專利名稱：用于在光纖制造中確定拉制張力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造光纖的方法和組件。特別是，本發(fā)明涉及一種用于制造具有沿長(zhǎng)度的基本均勻光學(xué)特性的光纖的方法以及用于制造該光纖的組件。而且，本發(fā)明涉及一種用于確定光纖拉制處理的拉制張力變化準(zhǔn)則的方法和裝置。
光纖包括由覆層材料環(huán)繞的芯，該覆層材料的折射率低于該芯的折射率。根據(jù)光纖的類型以及它所希望的性能特征，在光纖截面中的折射率徑向分布可以簡(jiǎn)單或者復(fù)雜。折射率型面的典型實(shí)例是階梯折射率的單模光纖，它有在芯內(nèi)基本均勻的折射率，且折射率在芯-覆層的交界面處急劇減小；用于使高帶寬多模光纖中的移動(dòng)通訊漂移(intermodal dispersion)減至最小，該光纖在芯區(qū)域有類似拋物線的徑向形狀；以及通常用于分散轉(zhuǎn)移光纖，并稱為“分段芯”型面，它有中心的三角形部分以及環(huán)繞該中心三角形的低尺寸階梯部分。
眾所周知，用于制造光纖的方法包括首先制造玻璃質(zhì)材料的玻璃預(yù)制品，然后由所述預(yù)制品拉制出光纖。
玻璃預(yù)制品通常通過(guò)利用爐子將玻璃灰體(soot)沉積在合適柱形基質(zhì)上，并通過(guò)固結(jié)所形成的玻璃體而制造。通常使用的沉積技術(shù)例如MCVD(改進(jìn)的化學(xué)蒸氣沉積)、OCD(外部蒸氣沉積)和VAD(蒸氣相軸向沉積)。
名稱為Corning Glass Works的專利EP367871公開(kāi)了一種用于通過(guò)OVD方法獲得光纖的方法。該方法首先包括將包含基體玻璃和增大折射率的摻雜劑的玻璃顆粒沉積到芯軸(定義為沉積支承件)上。然后除去該芯軸，并使所形成的灰體預(yù)制品固結(jié)，以便形成芯預(yù)制品。該芯預(yù)制品進(jìn)行拉伸，且它中間的孔封閉，以便形成芯棒或棒。然后將覆層玻璃灰體沉積在芯棒上(包覆處理)，以便獲得最終的預(yù)制品，該預(yù)制品再進(jìn)行固結(jié)和拉制，以便獲得光纖。
例如如US5641333中所述，預(yù)制品固結(jié)處理可以通過(guò)將多孔預(yù)制品置于固結(jié)爐中來(lái)進(jìn)行，在該固結(jié)爐中，該預(yù)制品進(jìn)行干燥和燒結(jié)。在用于獲得芯預(yù)制品的固結(jié)處理中，第一干燥氣體混合物(該混合物通常包含氦氣和干燥劑例如氯氣)可以流入預(yù)制品的孔內(nèi)(在干燥步驟中或者在整個(gè)固結(jié)處理中)。干燥劑也可以流過(guò)該爐(例如見(jiàn)US4165223)。該干燥步驟減小了預(yù)制品的殘余OH含量，從而在形成的光纖中減小了由OH引起的吸收損失。燒結(jié)步驟產(chǎn)生了致密、基本透明的玻璃預(yù)制品，它將用于包覆步驟，或者用于拉制成光纖。整個(gè)多孔預(yù)制品可以在燒結(jié)步驟開(kāi)始之前干燥；也可選擇，預(yù)制品可以進(jìn)行梯度固結(jié)處理，從而通過(guò)接近和經(jīng)過(guò)爐的熱區(qū)而使預(yù)制品的各個(gè)部分的溫度增加和減小。當(dāng)接近熱區(qū)時(shí)，預(yù)制品部分變得足夠熱，以致于干燥氣體混合物能夠與玻璃中的OH離子反應(yīng)，但是預(yù)制品溫度并沒(méi)高到使預(yù)制品的孔隙度減小至阻擋干燥氣體流動(dòng)。當(dāng)預(yù)制品部分到達(dá)熱區(qū)的最大溫度區(qū)域時(shí)，孔隙尺寸減小，預(yù)制品元件完全燒結(jié)和凈化。
還根據(jù)US5641333，在固結(jié)處理過(guò)程中，摻雜劑可以從多孔預(yù)制品的芯部通過(guò)孔運(yùn)動(dòng)至覆層部分，從而產(chǎn)生在芯邊緣的摻雜劑耗竭區(qū)域以及在相鄰覆層的相應(yīng)摻雜劑富含區(qū)域；該組合稱為“擴(kuò)散尾”。
本申請(qǐng)人注意到，在前述固結(jié)處理中，由于逐漸將預(yù)制品插入爐子的熱區(qū)，預(yù)制品的不同縱向部分受到稍微不同溫度的處理，這使得摻雜劑朝著較低濃度區(qū)域的轉(zhuǎn)移不同。因此，可能導(dǎo)致在預(yù)制品的不同縱向部分的折射率型面不同。
本申請(qǐng)人還證實(shí)，折射率型面沿光纖變化的另一可能原因是由于在芯預(yù)制品拉伸處理過(guò)程中的動(dòng)態(tài)波動(dòng)。實(shí)際上，本申請(qǐng)人注意到在該處理中(該處理例如可以如EP367871中所述進(jìn)行，即通過(guò)使用拉制爐來(lái)加熱預(yù)制品，并用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的牽引機(jī)來(lái)從加熱的預(yù)制品中拉出玻璃桿)，拉伸速度和溫度的動(dòng)態(tài)變化可能引起玻璃桿的直徑變化，并因此使折射率型面沿玻璃桿變化。
最終的拉制處理通常在合適的拉制塔中進(jìn)行，其中，最終的預(yù)制品沿垂直方向供給爐子，以便使它的底部熔融。該熔融材料再進(jìn)行拉制和冷卻，以便獲得具有合適特征的光纖。這些特征通過(guò)合適設(shè)置拉制處理的參數(shù)來(lái)獲得，該參數(shù)包括爐溫和光纖拉制速度。
通常，拉制處理的整個(gè)持續(xù)過(guò)程在相同的處理?xiàng)l件下進(jìn)行，即處理參數(shù)沒(méi)有變化。特別是，光纖通常以恒定張力進(jìn)行拉制。在拉制過(guò)程中保持恒定張力對(duì)于使光纖具有均勻光學(xué)特征的重要性例如在US5079433(它涉及在拉制過(guò)程中監(jiān)測(cè)光纖張力的方法)中和在US5961681(它教導(dǎo)通過(guò)根據(jù)時(shí)間降低爐內(nèi)的溫度而使張力在拉制過(guò)程中基本恒定)中進(jìn)行了說(shuō)明。
與在恒定張力下拉制不同的已知情況例如由US5851259(其中，在拉制過(guò)程中施加給光纖的張力進(jìn)行調(diào)節(jié)(根據(jù)半正弦、三角或梯形的波形)，以便抑制在鍺摻雜光纖中的Brillouin散射損失)和由US2001/0003911(其中，施加給光學(xué)預(yù)制品底端的熱量變化，以便調(diào)節(jié)拉制張力，從而改變沿光纖的局部色散，從而獲得色散轉(zhuǎn)變光纖)提出。
如前所述，本申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到折射率型面沿光纖變化的兩種不同可能原因在固結(jié)過(guò)程中的非均勻熱處理以及在拉伸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)波動(dòng)。折射率型面縱向變化的光纖將使它的光學(xué)傳播參數(shù)(例如模式色散、模場(chǎng)直徑和截?cái)嗖ㄩL(zhǎng))相應(yīng)變化。除了特殊情況，這些變化都不希望。
