專利名稱：用雙坩堝技術(shù)進行光纖制造的流量控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及有關(guān)光纖制造的改進之事。尤其，本發(fā)明涉及在雙坩堝拉制光纖時對纖芯材料流量進行控制的改進方法和裝置。
背景技術(shù)：
拉制光纖通常所使用的技術(shù)是雙坩堝技術(shù)，它是用于從一對熔融玻璃生產(chǎn)光纖的。成品光纖由被包層包裹的纖芯構(gòu)成。在制造光纖時，通常需要兩種不同的材料，一種用于纖芯而另一種則用于包層。
雙坩堝一般包括兩個同軸的容器。內(nèi)容器包含用于纖芯的材料，而外容器則內(nèi)含用于包層的材料。在每只容器的底部鉆有一個小孔，或排出口，以讓熔融玻璃流下來。當(dāng)纖芯材料在內(nèi)容器的排出口與包層材料相遇時，形成光纖的幾何形狀。纖芯的大小直接正比于纖芯流與包層流之體積比的平方根。
雙坩堝技術(shù)對于加工不能在諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù)等其它常規(guī)制造技術(shù)中使用的材料是有用的。復(fù)合的多組分玻璃合成物是雙坩堝工藝的良好選擇物。這些玻璃只能在高溫下熔融原材料或溶膠一凝膠才能得到。雙坩堝技術(shù)的另一好處是一個步驟的工藝，在此一步工藝中，這些材料直接被轉(zhuǎn)變成光纖。其它技術(shù)則需要多次步驟。這方面的一個例子就是預(yù)制棒技術(shù)，在這種技術(shù)中，需要一個步驟或兩個步驟來制作由包層圍著的纖芯材料構(gòu)成的預(yù)制棒，接著用附加的步驟把預(yù)制棒拉絲成一根光纖。
正如指出的，雙坩堝技術(shù)的纖芯大小正比于纖芯與包層材料之體積流量比的平方根。雙坩堝技術(shù)中的流速往往是由簡單的重力給料所控制的。如果是這樣的話，體積流量是由內(nèi)、外坩堝的設(shè)計，還有每個內(nèi)、外坩堝內(nèi)液體的特性，包括表面張力和粘度所控制的。在一個制造過程中，任何特定時間的流速還受到每只坩堝中液體的水頭壓力的影響。水頭壓力在整個過程中隨液體的液位變化而變化。另外，由外部的參數(shù)調(diào)節(jié)來影響流速是可能的，如在下面稍后所討論的。
至于重力給料，把熔融的纖芯和包層材料分別引入到內(nèi)、外坩堝中。對于小尺寸纖芯，其纖芯尺寸對包層尺寸的比率是由在內(nèi)、外坩堝的直徑比所給出。一種有用的光纖具有纖芯尺寸為4微米，包層尺寸為125微米。這種光纖可用直徑為1.3mm的內(nèi)坩堝和直徑為40mm的外坩堝來制造。這樣的光纖也可用其它的坩堝尺寸來制造，只要內(nèi)、外坩堝的直徑比是相同的。例如，直徑為80mm的外坩堝可以與直徑為2.6mm的內(nèi)坩堝一起使用。采用這些坩堝尺寸的重力給料對多種玻璃合成物是有效的。但是，對某些合成物，特別是那些易于發(fā)生高度表面揮發(fā)的合成物，液面張力會在纖芯流中產(chǎn)生不一致。另外，某些合成物易于在纖芯表面形成一薄層硬表面，這種硬表面顯著地防礙重力給料，且趨向使得重力流不規(guī)則和不可預(yù)測。所以，對這些合成物，采用重力給料法，對纖芯尺寸難以或不可能精確控制。
在許多情況下，為了控制纖芯尺寸，可以對內(nèi)坩堝施以過壓或低壓以便增加或減少纖芯流量，這可以調(diào)節(jié)液體流量。這個方法對于改變纖芯對包層的比率特別有用，不需要改變內(nèi)、外坩堝之比。但是，對于玻璃合成物，它們由于揮發(fā)而不能采用重力給料給出一致的結(jié)果，所以施加過壓或低壓是無效的。因為液面張力繼續(xù)占優(yōu)勢，所以這個無效結(jié)果導(dǎo)致不一致的流量。
靠調(diào)節(jié)坩堝的尺寸來控制流量還涉及成本，并且導(dǎo)致與需要改變坩堝尺寸從而改變流速和纖芯尺寸相關(guān)的不方便。
