數(shù)據(jù)時，下面的表達(dá)式(1)成立Vb·[Dmax/D(x)]2≤Vb(x)≤Vb·[Dmax/D(x)]3(1)其中，Vb表示參考速度，Dmax表示光纖基材的最大外徑，D(x)表示在加熱位置x處的光纖基材的外徑，以及Vb(x)具有以上定義的意義。即，當(dāng)功率指數(shù)是n時，盡管n必須滿足2≤n≤3，它不必是整數(shù)。
此處，如在術(shù)語定義一段中所示，如果已知光纖基材的外徑的變化范圍、目標(biāo)拉伸外徑等，參考速度是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的速度。作為光纖基材的最大外徑Dmax以及光纖基材的加熱部分處的外徑D(x)，可以輸入外徑測量裝置的測量結(jié)果。因此，如果執(zhí)行了光纖基材的外徑的測量，自動地確定相對移動速度Vb(x)的范圍。另外，加熱位置x表示圖1的加熱燃器4的中心線位置。
如果將相對移動速度Vb(x)設(shè)置為等于或大于Vb·[Dmax/D(x)]2且等于或小于Vb·[Dmax/D(x)]3，則可以實(shí)現(xiàn)具有較小外徑變化的拉伸的原因如下。
即，為了將光纖基材加熱到預(yù)定能夠拉伸溫度，隨著截面面積增加，必須降低相對移動速度。另一方面，為了充分加熱光纖基材直至其纖芯，將速度設(shè)置為正比于[Dmax/D(x)]的二次方是合理的，當(dāng)確定位置時可以確定[Dmax/D(x)]的值。一般而言，為了使拉伸處理平穩(wěn)，優(yōu)選地在供給稍過量的熱量的同時執(zhí)行拉伸，以使與牽拉速度相關(guān)聯(lián)地執(zhí)行拉伸，而不是在不足以拉伸的溫度下執(zhí)行拉伸。在這點(diǎn)上，通過將速度設(shè)置為正比于[Dmax/D(x)]值的三次方來執(zhí)行拉伸是沒有問題的。
然而，在本發(fā)明中，在相對較細(xì)光纖基材(例如，大約90mm的基材)的情況下或者在最大外徑和目標(biāo)拉伸外徑之間的差最多在5mm至10mm的量級上的情況下，關(guān)于參考速度，使用[Dmax/D(x)]值的二次方附近的值。另一方面，在較大外徑(例如大約120mm的基材)的情況下或在最大外徑和目標(biāo)拉伸外徑之間的差超出10mm的情況下，使用接近上述值的三次方的值。
同時，考慮到上述相對移動速度Vb(x)的限制，如果在拉伸光纖基材的最大直徑Dmax部分以減少1至10mm的情況下考慮到卡盤的移動速度(基材的牽拉速度)，則優(yōu)選地將移動卡盤3的移動速度設(shè)置在滿足0.5≤(Dt/Dmax)2≤0.99的關(guān)系的范圍內(nèi)。
當(dāng)加熱燃器4的火焰強(qiáng)度恒定時，如果與傳統(tǒng)的拉伸設(shè)備一樣將加熱燃器4的移動速度設(shè)置為恒定，對光纖基材1的較大直徑部分的加熱變得不足，而對較小直徑部分的加熱變得過量。因此，本實(shí)施例被配置用以如上所述在考慮到拉伸之前光纖基材1的外徑大小或直徑大小的變化來改變加熱燃器的移動速度。
更具體地，在加熱光纖基材1的較大直徑部分的位置處，降低加熱燃器4的移動速度(即光纖基材的加熱部分的移動速度)，以避免對較大直徑部分的不充分加熱。這可以避免由于光纖基材的不充分軟化而引起的光纖基材的斷裂以及對拉伸設(shè)備的損壞。此外，在加熱較小直徑部分的位置處，加快加熱燃器4的移動速度，從而避免過分加熱較小直徑部分。
在拉伸具有沿長度方向逐漸增加(或減少)的直徑的光纖基材的情況下，優(yōu)選地將較小直徑的一段作為拉伸起始端，以減少在拉伸初期中發(fā)生的直徑擺動(hunting)。
在上述實(shí)施例中，移動加熱燃器，然而，固定加熱燃器、而移動光纖基材(起始基材)的配置也是可以的。在這種情況下，如圖3所示，僅需要代替圖1的固定卡盤2，使用可移動基材供給卡盤9，并且代替用于移動加熱燃器4的燃器臺移動裝置4，使用基材供給卡盤移動裝置10。在這種情況下，光纖基材的牽拉速度變?yōu)橐苿涌ūP3的移動速度和基材供給卡盤9的移動速度之間的差。此時，該基材供給卡盤的移動速度變?yōu)榧訜崛计飨鄬τ诠饫w基材的相對移動速度。移動卡盤移動裝置6和基材供給卡盤移動裝置10分別移動移動卡盤3和基材供給卡盤10，因此光纖基材的加熱部分的移動速度變?yōu)橛蛇\(yùn)算和控制單元7所計算的目標(biāo)移動速度，并且移動卡盤3和基材供給卡盤9之間的移動速度的差變?yōu)橛蛇\(yùn)算和控制單元7所計算的目標(biāo)牽拉速度。盡管在上述示例中加熱燃器是固定的，當(dāng)然在這種情況中，在移動基材供給卡盤9的同時，也可以移動加熱裝置(在該情況中是加熱燃器)。
