KR101518527B1 - 저감쇠 섬유의 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
광섬유를 성형하는 방법은 상기 광섬유를 글래스 공급부로부터 인발하는 단계와, 상기 광섬유가 특정 냉각율로 냉각되는 처리 구역에서 상기 광섬유를 유지시킴으로써 상기 광섬유를 처리하는 단계를 포함한다. 상기 광섬유 처리는 레일리 산란 및/또는 광 섬유 성형 이후의 시간에 걸쳐 열 에이징에 의하여 광 섬유의 감쇠가 증가되는 경향을 감소시킨다. 유체 베어링을 도입하여 비선형 경로를 따라 광섬유를 생산하는 방법 역시 제공되어 광 섬유 처리 구역을 위한 증가된 수직 공간을 가능하게 한다.
Description
본 발명은 광섬유를 성형하기 위한 방법 및 성형기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특성이 개량된 광섬유를 성형하기 위한 방법 및 성형기에 관한 것이다.
열 에이징(heat(or thermal) aging)에 대한 감쇠 및 민감도는 광섬유, 특히 고속 데이터 광섬유에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 광섬유를 제조할 때, 감쇠 손실을 상기 광섬유용 작동창(operation window)에서 감소시키거나 최소화하는 것이 바람직하다. 소위 "열 에이징"이라는 현상 때문에 광섬유를 제조한 이후에 상기 광섬유의 감쇠가 증가할 수 있다. 상기 열 에이징은 광섬유의 처리 환경에서 온동 변동에 따라 광섬유의 성형 이후 오버 타임에 수개의 광섬유의 감쇠를 증가시키는 경향이 있다. 전형적으로, 열 에이징에 의한 감쇠 변동은 대략 1200나노미터(nm)에서 분명하게 나타나는 한편, 스펙트럼의 감쇠 플롯(spectral attenuation plot)에서 대략 1700nm에 이르는 효과를 증대시킨다. 더욱이, 감쇠는 레일리 산란(Rayleigh scattering) 손실을 초래할 수 있다. 따라서, 열 에이징 및 레일리 산란과 같은 효과에 따른 광 감쇠를 감소시키는 개량된 방법이 필요하다.
열 에이징 및 레일리 산란과 같은 효과에 의한 감쇠를 감소시키는 광섬유의 한 제조 방법은, 섬유를 인발 로(draw furnace) 장치로부터 인발하는 동안에, 속도를 제어하여 냉각하는 단계를 포함한다. 그러나, 속도가 제어된 냉각 섬유는 종래의 광섬유 제조 처리에서는 달성되기 어려웠다. 일반적으로 이러한 처리는 직선형 경로를 따라서 섬유를 수직 하향 인발시키는 단계를 포함하며, 상기 직선형 경로에는 전형적으로 시스템 전체의 높이를 증가시키지 않고도, 냉각 섬유를 제어 속도로 냉각하는 설비와 같은 추가적인 설비를 설치할 만한 공간이 거의 없다.
현재 설치된 시스템의 높이가 증가하면 상기 시스템에 대한 비용이 상당히 증가하기 때문에, 전체 시스템의 높이를 증가시키지 않고도 냉각 제어할 수 있는 공간을 구비한 처리 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 일 태양은 광섬유 제조 방법을 포함하며, 상기 광섬유 제조 방법은 상기 광섬유를 가열된 글래스 공급원으로부터 인발하는 단계와, 상기 광섬유를 처리 구역에 유지시킴으로써 상기 광섬유를 처리하는 단계를 포함하는 한편, 상기 광섬유를 5,000℃/s 이하, 또는 2,500℃/s 이하, 또는 1,000℃/s 이하의 처리 구역 내 평균 냉각율로 처리하고, 상기 처리 구역 내 평균 냉각율은, 섬유 입구 표면 온도에서 섬유 출구 표면 온도를 차감한 값을, 처리 구역 내 광 섬유의 총 체류 시간으로 나눈 값이며, 여기서 상기 처리 구역을 빠져나오는 상기 광 섬유의 온도는 적어도 대략 1,000℃이다.
적어도 일 실시예에 있어서, 처리 구역의 길이는 적어도 대략 3.5 미터, 예를 들면 적어도 대략 5 미터, 예를 들면 적어도 대략 10 미터일 수 있다.
적어도 일 실시예에 있어서, 처리 구역에서의 섬유의 총 체류 시간은 0.25초보다 크다.
적어도 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유는 10m/s 이상의 인발 속도, 예를 들면 20m/s 이상의 인발 속도, 예를 들면 30m/s 이상의 인발 속도로 인발된다.
적어도 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유는 대략 25 내지 200그램의 인발 장력, 예를 들면 대략 60 내지 170그램의 인발 장력으로 인발된다.
적어도 일 실시예에 있어서, 처리 구역에 들어가는 광섬유의 표면 온도는 대략 1,300 내지 2,000℃, 예를 들면 대략 1,550 내지 1,750℃이고, 상기 처리 구역을 빠져 나오는 광섬유의 표면 온도는 적어도 대략 1,250 내지 1,450℃이다.
본 발명의 다른 태양은 노출된(bare) 광섬유를 제 1 경로에 따라 처리 구역에서 처리하는 단계와 상기 노출된 광섬유를 유체 베어링의 유체 영역과 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 유체 베어링은 채널을 포함하고, 상기 채널은 적어도 2개의 측벽에 의해 형성되고, 상기 광섬유는 채널의 한 영역 내에 유지되며, 상기 채널은 상기 채널 내의 광섬유 아래쪽 위치에서 발생하는 압력 차이에 의해 상기 광섬유가 실질적으로 상기 채널 내에서 충분히 부유(levitate)하게 한다. 이러한 압력 차이는 섬유 위의 압력에 비하여 유체 내 광 섬유 아래에 공급되는 유체에 의하여 야기된 보다 높은 압력에 의하여 발생한다. 노출된 광섬유가 유체 쿠션(fluid cushion)의 영역을 가로질러 인발됨에 따라 광섬유는 제2 경로를 따라 다시 보내진다(redirect).
본 발명의 또 다른 특징과 장점이 아래 기재된 발명의 상세한 설명에 기재되어 있고, 당업자라면 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면으로 이루어진 본 발명의 명세서에 기재된 본 발명을 용이하게 파악할 수 있을 것이다.
상기 기재한 사항과 아래 기재된 본 발명의 상세한 설명은 청구범위에 의해 특징지워지는 본 발명이 용이하게 파악될 수 있도록 기재되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위함이고 본 발명의 명세서의 일부로 포함된다. 첨부된 도면은 본 발명의 여러 실시예를 도시하고 있으며, 발명의 상세한 설명은 본 발명의 사상을 단지 설명하기 위함이다.
도 1은 광섬유 생산 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고;
도 2는 상기 광섬유 생산 시스템에 사용되는 유체 베어링의 분해 사시도이고;
도 3은 상기 광섬유 생산 시스템의 테이퍼된 영역을 구비한 유체 베어링의 측면도이고;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 성형기의 개략적인 측단면도이고;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 성형기의 개략적인 측단면도이며;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 성형기의 개략적인 측단면도이다.
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도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 성형기의 개략적인 측단면도이고;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 성형기의 개략적인 측단면도이며;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 성형기의 개략적인 측단면도이다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 아래에 보다 상세하게 기재되어 있다.
본 발명은 도프된(doped) 광섬유와 같은 광섬유를 성형하는 방법과 장치를 제공한다. 광섬유가 특정(certain) 인발 속도와 인발 장력으로 광섬유 프리폼(preform)으로부터 인발됨으로써, 열 에이징과 같은 바람직하지 못한 결점을 광섬유에 야기시킨다. 이와 같이, 특정 인발 조건이 레일리 산란을 증가시키는 마이크로-스케일의 밀도 변화를 보다 많이 발생시킨다. 상기와 같은 결점을 해소하기 위하여, 상기 광섬유는 본 발명에 따라 상기 광섬유를 처리 시간 동안 처리 온도 범위 내에서 유지시킴으로써 처리된다. 특히, 인발되는 광섬유가 특정 냉각율로 처리되는 것이 바람직하다. 열 에이징 현상은 바람직하게 저속의 냉각을 행하고 상기 광섬유를 처리 장력 범위 내로 유지시킴으로써 최소가 된다. 이처럼, 레일리 백(bakc) 산란 현상은 상기 광섬유를 특정 냉각율로 처리함으로써 감소된다. 따라서, 유리하게도, 본 명세서에 기재된 본 발명은 광섬유의 성형 이후 시간에 상기 광섬유의 감쇠가 증대되는 현상, 즉 소위 열 에이징 효과를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 기재된 본 발명은 레일리 산란을 일으키는 마이크로-밀도(micro-density) 변화를 더욱 감소시켜서 광섬유의 감쇠를 저감할 수 있다.
글래스 프리폼과, 상기 프리폼으로부터 제조된 광섬유는 게르마늄, 플루오르, 인(phosphorous), 염소, 또는 이들의 조성물과 같은 적어도 하나의 도판트(dopant)로 도핑된다. 특히, 본 발명자들에 의하여 특정 섬유 굴절률 분포(profiles)가 열 에이징에 보다 영향을 받기 쉽다는 점, 예를 들면 다량의 도판트를 갖는 섬유가 매우 영향을 많이 받는다는 점이 발견되었다. 모든 굴절률 분포는 레일리 산란으로부터의 감쇠를 나타낸다.
