专利名称：光纤及其制造方法与该法所用测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一种包括一个芯和至少一层透明包层的物体上进行测量的设备，所述设备包括接纳部分待测物体的测量空间，至少一组供辐照物体用的光束的辐射源单元和一个用于检测来自测量空间射线的辐射敏感检测系统。本发明还涉及制造光纤的一种方法以及用该种方法制造的一种光纤。
在制造远程通讯光纤时对一种包括多层透明物体进行测量的设备是特别重要的。这样一种光纤包括一个纤芯和一层例如被一种保护合成材料涂层所包围的玻璃包层，该保护合成材料涂层往往由两层构成，选用相对较软的材料作为内层。纤芯的直径和可能由相互具有不同折射率的若干层组成的包层厚度共同确定着光纤的光传输性能。在纤芯直径和各层厚度中的起伏对光纤的光学质量方面具有一种不利影响。特别对于纤芯直径在接近于8μm和10μm之间的所谓单模光纤，其尺寸上仅仅稍微地偏离预定值都是至关重要的。
光纤要经受的机械性负载也影响着光纤的光学性能。机械性负载的来源之一是由于玻璃和合成材料之间热膨胀系数的差异。光纤可能会暴露于相当大的温度差异之中这一事实必须予以考虑，而且实际周围温度在-60℃至+80℃之间是可能的。涂层的组分以及特别是软涂层的厚度和E模量直接与包层接触决定了机械性负载对该光纤的光学性能的影响。因此，一种能够为以精确的同心方式提供涂层的方法(在涂层厚度很小的情况下也一样)，对于使光纤获得一种各向同性的机械负载，并由此防止翘曲是十分重要的。
从申请号为4，363，827的美国专利中得知如同本文开始所述的一种测量设备和制作光纤的一种方法，在该方法中该测量设备用于使光纤获得同心的涂层。在该已知的设备中，已涂层的光纤被置于由一激光器发射出的狭窄光束中。该辐射被折射和/或在光纤中具有不同折射率的层间界面上反射并散布在一个宽广角向范围中。辐射强度的角向分布由光纤中折射率分布结构所决定。
在该已知设备和已知方法中，用辐射强度的角向分布的对称性监测涂层对纤芯和包层的同心度，以便必要时重调该涂覆装置。然而，倘若各层很薄时该已知设备和方法就不相适应了。现已发现对于各层厚度小于大约20μm时，就不可能或几乎不能从该散射图中导出足够准确的信息。
虽然还有一些方法是已知的，例如，从申请号为3，879，128和4，027，977的美国专利中，有在某种简单结构的光纤中从辐射强度的角向分布推导出某些光纤参数的，但迄今已经发现想要该装备在光纤制造期间如此迅速和准确地监测这些参数以致在与预定值作比较后能够立即予以重调是不能的。该可能性由此可提供一个另外的优点，即在部分光纤偏离这些参数超出许可容差时能够予以发现并接着阻止进一步运行的意义上，可节省相当的费用。
本发明的一个目的是提供一种可对由多层组成、而且至少其外层是透明的物体进行测量的设备，借助该设备能够迅速的监测与物体内部结构有关的若干参数的恒定性。
为此，根据本发明的设备其特征在于用于把置于测量空间的投影映射在辐射敏感检测系统上的物镜系统安排在该测量空间和该光敏检测系统之间，所述物镜系统具有一个有限的接收范围。本发明基于公认在两种具有不同折射率的材料之间的弧形的界面上折射和/或反射一组入射辐射束，它的方向主要与该界面的切线平行，这样经折射的和/或经反射的射线以某个角度离开该物体，该角度除了在折射率方面的差异以外，取决于入射辐射束与所述弧形界面切线间的距离。倘若物镜系统的接收范围选定为只接收离物体一给定角向范围内的折射和/或反射的那部分辐射，则实际上辐射只入射到辐射敏感检测系统与相应角向范围相符的面积上。从而，一个直接包含着有关该物体透明部分内部结构信息的亮暗光带的图样就产生在检测表面上。