所以在本領(lǐng)域中，對光纖的雙坩堝拉制技術(shù)存在著一種需要，這個技術(shù)對各種纖芯材料，包括在液體表面易受張力的纖芯材料，會產(chǎn)生可接受的結(jié)果，且提供一種不需要使用不同的或重新設(shè)計的坩堝來改變流速的方法。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的一種雙坩堝裝置，用在內(nèi)坩堝內(nèi)運動的活塞桿來推動或保留纖芯材料的方法來控制纖芯材料流量，如果桿移動得足夠快，則纖芯材料將被桿的移動所推動。如果活塞是停止的或移動得跳夠慢，由于在纖芯材料和坩堝壁之間的摩擦力和由桿引起的阻凝，則纖芯材料的流量會被阻凝或停止，對單模光纖，合適的包層流速可能是在每小時幾十克的量級，例如，每小時30克，面對于單模光纖的纖芯流量是在小于三個量級的量級上，例如，每小時0.03克。內(nèi)坩堝的直徑只有幾個毫米，為了把泄漏流量減為最小或避免泄漏，只要活塞是用與纖芯材料相容的難熔材料制成的，并選擇得與內(nèi)坩堝直徑盡可能的接近。在決定桿和內(nèi)坩堝的相對直徑時，必須對桿和內(nèi)坩堝將在高溫環(huán)境下使用和容易愛到膨脹的事實作出考慮。在桿和內(nèi)坩堝之間可能會有失配，而尺寸的選擇必須觸適應(yīng)可能發(fā)生的不均勻的膨脹。當(dāng)桿被扦入時，要提供空間讓空氣從內(nèi)坩堝逸出也可能是必須的。桿可能是平滑的，或者可能是鉆有小孔，以便把夾在內(nèi)坩堝中的空氣減少到最小或者避免有任何空氣。
對于固定的坩堝尺寸和桿尺寸，纖芯尺寸是桿的速度和光纖速度的函數(shù)。按照本發(fā)明的雙坩堝裝置包括控制桿的機制來控制桿速度以便獲得在桿速度和光纖速度之間的正常關(guān)系，給出所要的纖芯尺寸。在制造光纖時光纖速度不是常數(shù)。所以，當(dāng)光纖生產(chǎn)在進行時，控制桿的機制最好接收反映光纖速度的信息，并使用一個計算機制來計算對經(jīng)常的光纖速度計算出必要的桿速度?？刂茥U的機制還包括一個使桿按由計算機制所決定的準(zhǔn)確速度運動的機制。對粘度較低的情況，由桿的插入造成的泄漏變得顯著了，控制機構(gòu)最好采用所用的特殊纖芯材料合成物用實驗方法決定的參數(shù)來調(diào)節(jié)桿速，以便減小或消滅泄漏流量。
本發(fā)明的較為完全的理解，還有本發(fā)明進一步的特點與優(yōu)點，從下面的詳細描述和附圖中將會是顯然的。
附圖簡述

圖1說明按照本發(fā)明的使用桿來控制纖芯材料流量的一個雙坩堝系統(tǒng)；圖2是示出按照本發(fā)明的系統(tǒng)所產(chǎn)生的在纖芯尺寸和桿速度的關(guān)系圖；圖3說明按照本發(fā)明的使用桿來控制纖芯材料流量的雙坩堝光纖制造方法的步驟；圖4是按照本發(fā)明的系統(tǒng)所生產(chǎn)的示范性光纖在整個生產(chǎn)運作中的模場直徑對長度的關(guān)系圖。
圖5示出具有插入纖芯材料的一根桿的坩堝以便說明由桿的插入而引起的流動。
圖6示出在整段時間的纖芯直徑和整段時間的桿速，以處桿速是在沒有對泄漏流量作補償?shù)那闆r下受控制的，以及圖7示出在整段時間的纖芯直徑和整段時間的桿速，以處桿速的控制包括補償，以便減少或消滅泄漏流量。
詳細描述圖1說明按照本發(fā)明的雙坩堝光纖制造系統(tǒng)100。這系統(tǒng)100包括雙坩堝102，而雙坩堝包括外坩堝104和內(nèi)坩堝106，外坩堝104內(nèi)含包層材料108，而內(nèi)坩堝106內(nèi)含纖芯材料110。外坩堝104具有外孔徑112，它形成到雙坩堝102的一個排出口。內(nèi)坩堝106具有內(nèi)孔徑114。當(dāng)纖芯材料110流出內(nèi)孔徑114的時候，纖芯和包層材料流到了一起，然后流出外孔徑112，從而生產(chǎn)出光纖15，把內(nèi)孔徑114放置在非常接近外孔徑112的地方。這就把互擴散減到最小，這個互擴散發(fā)生在纖芯材料110與包層材料108流到一起的時間和纖芯材料110與包層材料108一起流出外孔徑112而形成光纖15的時間之間，外孔徑112的直徑控制了纖芯和包層材料流出雙坩堝102的流速，從而控制了光纖115的直徑。
系統(tǒng)100包括活塞桿116，用于控制內(nèi)坩堝106中纖芯材料110的流量，桿116是用與纖芯材料110相容的耐熔材料制成的。桿116的直徑盡可能與內(nèi)坩堝106的直徑相近。例如，內(nèi)坩堝106的合適直徑可能是3.0mm，則直徑為2.8mm桿116可能合適用于直徑為3.0mm的坩堝，這個容許偏差適應(yīng)可能發(fā)生的膨脹失配，以及排氣的需要。桿116可以是實心的，或者可以鉆有一些小孔，以便讓氣泡逃逸，從而減小或避免任何空氣被夾在流出內(nèi)坩堝106的材料中。
