KR20180057529A

KR20180057529A - 유리 프리폼을 제조하기 위한 상향 붕괴 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180057529A
Application number: KR1020170152190A
Authority: KR
Inventors: 추린 마; 카이 후이 창; 에반 피. 그린; 제임스 이. 주니어 비버스; 칼 포나더
Original assignee: 헤래우스 테네보 엘엘씨
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2018-05-30
Also published as: JP7090416B2; KR102475016B1; EP3590899A1; CN108083628B; EP3323791B1; EP3323791A1; JP2018083751A; CN108083628A; US11405107B2; DK3323791T3; US11811453B2; US20180145752A1; US20220286204A1

Abstract

무게, 외부 표면, 코어 로드 및 코어 로드를 둘러싸고 갭에 의해 코어 로드로부터 분리된 클래딩을 갖는 유리 몸체로부터 최소 클래드-코어 도파관 왜곡을 갖는 대형 유리 프리폼을 제조하기 위한 장치 및 관련 방법이 제안된다. 상기 장치는 클래딩의 상단 및 바닥에 부착된 칼라; 상기 코어 로드가 놓이는 스페이서; 상기 바닥 칼라 및 상기 스페이서 모두를 유지하고 지지하는 제1 유닛; 상기 상단 칼라를 유지하고 지지하는 제2 유닛; 및 상기 유리 몸체를 가열하고, 상기 코어 로드 상에 상기 클래딩을 붕괴시키고, 상기 갭을 폐쇄하고, 상기 유리 프리폼을 생성시키도록 가열 요소를 갖는 가열 영역을 한정하는 프레임을 포함한다. 가열 영역에서 용융 유리 위 및 아래의 유리 몸체의 무게는 유리 몸체의 외부 표면과 접촉하지 않고 제1 및 제2 유닛에 의해 지지된다.

Description

유리 프리폼을 제조하기 위한 상향 붕괴 방법 및 장치 {UPWARD COLLAPSE PROCESS AND APPARATUS FOR MAKING GLASS PREFORMS}

본 출원은 일반적으로 연장된 유리 부품을 제조하는 것에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 최소 클래드-코어 도파관 왜곡을 갖는 이러한 부품을 제조하는 방법 및 장치를 사용하는 것에 관한 것이다.

광섬유의 설계 및 응용과 관련된 응용 과학 및 공학 분야는 섬유 광학(fiber optics)으로 알려져 있다. 광섬유는 유리(실리카)를 사람의 머리카락보다 약간 더 두꺼운 직경으로 드로잉하여 만든 가요성의 투명한 섬유이다. 광섬유는 광섬유의 두 단부 사이에서 광을 전송하는데 가장 자주 사용되며 광섬유 통신에 광범위하게 사용되고, 와이어 케이블보다 긴 거리 및 높은 대역폭(데이터 전송률)에서의 전송을 허용한다. 신호는 손실이 적은 고용량의 섬유를 따라 이동하기 때문에 금속 와이어 대신 섬유가 사용된다. 또한, 섬유는 전자기 간섭에도 영향을 받지 않으며, 금속 와이어를 괴롭히는 문제가 있다. 섬유는 또한 조명에 사용되며, 파이버스코프의 경우와 같이, 한정된 공간에서 볼 수 있도록 이미지를 전달하는데 사용할 수 있도록 번들(bundles)로 싸여있다. 특별히 고안된 섬유는 또한 광섬유 센서 및 섬유 레이저와 같은 다양한 용도에도 사용된다.

광섬유는 전형적으로 더 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래딩 재료에 의해 둘러싸인 투명 코어를 포함한다. 섬유를 도파관으로 작용하게 하는 전체 내부 반사 현상에 의해 광이 코어 내에 유지된다. 많은 전파 경로 또는 가로 모드를 지원하는 섬유를 멀티 모드 섬유라고 한다; 단일 모드를 지원하는 것을 단일 모드 섬유라고 한다.

오늘날, 엄격한 광섬유 컷오프 파장 규격이 충족되어야 하고, 그러한 규격을 달성하기 위한 수율 손실은 용인되지 않는다. 컷오프 파장은, 그 이하에서는 단일 모드 광섬유가 멀티 모드 섬유로 작용하게 되는 파장으로 정의할 수 있다. 즉, 컷오프 파장은, 그 이상에서는 단일 모드 광섬유에서 단일 모드 동작이 보장되는 파장으로 정의할 수 있다. 많은 네트워크 기획자는 이제 케이블 컷오프 파장이 광섬유 케이블 사양을 준비하는 동안 정의해야 할 가장 중요한 파라미터 중 하나인 것으로 인식한다.

종래의 하향 드로잉 시스템 및 방법에 내재된 문제점을 해결하기 위해, 장치의 제1 목적 및 그 장치를 사용하여 광섬유 프리폼을 제조하는 상향 붕괴 방법은 도파관(클래드-코어) 왜곡 효과를 최소화하고, 아마도 제거하는 것이다. 제2 목적은 종래의 하향 드로잉 시스템 및 방법에 내재된 폐기물 및 조립 문제를 최소화하고, 아마도 제거하는 것이다. 제3 목적은 우수한 기하학적 및 도파관 특성을 갖는 가장 큰 프리폼 크기를 달성하여 후속 섬유 드로잉 시 최고의 생산성을 달성하는 것이다. 제4 목적은 최고 품질(가장 깨끗하고 건조한) RIT 또는 RIC 프리폼 인터페이스를 얻는 것이다. 제5 목적은 실린더 내에서 임의의 길이의 다수의 독립형 코어 로드를 적층하여(이들을 함께 용접하지 않음), 조립체에서 무게를 완전히 독립적으로 지지하여 정밀하고 고가의 코어 로드 및 실린더에 대해 오버 클래드 공정에서 거의 제로 폐기물을 달성하는 것이다. 추가 목표는 온라인 팁핑을 허용하고 거의 100% 완성된 프리폼 생산량을 달성하는 것이다.

또 다른 목적은 프리폼 기하학적 형상의 정확한 정렬 및 제어를 위해 수평(X-Y) 평면에서 프리폼을 제조하는데 사용되는 유리 몸체의 플로팅 위치 설정 및 수직(z) 방향에서의 정밀 선형 이동을 모두 가능하게 하는 것이다. 또 다른 목적은 하나 이상의 로드 셀에 의해 가열되는 동안 유리 몸체의 거동을 모니터링하는 것이다. 그러나 또 다른 목적은 물리학을 사용하고 질량을 보존하여 정밀한 치수 제어를 수행함으로써, 기존 온라인 측정 및 피드백 제어의 비용을 없애는 것이다.