倘若是对物体的一透明外层或几层进行测量，例如，在监测外层同心度的情况下，必需只把该外层或几层通过物体偏转的辐射借助于物镜系统传到辐射敏感检测系统上。因此经过该外层的辐射线，一定不要偏转得太强烈。为此，根据痉⒚鞯纳璞噶硪惶卣魇牵氨赣杏靡恢滞该鞑牧咸盥饬靠占涞淖爸茫猛该鞑牧系恼凵渎视胨鑫锾逋该魍獠愕恼凵渎什煌霾钜熘炼啻笤嫉扔谖锾逋獠嗝娴那拾刖冻愿闷矫婧臀锞迪低持涞木嗬搿Ｓ捎谑导噬贤ü貌愕姆湎呤窃谕獠勘咴当磺苛移貌阒行牡姆溆捎谡凵渎什钜旌苄。换嵘晕⑵坏悖佣沟迷诠饷艏觳庀低成喜桓鲋甘就獠勘咴滴恢酶挥诙员榷鹊目晒┕鄄斓耐佳 根据本发明设备的一个实施例其特征在于该辐射源单元供应一束辐射线，后者在物体所处地点有一个大于待测物体部分的横断面。通过一个宽广的辐射束可以得到一个清晰的背景，对照它物件的结构得到衬比。
根据本发明的该设备，其另一特征在于，横过该物体的辐射束基本上是平行的。平行的辐射束在影象的图样上提供最大的对比度和最小的畸变。
根据本发明的设备更可取的特征在于辐射源装置和物镜置于测量空间的两边。从而物体在透射中观察，这提供的优点是当暗带与界面和投影的剖面近似重合时，能够易于说明所获得的影象。
根据本发明设备的一个最佳实施例，其另外的特征还在于，辐射束的主轴与物镜系统的光轴相互间构成一个角度。因此，其出射的辐射线近似被偏转所述角度的物体的那些部分在辐射敏感检测系统上成象为亮带，而影象的其余部分为暗的。当合适地选择该角度时，所述亮带可基本上与具有不同折射率的层间界面相符。为了得到物体的全影象，要用两束辐射束，应当将这两束安排成与物镜系统的光轴相对称。由于用自动化装置对一个暗映象中的亮带能比对亮影象中的暗带更易辨认，该实施例使根据本发明的原理实现一种自动测量或监控装置更为简单了。
为了使物中的细小结构更清晰可见，根据本发明的设备特征可为物镜系统可在辐射敏感检测系统上产生一个所述投影的放大影象。
根据本发明设备的一个实施例，其特征还在于该物镜系统包括一个具有第一焦距的第一子系统和一个具有第二焦距的第二子系统，该第一子系统是可移动的，而该第二子系统被置于离辐射敏感检测系统有一定距离之处，该距离等于第二焦距。在投影上聚焦只需移动第一子系统，而且在聚焦期间放大系数不变。
根据本发明设备的一个最佳实施例其特征在于它包括若干物镜系统和相等数量的辐射敏感检测系统，诸物镜系统的光轴彼此间构成某一角度。因此，可沿不同方位观察物体，以便在各个不同方位可以同时得到有关物体结构的信息。
本发明还涉及制造光纤的一种方法，该光纤包括一个纤芯和围住它的包层，在该方法中，首先将预型件加热并以一个给定的拉制速度在一种张力的作用下拉成光纤。在此，预型件是指为拉制光纤适当成形了的一种初始材料。举例来说，这可能是具有一个芯体和一个包层部分的实心园棒，该园棒具有所要求的折射率分布，或者是用作芯的园棒，或者是用作芯和一个包层部分以及用作包层其余部分的实质上同轴围绕它的园筒，在园棒和园筒之间要提供一个间隙。当使用一个分开的包层部分时，则拉制期间要使之与所述芯体部分接合在一起。
根据本发明的方法特征在于其拉制速度值由一信号控制，该信号能够反映出芯的直径特征，而且该信号是由如前所述根据本发明的一种设备提供的。借助于上述设备通过反馈拉制速度，该芯的直径能够恒定地保持在优于0.2μm的准确度上。
此外，举例来说该设备还可以用于同时检查纤芯直径和包层的外部直径，以使直径之一偏离超出所要求的容差时能够被检测和自动记录下来，同时使光纤的相应部分能在下一步骤时便被排除在进一步操作之外。这种情况(例如)可能出现在一个预型件的开始或最终阶段，或者出现在从一种预型件到下一工序预型件的过渡过程中。
根据本发明的方法还能够用于制造这样一种光纤，后者包括一个纤芯和具有一个给定折射率分布的包层，在该方法中首先将预型件加热并以一种拉制速度在一种张力的作用下将其拉制成光纤。根据本发明的该方法其特征在于，所述拉制速度值受一信号所控制，该信号能够反映出具有一个给定折射率的包层中层的厚度或直径的特征，而且该信号是由如前所述的根据本发明的一种设备所提供的。该设备的测量不但可涉及具有一个给定折射率的园筒的直径，而且还可涉及所霾惚旧淼暮穸取 根据本发明的方法还能够用于制造用一种涂层材料经过涂敷的一种光纤，该光纤至少一次地通过装有一种可处理的液体涂层材料的槽，并且接着通过一个喷嘴的出口，光纤相对于该出口的位置受一控制信号所控制，该信号能够反映出光纤的同心度以及其上的涂层材料的特征。在根据本发明的该方法中，控制信号是由如前所述的根据本发明的一种设备所提供的。