包層材料108的合適流速可以在每小時幾十克(g/h)的范圍，而對單模光纖，其纖芯材料110的流速應(yīng)該約小三個量級。例如，如果包層材料以30g/h流動，則纖芯材料110應(yīng)以約0.03g/h流動。對各種模式，纖芯材料110的流速對包層材料108的流速之比將是不同的。
示出了用系統(tǒng)100制造光纖115的過程。光纖115不是按比例示出的。當(dāng)光纖115從雙坩堝102擠壓出來時，它被一對滾筒118所拉。滾筒對118由控制器120來調(diào)節(jié)，而控制器以光纖115保持所需直徑所必須的速度拉制光纖115。用系統(tǒng)100拉制的光纖一般具有為125微米的包層和直徑為4微米的纖芯。用于制造該光纖的典型拉制速度應(yīng)該在10-50米/分的范圍的。對于上面的光纖直徑和拉速，桿116的速度應(yīng)在15-45微米/分的范圍內(nèi)。雖然在此提供了示范性的尺寸，但是，應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明可適用于制造具有各種纖芯和包層直徑的光纖。
桿116的速度可以用來控制光纖115的纖芯尺寸，假設(shè)由桿116推出的所有纖芯材料110將輸送給纖芯流的話。那么纖芯尺寸由下列方程給出(桿速)/(光纖速度)＝((纖芯直徑)/(桿直徑))2
從上面的方程，可以看出桿速是光纖拉速的函數(shù)，所想要的桿速由下式給出桿速＝((纖芯直徑)/(桿直徑))2×光纖速度在拉制光纖時光纖速度不是一個常數(shù)，所以，簡單地以一個不變的速度來移動桿不會得出滿意的結(jié)果。而桿速必須根據(jù)光纖速度的變化而變化。為了要獲得這一點，桿的移動由控制機構(gòu)122來產(chǎn)生，控制機構(gòu)根據(jù)接收到的有關(guān)光纖速度的信息來控制桿116的速度，控制機構(gòu)可適當(dāng)?shù)匕ㄓ糜诳刂齐妱訖C126的處理器124。電動機126驅(qū)動減速齒輪系統(tǒng)128，它把電動機126的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成線性運動來驅(qū)動桿116。為了能對線性運動有非常精細的控制，減速齒輪系統(tǒng)128最好具有非常高的轉(zhuǎn)動運動對線性運動之比，諸如40,000∶1。處理器124接收來自控制器120的數(shù)據(jù)。傳感器130探測光纖115的直徑并把這數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器120?？刂破?20還計算要保持準(zhǔn)確直徑所必需的光纖速度，并以這個準(zhǔn)確的速度來操作滾筒對118。這個控制是閉環(huán)控制，因為光纖直徑是由傳感器130測量的，而受到控制的光纖速度則是為了獲得所想要的光纖直徑?？刂破?20還發(fā)送光纖速度的信息給處理器124。處理器124用光纖速度信息來決定桿116的適當(dāng)速度。連續(xù)地或以非常小的間隔監(jiān)視和處理傳感器和控制器的數(shù)據(jù)，以便能讓桿速迅速地對光纖速度的改變作出響應(yīng)。桿116的速度控制是開環(huán)控制，這是因為不測量實際的纖芯直徑。而所要求的桿速是用已知的參數(shù)來決定的，以便能獲得準(zhǔn)確的纖芯直徑。
存在其它方法可以決定光纖速度以計算所需的桿速。例如，在許多場合下，由于了解了由給定外坩堝尺寸和外坩堝中包層材料的液位所產(chǎn)生的流速，所以可以決定在光纖的個制造中什么將是主要的光纖速度。在光纖制造開始之前，可以簡單地把光纖速度供給處理器120，而處理器120可以在一給定的時間使用該光纖速度，以便決定桿116的所要求的速度。另外，存在著許多其它可能的控制機構(gòu)，它們可以與本發(fā)明的學(xué)說相一致地被使用。