다른 목적은 프리폼 인터페이스를 에칭, 클리닝 및 건조시키기 위해 반응성 가스를 사용하는 것이다. 다른 목적은 (1) 프리폼 외부 표면과의 직접 접촉을 피하고, (2) 프리폼 조립체 완전히 밀봉하여 인터페이스가 외부 환경, 특히 진공 개시 동안 장치의 가열 요소(예를 들어, 노(furnace)) 내부의 오염물로부터 차폐되는 본질적으로 깨끗한 공정을 제공하는 것이다. 관련 목적은 프리폼의 외부 표면과 접촉하지 않고 프리폼 무게를 지지하는 것이다. 다른 관련된 목적은 제조 공정 중에 프리폼 상에 측방향 또는 횡방향의 힘을 회피하고 프리폼의 휨(bow) 최소화하거나 제거하는 것이다. 또 다른 목적은 예를 들어, 항공기, 기포, 섬유 파단 및 손실 문제를 회피함으로써 프리폼 또는 섬유 인터페이스의 품질을 향상시키는 것이다.

최적의 상향 드로잉 방안을 효율적으로 개발하기 위해 유한 요소 모델링을 사용하는 것도 목적이다. 관련 목적은 개발 중에 필요한 시험 횟수를 줄임으로써 중요한 노 생산 능력을 절약하는 것이다. 또 다른 관련 목적은 특히 양호한 프리폼 및 광섬유 수율의 최종 양을 "스퀴징" 아웃(squeezed out)할 수 있는 프리폼의 두 단부에서의, 노 가열 및 유리 유동의 복잡한 열 물리학의 정확한 이해를 가능하게 하는 것이다.

또 다른 목적은 상기 장치 및 상기 장치를 사용하여 광섬유 프리폼을 제조하는 관련 상향 붕괴 방법과 조합하여, 카메라 시스템 및 패터닝된 배경을 갖는 프리폼 측정 성능을 제공하는 것이다. 관련된 목적은 도파관 기하학적 특성의 자동화된, 비-파괴적이고, 생산 친화적인 측정을 제공하는 것이다. 또 다른 관련 목적은 프리폼 사용자에 대한 도파관 품질의 부가 가치 보장 및 광섬유 드로잉을 미세 조정할 수 있는 잠재적인 기회를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 장치를 사용하여 최소 클래드-코어 도파관 왜곡을 갖는 유리 프리폼을 생성하는 상기 장치 및 관련 상향 붕괴 방법이 제공된다. 상기 장치는 무게, 원주, 및 코어 로드 및 갭에 의해 분리된 클래딩("실린더")을 갖는 유리 몸체를 포함한다. 상기 장치는 상기 클래딩의 상단에 부착되고, 상기 클래딩의 외경과 대략 동일하거나 또는 더 작은 외경을 갖는 상단 칼라; 상기 클래딩의 바닥에 부착되고, 상기 클래딩의 외경보다 작거나 또는 대략 동일한 외경을 갖는 바닥 칼라; 상기 독립형 적층된 코어 로드가 놓이는 적어도 하나의 스페이서; 상기 바닥 칼라 및 상기 적어도 하나의 스페이서 모두를 유지하고 지지하여, 유리 몸체의 원주에 접촉하지 않고 유리 몸체의 전체 무게를 지지하는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛 - 상기 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛은 가스를 장치로부터 제거하거나 또는 장치로 도입함 - ;

상기 상단 칼라를 유지하고 지지하는 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛 - 상기 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛은 가스를 장치로부터 제거하거나 또는 장치로 도입함 - ; 및 유리 몸체를 가열하고, 클래딩을 코어 로드 상에 붕괴시키고, 갭을 폐쇄하고, 유리 프리폼을 생성시키도록 한정된 가열 영역 및 가열 요소를 갖는 오버 클래드 또는 드로잉 타워 구조 또는 프레임을 포함한다.

관련된 상향 붕괴 방법은 최소의 클래드-코어 도파관 왜곡을 갖는 유리 프리폼을 생성한다. 상기 방법은 무게, 원주, 및 코어 로드 및 갭에 의해 분리된 클래딩("실린더")을 갖는 유리 몸체를 제공한다. 클래딩의 상단에 상단 칼라를 부착하고 클래딩의 바닥에 바닥 칼라를 부착시킨다. 드로잉 타워 내에 위치된 가열 영역 아래에 위치한 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛으로 상기 바닥 칼라를 지지한다. 적층된 코어 로드가 놓이고 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛에 의해 지지되는 적어도 하나의 스페이서 상에 독립형 적층된 코어 로드(즉, 함께 용접되지 않음)를 지지하여, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛이 유리 몸체의 원주와 접촉하지 않고 유리 몸체의 전체 무게를 지지한다. 가열 영역 위에 위치한 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛으로 상단 칼라를 지지한다. 상기 유리 몸체를 상기 가열 영역 내에 위치한 가열 요소의 중심에 대해 미리 결정된 방안으로 위치시켜 상향으로 이동시킨다. 상기 가열 영역을 통해 상기 유리 몸체를 상향으로 공급할 때, 상기 클래딩을 코어 로드 상에 붕괴시킴으로써, 상기 갭을 폐쇄하고, 상기 유리 프리폼을 생성한다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적인 것이지만 본 발명을 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.

본 발명은 첨부 도면과 관련하여 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다. 통상적인 실시에 따르면, 도면의 다양한 특징은 비례하지 않는다는 것이 강조된다. 반대로, 다양한 특징의 치수는 명확하게 하기 위해 임의로 확장되거나 축소된다. 도면에는 다음 도면들이 포함된다.
도 1은 유리의 연장된 구성 요소를 형성하는 상방 붕괴 공정에서 사용되는 장치의 주요 구성 요소를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 부품을 제조하는데 사용되는 유리 몸체의 사시도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 상향 붕괴 공정의 FEM 시뮬레이션에서 4개의 단계를 도시하며, 가열 요소 내에 위치된 유리 몸체를 도시한다.
도 4a는 프로세스 런이 저온 측에 있음을 나타내는 상대적으로 큰 진폭을 반영하는 로드 셀 판독 "리플(ripples)"을 도시한다.
도 4b는 프로세스 런이 고온 측에 있음을 나타내는 상대적으로 작은 진폭을 반영하는 로드 셀 판독 "리플"을 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 장치와 조합하여 사용되는 프리폼 측정 장치의 실시예의 개략도이다.

