專利名稱：包覆光波導(dǎo)纖維的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)纖維的包覆。
在制造光波導(dǎo)纖維時(shí)，一種較佳的纖維制造方法是i)使用淀積技術(shù)例如外部蒸汽淀積法(OVD)，軸向蒸汽淀積法(VAD)或改進(jìn)的化學(xué)蒸汽淀積法(MCVD)來制出一預(yù)制品;ii)干燥并固化OVD或VAD微末預(yù)制品(或使MCVD預(yù)制品收縮裹緊)以制成一固體玻璃預(yù)制品;且iii)將玻璃預(yù)制品拉制成光纖。為了達(dá)到高強(qiáng)度及低損耗的要求，在光纖新制出的表面在緊接下來的處理(制造或隨后的使用)中被破壞之前需在已拉伸的光纖上包覆一層保護(hù)包層。這一包覆步驟一般作為拉制步驟中的一個(gè)組成部分以確保在光纖表面被破壞之前覆上包層材料。也可使光纖組合成組，即我們所知道的帶狀光纖，制造這種光纖需要對(duì)整組已包覆或未包覆之光纖覆上外包層。
一般用在光波導(dǎo)纖維制造中的包層材料是以丙烯酸樹脂為基礎(chǔ)的合成物，它采用暴露于紫外光線(UV)中的方法進(jìn)行固化。所述材料以液態(tài)形式涂在光纖的表面上并隨后暴露于紫外光中進(jìn)行固化?？砂惨粚踊蚋鄬影膊牧?，而以兩層包覆方式作為較佳實(shí)施例。第一層或基底包層直接覆在光纖表面上，而第二層或輔助包層覆在基底層之外。
在對(duì)光波導(dǎo)纖維進(jìn)行包覆時(shí)，重要的一點(diǎn)是在高拉伸率下用具有相同的包覆直徑并與光纖同心的包層來包覆光纖。這些性質(zhì)使得光纖的接合與連接可方便地進(jìn)行，由此在一已建立的光纖應(yīng)用中提供了較低的損耗。高拉伸率因其產(chǎn)量增加和裝備利用率高而降低了制造光纖的成本。市場的要求繼續(xù)對(duì)光波導(dǎo)纖維的包覆直徑設(shè)置更為嚴(yán)格的公差?，F(xiàn)在的制造工藝提供的包層其公差約為±15μm，而所需要的公差范圍約為±3-5μm。
許多研究工作指出，在制備包層材料的第一層之前需對(duì)已拉伸的光纖進(jìn)行冷卻。這是因?yàn)樯鲜龈呃鞙囟?其范圍從1800至2000℃)和增大的拉伸率將導(dǎo)致在第一次包覆時(shí)光纖溫度過高以至于不能產(chǎn)生適宜的包層。在進(jìn)行包覆時(shí)，如果光纖的溫度過高，由此制成之包層的質(zhì)量、尺寸及均勻性均會(huì)受到不良影響。眾所周知，為了合宜地使用包層材料，應(yīng)使光纖溫度低于約300℃。見《應(yīng)用物理雜志》1979年10月第50卷第10期第6144-48頁，由Pack等人所著“高速包覆中對(duì)光纖進(jìn)行的強(qiáng)制對(duì)流冷卻”一文。設(shè)計(jì)在包覆第一包層之前降低光纖溫度的系統(tǒng)的示例包括在美國專利第4594088、4514205和5043001號(hào)中。


圖1示出了當(dāng)前用于光波導(dǎo)纖維制造的一種光纖拉伸和包覆的方法。在爐1中加熱的預(yù)制品11被拉伸成光纖10。然后將光纖10穿過冷卻裝置2并冷卻至低于約90℃的溫度。光纖10隨后穿過基底層包覆組件3并被包覆上第一包層，第一包層在基底包層固化裝置4中被固化，且由裝置5對(duì)覆有已固化基底包層的光纖之直徑進(jìn)行測量。固化裝置4一般帶有一輻照陣列。隨后光纖10穿過第二包覆組件6并被包覆了第二包層。第二包層在第二包覆固化裝置7中被固化，所述裝置7與第一包覆固化裝置4相同，用裝置8測量覆有已固化第二包層之光纖的直徑。用一牽引裝置9來將光纖從爐1拉過中間的裝置，隨后為了進(jìn)一步進(jìn)行加工，一般采用一個(gè)卷繞裝置(未示出)將光纖繞在卷軸上。