因此，本申請(qǐng)人解決了這樣的問(wèn)題，即盡管在固結(jié)和拉伸過(guò)程中有所述不利影響，也能夠制造使光學(xué)傳播參數(shù)沿光纖基本均勻的光纖。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)測(cè)量在芯棒或最終預(yù)制品的不同縱向部分中的折射率型面，并使用該測(cè)量結(jié)果來(lái)控制在拉制處理過(guò)程中的光纖張力，可以獲得具有基本均勻的光學(xué)傳播參數(shù)的光纖。特別是，通過(guò)進(jìn)行數(shù)字模擬，可以建立為了使光學(xué)傳播參數(shù)沿光纖的變化最小而在拉制處理過(guò)程中要施加的張力的變化準(zhǔn)則，在該數(shù)字模擬中，從沿芯棒或最終預(yù)制品測(cè)量折射率型面開(kāi)始，判斷拉制張力的變化對(duì)預(yù)定傳播參數(shù)的影響。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，為了獲得所述均勻的光學(xué)性質(zhì)，優(yōu)選是取決于對(duì)插入的芯棒的折射率型面的測(cè)量，這不僅根據(jù)拉制張力，還根據(jù)要環(huán)繞所述芯棒沉積的覆層的量(即在包覆處理中施加在芯棒上的灰體的質(zhì)量)，因?yàn)檫@些參數(shù)也影響在拉制張力和折射率型面之間的關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種用于確定光纖拉制處理的拉制張力變化準(zhǔn)則的方法，該方法包括以下步驟測(cè)量在適于拉制成光纖的玻璃預(yù)制品的多個(gè)部分處或者在適于確定光纖的中心部分的芯棒的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；以及處理所述多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則。
處理該多個(gè)折射率型面優(yōu)選是包括模擬使拉制張力變化對(duì)多個(gè)折射率型面的各折射率型面的影響。
處理多個(gè)折射率型面可以包括確定目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)將至少預(yù)定光學(xué)傳播參數(shù)與拉制張力以及與沿玻璃預(yù)制品或芯棒的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)分別聯(lián)系起來(lái)；以及找出在拉制張力值以及標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)的平面中使得目標(biāo)函數(shù)最佳化的通路。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于制造光纖的方法，它包括以下步驟制造玻璃預(yù)制品；測(cè)量在該玻璃預(yù)制品的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；處理該多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則；以及通過(guò)向光纖施加拉制張力而由玻璃預(yù)制品拉制光纖，它包括根據(jù)拉制張力變化準(zhǔn)則來(lái)改變拉制張力。
另外，用于制造光纖的方法包括以下步驟制造玻璃芯棒；測(cè)量在該芯棒的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；處理該多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則；將玻璃灰體沉積在芯棒上，以便獲得玻璃預(yù)制品；使該玻璃預(yù)制品固結(jié)；以及通過(guò)向光纖施加拉制張力而由玻璃預(yù)制品拉制光纖，它包括根據(jù)拉制張力變化準(zhǔn)則來(lái)改變拉制張力。
優(yōu)選是，處理步驟包括模擬使拉制張力變化對(duì)多個(gè)折射率型面的各折射率型面的影響。
處理步驟可以包括確定目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)將至少預(yù)定光學(xué)傳播參數(shù)與拉制張力以及與沿玻璃預(yù)制品或芯棒的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)分別聯(lián)系起來(lái)；以及找出在拉制張力值以及標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)的平面中使得目標(biāo)函數(shù)最佳化的通路。
處理步驟還可以包括確定要沉積在柱形玻璃體上的玻璃灰體的量，例如通過(guò)對(duì)各所述部分模擬使沉積的玻璃灰體量變化對(duì)多個(gè)折射率型面的各折射率型面的影響。
改變拉制張力可以包括改變光纖拉制的速度。也可選擇，因?yàn)槔乒饫w包括使玻璃預(yù)制品處于玻璃熔融溫度下，改變拉制張力可以包括改變玻璃熔融溫度。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種用于確定光纖拉制處理的拉制張力變化準(zhǔn)則的裝置，它包括用于測(cè)量沿柱形玻璃體的折射率型面的裝置，該柱形玻璃體適于形成光纖的至少中心部分；以及處理單元，用于處理該測(cè)量的結(jié)果，以便獲得拉制張力變化準(zhǔn)則。適于形成光纖的至少中心部分的柱形玻璃體可以為芯棒或最終玻璃預(yù)制品。該最終玻璃預(yù)制品適于形成整個(gè)光纖。
優(yōu)選是，處理單元包括用于模擬使拉制張力變化對(duì)測(cè)量的折射率型面的影響的裝置。
本發(fā)明還涉及一種用于測(cè)量光纖的組件，它包括用于產(chǎn)生柱形玻璃體的裝置，該柱形玻璃體適于形成光纖的至少中心部分；如前所述用于確定拉制張力變化準(zhǔn)則的裝置；以及拉制裝置，用于拉制光纖，它包括拉制張力調(diào)節(jié)裝置，用于根據(jù)拉制張力變化準(zhǔn)則來(lái)調(diào)節(jié)拉制張力。
該組件還可以包括沉積裝置，用于將玻璃灰體沉積在柱形玻璃體上，以便獲得玻璃預(yù)制品；以及固結(jié)裝置，用于該玻璃預(yù)制品固結(jié)。
拉制張力調(diào)節(jié)裝置可以包括玻璃熔融爐；以及控制單元，用于根據(jù)所述拉制張力變化準(zhǔn)則向該爐發(fā)送控制信號(hào)。
也可選擇，拉制張力調(diào)節(jié)裝置可以包括牽引裝置，用于由玻璃預(yù)制品拉出光纖；以及控制單元，用于根據(jù)拉制張力變化準(zhǔn)則向該牽引裝置發(fā)送控制信號(hào)。
處理單元還可以包括用于模擬使沉積的玻璃灰體量變化對(duì)測(cè)量的折射率型面的影響的裝置。
下面將參考附圖更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明，附圖中

圖1是本發(fā)明的組件的方框圖；圖2示意表示了折射率測(cè)量裝置，該折射率測(cè)量裝置為圖1的組件的一部分；圖3是蒸氣沉積裝置的示意圖，該蒸氣沉積裝置是圖1的組件的一部分；圖4示意表示了拉制塔，該拉制塔是圖1的組件的一部分；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明用于制造光纖的方法的不同步驟的流程圖；圖6是通過(guò)蒸氣沉積處理可獲得的可能折射率型面；圖7是圖5的一個(gè)步驟的子步驟的流程圖；圖8表示了圖5的步驟的可選處理步驟；圖9表示了圖5的一個(gè)步驟的子步驟；以及圖10a、10b和10c表示了模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