當(dāng)一種低粘度的纖芯材料被用作為纖芯材料108時，在材料流量的控制上引入了復(fù)雜之事。用低粘度的纖芯材料，在內(nèi)坩堝壁和活塞表面之間會發(fā)生流量泄漏，使得流量控制受到阻礙。況且，較低粘度的纖芯材料容易產(chǎn)生毛細效應(yīng)。作為纖芯表面張力的結(jié)果，毛細效應(yīng)趨向造成纖芯材料沿著內(nèi)坩堝壁的表面蠕動。當(dāng)纖芯材料的粘度為100泊或更小時，這些效應(yīng)就顯示出來。
因為桿116浸入纖芯材料110引起兩種不同流量，所以呈現(xiàn)出泄漏和毛細效應(yīng)。被桿110排出的纖芯材料110排出量造成向下的流(Q桿)。同時，在桿116和內(nèi)坩堝106的壁之間產(chǎn)生一個向上流(Q泄漏)。泄漏流量是四個參數(shù)的函數(shù)(1)在桿和內(nèi)坩堝壁之間的距離，(2)插入到纖芯材料內(nèi)的桿長度；(3)纖芯材料的表面張力，以及(4)纖芯材料的粘度。流出內(nèi)坩堝106外的纖芯材料110的凈流量(Q纖芯)可表示為Q纖芯＝Q桿-Q泄漏對于足夠高粘度的纖芯材料10以及在桿116和內(nèi)坩堝106壁之間的足夠小的間隙，Q泄漏近似于零。在那種情況下，不需要補償來克服泄漏，而在上面的公式可以用來決定桿116的速度。但是，對較低的粘度，Q泄漏就大了，由此Q纖芯可能被減小得不能接受。為了克服這個問題，在上面給出的公式中適合于使用三個附加參數(shù)。這些因素是α過補償因子；τ弛豫因子，這是過補償有效的時間；t0桿開始工作的時間。
對所使用的特定纖芯材料合成物，因子α和τ是用實驗方法來決定的。
當(dāng)為了減少Q(mào)泄漏要求補償時，處理器124使用下列公式來計算所要求的桿速桿速＝光纖速度×((纖芯直徑*)/桿直徑)2其中，纖芯直徑*＝纖芯直徑+纖芯直徑(α-1)e-(t-t0)/τ這個公式并不給出不變的過補償程度，這是因為浸入到纖芯材料110的桿長隨時間而增大，因此泄漏流量Q泄漏隨時間而減小。在一個制造運作的開始時，纖芯直徑設(shè)置等于(α×纖芯直徑目標(biāo))，然后纖芯直徑設(shè)置以因子τ決定的速率按指數(shù)向纖芯直徑目標(biāo)減小。正如上面所指出的，對纖芯材料110的每種合成物，兩個因子α和τ是用實驗來決定的。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)100在獲取所想要的纖芯尺寸以及控制纖芯流量方面具有許多優(yōu)點。在趨向形成硬表面的玻璃合成物中，桿116實際上破碎了該硬表面，消除了這硬表面對自由流動的阻礙。另外，當(dāng)在光纖制造時，可以改變桿速以生產(chǎn)出纖芯尺寸變化的單一光纖?？梢院唵蔚靥幚砥?20設(shè)置成在合適的時間調(diào)節(jié)桿速，以便獲得所想要的各種纖芯尺寸。這一點不能用簡單的重力給料做到，由于在單根光纖的制造中不可能更換坩堝。
此外，如系統(tǒng)100這樣的系統(tǒng)比通過壓力設(shè)定來控制纖芯流量的系統(tǒng)更為方便。理由是，壓力設(shè)定對粘度和化學(xué)組成不同的纖芯材料有著不同效應(yīng)。為了采用不同粘度的材料，采用壓力設(shè)定的系統(tǒng)將不得不調(diào)節(jié)，以便為所給定的粘度產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牧魉?。如系統(tǒng)100這樣的一個系統(tǒng)是不會遇上這種限制的。除了在低粘度之外，不管所用纖芯材料是什么粘度，在特定速度下使用桿都會產(chǎn)生相同的流速。所以，在大多數(shù)情況下，不需要通過調(diào)節(jié)來使該系統(tǒng)適用于不同的粘度，只要需要相同的光纖直接和纖芯尺寸。
圖2是對125微米直徑的光纖，說明用桿速對纖芯尺寸控制的實驗結(jié)果圖200。纖芯尺寸能在幾個微米到15-20微米的廣大范圍內(nèi)的被控制，第一根曲202說明了對于一示范的光纖制造運作，桿速隨時間的變化，在本例中，桿速發(fā)生在0930和1200之間的時間內(nèi)，而第二根曲線204則說明對同一光纖制造運作纖芯尺寸隨時間的變化。可以容易地看出，第二根曲線204跟隨著第一根曲線202，說明在桿速和纖芯尺寸之間有緊密的關(guān)系。
用桿來控制流速而不是把流速留給重力或壓力作處理，這允許用同一坩堝設(shè)計對具有不同折射率失配的各種成對玻璃制造出單模光纖。此控制與玻璃溫度和玻璃粘度無關(guān)，這就使工藝對任何干擾或成分變化有很強的抵抗。