여러 실시예에 있어서, 광섬유는 인발 로(furnace)에서부터 처리 구역으로 인발된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "처리 구역"이라는 용어는 인발 로의 다운스트림 영역을 의미하며, 처리 구역을 빠져나오는 상기 섬유의 표면 온도가 적어도 대략 1,000℃일 때, 상기 광섬유는 상온의 공기(즉, 대략 25℃의 공기) 중의 섬유 냉각율보다 더 느린 속도로 냉각된다. 바람직한 실시예에 있어서, 광섬유의 온도가 적어도 1,000℃일 때, 예를 들면 상기 광섬유의 온도가 1,250℃와 1,750℃ 사이일 때, 처리 구역에서의 광섬유의 평균 냉각율은 5,000℃/s 이하이거나, 2,500℃/s 이하이거나, 1,000℃/s 이하일 수 있다.
처리 구역에서의 광섬유의 평균 냉각율은, 광섬유가 처리 구역으로 들어가는 입구점에서의 광섬유 표면 온도(광섬유 입구 표면 온도)에서, 상기 광섬유가 상기 처리 구역을 빠져나오는 출구점에서의 광섬유 표면 온도(광섬유 출구 표면 온도)를 차감한 값을, 상기 광섬유가 상기 처리 구역에 있는 총 체류(residence) 시간으로 나눈 값이다.
적어도 일 실시예에 있어서, 처리 구역은 처리 로(treatment furnace)를 포함하며, 일 실시예에 있어서, 상기 처리 로는 실질적으로 인발 로 직후의 다운스트림에 위치하지만, 본 발명은 상기 처리 로가 실질적으로 상기 인발 로 직후의 다운스트림에 배치되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 처리 로는 광섬유가 인발 로를 빠져나오는 위치에서 상기 인발 로의 단부에 직접 부착되며, 실(seal)이 이들 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 공기가 인발 로 내로 바람직하지 못하게 유입되는 것을 최소화한다.
다른 실시예에 있어서, 광섬유는 인발 로에서부터 인발되어 인발된 섬유가 처음에 제 1 가스에 의해 둘러싸인다. 인발된 광섬유를 피동(passive) 처리 조립체의 통로나 챔버를 통과시킴으로써, 상기 인발된 광섬유가 처리된다. 통로나 챔버는 제 1 가스보다 열 전도성이 낮은 제 2 가스를 수용하는 것이 바람직하다. 가스는 혼합되고 피동 머플의 단부 밖으로 배출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 가스를 수용한 챔버 내에서 광섬유의 냉각율이 제어되어 발생된 열 에이징 효과를 최소화시킨다. 840℃/s 내지 4000℃/s 사이의 냉각율 및 대략 1100℃ 내지 대략 1500℃ 사이의 온도 범위가 상기 광섬유의 열 에이징을 제어하는데 바람직하다는 점이 발견되었다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 고속으로 광섬유를 제조하는 방법이 제공되며 이러한 방법은 광섬유 프리폼과 같은 광섬유를 가열된 글래스 공급부로부터, 10m/s 또는 그 이상, 바람직하게는 20m/s 또는 그 이상, 보다 바람직하게는 30m/s 또는 그 이상의 인장율로 인장하는 단계와, 이 단계에 이어서 상기 광섬유를 상기 처리 구역에 유지시킴으로써 상기 광섬유를 열처리하는 단계를 포함하며, 이 열처리 단계 동안에 상기 광섬유를, 5,000℃/s이하, 500℃/s 내지 5,000℃/s 사이, 500℃/s 내지 2,500℃/s 사이, 또는 500℃/s 내지 1,000℃/s 사이의 평균 냉각율과 같은, 상기 처리 구역에서의 평균 냉각율로 처리한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 광섬유의 생산 방법을 포함하며, 상기 생산 방법은 상기 광섬유를 가열된 글래스 공급원으로부터 인발하는 단계, 상기 광섬유를 제 1 경로를 따라 처리 구역에서 처리하는 단계, 노출된 광섬유를 유체 베어링의 유체 쿠션의 영역과 접촉시키는 단계 및 상기 노출된 광섬유가 유체 쿠션의 영역을 가로질러 인발됨에 따라 노출된 광섬유를 적어도 제 2 경로를 따라서 다시 보내는 단계를 포함한다.
본 발명은, 처리된 광섬유의 열 에이징 민감도(결점)를 감소시키기 위하여, 인발된 광섬유를 처리하고 성형하는 방법을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "열 에이징"이라는 표현은 광섬유에 감쇠가 발생하여 상기 광섬유가 초기 성형된 이후의 시간에 걸쳐 광섬유 내 감쇠가 증대되는 광섬유의 결점을 의미한다. 아래 기재된 상세한 설명으로부터 보다 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법과 장치는 본 발명의 처리 단계를 거치지 않고 고속 및 고인장력으로 인발되는 섬유에 비해, 열 에이징 민감도가 감소되고, 인발되는 도핑된 광학 글래스 섬유가 상대적으로 고속, 고인장력으로 성형되는 것을 허용한다.
본 명세서에서 사용된 "노출된(bare) 광섬유"라는 표현은 보호식 코팅부 층을 프리폼의 외측 면에 도포하기 전에(예를 들면, 노출된 광섬유가 고분자계 물질로 코팅되기 전에) 상기 프리폼으로부터 직접 인발된 광섬유를 의미한다. 본 발명에 의하면 보호 코팅이 광섬유에 도포되기 전에 상기 광섬유가 제조 단계를 거치는 동안 비선형 경로를 따라 이송되도록 함으로써 유연성을 제공한다. 더욱이, 본 명세서에서 후술한 바와 같이, 본 발명의 시스템과 방법은 비선형 경로를 제공할 뿐만 아니라, 광섬유의 생산시 상기 광섬유의 처리(예를 들면, 냉각)를 조력할 수 있다.
도 1을 살펴보면, 상기 도 1에는 광섬유를 생산하기 위한 시스템(108)의 예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 프리폼(110)이 로(112)에 배치되고 섬유가 상기 로에서부터 인발되어 노출된 광섬유(114)가 만들어진다. 프리폼(110)은 광섬유의 제조에 적당한 임의의 글래스 또는 재료로 성형될 수 있다. 일단 노출된 광섬유(114)가 프리폼(110)으로부터 인발되어 로(112)를 떠나게 되면, 노출된 광섬유(114)는 처리 구역(130)에 들어가게 되는데, 이 처리 구역(130)에서 상기 광섬유가 제어된 속도로 냉각될 수 있다. 일단 노출된 광섬유(114)가 처리 구역(130)을 떠나게 되면, 노출된 광섬유는 적어도 하나의 고정식(stationary) 유체 베어링(116)(도 1에서 복수의 유체 베어링으로 도시됨)과 접촉하게 되고, 실질적으로 제 1 또는 수직 경로(Y)를 따라 제 2 경로(Z)로 전환한다. 도시된 바와 같이, 제 2 경로(Z)는 제 1 경로와 수평이 되거나 수직이 되도록 배향되지만, 본 명세서에 기재된 시스템과 방법에 의하면 상기 광섬유는 보호 코팅이 상기 광섬유에 도포되기 전에 임의의 비선형 경로를 따라 다시 보내질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 광섬유(114)는 유체 베어링(116)을 통과하고 코팅 유닛(120)에서 처리되어 노출된 광섬유(114)의 외측 면으로 1차 보호 코팅층(121)이 도포된다. 상기 광섬유가 코팅 유닛(120)을 떠난 이후에, 보호층(121)(더이상 노출된 상태가 아님)을 갖는 광섬유는 시스템(도시 생략) 내에서 다양한 여러 처리 단계를 통해 처리된다. 상기 광섬유는 도 1에 도시된 전체 시스템을 통해 인발됨에 따라, 인발 메카니즘(128)은 상기 광섬유 상에 필요한 장력을 제공하도록 사용되며, 궁극적으로는 섬유 저장 스풀(도시 생략) 상에 와인딩된다.
광섬유(114)가 유체 베어링(116)(아래 기재되어 있음) 상에서 이송됨에 따라, 각각의 유체 베어링(116) 상의 유체 쿠션 영역은 노출된 광섬유(114)를 냉각시킨다. 예를 들면, 도 1을 살펴보면, 처리 구역(130)을 빠져나오는 광섬유(114)는 상기 광섬유가 유체 베어링(116)에 도입됨에 따라 대략 500℃ 내지 1500℃의 온도를 갖는다. 여러 바람직한 실시예에 있어서, 상기 광섬유는 상기 광섬유의 온도가 1,300℃이하, 보다 상세하게는 1,200℃이하, 여러 실시예에 있어서는 1,100℃ 이하인 상태로 유체 베어링(116)으로 도입된다. 유체 베어링이 광섬유를 지지하는 이동 유체 스트립(moving fluid stream)을 사용하기 때문에, 상기 광섬유가 상온에서 이동되지 않는 (예를 들면, 인발 로의 바로 외측에 존재하는)공기에 의해 냉각되는 것보다는, 상기 광섬유는 보다 빠른 속도로 냉각된다. 유체 베어링에서 광섬유와 (바람직하게는 상온 공기인) 유체 사이의 온도차가 크면 클수록, 유체 베어링이 광섬유(114)를 냉각하는 능력이 보다 향상된다. 또 다른 실시예에 있어서, 유체 베어링(116)을 통해 배출된 유체가 실제로 냉각되어 광섬유를 보다 빠른 속도에서도 냉각할 수 있다. 유체 쿠션의 영역과 관련된 유체가 광섬유(114)를 충분히 냉각하여 코팅 유닛(120)으로 직접 이송되고 보호층이 광섬유(114)의 외측 면에 도포되어 코팅된 섬유(121)가 만들어진다. 일 실시예에 있어서, 유체 베어링(116)의 유체 쿠션의 영역은 노출된 광섬유(114)에 대해 비반응성인 유체(예를 들면, 공기, 헬륨)를 포함할 수 있다.