圖2是包覆模具組件更為詳盡的視圖。光纖21穿過導(dǎo)引模具22進(jìn)入包覆模具組件20。包覆材料通過嵌入段23中的孔24被注入包覆模組件20。常溫下加壓把包覆材料注入。光纖21通過精整模具25由包覆模組件20穿出。當(dāng)光纖穿過包覆模具組件20時(shí)，包覆材料被加速。當(dāng)包覆材料和光纖21進(jìn)入精整模具25時(shí)，包覆材料之一部分隨光纖一起被拉出。被光纖加速卻沒有與光纖一同被拉出的包覆材料在包覆模具組件20中再循環(huán)。如圖2所示，包覆模具組件20與美國專利第4531959號(hào)中所揭示的相同。包覆采用如美國專利第4792347號(hào)中所揭示的可減少氣泡之形成的方法來進(jìn)行。
與光纖21一同被拉出的包覆材料的數(shù)量取決于精整模具25中包覆材料的速度廓線，所述速度廓線主要受將光纖21拉過包覆模組件20的速度、精整模具25的幾何結(jié)構(gòu)及精整模具25中包覆材料之粘度廓線的影響。包覆材料的粘度廓線是其溫度的函數(shù)，它受下列因素的影響i)光纖的溫度;ii)精整模具25之壁面的溫度;iii)稱為“粘性發(fā)熱”的內(nèi)部生熱，它是通過流體摩擦由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能而產(chǎn)生的;iv)注入包覆材料的溫度;及v)包層與之進(jìn)行熱交換的任一表面之溫度。粘度廓線也可以是剪切率的函數(shù)，或等效地，是所加壓力的函數(shù)。所述的流體被視作非牛頓流體。
對(duì)于一給定的包覆模具組件之幾何結(jié)構(gòu)而言，所包覆光纖的直徑取決于在精整模具25之出口處的包覆材料內(nèi)的速度廓線。在精整模具25之出口處的速度廓線可受到包覆模具組件20其它部分之速度廓線的影響。因此，決定所包覆光纖之直徑的區(qū)域或接近該區(qū)域之處可包括將會(huì)影響速度廓線，從而亦影響到精整模具25之出口處的速度廓線的包覆模具組件20的任何部分，如果足以控制包覆材料之溫度并因此足以控制粘度廓線，從而足以控制所包覆光纖的直徑，則該區(qū)域可包括整個(gè)精整模具，或甚至可包括包覆模具組件20接近活塞23的部分。然而，如從下文中可以看到的那樣，我們發(fā)現(xiàn)在粘度廓線受到控制的區(qū)域，可以通過控制位于精整模具25的拉出區(qū)域26處之局部包覆材料的溫度來可靠地控制所包覆光纖的直徑。
參見圖1，盡管在基底層包覆裝置4之后、輔助層包覆組件6之前控制光纖10的溫度是可能的，一般而言這種方法卻既不方便又不實(shí)用。例如，為了改變光纖的溫度，可采用具有長滯留時(shí)間、低氣流的溫度調(diào)節(jié)裝置或短滯留時(shí)間的高氣流的溫度調(diào)節(jié)裝置中的任一種。這是由于光纖在結(jié)合了包覆層以后具有相應(yīng)高的熱量(與未包覆光纖相比約為其3倍的熱量)而造成的。對(duì)于不能使用長滯留時(shí)間溫度調(diào)節(jié)裝置的光纖拉制裝置而言，它具有空間上的限制。同樣，改變光纖的溫度對(duì)于隨后所進(jìn)行的光纖拉制步驟具有不良的影響。
美國專利第4，073，974;4，622，242號(hào)及日本專利公布第63-74938中揭示了多種包覆系統(tǒng)。
從精整模具中引出的包覆材料之?dāng)?shù)量的不同會(huì)導(dǎo)致所包覆光纖之外徑較大的增減。對(duì)此我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于在決定已包覆光纖直徑區(qū)域或接近該區(qū)域處之包覆材料的粘度廓線加以控制，可將直徑的增減改善三倍或更多。我們可以通過控制在決定已包覆光纖之直徑的區(qū)域或接近該區(qū)域處之包覆材料的溫度來控制粘度廓線。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種包覆光波導(dǎo)纖維的裝置，它在一精整模具中控制包覆材料的粘度廓線。通過控制精整模具中決定所包覆光纖的直徑的區(qū)域或接近該區(qū)域處之包覆材料的粘度廓線來控制涂覆在光纖上的包覆量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包覆光波導(dǎo)纖維的方法，其中，通過調(diào)節(jié)精整模具中包覆材料的溫度來控制加在光纖上的包覆量，由此影響在決定已包覆光纖直徑的區(qū)域或接近該區(qū)域處之包覆材料的粘度廓線。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包覆光波導(dǎo)纖維的裝置，它以與控制引入裝置中之包覆材料的整體溫度無關(guān)的方式來控制在決定已包覆光纖直徑的區(qū)域或接近該區(qū)域處之包覆材料的溫度。