圖3說明按本發(fā)明的光纖制造方法300的各個步驟。在步驟302，提供類似于示于圖1的雙坩堝組件，它包括內(nèi)坩堝、外坩堝和桿。桿的移動由處理器和減速組件所控制。內(nèi)坩堝和外坩堝各有一孔徑，其尺寸被設(shè)計成允許所想要的流速，以產(chǎn)生所想要的纖芯和包層的直徑。還有其它因素影響流速，從而影響直徑，它們包括桿速和光纖拉絲速率。在從雙坩堝出來時，光纖在滾筒之間拉伸，滾筒的速度被調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生所想要的光纖直徑。
處理器接收來自傳感器的信息，這傳感器適于探測由該組件所生產(chǎn)的光纖的運動，并把關(guān)于光纖速度的信息轉(zhuǎn)發(fā)到處理器。處理器適宜于根據(jù)傳感器提供的信息、預(yù)定的關(guān)于所想要的纖芯尺寸的信息以及預(yù)先提供的有關(guān)制造工藝的其它參數(shù)(諸如坩堝尺寸和纖芯材料粘度)進行計算，以產(chǎn)生所要求的桿速，并。
外坩堝有一外孔徑，它的大小被設(shè)計成能夠產(chǎn)生生產(chǎn)給定光纖直徑所必需的光纖速度。所選定的合適的光纖直徑可以為125微米，它是遠距離通信光纖的一個標(biāo)準(zhǔn)。光纖直徑就是包層直徑，而包層直徑由包層材料的流速來決定。包層材料的流速是由重力適當(dāng)決定的，所以外孔徑尺寸要選得能產(chǎn)生所想要的流速。內(nèi)坩堝的直徑選得能讓流速能產(chǎn)生所想要的纖芯直徑的范圍。通過用包括在組件內(nèi)的桿來調(diào)節(jié)纖芯流速，同一內(nèi)坩堝可用來生產(chǎn)各種纖芯尺寸。桿的移動通過在內(nèi)坩堝內(nèi)推或保留纖芯來控制纖芯材料的流量?？紤]到它必定會遇到諸如膨脹失配和讓空氣逃逸的需要，桿盡可能地在直徑上接近與內(nèi)坩堝的直徑?？刂破魇菫闂U速的準(zhǔn)確控制而提供的，還有傳感器是為檢測光纖速度，以便根據(jù)光纖速度調(diào)節(jié)桿速。
在步驟304，纖芯材料被引入內(nèi)坩堝而包層材料被引入外坩堝。纖芯材料和包層材料被熔融在坩堝內(nèi)。在步驟306，桿被引入內(nèi)坩堝。
在步驟308，把參數(shù)提供給處理器，以使處理器能計算生產(chǎn)所想要的纖芯尺寸所要求的桿速。這些參數(shù)包括有關(guān)桿直徑和纖芯材料粘度的信息。如果需要補償來克服泄漏或毛細效應(yīng)，則還要提供參數(shù)α和τ，并使用下述公式桿速＝光纖速度×((纖芯直徑*)/桿直徑)2。
在步驟310，開始了纖芯材料和包層材料的流動。在步驟312，檢測光纖速度并把它輸送到處理器，而處理器利用這光纖速度和其它參數(shù)來決定生產(chǎn)所想要的纖芯直徑所需的桿速。在步驟314，該處理器控制電動機驅(qū)動齒輪減速組件的速度，以產(chǎn)生所要求的纖芯尺寸的桿速。步驟312和314在短的時間間隔內(nèi)重復(fù)運作，直到完成光纖制造。
圖4是本發(fā)明光纖制造系統(tǒng)諸如系統(tǒng)100生產(chǎn)的光纖的模場直徑圖400。模場直徑是纖芯內(nèi)傳播的光束的直徑。由于光束的一部分在包層內(nèi)傳播，所以模塊直徑比光纖直徑較大。曲線402示出對于光波長1310nm，模場直徑與光纖長度的關(guān)系圖。曲線404示出對于光波長1550nm，模場直徑與光纖長度的關(guān)系圖。在這兩個例子中可以看出，在整個光纖長度上模場直徑顯示出非常小的變化。
圖5說明由于桿插入到內(nèi)含纖芯材料的坩堝中而造成的流量。所示的坩堝500，具有插入到纖芯材料504中的桿502。桿502被插到深度為L處，而箭頭說明由桿504引起的活塞流和泄漏流。
圖6說明了對低粘度情況，纖芯直徑和桿速隨時間的變化。對低粘度情況，桿速控制不需要補償。纖芯直徑隨時間的變化由曲線602來說明，而桿速隨時間的變化由曲線604來說明?？梢钥吹嚼w芯直徑隨時間有顯著的變化。
圖7說明了再次對于低粘度情況，纖芯直徑和桿速隨時間的變化。但是，在這個情況下，桿速是由正在作出的補償來控制的。纖芯直徑隨時間的變化由曲線702來說明，而桿速隨時間的變化則由曲線704來說明?？梢钥闯鰲U速隨時逐漸地減小，而纖芯直徑則由此接近保持不變。這說明了補償在低粘度情況下的優(yōu)勢。