광섬유는 일반적으로 2개의 개별 공정으로 제조된다. 먼저, 코어 로드가 제조된 후, 로드-인-튜브(RIT) 또는 로드-인-실린더(RIC) 공정에 의해 또는 외부 증기 증착(OVD) 공정과 같은 다른 오버 클래드 공정에 의해 프리폼이 제조된다. 둘째로, 제조된 프리폼을 노 내에서 가열하고 광섬유로 드로잉한다. 광섬유 프리폼 제조하기 위한 종래의 공정 및 장치는 2개의 공정 중 첫 번째 공정을 완료하여 광섬유 RIT 오버 클래드 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

오버 클래드 장치는 수직 선반, 수직 선반의 각 단부에 설치된 척, 수직 선반의 양 단부 사이에서 수직 이동하는 수직 선반 내의 캐리지, 캐리지에 설치된 산소 수소 버너, 캐리지에 설치된 노, 상기 수직 선반의 단부에 설치된 진공 펌프, 상기 수직 선반의 단부에 상기 진공 펌프를 연결하는 커플러, 및 상기 캐리지의 수직 이동, 산소 수소 버너의 유속, 및 척의 회전을 제어하기 위한 수직 선반 외부의 제어기를 포함한다. 노는 유리 튜브로 코어 로드를 오버 클래드하기 위해 유리 튜브를 예열하거나 가열한다.

실제로, 프리폼의 외경은 종래의 RIT 오버 클래드 장치에서 90 mm 이하로 제한된다. 이러한 제한은 산소 수소 버너에 의한 비효율적인 가열에 의해 부과된다. 또한, 핸들은 상단 단부에서 코어 로드 무게에 대해 별도의 지지를 제공하기 위해 (RIT 오버 클래드 튜브와 동일한 길이의) 단일 코어 로드에 용접되어야 한다. 이것은 두 가지 단점을 초래한다: (1) 짧은 코어 로드가 효과적으로 사용될 수 없기 때문에 코어 로드 재료의 낭비; (2) 특히 산소 수소 토치로 코어 로드에 핸들을 용접하면, 코어 로드의 표면에 표면 수산화물(OH) 병합이 생성되어, 이는 에칭되지 않으면(공정에 대한 추가 비용), 특히 OH 흡수 때문에 1,383 nm에서 섬유 감쇠가 증가할 수 있다.

보다 최근에는, 석영 유리 튜빙, 로드 또는 붕괴된 오프라인 로드-인-실린더(ORIC)용 프리폼은, 하단부가 연화되어 스트랜드를 형성하기 시작하도록 수직 배향으로 가열 구역(예를 들어, 노)을 포함하는 장치 내로 석영 유리 구성 요소(예를 들어 실린더, 잉곳 또는 붕괴되지 않은 RIC)를 도입함으로써 생성되었다. 그런 다음 상기 스트랜드는 하나 이상의 견인 휠 세트를 포함하는 견인 장치에 배치된다. 스트랜드의 드로잉 속도는 견인 휠의 속도에 의해 제어되며, 이는 성형 영역 온도 또는 점도 및 휠에 의해 지지되는 스트랜드의 무게에 따라 하향 또는 상향의 힘을 가할 수 있다. 성형은 다이의 도움이 없이 이루어진다. 따라서, 스트랜드 치수는 석영 유리 구성 요소의 공급 속도, 가열 영역의 온도 및 견인 휠의 속도에 의해 제어된다.

종래의 ORIC 공정에서는, 합성 고순도 유리로 제조된 실린더(일반적으로 외경이 약 200mm인 길이 3m)가 고순도 유리 코어 로드 상에 붕괴되어, 인터페이스 갭에 열 및 진공을 갖는 광섬유 프리폼을 형성한다. 프리폼은 일반적으로 실린더의 원래 직경보다 상당히 작은 직경으로 연속적으로 하향으로 드로잉된다. 연화된 유리를 통해 코어 로드의 무게를 지지할 뿐만 아니라 인터페이스 붕괴를 용이하게 하기 위해 실린더와 코어 로드 사이의 갭에 충분한 진공이 가해져야 한다. 진공은 실린더와 관련하여 코어 로드 운동을 방지하는데 필수적이다; 그렇지 않으면, 결과로 나온 프리폼의 클래드-코어 비율이 왜곡되고 그로부터 드로잉된 섬유가 요구되는 도파관 규격(예를 들어 컷오프 파장)을 충족시키지 못할 것이다. 복잡하고 값비싼 프리폼 외경 측정 및 피드백 제어는 하향 붕괴, 신장 및 드로잉 공정에도 필요하며, 그러한 제어를 하더라도, 정밀한 프리폼 기하학적 형상(낮은 프리폼 휨 또는 곡률 및 직경 변화 포함) 및 클래드-코어 왜곡이 없는 도파관 특성을 얻기가 어렵다. 하향 드로잉 공정에서 이러한 내재된 도파관 왜곡 효과는 주로 용융 유리에 작용하는 중력 및 진공력, 및 외부 클래딩 유리가 고온이 되어 내부 코어 로드 유리보다 더 빠르게 하향으로 유동하는 노 안의 비-부착된 코어 로드에 기인한다.