待涂层的光纤不必有一个透明的芯体。根据本发明的方法能够成功地应用于为不透明的电线进行涂层，例如，用于为铜绕组线包上电绝缘涂层。为了成功地应用本发明，当然该涂层应当由一种透明材料构成。实际使用的绕组线其直径通常在20μm和1250μm之间变化。为这种电线提供的电绝缘涂层，其涂层厚度从电线直径为20μm时的4μm，渐增到电线直径为1250μm时的60μm。考虑到相对很小厚度的涂层，为这种形式光纤的涂层设法提供令人满意的同心度是绝对必要的。
本发明制造光纤的这些方法更可取的特征在于对存在于装有一种液体涂料的槽中的部分光纤进行测量。正如已经提及的，待测光纤的外层和光纤周围介质之间的折射率差异必须保持在有限的范围内。该光纤所通过的装有液体涂料的槽构成一个突出的适于该用途的环境。这提供的最大优点是使光纤不至于与可能离开涂层之间的轨迹并会使光纤的质量因此受到不利影响的任意介质相接触。
最后，本发明还涉及用如前所述的方法制造的一种光纤。
根据本发明的一种光纤，其特征在于纤芯直径的最大偏离与平均值之间的差异，或者在包层中提供的某层直径具有的偏离折射率不大于大约该直径的2%。现已断定，近似于直径的2%的准确度是能实现的。
根据本发明的光纤其特征还在于，它至少被一层偏心距小于0.5μm的涂层所包围。
现通过实例并结合附图更详细地描述本发明，图中
图1a和1b用图解法表示本发明的原理;
图2表明本发明在观察物体反射时的情况;
图3用图解法表示根据本发明设备的一个实施例;
图4用图解法表示适用于工业规模制造光纤的设备的一个实施例;
图5用图解法表示该设备的另一实施例;
图6和图7是分别用如图4和图5所示设备所获得的光纤影象的复现;
图8用图解法表示制造光纤的一种方法;
图9是供本发明方法制造光纤用设备的一部分;以及图10是根据本发明的一种光纤的一个实例。
图1a用图解表示出对一透明物体进行测量的本发明原理，图示物体的折射率大于其周围介质的折射率。图1b是根据相同原理的操作，但在该情况下透明物体的折射率小于周围介质的折射率。在两图中，标号10代表一种具有均匀折射率的园形或圆筒形物体，标号25代表一个物镜系统，图上以单个透镜表示，以及标号30表示一个影象平面或荧光屏。在一个实用的实施例中，标号30代表例如，一个检测器的辐射敏感表面。物体10被置于周围介质15中，后者的折射率与物体的折射率只相差一个极小的量度。虽然图1a和1b表示的物体是一种同质透明物体，但它可能有一个与外层折射率不同或者不透明的芯。
从图中左面入射的辐射束只示出一些代表性的射线，辐射束的相关部分可以区分为三个区段。在第一位置即外缘区段，图中用C1和C2表示，该区段的辐射线未被物体10偏转，但被物镜系统20所接收。然后是用a表示的中心区段，它的辐射线横过物体并接着被物镜系统所接收，以及最后是用b1和b2表示的居间区段，它的辐射线入射到物体10上并由此偏转，但接着未被物镜系统20所接收。根据本发明的物镜系统的接收范围，就是说，光瞳的直径和物镜系统与物体之间的距离一起，要选择成存在这样桓銮危╞1，b2)。物镜系统的焦距和荧光屏30与系统20间的距离，要选择成使一个实际上定位于物体中心，并在图上以V-V′表示的平面映射在荧光屏上。