圖1以方框形式示意表示了根據(jù)本發(fā)明用于制造具有均勻光學(xué)特征的光纖的組件1的主要部件。
組件1包括測(cè)量裝置2，用于測(cè)量柱形玻璃體例如芯棒和玻璃預(yù)制品的折射率型面，并處理該測(cè)量結(jié)果，以便獲得處理控制信息；蒸氣沉積裝置3，用于將玻璃灰體沉積在柱形基質(zhì)例如芯棒上；拉制塔4，用于由最終的預(yù)制品拉制光纖；以及中心控制單元5，該中心控制單元5與測(cè)量裝置2電連接，用于接收處理控制信息，并與蒸氣沉積裝置3和拉制塔4電連接，以便根據(jù)所述處理控制信息來(lái)控制它們的工作。
所述處理控制信息包括在拉制處理過(guò)程中要向最終預(yù)制品的坐標(biāo)z處的縱向部分施加的拉制張力T的變化準(zhǔn)則T(z)，優(yōu)選是還包括在包覆沉積處理過(guò)程中要沉積在芯棒上的包覆層質(zhì)量OM的最佳值。如后面所述，折射率的測(cè)量以及拉制處理的控制是本發(fā)明的基本方面，而在包覆沉積處理中對(duì)包覆層質(zhì)量的控制只是本發(fā)明的優(yōu)選方面。
測(cè)量裝置2例如可以為US4227806或US4726677中所述類型，這些文獻(xiàn)被本文參引。而且，用于測(cè)量芯棒或預(yù)制品的折射率型面的儀器可以由NETTEST，Copenhagen，丹麥(預(yù)制品分析器2600)而購(gòu)得。
根據(jù)US4227806，為了測(cè)量玻璃預(yù)制品的折射率型面，使激光束掃描該預(yù)制品，并當(dāng)射束離開(kāi)該預(yù)制品時(shí)測(cè)量它的偏轉(zhuǎn)角度。標(biāo)繪出該偏轉(zhuǎn)角度相對(duì)于入射射束位置的曲線圖，并組合該曲線圖以便提供曲線，該曲線與具有已知參數(shù)的理論曲線圖進(jìn)行比較，以便確定光纖預(yù)制品的參數(shù)。如US4726677中所述，折射率型面還可以由測(cè)量的偏轉(zhuǎn)角度直接計(jì)算出來(lái)。當(dāng)θ(x)是在離預(yù)制品軸線距離為X處入射到預(yù)制品上的射束所形成的偏轉(zhuǎn)角度，然后，該射束的、最接近預(yù)制品軸線的半徑r(x)由下式給出r(x)=x·exp(-1π·∫xRθ(t)dtt2-x2)]]>其中R是預(yù)制品半徑，t是積分變量。在半徑r(x)處的折射率n[r(x)]由下式給出n(r)=n(R)·exp(1π·∫xRθ(t)dtt2-x2)]]>其中n(R)是預(yù)制品在它的表面處的折射率。使用這些等式來(lái)形成光纖預(yù)制品折射率型面優(yōu)選是使用前面US4227806的方法，因?yàn)檫@些等式用于更大級(jí)別(class)的折射率型面。
參考圖2，裝置2可以包括玻璃腔室6，用于容納與軸線8同軸的芯棒7；以及平臺(tái)9，該平臺(tái)可平行于軸線8運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選是腔室6充滿折射率匹配液態(tài)(例如滑油)，該折射率匹配液態(tài)的折射率基本與芯棒7的折射率相同。
裝置2還包括安裝在平臺(tái)9上的以下部件激光器10，用于產(chǎn)生平行激光束11；第一透鏡12，用于將激光束11聚焦在芯棒7上；第二透鏡13，用于從芯棒7的相對(duì)側(cè)接收激光束11，并再次校準(zhǔn)該激光束；柱形透鏡14，用于將射束11壓縮成一維；以及位置檢測(cè)器15，用于檢測(cè)射束11的位置。
鏡子(未示出)也可以用于將由激光器10發(fā)出的射束11導(dǎo)向第一透鏡12。該鏡子可以是由振動(dòng)子控制的可旋轉(zhuǎn)鏡，用于使射束掃描在芯棒7部分上。
檢測(cè)器15和透鏡14間開(kāi)的距離等于第二透鏡13的焦距f2。因此，當(dāng)最初入射到離軸線8距離為x處的射束影響到檢測(cè)器(在折射之后)時(shí)，距離d(x)偏離檢測(cè)器的中心，偏轉(zhuǎn)角度θ(x)由下式給出θ(x)=tan-1(d(x)f2).]]>為了增大空間分辨率，在采集數(shù)據(jù)之前可以進(jìn)行系統(tǒng)的聚焦，例如以US4726677中所述的方法。
檢測(cè)器15具有相應(yīng)的電子元件(未示出)，該電子元件提供了指示射束11位置的電輸出。裝置2還包括處理單元16，該處理單元用于接收所述電子元件的輸出，并提供所考慮的芯棒部分的折射率型面。在對(duì)玻璃體的預(yù)定數(shù)目的間開(kāi)部分上進(jìn)行測(cè)量之后，處理單元16還用于處理測(cè)量數(shù)據(jù)，以便獲得在包覆沉積處理中施加在芯棒7上的包覆層質(zhì)量OM的最佳值以及在拉制處理中施加在光纖上的張力的最佳變化準(zhǔn)則T(z)。特別是，該處理提供了OM值和準(zhǔn)則T(z)，從而可以獲得具有基本均勻光學(xué)傳播特征的光纖。通過(guò)單元16進(jìn)行的該處理操作將在下面詳細(xì)介紹。
單元16與中心控制單元5電連接，用于向單元5提供指示所述準(zhǔn)則T(z)和包覆層質(zhì)量OM的信號(hào)。
參考圖3，蒸氣沉積裝置3包括支承部件17，用于支承芯棒7的一端；馬達(dá)18，用于保持芯棒7的相對(duì)端，并用于使芯棒7繞它的軸線旋轉(zhuǎn)；以及燃燒器19，用于使玻璃灰體沉積在芯棒7上，以便形成最終的預(yù)制品20(在它的形成過(guò)程中由虛線表示)。燃燒器19固定在機(jī)動(dòng)滑動(dòng)件21上面，該機(jī)動(dòng)滑動(dòng)件21再安裝在引導(dǎo)件22上，該引導(dǎo)件22允許滑動(dòng)件21平行于芯棒7滑動(dòng)。因此，燃燒器19能夠以可控制的方式沿該方向平移。
裝置3還包括未示出的氣體供給系統(tǒng)，用于向燃燒器19供給產(chǎn)生玻璃灰體所需的氣體。
裝置3與控制單元5電連接，以便接收用于滑動(dòng)件21和馬達(dá)18的控制信號(hào)。實(shí)際上，控制單元5提供用于起動(dòng)沉積處理的控制信號(hào)，然后當(dāng)已經(jīng)沉積了等于OM的包覆層質(zhì)量時(shí)停止該沉積處理。同一控制單元可以用于控制氣體供給系統(tǒng)，以便當(dāng)處理開(kāi)始時(shí)向燃燒器19供給氣體，并當(dāng)處理結(jié)束時(shí)停止氣體供給。
參考圖4，拉制塔4包括多個(gè)部件，這些部件基本沿垂直拉制方向?qū)R(使用術(shù)語(yǔ)“塔”的原因)。選擇垂直方向來(lái)進(jìn)行拉制處理的主要步驟是因?yàn)樾枰弥亓?，以便從最終玻璃預(yù)制品20上獲得可以拉制出光纖23的熔融材料。
詳細(xì)地說(shuō)，塔4包括用于支承和供給預(yù)制品20的裝置24；爐子25，用于進(jìn)行預(yù)制品20底部的控制熔融；牽引裝置26，用于從預(yù)制品20上拉出光纖23；以及用于纏繞該光纖23的裝置27。
