專利名稱：生產光纖的方法
技術領域：
本發明涉及生產光纖的方法，在此類光纖制造過程中，沿著非線性路徑(nonlinear pathway)生產光纖。更具體地說,本發明涉及結合了流體軸承(fIuidbearing)的光纖生產方法。
背景技術：
生產光纖的常規技術和制造方法一般包括在各生產階段中沿著線性路徑向下牽拉光纖。但是，這種技術嚴重妨礙了對光纖生產的改進和改良。例如，與光纖線性生產相關的設備通常以從頂部到底部的方式排列，從而難以在不增加整體系統高度的情況下對方法進行增加或改變。在一些情況下，對線性生產系統進行增加需要額外的結構，從而增加了建筑外殼(building housing)的高度(例如，拉制塔位于或接近已有建筑頂棚的情況)。這種妨礙作用導致為了改變或更新光纖生產系統和設施的成本明顯提高。提供使得制造商得以取消只能線性方式進行生產的系統和方法將顯著降低進行改變或更新的成本。例如，通過使用水平伸展(取代垂直伸展，或與垂直伸展同時使用)的系統，將更容易和更節約成本地為生產系統提供額外部件和設備。另外，這種排列能夠提供更有效的工藝路徑，使得可以使用較低成本的聚合物、較高的涂覆速度，從而提供改進的光纖冷卻技術。發明概述本發明意在解決和消除問題和缺點，另外改進生產光纖的系統和方法。為了實現上述目的，本發明一個實施方式包括生產光纖的方法，所述方法包括沿著第一路徑從預制件拉制裸光纖，使裸光纖接觸流體軸承的流體緩沖墊(fluid cushion)區，在將裸光纖拉過流體緩沖墊區時沿著第二路徑重新定向該裸光纖。本發明另一方面包括生產光纖的方法，所述方法包括沿著第一路徑拉制光纖，使光纖接觸流體軸承的一個區，其中，所述流體軸承包括具有弓形外表面的第一擋板和具有相應弓形外表面的第二擋板，其中，所述相應外表面是充分對準的，在第一擋板和第二擋板的相應外表面之間形成所述區，其中，所述區設置成能夠接受光纖，并且有至少一個開口通過第一擋板和第二擋板中的至少一個，所述開口設置成能夠提供流過流體軸承的流體。所述方法進一步包括在將光纖拉過流體緩沖墊區時沿著第二路徑重新定向所述光纖。本發明另一方面包括生產光纖的方法，所述方法包括沿著第一路徑拉制光纖，使光纖接觸第一流體軸承的第一流體緩沖墊區，在將光纖拉過第一流體軸承的第一流體緩沖墊區時沿著第二路徑重新定向光纖 ，使光纖接觸第二流體軸承的第二流體緩沖墊區，在將光纖拉過第二流體軸承的第二流體緩沖墊區時沿著第三路徑重新定向光纖。所述方法還包括用涂層涂覆光纖。
在本文所述本發明的任何方面中，流體軸承優選可以包括在光纖通過所述流體軸承時用于引導所述光纖的通道。所述通道優選由兩個平行或基本平行的側壁形成，這兩個側壁形成光纖從中通過并重新定向的通道。在光纖拉制操作期間，優選將光纖完全定位并保持在所述通道內和所述側壁之間，并且使所述流體緩沖墊從所述通道的一端至另一端在其間噴過。通常，流體在由光纖通過流體軸承而形成的弓形路徑內的一點處進入通道，從所述光纖弓形路徑外的一點處離開通道。與光纖形成的弓形路徑外的壓力相比，在所述弓形路徑內存在于光纖下方的壓力較高，這種較高的壓力會使光纖浮起。優選為通道提供能夠在光纖在通道中朝向弓形路徑的外側運動時降低所述弓形路徑內的壓力的裝置。例如，可以提供楔形的通道，從而當光纖在通道內升高時降低光纖下方的壓力。在一些優選實施方式中，通道側壁以一定角度傾斜，流體進口處的通道寬度小于流體出口處的溝槽寬度。本發明的其它特征和優點將在以下詳細說明中提出，本領域技術人員通過閱讀說明書或者通過實施本文所述的本發明(包括以下詳細說明、權利要求和附圖)將了解，這些其它特征和優點中的一些是顯而易見的。應該理解，以上一般說明和以下詳細說明提出了本發明的實施方式，意在為理解所要求權利的本發明的性質和特征提供概述或框架。包括附圖以提供對本發明進一步的理解，附圖結合在本說明書中，并且構成本說明書的一部分。