圖1是一典型的光纖拉制裝置的方框圖。
圖2是典型的包覆模具組件的橫截面圖。
圖3示出了在典型包覆模具組件中的流體動(dòng)力學(xué)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明之一個(gè)方面的包覆模具組件的橫截面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明之另一個(gè)方面的包覆模具組件的橫截面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明之再一個(gè)方面的包覆模具組件的橫載面圖。
如上所述，圖2示出了當(dāng)前用在包覆光波導(dǎo)纖維工藝中的典型的包覆模具組件。通過嵌入段23之孔24注入的包覆材料的入口或整體溫度由熱交換器(未示出)與包覆材料輸送線進(jìn)行熱交換而保持在一個(gè)所要求值上。在進(jìn)入模具組件20之前，溫度受控的包層徑向地分布于嵌入段23。一般，包覆材料在壓力作用下供給模具組件20。一個(gè)已加壓的包覆器確保了在整個(gè)光纖包覆過程中模具組件20中包覆材料的厚度一致。
圖3示出了包覆工藝的動(dòng)力學(xué)。光纖41通過引導(dǎo)模具42進(jìn)入模具組件40。在嵌入段43處引入包覆材料。當(dāng)光纖進(jìn)入再循環(huán)區(qū)域44時(shí)，在光纖和包覆材料間的界面上形成一上部彎液面，當(dāng)包覆材料和光纖41進(jìn)入精整模具47時(shí)，一部分包覆材料隨光纖一同被拉出，被光纖加速但未隨光纖一同被拉出的包覆材料在包覆模具組件40中再循環(huán)。隨后光纖41繼續(xù)穿過模具的拉出區(qū)域50并穿出包覆模具組件40。在光纖穿出包覆模具組件40之處形成下彎液面51。模具的拉出區(qū)域50被定義為位于精整模具47出口處隨著離精整模具47出口處距離的增大精整模具46之內(nèi)徑保持不變的區(qū)域。
有限元(finite element)分析表明在拉出區(qū)域50中的速度廓線較大地受內(nèi)壁52的溫度及光纖溫度的影響。由于這些溫度變化改變了包覆材料的粘度廓線，所以速度廓線受到所述溫度變化的影響。速度廓線還受到光纖41被拉過模具組件40時(shí)的速度的影響。由于穿過包覆材料的光纖之速度而產(chǎn)生的剪切力以及包覆材料本身的粘度一同產(chǎn)生熱量。這一現(xiàn)象便是我們知道的粘性發(fā)熱。沒有隨光纖41一同流出精整模具47的包覆材料在包覆模組件40中再循環(huán)并同樣導(dǎo)致粘性發(fā)熱。有限元分析還表明這一內(nèi)部熱量的生成導(dǎo)致了精整模具47之內(nèi)壁52上尤其是靠近模具拉出區(qū)域50處之溫度的顯著變化?？拷饫w41表面的包覆材料被加速到光纖的速度，而在精整模具47之壁面上或接近該處之包覆材料基本上不流動(dòng)，由此產(chǎn)生了速度廓線。
所包覆光纖的直徑取決于整個(gè)精整模具47中流過的包覆材料的流動(dòng)。由在精整模具47出口處速度廓線對(duì)精整模具47出口區(qū)域的積分決定了覆在光纖41上之包覆材料的流速，因而決定了所制成的帶包層光纖的直徑。對(duì)于一給定的光纖速度，精整模具出口處的速度廓線取決于整個(gè)精整模具的幾何結(jié)構(gòu)，包括模具拉出區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)及包覆材料的粘度廓線。由于精整模具的幾何結(jié)構(gòu)一般是固定的，控制被包覆光纖之直徑的一種方法是調(diào)節(jié)在精整模具中最好在拉出區(qū)域50處包覆材料的粘度廓線。
