专利名称：制造带金属涂层的光学纤维的装置及其所用方法
技术领域：
本发明涉及一种光学纤维，特别是一种制造一带金属涂层的光学纤维的装置及其所用方法。
一般而言，用于通讯的二氧化硅光学纤维具有一个大约100μm至150μm的直径，而且为了防止偶然的断裂还涂有强化涂层。另外，集中在微小裂纹上的应力也会造成光学纤维的断裂。理论上讲，二氧化硅光学纤维具有14GPa的高强度，但如果接触到潮湿，光学纤维则变得非常脆弱。因此，为了保护光学纤维的表面，光学纤维上涂有一层材料合适的强化涂层，提高其抗拉和抗弯强度，并防止水分透入。
图1是一个示意图，表示用于制造一涂有由紫外线硬化的塑性树脂的光学纤维的传统装置。该装置包括一个坩埚52，用于熔化光学纤维预成型坯50，以便拉拔出一未涂层的光学纤维54；一个直径测量装置56，用于连续测量未涂层的光学纤维54的直径，以便使之保持恒定，一个布置在直径测量装置56下面的冷却装置58，用于将高温的未涂层的光学纤维54冷却到室温；一个涂层装置60，用于给未涂层的光学纤维涂上一层由紫外线硬化的丙烯酸树脂或硅树脂，以保护光学纤维免受外界环境的影响；一个布置在涂层装置60下面的硬化装置62，用于对涂层后的光学纤维进行硬化处理；一个绞盘66，用于通过施加一个旋转力而将光学纤维从光学纤维预成型坯50中拉拔出来；和一个卷筒68，用于缠绕涂层后的光学纤维64。
在操作中，光学纤维预成型坯50在一预成型坯位置控制机构(未示出)的控制下缓慢地提供给坩埚52。坩埚52在摄氏数千度下操作，一般为2100℃至2200℃。未涂层的光学纤维54自光学纤维预成型坯50的横截面减小的部分拔出。拉拔力由绞盘66产生。
直径测量装置56对未涂层的光学纤维54的直径进行测量，产生一个测量信号，此信号传递给一直径调节装置(未示出)，以将直径调节在某一特定尺寸，例如125μm。亦即，该直径调节装置根据测量信号控制绞盘66的拉拔力，以将未涂层的光学纤维54的直径保持在125μm。在经由冷却装置58的快速冷却之后，未涂层的光学纤维54通过涂层装置66涂上丙烯酸树脂或硅树脂作为一保护涂层。涂层后的光学纤维54由硬化装置进行硬化。最后涂层后的光学纤维64缠绕在卷筒68上。
这种用传统方法制造、涂有由紫外线硬化的树脂的光学纤维对于大气中所含水分非常敏感，从而水分穿透该树脂涂层降低了光学纤维64的强度，即使是一个微弱的冲击也很容易损坏该纤维。除此之外，这样的树脂不能承受200℃以上的高温，因此在高温高湿的环境中几乎没有可能使用这种传统的光学纤维64。
本发明的一个目的是提供一种带涂层材料的光学纤维，以便即使在高温和高湿环境下也能防止该光学纤维受到损坏。
本发明的另一个目的是提供一种用金属涂层强化的光学纤维。
本发明的又一个目的是提供一种制造带金属涂层的光学纤维的方法。
本发明的又一个目的是提供一种在高温和高湿环境下防止水分透入光学纤维的方法。
本发明的又一个目的是提供一种用导电金属连续涂覆光学纤维的方法。
本发明的又一个目的是提供一种用于拉拔涂敷金属涂层的光学纤维的装置及其所用的方法。
本发明的又一个目的是提供一种带金属涂层的光学纤维，它被直接焊接在一块金属板上。
