CN115605444A - 光纤形成设备 - Google Patents

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CN115605444A CN202180035548.8A CN202180035548A CN115605444A CN 115605444 A CN115605444 A CN 115605444A CN 202180035548 A CN202180035548 A CN 202180035548A CN 115605444 A CN115605444 A CN 115605444A
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E·R·安徒生
T·M·霍夫曼
N·P·克拉戴斯
R·C·穆尔
C·S·托马斯
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Abstract

一种光纤形成设备，其包括：拉制炉，所述拉制炉包括：(i)具有内表面的马氟炉，(ii)在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了延伸通过轴向开口的通道，和(iii)进入到通道中的上入口；以及延伸到轴向开口上方的拉制炉的通道中的管，所述管具有(i)外表面，并且马氟炉的内表面包围管的外表面，并具有将管的外表面与马氟炉的内表面分开的空间，(ii)内表面，其限定了延伸通过管的第二通道，(iii)进入到管的第二通道中的入口，(iii)从管的第二通道离开的出口。

Description

光纤形成设备
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2020年5月15日提交的系列号为63/025,522的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
技术领域
本公开涉及光纤技术领域。
背景技术
拉制炉可用于由预制件拉制光纤。拉制炉包括通道，预制件和初始拉制的光纤位于该通道中。通道用惰性气体吹扫，以防止周围空气流入通道中，周围空气的流入可造成拉制炉的部件氧化。迄今为止，惰性气体通常是氦气。然而，氦气的价格不断上涨并且不容易再生。氩气和氮气均是氦气的可能替代品，因为氩气和氮气比氦气更便宜、更丰富。
然而，存在的问题是，相对于氦气，氩气的使用增加了被拉制的光纤的直径变化性，导致被拉制的光纤的直径超出设计规格的限制。
发明内容
本公开以几种方式来解决该问题。本公开通过减小被拉制的光纤与拉制炉中惰性气体的边界之间的距离来解决该问题，这通过下述实现：(i)***到拉制炉的马氟炉中的管，被拉制的光纤通过该管行进，其中惰性气体既流动通过具有被拉制的光纤的管又围绕管流动，(ii)在一距离中逐渐缩小马氟炉的直径，该距离大于整个渐缩中的马氟炉的直径的减小；或者(iii)加热马氟炉的直径较小的部分，被拉制的光纤延伸通过该直径较小的部分。在前两种情况的任一情况中，惰性气体(例如氩气)的流动足够均匀以不会显著影响被拉制的光纤的直径的变化，从而使得该变化在规格的限制内并且近似于上述使用氦气时的变化。在第三种情况中，额外的热抑制了包围被拉制的光纤的直径较小部分的对流不稳定性，再次使得被拉制的光纤的直径的变化性在设计规格内。这些解决方案允许使用诸如氩气和氮气之类的惰性气体代替氦气。
根据本公开的第1方面，一种光纤形成设备，其包括：(a)拉制炉，所述拉制炉包括：(i)具有内表面的马氟炉，(ii)在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了延伸通过轴向开口的通道，和(iii)进入到通道中的上入口；和(b)延伸到轴向开口上方的拉制炉的通道中的管，所述管具有(i)外表面，并且马氟炉的内表面包围管的外表面，并具有将管的外表面与马氟炉的内表面分开的空间，(ii)内表面，其限定了延伸通过管的第二通道，(iii)进入到管的第二通道中的入口，以及(iv)从管的第二通道离开的出口。
根据第2方面，第1方面还包括：第一加热元件和第二加热元件，所述第一加热元件在整个第一范围中加热拉制炉的通道，所述第一范围涵盖管的入口上方的拉制炉的通道的至少一部分；所述第二加热元件在整个第二范围中加热拉制炉的通道，所述第二范围涵盖第一范围上方的拉制炉的通道的至少一部分。
根据第3方面，第2方面还包括：第三加热元件，其在整个第三范围中加热拉制炉的通道，所述第三范围涵盖管的第二通道的一部分。
根据第4方面，第1方面还包括：设置在拉制炉的通道内的光纤预制件；由光纤预制件拉制并延伸通过管的第二通道的光纤；以及第一加热元件，所述第一加热元件在整个第一范围中加热拉制炉的通道，所述第一范围涵盖光纤预制件的尖端。
根据第5方面，第4方面还包括：第二加热元件，其在整个第二范围中加热拉制炉的通道，所述第二范围涵盖在光纤预制件的主体上方的通道的一部分。
根据第6方面，第4至5方面中的任一方面，其中，光纤以至少20m/s的速率离开管的出口，并且在离开管的出口之后具有直径，该直径的标准偏差(σ)在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.06μm。
根据第7方面，第1至6方面中的任一方面，其中，惰性气体流动通过上入口并进入到拉制炉的通道中，并且形成分别的物流，其中的一股物流在马氟炉的内表面与管的外表面之间的空间中流动通过拉制炉的通道，并且从拉制炉的轴向开口离开，并且其中的另一股物流流动到管的入口中，通过管的第二通道，并且从管的出口离开。
根据第8方面，第7方面，其中，惰性气体包括氩气和氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。
根据第9方面，第1至8方面中的任一方面，其中，管的入口具有1.27cm至2.54cm的内直径。
根据本公开的第10方面，一种用于光纤形成设备的拉制炉，其包括：具有内表面的马氟炉以及在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了通道，所述通道以一轴为中心并且延伸通过轴向开口，所述内表面包括：(a)第一直部，所述第一直部具有从所述轴出发的半径，该半径沿着与该轴平行的长度至少保持近似恒定；(b)设置在第一直部与轴向开口之间的渐缩部，所述渐缩部包括从所述轴出发的半径，该半径远离第一直部而减小，从而缩窄了通道；以及与所述轴平行的垂直长度，其比渐缩部的最大半径长至少两倍；和(c)设置在渐缩部与轴向开口之间的第二直部，其具有从所述轴出发的半径，该半径沿着至少75cm的长度至少保持近似恒定，第二直部的半径为0.635cm至1.27cm。