本發明的各實施方式，與說明書一起闡述了本發明的原理和操作。附圖簡要說明

圖1說明一種光纖生產系統；圖2說明另一種光纖生產系統；圖3說明用于光纖生產系統的一種流體軸承的分解圖；圖4說明用于光纖生產系統的具有楔形區的一種流體軸承的側視圖；圖5說明圖4中流體軸承的一個區域的部分放大圖；圖6說明流體軸承的一部分的前視圖； 圖7說明另一種流體軸承設計的截面圖；圖8說明另一種流體軸承設計的截面圖。附圖中提出的實施方式是說明性的，并不意在限制由權利要求限定的本發明。而且，參考詳細說明，附圖和本發明的各特征將是更顯而易見和更容易理解的。本發明優選實施方式以下將具體參考本發明的優選實施方式，附圖中說明了這些實施方式的實施例。在附圖中，將盡可能使用相同的附圖標記指代相同或類似的部件。本發明提供了生產光纖的新系統和新方法，其中，通過使用流體軸承沿著非線性路徑生產光纖。本文聯系附圖1-6具體描述本發明的實施方式，其中，類似的附圖標記指代附圖中相同或相應的要素。本發明提供的系統和方法使得能夠從初始預制件拉制光纖并沿著非線性路徑傳遞光纖。本文使用術語“裸光纖”表示直接從預制件拉制的光纖，尚未對其外表面施用保護性涂層(例如，在用聚合物基材料對裸光纖進行涂覆之前)。本發明通過使光纖在施用保護性涂層之前沿著非線性路徑在各生產階段中傳遞而提供了靈活性。另外，如下文討論的，本發明的系統和方法不僅提供了非線性路徑，還能促進在生產過程期間對光纖進行加工(例如冷卻)。參見附圖1，說明了生產光纖8的一種系統的例子。在圖1所示的實施方式中，將預制件10置于熔爐12中，由其拉制光纖，產生裸光纖14。預制件10可以由適合于制造光纖的任何玻璃或材料構成。一旦從預制件10拉制出裸光纖14并且離開熔爐12，裸光纖14立刻接觸固定式流體軸承16 (下文討論)并且在運動到冷卻裝置18之前從沿著第一(基本上垂直的)路徑(A)運動轉換成沿著第二路徑(B)運動。如圖所示，第二路徑(B)水平取向，或者與第一路徑正交，但是應該理解，本文所述的系統和方法可以在施用保護性涂層之前沿著任何非線性路徑重新定向光纖。在圖1所示的實施方式中，光纖14在到達涂覆單元20之前，在通過任選的冷卻裝置18的時候被冷卻，在所述涂覆單元20處，在裸光纖14的外表面上施用第一層保護涂覆層21。冷卻裝置18可以是用來冷卻光纖的本領域中已知的任何裝置。優選在冷卻裝置中填充能夠促進光纖以比空氣冷卻更快的速率冷卻的氣體。需要時可以使用任選的額外的流體軸承24，在裸光纖14運動至 涂覆單元從而接受保護層時，將其從基本水平的路徑(B)(通過軸承16和24的對準而產生)傳遞回到基本垂直的路徑(A)(或者任何其它第三路徑)。離開涂覆單元20之后，具有保護層21的光纖(不再是裸光纖)可以通過系統內的各種其它加工階段(未顯示)。在將光纖拉過圖1所示整個系統并且最終繞在光纖儲軸(storagespool，未顯示)上時，使用牽拉裝置28在光纖上提供必需的牽引力。如下文所述，流體軸承(例如16和24)將光纖14傳遞通過光纖生產系統8，使得光纖在到達牽拉裝置28之前沒有發生任何機械接觸。“機械接觸”是指與拉制過程中的固體部件發生接觸。不發生機械接觸對于保持脆弱的裸光纖的品質是很重要的，對在通過施涂器20進行涂覆之前運動經過非線性路徑的光纖而言尤為重要。由牽拉裝置28提供的機械接觸是可以接受的，原因是，在系統中的該點處，光纖已經涂覆有保護層21，機械接觸不會象對未涂覆光纖那樣對已涂覆光纖的品質產生明顯影響。如本文所討論的，提供在涂覆步驟之前具有非線性路徑的光纖生產系統具有許多優點。例如，在常規生產系統中，在涂覆單元之前增加新的或額外的部件，例如額外的冷卻裝置18或額外的涂覆單元20，意味著所有這些裝置需要進行線性的重新排列，一般需要增加系統的高度。