爐子25可以為設(shè)計(jì)成產(chǎn)生預(yù)制品的控制熔融的任意類型?？梢杂糜谒?的爐子的實(shí)例如US4969941和US5114338中所述。爐子25可以提供有溫度傳感器28，該溫度傳感器28設(shè)計(jì)成產(chǎn)生表示爐子25內(nèi)部溫度的信號(hào)。爐子溫度是可以在拉制處理過(guò)程中變化以便改變拉制張力的處理參數(shù)。
而且，支承裝置24優(yōu)選是包括預(yù)制品位置傳感器29，該預(yù)制品位置傳感器29提供表示在該瞬時(shí)熔融的預(yù)制品20部分的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)z的信號(hào)。
優(yōu)選是，在爐子25的出口有張力監(jiān)測(cè)裝置30，該張力監(jiān)測(cè)裝置30設(shè)計(jì)成產(chǎn)生表示光纖23的張力的信號(hào)。監(jiān)測(cè)裝置30例如可以為美國(guó)專利5316562中所述類型，或者為US5079433中所述類型。裝置30還可以沿塔4進(jìn)行不同定位，特別是可以在爐子25和牽引裝置26之間的任意位置。
拉制塔4還可以包括直徑傳感器31，在這里所述的特殊實(shí)施例中，該直徑傳感器31位于裝置30的下面，它設(shè)計(jì)成產(chǎn)生表示沒(méi)有任何涂層的光纖23的直徑的信號(hào)。優(yōu)選是，直徑傳感器31還執(zhí)行表面缺陷檢測(cè)器的功能，從而檢測(cè)在光纖23的玻璃中的缺陷，例如氣泡或雜質(zhì)。直徑傳感器31例如可以為干涉儀類型。適于該范圍的儀器是由CERSA，Park Expobat 53，Plan de Campagne，F(xiàn)13825，Cabries，Cedex，F(xiàn)rance制造的LIS-G模件。這種傳感器特別設(shè)計(jì)成產(chǎn)生第一信號(hào)和第二信號(hào)，該第一信號(hào)與檢測(cè)直徑值和預(yù)定直徑值之間的差值成正比，而該第二信號(hào)表示任何表面缺陷的存在。
冷卻裝置32可以位于爐子25和直徑傳感器31下面，例如可以是有冷卻空腔的類型，該冷卻空腔設(shè)計(jì)成使冷卻氣體流通過(guò)。冷卻裝置32布置成相對(duì)于拉制方向同軸，因此，離開(kāi)爐子25的光纖23可以通過(guò)該冷卻裝置。冷卻裝置例如可以是如US5314515中所述的類型，或者是如US4514205中所述的類型。冷卻裝置32可以提供有溫度傳感器(未示出)，該溫度傳感器設(shè)計(jì)成提供冷卻空腔中的溫度指示。因?yàn)楣饫w拉制的速度通常相對(duì)較高，因此冷卻裝置32必須能夠使光纖23快速冷卻至適于隨后處理步驟的溫度，特別是適于后面所述的表面涂覆的溫度。
優(yōu)選是，塔4還包括第一和第二涂覆裝置33、34，該第一和第二涂覆裝置33、34位于沿垂直拉制方向在冷卻裝置32的下面，并設(shè)計(jì)成當(dāng)光纖經(jīng)過(guò)時(shí)分別使第一保護(hù)涂層以及包覆在該第一保護(hù)涂層上的第二保護(hù)涂層沉積在光纖23上。特別是，各涂覆裝置33、34包括相應(yīng)施加單元33a、34a，該施加單元33a、34a設(shè)計(jì)成將預(yù)定量的樹(shù)脂施加在光纖23上；以及相應(yīng)固化單元33b、34b，例如為UV燈烤箱，用于固化該樹(shù)脂，從而提供穩(wěn)定的涂層。涂覆裝置33、34例如可以為US5366527中所述類型，并可以根據(jù)要形成于光纖23上的保護(hù)涂層的數(shù)目而為多于或少于兩個(gè)。
牽引裝置26位于涂覆裝置33、34的下面，且優(yōu)選是為單滑輪或雙滑輪類型。在所示實(shí)施例中，牽引裝置26包括單個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滑輪35，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滑輪35設(shè)計(jì)成沿垂直拉制方向拉制光纖23。牽引裝置26可以提供有角速度傳感器36，該角速度傳感器36設(shè)計(jì)成在工作過(guò)程中產(chǎn)生指示滑輪35的角速度的信號(hào)。因此，在拉制處理過(guò)程中，滑輪35的轉(zhuǎn)速以及因此光纖的拉制速度是可以在拉制處理過(guò)程中變化的處理參數(shù)，以便使光纖23的拉制張力產(chǎn)生變化。
當(dāng)在拉制處理過(guò)程中光纖23的直徑產(chǎn)生不希望的變化時(shí)，直徑傳感器31的信號(hào)可以用于自動(dòng)改變光纖23的拉制速度，以便再次回到預(yù)定直徑值。實(shí)際上，當(dāng)直徑減小至低于預(yù)定界限值時(shí)，拉制速度減小，該減小量與直徑的減小成正比，而當(dāng)直徑增大至高于預(yù)定界限值時(shí)，拉制速度增大，該增大量與直徑的增大成正比。使用直徑傳感器信號(hào)和表面缺陷傳感器的實(shí)例如US5551967、US5449393和US5073179中所述。直徑傳感器和表面缺陷傳感器的數(shù)目和結(jié)構(gòu)可以與這些文獻(xiàn)所述不同。
塔4還可以包括用于調(diào)節(jié)光纖23在牽引裝置26下游的張力的裝置。裝置37設(shè)計(jì)成平衡在滑輪35和纏繞裝置27之間的光纖23張力的任何變化。優(yōu)選是，裝置37包括第一和第二滑輪37a、37b，該第一和第二滑輪37a、37b空轉(zhuǎn)地安裝在固定位置；以及第三滑輪37c，該第三滑輪可在它自身重量和光纖23的張力的作用下自由地垂直運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，當(dāng)光纖23的張力不希望地增加時(shí)，滑輪37c升高，且當(dāng)光纖23的張力不希望地減小時(shí)，滑輪37c降低，從而保持所述張力恒定?；?7c可以提供有垂直位置傳感器(未示出)，該垂直位置傳感器設(shè)計(jì)成產(chǎn)生表示滑輪37c的垂直位置的信號(hào)，因此指示光纖23的張力。
纏繞裝置27包括卷軸38和機(jī)動(dòng)裝置39，該機(jī)動(dòng)裝置39用于支承卷軸38并使該卷軸38運(yùn)動(dòng)。卷軸38有軸線38a，并確定了用于光纖23的柱形支承表面。裝置39設(shè)計(jì)成支承卷軸38，并使該卷軸繞軸線38a旋轉(zhuǎn)。
纏繞裝置27還包括光纖供給滑輪40，該光纖供給滑輪40可以安裝在機(jī)動(dòng)滑動(dòng)件(未示出)上，該機(jī)動(dòng)滑動(dòng)件可沿平行于卷軸軸線38a的軸線40a運(yùn)動(dòng)，且該光纖供給滑輪40設(shè)計(jì)成接收來(lái)自張力調(diào)節(jié)裝置37的光纖23，并沿基本垂直于軸線38a的方向?qū)⒐饫w23供給卷軸38。在纏繞光纖23的處理過(guò)程中，滑輪40的控制運(yùn)動(dòng)使得光纖23進(jìn)行螺旋纏繞。
也可選擇，滑輪40可以安裝在固定支承件上，卷軸38以控制方式沿軸線38a運(yùn)動(dòng)。
可以提供還一滑輪41，以便將光纖23從張力調(diào)節(jié)裝置37導(dǎo)向滑輪40a。如果需要，可以使用任何其它滑輪。