종래의 하향 드로잉 시스템 및 공정으로 원래의 실린더 또는 클래딩 크기에 가까운 외경을 갖는 가장 큰 프리폼을 제조하는 데는 상당한 어려움이 있다. 프리폼의 기하학적 구조 및 도파관 특성이 기하학, 클래드-코어 비(clad-to-core ratio), 코어 편심 및 휨 등과 같은 파라미터와 관련하여 요구되는 사양과는 거리가 먼 공정의 시작 및 종료 시에 상당한 양의 양호한 프리폼 유리가 낭비된다. 따라서, 종래의 프리폼 시스템 및 공정에는 뚜렷한 단점이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도파관(클래드-코어) 왜곡이 거의 없고 낭비 및 비용이 상당히 감소된 존재하는 것으로 알려진 가장 큰 외경 및 길이(즉, 종래의 외경은 약 150 ㎜로 제한되는 경우, 외경은 약 200 mm이고, 길이는 약 3 m, 또는 원래의 실린더 또는 클래딩과 거의 동일한 크기)인 프리폼을 산출하는 장치 및 상향 붕괴 공정이 제공된다. 종래의 광섬유 프리폼은 90 내지 150 mm의 외경을 갖는다. 능률적인 상향식 붕괴 과정에서, ORIC 클래딩의 적층된 코어 로드는 아래로부터 지지되고 (이에 따라 코어 로드가 붕괴 공정에서 클래딩에 대해 움직이지 않음) 전체 ORIC 조립체가 노에 대해 위로 이동하므로 프리폼은 연속적으로 붕괴되고 도 1에 도시되고 아래에서 설명되는 바와 같이 상향으로 드로잉된다. 장치 및 상향식 붕괴 공정: (1) 가장 큰 알려진 오버 클래드 실린더로 붕괴 전용 공정에서 제조될 수 있기 때문에 가장 큰 알려진 프리폼을 생산하고, (2) 통합 온라인 프리폼 팁핑 공정(처리 시간 및 가열 단계의 절약)을 포함하여 거의 100 % 오버 클래드 및 마무리 (팁핑) 프리폼 수율(거의 낭비 없음) 및 능률적이고 간소화된(예를 들어, 온라인 측정 또는 피드백 제어 없음) 공정으로 인해 비용을 절감하고, (3) 가변 및 임의 길이의 고정, 적층 및 지지된 코어 로드로 본질적으로 낮은 도파관 (클래드-코어) 왜곡으로 인해 도파관 품질이 개선되고, (4) 개선된 인터페이스 및 더 낮은 코어 로드 D/d 비(도파관 코어에 더 가까운 인터페이스)를 위해 약 1 기압(즉, 진공을 필요로 하지 않음)까지 반응 가스(예를 들어 SF₆)가 인터페이스에 적용될 수 있게 한다.

코어 로드에 대한 D/d 비는 도파관 코어(광이 전파되는 곳)의 직경에 대한 코어 로드의 외경의 비이고, "D"는 코어 로드의 외경이고 "d"는 도파관 코어의 직경이다. 이 비율은 코어 용량 확장을 정의할 때 광섬유를 생산하기 위해 RIT 또는 RIC 프리폼을 사용하는 사람들에게 매우 중요하다. 코어 로드의 D/d 비가 감소함에 따라, 인터페이스는 도파관 코어에 가까워지고, 이는 코어 로드에 필요한 유리의 상대적 양이 감소한다는 것을 의미한다(클래딩에서 유리의 양이 증가할 필요가 있음). 이는 또한 동일한 코어 로드 제조 설비로 코어 로드(또는 광섬유 코어에 대한 동등한 용량)를 제조할 수 있는 용량이 대략 D/d의 제곱으로 조정된다는 것을 의미한다(예를 들어, D/d를 3.3에서 2.3으로 줄임으로써 코어 용량을 두 배로 늘릴 수 있음). 그러나 코어 로드 D/d를 줄이면 급격히 증가하는 광출력 전파로 인해 오버 클래드 재료의 순도와 인터페이스 품질에 중대한 문제가 있게 된다. 따라서 보다 낮은 코어 로드 D/d에서, 인터페이스에서의 보다 적극적인 가스 에칭, 클리닝 및 건조 공정(예를 들어 SF₆)이 필요할 것이다. 간단히 말해, 더 낮은 D/d 비(즉, 인터페이스가 코어에 더 가까움)는 프리폼의 제조사가 (a) 값 비싼 투자 없이 코어 용량을 쉽게 확장할 수 있고, (b) 코어에 가까운 굴절률 특징을 갖는 보다 복잡하고 진보된 광섬유 설계를 실현할 수 있게 한다.

도 1을 참조하면, 광섬유 프리폼 제조 장치(10)가 도시되어 있다. 장치(10)는 수직으로 배열된 프레임(12)을 포함한다. 바닥에서 상단으로, 프레임(12)은 하부 개방 단부; 예열 또는 하부 절연 영역(14); 가열 영역(16); 후-가열 또는 상부 절연 영역(17); 후-가열 냉각, 어닐링 및 오븐 가스 정화 구역(18); 하부 개방 단부에 대향하는 상부 개방 단부를 구비한다. 가열 영역(16)은 바람직하게는 가열 요소(전형적으로는 오븐 또는 노)에 의해 500℃ 내지 2,300℃, 보다 바람직하게는 1,000℃ 내지 2,300℃, 가장 바람직하게는 1,500℃ 내지 2,300℃의 온도로 가열될 수 있다. 보다 구체적으로, 가열 요소는 바람직하게 환형 구성으로 되어 있다. 가열 요소는 바람직하게는 프레임(12)의 가열 영역(16)을 형성하도록 프레임(12) 내부 또는 주위에 위치된다. 불활성 가스는 가열 요소의 산화를 방지하기 위해 고온에서 가열 요소에 주입된다.

도 2를 참조하면, 유리 몸체(20)는 광섬유 프리폼을 제조하는데 사용된다. 유리 몸체(20)는 원통형 또는 튜브형 구성이다. 유리 몸체(20)는 제1 또는 상단부(22)로부터 대향하는 제2 또는 하단부(24)까지 연장되는 길이(L)를 갖는다. 종축(X)은 대향하는 제1 및 제2 단부(22, 24) 사이에서 연장한다. 바람직하게는, 유리 몸체(20)의 제1 및 제2 단부(22, 24)는 사각형의 절단 단부이다.

유리 몸체(20)는 바람직하게는 도파관 광섬유 코어를 포함하는 유리 코어 또는 코어 로드(30) 및 코어 로드(30)를 둘러싸는 유리 클래딩(32)으로 구성된다. 보다 구체적으로, 코어 로드(30)는 바람직하게는 유리 몸체(20)의 기하학적 중심에 형성되고, 유리 몸체(20)의 길이(L)를 따라 연장된다. 클래딩(32)은 바람직하게는 유리 몸체(20)의 길이(L)를 따라 코어 로드(30)를 방사상으로 둘러싸도록 코어 로드(30) 위에 형성된다. 클래딩(32)은 공통 중심선을 따라 정렬된 동축 배열로 코어 로드(30)를 둘러싼다. 갭(31)은 코어 로드(30)와 클래딩(32) 사이에 초기에 존재한다. 클래딩(32)은 외경 "OD"를 갖는다.