该设备的运行情况如下。部分辐射束入射到物体上，从而，使a、b1和b2区段的辐射线在物体和周围介质之间的界面上偏转。倘若物体的折射率大于周围介质的折射率，则物体将起一个正透镜的作用，如图1a所示，所述偏转将会聚辐射线到位于物体10和物镜系统20之间的聚焦区F。在相反的情况下，其时该物体起一个负透镜的作用，则如图1b所示，从该物体出射偏转的辐射线看上去由位于辐射源一侧的虚焦区F′起源。所以用聚焦区这一词是因为该物体通常并不是一个透镜，因此也就没有已定义的焦点。从区段b1和b2起原通过物体偏转的部分辐射线落到物镜系统光瞳的外面而不能到达荧光屏30。在图1a和1b中这由光栏21示出，从这些区段来的辐射线入射在光阑上，该光阑包围所示的透镜20而且它的孔径与物镜系统的光瞳一致。部分从区段a起源的辐射线被物镜系统20所接收并投射在荧光屏30上。
来自辐射束外缘区段C1和C2的辐射线通过物镜系统20投射到由区段a的辐射线投射于其上的区的两侧区段上。因此相应于辐射束中区段b1和b2的暗带呈现于较亮区之间。由于在外缘区段C1与C2和区段b1与b2之间的边界，是与物体10和它的周围物质之间的界面相切的，因此荧光屏30上两暗区的外部边缘就是对物体10的尺寸的一个量度。
在荧光屏30上的强度图可看做是平面V-V′在荧光屏上的映象。在平面V-V′的那些部分，即从其发出的辐射线还未被物体10偏转或已经偏转但未超过物镜系统接收范围的那些部分反映为较亮区。在平面V-V′中所发出射线已被偏转并超出物镜系统20的接收范围的那些部分，在荧光屏上反映为暗区。通过适当地选择周围介质的折射率(即相对于物体只有很小的折射率差异)，就可获得狭的暗带，从而能清晰地再现物体的界面。
以上还未把物体10的界面上存在辐射线的反射这一事实考虑进去。归因于来自区段b1和b2或来自中心区段a的这种反射辐射线将与由物镜系统20映射在荧光屏30上的投影V-V′交叉在外缘区段C1或C2范围之内的一个区域里。就这被物镜系统所接收的辐射而论，它将到达该荧光屏中也是起源于c1和c2辐射线所投射的两侧区域里。因此，在物体10与其周围介质15的界面上的反射，只在所涉及该两侧区域的强度分布上影响荧光屏上的明暗图。
除以上所述的根据本发明设备的主要实施例之外，也可选择用于限制物镜系统接收范围而与通过光瞳的外部边缘所强加限制相反的其它装置。这样可以有选择地使物镜系统的中心部分不能透过辐射线，并由此接收来自物体的某给定部分以一给定角度出射的辐射线从而在检测平面的映象中再现该物体的暗的部分。
上述内容说明本发明的原理基于公认下述事实倘若辐射线离开物体的角度与辐射线离开物体的位置相互间是关联的话，则该现有关系用来观测在荧光屏上的一个明暗图样。倘若物体不是在透射中而是在反射中受到观察时，也能应用该原理。
图2中对一园形或园筒形物体，用图解法表明了这种可能性。为阐明该图，在O-O′轴以上的部分只示出入射束，并在所述轴以下的部分只示出经反射的辐射线。
物体210被置于周围介质215中，物体和周围介质各具有不同的折射率。一束平行辐射线入射到物体210上，在物体的前面211上被折射，并在背面212上被反射。为简化该图起见，虽不太恰当但也不会招致反对地假定;通过背面反射的辐射线被聚焦在位于光轴O-O′上、距背壁小于园周或园筒半径一半之处的一个焦点F上。从背面212反射出的射线在前面211再次被折射，并在离开物体时成为发散的射线束。该束的一部分通过物镜系统220可被投射在一荧光屏230上。在荧光屏上的强度分布，也如在透射中观察时一样，可提供引出有关该物体内部结构的结论的可能性。
然而，因为角向偏转和反射范围并不只取决于物体的形状，也取决于物体210及其周围介质215的折射率，在反射中的定量测量比在透射中的同类测量，需要更多的有关物体的先验信息。该方法可以用于作更多的定性测量，例如，为包含多层的近似旋转对称物体确定同心度。