以往控制被包覆光纖之直徑的方法均在于改變提供給包覆模具組件之包覆材料的溫度。改變這種包覆材料的整體溫度具有改變整個(gè)包覆模具組件之粘性發(fā)熱作用的效果，由此改變了整個(gè)包覆模具組件中包覆材料的粘度廓線。這兩個(gè)作用是相反的。例如，降低包覆材料整體溫度會(huì)導(dǎo)致粘度增大。這一增大的粘度將導(dǎo)致產(chǎn)生更多的粘性發(fā)熱，這將升高包覆材料的溫度，并因此使粘度降低。由于在決定被包覆光纖之直徑的區(qū)域處或接近該區(qū)域處包覆材料的粘度廓線是連續(xù)變化的，從而改變了速度廓線并隨之改變了被包覆光纖的直徑，這就造成了包覆過程中被包覆光纖之直徑有相當(dāng)大的變化。同樣地，整體溫度的改變相當(dāng)慢，使得任何一種用來控制所包覆光纖之直徑的方法或裝置無法控制被包覆光纖之直徑的短時(shí)間的波動(dòng)。
可以通過調(diào)節(jié)包覆材料的整體溫度來調(diào)節(jié)精整模具中包覆材料的粘度。然而，這將要求具有一個(gè)專門設(shè)計(jì)的熱交換器以使在精整模具中包覆材料的溫度產(chǎn)生迅速的變化。
本發(fā)明的一個(gè)方面在于使包覆材料的發(fā)熱局限于包覆模具組件的一個(gè)區(qū)域，在這一區(qū)域中可使精整模具中包覆材料的溫度實(shí)現(xiàn)迅速的改變。例如，當(dāng)拉出區(qū)域50處包覆材料的熱量低于精整模具47中包覆材料的熱量時(shí)，宜使加熱局限于精整模具圍繞拉出區(qū)域的部分。越是局部加熱，溫度變化就越迅速。我們發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)精整模具47中包覆材料的溫度可改進(jìn)對(duì)被包覆光纖之直徑的控制，然而，通過調(diào)節(jié)精整模具47之底面53的溫度可實(shí)現(xiàn)包覆材料溫度的極其迅速的變化，從而可靠地控制被包覆光纖的直徑。通過將溫度變化局限于底面53，可使被包覆光纖之直徑在約0.2微米/秒至0.5微米/秒的范圍內(nèi)變化。我們相信這將使將被包覆光纖之直徑控制在不超過一所需設(shè)置點(diǎn)約3微米的范圍內(nèi)成為可能。我們已實(shí)現(xiàn)了將被包覆光纖之直徑穩(wěn)定地控制在不超過所需設(shè)置點(diǎn)約0.3微米的范圍內(nèi)。
進(jìn)一步的有限元分析揭示了對(duì)于精整模具47之一外壁的現(xiàn)時(shí)溫度控制會(huì)改變內(nèi)壁52的溫度，這最終將使得控制被包覆光纖的直徑成為可能。圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。其中，環(huán)繞著精整模具65的外壁67設(shè)置一溫度控制套管66。套管66能升高或降低精整模具65之外壁67的溫度，由此升高或降低內(nèi)壁68的溫度。用一控制系統(tǒng)(未示出)來控制由套管66提供的溫度調(diào)節(jié)，所述控制系統(tǒng)對(duì)被包覆光纖之直徑進(jìn)行測量以決定要求將被包覆光纖之直徑保持在一目標(biāo)值所需加熱或冷卻的程度。光纖61、引導(dǎo)模具62，嵌入段63及包覆材料供應(yīng)孔64與參考圖2所作的描述相同。
圖5中示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。引導(dǎo)模具102被設(shè)置在包覆機(jī)座板101上。嵌入段103位于引導(dǎo)模具之下且是包覆材料進(jìn)入包覆模具組件100的進(jìn)口。嵌入段103之下設(shè)置有精整模具104。電熱片105安裝在精整模具104之下且與精整模具104進(jìn)行熱交換。熱電片105應(yīng)用帕爾貼效應(yīng)、作為一熱泵工作從而對(duì)精整模具104進(jìn)行加熱或冷卻。越過熱電片105之熱流的方向取決于在熱電片105中流過之電流的方向。