根据第11方面，第10方面还包括：进入到通道中的上入口，相比于马氟炉的内表面的渐缩部，上入口更靠近第一直部设置；其中，惰性气体(i)流动通过上入口并进入到通道中，(ii)接着沿着马氟炉的内表面的第一直部流动，(iii)然后沿着渐缩部流动，(iv)随后沿着第二直部流动，以及(v)接着从轴向开口离开。
根据第12方面，第11方面，其中，惰性气体包括氩气和氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。
根据第13方面，提供了第10至12方面中的任一方面，其还包括：设置在通道中的光纤预制件；以及由光纤预制件拉制的光纤，所述光纤延伸通过通道并从轴向开口离开。
根据第14方面，第13方面还包括：第一加热元件和第二加热元件，所述第一加热元件在整个第一范围中加热通道，所述第一范围涵盖光纤预制件的尖端，所述第二加热元件在整个第二范围中加热第二通道，所述第二范围涵盖光纤预制件的主体上方的通道的一部分。
根据第15方面，第14方面还包括：第三加热元件，其加热第三范围，所述第三范围涵盖马氟炉的内表面所限定的第二直部的通道的一部分。
根据第16方面，第13至15方面中的任一方面，其中，光纤以至少20米/秒的速率离开轴向开口，并且在离开轴向开口之后具有直径，该直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.6μm。
根据本公开的第17方面，一种用于光纤形成设备的拉制炉，其包括：(a)具有内表面的马氟炉以及在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了通道，所述通道以一轴为中心并且延伸通过轴向开口，所述内表面包括：(i)第一直部，所述第一直部具有从所述轴出发的半径，该半径沿着与该轴平行的长度至少保持近似恒定；(ii)设置在第一直部与轴向开口之间的缩窄部，所述缩窄部包括从所述轴出发的半径，该半径远离第一直部而减小，从而缩窄了通道；(iii)设置在缩窄部与轴向开口之间的第二直部，所述第二直部具有从所述轴出发的半径，该半径沿着与该轴平行的长度至少近似恒定；(b)第一加热元件，所述第一加热元件在整个第一范围中加热通道，所述第一范围涵盖由第一直部限定的通道的一部分；(c)第二加热元件，所述第二加热元件在整个第二范围中加热通道，所述第二范围涵盖第一范围上方的由第一直部所限定的通道的一部分；和(d)第三加热元件，所述第三加热元件在整个第三范围中将所述通道加热到100℃至200℃的温度，所述第三范围涵盖由第二直部限定的通道的一部分。
根据第18方面，第17方面还包括：设置在通道内的光纤预制件；以及光纤，所述光纤由光纤预制件拉制并且延伸通过所述通道且从轴向开口离开；其中，第一加热元件加热的第一范围涵盖光纤预制件的尖端；其中，第二加热元件加热的第二范围至少部分在光纤预制件的主体的上方；并且其中，第三加热元件加热的第三范围涵盖由光纤预制件拉制的光纤的一部分。
根据第19方面，提供了第17至18方面中的任一方面，其还包括：进入到通道中的上入口，相比于缩窄部，上入口更靠近第一直部设置；其中，惰性气体(i)流动通过上入口并进入到通道中，(ii)接着沿着马氟炉的内表面的第一直部流动，(iii)然后沿着马氟炉的内表面的缩窄部流动，(iv)随后沿着马氟炉的内表面的第二直部流动，以及(v)接着从轴向开口离开；并且其中，惰性气体包含氩气和氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。
根据第20方面，第18方面，其中，光纤以至少20米/秒的速率离开轴向开口，并且在离开轴向开口之后具有直径，该直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的测量频率下小于0.06μm。
附图说明
在附图中：
图1是光纤形成设备的一个实施方式的立视示意图，其例示了具有拉制炉，所述拉制炉具有马氟炉，该马氟炉具有限定了通道的内表面，以及具有延伸到该通道中的管，其中，由光纤预制件拉制的光纤延伸通过该管；
图2是图1的区域II的视图，其例示了与马氟炉的内表面分离的管，并且惰性气体作为内物流流动通过该管的第二通道，以及作为外物流在该管与马氟炉的内表面之间流动；
图3是光纤形成设备的另一个实施方式的立视示意图，该图例示了马氟炉的内表面的第一直部、渐缩部以及接着的第二直部，它们限定了通道，并且被拉制的光纤延伸通过该通道；
图4是图1的区域IV的视图，其例示了与通过通道的轴分开一半径的渐缩部，该半径沿着渐缩部从第一直部向第二直部减小；
图5是光纤形成设备的另一个实施方式的立视示意图，该图例示了加热元件，其加热一定的范围，该范围涵盖由马氟炉的内表面的第二直部限定的通道，被拉制的光纤延伸通过该通道；
图6A涉及实施例1，其是针对图1的具有管的光纤形成设备，通过计算流体动力学模拟生成的流函数等值线图，其中，作为惰性气体的氩气流动通过由马氟炉的内表面限定的通道以及管的第二通道，该图例示了氩气的单向向下流动以及不具有会扰动光纤的对流环；
图6B是图6A的流函数等值线图的区域VIB；
图6C是图6B的线VIC处的氩气的轴向速度的图表，该图例示了氩气的轴向速度均为正值，这指示了单向的向下流动；
图7A涉及比较例1A，其是针对图1的光纤形成设备但不具有管时的流函数等值线图，其中，作为惰性气体的氩气在通道的缩窄部附近形成了扰动光纤的对流环；
图7B是图7AB的线VIIB处的氩气的轴向速度的图表，该图例示了通道的轴附近为负值，因此具有扰动光纤的氩气的向上流动；
图8涉及比较例1B，其是针对图1的光纤形成设备但不具有管时的流函数等值线图，其中，作为惰性气体的氦气不形成对流环因此在通道的缩窄部附近不扰动光纤；
图9A是实施例1和比较例1A的温度波动的图表，该图例示了利用管的实施例1的光纤形成设备相比于不利用管的比较例1A的光纤形成设备具有更小的温度波动，尤其是在较低的测量频率下；
图9B是实施例1和比较例1A的压力波动的图表，该图例示了利用管的实施例1的光纤形成设备相比于不利用管的比较例1A的光纤形成设备具有更小的压力波动，尤其是在较低的测量频率下；
图10A涉及实施例2，该图是针对利用具有管的图1的光纤形成设备形成的光纤，其偏离平均直径的偏差作为时间的函数的图表；
图10B涉及比较例2A，该图是针对利用不具有管的图1的光纤形成设备形成的光纤，与平均直径的偏差作为时间的函数的图表；
图11是实施例2和比较例2A的偏离平均直径的标准偏差作为测量频率的函数的图表，该图例示了实施例2(具有管的图1的光纤形成设备)的标准偏差在所有测量频率(10Hz、1Hz和0.1Hz)上均小于0.05μm，而比较例2A(不具有管的图1的光纤形成设备)的标准偏差在这些测量频率上为约0.15μm或更大；