根据本发明的设备特别适合于对一种光纤进行测量。图3所示设备即适于该用途。在该图中，光纤的纤芯和包层用标号311来表示，围绕该纤芯和包层的内涂层用312表示。在测量设备所在场所，光纤被置于充满液体315的一个测量空间里。图示辐射源单元在光纤的右面，该单元包括一个辐射源301，一个会聚透镜系统302，一个光阑303和一个正平行光管透镜304。充满测量空间的液体315，举例来说，可以是一种紫外线(UV)固化的合成材料，后者被用作光纤的外涂层。假若那样，在辐射源单元方面要采取进一步措施以阻止来自辐射源301的紫外辐射到达测量空间，例如，在辐射线通路中设置一个紫外滤光片305。该辐射源单元发射一束平行辐射束到接纳着在液体315中的光纤311及其涂层312的测量空间。
如同参照图1a和1b所述的，包括透镜321和322的物镜系统，把光纤位置上的平面映射到一个辐射敏感检测系统330上。该辐射敏感检测系统，例如一台电视摄象机，物镜从它出发被移动，利用一系列的辐射敏感二极管或单个辐射敏感元件，通过物镜系统321-322形成的图象借助于一面可移动的反射镜而被扫描。
该物镜系统321-322包括，例如，一个消色差透镜322，该透镜322具有置于其焦点上的辐射检测器，还包括一个可移动的消色差透镜321，利用它们可使物体聚焦。该结构使它能够在不改变放大率情况下聚焦。
当对具有大约100μm至大约250μm直径的光纤进行测量时，透镜321取40mm焦距，透镜322取600mm焦距，从而放大率取15，即可产生令人满意的结果。
图4显示可在工业规模制造光纤过程中所用设备的一个实施例。辐射源单元与参照图3所述的辐射源单元是相同的，它包括一个辐射源401，一个会聚系统402，一个光阑403，一个平行管透镜404和一个紫外滤光片405。从辐射源出射的辐射束通过射束分光器406(例如，一个半透明的反射镜)被分为两股支束，每股支束借助于一个反射镜407或408射向光纤401。该两支束相互间成直角延伸到光纤410的区域。在其相对侧设有物镜系统421-422和423-424，它们把光纤410分别地映射到辐射敏感检测系统431和432上。最靠近光纤的物镜系统的透镜421和423能够按图示箭头方向移动。该辐射敏感检测系统，例如是不带物镜的电视或视频摄象机。
图5示出根据本发明的测量或监视设备的一个最佳实施例。作为一个辐射源501，一只卤素灯或一个激光器(例如包括一种产生波长为632μm射线的HeNe激光器，或者一种发出红外范围内辐射的半导体激光器)，卤素灯或激光器辐照光波导束503的端面502。该波导束包括两股较小的束-它们的另一端端面504和505被置于测量空间的边缘，光纤510就通过该测量空间伸展。该测量空间被一透明管509围住，该管的内径和外径如此之大以致其折射可略去不计。为获得均一的辐射分布，可在端面504和505装上漫射器。为减少从激光器来的斑点噪声效应，例如，可应用旋转的漫射器，用以辐射光纤的一束辐射束，(其主轴以某个角度伸展到被置于测量空间之后的物镜系统521-522)各从两个端面504和505出射。当适当选择这些角度时，该物镜系统只接收由光纤偏转的下述辐射线，即在紧靠着具有不同折射率材料之间的界面之一横过光纤的辐射。因此，结果是该界面的位置在辐射敏感检测系统530的检测表面上由一明带予以指示。这样一种光分布在自动地识别界面位置时是很有利的。
图中所示的物镜系统包括一个显微物镜521，一个正透镜522。所用的显微物镜521放大率为10，数值孔径为0.22它被设置成可按箭头523所示方向相对于测量空间大约移动16mm的距离。正透镜522的焦距在大约200mm至大约300mm之间，并被定位于距离辐射敏感系统一个固定的距离上。在图5中的虚线指示，以相对前面所提及的方向横向地辐射光纤的第二组光波导的端面506和507的可能位置。标号524表示沿第二方向把光纤映射在第二辐射敏感系统(未画出)上的显微物镜的相关位置。
图5的结构可通过下法予以扩展即，使辐射光纤的一个辐射源如此沿物镜系统光轴辐射以致光纤中具有不同折射率区域间的界面取决于接通该辐射源就会以明带暗背景或暗带亮背景出现在辐射敏感检测系统上。