根据本发明的一个实施例，用于制造金属涂层的光学纤维的装置包括一个坩埚，用于熔化光学纤维预成型坯，以便拉拔出一未涂层的光学纤维；一个直径测量装置，用于测量该未涂层的光学纤维的直径，以便对其进行调节；一个金属涂覆装置，用于给该未涂层的光学纤维涂覆金属，以防止水分透入；一个温度控制装置，用于控制金属涂覆装置的内部温度；一个冷却装置，用于冷却涂有金属的高温光学纤维；一个绞盘，用于通过施加一个旋转力而从光学纤维预成型坯中拉拔出光学纤维；以及一个卷筒，用于缠绕经金属涂层后的光学纤维。经金属涂层后的光学纤维包括一个传导光的内芯，一在内芯上而折射率比内芯低的覆层，和一形成于该覆层上用于防止水分透入的金属涂层。
根据本发明的另一个实施例，一种用于制造带金属涂层的光学纤维的方法包括以下步骤，自一熔化于一坩埚内的二氧化硅预成型坯拉拔出一未涂层的光学纤维，通过一个直径测量装置调节该未涂层的光学纤维的直径，使之具有一给定尺寸，使未涂层的光学纤维通过一个盛装有一熔融金属的金属涂覆装置以便在该未涂层的光学纤维上形成一层具有一给定厚度的金属涂层，使经金属涂层后的光学纤维在一个冷却装置内得到冷却，和通过一个绞盘将已金属涂层的光学纤维缠绕到一个卷筒上。
现在将参考仅为举例所附的附图来对本发明做更特别的说明。
图1是表示用于制造一带塑性树脂涂层的光学纤维的传统装置的示意图；图2是表示用于制造一带金属涂层的光学纤维的本发明装置的示意图；图3A是根据本发明覆有一带铜涂层的光学纤维的横截面图；图3B类似于图3A，但是涂覆有一层锡涂层；以及图3C类似于图3A和图3B，但是涂覆有一层铝涂层。
参见图2，一种用于制造带金属涂层的光学纤维的装置包括一个坩埚12，用于在2150℃的高温下熔化光学纤维预成型坯10，以便拉拔出一未涂层的光学纤维14；一个直径测量装置16，用于连续测量该未涂层的光学纤维的直径以便对其进行调节；和一个金属涂覆装置18，用于给未涂层的光学纤维14涂覆厚度为5μm至50μm的铜40、锡42或铝44，以防止水分透入。图3A、3B和3C表示分别涂有Cu、Sn和Al的光学纤维的横截面。
在直径测量装置16和金属涂覆装置18之间可以提供一个辅助冷却装置，用于将未涂层的光学纤维14在进入金属涂覆装置18之前冷却到25℃的室温。金属涂覆装置18设有一热电偶20，用于测量熔融金属的温度，并将测量信号传递给一温度控制装置22，后者控制着金属涂覆装置18的内部温度，以使熔融金属处于一恒温状况。
还提供有一台板24，用于移动金属涂覆装置18以便使未涂层的光学纤维14正确地对准于金属涂覆装置的中心。在台板24下方设置有一冷却装置26，冷却经金属涂层后的高温光学纤维。一冷却气体供给器28安装在冷却装置26的底部的一侧，以给冷却装置26提供一种诸如He、Ar和N的惰性气体作为冷却剂。提供有一个绞盘32，以便通过施加一个旋转力，而自光学纤维预成型坯10拉拔出光学纤维。最后，布置有一个卷筒34，用于缠绕金属涂层的光学纤维30。
根据本发明的一第一实施例描述本发明用于制造一带铜涂层的光学纤维的方法，二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的光学纤维预成型坯10在一预成型坯位置控制机构(未示出)的控制下缓慢地提供给坩埚12。坩埚12在摄氏数千度下操作，一般为2100℃至2200℃。未涂层的光学纤维14自光学纤维预成型坯10的横截面减小的部分拔出。拉拔力由绞盘32产生。
直径测量装置16对未涂层的光学纤维14的直径进行测量，产生一个测量信号，该信号被传递给一直径调节装置(未示出)，以将直径调节在某一特定尺寸，例如125μm。亦即，该直径调节装置根据测量信号控制绞盘32的拉拔力，以将未涂层的光学纤维14的直径保持在125μm。
