专利名称：光纤的拉制方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤的拉制方法，尤其是涉及能在1.55μm附近减小衰减的光纤的拉制方法。
相关技术说明如图4，示意性的示出了使用拉制装置来对光纤进行拉制的传统的光纤拉制方法。该拉制装置包括一个拉丝炉1，用于熔化并拉制玻璃预制件2，和一个保持在高温的冷却装置7，用于冷却光纤。在该拉丝炉中，玻璃预制件2在大约2000℃的温度下被熔化，然后被拉制成光纤3，接着使用冷却装置例如冷却辊将光纤3进行快速冷却。在被涂覆以后，带有涂面树脂的该光纤就被缠绕在辊子上。
但是，在当采用上述传统的拉制方法制备光纤时，就会出现一个问题，即在1.55μm附近会引起衰减。
假定在1.55μm附近衰减的增长是由于玻璃的瑞利散射引起的。瑞利散射是由于当玻璃在从高温被冷却时，玻璃中密度的变化或者浓度的变化而引起的。玻璃淬火(quenching)开始的温度通常决定了密度变化或浓度变化的程度。这一温度经常被称做假定温度，是表明玻璃质状态的一个指数。
日本专利申请，首次申请为No.Hei 10-218635，披露了一种适合用来控制瑞利散射以调节光纤冷却速率的技术。
发明概要从玻璃开始固化的假定温度和玻璃的瑞利散射之间的关系来看，本发明提供了一种光纤的拉制方法，其能够减小玻璃的瑞利散射且能减小在1.55μm附近的衰减，即使拉制速度较高。
依照本发明的第一个方面，本发明提供了一种通过冷却从拉丝炉拉制出的光纤来制造光纤的拉制方法，包括第一冷却步骤，在具有低于0.2W·m-2·K-1对流传热系数的第一冷却区内将光纤冷却至1100℃以下；和第二冷区步骤，在具有高于0.3W·m-2·K-1传热对流系数的第二冷却区内将该低于1100℃温度下的光纤进行冷却。
依照第二方面，在上述用来制造光纤的拉制方法中，在充填有空气的第一冷却区内，当该光纤的温度达到一个低于其软化温度的温度之后，该光纤被自然冷却长于0.08秒。
依照第三方面，在上述用来制造光纤的拉制方法中，第一冷却区是一个充填有传热系数小于0.05W·m-1·K-1的气体或混合气体的区域。
依照第四方面，在上述用来制造光纤的拉制方法中，所述第一冷却区配置有一个保护管，该保护管中充满了传热系数小于0.05W·m-1·K-1的气体或混合气体。
依照第五方面，在上述用来制造光纤的拉制方法中，该保护管具有大于10mm的直径，且当该光纤从高于转换温度的一个温度被冷却至低于1100℃的一个温度时，其长度足以保护该光纤。
附图的简要说明
图1的简图示出了依照本发明第一实施例、用于光纤拉制方法中的冷却装置；图2的简图示出了依照本发明第二实施例、用于光纤拉制方法中的冷却装置；图3的简图示出了冷拔成的光纤对波长在1.55μm附近的光的衰减和将要进入第二冷却区5的冷拔成的光纤3的温度之间的关系；图4的简图示出了传统的用于拉制光纤所使用的一种拉制装置。
本发明的详细说明在下文中，将参考所附附图详细描述本发明。
图1的简图示出了依照本发明第一实施例、用于光纤拉制方法中的冷却装置。
在图1中，参考标号1表示一个光纤拉丝炉，其用于熔化并拉制处于高温的预制件2。参考表号4表示一个对光纤3进行初步冷却的冷却区，参考表号5表示一个用于将光纤3快速冷却至室温的第二冷却区。
第一冷却区4配置在光纤拉丝炉1和第二冷却区5之间，以用来将第二冷却区5从拉丝炉1分开。在第一实施例中，第一冷却区充满了空气。实际上，一个冷却装置例如冷却管用作了第二冷却区5。
第一冷却区4的对流传热系数不同于第二冷却区5的，且第一冷却区4具有比第二冷却区5低的对流传热系数。实际上，第二冷却区5的对流传热系数设定为一个高于0.3W·m-2·K-1的值，而第一冷却区4的对流传热系数设定为一个低于0.2W·m-2·K-1的值。
注意，在忽略不计辐射时，该对流传热系数H可用下式来表述L/V=-14∫CTρdh(T-T′)dT---(1)]]>其中，L是长度(m)，V是拉制速度(m/sec)，C是光纤的比热(W·s·m-1)，T和T’是绝对温度(K)，ρ是光纤的比重，d是光纤的直径。