냉각 작용을 제공하는 것 이외에도, 다중 유체 베어링(116)을 사용하는 도 1의 장치는 노출된 광섬유(114)가 실질적으로 선형인 배열(Y)로부터 실질적으로 비선형인 배열(Y+Z)로 전환할 때 보다 양호한 안정성을 제공할 수 있다. 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 다중 유체 베어링(116)을 서로 인접하도록 배열함으로써, 광섬유(114)가 유체 쿠션의 한 구역으로부터 다음 구역으로 이동하는데 필요한 제어가 보다 용이하게 정밀하게 행해진다. 물론, 하나의 베어링 어셈블리를 포함하는 임의의 개수의 베어링 어셈블리(이하에서 기재함)가 임의의 순서로 배열되고, 임의의 수의 경로를 제공하는 것이 광섬유 제조에 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
지금까지, 광섬유를 비선형 경로에서 생산하는 시스템 및 방법이 기재되었다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 상기 생산 시스템과 방법은 하나 이상의 베어링 어셈블리의 도입을 포함할 수 있다. 도 2에는 본 명세서에 기재된 바와 같이 광섬유를 생산하는데 사용될 수 있는 베어링 어셈블리(216)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 일 실시예에 있어서, 베어링 조립체(216)(때때로 "유체 베어링(유체 베어링)"으로 지시됨)는 제 1 플레이트(230), 제 2 플레이트(232), 내부 부재(236), 및 상기 제 1 및 제 2 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트에 위치한 적어도 하나의 개구(234)를 포함한다. 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232)는 금속으로 만들어지고 활형 외측면(238, 239)을 포함하고 서로 마주하여(대향하는 면 상에서) 위치할 수 있다. 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232)는 체결구(예를 들면, 볼트(240))에 의해 연결되어 상기 제 1 및 제 2 플레이트(230, 232)를 함께 연결하고 이에 따라 유체가 베어링 어셈블리(216)를 통과하게 된다. 각각의 플레이트(230, 232)의 활형 외측면(238, 239)은 일반적으로 각각의 플레이트(230, 232)의 각각의 외주면을 따라 형성된다. 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232) 각각은 내측면(242, 244) 및 외측면(243, 245)을 각각 구비하며, 제 1 및 제 2 플레이트(230, 232)의 내측면(242, 244)은 서로 정렬된다. 오목부(247)는 제 1 플레이트(230)나 제 2 플레이트(232)의 어느 한 플레이트의 내측면(242, 244) 주위에서 적어도 부분적으로 뻗어있어서 유체 흐름을 위한 플레넘(plenum)을 제공한다. 또 다른 실시예에 있어서, 오목부는 본 명세서에서 후술하는 바와 같이 섬유 지지 채널(250) 내로 균일한 흐름을 제공하도록 다양한 형상을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 제 1 플레이트(230) 및 제 2 플레이트(232)의 활형 외측면(238, 239)은 실질적으로 정렬되어 있는 것이 바람직하고, 제 1 플레이트(230) 및 제 2 플레이트(232)의 외측면(238)과 외측면(239) 사이의 영역을 형성한다. 이러한 영역이 광섬유를 수용하도록 형성되어 상기 광섬유가 베어링 어셈블리의 회전하는 상기 영역을 따라 이동할 수 있다. 이러한 섬유 지지 채널(250)은 도 3에 도시된 실시예에 보다 명확하게 도시되었다(본 명세서에서는 후술함). 적어도 하나의 개구(234)는 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232) 중 적어도 하나의 플레이트를 통과한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 플레이트(230) 및 제 2 플레이트(232)의 개구(234)에 의해 유체(예를 들면, 공기, 헬륨 또는 소정의 여러 가스나 액체)가 베어링 어셈블리(216)를 통해 이송되고, 이에 따라 유체가 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232) 사이에 형성된 섬유 지지 채널(250)을 통해 베어링 어셈블리(216)를 빠져나온다.
더욱이, 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 베어링 어셈블리(216)는 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232) 사이에 위치된 내부 부재(236)를 포함한다. 이러한 내부 부재(236)(예를 들면, 심(shim, 237))는 유체가 제 1 플레이트(230) 및 제 2 플레이트(232)의 외측면(238)과 외측면(239) 사이의 영역을 향하는데 도움이도록 형성되어 상기 유체가 소정의 유동 방향을 갖는 섬유 지지 채널(250)을 빠져나오게 된다. 내부 부재(236)가 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232) 사이에 위치하여 상기 제 1 및 제 2 플레이트 사이에 갭을 제공한다. 내부 부재(236)가 유체를 나아가게 하여 상기 유체가 소정의 유동 방향을 갖는 섬유 지지 채널(250)을 빠져나오게 된다. 만약 필요하다면, 내부 부재(236)는 복수의 핑거부(도시 생략)를 포함하여 비반경방향으로 유동하지 않도록 유체 유동을 더욱 제어한다. 더욱이, 내부 부재(236)가 실링부로서 사용되어 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232)가 실질적으로 접촉하게 된다. 내부 부재는 또한 노치를 포함하여 광섬유의 출입을 용이하게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 플레이트(230) 및 제 2 플레이트(232)의 외측면(238)과 외측면(239) 사이에 형성된 섬유 지지 채널(250)은 테이퍼형성되어 있으며 여기서 유체가 제 1 플레이트(230)와 제 2 플레이트(232) 사이를 빠져나온다. 그러나, 또 다른 실시예에 있어서 섬유 지지 채널(250)은 예를 들면, 평행하거나 또는 뒤역테이퍼 형상(reverse tapered shape)으로 이루어질 수 있다. 더욱이, 테이퍼 형성된 섬유 지지 채널(250) 내의 개구(260)는 채널에 따라 변경될 수 있으며 이 채널에서 광섬유(214)가 수직으로 위치된다. 광섬유가 500미크론 이하, 바람직하게는 400미크론 이하, 보다 바람직하게는 300미크론 이하, 가장 바람직하게는 200미크론 이하의 폭을 갖는 섬유 지지 채널(250)의 한 섹션에서 사용된 특정 인발 장력과 인발 속도 그리고 개구(260)를 통과하는 유체 유동율로 유지되도록, 125미크론의 전형적인 외경을 갖는 섬유에 대하여, 개구(260) 및 섬유 지지 채널(250)이 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 섬유는 섬유 직경의 1 내지 2배, 바람직하게는 섬유 직경의 1 내지 1.75배, 가장 바람직하게는 섬유 직경의 1 내지 1.5배의 채널(250)의 영역 내에 수용되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 섬유는 외측 섬유와 각각의 벽부 사이의 거리가 섬유 직경의 0.05 내지 0.5배 사이가 되도록 상기 채널의 영역 내에 위치한다.
도시된 실시예에 있어서, 알아보기 쉽게 하기 위하여, 테이퍼된 각도는 바람직한 섬유 지지 채널(250)에 대한 테이퍼 개구의 각도로부터 도면에서 확대되어 있다. 실제로, 지지 채널(250)의 마주한 면 중 적어도 어느 한 면이, 바람직하게는 양면이 각각 0도 보다 크고 10도 보다 작은 각도로, 보다 바람직하게는 0.3도 내지 7도 사이의 각도로, 가장 바람직하게는 0.4도 내지 3도 사이의 각도로 경사져서, 섬유 지지 채널(250)의 최상부, 즉 외측부의 폭(260)이 섬유 지지 채널(250)의 바닥부, 즉 내측부(237)의 폭(260) 보다 광폭이다. 예를 들면, 이러한 일 실시예에 있어서, 상기 영역을 형성하는 제 1 플레이트(230) 및 제 2 플레이트(232)는 각각 -0.6° 및 +0.6°의 각도로 경사질 수 있다. 선택적으로, 섬유 지지 채널(250)은 임의의 깊이나, 폭이나, 테이퍼된 각도로 이루어진다. 테이퍼된 섬유 지지 채널(250)을 사용함으로써 그리고 유체를 상기 섬유 지지 채널(250)에 의해 형성된 슬롯에 분사시킴으로써 상기 유체가 섬유 지지 채널(250)의 보다 협폭의 내부로 들어가고 섬유 지지 채널(250)의 보다 광폭의 외측 영역으로 배출되어, 채널(250)을 통해 배출된 유체 쿠션은 섬유가 일정 깊이의 상기 채널(250) 내에 자동으로 위치될 수 있게 한다. 예를 들면, 주어진 유체 유동 동안에, 섬유 인발 장력이 증가된다면, 섬유(214)와 채널 벽부 사이의 갭이 충분히 작을 때까지, 상기 섬유는, 영역(237)에서의 압력이 새로운, 상향 장력과 올바르게 상호작용하도록, 충분히 큰 채널(250) 내에서 아래쪽으로 이동할 것이다. 섬유 인발 장력이 감소되다면, 섬유(214)와 채널 벽부 사이의 갭이 충분히 클 때까지, 상기 섬유는, 영역(237) 내의 압력이 새로운, 하향 장력과 올바르게 상호작용하도록 충분히 작은 채널(250) 내에서 상향 이동할 것이다. 따라서 테이퍼된 채널(250)에 의해 상기 채널(250)이 보다 넓은 범위의 인발 장력으로써 작동할 수 있게 된다. 이와 달리, 도시된 채널(250)이 테이퍼 형성되어 있지 않고 인발 장력이 감소되지 않는다면, 섬유는 섬유 지지 채널(250)의 상향 외측으로 이송할 것이다.