图12涉及实施例3，该图是针对利用具有管的图1的光纤形成设备形成的光纤，其平均直径的偏差作为离开管的光纤的温度的函数的图表，该图例示了随着离开温度升高，标准偏差增大；
图13是用具有管(实施例4)和不具有管(比较例4A)的图1的光纤形成设备形成的光纤的偏离平均直径的标准偏差的图表，它们均没有启动第二加热元件加热大致在光纤预制件上方的通道内的第二范围，该图例示了管的使用得到了更低的标准偏差；
图14A涉及实施例5，该图是图3的光纤形成设备的流函数等值线图，其中，通道由渐缩部和直径相对较小的第二直部限定，该图例示了作为惰性气体的氩气在由光纤预制件拉制的光纤附近不具有对流环；
图14B是图14A的区域XIVB；
图14C是在作为惰性气体的氩气的轴向速度作为在图14B的线XIVC处获得的通道内的位置的函数的图表，该图显示出均为正值，因此具有避免会扰动光纤的对流环的单向向下流；
图15A是实施例5和比较例1A的温度波动的图表，该图例示了相比于不采用直径相对较小的第二直部的比较例1A的光纤形成设备，采用由渐缩部和直径相对较小的第二直部限定的通道的实施例5的光纤形成设备具有更小的温度波动，尤其是在较低的测量频率下；
图15B是实施例5和比较例1A的压力波动的图表，该图例示了相比于不采用直径相对较小的第二直部的比较例1A的光纤形成设备，采用由渐缩部和直径相对较小的第二直部限定的通道的实施例5的光纤形成设备具有更小的压力波动，尤其是在较低的测量频率下；
图16涉及实施例5，该图是针对利用通道由渐缩部和直径相对较小的第二直部限定的图3的光纤形成设备形成的光纤，其偏离平均直径的偏差作为时间的函数的图表；
图17是实施例6和比较例2A的偏离平均直径的标准偏差作为测量频率的函数的图表，该图例示了实施例6(图3的光纤形成设备)的标准偏差在所有测量频率(10Hz、1Hz和0.1Hz)上均小于0.06μm，而比较例2A(不具有管的图1的光纤形成设备)的标准偏差在这些测量频率上为约0.15μm或更大；以及
图18是实施例7和比较例2A的偏离平均直径的标准偏差作为测量频率的函数的图表，该图例示了实施例7(图5的光纤形成设备，其中加热元件加热第二直部)的标准偏差在所有测量频率(10Hz、1Hz和0.1Hz)上均小于0.06μm，而比较例2A(不具有管的图1的光纤形成设备，并且没有加热元件来加热超过缩窄部的通道下部)的标准偏差在这些测量频率上为约0.15μm或更大。
具体实施方式
现在参考图1-2，其例示了光纤形成设备10的一个实施方式。光纤形成设备10包括拉制炉12和张紧工位14。拉制炉12包括马氟炉16和在马氟炉16下方的轴向开口18。马氟炉16具有内表面20。内表面20限定了延伸通过开口18的通道22。拉制炉12还包括进入到通道22中的上入口24。马氟炉16还包括缩窄部26，其中，通道22的直径随着缩窄部26向着轴向开口18前进而变窄。
光纤形成设备10还包括管28。管28延伸到拉制炉12的通道22中。管28因此至少部分设置在轴向开口18与进入到通道22中的上入口24中。在实施方式中，例如，在所例示的实施方式中，管28延伸通过轴向开口18。在另一些实施方式中，管28完全在通道22内并且不延伸通过轴向开口18。在任何种情况中，在通道22中的轴向开口18的上方设置有至少一部分的管28。管28向上延伸到缩窄部26上方。
管28包括外表面30；内表面32，所述内表面限定了延伸通过管28的第二通道34；进入到管28的第二通道34中的入口36；以及离开管28的第二通道34的出口38。管28的入口36被设置在拉制炉12的通道22中，在缩窄部26的上方。出口38无需设置在拉制炉12的通道22内，但是可以如此设置。对于被设置在拉制炉12的通道22中的管28的部分，马氟炉16的内表面20包围管28的外表面30。空间40将管28的外表面30与马氟炉16的内表面20分离。也就是说，管28不触碰拉制炉12的通道22中马氟炉16。
拉制炉12还包括第一加热元件42，其与马氟炉16热连通。第一加热元件42至少在整个第一范围44中加热拉制炉12的通道22，所述第一范围44涵盖管28的入口36上方的拉制炉12的通道22的至少一部分。在操作光纤形成设备10时，光纤预制件46被设置在拉制炉12的通道22内。第一加热元件42充分加热光纤预制件46以降低光纤预制件46的粘度并且允许由光纤预制件46拉制光纤48。第一加热元件42加热的第一范围44涵盖光纤预制件46的尖端50，该尖端50是光纤预制件46由此转变成由其拉制成的光纤48的地方。在实施方式中，第一加热元件42将第一范围44加热到1700℃至2000℃的温度，例如，1700℃、1800℃、1900℃或2000℃，或者这些数值中的任何两个数值作为端点的任何范围的温度。在第一范围44中的拉制炉12的通道22可以具有相对于通道22的剩余部分升高的温度。第一范围44还可涵盖光纤预制件46的主体52，其位于尖端50上方并且尖端50从该主体52下降。
由光纤预制件46拉制的光纤48延伸通过管28的第二通道34。换言之，由光纤预制件46拉制的光纤48延伸到管28的入口36中，然后通过管28的第二通道34，接着从管28的出口38离开。在实施方式中，进入到管28的入口36中的光纤48的直径大于125μm，同时，管28的入口36的内直径为1.27cm至2.54cm。管28在入口36处的内直径小于1.27cm，这具有很大的风险使得光纤48可能接触管36的入口36或内表面32。管28在入口36处的内直径大于2.54cm将可能导致管28的内表面32与光纤48之间的距离足够大，这造成惰性气体54对流并因此不利地影响直径变化性。在实施方式中，管28在入口36处的内直径比进入管28的入口36的光纤48的直径大100至200倍。张紧工位14与光纤48接触并且将光纤48维持在期望的张紧状态。
在实施方式中，惰性气体54流动通过拉制炉12的上入口24并且进入到拉制炉12的通道22中。惰性气体54接着造成分别的物流——内物流56和外物流58。内物流56流到管28的入口36中，通过管28的第二通道34，并从管28的出口38离开。外物流58流动通过在马氟炉16的内表面20与管28的外表面30之间的空间40中的拉制炉12的通道22，然后从拉制炉12的轴向开口18离开。
在实施方式中，惰性气体54包括氩气或氮气，或者氩气和氮气的组合。在实施方式中，惰性气体54包括氩气和氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。在实施方式中，惰性气体54包含非有意包括的氦气。在实施方式中，惰性气体54主要包括纯氩气(例如，超过99体积％的氩气)。
在实施方式中，管28包括一种或多种石墨、石英和不锈钢。在实施方式中，所述管28是不锈钢。