帕爾貼效應(yīng)的詳細(xì)內(nèi)容見《固體物理與化學(xué)雜志》1992年第53卷第八期第1121-29頁由Caillat等人所著的“由T.H.M.方法生長之(BixSb1-x)2Te3單晶固溶體的熱電性質(zhì)”及《固態(tài)電子學(xué)》1992年第35卷第九期第1269-72頁由Patel等人所著的“P-Sb2Te3-n-Bi2Te3薄膜熱電偶中之熱電冷卻效應(yīng)”。作為一熱泵，熱電片105需帶有一蓄熱器以便將熱量供給熱電片105之背面或從所述背面移去熱量。蓄熱器由熱匯108構(gòu)成，所述熱匯通過熱電片之基座106和導(dǎo)管107與熱電片105進(jìn)行熱交換。用一循環(huán)水槽使熱匯108的溫度維持在一常值上。當(dāng)熱電片105冷卻精整模具104時(shí)，熱匯器從熱電片105之背面把熱量移去，當(dāng)熱電片105加熱模具104時(shí)，熱匯108向熱電片105之背面供熱。
熱電片105上所加的電壓大小及其極性均可進(jìn)行調(diào)節(jié)以控制光纖的包覆直徑。作為舉例，可將正極性定義為加熱方式而將負(fù)極性定義為冷卻方式。升高加在熱電片105上的電壓會(huì)產(chǎn)生下述三種情況電壓變?yōu)樨?fù)得更少，電壓從負(fù)變?yōu)檎?，及電壓變?yōu)楦?。這三種情況分別導(dǎo)致使模具104冷卻得較少，使模具104由冷卻變?yōu)榧訜幔笆鼓＞?04更熱，這三種作用都使靠近模具拉出區(qū)域109壁面的包層之溫度升高?？拷＞呃鰠^(qū)域109壁面之包層溫度的升高又降低了靠近模具拉出區(qū)域109壁面處包層的粘度并最終增大被包覆光纖的直徑。以一相似的方式中，可通過降低加在熱電片105上的電壓來制成一較小的包覆直徑。
圖6示出了本發(fā)明另一實(shí)施例。將引導(dǎo)模具112設(shè)置在包覆器的基墊111內(nèi)。嵌入段113位于引導(dǎo)模具112之下且它是包覆材料進(jìn)入包覆模具組件110的進(jìn)口。精整模具114位于嵌入段113之下。在精整模具114之下設(shè)置圓盤115，它與精整模具114進(jìn)行熱交換。圓盤115由高導(dǎo)熱材料制成從而使之可有效地將熱量送至精整模具114及將熱量從精整模114上移去。熱轉(zhuǎn)移管與圓盤115進(jìn)行熱交換。電阻性加熱器117圍繞熱轉(zhuǎn)移管116的至少一部分。熱轉(zhuǎn)移管116的一部分延伸至電阻性加熱器117下并與熱匯118進(jìn)行熱交換。熱匯118與一用來移去熱匯118上之熱量的液體循環(huán)系統(tǒng)119相連接。通過熱匯118，熱轉(zhuǎn)移管116，電阻性加熱器117和圓盤115間的熱交換，可將熱量傳送至精整模具114或?qū)崃繌木＞?14上移去。
根據(jù)對(duì)被包覆光纖之直徑的測量來調(diào)節(jié)饋入或饋?zhàn)跃＞?14的熱量從而將被包覆光纖的直徑控制在目標(biāo)值。如果測得被包覆光纖的直徑小于目標(biāo)值，熱量通過圓盤115從電阻性加熱器117饋向精整模具114。這是通過增大電阻性加熱器117的電流使靠近精整模具114壁面之包層材料的溫度升高從而減小靠近精整模具114壁面之包覆材料的粘度而實(shí)現(xiàn)的。減小靠近精整模具114壁面之包覆材料的粘度將增多加在光纖上的包覆量，從而增大所包覆光纖的直徑。同樣地，如果測得被包覆光纖的直徑大于目標(biāo)值，通過圓盤115、熱轉(zhuǎn)移管116和熱匯118將熱量從精整模具114移去。這是通過增加循環(huán)系統(tǒng)中流體的速度使熱量從熱匯118移走，由此降低靠近精整模具114壁面之包覆材料的溫度從而增大靠近精整模具114壁面之包覆材料的粘度來實(shí)現(xiàn)的。增大靠近精整模具114壁面之包覆材料的粘度會(huì)減少加到光纖上之包覆材料的數(shù)量，從而減少被包覆光纖的直徑。也可通過升高或降低循環(huán)系統(tǒng)中流體的溫度或通過使流體的流速及溫度一同改變來改變經(jīng)熱匯118轉(zhuǎn)移的熱量。