바람직하게, 상기 섬유는 섬유 직경의 대략 1배 내지 2배, 보다 바람직하게는 섬유 직경의 1배 내지 1.75배, 가장 바람직하게는 섬유 직경의 1배 내지 1.5배의 채널(250)의 영역에 위치된다. 광섬유를 채널(250)의 비교적 협폭의 영역에 위치시킴으로써, 상기 광섬유는 베르누이 효과에 의해 작동중에 스스로 중앙에 위치하게 된다. 예를 들면 광섬유가 채널(250)의 마주한 양면 중에서 어느 한면과 보다 가까워지면, 공기의 속도는 가장 가까운 하나의 표면에서 증가하고 가장 가까운 다른 하나의 표면에서 감소한다. 베르누이의 효과에 의해, 유체 속도가 증가하면 동시에 압력이 감소하게 된다. 이 결과, 하나의 표면 근처에서의 감소된 유체 유동에 의해 야기된 보다 큰 압력은 섬유를 채널(250)의 중심으로 강제로 되돌아 가게 한다. 따라서, 바람직한 실시예에 있어서, 섬유가 유체 스트림의 베르누이 효과에 의해 적어도 실질적으로 섬유 지지 채널(250) 내에서 중심이 맞춰지고, 상기 유체 스트림은 상기 섬유가 인발되는 동안에 상기 섬유 주위 및 상기 섬유 지지 채널(250) 외측을 통과한다. 특히, 상기와 같은 중심 맞춤에 의해, 예를 들면, 채널(250)의 측벽으로부터 배출되는 사용 유체 유동의 제트가 필요없는 것처럼, 상기 광섬유의 어느 한쪽으로부터 상기 광섬유에 영향을 미치는 임의의 유체 유동을 반드시 이용할 필요가 없게 된다. 슬롯을 통과해 이송하는 유체 스트림의 속도는 섬유를 유지하도록 바람직하게 조정되어, 상기 섬유가 슬롯(250)의 테이퍼된 영역 내에 완전하게 위치하게 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 섬유가 섬유 직경의 대략 1배 내지 2배인 채널(250)의 영역에 위치하기 때문에, 상기 섬유는 압력 차이에 의해 지지되며, 상기 압력 차이는 섬유(214) 아래쪽에서 발생한다(오히려, 섬유를 지지하는데 이용하려고 하면 이용될 수 있는 공기역학적 드래그(drag)와는 반대됨). 유체 압력 차이에 의해 상기 광섬유를 채널(250) 내에서 지지하거나 부유시킴으로써, 공기역학적 드래그가 상기 광섬유를 부유하는데 사용되는 경우보다, 훨씬 낮은 아래쪽 유체 흐름이 사용될 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 단일의 유체 스트림에 의해 유체 스트림이 제공되는 것이 바람직하며, 상기 유체 스트림은 섬유 지지 채널(250)의 보다 협폭의 내측부를 통해 상기 섬유 지지 채널(250)에 들어가고 상기 섬유 지지 채널(250)의 보다 광폭의 외측 구역을 빠져나온다. 이처럼, 섬유가 섬유 지지 채널(250)에 의해 형성된 슬롯 내에 완전하게 위치되어 상기 섬유는 상기 슬롯의 가장 협폭인 부분과 가장 광폭인 부분 사이를 유동하게 된다. 상기와 같은 방식으로 테이퍼된 섬유를 지지 채널(250)에 사용하고 유체 유동을 채널(250)을 통해 분사함으로써, 섬유를 섬유 지지 채널(250)에 의해 형성된 상기 슬롯의 영역에 유지시키는 것이 가능하며, 여기서 상기 슬롯의 폭은 10미크론 내지 150미크론 사이, 바람직하게는 15미크론 내지 100미크론 사이, 보다 바람직하게는 상기 섬유 지지 채널(250)을 통과해 나아가는 섬유의 직경보다 큰 24미크론 내지 70미크론 사이이다. 섬유를 인발 처리하는 동안에, 외측 섬유와 각각의 벽부 사이의 거리가 섬유 직경의 0.05배 내지 0.5배가 되도록 상기 섬유는 또한 채널의 영역 내에 바람직하게 수용된다.
여러 바람직한 실시예에 있어서, 섬유 지지 채널(250)에는 광섬유의 압력을 감소시키는 수단이 제공됨으로서 상기 광섬유가 유체 유동 공급원으로부터 멀리 외측으로 이동할 수 있게 된다. 이러한 압력 감소 수단은 상기 기재한 바와 같이 테이퍼된 채널 설계의 형태로 이루어질 수 있다. 압력을 감소시키기 위한 부가 수단이 미국특허출원번호 제60/861,587호에 개시되어 있고, 상기 미국특허문헌에 기재된 모든 사항은 본 명세서에서 참조된다.
본 명세서에 기재된 유체 베어링에 의해 광섬유가 유체 쿠션의 영역을 따라 이동하여 상기 광섬유와 베어링 어셈블리 사이에서 실제 물리적인 접촉이 발생하지 않게 되고, 예를 들면, 상기 광섬유가 제 1 플레이트(230)나 제 2 플레이트(232) 중 어느 한 플레이트와 접촉하지 않고도 섬유 지지 채널(250) 내에서 이동할 수 있다. 더욱이, 상기 영역의 크기와 구성 때문에, 상기 유체 베어링은 유체 유동을 능동(active) 제어하지 않고도 섬유를 상기 영역 내에서 인발 장력의 범위 내에서 물리적인 접촉없이 유지시킬 수 있다.
도 3을 살펴보면, 유체 유동은 광섬유(214)가 섬유 지지 채널(250)의 바닥부 쪽으로 이동하지 않게 하고 심(237)이나 상기 섬유 지지 채널(250)의 면과의 접촉을 방지하므로 중요하다. 이러한 구성은 상기 광섬유가 여전히 노출된 상태이므로 상기 광섬유의 질이 베어링 어셈블리와의 물리적인 접촉에 의해 보상되지 않을 경우에 특히 중요하다. 더욱이, 광섬유(214)가 섬유 지지 채널(250)의 바닥부에 대해 보다 근접하여 위치함에 따라, 보다 큰 압력이 상기 광섬유를 상기 섬유 지지 채널(250) 내의 소정의 위치에 유지시키는데 필요하게 된다는 것을 알 수 있다. 명확한 바와 같이, 채널 면의 테이퍼에 의해 채널 면과 상기 광섬유 사이의 갭이 보다 더 작게 되어, 보다 높은 압력이 필요하게 된다.
섬유 지지 채널(250) 내의 섬유 위치에 영향을 미치는 여러 인자에는 인발 장력이 포함된다. 예를 들면, 200g의 장력으로 빼내지는 섬유는 섬유 지지 채널(250) 내에서 동일한 유체 유동을 나타내는 100g의 장력으로써 당겨진 섬유보다 아래쪽에서 유동한다. 이처럼, 유체 베어링의 영역을 빠져나오는 유체가 상기 섬유를 사용된 특정 섬유의 인발 속도 및 인발 장력으로 소정의 위치에서 충분히 유지시키는 것은 중요하다.