在实施方式中，光纤形成设备10还包括第二加热元件60。第二加热元件60被设置在第一加热元件42的垂直上方。第二加热元件60至少在整个第二范围62中加热拉制炉12的通道22，所述第二范围62涵盖第一范围44上方的拉制炉12的通道22的至少一部分。第二范围62涵盖光纤预制件46的主体52上方的通道22的一部分。在实施方式中，第二范围62涵盖支承光纤预制件46的台基64。
在实施方式中，光纤形成设备10还包括第三加热元件66。第三加热元件66被设置在第一加热元件42的垂直下方。第三加热元件66在整个第三范围68中加热拉制炉12的通道22，所述第三范围68涵盖管28的第二通道34的一部分。第三范围68被设置在第一范围44的垂直下方。第三加热元件66因此既加热围绕管28设置的拉制炉12的通道22的一部分，也加热管28的第二通道34。
在实施方式中，光纤形成设备10还包括冷却元件70。冷却元件70被设置在第一加热元件42的垂直下方。冷却元件70在整个第四范围72中冷却拉制炉12的通道22，所述第四范围72涵盖管28的第二通道34的一部分。第四范围72被设置在第一范围44的垂直下方。随着光纤48朝向张紧工位14通过管28的第二通道34，冷却元件70冷却由光纤预制件46拉制的光纤48。
如下文的实施例进一步证明的，包括延伸通过拉制炉12的通道22的一部分的管28的光纤形成设备10产生光纤48，该光纤48具有直径，该直径的标准偏差在改进且可接受的容差范围内。在实施方式中，光纤48以至少20m/s的速率离开管28的出口38，并且在离开管28的出口38之后具有直径，该直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.1μm。在实施方式中，光纤48以至少20m/s的速率离开管28的出口38，并且在离开管28的出口38之后具有直径，该直径的标准偏差在0.06Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.1μm。
管28在拉制炉12的通道22中的位置是可调整的。这一方面提供了许多优点。管28的入口36可相对靠近于光纤预制件46的尖端50延伸，并因此在光纤48正在冷却时的大部分时间中保护光纤48不受惰性气体54的流动扰动。以相同的方式，可以根据需要来调整管28的入口36与管28的出口38之间的管28的长度，以在光纤48冷却的同时保护光纤48不受惰性气体54或周围空气的扰动。在一些情况中，可能期望调整管28的长度尺寸，以使管28通过轴向开口18延伸出通道22，从而在暴露于流动不稳定情况之前，允许有额外的距离和时间来使光纤48冷却，所述流动不稳定情况是由于光纤48与环境空气之间的温差造成的。
现在参考图3-4，其例示了光纤形成设备10A的另一个实施方式。图3和4中出现了与图1和2中出现的数字相同的数字，它们指代相似的元件。光纤形成设备10A包括拉制炉12A，该拉制炉12A具有马氟炉16A和在马氟炉16A下方的轴向开口18。马氟炉12A具有内表面20A。内表面20A限定了以轴74为中心的通道22。通道22延伸通过进入到周围环境76中的轴向开口18。
内表面20A包括第一直部78，在第一直部78下方的渐缩部80，以及在渐缩部80下方的第二直部82。换言之，渐缩部80被垂直设置在第一直部78与第二直部82之间，并且被垂直设置在第一直部78与轴向开口18之间。在实施方式中，第一直部78包围光纤预制件46。第一直部78具有从轴74出发的半径84。半径84沿着与轴74平行的长度86保持恒定(或者至少近似恒定，例如，如制造容差所允许的恒定)。
渐缩部80包括从轴74出发的半径88，其向着轴向开口18减小，因此使通道22变窄。渐缩部80具有平行于轴74的垂直长度90，该垂直长度90比渐缩部80的最大半径88长至少两倍。在实施方式中，渐缩部80具有恒定的坡度(即，半径88根据沿垂直长度90的位置变化的变化率)。在其他实施方式中，渐缩部80的坡度是不规则的，即，不恒定的。在实施方式中，垂直长度90至少为40cm，例如40cm至80cm。
第二直部82被垂直设置在渐缩部80与轴向开口18之间。第二直部82包括从轴74出发的半径92。半径92沿着长度94保持恒定(或至少近似恒定)。长度94至少为75cm。在实施方式中，长度94为75cm至200cm，例如75cm至150cm，100cm至150cm，以及125cm至150cm。在实施方式中，第二直部82的直径(即，半径92的两倍)为1.27cm至2.54cm。也就是说，在实施方式中，第二直部82的半径92是0.635cm至1.27cm。再次重申，小于1.27cm的直径具有接触光纤48的风险。
拉制炉12A还包括进入到通道22中的上入口24。相比于马氟炉16A的内表面20A的渐缩部80，上入口24更靠近第一直部78设置，例如，在第一直部78的上方或通过第一直部78。
拉制炉12A还包括第一加热元件42。第一加热元件42在位于渐缩部80上方的整个第一范围44中加热通道22。在实施方式中，拉制炉12A还包括第二加热元件60。第二加热元件60加热通过第一范围44上方的第二范围的通道22。在实施方式中，拉制炉12A还包括第三加热元件66。第三加热元件66加热第三范围68，所述第三范围68涵盖马氟炉16A的内表面20A的第二直部82所限定的通道22的一部分。
在拉制炉12A的操作期间，惰性气体54(i)流动通过上入口24并进入到通道22中，(ii)接着沿着马氟炉16A的内表面20A的第一直部78流动，(iii)然后沿着渐缩部80流动，(iv)随后沿着第二直部82流动，以及(v)接着从轴向开口18离开。在实施方式中，惰性气体54是氩气。在实施方式中，惰性气体54是氮气。在实施方式中，惰性气体54包含氩气和氮气。在实施方式中，惰性气体54包含小于1体积％的氦气，例如，非有意添加的氦气，并且惰性气体54中仅有的氦气是无意的痕量。
光纤预制件46被设置在通道22内。第一加热元件42所加热的第一范围44涵盖光纤预制件46的尖端50。如果包括，则第二加热元件60所加热的第二范围62涵盖光纤预制件46的主体52上方的通道22的一部分。光纤48从光纤预制件46拉制，从尖端50下向延伸。光纤48延伸通过通道22，并且从轴向开口18离开而到达张紧工位14。在实施方式中，进入马氟炉16A的内表面20A的第二直部82所限定的通道22的光纤48具有大于125μm的直径。
如下文的实施例进一步证明的，包括由渐缩部80和第二直部82限定的通道22的拉制炉12A产生光纤48，该光纤48具有直径，该直径的标准偏差在改进且可接受的容差范围内。在实施方式中，光纤48以至少20m/s的速率离开轴向开口18。在实施方式中，光纤48在离开轴向开口18后具有直径，以0.1Hz、1Hz和10Hz的频率测量，该直径的标准偏差小于0.6μm。