图6示出一种单模光纤映象的再现，该光纤是借助于如在图3或图4中利用图解表示的根据本发明的设备而获得的。该图是由视频监视器的照相图象复制的，该视频监视饔胧悠嫡障嗷浜嫌米饕桓龇涿舾屑觳庀低场 在该单模光纤中，纤芯601是能够予以辨别的和一个包层，该包层包括一个具有减小了的折射率的部分602，以及一个具有正常折射率的部分603。内涂层604包住该包层。该涂层没被处理成完全同心并从照片看右边部分比左边部分厚些。光纤周围的容积605装满着用于构成外涂层的一种液体材料。
该图显示出涂层的左右厚度不同可用根据本发明的设备予以清晰地辨认。
图7表示借助于如在图5中所示设备的一个实施例而获得的一种相似映象的再现。在该再现中，光纤的内涂层和包层之间的界面以及在内涂层与周围介质之间的界面都是作为明带可见的。
图8是利用图解表示的制造光纤的一种可能的方法，本发明可用于该方法。预型件800，比如是一个直径大约为20至30mm适应该光纤所需折射率分布的实心玻璃圆棒，借助于一个进料机810被送入炉820内，并在炉内加热到使材料软化这样一个高温上。该软化了的玻璃材料在炉820的下侧被拉制成光纤，并使其通过一个冷却装置840。该预型件可选为包括一根圆棒和一个或多个围住它的圆筒，该圆棒和圆筒，举例来说，如4，602，926的美国专利中所述的，在拉制期间要连接在一起。
光纤的直径借助于一个测量仪器830来确定，而且在该项测定的基础上可重新调节由炉820拉制光纤的速度。
该光纤接着穿过一个装有用作软的内涂层的，例如紫外线的或热固化液体涂料的槽850，并带着围绕它的静态液体涂料的一层涂层通过一个喷嘴的出口离开该槽850。该装有涂料的槽，可以如4，409，263号美国专利所述那样，以所谓敞口船型容器提供，但更可取的是用如在№0，200，256(PHN11·354EP)号欧洲专利申请中所述的一种容器和一种方式来进行光纤涂敷，因为，那样即使在较高速度下该涂料中也不包含气泡。其后，该光纤被暴露在装置855中以便例如通过紫外线照射或加热对涂料进行固化处理。在里面的软涂层已经形成之后，借助于设备860监测涂层和光纤的同心度，且当发现涂层形成得不同心时，重新调整在槽850的喷嘴引出孔中的光纤位置。接着再次进行涂层工序以形成硬的外涂层，其方法是使光纤通过也装备一个有引出孔的喷嘴的槽870，并暴露于装置875中以进行紫外照射或加热。该外涂层相对于光纤的同心度也借助于一种设备876进行测量，而且，必要时，重调光纤在引出孔中的位置。
最后，用设备880检查涂层后光纤的外径，并把光纤缠绕在线盘890上。
在测量仪器830中，以传统方法测量未经涂层光纤的直径时，确定已拉制成光纤的外径。就纤芯直径而论，假定，在预型件中纤芯的直径和外径之间的比率是恒定的和准确的话，则同样地，纤芯直径和外径之间的比率在预型件中和在拉制成的光纤中都是相等的。尤其是已发现在实践中该首先提到的假设并不总是准确的，这归因于制造预型件所用的方法。其结果是，即使在未经涂层的光纤的外径为恒定的情况下，若考虑到要经过数千公尺的距离，该纤芯的直径也可能会有偏离。
根据本发明制造光纤的方法的一种方式，该未经涂层的光纤的直径是借助根据本发明用于对一种物体进行测量的设备来检查的。因此，就有可能直接检查纤芯直径，从而可获得其纤芯直径基本恒定的一种光纤。倘若预型件是不够完美的，考虑到要经过数千公尺的距离，该未经涂层的光纤的外径，因而可能会有一定程度的偏离。同样，倘若该光纤具有一个复杂的折射率分布剖面图样，例如在包层中具有一个降低了折射率的环状区，则该具有不同折射率区域的直径可保持在允许的容差范围之内。用于该用途的一种设备显示在图8中涂层槽850之上，并用标号851予以表示。
如在图4中已经显示的，本发明制造光纤的方法的另一种方式是，用于确定内涂层相对于纤芯和包层的同心度的设备860是根据本发明的设备。
根据本发明方法的另一方式是，该纤芯直径和同心度就在光纤通过的装有涂料的槽中受到测量。