예를 들면, 플레이트(230)와 플레이트(232) 사이의 최내측 구역과 최외측 구역의 폭이 각각 대략 127미크론과 대략 380미크론인 섬유 지지 채널(250)을 사용하는 일 실시예에 있어서, 유체 유동율은 대략 0.5L/sec 내지 5L/sec 이상일 수 있다. 이러한 구성 및 유체 유동에 의하면, 광섬유 주변의 특정 구역의 유체 속도가 800km/hour 또는 그 이상일 만큼 고속일 수 있다. 따라서, 여러 실시예에 있어서 섬유 지지 채널(250)에 사용된 섬유 주변의 최대 유체 속도는 100km/hour보다 빠르거나, 200km/hour보다 빠르거나, 400km/hour보다 빠르거나, 600km/hour보다도 빠를 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 섬유 지지 채널(250)에 사용된 섬유 주변의 최대 유체 속도는 900km/hour보다 더 빠르다. 예를 들면, 출원인은 섬유 주변의 유체 유동을 섬유 지지 채널(250)에서 1000km/hour로 잘 사용하고 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 방법은 상기 기재한 유체 속도로 한정되는 것은 아니며, 실제 유체 속도는 인발 조건(예를 들면, 인발 속도, 인발 장력 등) 및 유체 베어링 설계품에 따라 광섬유가 섬유 지지 채널(250) 내의 소정의 위치에 위치될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에 있어서, 유체 유동율은 대략 3L/sec 내지 대략 4L/sec 사이이다. 물론, 광섬유를 주어진 인발 장력으로 소정의 위치에 유지시키는데 충분한 임의의 유체 유동율이 사용될 수 있다. 이처럼 고속의 유체 유동을 사용하면 광섬유의 냉각에 상당히 유리하다. 유체 베어링을 통해 배출되는 유체의 온도와 광섬유의 온도 차이가 크면 클수록 그리고 유체 유동 속도가 크면 클수록, 냉각되는 양이 보다 크게 된다. 여러 실시예에 있어서, 유체 베어링을 통과하는 섬유의 온도는, 광섬유가 유체 베어링을 통해 배출되고 상기 유체 베어링에서 지지되는 유체 온도보다 고온인 100℃보다, 500℃보다, 1000℃보다 클 수 있을 뿐만 아니라, 1500℃보다도 클 수 있다. 초당 20미터 이상의 광섬유 인발 속도와, 유체 베어링의 입구에서 1100℃의 온도를 갖는 섬유에 대한 상기 기재한 실시예에서, 상기와 같은 온도차를 사용하면 1000℃만큼 상당히 냉각될 수 있는데, 이는, 곧 상기 섬유를 180도 방향 변경되도록 상기 섬유를 상기 유체 베어링을 통과시킴으로써 실내 온도(즉, 대략 20℃)의 유체(바람직하게는 공기)를 사용하여 대략 100℃ 냉각시킨다는 것이다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 유체 베어링을 사용하는 용량이 가능하여 상당량의 냉각이 가능하고 이에 따라, 섬유를 50℃이상, 200℃이상, 500℃이상, 700℃이상, 그리고 900℃ 이상으로 냉각할 수 있다. 3미터 이하, 바람직하게는 2미터 이하, 보다 바람직하게는 1미터 이하의 섬유 거리(즉, 섬유가 유체 베어링의 유체 쿠션에 노출되는 원주 거리) 상에서 상기와 같은 섬유 냉각량이 달성되어야 하는 것은 상당히 중요하다. 그러나, 제조 구역의 레이아웃과 소정의 결과에 따라, 보다 크거나 보다 작은 거리의 섬유/유체 쿠션 접촉이 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 유체 베어링의 상당량의 냉각 용량에 의해 헬륨 냉각 장치가 필요하지 않을 수 있어 광섬유가 함께 인발 처리될 수 있다.
여러 실시예에 있어서, 유체 베어링(116)의 반경은 중요하지 않으며, 상기 유체 베어링은 섬유 회전 반경이 대략 8cm 내지 16cm가 되도록 형성된다. 보다 대직경의 또는 보다 소직경의 유체 베어링이 사용되거나, 또는 추가 유체 베어링이 예를 들면 보다 큰 냉각이 요구되거나(이 경우 보다 큰 반경의 유체 베어링이 바람직함) 섬유 인발 처리의 제한에 따라 (도 1에 도시된 바와 같이) 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예가 처리 구역(도 1에서 부재번호 130으로 지시됨)의 또 다른 실시예를 참조하여 기재되었다.
도 4에 도시된 광섬유 성형기(300)는 일반적으로 장력을 인발된 섬유에 가하기 위하여, 인발 로(112), 처리 로(350) 및 트랙터 어셈블리와 같은 장력 스테이션(128)을 포함한다. 성형기(300)가 예를 들면, 노출된 광섬유(114)를 도핑된 글래스 프리폼(110)으로부터 처리하는데 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 인발 로(112)는 노출된 광섬유(114)를 성형하도록 사용되고, 처리 로(350)가 이에 따라 인발된 섬유(114)를 처리하는데 사용되어, 열 에이징 효과가 최소가 되게 처리되는, 처리된 노출 광섬유(310A)를 성형할 수 있다. 장력 스테이션(128)은 인발된 섬유(114)를 소정의 장력으로 제어 및 유지시키는데 사용된다. 종래의 추가 처리 단계에 의해, 비접촉식 직경 측정 장치와 같은, 섬유 냉각 장치, 제 1 및 제 2 섬유 코팅부를 도포하고 경화하기 위한 섬유 코팅 및 경화 장치, 및 스풀 와인딩 장치가 더 포함될 수 있다. 이러한 추가적인 처리 단계는 통상적인 것이며 명확하게 하기 위하여 도시하지 않았다. 부가적으로, 아이리스(iris)나 이동 가능한(moveable) 도어 기구가 처리 로의 바닥부에 사용되어 처리 로에 진입하는 공기의 양을 최소화시킨다.
글래스 프리폼(110)은 도핑된 실리카 글래스로 성형되는 것이 바람직하다. 상기 프리폼(110)이 성형되어 인발된 섬유의 코어나 클래딩(cladding)(만일 있다면) 중 어느 하나 또는 양자가 도핑된다. 실리카 글래스가 예를 들면, 게르마늄, 플루오르, 인, 염소 또는 이들의 조성물 중 하나 이상에 의해 도핑된다. 여러 적당한 도판트가 또한 사용될 수 있다. 게르마늄 도핑된 섬유는 최적의 제조 조건에서도 열 에이징이 게르마늄 도핑된 섬유에 나타난다는 것을 발명자는 알고 있다. 프리폼(110)을 성형하기 위한 방법과 성형기가 공지되어 있으며, 상기 방법과 성형기는 당업자에 의해 용이하게 파악될 수 있다. 이와 같은 방법은 IVD, VAD, MCVD, OVD, PCVD 등을 포함한다.
바람직하게 인발 로(112)는 하우징(322)을 포함하며, 상기 하우징은 프리폼을 둘러싸고 상기 하단부에 고정된 플랜지(323)를 구비하며, 상기 플랜지(323)는 인발 로(112)의 출구 벽부로서 사용된다. 축방향 개구(324)가 플랜지(323)에 형성되어 있고 이 개구를 통해 인발된 섬유(114)가 통과하고 그리고 이 개구를 통해 사전에 도핑된 글래스 고브(gob)가 통과한다. 환형 슬리브와 같은 서셉터(326, susceptor)(예를 들면, 그래파이트로 성형될 수 있음)가 인발 로(112)를 통해 뻗어있고 상기 서셉터에 통로(330)가 형성되어 있다. 통로(330)는 광섬유 프리폼(110)을 수용하고 유지하도록 사용되는 상부 섹션과, 인발된 섬유(114)가 통과하는 하부 섹션을 포함함으로서, 글래스가 용융되어 프리폼(110)으로부터 인발되어 빠져나온다. 인발 초기시 성형된 고브는 상기 하부 섹션을 통과한다. 통로(330)의 하부 섹션은 축방향 개구(324)와 연통한다. 중공의 출구 콘(339)이 축방향 개구(324) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 환형 인슐레이터(332) 및 유도 코일(336)은 서셉터(326)를 둘러싼다.
헬륨과 같은, 적당한 불활성 성형 가스(FG)가 대략 1 대기압에서 적당한 유동 입구(338)를 통해 통로(330)로 유입되고 축방향 개구(324)를 통해 인발 로(112)의 하향 외측으로 유동한다. 상기 기재되고 도시된 인발 로(112)는 단지 적당한 인발 로의 예시를 위한 것이고, 당업자라면, 예를 들면, 다양한 타입의 가열 메카니즘을 사용하여, 다양한 설계와 구성의 인발 로, 서셉터 및 단열체 등이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 4를 다시 살펴보면, 서로 대향된 유동 통로(348)가 플랜지(323)를 통해 반경방향으로 뻗어있고 그 상부면(323A)에 있는 개구에서 종결된다. 또한 유동 통로(348)가 플랜지(323)를 통해 수직방향으로 뻗어있고 출구 콘(339)의 외측 주변부 부근에서 종결된다. 부가적으로 성형 가스(FG)는 유동 통로(348)의 개구를 통해서 이송되고 출구 콘(339) 주위를 상향 유동하고 출구 콘(339)의 중앙 개구를 통해 아래로 빠져나간다. 성형 가스(FG)는 예를 들면, 헬륨 가스(He), 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 또는 임의의 여러 적당한 불활성 가스일 수 있다.
처리 로(350)는 플랜지(323) 아래에, 바람직하게는 상기 플랜지(323)와 상호연결되도록 위치된다. 처리 로(350)는 하나 이상의 환형 가열 요소(368)를 구비한 가열 유닛(360)을 포함한다. 가열 요소는 예를 들면, 전기 저항부나 유도 가열 코일일 수 있다. 개구(352A 및 354A)는 처리 로(352 및 354)의 상단 및 하단에 각각 형성된다. 인발 경로를 따라 배치된 개구가 충분히 크므로 글래스 고브가 인발의 초기시에 상기 개구를 통해 떨어질 수 있다. 단부(352, 354) 및 슬리브(346)는 처리 로(350)용 하우징으로서 사용된다. 그러나, 여러 하우징 구성과 구성요소가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 처리 로(350)는 파스너와 같은 임의의 적당한 수단에 의해 인발 로(112)의 플랜지(323)에 고정되는 것이 바람직하다.