现在参考图5，其例示了光纤形成设备10B的另一个实施方式。图5中出现了与图1和4中出现的数字相同的数字，它们指代相似的元件。光纤形成设备10B包括拉制炉12。拉制炉12包括马氟炉16和在马氟炉16下方的轴向开口18。马氟炉16具有内表面20。马氟炉16的内表面20限定了以轴74为中心并且延伸通过轴向开口18的通道22。
马氟炉16的内表面20包括第一直部78、缩窄部96和第二直部98。第一直部78具有从轴74出发的半径84，其沿着与轴74平行的长度86保持至少近似恒定。缩窄部96被垂直设置在第一直部78与第二直部98之间，并且被垂直设置在第一直部78与轴向开口18之间。缩窄部96包括从轴74出发的半径100，其远离第一直部78而减小，因此使通道22变窄。第二直部98被设置在缩窄部96的垂直下方。第二直部98被设置在缩窄部96与轴向开口18之间。第二直部98具有从轴74出发的半径102，其沿着与轴74平行的长度103保持至少近似恒定。
拉制炉12还包括第一加热元件42、第二加热元件60和第三加热元件66。第一加热元件42在整个第一范围44中加热通道22，所述第一范围44涵盖由第一直部78限定的通道22的一部分。第二加热元件60在整个第二范围62中加热通道22，所述第二范围62涵盖由第一范围44上方的第一直部78所限定的通道22的一部分。也就是说，第二加热元件60被设置在第一加热元件42的垂直上方。第三加热元件66在整个第三范围68中加热通道22，所述第三范围44涵盖由第二直部98限定的通道22的一部分。也就是说，第三加热元件66被设置在第一加热元件42的垂直下方。
在使用时，拉制炉12还包括位于通道22中的光纤预制件46。第一加热元件42所加热的第一范围44涵盖光纤预制件46的尖端50。第二加热元件60所加热的第二范围62至少部分在光纤预制件46的主体52的上方。光纤48由光纤预制件46拉制并且延伸通过通道22以及从轴向开口18离开。第三加热元件66所加热的第三范围68涵盖由光纤预制件46拉制的光纤48的一部分。在实施方式中，第三加热元件66将第三范围68加热到100℃至200℃的温度，例如，125℃至175℃，约150℃、或者150℃。
拉制炉12还包括进入到通道22中的上入口24。相比于马氟炉16的内表面20的缩窄部96，上入口24更靠近马氟炉16的内表面20的第一直部78设置。在实施方式中，上入口24被设置在光纤预制件46的主体52垂直上方。惰性气体54(i)流动通过上入口24并进入到通道22中，(ii)接着沿着马氟炉16的内表面20的第一直部78流动，(iii)然后沿着马氟炉16的内表面20的缩窄部96流动，(iv)随后沿着马氟炉16的内表面20的第二直部98流动，以及(v)接着从轴向开口18离开。在实施方式中，惰性气体54是氩气。在实施方式中，惰性气体54是氮气。在实施方式中，惰性气体54是氩气和氮气中的一种或多种。在实施方式中，惰性气体54包括氩气和氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气，例如非有意添加的氦气。
如在下文实施例中将变得更加明显的，当使用非氦气惰性气体时，使用第三加热元件66来加热第三范围68，并且该第三范围68涵盖由第二直部98限定的通道22，由此得到的光纤48的直径具有可接受的变化性。在实施方式中，光纤48以至少20m/s的速率离开轴向开口18，并且在离开轴向开口18之后具有直径，该直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.06μm。
实施例
实施例1和比较例1A和1B：对于这些实施例，使用计算流体动力学模拟(ANSYSFluent v 17.2,ANSYS公司，美国宾夕法尼亚州佳侬斯堡)来生成各种情况的流函数等值线图。对于实施例1，针对氩气作为流动通过具有管28的光纤形成设备10的惰性气体54，生成流函数等值线图。管28假设为具有
Figure BDA0003943958880000131
”(1.905cm)内直径，并且由石墨形成。该流函数等值线图重现于图6A和6B，并且作为惰性气体54的氩气的轴向速度分布重现于图6C。对于比较例1A，再次生成针对作为惰性气体54的氩气的流函数等值线图，但是这一次，惰性气体54流动通过不具有管28的光纤形成设备10的变体。该流函数等值线图重现于图7A。比较例1B的氩气的轴向速度分布重现于图7B。对于比较例1B，生成相同的流函数等值线图，但是这一次，使用氦气作为惰性气体54并且流动通过不具有管28的光纤形成设备10的变体。该流函数等值线图重现于图8。在所有情况中，均启动第一加热元件42和第二加热元件60以升高拉制炉12的通道22的第一范围44及第二范围62中的温度。
在比较例1B中，图8中重现的流函数等值线图显示出，当通道22被作为惰性气体54的氦气填充时，得到了氦气的单向一致流动。换言之，当氦气用作惰性气体54时，不存在定义明确的对流环104。然而，在比较例1A中，当通道22被作为惰性气体54的氩气填充时，在光纤预制件46的尖端50附近的马氟炉16的内表面附近以及围绕光纤48的通道22的缩窄部26上方均产生了对流环104。这些对流环104例示于图7A。具体地，闭合线例示了惰性气体54的循环。图7B的图表例示了在图7A处显示的虚线VIIB处的氩气的轴向速度分布。正值指示向下流向轴向开口18，而负值指示向上流动。正值和负值的同时存在对应于氩气的循环，导致形成对流环104。
不囿于理论，认为对流环104(例如图7A所示的比较例1A的那些)充分影响光纤预制件46的尖端50与通道22的缩窄部26之间的通道22内的热传递，从而造成光纤48的直径显著变化。当使用氩气作为惰性气体54时，导致得到这些对流环104。然而，如关于比较例1B及图8的流函数等值线图所示，当使用氦气作为惰性气体54时，这种对流环104不显现，并且避免了光纤48的直径的变化性。不囿于理论，认为，相比于氩气，氦气的相对较高的运动粘度抑制了这些对流环104的产生。所谓的格拉晓夫数(Grashof number，Gr)是自然对流的无量纲值，其将惰性气体54的运动粘度与自然对流之间的关系概念化。格拉晓夫数(Gr)通过以下方式定义：
Figure BDA0003943958880000141
其中，g是重力加速度，β是热膨胀系数，Lc是特征长度(立方)，ΔT是温差，并且v是气体的运动粘度。如根据该方程显而易见的，当惰性气体54的运动粘度高时，如氦气相对于氩气而言，格拉晓夫数低，这意味着惰性气体54有相对较低的对流。其他都相等的情况下，氦气与氩气(或氮气)的运动粘度(v)的差异导致格拉晓夫数(Gr)有70倍的不同。