盡管本發(fā)明是在各種目前較佳的實施例的介紹中被揭示的，但是，應(yīng)該認(rèn)識到，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以與上面討論和隨后權(quán)利要求書相一致地實施各種廣泛的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于制造光纖的雙坩堝光纖制造系統(tǒng)，其中光纖包括纖芯以及包裹纖芯的包層，其特征在于，所述系統(tǒng)包括內(nèi)含纖芯材料的內(nèi)坩堝；內(nèi)含包層材料的外坩堝，以及流量控制裝置，它適于在纖芯材料上施加機械壓力，以便控制纖芯材料的流速，調(diào)節(jié)由纖芯材料流量產(chǎn)生的纖芯直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，流量控制裝置是一根桿，它適于在內(nèi)坩堝內(nèi)移動，以對纖芯材料施加機械壓力。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括一桿控制機構(gòu)，用于準(zhǔn)確控制桿的移動。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿控制機構(gòu)利用描述光纖移動速度的光纖速度信息來計算生產(chǎn)所需纖芯直徑所要求的桿的移動速度，并以計算得到的桿速來移動該桿。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿控制機構(gòu)包括一處理器，用于計算所需要的桿速。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿是一根活塞桿，其最大外直徑允許其在內(nèi)坩堝中移動，桿的直徑經(jīng)選擇可以在桿與內(nèi)坩堝之間為膨脹失配提供容許偏差，還允許桿進入時空氣從內(nèi)坩堝排出。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿的移動是由適于精確控制桿速的減速組件所獲得的。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，減速組件包括一電動機，電動機速度由處理器控制，并且電動機驅(qū)動適于把電動機的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)變?yōu)闂U的線性運動的減速齒輪。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，光纖速度信息一傳感器提供，傳感順將光纖直徑信息提供給控制器，而控制器根據(jù)光纖直徑信息決定光纖速度，并把光纖速度轉(zhuǎn)發(fā)到處理器。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿速是由公式給出的桿速＝(纖芯直徑/桿直徑)2×光纖速度。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，處理器對桿速進行調(diào)節(jié)，以便克服纖芯材料的毛細效應(yīng)和泄漏。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，對桿速的調(diào)整是用對纖芯材料的一特定合成物用實驗方法決定的參數(shù)來作出的。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿速由以下公式確定桿速＝光纖速度×((纖芯直徑*))/桿直徑)2，其中光纖直徑*＝纖芯直徑+纖芯直徑(α-1)-(t-t0)/τ，其中α是過補償因子，τ是弛豫因子，它表明過補償有效的時間，而t0則是桿開始工作的時間，并且α和τ是對一特定的纖芯材料合成物用實驗方法決定的。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿包括小的孔洞，用以防止空氣夾雜。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，桿包括小的孔洞，用以防止空氣夾雜。