대체로 원통형인 스풀이나 튜브(362)가 가열 유닛(360)에 배치된다. 실질적으로 순수 실리카 석영 유리, 세라믹, 및/또는 탄소재로 만들어진 상기 스풀이나 튜브(362)는 통로(362A)를 형성하고 상기 통로의 양단부에 위치한 한쌍의 플랜지(즉, 석영 플랜지)(362B)를 구비한다. 플랜지(362B)는 스풀(362)을 형성하기 위해, 예를 들면 튜브의 양 단부에 용접된 플레임(flame)일 수 있다. 제 1 그래파이트 개스킷(364)은 플랜지(352)의 하부면과 상부 플랜지(362B) 사이에 개재되어 있다. 제 2 그래파이트 개스킷(364)이 하부 플랜지(354)와 하부 플랜지(362B) 사이에 개재되어 있다.
이송 통로(366A)를 구비한 가스 링(366)은 그래파이트 개스킷(364)을 둘러싸고 작은 관통구멍을 구비하여 퍼지 가스(PG)를 그래파이트 개스킷(364)으로 향하게 한다. 퍼지 가스(PG)는, 그래파이트 개스킷(364)이 공기에 덜 노출되거나 노출되지 않게 하고, 예를 들면, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 임의의 여러 적당한 불활성 가스일 수 있다.
퍼지 가스 부재(359)는 플랜지(354)의 하부면에 고정된다. 퍼지 가스(PG)가 퍼지 튜브 통로(359A)에 펌프되어 공기가 아래로부터 통로(362A)에 들어가지 못하게 한다.
튜브(362)의 통로(362A)의 직경 치수(D)는 바람직하게 그 길이방향을 따라서 12mm 이상, 보다 바람직하게는 45mm 내지 80mm 사이, 더욱 바람직하게는 12mm 내지 80mm 사이이므로, 초기 인발시에 형성된 글래스 고브가 상기 통로를 통해 용이하게 떨어질 수 있게 된다. 플랜지(352)의 상부면과 플랜지(354)의 하부면 사이에서 뻗어있는, 처리 로(350)의 처리 구역의 길이(L)는 대략 2.5m 내지 10m 사이 이거나, 대략 3.5m 내지 8.5m 사이 이거나, 또는 대략 5.0m 내지 7.5m 사이이다. 인발된 섬유(114)의 인발 속도에 따라 길이(L)가 결정되는 것이 바람직하며, 일례로서 인발 속도의 범위는 대략 5m/s 내지 대략 45m/s 사이 이거나, 대략 10m/s 내지 35m/s 사이 이거나, 대략 15m/s 내지 25m/s 사이이다. 광섬유 성형기(300)의 아래쪽에 유체 베어링(116)이 위치하므로(도 1에 도시된 바와 같이), 보다 긴 길이, 즉 적어도 5미터의 길이나, 적어도 7.5미터의 길이나, 적어도 10미터의 길이의 처리 구역이 가능하게 된다.
바람직하게, 광섬유를 성형하기 위한 종합적인 시스템은 천장 높이가 대략 6미터 내지 15미터이거나, 대략 9미터 내지 11미터인 빌딩이나 공장과 같은, 외부 환경으로부터 보호되는 영역에 수용된다. 적어도 일 실시예에 있어서, 처리 구역의 길이(L)는 종합적인 시스템의 수직 높이의 적어도 50%, 60%, 70%, 80%까지 가능하다. 더욱이, 처리 구역의 길이(L)는 종합적인 시스템이 설치되는 빌딩이나 공장의 천장과 바닥 사이의 수직 거리의 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 80% 까지 가능하다.
장력 스테이션(128)은 인발된 섬유(114)의 장력을 제어하는 임의의 적당한 장치일 수 있다. 바람직하게, 인장 장치(370)는 하나 이상의 섬유 장력 센서 및/또는 직경 센서(도시 생략)로부터 인풋을 연속적으로 수신하고 필요에 따라 인발된 섬유(114)에 장력을 가할 수 있도록 작동되는 마이크로프로세서를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 장력 제어는 직경을 메모리에 저장된 설정 직경과 동일하도록 제어하는 것에 기초한다.
성형기(300)는 다음과 같은 방식을 사용하여 처리된 광섬유(114)를 제조한다. 로 유도 코일(336)이 광섬유 프리폼(110)의 팁(302A)을 사전 선택된 인발 온도(TD)로 가열하도록 작동된다. 바람직하게, 상기 인발 온도(TD)는 대략 1,800℃ 내지 2,200℃ 사이의 범위에 있다. 보다 바람직하게, 인발 온도(TD)는 대략 1,900℃ 내지 2,050℃ 사이의 범위에 있다. 프리폼 팁(302A)이 선택된 인발 온도(TD)로 유지되어, 인발된 섬유(114)가 팁(302A)을 인발 방향(V, 바람직하게는 수직 하향)으로 연속으로 인발한다. 인발된 섬유(114)는 인장 장치(370)나 여러 적당한 장력 부가 장치에 의해 상기 기재한 바와 같이, 계산된 인발 장력(FD)으로 유지되어, 섬유의 설정 직경(전형적으로 125μm)이 소정의 공차 간격 내에서 유지된다. 성형 가스(FG)(예를 들면, 헬륨)는 상부 입구(338)로부터, 통로(330, 324, 352A, 362A, 354A)를 통하여, 그리고 퍼지 튜브 통로(359A)를 통해 외측으로 펌프된다.
이러한 방식으로, 인발된 섬유(114)는 상기 기재한 바와 같이 선택된 인발 속도(SD)에서 프리폼(110)으로부터 인발된다. 상기 섬유를 제조하는데 사용된 상기 선택된 인발 온도(TD) 및 인발 장력(FD)에 의해 인발된 섬유(114)가 바람직하지 못한 열 에이징 결점을 갖게 된다. 즉, 인발된 섬유(114)를 소정의 속도(SD)로 인발하는데 사용되는 인발 온도(TD) 및 인발 장력(FD)에 의해, 인발된 섬유(114)는 열 에이징에 대한 민감도를 갖게 된다.
처리 장치(350)가 인발 로(320)의 축방향 개구(324) 바로 부근에 실질적으로 고정되기 때문에, 인발된 섬유(114)가 인발 로(320)를 빠져나옴에 따라 상기 인발된 섬유(114)는 보다 차가운 주위 공기에 의해 식지않게 된다. 더욱이, 인발 로에 산소가 들어갈 가능성이 줄어듬에 따라, 그래파이트 서셉터(326)의 성능저하가 최소화된다. 노출된 광섬유(114)가 통로(324)를 통과하고, 가열 유닛(360)에 의해 실질적으로 즉시 가열된다. 가열 유닛(360)은 선택된 온도 범위 T1 내지 T2 내의 처리 온도(TT)에서 인발된 섬유(114)의 온도를 유지시킨다. 보다 낮은 온도(T1)는 대략 1,100℃ 내지 1,400℃ 사이인 것이 바람직하고, 보다 높은 온도(T2)는 대략 1,200℃ 내지 1,800℃ 사이인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 보다 낮은 온도(T1)는 대략 1,200℃ 내지 1,350℃ 사이이고, 보다 높은 온도(T2)는 대략 1,300℃ 내지 1,450℃ 사이이다. 또한, 인발된 섬유(114)가 통로(362A)를 통과함에 따라, 상기 인발된 섬유(114)는 선택된 처리 인장력(FT)으로 유지된다. 바람직하게, 처리 인장력(FT)은 대략 25그램 내지 200그램 사이이다. 보다 바람직하게, 처리 인장력(FT)은 대략 90그램 내지 170그램 사이이다. 처리 구역의 길이(L)는, 인발된 섬유(114)가 선택된 체류 처리 시간(tT) 동안에 선택된 온도 범위 T1 내지 T2 내에서 유지되도록, 선택된다. 처리된 섬유(114)는 바닥 개구(354A)를 통해 처리 로(350)를 빠져나오고, 바람직하게는 추가 처리 스테이션(추가적인 냉각, 처리, 코팅 등)으로 아래로 계속 나아간다.
상기 기재한 처리 온도(TT), 처리 인장력(FT) 및 체류 시간(tT)은 인발된 섬유(114)의 열 에이징 결점이나 민감도를 감소시키거나 제거하도록 연관되어 선택된다. 따라서, 성형 처리된 섬유(114)는, 상기 기재한 방식으로 적당하게 처리되지 않지만, 상기와 같은 방식으로 성형된 광섬유에 비해 열 에이징 결점이나 민감도가 더 적게 된다. 따라서 상기 방법과 성형기는 비교적 고속으로 인발된 미처리 섬유에 비해 광섬유(이때 인발 속도는 상기 속도와 동일함)의 열 에이징이 줄어들 수 있다.
바람직하게, 통로(330)로부터 개구(359A)로 기밀통로를 제공하기 위해 인발 로(112) 및 처리 로(350)가 형성 및 고정되며 가스가 공급된다.