在图9中举例说明了这种测量同心度的方式。在该图中，一上一下地显示出分别用于形成内和外涂层的两个容器950和970。在该两个容器之间表明用于处置内涂层的装置956，每个容器包含一个入口导管951、971，一个中心导管952、972，光纤分别地通过它们，液体涂层材料经晒└ 54和974引进其内部，它们各自包含一个具有引出孔的喷嘴953和973，光纤通过引出孔离开该容器。有关这些容器的进一步详细情况，可参照前面已提到的欧洲专利申请0·200，256。
在图9中，下面的容器有窗口962和963，通过该窗口借助于根据本发明的一个测量设备(未画出)能够观察该光纤。窗口962和963配置在向上伸展的入口导管971的一个扩展部件961之中。已经发现一个透明的，例如，玻璃管可以用于取代具有窗口962和963的扩展部件961，该管被放在入口导管上，而且它的内外径要选成使它们只引起一个可忽略不计的折射。借助于如在图4或图5中的一种测量设备(未画出)，可测量内涂层相对于光纤的同心度，而且由该测量设备提供的信号施加到控制机构955，利用该控制机构对上面容器950的顶部相对于光纤的位置进行调整。入口导管951相对于光纤的一个极小移动已足以校正在同心度方面的偏离。下面的容器970有一个控制机构975，该机构为来自用于测量外涂层相对于光纤同心度的一种设备980的信号所控制。该设备980可为传统的测量设备，或是根据本发明的一种设备。在后一种情况下，选择装满测量空间的液体时要考虑它在下一步骤的去除和/或它对光纤的影响。
虽然，在图中没有画出，但很显然的是该上面的容器也可配置一个具有一个变宽部分的延长的入口导管或用一个透明管。根据本发明的一种设备可用于经由所述部分中的窗口对未经涂层的光纤进行测量。
图10利用简图表示根据本发明的一种单模光纤，它是在制造期间采用了上述的测量和控制设备而获得的。所显示部分的长度大约为数千公尺，其总的直径大约为250μm。所示各层的直径相互也未按比例。纤芯1011有一直径，例如，为9μm，其最大偏移为0.2μm。该纤芯被包层1012所包围，包层外径的平均值，例如，为125μm，但在包层中平均值的最大偏移显著地大于在纤芯中的这一偏移。该包层被一内涂层1013所包围，后者，例如，平均只有10μm厚，而且在内涂层中该涂层相对于光纤的偏心度小于0.5μm。通过使用根据本发明的测量设备是可能达到如此小的偏心度的。包围内涂层的外涂层平均层厚接近于52μm。由于纤芯直径的变化很小，使这种光纤在发送辐射方面比已知的单模光纤呈现较小的衰减。
权利要求
1.一种对包括一个纤芯和至少一层透明包层的物体进行测量的设备，所述设备包括一个用于接纳部分待测物体的测量空间，至少一个用于供应辐射物体的辐射束的辐射源单元和一个用于检测来自测量空间辐射的辐射敏感检测系统，其特征在于，用于把一个定位于测量空间的投影映射在辐射敏感检测系统上的一个物镜系统被设置在测量空间和辐射敏感系统之间，所述物镜系统具有一个有限的接收范围。
2.根据权利要求1的一种设备，其特征在于，它配备有用透明材料装满测量空间的装置，透明材料的折射率与物体的透明外层的折射率有差异，所述差异近似地等于物体外侧面的曲率除投影和物镜系统之间的距离。
3.根据权利要求1或2的一种设备，其特征在于该辐射源单元供应一束辐射线，该辐射束在物体的位置处有一个大于待测部分物体的剖面。
4.根据权利要求1，2或3的一种设备，其特征在于横穿过该物体的辐射束基本上是平行的。
5.根据权利要求1，2，3或4的一种设备，其特征在于该辐射源单元和该物镜被置于测量空间的各一侧。
6.根据权利要求5的一种设备，其特征在于辐射束的主轴和物镜系统的光轴互成一角度延展。
7.根据权利要求1，2，3，4，5或6的一种设备，其特征在于该物镜系统产生在辐射敏感检测系统中所述投影的一个放大了的映象。