클래딩(32)은 순수한 석영 유리 또는 도핑된 석영 유리일 수 있다. 그러나 바람직하게는, 클래딩(32)은 고순도의 도핑되지 않은 또는 도핑된 석영 유리이다. 코어 로드(30)는 적절한 굴절률 프로파일을 얻기 위해 도핑된 영역 및 도핑되지 않은 영역을 갖는 대부분 고순도 석영 유리인 것이 바람직하다. 클래딩(32) 및 코어 로드(30)는 융합 석영 또는 내부 증착, 외부 증착 및 증기 축 증착을 포함하는 1종 이상의 화학 기상 증착(CVD)과 같은 임의의 적합한 프로세스에 의해 각각 형성될 수 있다. 코어 로드(30)의 중앙에 있는 코어 재료는 전형적으로 프리폼으로부터 드로잉된 섬유를 통과하는 광 신호의 내부 반사를 가능하게 하는 주변 클래딩(32) 내의 재료의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지며, 효과적인 도파관이 이루어진다.

도 1로 돌아가면, 제1 또는 상단 칼라(40)가 클래딩(32)의 상단에 부착된다. 다른 메커니즘이 상단 칼라(40)를 클래딩(32)에 부착하는데 사용될 수 있지만, 상단 용접(42)이 적합하다. 상단 칼라(40)의 외경은 클래딩(32)의 외경과 거의 동일하거나 더 작다. 제2 또는 바닥 칼라(44)가 클래딩(32)의 바닥에 부착된다. 다른 메커니즘이 바닥 칼라(44)를 클래딩(32)에 부착하는데 사용될 수 있지만, 바닥 용접(46)이 적합하다. 바닥 칼라(44)의 외경은 클래딩(32)의 외경보다 작거나 또는 거의 동일하다. 상단 칼라(40) 및 바닥 칼라(44)는 모두 중공의 링형 구성 요소이다.

적층된 코어 로드(30)는 클래딩(32) 내부에 배치되고, 차례로 긴 스페이서(50)의 상단에 놓이는 짧은 스페이서(48)의 상단에 놓여진다. 짧은 스페이서(48)는 긴 스페이서(50)의 상단에 제공되어, 긴 스페이서(50)가 상향 붕괴 공정 후에 프리폼에 용접되지 않고 바닥 칼라(44)로부터 쉽게 제거될 수 있도록 보장한다. 긴 스페이서(50)는 짧은 스페이서(50)의 하부에 위치된 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 의해 지지된다. 또한, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)은 그 이름이 의미하는 바대로 바닥 칼라(44)를 유지하고 지지한다. 프리폼 조립체(유리 몸체(20)의 적층된 코어 로드(30) 및 클래딩(32)을, 클래딩(32)에 부착된 바닥 칼라(44) 및 상단 칼라(40)와 함께 포함) 및 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)은 우선 오븐 가스 정화 영역(18) 위에 위치한 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54) 상으로 로딩된다. 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)과 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54)은 장치(10)가 장치(10)의 양 단부에서 장치(10)로부터 가스를 제거, 즉 진공을 생성하거나 또는 장치에 가스를 도입하게 한다. 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54)은 그 이름이 의미하는 바대로 상단 칼라(40)를 유지하고 지지한다. 그 후 유리 몸체(20)는 가열 영역(16)에 대해, 보다 상세하게는 가열 영역(16)의 가열 요소에 대해 위치되고, 가열 요소를 통해 상향 이동된다. 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)은 가열 영역(16) 아래에 파지되어 지지된다; 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(55)은 가열 영역(16) 위에서 파지되어 지지된다. 가열 단계가 시작되기 전에, 상단 용접부(42)(및, 이에 따라 클래딩(32)의 상단)는 초기에 가열 요소의 중앙 아래에 미리 결정된 거리에 배치되어 상단 용접부(42)에 대한 열 충격을 방지한다. ("미리 결정된"은 어떤 이벤트가 발생하기 전에 미리 결정된 특성이 결정되어, 즉 선택되거나 또는 적어도 알려져 있도록, 미리 결정된 것을 의미한다.) 예를 들어, 이 거리는 약 350 mm일 수 있다.

장치(10)를 사용하여 프리폼을 제조하는 상향 붕괴 공정을 도 1을 참조하여 설명한다. 유리 몸체(20)는 프레임(12)을 관통하여, 여기에서 가열되고, 연화되고, 연장되어 광섬유 프리폼과 같은 광학 부품을 형성한다. 보다 구체적으로, 유리 몸체(20)의 하부 단부(24)는 공정의 시작 시 프레임(12)에 안정적으로 위치되는 것이 바람직하며, 그 다음 유리 몸체(20)는 프레임(12)을 통해 상향 방향으로(즉, 종래의 하향에 대향함) 진행한다. 프레임(12)에서, 유리 몸체(20)는 가열 영역(16)에서 영역 방식으로 가열된다. 프리폼은 용융 변형에 의해 연속적으로 생성되어 오버 클래드 갭(31)을 붕괴시키고, 코어 로드(30)를 오버 클래드 실린더 또는 클래딩(32)에 융합시킨다(그리고 선택적으로 프리폼은 공정 동안 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54) 및 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 의해 가해지는 힘을 당기거나 압축시킴으로써 신장/연장 또는 단축/압축될 수 있다).

일 실시예에서, 유리 몸체(20)는 2개의 별도의 유리 부품의 동축성 조립체이다: 적층된 코어 로드(30)와 클래딩(32). 보다 구체적으로, 코어 로드(30)는 견고하고 원통형인 로드의 형태이고 클래딩(32)은 적층된 코어 로드(30)를 둘러싸는 중공형 오버 클래드 실린더의 형태이다(즉, 로드-인- 실린더 조립체). 동축 조립체에서, 적층된 코어 로드(30) 및 클래딩(32)은 유리 조립체가 가열 영역(16)에 들어가기 전에 함께 용합되지 않는다.

유리 몸체(20)의 본 실시예의 동축 조립체가 프레임(12)을 통해 상향으로 진행함에 따라, 코어 로드(30) 및 클래딩(32)은 두 유리 성분을 연화시키고 융합시키기에 충분한 미리 결정된 온도 및 시간으로 가열되어 일체형 및 통합된 유리 몸체(20)를 형성한다. "일체형"은 추가 부품 없이 그 자체로 완성된 단일 부품 또는 단일 일체의 부품을 의미하는데, 즉, 부품이 다른 부품과 함께 하나의 일체형 부품으로 형성된 하나의 모놀리식 부품이다. 보다 구체적으로, 2 부품 유리 몸체(20)의 연속 부분이 가열 영역(16)에 접근하고 가열 영역(16)에서 가열됨에 따라, 클래딩(32) 및 코어 로드(30)가 연화되고 연화된 클래딩(32)이 붕괴되고 코어 로드(30)와 융합된다. 적어도 하나의, 보다 바람직하게는 복수의 "드로잉 준비된" 프리폼이 그 후 최종 모놀리식 유리 몸체(20)로부터 섬유로 직접 드로잉될 수 있다.