鑒于參照?qǐng)D6所描述的冷卻特性，由于除了對(duì)被包覆光纖之直徑的影響外還可能給被包覆光纖的物量性能帶來不良影響，一種較佳的實(shí)施例是采用類似于圖6所示裝置的不帶有熱匯118及液體循環(huán)系統(tǒng)119的裝置。這也簡化了裝置的設(shè)計(jì)。在這種情況下，需對(duì)精整模具114之出口的直徑進(jìn)行選擇，使其始終具有一定的熱量從而使被包覆光纖的直徑保持在一所需值上。如果包覆裝置同時(shí)具備加熱及冷卻能力，這就要求將精整模具之出口的直徑制得略小些。甚至當(dāng)不具備由液體循環(huán)系統(tǒng)提供的冷卻能力時(shí)，在關(guān)閉電阻性加熱器的條件下我們能夠得到約0.1微米/秒的直徑變化率，這顯然是由于電阻性加熱器關(guān)閉時(shí)的自然冷卻而造成的。
對(duì)于下述的每一個(gè)例子而言，所使用的包覆材料是一種眾所周知的丙烯酸樹脂光纖包覆材料，它通過暴露在紫外線中來進(jìn)行固化。未包覆光纖直徑的標(biāo)稱值為125微米。在每一例中均采用兩層包層。第一包層的標(biāo)稱直徑為205微米，作為本發(fā)明之目的的裝置僅用來控制第二包層的直徑。所使用精整模具在拉出區(qū)域處的直徑約為315微米。在所有示例中光纖的拉制率為15米/秒。
在一個(gè)實(shí)施例中，一與圖5所揭示之裝置相似的裝置被用在包覆工藝中，所述包覆工藝作為光纖拉制工藝的一個(gè)組成部分。要求制得產(chǎn)品的包覆直徑是250微米，對(duì)用于在線控制中的被包覆光纖直徑之目標(biāo)值進(jìn)行調(diào)節(jié)使所包覆光纖在儲(chǔ)藏期間其包層可具有一收縮率。所使用的熱電片是由德克薩斯州達(dá)拉斯的Marlow工業(yè)公司所提供的SP1243-01AC型1.8瓦特的產(chǎn)品。在被包覆光纖直徑之設(shè)置值為255微米時(shí)，使用本發(fā)明的帶有自動(dòng)反饋控制的裝置所得到的平均直徑為255.0微米，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.1微米。裝置亦以開環(huán)控制方式運(yùn)行以決定其可達(dá)到的被包覆光纖直徑的最大值和最小值。當(dāng)熱電片不進(jìn)行冷卻或加熱時(shí)，標(biāo)稱直徑是247.4微米。在進(jìn)行最大程度的冷卻時(shí)，標(biāo)稱直徑是246.9微米。進(jìn)行最大程度的加熱時(shí)，標(biāo)稱直徑是256.9微米。這導(dǎo)致使用熱電片可得到約為10微米的包覆直徑控制范圍。
在另一實(shí)施例中，將一與圖6所揭示之裝置相似的裝置用在一離線包覆步驟中，所述包覆步驟不是光纖拉制步驟中的一個(gè)組成部分。這一實(shí)施例中的所述離線包覆步驟僅為已帶有一標(biāo)稱直徑為205微米的第一包層的光纖包覆第二包層。由于在該實(shí)施例中的包覆工藝是離線的，與包覆工藝作為光纖拉制工藝之一組成部分相比，進(jìn)入包覆模具組件之光纖的溫度較低。這就造成了與第一示例相比大得多的光纖直徑。圓盤和熱轉(zhuǎn)移管均由銅制成。電阻性加熱器是-60瓦特的加熱器。熱匯保持在0℃。該裝置以開環(huán)控制方式運(yùn)行以決定能夠得到的被包覆光纖直徑之最大值和最小值。不通過圓盤進(jìn)行冷卻或加熱時(shí)，被包覆光纖直徑的標(biāo)稱值約為268.3微米。當(dāng)提供最大程度的冷卻時(shí)，被包覆光纖的標(biāo)稱直徑為265μm。當(dāng)提供最大程度的加熱時(shí)，被包覆光纖的標(biāo)稱直徑約為279.2微米。這使得被包覆光纖直徑之控制范圍約為15微米。盡管這一實(shí)施例不以自動(dòng)控制方式運(yùn)行，我們相信它對(duì)直徑的控制將等同于或優(yōu)于上述的用熱電片測試結(jié)果。