在圖1和圖3所示的將氣體燃器用作加熱裝置的拉伸設(shè)備中，可在加熱裝置中使用的氣體的示例包括氫氣作為可燃?xì)怏w以及氧氣作為燃燒氣體的組合、丙烷作為可燃?xì)怏w以及氧氣作為燃燒氣體的組合。
盡管在上述實(shí)施例中將加熱燃器用作加熱裝置，也可以使用小型電爐。在這種情況下，僅需要例如如圖4所示，代替燃器臺移動裝置5，使用電爐14。可以沒有任何特定限制地使用在相關(guān)工業(yè)中已知的任何電爐。
下面解釋利用圖1所示結(jié)構(gòu)的拉伸設(shè)備的光纖基材的拉伸處理的特定示例。
示例1作為起始基材，使用沿縱向外徑在75mm至96mm范圍內(nèi)變化的光纖基材。對于加熱燃器4，分別以390l(升)/min的速率供給氫氣作為可燃?xì)怏w，以及以160l/min供給氧氣作為燃燒氣體，并執(zhí)行加熱控制，使得在加熱部分處的最大表面溫度是大約2100攝氏度。將光纖基材直徑85mm的部分設(shè)置為拉伸起始端，并且將目標(biāo)拉伸外徑設(shè)置為75mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將加熱燃器的參考移動速度Vb設(shè)置為6.9mm/min。
當(dāng)沿縱向在位置x處起始基材的直徑是D(x)、起始基材的最大外徑是Dmax、以及目標(biāo)拉伸外徑是Dt時，由表達(dá)式(3)計算出當(dāng)加熱燃器4處于位置(離固定卡盤2的距離)x處時加熱燃器4的目標(biāo)移動速度Vb(x)。即，參考移動速度Vb正比于[Dmax/D(x)]的三次方而改變。
由表達(dá)式(4)計算出當(dāng)加熱燃器4處于位置x處時移動卡盤3的移動速度，即光纖基材的目標(biāo)牽拉速度Vt(x)。
Vb(x)＝Vb·[Dmax/D(x)]3(3)Vt(x)＝Vb(x)·[(D(x)/Dt)2-1] (4)從表達(dá)式(4)中，可以理解，在執(zhí)行拉伸以使起始基材的最大外徑部分的外徑減少5mm的情況下，移動卡盤3的最大移動速度Vt(x)由表達(dá)式(5)表示。
Vb(x)·[(Dmax/(Dmax-5))2-1](5)在起始基材的最大外徑是96mm、且執(zhí)行拉伸以使最大外徑部分的外徑減少96-75＝21(mm)的實(shí)施例中，將由表達(dá)式(5)乘以Dmax/D(x)的平方的表達(dá)式(6)所表示的值視為Vt(x)的上限值，以便不對拉伸設(shè)備和起始基材施加過度載荷(拉力)。
Vb(x)·[(Dmax/(Dmax-5))2-1]·[Dmax/D(x)]2(6)當(dāng)表達(dá)式(4)所表示的值大于表達(dá)式(6)所表示的值時，將移動卡盤3的目標(biāo)移動速度Vt(x)設(shè)置為表達(dá)式(6)所表達(dá)的值。在這種情況下，還將加熱燃器4的目標(biāo)移動速度V設(shè)置為表達(dá)式(7)所表示的值。
Vb(x)＝Vt(x)/[(D(x)/Dt)2-1]＝Vt(x)·Dt2/[D(x)2-Dt2](7)在圖5中示出了加熱燃器4的移動速度(＝Vb(x))以及移動卡盤3的移動速度(即光纖基材的牽拉速度)(＝Vt(x))。在圖5的圖中，縱軸表示加熱燃器4的移動速度(mm/min.)、橫軸表示起始基材的外徑(mm)。粗實(shí)線和細(xì)實(shí)線分別表示本實(shí)施例中的Vb(x)和Vt(x)。還按照傳統(tǒng)方法執(zhí)行拉伸，其中加熱裝置的移動速度被設(shè)置為恒定(6.9mm/min.)。粗虛線和細(xì)虛線分別表示現(xiàn)有技術(shù)的拉伸設(shè)備中的Vb(x)和Vt(x)。