使用本文所述的光纖生產系統，可以在施用保護性涂層之前沿著水平或對角(例如與垂直方向的夾角)方向輸送光纖，從而不僅在構建設備時提供更大的靈活性，并且在以后的改變、增加和更新時提供更大的靈活性。圖2說明光纖生產系統108的另一個實施方式。如圖2中所示，可以組合使用多個流體軸承116，將來自預制件110的光纖114傳遞至涂覆單元120。鑒于圖1的冷卻裝置18位于從預制件10形成光纖14之后和光纖到達涂覆單元20施用保護層21之前，圖2提供了取消標準冷卻裝置的一個實施方式。具體地說，流體軸承116 (或圖1中的14或24)替代了標準冷卻裝置(例如圖1中的18)，起到了冷卻裝置118的作用(并且提供了流體緩沖墊區，裸光纖114可以運動經過該區)。將光纖114傳遞經過流體軸承116時(下文描述)，各流體軸承116上的流體緩沖墊區使裸光纖114冷卻。例如，參見圖2，離開熔爐112進入流體軸承116的光纖114的溫度可能約為1000-1800°C或以下。在一些優選實施方式中，光纖在其溫度低于1300°C、更優選低于1200°C的情況下進入流體軸承116，在一些實施方式中，低于1100°C。由于流體軸承應用承載光纖的運動流體流，所以光纖的冷卻速率比光纖在環境靜止空氣(例如剛離開拉制熔爐時的情況)中的冷卻速率更快。光纖和流體軸承中流體(優選為環境溫度或室溫的空氣)的溫度差越大，流體軸承冷卻光纖114的能力越大。在另一個實施方式中，實際上可以對噴過流體軸承116的流體進行冷卻，從而以更快的速率冷卻光纖。流體緩沖墊區內的流體能為光纖114提供充分的冷卻，從而能夠將光纖直接傳遞至涂覆單元120，在裸光纖114的外表面上施用保護層，生產經過涂覆的光纖121。在一個實施方式中，流體軸承116的流體緩沖墊區可以包含不與裸光纖114反應的流體(例如空氣、氦氣)。除了提供冷卻之外，應用了多個流體軸承116的圖2的排列還能在將裸光纖114從基本線性的排列(Y)轉換成基本非線性的排列(Y + Z)時提供更好的穩定性。不希望受限于理論，通過應用彼此相鄰排列的多個流體軸承116，能夠更容易地控制使光纖114從流體緩沖墊的一個區運動至下一個區時需要的精確性。當然，應該理解，可以應用以任何順序排列的任意數量的軸承組(以下討論)(包括應用一個軸承組的情況)、提供任意數量的所需路徑來生產光纖。至此，已經描述了以非線性路徑生產光纖的系統和方法。如本文所述，這些系統和方法可以包括結合一個或多個軸承組。圖3說明可以如本文所述用于生產光纖的軸承組216的一個實施方式。在圖3所示的實施方式中，軸承組216 (有時候稱為“流體軸承”)包括第一擋板230、第二擋板232、內部元件236、位于第一和第二擋板中至少一個中的至少一個開口 234。第一擋板230和第二擋板232可以由金屬制造，包括弓形外表面238、239，可以彼此相對定位。第一擋板230和第二擋板232通過緊固件(例如螺栓240)相連，從而將擋板230和232連接在一起，使得流體可以通過軸承組216。各擋板230、232的弓形外表面238,239 一般沿著對應各擋板230、232的周邊展開。第一擋板230和第二擋板232各自具有對應的內表面242、244和外表面243、245，其中，擋板230、232的內表面242、244彼此對準。凹陷部分247至少部分地環繞第一擋板230或第二擋板232的內表面242、244，從而為流體流動提供增壓(plenum)。在另一個實施方式中,所述凹陷部分可以包括多種構造,從而在光纖承載通道250中提 供均勻的流動，如下文所討論。在所不實施方式中，第一擋板230和第二擋板232的弓形外表面238、239優選基本對準，并且在第一擋板230和第二擋板232的外表面238、239之間形成一個區。