바람직한 실시예에 있어서, 처리 로(350)는 상기 처리 로(350)의 축방향 길이를 따라서 이격된 복수의 개별 히터를 포함한다. 각각의 히터는 섬유를 둘러싸고, 각각의 히터는 제어기에 의해 개별적으로 제어되는 것이 바람직하다. 열 처리 단계 동안에, 광섬유는 다중 가열 구역으로부터 열을 받게 되고; 다중 가열 구역의 적어도 하나의 가열 구역(히터의 물리적인 크기에 대충 대응하는 각각의 구역)은 다른 하나의 다중 가열 구역과 상이한 온도로 설정된다. 바람직하게, 각각의 가열기의 벽부의 온도는, 적어도 하나의 가열 구역이 1,400℃ 내지 1,600℃ 사이의 통로 온도를 갖도록, 제어기에 의해 제어된다. 바람직한 작동 모드로서, 인발 로(112)에 보다 근접한 제 1 구역은 통로 온도가 1,100℃ 내지 1,300℃ 사이의 중심 온도가 되도록 제어되고, 상기 인발 로에서부터 멀리 위치한 제 2 구역은 통로 온도가 1,400℃ 내지 1,500℃ 사이에 있도록 제어된다. 실제 벽의 온도는 소정의 섬유 출구 표면 온도 조건이 소정의 냉각율을 달성하도록 설정된다. 사용된 가스가 헬륨이 아니라면, 예를 들면, 벽의 온도는 아르곤의 열 전도성과 아르곤 및 헬륨의 혼합물이 보다 낮은 상수의 열 전도성을 갖기 때문에, 보다 낮은 온도로 설정될 수 있으며, 따라서, 냉각율이 동일하기 위해서는 상기 로의 통로 온도와 섬유 온도 사이에 필요한 온도차가 더 커지게 된다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 처리 로의 가열 요소는 칸탈(Kanthal)로부터 이용가능한 고온의 가열 요소인 몰리디규화물(molydisilicide)인 것이 바람직하다.
도 5의 광섬유 성형기(400)는 인발 로(112)에 대응하는 인발 로(112)를 포함한다. 처리 로(350) 대신에, 성형기(400)는 피동 처리 어셈블리(450)를 포함한다. 처리 어셈블리(450)는 상기 어셈블리의 임의의 부분에 위치한 가열 모듈(360)에 대응하는 가열 장치를 포함하지 않는다는 점에서 "피동식(passive)"이다. 즉, 섬유는 능동 가열 모듈의 도움 없이도 일정 제어된 속도로 냉각된다.
성형기(400)는 인발 로(112)와 장력 스테이션(128)에 각각 대응하는 인발 로(112)와 장력 스테이션(128)을 포함한다. 바람직하게, 인발 로(112)는 그래파이트 서셉터를 구비한 타입의 로이다. 피동 처리 어셈블리(450)는 상부 플랜지(454)를 구비한 관형 머플(452)을 포함한다. 머플(452)은 볼트나 여러 파스너(명확하게 하기 위하여 도시 생략함)에 의해 로(112)의 하단 벽부(423)에 직접적으로 고정되며, 상기 볼트 또는 여러 파스너는 상기 플랜지(454)에 있는 구멍을 통해 뻗어있어 단부 벽(423)과 결합한다. 머플(452)은 스테인레스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
머플(452)은 제 1 단부에 형성된 상부 개구(456)와, 제 2 단부에 형성되고 상기 제 1 단부와 반대쪽에 위치한 하부 개구(458)와, 상기 제 1 및 제 2 단부 사이를 형성된 통로(452A)를 포함한다. 바람직하게, 통로(452A)의 직경(E)은 실질적으로 일정하고 12mm 보다 크며, 보다 바람직하게는 12mm 내지 80mm 사이이고, 가장 바람직하게는 45mm 내지 80mm 사이이다. 상부 개구(456)는 인발 로(112)의 하부 개구(424)와 연통한다. 복수의 축방향으로 이격된 공급 포트(459)는 머플(452)의 측벽에 형성되고 통로(452A)와 그 길이방향으로 따라서 연통한다.
처리 가스 유동 시스템(460)은 머플(452)과 작동가능하게 그리고 유체연통하게 연결된다. 처리 가스 유동 시스템(460)은 매니폴드나 도관(462)에 의해 각각의 포트(459)에 유체연통하게 그리고 작동가능하게 연결된 처리 가스 공급부(461)를 포함한다. 처리 가스 공급 스테이션(461)은 선택된 처리 가스(TG)의 공급부와, 처리 가스(TG)가 도관(462) 및 이송 포트(459)를 통하여 그리고 통로(452A)로 충분히 강제로 나아가도록 상기 처리 가스(TG)를 가압하도록 작동가능한 펌프 등을 포함한다. 처리 가스 공급 스테이션(461)은 처리 가스(TG)를 가열하는 가열 유닛을 부가적으로 포함할 수 있다. 그러나, 상기 처리 가스가 대략 20℃로 공급되는 것이 바람직하다.
성형기(400)가 처리된 광섬유(114)를 형성하도록 다음과 같은 방식으로 사용된다. 인발 로(112)와 장력 스테이션(128)을 사용하면, 노출된 광섬유(114)는, 성형기(300)에 대해 상기 기재한 방식으로, 열 에이징 손상을 충분히 야기시킬 수 있는 인발 온도 및 인발 장력에서, 프리폼(110)으로부터 인발된다. 인발된 섬유(114)가 인발됨에 따라, 성형 가스(FG)는 도 4에 도시된 것과 동일한 입구를 통해서 유도된다. 성형 가스는 프리폼(110)과 인발된 섬유(114)에 대하여 통로(430)를 통하여, 로 단부 벽(423)에 위치한 개구(424)를 통하여, 그리고 개구(456)를 통해 통로(452A)의 제 1 단부로 유동한다.
인발된 섬유(114)가 로(112)를 빠져나오자마자 머플(452)의 통로(452A)에 들어간다. 인발된 섬유(114)가 통로(452A)를 통과함에 따라, 처리 가스(TG)가 도 5에서 화살표로 지시된 바와 같이 처리 가스 공급부(461)로부터 적어도 2개의 축방향으로 이격된 공급 포트(459)를 통하여 통로(452A)로 펌프된다. 처리 가스는 다양한 단계를 거쳐 통로(452A)로 유동하고 성형 가스(FG)와 혼합한다. 바람직하게, 처리 가스(TG)는 25℃에서 대략 12Ox10-6cal/(sec)(cm)2(℃/cm) 이하, 보다 바람직하게는 대략 65x10-6cal/(sec)(cm)2(℃/cm)의 열 전도성(k)을 갖는다. 처리 가스(TG)와 성형 가스(FG)의 혼합물이 통로(452A)를 통해 유동하고 제 2 단부 개구(458)를 통해 빠져나온다.
처리 가스(TG)는 성형 가스(FG) 보다 낮은 열 전도성을 갖는다. 바람직하게, 처리 가스(TG)의 열 전도성은 성형 가스(FG)의 열 전도성보다 40% 낮고, 보다 바람직하게는 20% 낮다. 처리 가스(TG)는 바람직하게 질소나 아르곤인 것이 바람직하나, 크립톤이나 크세논도 포함할 수 있다.
인발된 섬유(114)가 통로(452A)를 통해 인발됨에 따라, 인발된 섬유(114)는 인발된 섬유(114)의 선택된 처리 인장력(FT)과 처리 온도(TT)로 유지되는 한편, 통로(452A)에 위치한 상기 인발된 섬유는 성형기(300)에 관련하여 상기 기재한 바와 같이 선택된 체류 시간(tT) 동안에 선택된 온도 범위 T1-T2로 유지된다. 성형기(300)와 관련하여 상기 기재한 방식에 있어서, 선택된 처리 장력(FT), 온도 범위 T1 내지 T2 및 체류 시간(tT)이 인발된 섬유(114)의 열 에이징이라는 단점을 감소시키거나 제거시키도록 서로 연관성이 있게 선택되고, 이에 따라, 처리된 노출 광섬유(114)가 제공된다. 성형기(400)의 경우에 있어서, 피동 처리 장치(450)의 통로(452A)의 길이(M)는 인발된 섬유(114)의 인발 속도를 고려하여 소정의 체류 시간(tT)이 선택될 것이다.
처리 가스(TG)의 열 전도성이 낮으면 인발된 섬유(114)의 열 전달이나 냉각이 느려져서, 상기 인발된 섬유(114)가 통로(452A)에 있는 동안에는 선택된 온도 범위 T1-T2 로 유지된다. 처리 가스(TG)의 유동율, 난류 및 온도는 소정의 냉각율이 적당하게 되도록 선택될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 따르면, 처리 구역에서의 소정의 냉각율은 1,200℃ 내지 1,500℃ 사이의 온도 범위에서 있어서 1,000℃/sec 내지 3,500℃/sec 사이 일 수 있다. 광섬유 성형기(400)의 아래쪽에 유체 베어링(116)이 위치하므로(도 1에 도시된 바와 같이), 보다 긴 길이, 즉 적어도 5미터 길이나, 적어도 7.5미터의 길이나, 적어도 10미터의 길이를 갖는 처리 구역이 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 성형기(500)가 도 6에 도시되었다. 상기 성형기(500)는 그래파이트 서셉터를 구비한 타입의 인발 로(112)를 포함한다. 성형기(500)는 아래 기재된 사항을 제외하고는 성형기(400)에 대응하며, 또한 아래 기재한 사항을 제외하고는 상기 성형기(400)에서와 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
머플(450)은 연속 통로(549A)가 형성된 다중 부품의 머플 어셈블리(549)로 대체될 수 있다. 상기 머플 어셈블리(549)는 환형 상부 머플 섹션(551)을 포함하며, 상기 머플 섹션(551)은 머플 어셈블리(549)를 인발 로(112)의 출구 벽부(523)에 고정시키기 위한 플랜지(554)를 포함한다. 제 2 환형 머플 섹션(553)은 머플 섹션(551)의 하단부에 고정되고 통로(553A)를 형성한다. 출구 포트(557)는 머플(553)의 한 면에 형성되고 통로(553A)와 연통한다. 제 3 환형 머플 섹션(552)는 머플 섹션(553)의 하단부에 고정되고 통로(552A)를 형성한다. 제 4 환형 머플 섹션(555)은 머플 섹션(552)의 하단부에 고정되고 통로(555A)를 형성한다. 이송 포트(559)는 머플 섹션(555)에 형성되고 통로(555A)와 연통한다. 통로(549A)의 직경(F)은 실질적으로 일정하고 바람직하게는 12mm 보다 더 크며, 보다 바람직하게는 대략 12mm 내지 80mm 사이이고, 가장 바람직하게는 45mm 내지 80mm이며, 그 길이(N) 방향을 따라서 실질적으로 직경이 일정한 것이 바람직하다. 머플 어셈블리(549)의 길이(N)는 대략 2.5m 내지 10m 사이, 보다 바람직하게는 대략 3.5mm 내지 8.5mm 사이, 또는 대략 5.0mm 내지 7.5mm 사이이다. 광섬유 성형기(500)의 아래쪽에 유체 베어링(116)이 위치하므로(도 1에 도시된 바와 같이), 보다 긴 길이, 즉 적어도 5미터의 길이나, 적어도 7.5미터의 길이나, 적어도 10미터의 길이의 처리 구역이 가능하게 된다.