在通过直径测量装置16之后，该未涂层的光学纤维14在盛装有纯度为99.9％的熔融铜的金属涂覆装置18中被涂覆上一层厚度恒定的铜40。未涂层的光学纤维14上的铜涂层的厚度由熔融铜40的温度和光学纤维的拉拔速度决定。更准确地说，通过金属涂覆装置18的未涂层的光学纤维14的表面温度是大约25℃，而金属涂覆装置18内的熔融铜40的温度超过1085℃。因此，由于未涂层的光学纤维14的冷表面与高温的熔融铜40相接触，所以邻近未涂层的光学纤维14的熔融铜40冷凝附着于其上。在这种情况下，如果未涂层的光学纤维14与熔融铜接触的时间延长，未涂层的光学纤维14的表面温度因来自熔融铜40的热传导而升高，使冷凝在光学纤维14上的铜40的量逐渐减少，因此铜涂层的厚度也减小。因此，为了获得合适的铜涂层的厚度，未涂层的光学纤维14与熔融铜40接触的时间比较好的是在0.001秒至0.1秒的范围，最好是0.001秒至0.4秒。
最后，涂有铜40的光学纤维30由冷却装置26缓慢冷却，并在绞盘32的拉拔力的控制下缠绕在卷筒34上。这样，制成的光学纤维30包括一传导光的内芯36，一内芯上折射率比内芯低的覆层38，和一形成于该覆层上防止水分透入、厚度为22μm的强化铜涂层40。该铜涂层可以形成于一单模光学纤维、分散传播光学纤维、多模光学纤维、加铒光学纤维、分散补偿光学纤维或偏振光学纤维。
光学纤维上的铜涂层完全防止了水分的透入，并因此防止了光学纤维强度的降低，而且不仅能够通过内芯传导光，还能够通过铜涂层传导电信号，所以非常经济。再者，涂有铜涂层的光学纤维可以在200℃以上的环境中应用而不受损坏，且其抗弯强度提高、寿命延长，从而提高了可靠性。
根据本发明的一第二实施例描述本发明用于制造一带锡涂层光学纤维的方法，二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的光学纤维预成型坯10在预成型坯位置控制机构(未示出)的控制下缓慢地提供给坩埚12。坩埚12在摄氏数千度下操作，一般为2100℃至2200℃。未涂层的光学纤维14自光学纤维预成型坯10的横截面减小的部分拔出。拉拔力由绞盘32产生。
直径测量装置16对未涂层的光学纤维14的直径进行测量，以产生一个测量信号，该信号被传递给一直径调节装置(未示出)，以将直径调节在某一特定尺寸，例如125μm。亦即，该直径调节装置根据测量信号控制绞盘32的拉拔力，以将未涂层的光学纤维14的直径保持在125μm。
在通过直径测量装置16之后，该未涂层的光学纤维14在盛装有纯度为99.9％的熔融锡的金属涂覆装置18中被涂覆上一层厚度恒定的锡42。未涂层的光学纤维14上的锡涂层的厚度由熔融锡42的温度和光学纤维的拉拔速度决定。更准确地说，通过该金属涂覆装置18的未涂层的光学纤维14的表面温度是大约25℃，而金属涂覆装置18内的熔融锡42的温度约235℃。因此，由于未涂层的光学纤维14的冷表面与高温的熔融锡42相接触，所以邻近未涂层的光学纤维14的熔融锡42冷凝附着其上。在这种情况下，如果未涂层的光学纤维14与熔融锡接触的时间延长，未涂层的光学纤维14的表面温度通过来自熔融锡42的热传导而升高，使冷凝在光学纤维14上的锡42的量逐渐减少，因此锡涂层的厚度也减小。因此，为了获得一合适的锡涂层的厚度，未涂层的光学纤维14与熔融锡42接触的时间最好是在0.001秒至0.1秒的范围。