該區構造成能夠接受光纖，因此，光纖能夠沿著該區運動而不需要軸承組發生旋轉。圖4中所示的實施方式中更清楚地說明了光纖承載通道250 (下文討論)。至少一個開口 234通過第一擋板230和第二擋板232中的至少一個。如圖3中所示，第一擋板230和第二擋板232的開口 234使得流體(例如空氣、氦氣、或其它所需的氣體或液體)能夠傳送通過軸承組216，因此，流體能夠在光纖承載通道250處離開軸承組216，所述通道在第一擋板230和第二擋板232之間形成(圖4和5中能更清楚地顯示)。另外，如圖3中的實施方式所示，軸承組216可以包括位于第一擋板230和第二擋板232之間的內部元件236。所述內部元件236 (例如薄墊片237)構造成能夠幫助將流體定向至第一擋板230和第二擋板232的外表面238、239之間的區，使得流體離開具有預定流動方向的光纖承載通道250。內部兀件236位于第一擋板230和第二擋板232之間，從而在其間提供縫隙。內部元件236定向流體，使其離開具有預定流動方向的光纖承載通道250。需要時，內部元件236可以包括多個指狀物(未顯示)，從而通過抑制非徑向流動進一步控制流體流動。另外，內部元件236作為密封(sealing)部分，在第一擋板230和第二擋板232之間提供充分接觸。內部元件還可以包括槽口，以促進光纖的進入和離開，如圖6中所示(下文所述)。如圖4中所示，在第一擋板230和第二擋板232的外表面238、239之間形成的光纖承載通道250可以是楔形的，其中，流體在第一擋板230和第二擋板232之間離開。但是在另一個實施方式中，光纖承載通道250例如可以包括平行或反向的楔形。另外，楔形光纖承載通道250內的開口 260可以根據光纖214垂直定位的位置而變化。開口 260和光纖承載通道250的優選構造是，對于應用的具體牽引力和牽拉速度、以及流體流過開口 260的速率，對于典型外直徑是125微米的光纖，光纖能夠保持在光纖承載通道250中小于500微米寬度的橫截面內，較優選該寬度小于400微米，更優選小于300微米，最優選小于200微米。因此，優選光纖能保持在通道250中光纖直徑1-2倍的區域內，更優選為光纖直徑的1-1.75倍，最優選為光纖直徑的1-1.5倍的區域內。優選光纖位于通道內部時使光纖外側與各側壁之間的距離為光纖直徑的0.05-0.5倍。參見圖5，形成光纖承載通道250的表面242和244的長度優選至少為0.5厘米，更優選長度至少為I厘米。例如在一個實施方式中，光纖承載通道250的深度可以是1.25厘米。對于125微米的光纖,光纖承載通道250橫向寬度(distance across fiber supportchannel)例如可以是，在擋板230和232之間最內部和最窄橫向寬度約為127微米，在擋板230和232之間最外部和最寬橫向寬度(弓形外表面238、239的略靠內側)約為380微米。圖5是圖4中一部分的放大圖，更清楚地顯示了光纖承載通道250，該通道具有在光纖214傳遞通過流體軸承組216時接觸光纖214并且防止光纖與流體軸承組216的機械部件發生實質接觸的流體254的一個區。如圖5所示，流體254(例如空氣)從軸承組216內離開光纖承載通道250，流體254環繞光纖214，并且在光纖214下方提供流體254的一個區，該區在光纖下方產生正壓，從而作用于光纖底部起到承載作用。可以對壓力進行優化，使光纖214定位于流體軸承組216的第一擋板230和第二擋板232之間形成的光纖承載通道250內。具體地說，在光纖承載通道250處(即，光纖214的下方)離開軸承組216的流體254可以具有恒定的流體流動速率，該速率能夠將光纖214保持或承載在光纖承載通道250內的特定位置處。為光纖承載通道250提供足夠高的流體壓力，從而在光纖214運動經過流體軸承組216時承載光纖214并且將光纖保持在光纖承載通道250內所需的位置處。