부가적으로, 성형기(500)에 있어서, 처리 가스 유동 성형기(460)는 처리 가스 유동 시스템(560)으로 대체될 수 있다. 유동 시스템(560)은 처리 가스 공급소(561)에 대응하는 처리 가스 공급부(561)를 포함한다. 처리 가스 공급소(561)는 도관(562)에 의해 이송 포트(559)와 유체연통하게 연결된다. 유동 시스템(560)은 도관(563)에 의해 출구 포트(557)와 유체연통하게 연결되는 펌프(564)를 더 포함한다. 펌프(564)는 도시된 바와 같이 입구(565A)로부터의 압축 공기가 제공되는 벤추리 펌프인 것이 바람직하다.
사용중일 경우에, 처리 가스(TG)는 처리 가스 공급부(561)로부터 도관(562) 및 이송 포트(559)를 통하여 통로(555A)로 유도된다. 펌프(564)가 충분한 진공을 제공하며, 이 결과 처리 가스(TG)의 적어도 일 부분을, 통로(552A 및 553A)와, 출구 포트(557)와, 도관(563)을 통해 빨아들여서, 출구(565B)를 통해 배출한다. 이와 유사하게, 펌프(564)에 의해 생성된 진공은 성형 가스(FG)를 인발 로(112)에서부터, 통로(553A)와, 출구 포트(557)와 도관(563)을 통하여, 그리고 펌프 출구(565B)를 통하여 외측으로 빼낸다. 이러한 구성은 통로(549A)의 하단부에서 2개의 가스가 혼합되는 것을 방지하기 때문에 매우 유리하다.
작동중일 경우에, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 10m/s나 그 이상의 인발율, 바람직하게는 20m/s나 그 이상의 인발율, 보다 바람직하게는 30m/s나 그 이상의 인발율에서의 광섬유 프리폼과 같은, 가열된 글래스 공급부로부터의 광섬유를 인발하는 단계와, 이 단계에 이어서, 상기 광섬유를 체류 시간 동안에 처리 구역에서 처리하는 단계를 포함하며, 적어도 일 실시예에 있어서 상기 체류 시간은 0.05초-0.25초 사이이고, 다른 실시예에 있어서는 적어도 0.25초(또는 0.25초-0.5초)이며, 이 동안에 상기 광섬유는 500℃/s - 5,000℃/s, 일 실시예에 있어서 500℃/s - 2,500℃/s, 그리고 다른 실시예에 있어서 500℃/s - 1,000℃/s의 처리 구역에서 평균 냉각율로 처리되고, 여기서 처리 구역의 길이는 적어도 3.5미터이거나, 적어도 5미터이거나, 적어도 7.5미터이거나, 적어도 10미터이다.
바람직한 실시예에 있어서, 광섬유는 중앙 코어에 위치한 게르마늄 도판트와 실질적으로 순수한 실리카 클래딩을 구비한, 단일 모드 단계의 인덱스 섬유이다. 그러나, 본 명세서에 기재된 방법이 게르마늄-도핑된 중앙 코어를 구비한 여러 광섬유를 처리하는데 똑같이 사용될 수 있고 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 바람직하게, 충분한 양의 게르마늄이 상기 코어에 있으므로 클래딩과 비교하여 적어도 0.3%의 굴절율 퍼센트를 제공한다. 프리폼을 일정한 유동(1,800-2,200 ℃)으로 인발 시점에서 가열함으로써, 그리고 대략 25그램과 대략 200그램 사이; 보다 바람직하게는 대략 60그램과 170그램 사이; 가장 바람직하게는 대략 90-150 그램 사이의 인장력을 제공할 수 있는 인장 기기 설정을 사용함으로써 인발 장력을 코팅된 광섬유에 가함으로써 섬유가 바람직하게 인발된다. 고속 및 큰 장력으로 인발하면 본 발명의 태양에 따라 처리된 광섬유의 생산량이 많아져 미처리된 섬유에 비해 생산된 섬유의 감쇠는 더욱 최소화된다.
본 발명의 실시예에 따라, 광섬유의 섬유 입구 표면 온도를 부여하는 처리 구역이 형성되고 위치되어, 상기 광섬유가 1,300℃와 2,000℃ 사이; 보다 바람직하게는 1,550℃와 1,750℃ 사이; 그리고 여러 실시예에 있어서, 1,600℃ 이상의 처리 구역에 들어가는 것이 바람직하다. 바람직하게도, 처리 구역의 길이와 작동 매개변수가 형성되어, 적어도 대략 1,100℃, 바람직하게는 1,250℃ 내지 1,450℃ 사이; 보다 바람직하게는 1,300℃와 1,450℃ 사이; 가장 바람직하게는 1,325℃와 1,425℃ 사이의 처리 구역의 출구에서 광섬유의 출구 표면 온도를 부여하는 것이 바람직하다.
실시예
본 발명은 다음 실시예에 의해 보다 명확하게 된다.
실시예 1-12
본 발명의 실시예 1-12가 표 1에 설명되었다. 이들 실시예는 광섬유를, 미터 단위의 길이(L)를 갖는 처리 구역과, 상기 처리 구역을 통과하는 상기 광섬유의 인발 속도(m/s)와, 상기 광섬유가 상기 처리 구역내로 들어갈 때의 섬유 표면 온도(℃)와, 상기 광섬유가 상기 처리 구역을 빠져나올 때의 섬유 표면 온도(℃)와, 상기 광섬유가 상기 처리 구역에서 있는 동안의 평균 냉각율(℃/s)로 처리한다.
표 1
당업자라면 본 발명의 사상 및 범주내에서 본 발명에 대한 수정 및 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 첨부된 청구범위의 범주내에서 본 발명에 대한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.
Claims (20)
- 광 섬유의 제조방법으로서,
가열된 글래스 공급원으로부터 광 섬유를 인발하는 단계; 및
상기 광 섬유를 처리 구역에 유지시킴으로써 상기 광 섬유를 처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 처리 구역의 길이는 적어도 5 미터이고, 상기 광 섬유를 5,000℃/s 이하의 처리 구역 내 평균 냉각율로 처리하고, 여기서 처리 구역 내 평균 냉각율은 섬유 입구 표면 온도에서 섬유 출구 표면 온도를 차감한 값을 처리 구역 내에서의 광 섬유의 총 체류 시간으로 나눈 값으로 정의됨,
상기 처리 구역을 빠져나오는 상기 광 섬유의 표면 온도는 적어도 1,000℃이고,
상기 가열된 글래스 공급원으로부터 광 섬유를 인발하는 단계 및 상기 처리 구역 내에서 광 섬유를 처리하는 단계는 제1 경로를 따라 수행되며,
상기 방법은,
노출된(bare) 광 섬유를 유체 베어링의 유체 영역과 접촉시키는 단계, 상기 유체 베어링은 채널을 포함하고, 상기 채널은 적어도 2개의 측벽에 의하여 형성되며, 상기 광 섬유는 상기 채널 내 광 섬유 아래쪽에 존재하는 압력 차이에 의하여 상기 광 섬유가 상기 채널 내에 부유하도록 하는데 충분한 상기 채널의 영역 내에서 유지되고, 상기 압력 차이는 광 섬유 위에 존재하는 압력에 비하여 상기 채널 내 광 섬유 아래쪽에 공급되는 상기 유체에 의하여 야기된 보다 높은 압력에 의하여 발생됨; 및
상기 노출된 광 섬유가 상기 유체 쿠션의 영역을 가로질러 인발됨에 따라 상기 광 섬유를 제2 경로를 따라 다시 보내는(redirecting) 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 처리 구역에서의 상기 광 섬유의 총 체류 시간은 0.25초 보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 광 섬유는 20m/s 이상의 인발 속도로 인발되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 처리 구역에서의 상기 광 섬유의 평균 냉각율이 2,500℃/s 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 처리 구역에 들어가는 광 섬유의 표면 온도는 1,550℃ 내지 1,750℃이고, 상기 처리 구역을 빠져나오는 광 섬유의 표면 온도는 1,250℃ 내지 1,450℃인 것을 특징으로 하는 방법.
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