控制單元5與沿塔4存在的所有傳感器和檢測(cè)器電連接，并與塔4的、可從外部控制操作的所有部件電連接?？刂茊卧?設(shè)計(jì)成根據(jù)預(yù)設(shè)處理參數(shù)值、前述折射率測(cè)量結(jié)果以及根據(jù)由沿塔4布置的傳感器和檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)控制拉制處理的各個(gè)步驟。在單元5以及塔4的、與該單元5連接的各個(gè)部分之間的信息交換通過(guò)電子接口(未示出)來(lái)進(jìn)行，該電子接口能夠?qū)⒂伤鰡卧?產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成適于操作各個(gè)部件的模擬信號(hào)(例如電壓)，還能夠?qū)⒂蓚鞲衅骱蜋z測(cè)器接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成可由所述單元5解釋的數(shù)字信號(hào)。
特別是，可以提供以下接口第一接口，該第一接口與爐子25相連，從而允許單元5向爐子25發(fā)送控制信號(hào)以便控制它的溫度，也允許能夠接收來(lái)自溫度傳感器28的信息；第二接口，該第二接口與牽引裝置26相連，以便控制滑輪35的角速度，并接收來(lái)自與所述拉制裝置26相連的角速度傳感器36的信息；以及第三接口，該第三接口與纏繞裝置27相連，從而允許單元5向機(jī)動(dòng)裝置39發(fā)送控制信號(hào)，以便控制卷軸38的旋轉(zhuǎn)和平移速度，并接收來(lái)自與纏繞裝置27相連的角速度和線速度傳感器(未示出)的信號(hào)。
下面將參考圖5介紹形成用于光纖的玻璃預(yù)制品的方法。該方法包括以下步驟。
在第一步驟中(方框100)，通過(guò)沉積裝置(未示出)將多種化學(xué)物質(zhì)沉積在柱形芯軸(未示出)上，該柱形芯軸例如由氧化鋁或其它陶瓷材料制成。特別是，裝置3或本領(lǐng)域已知的任何其它蒸氣沉積裝置可以用于該步驟。所述物質(zhì)通常包括硅和鍺，它們作為氧化物(SiO2和GeO2)而沉積，該氧化物將隨后形成光纖的芯和覆層內(nèi)部部分。
在該沉積處理過(guò)程中，芯軸設(shè)置成繞它的軸線旋轉(zhuǎn)，燃燒器在預(yù)定運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)平行于芯軸軸線地往復(fù)運(yùn)動(dòng)預(yù)定次數(shù)，以便產(chǎn)生預(yù)定直徑和長(zhǎng)度的灰體本體。
在灰體沉積過(guò)程中，反應(yīng)劑流量可以變化，以便通過(guò)化學(xué)物質(zhì)的控制沉積而獲得預(yù)定的折射率型面。例如，可以產(chǎn)生如圖6所示的折射率型面(n是折射率，r是半徑)，它通常為色散轉(zhuǎn)變光纖，具有在中間的、高度為Δn的三角形部分(頂點(diǎn)在中心)以及在側(cè)部的階梯狀部分。
該第一步驟的產(chǎn)品是玻璃材料的柱形預(yù)制品，稱為“芯預(yù)制品”，它將形成光纖的芯和內(nèi)部覆層區(qū)域。
在第二步驟(方框200)中，在從芯預(yù)制品中抽出芯軸，從而在其中留下中心孔之后，芯預(yù)制品在已知類型的爐子(未示出)中進(jìn)行干燥和固結(jié)處理，該步驟包括將Cl2和其它氣體供給中心孔中，以便減小在預(yù)制品中包含的氫氧離子(-OH)和水原子。這樣，獲得了玻璃化的芯預(yù)制品，其中，該中心孔的直徑小于初始芯預(yù)制品。
申請(qǐng)人證實(shí)，在固結(jié)處理過(guò)程中，芯預(yù)制品的不同縱向部分可以受到不同的熱過(guò)程，并暴露在不同氣體中。該非均勻溫度處理可以導(dǎo)致折射率型面沿該預(yù)制品變化。
在第三步驟(方框300)中，在中心孔內(nèi)產(chǎn)生真空之后(例如在US4810276中所述)，玻璃化的芯預(yù)制品布置在已知類型的垂直爐(未示出)中，用于使它的底端熔化。該熔化的玻璃材料通過(guò)牽引裝置向下拉伸，從而形成預(yù)定直徑的柱形細(xì)長(zhǎng)部件。在該步驟中，表面張力使得孔的壁壓縮。例如可以使用在專利申請(qǐng)WO01/49616中所述類型的牽引裝置，這樣，在拉伸過(guò)程中，使細(xì)長(zhǎng)部件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，從而生成非常直的桿狀部件(即沒(méi)有內(nèi)在的形狀缺陷)。
申請(qǐng)人已經(jīng)證明，在芯預(yù)制品拉伸處理過(guò)程中，拉伸速度的動(dòng)態(tài)波動(dòng)可能使得玻璃桿的直徑變化，這可能影響折射率型面沿玻璃體的均勻性。
在進(jìn)一步冷卻之后，對(duì)這樣制成的細(xì)長(zhǎng)部件進(jìn)行切割，以便獲得多個(gè)桿，稱為“芯棒”，它的長(zhǎng)度通常為大約1米，外徑通常為大約10-20mm。
在第四步驟(方框400)中，通過(guò)使用前述測(cè)量裝置2來(lái)對(duì)各個(gè)芯棒在多個(gè)部分處進(jìn)行折射率型面測(cè)量。然后，裝置2處理這些數(shù)據(jù)，且作為該步驟的結(jié)果，它將信號(hào)發(fā)送給控制單元5，該信號(hào)載有要在拉制處理中施加的拉制張力的最佳準(zhǔn)則T(z)以及要在包覆處理中沉積在芯棒上的最佳包覆層質(zhì)量OM，如后面所述。
在第五步驟(方框500)，各芯棒用作進(jìn)行進(jìn)一步蒸氣沉積處理(“包覆”)的基質(zhì)，該進(jìn)一步蒸氣沉積處理類似于第一步驟中的蒸氣沉積處理，并通過(guò)沉積裝置3來(lái)進(jìn)行。該沉積處理包括在芯棒上沉積多種化學(xué)物質(zhì)(通常包括SiO2)，它們將隨后形成光纖的覆層的外部部分。該步驟的產(chǎn)品是低密度柱形預(yù)制品，下文中稱為“最終預(yù)制品”?？刂茊卧?能夠通過(guò)已知馬達(dá)18的轉(zhuǎn)速、滑動(dòng)件21的平移速度以及供給燃燒器19的玻璃產(chǎn)物母體的流量來(lái)確定沉積在芯棒7上的包覆層質(zhì)量等于OM時(shí)的時(shí)間。當(dāng)?shù)竭_(dá)該時(shí)間時(shí)，控制單元停止沉積處理。
在第六步驟(方框600)中，最終預(yù)制品通過(guò)與第三步驟中所述基本相同的過(guò)程來(lái)干燥和固結(jié)，以便獲得玻璃化的最終預(yù)制品。
在第七(最后)步驟(方框700)中，最終預(yù)制品進(jìn)行拉制，以便獲得光纖。詳細(xì)地說(shuō)，預(yù)制品20由裝置24垂直支承，并由此供給爐子25內(nèi)，以便使該預(yù)制品的底部進(jìn)行控制熔融。由該熔融材料形成的光纖23通過(guò)牽引裝置26向下拉動(dòng)，并通過(guò)纏繞裝置27而纏繞在卷軸38上?？刂茊卧?可以調(diào)節(jié)在處理過(guò)程中的預(yù)制品供給速度和光纖纏繞速度，特別是與拉制速度的新值相適應(yīng)。在該處理過(guò)程中，在預(yù)制品供給速度和拉制速度之間的比例應(yīng)當(dāng)平均等于光纖直徑和預(yù)制品直徑之間的平方比。