從圖5中可知，在一些優選實施方式中，表面242和244優選是楔形或傾斜的，從而使光纖承載通道250在流體254進入光纖承載通道250的端部(即，在光纖214通過流體軸承時由光纖形成的弓形路徑的內側)具有較窄的寬度。在所示實施方式中，為了方便觀看，圖中的傾斜角度(tapered angle)在朝向光纖承載通道250的優選傾斜角度水平上有所夸張。事實上，表面242和244中至少一個、優選兩個是各自傾斜的，傾斜角度優選大于O且小于10度，更優選0.3-7度，最優選0.4-3度，因此，光纖承載通道250頂部或外部256的寬度260要大于光纖承載通道250底部或內部257的寬度260。例如，在這樣的一個實施方式中，形成所述區的第一擋板230和第二擋板232可以分別傾斜6度和+.6度。或者，光纖承載通道250可 以具有任意深度、寬度或傾斜角度。通過利用楔形的光纖承載通道250 (例如圖4和5中所示)并且將流體注射入光纖承載通道250形成的溝槽中，使流體進入光纖承載通道250較窄的內部并且從較寬的外部離開光纖承載通道250，噴過通道250的流體緩沖墊就能使光纖自定位于通道250的深度內。例如，對于給定的流體流動，如果光纖牽引力增大，則光纖將在通道250中向下運動直到光纖214與通道側壁242和244之間的縫隙小到足以使通道250中的壓力足夠大，足以恰當校正新的較高牽引力。如果光纖牽引力減小，則光纖將在通道250中向上運動直到光纖214與通道側壁242和244之間的縫隙大到足以使通道250中的壓力小到足以恰當校正新的較低牽引力。使通道250呈楔形，從而使通道250能夠適應更寬的牽引力范圍。或者，如果所示通道250并非楔形而且牽引力減小，則光纖會向上運動離開光纖承載通道250。優選光纖位于通道250中為光纖直徑約1-2倍的區域中，更優選為光纖直徑約1-1.75倍，最優選為光纖直徑約1-1.5倍。通過將光纖定位于通道250中這樣較窄的范圍中，光纖能夠在操作期間因為伯努利效應(Bernoulli effect)而使自發居中定位。例如，當光纖接近表面244而遠離表面242時,最靠近表面242的空氣速度將增大,而最靠近表面244的空氣速度將減小。根據伯努利效應，流體速度增大的同時壓力會減小。結果是，靠近表面244的流體流速減小導致壓力增大，迫使光纖回到通道250的中心。因此，在優選實施方式中，至少基本上由于伯努利效應，在牽拉光纖時產生環繞光纖使其離開光纖承載通道250的流體流，從而使光纖在光纖承載通道250內居中。要注意的是，進行這種居中時不需要利用任何從側面沖擊光纖的流體流動，例如，沒有利用任何從側壁242或244發射的流體流動。優選對運動通過溝槽的流體流的速度進行調節，從而使光纖保持整體定位于溝槽250的楔形區內。在所述實施方式中，光纖定位于通道250內約為光纖直徑1-2倍的一個區域中，通過光纖214下方存在的壓差承載光纖(而不是通過氣動阻力承載光纖，需要時也可以選擇利用氣動阻力來承載光纖)。與利用氣動阻力來浮升光纖的情況相比，通過利用流體壓差來承載或浮升通道250內的光纖，流體流速可以低得多。在所示實施方式中，優選提供單獨一種流體流，該流體流經由光纖承載通道250較窄的內部進入該通道并且經由較寬的外部離開該通道。以這種方式，可以將光纖整體定位于光纖承載通道250形成的溝槽內，使得光纖在溝槽的最窄和最寬部分之間浮起。通過利用楔形的光纖承載通道250并且以這種方式注`射流體流過區域250，可以將光纖保持在光纖承載通道250形成的所述溝槽的一個區中，其中，該溝槽的寬度比定向通過光纖承載通道250的光纖直徑大10-150微米，更優選大15-100微米，最優選大24-70微米左右。