然而，当如实施例1中使用管28时，作为惰性气体54的氩气不在紧邻缩窄部26的上方毗邻光纤48形成对流环104。图6A和6B例示了如在紧邻缩窄部26上方缺少如比较例1A的在图7A中显而易见的对流环104。图6C的轴向速度图表在图6B的线VIC处获得，该图表例示了在管28的第二通道34内，以及在马氟炉16的内表面20与管28的外表面30之间的拉制炉12的第一通道22内，氩气的轴向速度均为正值，这指示了单向的向下流动。管28的应用使得在由光纤预制件46拉制的光纤48周围具有一致的单向气流，这使得具有减小的直径变化性。不囿于理论，并且重新参考格拉晓夫数(Gr)的方程，管28减小了特征长度Lc的数值，这得到了更小的格拉晓夫数(Gr)，表示了更低的对流。由于管28将惰性气体54分成两股分别的物流56、58，因此可分析两个分别的特征长度Lc值。可分析的第一特征长度Lc值是空间40在马氟炉16的内表面20与管28的外表面30之间的距离。即使该第一特征长度Lc较大，管28会将光纤48与在马氟炉16的内表面20与管28的外表面30之间的产生的任何对流环104隔离。可分析的第二特征长度Lc值是管28的内表面32与管28内的光纤48之间的距离。该距离有意地小(例如，当管的内直径小于或等于2.54cm时)，因此限制了第二特征长度Lc的值。换言之，该距离太小而不能产生对流环，即使当使氩气是惰性气体54时也如此。在任一种情况中，作为惰性气体54的氩气不产生会不利影响光纤48的直径变化的对流环104。
计算流体动力学模型还额外地产生了实施例1和比较例1A的温度波动数据和压力波动数据。该数据以图表的形式重现于图9A(温度波动)和图9B(压力波动)。相比于不采用管28的比较例1A，采用管28的实施例1使得作为惰性气体54的氩气具有显著更少的温度和压力波动。由于使用管28得到的减小的温度和压力波动使得光纤48的直径的变化性减小。
实施例2和比较例2A：在实施例2中，使用光纤形成设备10由光纤预制件46拉制实际的光纤48，所述光纤形成设备10使用在通道22中的管28。第二加热元件60设置在800℃。管28的内直径为3/4英寸(1.905cm)。以20m/s的速率拉制光纤48。惰性气体54基本上为纯氩气(～100体积％的氩气)。在比较例2A中，不使用管28，但是在别的方面，所有的条件与实施例2相同。
对于实施例2和比较例2A，测量作为时间函数的光纤48的直径与平均直径的偏差。结果图示于图10A(实施例2)和图10B(比较例2A)。在两种情况中，平均直径均为125μm。对于使用管28的实施例2，在测量直径的整个时间段中，光纤48的直径与光纤48的平均直径的偏差在平均直径的任一方向上改变小于0.2μm。相较之下，对于不使用管28的实施例2A，光纤48的直径与光纤48的平均直径的偏差常改变超过0.2μm，有时改变超过0.6μm。因此，使用管28的实施例2相比于不使用管28的实施例2A得到了直径更加一致(即，更小的直径变化性)的光纤48。
作为测量频率的函数，计算实施例2和比较例2A的偏离平均直径的标准偏差并且图示于图11。在20m/s的拉制速率下，实施例2的光纤48的偏离平均直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.06μm。相较之下，实施例2A的光纤48的偏离平均直径的标准偏差在相同的频率范围下为约0.15μm或更大。
实施例3：对于实施例3，在各种拉制速率下，使用光纤形成设备10由光纤预制件46拉制光纤48，所述光纤形成设备10使用在通道22中的管28。惰性气体54为约100％氮气。启动第二加热元件60以及第一加热元件42。在1Hz的频率下测量偏离平均直径的光纤48的直径偏差。然后计算偏离平均直径的标准偏差。此外，测量光纤48在管28的出口38处的温度。结果图示于图12。注意，随着光纤48在管28的出口38处的温度升高，光纤48的偏离平均直径的标准偏差增大。尽管如此，当光纤48在出口38处的温度小于或等于1650℃时，光纤48的偏离平均直径的标准偏差通常为0.06μ或更小。其他都相等，减小拉制速率或增长管28使得光纤48在出口38处的温度降低，因此减小了光纤48的偏离平均直径的标准偏差。
实施例4和比较例4A：对于实施例4，使用具有管28的光纤形成设备10，由光纤预制件46拉制光纤48。使用基本上纯的氩气作为惰性气体24。启动第一加热元件42但是不启动第二加热元件60。对于比较例4A，采用相同的设置但是不使用管28。在两种情形中，以20m/s的速率拉制光纤48。在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下测量偏离光纤48的平均直径的偏差。计算偏离平均直径的标准偏差并图示于图13。在所有测量的频率上，相比于不使用管28的实施例4A，对于被拉制的光纤28，使用管28的实施例4得到了更小的偏离平均直径的标准偏差。另外，将图13中的关于实施例4的数据与图11中的关于实施例2的数据比较，揭示了相比于在使用管28的同时不启动第二加热元件60，在使用管28的同时启动第二加热元件60得到了更小的偏离光纤48的平均直径而言的标准偏差。
实施例5：对于实施例5，再次用计算流体动力学模拟来产生作为惰性气体54的氩气的流函数等值线图，所述惰性气体54流动通过具有由渐缩部80限定的通道22的光纤形成设备10A，然后流动通过马氟炉16A的内表面20A的第二直部82。假设第二直部82的直径(半径92的两倍)为
Figure BDA0003943958880000161
英寸(1.905cm)。假设第一加热元件42和第二加热元件60均被启动以升高通道22的第一范围44及第二范围62中的温度。
该流函数等值线图重现于图14A和14B。如图所示，在渐缩部80到第二直部82的过渡处，不存在对流环104。相反，氩气以一致向下的方式流动。图14B的线XIVC处的氩气流的轴向速度分布重现于图14C。该轴向速度分布例示了正值，因此是单向的向下流。实施例5的轴向速度值大于使用管28的实施例1的轴向速度值(参见图6C)，因为在实施例5中，全部的惰性气体54均流动通过通道22，而在实施例1中，惰性气体54的物流量被分成在管28中的内物流56和在管28外的外物流58。在比较例1A中，在通道22的缩窄部26上方产生了对流环104，相比于由比较例1A的光纤形成设备生产的光纤48(图7A-7B)，由光纤形成设备10A生产的光纤48将具有改进的直径变化性。
计算流体动力学模型还额外地产生了实施例5和比较例1A的温度波动数据和压力波动数据比较。该数据以图表的形式重现于图15A(温度波动)和图15B(压力波动)。实施例5采用由马氟炉16A的内表面20A的渐缩部80和第二直部82限定的通道22，相比于比较例1A，实施例5得到了显著更小的氩气的温度和压力波动。减小的温度和压力波动将减小光纤48的直径的变化性。