圖6中示出了拉伸的結(jié)果。在圖6所示的圖中，縱軸表示起始基材的外徑(mm)(在圖6中以虛線表示)、以及通過執(zhí)行拉伸處理而獲得的拉伸基材(即預(yù)制棒)(在圖6中以實(shí)現(xiàn)表示)，橫軸表示沿起始基材或拉伸基材的縱向的位置(mm)，其中較小直徑端作為基準(zhǔn)位置(mm)。沿拉伸基材的縱向的外徑變化范圍是大約0.1mm?？梢源_認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)起始基材的外徑變化范圍大到21mm時，可以將其拉伸為高度均勻的外徑。此外，還可以確認(rèn)，不會出現(xiàn)以前經(jīng)常在拉伸初期發(fā)生的拉伸基材的直徑擺動。因此，可以作為產(chǎn)品使用獲得的整個預(yù)制棒。
盡管在上述實(shí)施例中將使用氫氣作為可燃?xì)怏w、氧氣作為燃燒氣體的加熱燃器用作加熱裝置，通過使用將丙烷用作可燃?xì)怏w、將氧氣用作燃燒氣體的加熱燃器，或者使用小型電爐，也可以獲得相同的效果。
此外，盡管在上述實(shí)施例中加熱燃器和移動卡盤的相對移動速度在[Dmax/D(x)]值的二次方至三次方的范圍內(nèi)變化，通過固定加熱裝置、由運(yùn)算和控制單元利用上述值的二次方至三次方的值來控制基材對加熱部分的供給移動速度(即基材供給卡盤9通過基材供給卡盤移動裝置10的移動速度)，可以獲得相同的效果。
當(dāng)拉伸之前和之后的外徑差小到5.0mm以下時，因?yàn)楸砻婷娣e比的效果可忽略，通過與外徑比的二次方成正比相對地移動加熱裝置和基材，可以進(jìn)行足夠精確的拉伸。
權(quán)利要求
1.一種光纖基材的方法，包括步驟由一對夾緊裝置夾緊沿光纖基材的縱向的兩端；以及在通過沿與縱向平行的第一方向移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個來牽拉光纖基材的同時，沿與第一方向相反的第二方向相對于光纖基材移動加熱裝置；其中，在根據(jù)表達(dá)式(1)改變相對移動速度Vb(x)的同時執(zhí)行光纖基材的拉伸Vb·[Dmax/D(x)]2≤Vb(x)≤Vb·[Dmax/D(x)]3(1)其中，Vb表示參考速度，Dmax表示光纖基材的最大外徑，D(x)表示在光纖基材的加熱位置x處的外徑，以及Vb(x)表示在加熱位置x處加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，在拉伸之前，在其縱向上測量光纖基材的外徑，并且根據(jù)測量結(jié)果，在改變加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度的同時執(zhí)行基材的拉伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，將光纖基材的牽拉速度設(shè)置在滿足以下表達(dá)式(2)的范圍內(nèi)0.5≤(Dt/Dmax)2≤0.99 (2)其中，Dt是目標(biāo)拉伸外徑，Dmax與表達(dá)式(1)中所定義的意義相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，加熱裝置是燃器，并且加熱燃器噴嘴的中心線以直角與光纖基材的軸線的相交點(diǎn)位于沿第二方向距離光纖基材的外徑由于加熱燃器的熱作用而開始改變處的位置0至50mm的位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉伸方法，其中，加熱裝置中使用的燃燒氣體是氧氣，并且可燃?xì)怏w是氫氣或丙烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，加熱裝置是電爐，與光纖基材的縱向平行地設(shè)置電爐，并且加熱燃器沿縱向的中心以直角與光纖基材的軸線的相交點(diǎn)位于沿第二方向距離光纖基材的外徑由于電爐的熱作用而開始改變處的位置0至50mm的位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，相對速度是通過固定所述一對夾緊裝置的一個、并沿第二方向移動加熱裝置而產(chǎn)生的相對速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，相對速度是通過沿第一方向以不同速度移動所述一對夾緊裝置的兩個、并固定加熱裝置而產(chǎn)生的相對速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸方法，其中，相對速度是通過沿第一方向以不同速度移動所述一對夾緊裝置的兩個、并沿第二方向移動加熱裝置而產(chǎn)生的相對速度。