在光纖拉制過程期間，還優選將光纖保持在通道的一個區內，使光纖外側與各側壁之間的距離為光纖直徑的0.05-0.5倍。在一些優選實施方式中，光纖承載通道250具有在光纖向外運動遠離流體流動源時能夠減小光纖下方壓力的裝置。這種用于減小壓力的裝置可以以上述楔形通道設計的形式實現。或者，如圖7中所示，可以在形成通道250的側壁242、244中一個或兩個中設置一個或多個溝槽270，溝槽270從通道250進口處向通道出口處徑向延伸，尤其是在光纖拉制操作期間將要使光纖定位的通道區處(即，光纖通過空氣軸承的位置)。由于流體接觸開有溝槽的通道時會流出溝槽并從而流出通道250，因此對于施加在通道250中的任何給定流體壓力，光纖在通道250中的位置越高，則用于承載光纖的流體壓力越小。光纖處于較高位置時，通道250中光纖下方的溝槽面積將較大。相反，光纖處于較低位置時，在光纖下方的溝槽面積將較小。因此，隨著光纖上牽引力的減小，光纖仍然能夠保持在通道250中，即使形成通道的側壁彼此完全平行也是如此，原因是，當光纖在通道內向上或向外運動時，會有更多的流體離開溝槽，從而減小光纖下方的壓差，使通道中的光纖停止向上運動。當然，本發明并不限于使用溝槽來減小壓力，還可以使用其他裝置來減小壓力，例如在表面242、244上設置成串排列并向外徑向延伸的小孔。在其他優選實施方式中，如圖8中所示，可以使用多孔材料272提供在通道250中的光纖向外運動遠離流體流動源時用于減小壓力的裝置，所述多孔材料使流體能夠流過通道250的側壁表面242、244離開。這種用于減小壓力的裝置可以以多孔金屬介質的形式實現，例如使金屬床燒結而形成，從而在燒結過程期間使孔隙夾雜于金屬中。這種多孔金屬介質例如可以從美國康涅狄格州塔利弗韋勒市的應用多孔技術公司(Applied PorousTechnologies,Tariffvilie,Connecticut,USA)獲得。由于流體通過多孔材料272流出通道，因此，光纖在通道250內的位置越高，流過通道250的流體就越少，用以承載光纖214的流體壓力就越小。因此，隨著光纖上牽引力的減小，光纖仍然能夠保持在通道250內，即使形成通道的側壁彼此完全平行也是如此，原因是，通道內的光纖向上或向外運動時，流體通過多孔金屬離開，從而減小了光纖下方的壓差，使通道中的光纖停止向上運動。本文所述的流體軸承使得光纖能夠沿著流體緩沖墊區運動，從而避免或基本避免光纖和軸承組216之間的實際機械接觸，例如，光纖在光纖承載通道250內運動而不會接觸擋板230或232。另外，由于所述區的尺寸和構造的原因，在一定范圍的牽引力之下，流體軸承可以在不需要對流體流動進行主動控制的情況下將光纖保持在該區之內而不會發生機械接觸。參見圖5，要防止光纖214向光纖承載通道250的底部257運動并且接觸到光纖承載通道250的填隙片237或側壁(內表面242、244)，流體流動是很重要的。在光纖仍然為裸光纖的時候這一點尤其重要，這樣的話，光纖的品質才不會因為與軸承組216的機械接觸而受影響。而且，人們相信，光纖214的位置越靠近光纖承載通道250的底部257，光纖承載通道250內就需要越高的壓力來使光纖214保持在所需位置處。顯然通道側壁242和244的傾斜將使通道側壁和光纖之間的縫隙變得更小，從而產生所需的更高的壓力。對光纖承載通道250內的光纖位置產 生影響的其它因素包括牽引力。例如，流體流動相同的情況下，200克牽引力的光纖在光纖承載通道250內浮起的高度將低于100克牽引力的光纖在通道內浮起的高度。因此，重要的是，對于所利用的特定光纖牽引速度和牽引力，離開流體軸承的所述區的流體要足以將光纖保持在所需位置。例如，在上述實施方式中，所用光纖承載通道250在擋板230和232之間最內部橫向的寬度約為127微米，在最外部橫向的寬度約為380微米，流體流動速率可以是從約0.5升/秒至大于5升/秒。