本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，對(duì)輔助包層的直徑進(jìn)行現(xiàn)時(shí)控制可使得對(duì)于被包覆光纖之總直徑的控制更為精確。這使得要求被包覆光纖的直徑具有更為嚴(yán)格的公差配合成為可能。其次，現(xiàn)時(shí)控制可補(bǔ)償各精整模具之間的不同。這些不同是常見的且在實(shí)踐中是不可能完全避免的。如果輔助包層的標(biāo)稱直徑是255微米且已完成基底包覆的光纖進(jìn)入輔助包覆器組件時(shí)其標(biāo)稱直徑為205微米，則一標(biāo)稱直徑為315微米之精整模具內(nèi)徑上約10微米的差別將造成對(duì)第二直徑不帶有現(xiàn)時(shí)控制時(shí)輔助包覆光纖之直徑約為5微米的變化。第三，我們相信使用本發(fā)明的方法和裝置將使把包覆工藝用在對(duì)包覆工藝之整體穩(wěn)定性產(chǎn)生有利影響的光纖和包覆材料的整體溫度上成為可能。我們相信通過在包覆材料進(jìn)入包覆組件時(shí)對(duì)其整體溫度進(jìn)行控制(所述控制獨(dú)立于對(duì)于在決定被包覆光纖之直徑的區(qū)域或靠近該區(qū)域處對(duì)包覆材料溫度的控制)將提供對(duì)于所包覆光纖之直徑的更好的控制并提高拉制及包覆過程的穩(wěn)定性，與加熱為調(diào)節(jié)包覆材料之整體溫度所必需的大量包覆材料的溫度相比，通過改變在決定被包覆光纖直徑之區(qū)域或靠近該區(qū)域之處小部分包覆材料的溫度來達(dá)到對(duì)于被包覆光纖之直徑的更好的控制。
在將兩層或更多層包覆材料包覆在光纖上的包覆工藝中，重要的一點(diǎn)是控制每一包層所包覆的直徑。因此，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可同等地用于包覆光纖的任一包層。這提供了裝置的標(biāo)準(zhǔn)化并減小了用來控制被包覆光纖之直徑的光纖拉制裝置所需的空間。
我們已參照本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的顯示和描述，然而，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以明白，在不偏離如下述權(quán)利要求所確定的精神實(shí)質(zhì)和范圍的條件下對(duì)這些實(shí)施例的形式及細(xì)節(jié)進(jìn)行改動(dòng)是可能的。例如，本發(fā)明可用于制造帶狀電纜，其中需對(duì)一組光纖的外包層厚度進(jìn)行控制。同樣地，本發(fā)明可用于單光纖的基底層、輔助層及任何其它包層的應(yīng)用。本發(fā)明亦可用于不成為光纖拉制工藝之一部分的包覆工藝，例如，獨(dú)立包覆工藝。
權(quán)利要求
1.一種包覆光波導(dǎo)纖維的方法，其特征在于，包括a.將一光波導(dǎo)纖維穿過裝有包覆材料的包覆模具，所述包覆材料是一種可固化材料，且所述包覆模具帶有一精整模具，b.用一層所述包覆材料包覆所述光纖，c.測量被包覆光纖的直徑并產(chǎn)生一代表所述被包覆光纖之直徑的直徑信號(hào)，以及d.根據(jù)所述直徑信號(hào)與預(yù)定目標(biāo)值間的差值，通過改變所述精整模具至少一部分區(qū)域上的溫度來控制被包覆光纖的直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制步驟包括控制所述精整模具之外壁表面的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述外壁表面包括所述精整模具的底面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述包覆步驟包括將所述包覆材料用作一輔助包層包在所述光波導(dǎo)纖維的基底包層之外。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包覆材料的溫度進(jìn)行變化以使得在光纖拉制速度約為15米/秒時(shí)被包覆光纖之直徑以最大約為0.5微米/秒的變化率發(fā)生變化。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述精整模具之至少一部分包括其直徑大致為常數(shù)的一部分精整模具。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述被包覆光纖的直徑保持在不超出所述預(yù)定目標(biāo)值約3微米的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述被包覆光纖之直徑保持在不超出所述預(yù)定值約0.3微米的范圍內(nèi)。