16.一種用于制造光纖的雙坩堝光纖制造方法，其中光纖包括纖芯以及包裹纖芯的包層，其特征在于，所述方法包括以下步驟引發(fā)纖芯材料和包層材料的流動，使得纖芯材料和包層材料流到一起，形成光纖；以及通過對纖芯材料施加機械壓力，控制纖芯材料的流速，以便生產(chǎn)所想要的纖芯直徑。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，用于控制纖芯材料流速的步驟包括決定光纖的光纖速度，并用光纖速度進行計算，以決定生產(chǎn)所想要的纖芯直徑所必需的流速。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，對纖芯材料施加機械壓力的上由相對纖芯材料移動機械物體而獲得的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，用于控制纖芯材料流速的步驟包括調(diào)節(jié)流速以便在光纖制造期間改變纖芯直徑。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，確定光纖速度的步驟包括檢測光纖直徑并根據(jù)該光纖直徑計算光纖速度。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，用于確定必要流速的計算包括決定對克服纖芯材料的毛細效應(yīng)和泄漏所必需的補償?shù)挠嬎恪?br> 22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，為克服纖芯材料的毛細效應(yīng)和泄漏所作的補償包括對纖芯材料的一特定合成物用實驗方法決定的一些參數(shù)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，桿速由下式確定桿速＝光纖速度×((纖芯直徑*))/桿直徑)2，其中光纖直徑*＝纖芯直徑+纖芯直徑(α-1)e-(t-t0)/τ，其中α是過補償因子，τ是弛豫因子，它表明過補償有效的時間，而t0則是桿開始工作的時間，并且α和τ是對一特定纖芯材料合成物用實驗方法決定的。
24.一種用于制造光纖的雙坩堝光纖制造方法，其中光纖包括纖芯及包裹纖芯的包層，其特征在于，所述方法包括以下步驟提供包括內(nèi)坩堝和外坩堝的雙坩堝；把纖芯材料放在內(nèi)坩堝內(nèi)；把包層材料放在外坩堝內(nèi)；引發(fā)纖芯材料和包層材料的流動，以形成光纖；以及把一根桿放在內(nèi)坩堝中，并移動該桿來調(diào)節(jié)纖芯材料的流量，以獲得所想要的纖芯直徑。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，桿的移動是由處理器來調(diào)節(jié)的，處理器接收光纖速度信息，并就所收到的光纖速度信息計算獲得所需直徑所需要的桿速。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，光纖速度信息是由控制器提供的，控制器根據(jù)從一傳感器接收到的光纖直徑來決定光纖速度，其中傳感器用于確定光纖直徑。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，處理器控制一電動機，電動機用于驅(qū)動減速齒輪系統(tǒng)，來產(chǎn)生所述計算得到的桿速。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，桿速是由以下公式給出的桿速＝(纖芯直徑/桿直徑)2×光纖速度。
全文摘要
光纖(115)的纖芯在生產(chǎn)期間受到控制。一根桿(116)壓在熔融的纖芯玻璃(110)上。傳感器(126)檢測光纖(115)的直徑,控制器(120)控制拉絲速度和桿的控制裝置(122)。
文檔編號G02B6/00GK1353673SQ00808375
公開日2002年6月12日 申請日期2000年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月3日
發(fā)明者A·凱東屈夫 申請人:康寧股份有限公司