유리 몸체(20)의 본 실시예의 동축 배치는 바람직하게는 500℃ 내지 2,300℃, 보다 바람직하게는 1,000℃ 내지 2,300℃, 가장 바람직하게는 1,500℃ 내지 2,300℃의 온도로 가열된다. 보다 바람직하게는, 코어 로드(30) 상의 클래딩(32)의 연화 및 붕괴는 1,000℃ 내지 2,200℃, 보다 바람직하게는 1,300℃ 내지 2,000℃, 가장 바람직하게는 1,600℃ 내지 1,800℃의 온도에서 발생한다. 연화 및 붕괴된 클래딩(32)과 연화된 코어 로드(30)의 융합은 바람직하게는 1,000℃ 내지 2,200℃, 보다 바람직하게는 1,300℃ 내지 2,200℃, 가장 바람직하게는 1,600℃ 내지 2,200℃의 온도에서 발생한다. 그러나, 당업자라면 유리 재료 구성 및 처리량과 같은 다른 요인들이, 클래딩(32)이 코어 로드(30) 상에 붕괴되어 융합되는 온도에 영향을 미친다는 것을 이해할 것이다.

코어 로드(30)와 클래딩(32) 사이의 융합된 인터페이스는 장치(10)의 몇몇 구성 요소에 의해 클리닝되는 것이 보장된다. 예를 들어, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)과 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54) 양쪽 모두 밀봉되어 있어, 상향 붕괴 공정이 진공 상태에서 작동할 수 있다. 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52) 및 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54)은 또한 프리폼 조립체(특히 인터페이스)를 가열 요소(예를 들어, 노) 내의 잠재적인 오염물 및 외부 환경으로부터 격리시킨다. 노 및 외부 환경은 통상적인 공정, 특히 오염물이 인터페이스로 침입하는 것을 피하는 것이 어려운 진공 개시 공정 동안의 전형적인 오염원이다. 또한, 반응 인터페이스 처리 가스는 인터페이스를 에칭, 클리닝 및 건조시키도록 사용될 수 있다.

실시예

하기 실시예는 본 발명의 전반적인 특성을 보다 명확하게 설명하기 위해 포함된다. 이들 실시예는 본 발명을 제한하지 않는 예시적인 것이다.

FEM(유한 요소 모델링)은 실린더의 운동 및 오븐의 가열 속도를 조합하여 실린더에 대한 열 충격을 회피하고 실린더가 적절한 시간에 붕괴에 필요한 온도에 도달하는 것으로 이루어지는 시뮬레이션을 통해 공정 방안을 개발하는데 사용된다. 이러한 시뮬레이션의 도움으로, 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 클래딩(32)의 상단을 예열하고 클래딩(32)과 코어 로드(30) 사이의 인터페이스의 붕괴를 시작하는(즉, 유리 몸체(20)의 갭(31)을 폐쇄하는) 방안이 표준 절차로서 식별된다. 이들 4개의 도면은 시뮬레이션에서 예열 단계(A-B), 히터의 중심의 체류 시간 및 진행 중인 상향 붕괴를 묘사하고자 하는 4개의 전형적인 순간의 스냅 샷이다. 전체 시뮬레이션은 동적 프로세스 전체에서 온도 프로파일의 진행을 보여준다. 스냅 샷은 이 과정에서 중요한 순간을 도시한다.

도 3a는 오븐이 1,860 초 동안 가열된 후, 실린더의 운동이 시작되기 직전의 가열 영역(16), 유리 몸체(20) 및 바닥 칼라(44)의 온도 프로파일을 도시한다. 도 3b는 유리 몸체(20)의 상단이 가열 영역(16)의 바닥에 도달함에 따라 공정에 대한 2,840 초에서 유리 몸체(20)의 온도 프로파일을 도시한다. 도 3c는 유리 몸체(20)의 상단이 가열 영역(16)의 중심에 도달하고 7분 동안 그 운동에서 일시 정지될 때 공정에 대한 4,280초에서 유리 몸체(20)의 온도 프로파일을 도시한다. 도 3d는 공정에 대한 5,000초에서 유리 몸체(20)의 온도 프로파일을 도시한다. 유리 몸체(20)의 상단은 가열 영역(16)의 중심 위로 이동하였다. 유리 몸체(20) 및 코어 로드(30)는 가열 영역(16)의 중심 위로 약 100 mm에서 붕괴에 필요한 온도에 도달한다. FEM 시뮬레이션은 가열 영역(16) 내부의 유리 온도, 점도, 응력 및 유동에 대한 정보를 제공한다. 필요한 실제 시험의 회수를 최소화하는, 약 290 mm의 길이를 갖는 가열 영역(16)(및 가열 요소)에 대한, 방안을 효율적으로 식별하기 위해 FEM 시뮬레이션이 사용되었다.

가열 영역(16)의 가열 요소를 가열하는데 사용되는 전형적인 방안은 프로세스의 정상 상태로 30분 동안 50 kW, 10분 동안 100 kW, 10분 동안 150 kW, 10분 동안 200 kW, 220 kW(또는 다소 낮은 최대 전력, 예를 들어 212 kW)이다. 장치(10)의 바닥에 위치한 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)은 속도(V1)로 이동하고, 장치(10)의 상부에 위치한 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54)은 속도(V2)로 이동한다. 일반적으로, 공정 시작 시, V1 = V2이다. 전형적인 방안에서는, 2분 동안 100 kW에 도달한 후, 6분 동안 V1 = V2 = 13.5 mm/분이다. 그런 다음 조립체를 4분간 정지한다. 4분간 정지한 후, 상단 용접부(42)가 가열 요소의 중심에 도달할 때까지 조립체는 13.5 mm/분으로 다시 위로 이동한다. 상단 용접부(42)가 가열 요소의 중심에 도달하면, 조립체는 6분 동안 정지된다. 그런 다음 조립체가 정상 상태 붕괴를 위해 V1 = V2에서 다시 위로 이동한다.