這種構造和流體流動可以使環繞光纖的局部流體速度高達800千米/小時或者甚至更高。因此，在一些實施方式中，在光纖承載通道250中所用的環繞光纖的最大流體速度大于100、大于200、大于400、甚至可能大于600千米/小時。在一些實施方式中,在光纖承載通道250中所用的環繞光纖的最大流體速度已經大于900千米/小時。例如，申請人已經成功地在光纖承載通道250中利用了 1000千米/小時的環繞光纖的流體流動。但是，本文所揭示的方法當然并不限于這些流體速度，事實上可以對流體速度進行優選，使光纖位于光纖承載通道250內的所需位置，這取決于拉制條件(例如牽拉速度、牽引力等)和流體軸承設計。在另一個實施方式中，流體流動速率可以約為3-4升/秒。當然，可以采用足以在給定牽引力下將光纖保持在所需位置的任何流體速率。利用如此高的流體流動速度能大大促進光纖的冷卻。光纖溫度和噴過流體軸承的流體溫度之間的差值越大，流體流動速度越高，則可實現的冷卻程度越大。在一些實施方式中,進入流體軸承的光纖溫度可以比噴過流體軸承并承載光纖的流體溫度高IOO0C以上，5000C以上，IOOO0C以上，甚至1500°C以上。在以上討論的實施方式中利用這樣的溫差(即，流體軸承的光纖承載通道250的最內部橫向寬度約為127微米，最外部橫向寬度約為380微米，流體軸承半徑(以及由此產生的光纖回轉半徑)約為8厘米(3英寸)，流體流動速率約為0.5-5升/秒或以上)，光纖牽引速度大于20米/秒時，使用室溫(即約20°C )流體(優選是空氣)，使光纖通過流體軸承，使光纖實現180度方向的回轉，則進入流體軸承時的溫度為1100°C的光纖可以降溫高達1000°C，即降低至約100°C。這種非常明顯的冷卻程度說明，利用例如本文所揭示的流體軸承能夠將光纖冷卻超過50°C，20(TC，500°C，700°C，甚至超過900°C。可能更為顯著的是，這樣的光纖冷卻量可以在小于3米、更優選小于2米、最優選小于I米的光纖距離(即，光纖接觸流體軸承的流體緩沖墊的圓周距離)內實現。但是，可以利用更大或更小的光纖/流體緩沖墊接觸距離，這取決于所需結果和制造區域的布局。本文所揭示的流體軸承的顯著冷卻能力使得可以取消光纖拉制過程中的氦氣冷卻裝置。流體軸承16、24、116 、216、316的半徑并非關鍵。在一些實施方式中，流體軸承的構造能夠實現約8-16厘米的光纖回轉半徑。可以利用較大或較小半徑的流體軸承，或者可以利用額外的流體軸承(如圖2中所示)，這取決于是否需要更強的制冷效果(這時可能優選較大半徑的流體軸承)或光纖拉制過程的限制。在圖6所示的另一個實施方式中，流體軸承316可以具有與第一擋板和第二擋板(未顯示)的弓形外表面338相關的一個或多個開有槽口的部分370。在另一個實施方式中，如上文討論的，可以結合圖6的結構作為參考圖3所述的獨立內部元件。仍然參見圖6，各擋板上的相應開有槽口的部分370使得可以對光纖314的進入和/或離開進行更好的控制。具體地說，當光纖314進入流體軸承時，光纖在第一擋板和第二擋板之間通過(參見上文圖4和5的實施方式中所述)。在軸承的出口處，光纖可能會受到由各種原因產生的振蕩力，使光纖在所述區內與第一擋板或第二擋板發生機械接觸。擋板上開有槽口的部分370 (或獨立內部元件)通過使光纖直接進入和/或離開流體緩沖墊區的所述部分，從而使光纖進出所述區時作用于光纖的轉移力最小化，或者使轉移力消失，因此大體規避振蕩的流體動力。如圖6的實施方式中所示，可以有兩個與第一擋板和第二擋板(未顯示)相關的相應開有槽口的部分370 (或內部元件)，一個相應開有槽口的部分幫助光纖進入，另一個幫助光纖離開。如上文討論，可以同時設置圖3的內部元件236和圖6的槽口，提供類似的功能。當然，可以利用能夠使施加在光纖上的轉移力最小化或者使轉移力消失的擋板和/或內部元件的任何設計或排列。這樣，上述軸承組就具有很多功能，包括為光纖生產提供非線性路徑。從這方面考慮，軸承組可以與本文之前討論的光纖傳遞方法以任意組合的方式使用。另外，應該理解，本文討論和說明的流體軸承的實施方式可以在光纖生產過程中的任意階段使用。通過在施涂器之前應用非線性路徑，軸承組以及結合了這些軸承組的光纖生產系統就變得極為靈活，可以在光纖生產系統內方便地操縱和互換各部件，同時使該系統占用的空間小于常規拉制塔占用的空間。