不囿于理论，再次认为，对于本实施方式的光纤形成设备10A，由第二直部82限定的内表面20A的相对较小的直径充分减小了光纤48与内表面20A之间的距离(即，特征长度Lc)，以使得惰性气体54的对流最小化。因此，由第二直部82限定的内表面20A的相对较小的直径允许使用除氦气以外的惰性气体54，例如，氩气或氮气，而不会显著不利地影响光纤48的直径变化性。
实施例6：在实施例6中，使用光纤形成设备10A由光纤预制件46拉制实际的光纤48，所述光纤形成设备10A采用由第二直部82限定的直径相对较小的内表面20A。第二直部82的内表面20A的直径为3/4英寸(1.905cm)。以20m/s的速率拉制光纤48。惰性气体54基本上为纯氩气(～100体积％的氩气)。启动第二加热元件60。
对于实施例6，测量作为时间函数的光纤48的直径偏离平均直径的偏差。结果图示于图16。在测量直径的整个时间段中，光纤48的直径与光纤的平均直径的偏差在平均直径的任一方向上改变小于0.2μm。这可与图10B的比较例2A比较，比较例2A不采用由第二直部82限定的直径较小的内表面20A。在比较例2A中，光纤48的直径偏离光纤48的平均直径的偏差常改变超过0.2μm，有时改变超过0.6μm。因此，使用由第二直部82限定的直径相对较小的内表面20A的实施例6得到的光纤48相较于比较例2A的光纤48具有更加一致的直径(即，更小的直径变化性)。
计算实施例6的偏离光纤48的平均直径的标准偏差。结果作为测量频率的函数图示于图17。将实施例6的结果与比较例2A进行比较。如该图表所示，对于所有的测量频率(10Hz、1Hz和0.1Hz)，实施例6的光纤48的偏离平均直径的标准偏差小于0.06μm。相较之下，比较例2A的光纤48的偏离平均直径的标准偏差在这些频率下为约0.15μm或更高。
实施例7：在实施例7中，使用具有第三加热元件66的光纤形成设备10拉制光纤48，所述第三加热元件66在整个第三范围68中加热通道22，所述第三范围68涵盖由马氟炉16的内表面20的第二直部98限定的通道22的一部分。将第三加热元件66设置在150℃的温度。以20m/s的速率拉制光纤48。惰性气体54为100％氩气。额外启动第一加热元件42和第二加热元件60。
以各种时间频率(10Hz、1Hz和0.1Hz)测量偏离光纤48的平均直径的直径偏差。计算偏离平均直径的标准偏差。结果示于图18。在图表上比较实施例7的结果与比较例2A的结果。在比较例2A的情况中，不使用第三加热元件66，但是其他方面的设置与实施例7的相同。如图18的图表所例示的，相比于不使用第三加热元件66，第三加热元件66的使用得到了显著更低的偏离平均直径的标准偏差。对于实施例7，在所有的测量时间频率上，偏离平均直径的标准偏差小于0.06μm。对于比较例2A，对于相同的测量频率，偏离平均直径的标准偏差为约0.15μm或更高。不囿于理论，认为第三加热元件66的使用增加了惰性气体54的运动粘度，以抑制由马氟炉16的内表面20的第二直部98所限定的通道22的部分内的对流不稳定性。再次参考上述格拉晓夫数(Gr)的方程，气体的运动粘度(v)越高，格拉晓夫数(Gr)越低。

Claims (20)

1.一种光纤形成设备，其包括：
拉制炉，所述拉制炉包括：(i)具有内表面的马氟炉，(ii)在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了延伸通过轴向开口的通道，和(iii)进入到通道中的上入口；和
延伸到轴向开口上方的拉制炉的通道中的管，所述管具有(i)外表面，并且马氟炉的内表面包围管的外表面，并具有将管的外表面与马氟炉的内表面分开的空间，(ii)内表面，其限定了延伸通过管的第二通道，(iii)进入到管的第二通道中的入口，(iv)从管的第二通道离开的出口。
2.如权利要求1所述的光纤形成设备，其中
惰性气体流动通过上入口并进入到拉制炉的通道中，并且形成分别的物流，其中的一股物流在马氟炉的内表面与管的外表面之间的空间中流动通过拉制炉的通道并且从拉制炉的轴向开口离开，并且其中的另一股物流流动到管的入口中，通过管的第二通道，并且从管的出口离开。
3.如权利要求2所述的光纤形成设备，其中
惰性气体包括氩气或氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。
4.如权利要求1所述的光纤形成设备，其还包括：
第一加热元件，其在整个第一范围中加热拉制炉的通道，所述第一范围涵盖管的入口上方的拉制炉的通道的至少一部分；以及
第二加热元件，其在整个第二范围中加热拉制炉的通道，所述第二范围涵盖第一范围上方的拉制炉的通道的至少一部分。
5.如权利要求1所述的光纤形成设备，其还包括：
设置在拉制炉的通道内的光纤预制件；
由光纤预制件拉制的光纤，其延伸通过管的第二通道；和
第一加热元件，其在整个第一范围中加热拉制炉的通道，所述第一范围涵盖光纤预制件的尖端。
6.如权利要求5所述的光纤形成设备，其还包括：
第二加热元件，其在整个第二范围中加热拉制炉的通道，所述第二范围涵盖在光纤预制件的主体上方的通道的一部分。
7.如权利要求6所述的光纤形成设备，其还包括：
第三加热元件，其在整个第三范围中加热拉制炉的通道，所述第三范围涵盖管的第二通道的一部分。
8.如权利要求5所述的光纤形成设备，其中
光纤以至少20米/秒的速率离开管的出口，并且在离开管的出口之后具有直径，该直径的标准偏差(σ)在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.06μm。
9.如权利要求1所述的光纤形成设备，其中
管的入口具有1.27cm至2.54cm的内直径。
10.一种用于光纤形成设备的拉制炉，其包括：
具有内表面的马氟炉以及在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了通道，所述通道以一轴为中心并且延伸通过轴向开口，所述内表面包括：
第一直部，所述第一直部具有从所述轴出发的半径，该半径沿着与该轴平行的长度至少保持近似恒定；
设置在第一直部与轴向开口之间的渐缩部，所述渐缩部包括从所述轴出发的半径，该半径远离第一直部而减小，从而缩窄了通道；以及与所述轴平行的垂直长度，其比渐缩部的最大半径长至少两倍；和
设置在渐缩部与轴向开口之间的第二直部，其具有从所述轴出发的半径，该半径沿着至少75cm的长度至少保持近似恒定，第二直部的半径为0.635cm至1.27cm。
11.如权利要求10所述的拉制炉，其还包括：
进入到通道中的上入口，相比于马氟炉的内表面的渐缩部，上入口更靠近第一直部设置；
其中，惰性气体(i)流动通过上入口并进入到通道中，(ii)接着沿着马氟炉的内表面的第一直部流动，(iii)然后沿着渐缩部流动，(iv)随后沿着第二直部流动，以及(v)接着从轴向开口离开。
12.如权利要求11所述的拉制炉，其中：