상단 용접부(42)가 가열 영역(16)의 중심 위로 약 110 mm 내지 약 135 mm에 있을 때, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 진공 펌프가 활성화된다(즉, 턴온된다). 이러한 활성화는 화살표(56)의 방향으로 진공을 드로잉하고, 상단 칼라(40) 내의 압력이 감소하기 시작하게 한다. 상단 칼라(40) 내의 압력이 감소하는 것을 중단하게 되면, 클래딩(32)의 상단은 붕괴되고, 갭(31)은 폐쇄되며, 클래딩(32)은 코어 로드(30)와 밀봉되거나 융합될 것이다. 이 순간, 압력이 약 1기압에 도달할 때까지 상단 칼라(40)에 가스(예를 들어, 질소 가스 N2)를 다시 채우면서, 진공이 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에서 계속해서 펌핑된다. 그 다음, 상단 칼라(40)는 공기와 연결된다.

상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54)의 진공 펌프는 화살표(58)의 방향으로 진공을 드로잉하도록 활성화될 수 있다(즉, 턴온된다). 마찬가지로, 가열 영역(16)의 가열 요소에 사용되는 가스(일반적으로 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스, 또는 가장 통상적으로 질소)의 정화는 화살표(60)의 방향으로 가열 요소 내로 가스를 도입함으로써 달성될 수 있다. 가스 정화는 유리 몸체(20)의 외면에서의 그을음 발생 및 가열 요소의 산화를 방지하기 위해, 유리 몸체(20)의 외부 표면과 가열 요소의 표면 사이에 발생한다. 가열 요소의 상단에서의 가스 정화는 전형적으로 공정의 시작부터 온된다. 공정 도중 또는 후에 프리폼의 표면 상에 그을음 또는 다른 침전물이 형성되지 않도록 적절한 정화 속도(예를 들어, 9 m³/h)를 확인하는 것이 중요하다.

바닥 용접부(46)가 가열 영역(16)의 중심 아래의 미리 결정된 거리(예를 들어, 약 500 mm)에 있을 때, 가열 요소의 전력은 선형적으로 감소하기 시작한다. 바닥 용접부(46)가 가열 영역(16)의 중심에 도달하면, 가열 요소의 전력은 미리 결정된 종료 전력값(예를 들어, 약 150 kW 내지 160 kW)이어야 한다. 이 종료 전력을 유지하는 동안, 조립체는 여전히 짧은 거리(예를 들어 약 50 mm) 동안 계속 이동해야 한다. 이 공정 단계는 최종 단계의 온도 상승을 억제하고, 바닥 근처에서 유리의 과열 및 급감을 방지한다.

바닥 용접부(46)가 가열 요소의 중심 위의 짧은 거리(예를 들어, 약 50 mm)에 있을 때, 공정이 완료된다. 이 위치에서 가열 요소에 대한 전원이 완전히 꺼지고, 동시에 조립체 이동이 중지된다. 진공 펌핑은 유리 몸체(20)의 하부 단부(24)에 대한 클래딩(32)의 완전한 붕괴를 보장하기 위해 공정이 정지된 후 단시간(예를 들어, 1 내지 2분) 동안 유지될 수 있다. 종료 단계 가열 방안이 100% 정확하지만, 여분의 시간 동안 진공을 유지하는 것이 또한 바닥 칼라(44)를 변형시킬 위험성을 지닐 수도 있다면, 진공 유지는 필요하지 않다.

로드 셀(68)을 사용하여 바닥 칼라(44)에 의해 지지되는 전체 무게를 측정하였다. 약간의 일정한 진동 섭동이 상단 칼라 및 진공 유닛(54)의 속도(V2)와 중첩되고 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 속도(V1)가 일정하게 유지되면, "리플"이 로드 셀 판독 곡선 상에 나타나고, 이는 도 4a 및 도 4b에 도시된다. "리플"의 진폭이 클수록, 공정은 더 차갑다. 이는 더 저온 공정에서, 가열 요소의 중앙에 있는 연화된 유리가 더 강하고 진동의 힘을 조립체의 바닥으로 더 전달할 수 있기 때문이다. 일정한 가열 요소 전력 설정에서, 이 정보는 가열 요소의 실제 상태로 인해 공정이 약간 더 고온 측에 있는지 또는 약간 더 저온 측에 있는지를 나타낸다. 예를 들어, 도 4a는 상대적으로 큰 진폭을 나타내며, 따라서 저온측 상의 공정을 도시한다; 도 4b는 상대적으로 작은 진폭을 나타내며, 따라서 고온 측에서의 공정을 도시한다. 이러한 지식에 기초하여, 공정의 종료 전력을 결정할 수 있는데, 즉 공정이 더 저온일수록, 종료 전력이 높아질 필요가 있다. 이러한 "리플" 진폭은 기본적으로 가열 요소의 중심에서 유리 몸체(20)의 진정한 점도 측정이며, 고온계를 사용하는 임의의 유리 표면 온도 측정보다 훨씬 더 신뢰할 수 있다.

따라서, 장치(10) 및 관련 상향 붕괴 공정은 진동 운동을 가함으로써 가열 요소의 중앙에서 유리 몸체(20)의 점성 측정을 가능하게 한다. 프리폼 조립체의 상단의 위치에 작은 진동이 부과된다. 마찬가지로 프리폼 조립체의 무게가 로드 셀(68)에 의해 측정된다. 로드 셀(68)의 측정은 가열 요소의 중심에서 유리 몸체(20)의 점성의 간접적인 측정을 제공한다. 이 정보는 예를 들어 제어기(88)(후술됨)를 사용하여 가열 영역(16)의 온도/가열 파워를 제어하는데 사용될 수 있다.

종래의 하향 드로잉 공정과의 뚜렷한 차이점으로서, 적층된 코어 로드(30)는 진공에 의해 지지되는 대신 적층된 코어 로드(30)의 바닥에서 스페이서(48)에 의해 지지되고, 오버 클래드 및 드로잉 공정 동안 클래딩(32)에 대한 코어 로드(30)의 위치를 본질적으로 고정한다. 즉, 상향 붕괴 공정은 클래드-코어 도파관 왜곡 및 따라서 섬유 컷오프 파장 문제를 야기할 수 있는 코어 로드 운동을 방지하기 위해 진공을 필요로 하지 않는다. 또한, 종래의 하향 드로잉 공정과는 대조적으로, 가열 영역(16)에서의 용융 유리 위 및 아래의 유리 무게는 상향 드로잉 공정에서 상단 칼라(40) 및 바닥 칼라(44)에 의해 잘 지지되어, 이는 중력 및 진공력에 의해 가열 영역(16)에서 통상적으로 야기된 클래드-코어 도파관 왜곡 효과를 본질적으로 제거한다. 이러한 차이는 가열 요소 또는 붕괴 온도가 (유리가 진공으로부터의 압력 차를 변환하고 코어 로드(30)를 지지하기에 충분하게 연화되지 않기 때문에) 저온 측에서 작동할 때 상향 붕괴 공정이 훨씬 더 잘 견디게 한다.