10.一種光纖基材的拉伸設(shè)備，包括一對夾緊裝置，用于夾緊光纖基材沿縱向的兩端；加熱裝置，用于加熱光纖基材的外圍；夾緊裝置移動裝置，用于移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個，以沿與縱向平行的第一方向牽拉光纖基材；以及運(yùn)算和控制單元；其中，運(yùn)算和控制單元執(zhí)行運(yùn)算和控制，光纖基材的加熱位置處的目標(biāo)移動速度被設(shè)置為加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度，并且當(dāng)相對移動速度是Vb(x)時，根據(jù)表達(dá)式(1)改變Vb(x)Vb·[Dmax/D(x)]2≤Vb(x)≤Vb·[Dmax/D(x)]3(1)其中，Vb表示參考速度，Dmax表示光纖基材的最大外徑，D(x)表示在加熱位置x處光纖基材的外徑，以及Vb(x)表示在加熱位置x處加熱裝置相對于光纖基材的相對移動速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉伸設(shè)備，還包括外徑測量裝置，用于測量沿光纖基材的縱向的每一個位置處的外徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉伸設(shè)備，其中，運(yùn)算和控制單元還根據(jù)沿光纖基材的縱向的每一個位置處的外徑，計算光纖的牽拉速度，并且夾緊裝置移動裝置根據(jù)結(jié)果，移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的拉伸設(shè)備，其中，將光纖的牽拉速度設(shè)置在滿足以下表達(dá)式(2)的范圍內(nèi)0.5≤(Dt/Dmax)2≤0.99 (2)其中，Dt是目標(biāo)拉伸外徑，Dmax與表達(dá)式(1)中所定義的意義相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉伸設(shè)備，其中，在牽拉所述一對夾緊裝置的兩個的情況下，由夾緊裝置移動裝置以不同速度移動沿縱向處于兩端的夾緊裝置，從而沿第一方向牽拉光纖基材。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉伸設(shè)備，其中，加熱裝置是加熱燃器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉伸設(shè)備，其中，加熱位置位于距離光纖基材的外徑由于加熱燃器的熱作用而開始改變處的位置0至50mm的位置處。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的拉伸設(shè)備，其中，加熱裝置中使用的燃燒氣體是氧氣，并且可燃?xì)怏w是氫氣或丙烷。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉伸設(shè)備，其中，加熱裝置是電阻爐。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拉伸設(shè)備，還包括加熱裝置移動裝置，用于沿與第一方向相反的第二方向移動加熱裝置。
全文摘要
一種光纖基材的拉伸方法和設(shè)備，包括由一對夾緊裝置夾緊沿光纖基材的縱向的兩端，并且在通過沿與縱向平行的第一方向移動所述一對夾緊裝置的一個或兩個來牽拉光纖基材的同時，沿與第一方向相反的第二方向相對于光纖基材移動加熱裝置，其中，在根據(jù)表達(dá)式(1)改變相對移動速度Vb(x)的同時執(zhí)行光纖基材的拉伸Vb·[D
文檔編號C03B37/012GK1890189SQ20048003630
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者鈴木真二, 山村和市 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社