根據(jù)本發(fā)明，拉制根據(jù)在第四步驟中確定的張力準(zhǔn)則T(z)來(lái)進(jìn)行。為了使張力T根據(jù)準(zhǔn)則T(z)來(lái)變化，控制單元5可以選擇干涉牽引裝置26，以便改變拉制速度，或者干涉爐子25，以便改變爐中的溫度。在一個(gè)實(shí)例中，控制單元5和牽引裝置26的組合定義為拉制張力調(diào)節(jié)裝置，而在另一實(shí)例中，控制單元5和爐子25組合定義為拉制張力調(diào)節(jié)裝置。與爐子25相連的傳感器28以及與牽引裝置26相連的傳感器36提供了對(duì)控制單元5的反饋信號(hào)，這使得能夠分別精確控制爐子35內(nèi)的溫度以及拉制速度。
而且，在處理過(guò)程中，張力監(jiān)測(cè)裝置30向控制單元5提供表示光纖23的張力的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)可以由控制單元5利用，以便使選定的張力調(diào)節(jié)參數(shù)(即拉制速度或爐溫度)沿正確的方向變化。特別是，控制單元使檢測(cè)的張力與由位置傳感器29提供的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)z相關(guān)(除了校正因素之外，由傳感器29提供的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)z等于經(jīng)過(guò)裝置30的光纖部分的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo))，并使該值與在由測(cè)量裝置2預(yù)先計(jì)算的目標(biāo)準(zhǔn)則T(z)中與坐標(biāo)z相對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行比較，并改變張力調(diào)節(jié)參數(shù)，從而使所述兩值之間的差值減小。
當(dāng)拉制光纖時(shí)，冷卻裝置32使光纖23冷卻，且第一和第二涂覆裝置33、34將第一和第二保護(hù)涂層施加在該光纖23上。而且，直徑傳感器31將它的檢測(cè)信號(hào)供給控制單元5，且控制單元5可以使用該信號(hào)來(lái)干涉牽引裝置26，以便稍微改變拉制速度。
下面將參考圖7的流程圖更詳細(xì)地介紹測(cè)量折射率型面的步驟(第四步驟)。
該步驟開(kāi)始于測(cè)量在芯棒7的多個(gè)m部分Si(i＝1、2、...m)處的折射率型面n(r)(方框410)，這些部分優(yōu)選是等間距，從而獲得多個(gè)曲線ni(r)。測(cè)量根據(jù)前述US4227806和US472667的教導(dǎo)來(lái)進(jìn)行。而且，各部分的曲線n(r)這樣確定，即通過(guò)測(cè)量所述部分的第一折射率型面n′(r)；在使芯棒繞它的軸線旋轉(zhuǎn)90之后測(cè)量相同部分的第二折射率型面n″(r)；對(duì)這兩個(gè)曲線n′(r)和n″(r)進(jìn)行平均，且在所形成的曲線中對(duì)兩半(左側(cè)和右側(cè))進(jìn)行平均。然后將不同部分的曲線ni(r)儲(chǔ)存在處理單元16中。
然后，處理單元16對(duì)這些曲線進(jìn)行模擬和進(jìn)一步操作。
在模擬(方框420)時(shí)，處理單元16判斷折射率型面將怎樣受到在拉制處理中玻璃體的拉伸、在包覆層沉積處理中施加的包覆層質(zhì)量以及在拉制處理過(guò)程中拉制張力的變化的影響。特別是，考慮多個(gè)n不同的包覆層質(zhì)量值OMj(j＝1、2...n)和多個(gè)p不同的張力值Tk(k＝1、2...p)。本申請(qǐng)人證明，拉伸玻璃體和施加包覆層質(zhì)量使得n(r)曲線中在r軸線上的刻度(scale)產(chǎn)生變化，同時(shí)改變拉制張力使得n(r)曲線中在n軸線上的刻度產(chǎn)生變化。因此獲得曲線nijk(r)的m×n×p矩陣，其中，各曲線ni(r)產(chǎn)生具有不同r-刻度和n-刻度變化因素的n×p不同曲線。
然后，處理單元16對(duì)于各個(gè)曲線nijk(r)求解(方框430)具有該折射率型面的光纖中的電磁輻射的麥克斯韋傳播方程，并通過(guò)使用例如由Qing-Yu-Li在“Propagation characteristics of single-modeoptical fibre with arbitrary refractive index profilethe finitequadratic element approach”J.Lightwave Technology 9(1991)22中所述的方法來(lái)確定至少預(yù)定光學(xué)傳播參數(shù)P的值，該預(yù)定參數(shù)P由通過(guò)求解麥克斯韋方程而建立的傳播條件而得出。在考慮的優(yōu)選實(shí)例中，考慮了多個(gè)q參數(shù)P1(1＝0、1、...q)。可能參數(shù)的實(shí)例是在1530nm的波型色散、在1565nm的波型色散、在1550nm的波場(chǎng)直徑MFD以及截?cái)嗖ㄩL(zhǎng)。
然后，處理單元16使所述參數(shù)P1的值與預(yù)定最小值和/或最大值P1，min和P1，max比較(方框440)。特別是，處理單元16考慮了目標(biāo)函數(shù)G，該目標(biāo)函數(shù)G測(cè)量使光纖在規(guī)格中的可能性，并考慮模擬錯(cuò)誤的標(biāo)準(zhǔn)偏差。函數(shù)G可以涉及不同參數(shù)P1如下G=Π1[1-Q(P1-P1,minσ1)-Q(P1,max-P1σ1)]]]>其中，Q(z)是遞減函數(shù)，它在z＝0時(shí)為1，且當(dāng)z接近無(wú)限是將接近零。當(dāng)只強(qiáng)調(diào)一個(gè)條件時(shí)，該條件可以是在最大值的條件或者在最小值的條件，在前述公式中將沒(méi)有涉及其它條件(最小值或最大值)的部分。對(duì)于各個(gè)不同曲線nijk(r)計(jì)算函數(shù)G，該函數(shù)G的最大值為1，從而獲得值Gijk的m×n×p矩陣。
根據(jù)上述表達(dá)式，對(duì)于包覆層質(zhì)量OMj的各個(gè)考慮值，可以聯(lián)系拉制張力和沿芯棒的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)z的相應(yīng)兩個(gè)不同離散函數(shù)Gik。對(duì)于該示例函數(shù)Gik，可以通過(guò)三次多項(xiàng)式差值(樣條)來(lái)得出(方框450)相應(yīng)的連續(xù)函數(shù)G(T，z)。因此，對(duì)于n個(gè)不同的包覆層質(zhì)量值OMj，將找到n個(gè)不同的連續(xù)函數(shù)Gj(T，z)。
對(duì)于各所述Gj(T，z)函數(shù)，可以在T-z平面找到路徑T(z)，G(T，z)函數(shù)沿該路徑最大(即最佳)，同時(shí)∂G∂T|z=0]]>(或者G＝G(T0，z)、或者G＝G(Tp，z)，當(dāng)在給定位置z處，G在所考慮的張力范圍的一個(gè)極值(T0，Tp)處最大)。該路徑是將用于拉制處理中的最佳T(z)函數(shù)。
最后，在前述n個(gè)值OMj中確定(方框470)最佳包覆層質(zhì)量OM，因?yàn)榕cT(z)曲線相關(guān)的該質(zhì)量提供了G的最高值。