因此，通过在两点测量光纤的温度就可得到对流传热系数。
接下来，说明依照当前实施例的拉制方法。
在光纤拉丝炉1中通过熔化并拉制玻璃预制件2形成了具有很细直径的光纤3。具有高温的光纤3穿过第一冷却区4和第二冷却区5被冷却。来自光纤拉制炉1中的光纤3在第一冷却区4中进行初步的冷却，以减小进入第二冷却区5内的光纤的温度。
在第一冷却区中冷却过的光纤3在第二冷却区5中被冷却至室温。
此后，光纤3被涂覆上一层涂面树脂，且被一个接受器进行缠绕。
在依照当前实施例的冷却过程中，由于第一冷却区4被设定具有一个较低的对流传热系数，从而就可抑制用来制备光纤的玻璃的密度变化或浓度变化。
由于光纤3在进入第二冷却区5内之前先在第一冷却区4中被初步冷却过，所以在光纤3进入第二冷却区5中时其温度已经下降了。因此，即使光纤3是在具有较高对流传热系数的第二冷却区5中被随后冷却至室温，用来制备光纤的玻璃的密度变化或浓度变化也可被抑制，且可实现低的瑞利散射。
实际上，光纤在第一冷却区4中被冷却至温度1100℃以下。随后，在第二冷却区5中，光纤3迅速从低于1100℃的温度冷却至室温。为了将在第一冷却区4中的光纤3冷却至低于1100℃的温度，优选的是，在光纤3的温度降低到软化温度之下以后，将第一冷却区4的冷却进行超过0.08秒。
在依照本发明第一实施例的拉制方法中，有可能减小在1.55μm附近的衰减，同时不会减小在位于光纤拉丝炉1和第二冷却区5之间的第一冷却区5内进行初步冷却的拉制速度。
此外，由于本发明除了拉丝炉和冷却装置外不需要额外的设备，因此就可提供一种不需要高额资金投入的低损耗光纤拉制方法。
图2的简图示出了依照本发明第二实施例、用于光纤拉制方法中的冷却装置。
虽然拉丝炉1和第二冷却区5是与第一实施例相同的，但在本实施例中在第一冷却区4中配置了一个保护管6。该保护管中充满了气体例如氮气或混合气体，其传热系数低于0.05W·m-1·K-1。
依照本实施例的拉制方法将在下面进行描述。
类似于第一实施例，高温的光纤在第一冷却区4中进行初步的冷却，其中该第一冷却区4配置有一个保护管6，其为一种气体保护气氛保护管，传热系数低于0.05W·m-1·K-1。
随后，光纤3在具有较高对流传热系数的第二冷却区5中被冷却至室温。
在该第二实施例中，由于初步冷却是在具有较低传热系数的气体气氛中进行的，所以该冷却是以一种非常有效的方式进行的。
下面将示出实际的实例。
实例1光纤3在第一冷却区4中被冷却直至其温度达到1100℃，该第一冷却区4具有低于0.2W·m-2·K-1的传热系数，且在光纤进入第二冷却区5之前光纤的温度被降至小于1100℃，该第二冷却区5具有高于0.3W·m-2·K-1的对流传热系数。此后，光纤3在第二冷却区5中被迅速从1100℃降至室温。在该实例中，第一冷却区4中充满了空气。
由上述冷却方法得到的光纤在1.55μm处其衰减为0.187dB/km。该衰减值是由光时域反射计(OTDR)测量出的。
改变进入第二冷却区5时光纤的温度，得到几个对比的实例，同样用光时域反射计来测量这些对比的实例在1.55μm处的衰减。从而就会得到有关进入第二冷却区5时的温度和对波长为1.55μm的光的衰减之间关系的解释。
通过将在被具有低于0.2W·m-2·K-1对流传热系数的第一冷却区4冷却后进入具有高于0.3W·m-2·K-1对流传热系数的第二冷却区5时的光纤3的温度设定为1500℃，来得到第一个对比实例，该第一个对比实例的光纤3在第二冷却区5中被从1500℃冷却至室温。由该第一对比实例拉制所得光纤的衰减为0.193dB/Km。
通过将在被具有低于0.2W·m-2·K-1对流传热系数的第一冷却区4冷却后进入具有高于0.3W·m-2·K-1对流传热系数的第二冷却区5时的光纤3的温度设定为1200℃，来得到第二个对比实例，该第二个对比实例的光纤3在第二冷却区5中被从1200℃冷却至室温。由该第二对比实例拉制所得光纤的衰减为0.188dB/Km。