如本文所討論，軸承組以及結合有這些軸承組的光纖生產系統的其它有益功能包括用于冷卻光纖的新穎系統和方法，從而省去了額外的冷卻裝置和部件，進一步提高了這些系統的靈活性。因此，結合了流體軸承的光纖生產系統以及生產本文所述光纖的方法提供了許多優于常規系統和方法的優點。實施例1-使用常規光纖拉制方法、以20米/秒的拉制速度、約200克的牽引力，從光纖預制件拉制約125微米直徑的光纖。按照本發明引導光纖通過流體軸承，使裸光纖方向變化180度。所用流體軸承類型如圖3-5所示，圖中顯示了光纖承載通道250，其最內部橫向的寬度約為127微米，最外部橫向的寬度約為380微米，流體軸承半徑(以及由此產生的光纖回轉半徑)約為13厘米(5英寸)。流體軸承的位置使光纖進入流體軸承時的溫度可以約為1100°C。使室溫(即約24°C )空氣噴過流體軸承。光纖承載通道250中環繞光纖區中的流體最大速度約為1000千米/小時。流體軸承出口處的光纖溫度約為500°C，從而證明了本發明的顯著冷卻能力。光纖路徑成功地回轉180度而不會損傷光纖。本領域技術人員顯而易見的是，可以在不偏離本發明原理和范圍的情況下對本發明進行各種修改和變化。因此，本發明意在覆蓋本發明的這些修改和變化，前提是它們都落在所附權利要求及其 等同項的范圍內。
權利要求
1.一種生產光纖的方法，所述方法包括:沿著第一路徑拉制光纖，在進行所述拉制的同時進行以下操作；使所述光纖與流體軸承的一個區域接觸，其中，所述流體軸承包括第一擋板和第二擋板，所述第一擋板和第二擋板各自具有弓形外表面，所述第一擋板和第二擋板組合形成通道區域，其中所述通道以一定角度傾斜，所述第一擋板和第二擋板中的每個擋板具有與所述弓形外表面相關聯的開有槽口的部分，流體通過流體進口流入所述通道中并通過流體出口流出所述通道，從而在所述拉制步驟期間對所述通道區域內的光纖進行承載，通道的較窄部分構造成能夠接受將要傳遞通過所述通道的流體，從而在通道的流體進口側產生大于通道流體出口側的壓力，起到緩沖作用，將所述光纖以弓形路徑傳遞通過所述流體軸承；在將所述光纖拉過所述流體緩沖墊區時重新定向所述光纖使其沿著第二路徑通過所述弓形 路徑。
全文摘要
本發明涉及一種生產光纖的方法，該方法包括沿著第一路徑拉制光纖，在進行拉制的同時進行以下操作；使光纖與流體軸承的一個區域接觸，其中，流體軸承包括第一擋板和第二擋板，它們各自具有弓形外表面，并組合形成通道區域，其中通道以一定角度傾斜，每個擋板具有與弓形外表面相關聯的開有槽口的部分，流體通過流體進口流入通道中并通過流體出口流出通道，從而在拉制步驟期間對通道區域內的光纖進行承載，通道的較窄部分構造成能夠接受將要傳遞通過通道的流體，從而在通道的流體進口側產生大于通道流體出口側的壓力，起到緩沖作用，將光纖以弓形路徑傳遞通過流體軸承；在將光纖拉過流體緩沖墊區時重新定向光纖使其沿著第二路徑通過弓形路徑。
文檔編號C03B37/02GK103073178SQ20121054989
公開日2013年5月1日 申請日期2007年11月5日 優先權日2006年11月28日
發明者J·J·柯斯特洛三世, J·H·法勒, A·V·菲利波夫, S·J·格瑞格斯基, B·W·雷丁, J·C·托馬斯 申請人:康寧股份有限公司