9.一種實(shí)現(xiàn)了前述權(quán)項(xiàng)中之任一項(xiàng)的方法，其特征在于，包括a.將包覆材料覆在光纖上從而在光纖上形成一包層的包覆器，所述包覆器包括一帶有模具拉出區(qū)域的精整模具，在該區(qū)域中，所述精整模具的直徑基本不變，且其中所述包覆材料是一可固化材料，b.一用來固化所述包層的固化裝置，c.一用來測量包括了所述包層的光纖之直徑的直徑測量裝置，所述裝置產(chǎn)生一代表所述直徑的直徑信號(hào)。d.一與所述拉出區(qū)域在工作上有關(guān)聯(lián)的加熱器，及e.一根據(jù)所述直徑信號(hào)改變從所述加熱器加到所述拉模具拉出區(qū)域之熱量的控制器。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述用來控制所述包覆裝置一部分區(qū)域之溫度的裝置還包括a.與所述精整模具之底面進(jìn)行熱交換的由高導(dǎo)熱材料制成的圓盤，b.一與所述圓盤進(jìn)行熱交換的熱轉(zhuǎn)移管及c.一與所述熱轉(zhuǎn)移管進(jìn)行熱交換的電阻性加熱器，其中，所述圓盤，所述熱轉(zhuǎn)移管及所述電阻性加熱器與所述精整模具的所述底面進(jìn)行熱交換。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括與所述熱轉(zhuǎn)移管進(jìn)行熱交換的液體循環(huán)系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求9，10或11所述的裝置，其特征在于，所述包覆器是帶有一拉出區(qū)域和一底面的精整模具，將一可固化包覆材料供給所述精整模具，所述包覆器還包括通過局部加熱所述拉出區(qū)域以根據(jù)所測得的已包覆直徑與所需值間的差值來加熱所述精整模具的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述用來加熱的裝置及可能使用的電阻性加熱器與所述精整模具的底面和/或一熱電片進(jìn)行熱交換。
14.一用來控制一光纖之包覆直徑的方法，其特征在于，包括以下步驟a.將光纖引入包覆裝置，所述包覆裝置中帶有可固化包覆材料的包覆裝置b.在所述光纖上包一層所述可固化包覆材料，c.通過精整模具從包覆裝置中移去光纖，d.固化可固化包覆材料層，e.測量光纖的被包覆直徑并產(chǎn)生一代表被包覆直徑的信號(hào)，f.將信號(hào)與被包覆光纖直徑之預(yù)定要求值相比較，及g.通過局部加熱靠近所述精整模具的包覆材料來改變靠近精整模具之包覆材料的粘度從而改變被包覆直徑以控制被包覆直徑。
全文摘要
一種用來控制帶包層的光波導(dǎo)光纖的方法和裝置。通過基于對(duì)帶包層光纖之直徑的測量來調(diào)節(jié)包覆組件之一部分的溫度從而控制包覆材料的粘度廓線。通過控制包覆材料的粘度廓線來控制加到光纖上的包覆量從而決定被包覆光纖的直徑。
文檔編號(hào)B05D5/06GK1097066SQ94104030
公開日1995年1月4日 申請(qǐng)日期1994年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月5日
發(fā)明者林恩·格朗維爾·阿莫斯, 保羅安德魯·克魯金斯基, 海迪·巴恩·萊昂尼, 約翰尼·愛德華·沃森, 理查德·里德·威廉斯 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司