在該處理步驟結(jié)束時(shí)，處理單元16向控制單元5供給包含關(guān)于最佳準(zhǔn)則T(z)和最佳質(zhì)量OM的信息的信號(hào)，以便如前所述用于控制包覆層沉積處理和拉制處理。
作為實(shí)際情況的一個(gè)實(shí)例，直徑為1cm且長(zhǎng)度為110cm的芯棒7可以考慮進(jìn)行分析十等分部分S1、S2、...S10；在5200g和7100g之間的、以100g為間隔的二十個(gè)包覆層質(zhì)量值OM1、OM2、...OM20；以及在200和350g之間的、以25g為間隔的七個(gè)拉制張力值T1、T2、...T7。
因此，在第二模擬結(jié)束時(shí)，獲得10×20×7曲線nijk(V)的矩陣。在求解各所述曲線的麥克斯韋方程之后，例如可以考慮下面的條件在1530nm的色散(D1530)＞2ps/nm/Km；
在1565nm的色散(D1565)＜6ps/nm/Km；10.0μm＞在1550nm的MFD＞9.2μm。
因此計(jì)算下面的校正參數(shù)GG=[1-Q(D1530-2σ1530)]·[1-Q(6-D1565σ1565)]·[1-Q(MDF-9.2σMDF)-Q(10.0-MDFσMDF)]]]>對(duì)于各個(gè)曲線nijk(r)，因此獲得相應(yīng)的10×20×7矩陣的Gijk值，并如前述進(jìn)行隨后的操作。
本發(fā)明的處理也可以以另外的可選方式進(jìn)行，其中，不是在芯棒7上檢測(cè)折射率型面，而是在拉制處理之前直接在最終預(yù)制品20上檢測(cè)。
當(dāng)用于容納最終預(yù)制品時(shí)，測(cè)量裝置2的腔室6優(yōu)選是充滿折射率匹配液態(tài)(例如滑油)，該折射率匹配液態(tài)的折射率基本與預(yù)制品20的覆層部分的折射率相同。
因此，處理如流程圖8所示進(jìn)行變化，其中，這里以400′表示的、測(cè)量折射率型面的步驟變化成在使最終預(yù)制品固結(jié)的步驟(方框600)之后和在拉制光纖的步驟(方框700)之前。
在該可選處理中，包覆處理顯然并不受到(在之前進(jìn)行的)折射率型面測(cè)量的影響，所述測(cè)量結(jié)果只是用于干涉拉制處理。這時(shí)，測(cè)量折射率型面n(r)的處理(方框400′)可以如下面參考圖9所述進(jìn)行。
在第一步驟(方框410′)中對(duì)最終預(yù)制品20的多個(gè)m部分Si(i＝1、2、...m)進(jìn)行測(cè)量，方法與前面對(duì)芯棒7所述相同，這樣獲得多個(gè)m曲線ni(r)。不同部分的曲線ni(r)儲(chǔ)存在處理單元16中。
然后進(jìn)行模擬(方框420′)，其中，處理單元16判斷折射率型面怎樣受到拉制處理中對(duì)玻璃體的拉伸以及在拉制處理過(guò)程中拉制張力的變化的影響。特別是，考慮了多個(gè)p不同張力值Tk(k＝1、2、...p)。如前所述，玻璃體的拉伸將導(dǎo)致在ni(r)曲線中在r軸線上的刻度變化，同時(shí)，改變拉制張力使得這些曲線在n軸線上的刻度變化。因此，可以獲得曲線nik(r)的m×p矩陣，其中，各曲線nik(r)產(chǎn)生具有不同n刻度變化因素的p個(gè)不同曲線。
然后，處理單元16對(duì)于各個(gè)曲線nik(r)求解(方框430′)具有該折射率型面的光纖中的電磁輻射的麥克斯韋傳播方程，并確定預(yù)定光學(xué)傳播參數(shù)P1的值。然后，處理單元16確定(方框440′)包括nik(r)曲線的目標(biāo)函數(shù)G值的m×p矩陣Gik。
由Gik矩陣，處理單元16通過(guò)三次多項(xiàng)式差值(樣條)來(lái)得出(方框450′)相應(yīng)的連續(xù)函數(shù)G(T，z)，其中z為沿預(yù)制品的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)。
然后，處理單元16在T-x平面中確定路徑T(z)，G(T，z)函數(shù)沿該路徑T(z)最大，即∂G∂T|z=0]]>(或者G＝G(T0，z)、或者G＝G(Tp，z)，當(dāng)在給定位置z處，G在所考慮的張力范圍的一個(gè)極值(T0，Tp)處最大)。該路徑是將用于拉制處理中的最佳T(z)函數(shù)。
本申請(qǐng)人進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)，以便證明本發(fā)明方法的效果。特別是，已經(jīng)證明了拉制張力變化對(duì)前述參數(shù)D1530、D1565和MFD的效果。
圖10a、10b和10c分別涉及前述P1參數(shù)D1530、D1565和MFD。橫坐標(biāo)是指拉制光纖的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于所述P1參數(shù)在各圖中，曲線a是在300g恒定拉制張力下拉制的光纖的模擬曲線，曲線b是第一個(gè)四分之一在250g張力且其余3個(gè)四分之一在300g張力的情況下拉制的光纖的模擬曲線，而曲線c是在與曲線b相同條件下拉制的光纖的實(shí)驗(yàn)曲線。虛線表示所述參數(shù)的最大和/或最小值(根據(jù)規(guī)格)。
可以看到，沿恒定張力進(jìn)行拉制將導(dǎo)致所述參數(shù)沿光纖有較高變化，有超過(guò)規(guī)格界限的危險(xiǎn)，張力的合適變化可以減小參數(shù)的變化范圍。特別是，可以保證參數(shù)保持充分遠(yuǎn)離規(guī)格界限。
上述情況是非常簡(jiǎn)單的情況，它考慮了拉制張力在處理過(guò)程中的簡(jiǎn)單變化。在實(shí)際情況中，本發(fā)明方法可以考慮在拉制處理過(guò)程中改變拉制張力預(yù)定次數(shù)，以便減小光學(xué)傳播參數(shù)的變化。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的所述實(shí)施例進(jìn)行各種改變和變化。
例如，顯然折射率型面測(cè)量可以在各種適于拉制成光纖的預(yù)制品上進(jìn)行，特別是也可以在由VAD或MCVD沉積處理產(chǎn)生的預(yù)制品上進(jìn)行。
而且，應(yīng)當(dāng)知道，盡管為了簡(jiǎn)明而表示和介紹了單個(gè)控制單元5，但是沉積裝置3和拉制塔4可以由不同控制單元控制，該控制單元能夠接收來(lái)自測(cè)量裝置2的、怎樣執(zhí)行相應(yīng)處理步驟的相應(yīng)信息，以便減小折射率型面沿最終光纖的變化。
還應(yīng)當(dāng)知道，在最簡(jiǎn)單的方面，本發(fā)明的方法包括根據(jù)測(cè)量的折射率型面(在芯棒或在最終預(yù)制品中)來(lái)改變拉制張力，以便生成具有基本均勻光學(xué)傳播參數(shù)的光纖。例如如前所述處理測(cè)量的折射率型面是提供要施加的拉制張力在拉制處理過(guò)程中的變化的最佳準(zhǔn)則的優(yōu)選方法。
權(quán)利要求
1.一種用于確定光纖拉制處理的拉制張力變化準(zhǔn)則的方法，包括以下步驟測(cè)量在適于拉制成所述光纖的玻璃預(yù)制品的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；以及處理所述多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則。