最后，涂有锡42的光学纤维30由冷却装置26缓慢冷却，并在绞盘32的拉拔力的控制下缠绕在卷筒34上。这样，制成的光学纤维30包括一传导光的内芯36，一内芯上折射率比内芯低的覆层38，和一形成于该覆层上防止水分透入、厚度为22μm的强化锡涂层42。该锡涂层可以形成于一单模光学纤维、分散传播光学纤维、多模光学纤维、加铒光学纤维、分散补偿光学纤维或偏振光学纤维。
光学纤维上的锡涂层完全防止了水分的透入，并因此防止了光学纤维强度的降低。再者，涂有锡涂层的光学纤维可以在100℃以上的环境中应用而不受损坏，且其抗弯强度提高、寿命延长，从而提高了可靠性。
同样，根据本发明的一第三实施例描述本发明一用于制造带铝涂层的光学纤维的方法，二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的光学纤维预成型坯10在预成型坯位置控制机构(未示出)的控制下缓慢地提供给坩埚12。坩埚12在摄氏数千度下操作，一般为2100℃至2200℃。未涂层的光学纤维14自光学纤维预成型坯10的横截面减小的部分拔出。拉拔力由绞盘32产生。
直径测量装置16对未涂层的光学纤维14的直径进行测量，以产生一个测量信号，该信号被传递给一直径调节装置(未示出)，以将直径调节在某一特定尺寸，例如125μm。亦即，该直径调节装置根据测量信号控制绞盘32的拉拔力，将未涂层的光学纤维14的直径保持在125μm。
在通过直径测量装置16之后，该未涂层的光学纤维14在盛装有纯度为99.9％的熔融铝的金属涂覆装置18中被涂覆上一层厚度恒定的铝44。未涂层的光学纤维14上的铝涂层的厚度由熔融铝44的温度和光学纤维的拉拔速度决定。更准确地说，通过该金属涂覆装置18的未涂层的光学纤维14的表面温度是大约25℃，而金属涂覆装置18内的熔融铝44的温度约660℃。因此，由于未涂层的光学纤维14的冷表面与高温的熔融铝44相接触，所以邻近未涂层的光学纤维14的熔融铝44冷凝附着其上。在这种情况下，如果未涂层的光学纤维14与熔融铝接触的时间延长，未涂层的光学纤维14的表面温度通过来自熔融铝44的热传导而升高，使冷凝在光学纤维14上的铝44的量逐渐减少，因此铝涂层的厚度也减小。因此，为了获得合适的铝涂层的厚度，未涂层的光学纤维14与熔融铝44接触的时间最好是在0.001秒至0.1秒的范围。
最后，涂有铝44的光学纤维30由冷却装置26缓慢冷却，并在绞盘32的拉拔力的控制下缠绕在卷筒34上。这样，制成的光学纤维30包括一传导光的内芯36，一内芯上折射率比内芯低的覆层38，和一形成于该覆层上防止水分透入、厚度为22μm的强化铝涂层40。该铝涂层可以形成于一单模光学纤维、分散传播光学纤维、多模光学纤维、加铒光学纤维、分散补偿光学纤维或偏振光学纤维。
光学纤维上的铝涂层完全防止了水份的透入，并因此防止了光学纤维强度的降低。再者，涂有铝涂层的光学纤维可以在200℃以上的环境中应用而不受损坏，且其抗弯强度提高、寿命延长，从而提高了可靠性。
权利要求
1.一种用于制造带金属涂层的光学纤维的装置，其包括一个坩埚，用于熔化光学纤维预成型坯，以便拉拔出未涂层的光学纤维；一个直径测量装置，用于测量上述未涂层的光学纤维的直径，以便对其进行调节；一个金属涂覆装置，用于给上述未涂层的光学纤维涂覆金属，以防止水份透入；一个温度控制装置，用于控制上述金属涂覆装置的内部温度；一个冷却装置，用于冷却涂覆有金属的高温光学纤维；一个绞盘，用于通过施加一个旋转力而从上述光学纤维预成型坯中拉拔出光学纤维；以及一个卷筒，用于缠绕涂覆有金属的光学纤维。