8.根萑ɡ ，2，3，4，5，6或7的一种设备，其特征在于该物镜系统包括一个具有第一焦距的第一子系统和一个具有第二焦距的第二子系统，该第一子系统是可移动的，而该第二子系统则被置于距辐射敏感系统相等于第二焦距之处。
9.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7或8的一种设备，其特征在于它包括若干物镜系统和与其相等数量的辐射敏感检测系统，物镜系统的光轴之间互成一角度延展。
10.根据上述任一要求的一种设备，其特征在于测量空间存在于一个透明圆筒形管中。
11.一种制造包括一个纤芯和一包层的光纤的方法，在该方法中，首先将一种预型件予以加热，并在一种张力的作用下以某种拉制速度将其拉制成光纤，其特征在于该控制速度值通过一个代表纤芯直径的信号控制，而且该信号是由根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9或10的一种设备提供的。
12.根据权利要求11的一种方法，在该方法中让光纤通过一个装有液体涂层材料的槽用此涂料对其进行涂层，其特征在于代表纤芯直径的信号是在存在于槽中的那部分纤芯上得到测量的。
13.一种制造包括一个纤芯和围绕它的包层以及具有某种折射率分布的光纤的方法，在该方法中，首先将一个具有对纤芯和包层所需折射率分布的预型件加热，并在一种张力的作用下以某种拉制速度将其拉制成光纤，其特征在于该拉制速度值由一个信号控制，该信号代表具有一个给定折射率的包层中一层的厚度，而且该信号是由根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9或10的一种设备提供的。
14.根据权利要求13的一种方法，在该方法中使光纤通过一个装有液体涂层材料的槽用此涂料进行涂层，其特征在于代表包层中层的厚度的信号是在置于槽中的那部分光纤上得到测量的。
15.一种利用涂层材料对光纤进行涂层的方法，在该方法中，光纤被用一种可固化液体涂层材料至少涂敷一次，并穿过在一喷嘴中的引出孔，光纤相对于在喷嘴中的引出孔中的位置，由一信号予以控制，该信号代表光纤和施加于其上的涂层材料的同心度，而且该信号是由根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9或10的至少一种设备提供的。
16.根据权利要求15的一种方法，在该方法中至少让光纤两次通过装有液体涂层材料的槽，而涂有至少两层涂层材料，并接着固化所述材料，其特征在于代表光纤及其在给定槽中涂以涂层的同心度信号，是在光纤置于所述槽其后的装满液体涂料的槽中的该部分上得到测量的。
17.借助于根据权利要求11或12的方法制造的一种光纤，其特征在于其纤芯直径的平均值与最大偏移之差不超过大约0.2μm。
18.借助于根据权利要求13或14的方法制造的一种光纤，其特征在于在具有某给定折射率的包层中的层厚平均值与最大偏移之差不超过2%。
19.借助于权利要求15或16的方法制造的一种光纤，其特征在于该光纤至少被一层涂层所围绕，对该涂层而言，涂层的偏心度最大为涂层直径的2%，而且不超过大约0.5μm。
全文摘要
在一种对诸如光纤之类的至少部分透明物体进行测量的设备中，一辐射束水平射向该物体。被物体所偏转的辐射由透镜组(321，322)映射在辐射敏感检测系统(330)上。作为在物体中具有不同折射率的各区域(311，312)之间的界面上、以及在物体和周围介质(315)之间的界面上折射的结果，在辐射敏感检测系统(330)上产生了对应于界面投影的明暗带，从而，能够对该物体的内部结构进行测量。(图3)
文档编号G01B11/10GK1031277SQ8810352
公开日1989年2月22日 申请日期1988年6月7日 优先权日1987年6月10日
发明者吉斯伯特·帕拉斯特, 科尼利斯·马利纳斯·杰力特·佐剑姆 申请人:菲利浦光灯制造公司