2.一種用于確定光纖拉制處理的拉制張力變化準(zhǔn)則的方法，包括以下步驟測(cè)量在適于形成光纖的中心部分的芯棒的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；以及處理所述多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中處理所述多個(gè)折射率型面包括模擬使拉制張力變化對(duì)所述多個(gè)折射率型面的各折射率型面的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，處理所述多個(gè)折射率型面包括確定目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)將至少預(yù)定光學(xué)傳播參數(shù)與拉制張力以及與沿玻璃預(yù)制品或芯棒的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)分別聯(lián)系起來(lái)；以及找出在拉制張力值以及所述標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)的平面中使得所述目標(biāo)函數(shù)最佳化的通路。
5.一種用于制造光纖的方法，包括以下步驟制造玻璃預(yù)制品；測(cè)量在該玻璃預(yù)制品的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；處理所述多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則；以及通過(guò)向所述光纖施加拉制張力而由所述玻璃預(yù)制品拉制所述光纖，它包括根據(jù)所述拉制張力變化準(zhǔn)則來(lái)改變所述拉制張力。
6.一種用于制造光纖的方法包括以下步驟制造玻璃芯棒；測(cè)量在該芯棒的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；處理所述多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則；將玻璃灰體沉積在所述芯棒上，以便獲得玻璃預(yù)制品；使所述玻璃預(yù)制品固結(jié)；以及通過(guò)向所述光纖施加拉制張力而由所述玻璃預(yù)制品拉制所述光纖，它包括根據(jù)所述拉制張力變化準(zhǔn)則來(lái)改變所述拉制張力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中處理步驟包括模擬使拉制張力變化對(duì)所述多個(gè)折射率型面的各折射率型面的影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，處理步驟包括確定目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)將至少預(yù)定光學(xué)傳播參數(shù)與拉制張力以及與沿玻璃預(yù)制品或芯棒的標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)分別聯(lián)系起來(lái)；以及找出在拉制張力值以及所述標(biāo)準(zhǔn)縱坐標(biāo)的平面中使得所述目標(biāo)函數(shù)最佳化的通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中處理所述多個(gè)折射率型面包括確定要沉積在所述柱形玻璃體上的所述玻璃灰體的量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中確定要沉積的所述玻璃灰體的量包括對(duì)各所述部分模擬使所述沉積玻璃灰體量變化對(duì)所述多個(gè)折射率型面的各折射率型面的影響。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中改變所述拉制張力包括改變光纖拉制的速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中拉制所述光纖包括使所述玻璃預(yù)制品處于玻璃熔融溫度下，且改變所述拉制張力包括改變所述玻璃熔融溫度。
13.一種用于確定光纖拉制處理的拉制張力變化準(zhǔn)則的裝置，包括用于測(cè)量沿柱形玻璃體(7；20)的折射率型面的裝置(2)，該柱形玻璃體適于形成光纖(23)的至少中心部分；以及處理單元(16)，用于處理所述測(cè)量的結(jié)果，以便獲得所述拉制張力變化準(zhǔn)則。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中處理單元(16)包括用于模擬使拉制張力變化對(duì)測(cè)量的折射率型面的影響的裝置。
15.一種用于制造光纖(23)的組件(1)，包括用于產(chǎn)生柱形玻璃體(7；20)的裝置(3)，該柱形玻璃體適于形成光纖的至少中心部分；如權(quán)利要求13或14所述用于確定拉制張力變化準(zhǔn)則的裝置；以及拉制裝置(4)，用于拉制所述光纖(23)，它包括拉制張力調(diào)節(jié)裝置(5、25；5、26)，用于根據(jù)拉制張力變化準(zhǔn)則來(lái)調(diào)節(jié)拉制張力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組件，還包括沉積裝置(3)，用于將玻璃灰體沉積在所述柱形玻璃體(7)上，以便獲得玻璃預(yù)制品(20)；以及固結(jié)裝置，用于所述玻璃預(yù)制品(20)固結(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組件，其中，拉制張力調(diào)節(jié)裝置(5、25)包括玻璃熔融爐(25)；以及控制單元(5)，用于根據(jù)所述拉制張力變化準(zhǔn)則向所述爐(25)發(fā)送控制信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組件，其中，拉制張力調(diào)節(jié)裝置(5、26)包括牽引裝置(26)，用于由玻璃預(yù)制品(20)拉出光纖；以及控制單元(5)，用于根據(jù)所述拉制張力變化準(zhǔn)則向所述牽引裝置(26)發(fā)送控制信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組件，其中處理單元(5)包括用于模擬使沉積的玻璃灰體量變化對(duì)測(cè)量的折射率型面的影響的裝置。
全文摘要
一種用于制造光纖的方法包括以下步驟制造玻璃芯棒；測(cè)量在該芯棒的多個(gè)部分處的折射率型面，以便獲得相應(yīng)的多個(gè)折射率型面；處理所述多個(gè)折射率型面，以便確定拉制張力變化準(zhǔn)則；將玻璃灰體沉積在所述芯棒上，以便獲得玻璃預(yù)制品；使所述玻璃預(yù)制品固結(jié)；以及通過(guò)向所述光纖施加拉制張力而由所述玻璃預(yù)制品拉制所述光纖，其中，拉制張力根據(jù)所述拉制張力變化準(zhǔn)則而變化。
文檔編號(hào)G01M11/00GK1582261SQ01823895
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者安東尼奧·科拉羅 申請(qǐng)人:皮雷利&C.有限公司