[发明专利]拉制波导纤维的设备和方法

说明书

发明的领域

本发明涉及拉制波导纤维的方法和设备。更确切地说，本发明涉及显著降低拉制过程中纤维内产生的点缺陷损耗的炉子。

发明的背景

从高含量二氧化硅的纤维预制品或坯料拉制高强度、低损耗纤维，需要相当高的热源。用来拉制这种纤维的两种主要热源是氧化锆和石墨炉子。拉制纤维的炉子通常在高于约1900℃、有些高达约2050℃的温度下运行。

氧化锆感应炉通常包括一个套壳，在其中心部装有管状的、由氧化钇稳定的氧化锆感应器，该感应器由盛有粒状氧化锆绝缘材料的圆柱状石英烧杯包围。感应线圈包围绝缘材料，在供给能量时产生交替变化的电磁场。电磁场与感应器偶合，而升高感应器的温度，形成一个加热带。光学玻璃纤维预制品的一端下落至加热带，使此端熔化，从该熔化端就可拉制纤维。

氧化锆感应炉的一个缺点是：长期使用和热机械应力会在马弗炉和感应器内产生裂缝。该裂缝会引起氧化锆粒子从炉子的内表面迁移至预制品和/或由预制品拉出的纤维上，产生很脆弱的纤维，而且成品损耗达不到要求。

石墨感应炉一般具有不易产生裂缝的石墨马弗炉，但石墨炉的缺陷是在拉制的高温下会发生氧化。有人建议：在石墨炉中拉制波导纤维，必须在惰性保护气氛下进行，以防止马弗炉的氧化。当外界气体与马弗炉的固态碳在高温下按下述反应式进行反应时，就发生氧化：

(1)

(2)

用于拉制炉的石墨，其反应(1)的一般起始温度约为700℃。高于900℃时，反应(2)变得明显。马弗炉与氧和二氧化碳的这些反应，会耗损马弗炉，尤其是在拉制纤维的高温下。

石墨马弗炉材料是由碳粘合剂基体粘合起来的石墨颗粒的复合物。据认为：粘合剂材料比石墨颗粒更易氧化。因此，当这两种材料的复合物在高于氧化起始温度的温度下暴露于氧时，粘合剂基体材料优先氧化。石墨颗粒在没有粘合剂将它们固定于其位置上时，就自由地离开复合物结构。据认为：此机理引起石墨粒子从马弗炉壁上迁移至纤维预制品和/或正在拉制的纤维上。

进入正在拉制的纤维内的石墨粒子，会导致由点缺陷产生的不可接受的制品损耗。点缺陷表现为纤维传输信号的明显衰减。由拉制炉子的石墨粒子引起的点缺陷而产生的损耗，可高于约5％，这是不能接受的高损耗。在拉制过程中粘附于纤维的石墨粒子还会使纤维断裂。

如上所述，有人提出：通过在惰性的保护气氛中进行拉制，可以解决石墨马弗炉的氧化问题。通过把马弗炉放在一个外套内，并在外套和马弗炉的外壁间通以惰性气体以隔离石墨马弗炉的外表面。然而，要排除马弗炉内的所有氧很困难。尤其是马弗炉内表面是暴露于周围空气中的氧的，因为在装和拆波导纤维预制品时，周围空气会进入炉子。另外，由于从炉子排除氧化剂很困难，据信炉子内有氧存在。例如，马弗炉的上部会由于坯料装入炉子期间，停留于马弗炉内的光导纤维坯料的含氧的多孔烟灰部份而氧化，据信存在于坯料多孔部位内的氧，使炉子氧化而产生石墨粒子。

考虑到以上问题，需要有一种不产生石墨粒子的拉制纤维的石墨马弗炉，以显著降低纤维内的点缺陷损耗。

发明的概述

因此，总的来说，本发明提供一种用来加热波导玻璃纤维预制品至足以拉制纤维的温度的设备，该设备包括整体为管状的石墨马弗炉，该马弗炉的内表面涂覆有高纯度碳化硅。涂层厚度优选至少约2密耳，含有低于约900份/十亿的杂质。

另一方面，本发明提供一种在拉制炉内制造波导纤维的方法，拉制炉包括具有内表面的整体为管状的石墨马弗炉。该方法包括在石墨马弗炉内表面上涂覆高纯度碳化硅的步骤。该方法还包括将波导纤维预制品放置在马弗炉内、加热炉子至足以从预制品拉制纤维的温度、并由坯料拉制成纤维。

从上述概述中可以认识到几个重要的优点。本发明的主要优点是显著降低在石墨马弗炉的炉子内拉制的波导纤维内的点缺陷损耗。本发明的其他特点和优点将在下面说明中阐述。应当理解：上面的说明和下面的详细说明都是示范性和说明性的，旨在提供对本发明权利要求的进一步说明。附图的各部分没有按比例画，有时故意失真是为了更好地说明本发明。

附图的简要说明

图1是说明本发明光导纤维拉制炉的示范方式的示意图。

详细说明

下面详细说明本发明的优选实施方式，附图示意说明了一个实施例。