通过将在被具有低于0.2W·m-2·K-1对流传热系数的第一冷却区4冷却后进入具有高于0.3W·m-2·K-1对流传热系数的第二冷却区5时的光纤3的温度设定为870℃，来得到第二个对比实例，该第二个对比实例的光纤3在第二冷却区5中被从870℃冷却至室温。由该第二对比实例拉制所得光纤的衰减为0.187dB/Km。
由上述实验得到的结果示于图3中。图3的简图示出了冷拔成的光纤对波长在1.55μm附近的光的衰减和将要进入第二冷却区5的冷拔成的光纤3的温度之间的关系。
如图3中所示，很明显地可看出，在温度高于1100℃处，随着进入温度的增加，进入第二冷却区5光纤3的衰减也在增加。相反，如果进入第二冷却区5内的光纤的温度低于1100℃，则光纤的衰减保持不变。因此，仅仅只需将进入第二冷却区的冷拔光纤的温度保持低于1100℃，则就有可能减小光纤的衰减。
实例2在该实例中，保护管6设置在第一冷却区4的位置处，其中该第一冷却区4位于拉丝炉1下面的位置，且该保护管6中充满了氮气。应当注意，室温时氮气的传热系数为0.025W·m-1·K-1。在拉制过程中，光纤3在第一冷却区4中被进行初步冷却，在第二冷却区5冷却后才得到光纤3。
在该实例中，使用同实例1中相同的温度条件来冷却光纤。
由上述条件得到的冷拔光纤其在1.55μm处的衰减为0.187dB/km。
通过在充满替代了氮气的氦气的保护管中冷却冷拔光纤来制成一个实例2的对比实例。氦气的传热系数为0.15W·m-1·K-1。在形成该对比实例中，使用了同实例1相同的温度条件。
由该实例得到的光纤其对具有1.55μm波长的光带的衰减为0.195dB/km。
上述的实验表明，用来填充保护管的气体其传热系数优选的是小于0.05W·m-1·K-1。
优选的是，用在实例2中的保护管6具有大于10mm的直径，且在当从高于软化点的一个温度冷却至低于1100℃的一个温度时，其长度足以能保护处于该温度的冷拔光纤。如果保护管的直径小于10mm，则因为冷拔光纤可接触到保护管的内壁，所以会使光纤的强度降低。
如上所述，就有可能减小对在1.55μm波长附近光的衰减，同时不会减小在位于光纤拉丝炉1和第二冷却区5之间的第一冷却区5内进行初步冷却的拉制速度。
此外，由于本发明的拉制方法并不需要额外的专门设备，所以本发明就可提供一种不需要高额资金投入且可生产低损耗光纤的节俭拉制方法。
权利要求
1.一种通过冷却从拉丝炉中拉制出的光纤来制造光纤的拉制方法，包括第一冷却步骤，在具有低于0.2W·m-2·K-1对流传热系数的第一冷却区内将光纤冷却至1100℃以下；第二冷区步骤，在具有高于0.23W·m-2·K-1传热对流系数的第二冷却区内将该低于1100℃温度下的光纤进行冷却。
2.如权利要求1所述的用来制造光纤的拉制方法，其中，在充填有空气的所述第一冷却区内，当该光纤的温度达到一个低于其软化温度的温度之后，该光纤被自然冷却长于0.08秒。
3.如权利要求1所述的用来制造光纤的拉制方法，其中，所述第一冷却区是一个充填有传热系数小于0.05W·m-1·K-1的气体或混合气体的区域。
4.如权利要求1所述的用来制造光纤的拉制方法，其中，所述第一冷却区配置有一个保护管，该保护管中充满了传热系数小于0.05W·m-1·K-1的气体或混合气体。
5.如权利要求4所述的用来制造光纤的拉制方法，其中所述保护管具有大于10mm的直径，且当该光纤从高于转换温度的一个温度被冷却至低于1100℃的一个温度时，其长度足以保护该光纤。
全文摘要
本发明提供了一种光纤的拉制方法,其能够减小在1.55μm处由于瑞利散射引起的衰减,即使拉制速度较高。通过在具有较低对流传热系数的第一冷却区4内进行初步的冷却,以减小冷拔光纤在刚进入第二冷却区5内时的温度,就可使光纤3的衰减得到减小。在具有较高对流传热系数的第二冷却区5内冷却之后就到了光纤。
文档编号G02B6/00GK1369447SQ02102569
公开日2002年9月18日 申请日期2002年1月29日 优先权日2001年1月31日
发明者滨田贵弘, 藤卷宗久 申请人:株式会社藤仓