2.一种如权利要求1所述的用于制造光学纤维的装置，其还包括一个热电偶，用于测量上述金属涂覆装置内的熔融金属的温度，并将测量信号传递给上述温度控制装置，以便控制上述金属涂覆装置的内部温度。
3.一种如权利要求1所述的用于制造光学纤维的装置，其中为了给上述冷却装置提供惰性气体作为冷却剂，在上述冷却装置26的底部的一侧安装有一个冷却气体供给器。
4.一种如权利要求3所述的用于制造光学纤维的装置，其中上述惰性气体可以是He、Ar或N。
5.一种如权利要求1所述的用于制造光学纤维的装置，其还包括提供于上述直径测量装置和金属涂覆装置之间一个辅助冷却装置，用于将上述未涂层的光学纤维在进入上述金属涂覆装置之前冷却到室温。
6.一种如权利要求1所述的用于制造光学纤维的装置，其还包括一个台板，用于移动上述金属涂覆装置，以便使上述未涂层的光学纤维正确地对准于上述金属涂覆装置的中心。
7.一种由二氧化硅作为基本组分制成的涂覆有金属的光学纤维，其包括一个传导光的内芯，一层在上述内芯上而折射率比上述内芯低的覆层，和一层形成于上述覆层上用于防止水分透入的金属涂层。
8.一种如权利要求7所述的涂覆有金属的光学纤维，其中上述金属涂层的厚度在5μm至50μm的范围。
9.一种如权利要求7所述的涂覆有金属的光学纤维，其中上述光学纤维可以是一单模光学纤维、分散传播光学纤维、多模光学纤维、加铒光学纤维、分散补偿光学纤维或偏振光学纤维。
10.一种由二氧化硅作为基本组分制成的涂覆有金属的光学纤维，其包括一个传导光的内芯，一层在上述内芯上而折射率比上述内芯低的覆层，和一层形成于上述覆层上用于防止水分透入的铜涂层。
11.一种如权利要求10所述的涂覆有金属的光学纤维，其中上述铜涂层的厚度在5μm至50μm的范围。
12.一种由二氧化硅作为基本组分制成的涂覆有金属的光学纤维，其包括一个传导光的内芯，一层在上述内芯上而折射率比上述内芯低的覆层，和一层形成于上述覆层上用于防止水分透入的锡涂层。
13.一种如权利要求12所述的涂覆有金属的光学纤维，其中上述锡涂层的厚度在5μm至50μm的范围。
14.一种由二氧化硅作为基本组分制成的涂覆有金属的光学纤维，其包括一个传导光的内芯，一层在上述内芯上而折射率比上述内芯低的覆层，和一层形成于上述覆层上用于防止水分透入的铝涂层。
15.一种如权利要求14所述的涂覆有金属的光学纤维，其中上述铝涂层的厚度在5μm至50μm的范围。
16.一种用于制造由二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的涂覆有金属的光学纤维的方法，其包括以下步骤自熔化于坩埚内的二氧化硅预成型坯拉拔出一未涂层的光学纤维；通过一个直径测量装置调节上述未涂层的光学纤维的直径，使其具有一给定尺寸；使上述未涂层的光学纤维通过一个盛装有熔融金属的金属涂覆装置，以便在上述未涂层的光学纤维上形成一层具有一给定厚度的金属涂层；使涂覆有金属的光学纤维在一个冷却装置内得到冷却；和通过一个绞盘将上述涂覆有金属的光学纤维缠绕到一个卷筒上。