惰性气体包括氩气或氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。
13.如权利要求10所述的拉制炉，其还包括：
设置在通道内的光纤预制件；和
由光纤预制件拉制的光纤，所述光纤延伸通过通道并且从轴向开口离开。
14.如权利要求13所述的拉制炉，其还包括：
第一加热元件，其在整个第一范围中加热通道，所述第一范围涵盖光纤预制件的尖端；和
第二加热元件，其在整个第二范围中加热通道，所述第二范围涵盖在光纤预制件的主体上方的通道的一部分。
15.如权利要求14所述的拉制炉，其还包括：
第三加热元件，其加热第三范围，所述第三范围涵盖马氟炉的内表面所限定的第二直部的通道的一部分。
16.如权利要求13所述的拉制炉，其中：
光纤以至少20米/秒的速率离开轴向开口，并且在离开轴向开口之后具有直径，该直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的频率下小于0.6μm。
17.一种用于光纤形成设备的拉制炉，其包括：
具有内表面的马氟炉以及在马氟炉下方的轴向开口，所述马氟炉的内表面限定了通道，所述通道以一轴为中心并且延伸通过轴向开口，所述内表面包括：
第一直部，所述第一直部具有从所述轴出发的半径，该半径沿着与该轴平行的长度至少保持近似恒定；
设置在第一直部与轴向开口之间的缩窄部，所述缩窄部包括从所述轴出发的半径，该半径远离第一直部而减小，从而缩窄了通道；和
设置在缩窄部与轴向开口之间的第二直部，所述第二直部具有从所述轴出发的半径，该半径沿着与该轴平行的长度至少近似恒定；
第一加热元件，所述第一加热元件在整个第一范围中加热通道，所述第一范围涵盖由第一直部限定的通道的一部分；
第二加热元件，所述第二加热元件在整个第二范围中加热通道，所述第二范围涵盖第一范围上方的由第一直部所限定的通道的一部分；和
第三加热元件，所述第三加热元件在整个第三范围中将所述通道加热到100℃至200℃的温度，所述第三范围涵盖由第二直部限定的通道的一部分。
18.如权利要求17所述的拉制炉，其还包括：
设置在通道内的光纤预制件；和
由光纤预制件拉制的光纤，所述光纤延伸通过通道并且从轴向开口离开；
其中，第一加热元件加热的第一范围涵盖光纤预制件的尖端；
其中，第二加热元件加热的第二范围至少部分在光纤预制件的主体的上方；并且
其中，第三加热元件加热的第三范围涵盖由光纤预制件拉制的光纤的一部分。
19.如权利要求17所述的拉制炉，其还包括：
进入到通道中的上入口，相比于缩窄部，上入口更靠近第一直部设置；
其中，惰性气体(i)流动通过上入口并进入到通道中，(ii)接着沿着马氟炉的内表面的第一直部流动，(iii)然后沿着马氟炉的内表面的缩窄部流动，(iv)随后沿着马氟炉的内表面的第二直部流动，以及(v)接着从轴向开口离开；并且
其中，惰性气体包含氩气和氮气中的一种或多种，以及小于1体积％的氦气。
20.如权利要求18所述的拉制炉，其中：
光纤以至少20米/秒的速率离开轴向开口，并且在离开轴向开口之后具有直径，该直径的标准偏差在0.1Hz、1Hz和10Hz的测量频率下小于0.06μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20230159372A1 (en) * 2021-11-22 2023-05-25 Corning Incorporated Optical fiber forming apparatus

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437870A (en) * 1981-11-05 1984-03-20 Corning Glass Works Optical waveguide fiber cooler
JPH0530126U (ja) * 1991-10-01 1993-04-20 株式会社フジクラ 光フアイバ紡糸装置
DE69421594T2 (de) * 1993-07-13 2000-05-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Ziehofen für optische fasern und ziehverfahren
JP3189968B2 (ja) * 1995-06-22 2001-07-16 住友電気工業株式会社 光ファイバ線引き方法および光ファイバ線引き炉
JPH10153715A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 光ファイバユニットの抜取り回収方法
ID26017A (id) * 1998-04-03 2000-11-16 Sumitomo Electric Industries Tanur dan metode untuk penarikan kabel serat optis
JP4302367B2 (ja) * 2002-03-15 2009-07-22 古河電気工業株式会社 光ファイバの線引き方法および線引き装置
KR100545814B1 (ko) * 2002-08-31 2006-01-24 엘에스전선 주식회사 광섬유 인선 용해로 및 이를 이용한 광섬유 인선방법
WO2013105302A1 (ja) * 2012-01-10 2013-07-18 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法および製造装置並びに光ファイバ
JP2013203621A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ用線引炉および線引方法
CN106186663A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 中天科技光纤有限公司 一种新型光纤拉丝炉
CN108975677B (zh) * 2017-06-02 2021-04-06 中天科技精密材料有限公司 拉丝炉
JPWO2019044703A1 (ja) * 2017-08-28 2020-10-08 住友電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
NL2020854B1 (en) 2018-03-22 2019-10-02 Corning Inc Method and apparatus for suppressing flow instabilities in an optical fiber draw system

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