光纤光缆制造工艺及设备(21)

制。熔融SiO2的粘度与加热温度间的变化曲线如图5-3-2所示。同时，由于2000ºC的高温已超过一般材料的熔点，因而加热炉的设计是拉丝技术的又一关键技术。常用的拉丝热源有：

（1）气体喷灯；（2）各种电阻及感应加热炉；（3）大功率CO2激光器。

气体喷灯：历史上应用火焰燃烧器把高温玻璃拉制成纤维的例子甚多，一般都采用氢氧或氧—煤气喷灯，这种加热设备本身存在火焰骚动问题，因而拉制的光纤外径尺寸控制精度一直不高。目前，这种方法极少应用。它的结构以Pearson（皮尔逊） 和Tynes(泰纳)1975年设计的16氧喷嘴、氢四个喷嘴的燃烧器为典型代表。

现代拉丝机主要采用石墨或ZrO2氧化锆电阻或高频感应炉作热源。对加热炉的要求：

炉温易控制；炉内壁材料不易产生尘埃、颗粒及其它污染的杂质；可耐2200ºC及以上高温。

石墨加热炉采用直流或SOHZ型工频交流电源为石墨炉加热，如图5-3-4。在加热中为

防止石墨材料在高温下发生氧化，进而产生粉尘污染，一般需采用惰性气体如Ar氧进行气氛保护。同时，因为高温下石墨炉W丝的通电连接也较困难，因而也可采用石墨感应电阻炉来解决，采用水冷线圈进行冷却。

由于加热炉中充入Ar保持，而炉内Ar的紊乱流动将导致炉内温度的变化。因此必须对保护气体Ar的流量进行控制，以保持炉温的稳定。在拉制光纤时，需安装光纤外径测量仪反馈测量光纤外径的变化情况，因此可通过这一反馈测量值的变化来控制保护气体Ar的流量，使光纤外径的变化量控制在允许（1um）范围内。另一个控制方法是通过使用特殊的进气支管在灼热区提供高纯度的层状气流。气体Ar在这里的另一个最重要的作用是挤出炉内的空气，由于Ar气比重较空气的大的多，向炉内通入Ar气后，它将排挤炉内的空气向上运动，并从炉内排出空气，填充Ar在炉内的气体界面应高于光纤预制棒底部尖端的熔化高度，目的是防止空气中的湿气与熔融的SiO2接触，是制备低损耗光纤最重要的手段之一。

ZrO2氧化锆加热炉是利用氧化锆材料在常温下为绝缘体，接近1500ºC时，就会变成导

体的特点而设计制造。其本身既可作炉管又是加热体，在高频感应场中加热。因为氧化锆的氧化温度在2500ºC。因此氧化锆感应炉一般不需要气氛保护，但在制造光纤时，为隔离空气降低制造过程中产生的衰减，必须充Ar气进行气氛保护。典型的氧化锆炉高2.5m，外径约为2.5m，ZrO2炉管的外径为45mm，管的壁厚为3mm，水冷线圈RF绕在炉管的中部，并将密封在石英管中的石墨火花塞插入炉中。用RF线圈进行加热。当 ZrO2管温度高于1500ºC时，则将石墨火花塞移开，氧化锆在1500ºC或更高温度下成为导体，当RF线圈将ZrO2管温度加热至2000～2200ºC时，即可以拉制光纤。ZrO2氧化锆加热炉的结构如图5-3-5。两种加热炉比较，石墨炉价格低廉，升温迅速，存在氧化污染，ZrO2炉升温需几个小时，价格昂贵，而且易受热辐射力的破坏而产生断裂，因而从经济性考虑，石墨炉的采用更为广泛。

与气体氢氧喷灯燃烧器和高功率激光器相比，ZrO2氧化锆感应加热炉具有较大的热学

质量，会产生较长的颈缩区，是预制棒的数倍，对预制棒的加热拉丝有一定的影响。

图5-3-5 ZrO2氧化锆感应加热炉截面示意图

高功率激光器是一理想加热源。用激光拉制光纤的清净度是各种方法无法比拟的，因

为在拉丝过程中，激光器自身不会带来任何污染；而在光纤直径的控制上，在不需控制环的帮助下，大长度光纤直径的偏差小于标准值的1%，且加热温度稳定不变。常用的激光器为CO2激光器，它是一种分子激光器，基本工作原理：采用CO2气体和一些辅助气体（N2 Or He）等混合气体作为激光激活介质，密封于放电管中，管的端部为互相平行的两个反射镜构成谐振腔。激励方式多采用放电激励的形式，可以是连续信号或脉冲信号激励。连续输出的光功率可达kw级，最大可达10kw以上,发出10.6um和 9.6um波长的辐射功率,其电光转换效率

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