17.一种如权利要求16所述的用于制造涂覆有金属的光学纤维的方法，其中上述金属涂层的厚度由上述熔融金属的温度和上述光学纤维的拉拔速度决定。
18.一种如权利要求16所述的用于制造涂覆有金属的光学纤维的方法，其中上述未涂层的光学纤维与上述金属涂覆装置内的熔融金属接触的时间在0.001秒至0.1秒的范围。
19.一种用于制造由二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的涂覆有金属的光学纤维的方法，其包括以下步骤自熔化于坩埚内的二氧化硅预成型坯拉拔出一未涂层的光学纤维；通过一个直径测量装置调节上述未涂层的光学纤维的直径，使其具有一给定尺寸；使上述未涂层的光学纤维通过一个盛装有熔融铜的金属涂覆装置，以便在上述未涂层的光学纤维上形成一层具有一给定厚度的铜涂层；使涂覆有铜的光学纤维在一个冷却装置内得到冷却；和通过一个绞盘将上述涂覆有铜的光学纤维缠绕到一个卷筒上。
20.一种如权利要求19所述的用于制造涂覆有金属的光学纤维的方法，其中上述金属涂覆装置内的上述熔融铜的温度是在1083℃至1110℃的范围。
21.一种用于制造由二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的涂覆有金属的光学纤维的方法，其包括以下步骤自熔化于坩埚内的二氧化硅预成型坯拉拔出一未涂层的光学纤维；通过一个直径测量装置调节上述未涂层的光学纤维的直径，使其具有一给定尺寸；使上述未涂层的光学纤维通过一个盛装有熔融锡的金属涂覆装置，以便在上述未涂层的光学纤维上形成一层具有一给定厚度的锡涂层；使涂覆有锡的光学纤维在一个冷却装置内得到冷却；和通过一个绞盘将上述涂覆有锡的光学纤维缠绕到一个卷筒上。
22.一种如权利要求21所述的用于制造涂覆有金属的光学纤维的方法，其中上述金属涂覆装置内的上述熔融锡的温度是在231℃至260℃的范围。
23.一种用于制造由二氧化硅或加有掺杂剂的二氧化硅制成的涂覆有金属的光学纤维的方法，其包括以下步骤自熔化于坩埚内的二氧化硅预成型坯拉拔出一未涂层的光学纤维；通过一个直径测量装置调节上述未涂层的光学纤维的直径，使其具有一给定尺寸；使上述未涂层的光学纤维通过一个盛装有熔融铝的金属涂覆装置，以便在上述未涂层的光学纤维上形成一层具有一给定厚度的铝涂层；使涂覆有铝的光学纤维在一个冷却装置内得到冷却；和通过一个绞盘将上述涂覆有铝的光学纤维缠绕到一个卷筒上。
24.一种如权利要求23所述的用于制造涂覆有金属的光学纤维的方法，其中上述金属涂覆装置内的上述熔融铝的温度是在660℃至690℃的范围。
全文摘要
一种用于制造带金属涂层的光学纤维的装置，其包括一个坩埚，用于溶化光学纤维预成型坯，以便拉拔出一未涂层的光学纤维，一个直径测量装置，用于测量该未涂层的光学纤维的直径，以便对其进行调节；一个金属涂覆装置，用于给该未涂层的光学纤维涂覆金属，以防止水分透入；一个温度控制装置，用于控制金属涂覆装置的内部温度；一个冷却装置，用于冷却涂覆有金属的高温光学纤维；一个绞盘，用于通过施加一个旋转力而从光学纤维预成型坯中拉拔出一光学纤维，以及一个卷筒，用于缠绕涂覆有金属的光学纤维。
文档编号G02B6/44GK1165787SQ97110600
公开日1997年11月26日 申请日期1997年4月25日 优先权日1996年4月25日
发明者都文显, 郑泰山, E·M·戴诺夫, V·A·博加特耶夫 申请人:三星电子株式会社