상향 붕괴 공정은 또한 코어 로드(30)의 무게를 지지하는 진공이 필요 없기 때문에 코어 로드(30)와 클래딩(32) 사이의 갭(31)에서 분압을 허용한다(대기압 또는 약간 더, 일반적으로 약 1,100 mbar). 따라서, 설퍼 헥사플루오라이드(실온에서 취급하기에 안전한 SF₆)과 같은 반응성 인터페이스 처리 가스는 인터페이스 처리 가스 화살표(62)의 방향으로 고온 붕괴 중에 자유롭게 적용되어, 금속 입자 또는 표면 수산화물(OH)과 같은 임의의 잠재적인 인터페이스 오염을 에칭할 수 있다. 설퍼 헥사플루오라이드 이외에, 다른 적합한 반응성 인터페이스 처리 가스는 산소(O₂), 염소(Cl₂), 안전 문제가 발생할 수 있지만, 불소(F₂), 나이트로젠 트리플루오라이드(NF₃), 실리콘 테트라플루오라이드(SiF₄), 카본 테트라플루오라이드(CF₄) 및 플루오르포름(CHF₃)을 포함한다. 프리폼 인터페이스를 에칭, 클리닝 및 건조시키는 반응성 인터페이스 처리 가스의 사용은 개선된 인터페이스, 개선된 광섬유 품질(섬유 파손, 기포, 손실 또는 에어라인 감소), 및 낮은 코어 로드 D/d 비를 가져온다.

이전 단락에서 언급한 바와 같이, 상향 붕괴 공정은 적층된 코어 로드(30)가 스페이서(48)에 의해 아래로부터 지지되고 (유리가 연화되는) 가열 영역(16)의 위 및 아래 모두의 유리의 무게가 또한 지지되기 때문에 차동 코어-클래드 유리 흐름 또는 도파관 왜곡 효과에 보다 덜 취약하다. 이러한 지지는 제어되지 않은 유리 흐름 및 왜곡 문제를 제거한다. 따라서, 과도한 가열 또는 중력 및 진공력에 의한 클래드-코어 도파관 왜곡을 야기하지 않고 저점도 유리 재료(예를 들어 강하게 F-도핑된 클래딩(32))를 처리하는 자연적인 장점이 존재한다. 이는 F-도핑된 클래딩(32) 재료를 갖는 특정 종류의 섬유 디자인에 중요한 처리 장점을 제공한다.

도 1로 돌아가면, 외경이 상단 칼라(40)의 내경보다 약간 작은(즉, 일반적으로 약 126 mm) 유리 디스크(70)가 코어 로드(30) 및 클래딩(32)의 상단 및 상단 칼라(40) 내에 위치된다. 디스크(70)는 약 5cm 두께일 수 있다. 공정의 개시 동안, 가열 요소의 중심에서 상단 용접부(42)의 6분 체류 시간 후에, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52) 및 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛(54) 모두로부터 진공이 인가된다. 진공은 상단 칼라(40)를 디스크(70) 상으로 붕괴시킨다. V2 > V1로 설정함으로써, V2 = V1인 클래딩(32)의 나머지의 정상 상태 붕괴 이전에 팁이 클래딩(32)의 상단에서 당겨진다. 그 결과 저가의 고수율 온라인 프리폼 팁핑 공정이 가능하여, 이로써 후속 섬유 드로잉에 가장 쉽고 가장 효율적인 프리폼을 얻을 수 있다. 통합된 온라인 프리폼 팁핑 공정은 종래의 오프라인 팁핑 공정보다 실질적인 양의 노력 및 비용을 절약한다(예를 들어, 여분의 가열 단계를 절약함).

인터페이스 붕괴가 개시되어 계속될 때 V2가 V1보다 높게 설정되면, 상향 붕괴 공정은 또한 클래딩(32)의 원래 직경보다 상당히 작은 직경을 갖는 프리폼을 상향으로 신장시키거나 드로잉할 수 있다. 신장된(또는 심지어 압축된) 프리폼의 직경은, 질량 보존 법칙을 통해 선형 수직 속도(V1 및 V2)의 정확한 설정에 의해 정확하게 제어될 수 있다. 그러나, 양호한 프리폼 유리의 시작 손실은 상향 붕괴 공정에서 종래의 하향 드로잉 공정보다 훨씬 적으므로, 신장된 프리폼에 대해 상당한 비용 절감을 초래할 수 있다.

또한, 상향 붕괴 공정은 프리폼의 외부 표면 자체가 터치되지 않으면서 (유리가 연화되는) 가열 영역(16) 위 및 아래 모두의 유리의 무게가 상단 칼라(40) 및 바닥 칼라(44)에 의해 지지되기 때문에 완성된 프리폼을 위한 완전 무-접촉 공정이다. 풀러 휠이 전체 공정에 걸쳐 항상 프리폼에 접촉하여 힘을 가하는 종래의 하향 드로잉 공정과는 달리, 프리폼 접촉 및 이에 따라 임의의 측방향 또는 횡방향 힘의 회피에 의해 매우 깨끗한 프리폼 표면 및 매우 적은 휨을 갖는 프리폼 모두가 발생된다.

많은 종래의 하향 드로잉 공정에서, 작은 접촉 영역이 풀러 휠과 프리폼 원주 사이에 존재한다. 이러한 접촉은 프리폼 표면 상에 불순물 또는 오염물을 도입할 수 있다. 또한, 풀러 휠은 하향 드로잉 공정에서 측방향 힘을 발생시켜 프리폼 휨을 발생시킬 수 있다(이는 더 긴 프리폼에 대해 악화되는데, 즉, 단순한 곡률의 경우 프리폼 길이의 제곱만큼 증가한다). 과압이 프리폼의 유리 표면을 손상시킬 수 있기 때문에 풀러 휠에 의해 프리폼에 가해질 수 있는 접촉력의 양은 제한된다. 따라서, 단일 세트의 풀러 휠에 의해 가해질 수 있는 것보다 큰 풀링 힘을 필요로 하는 대형 프리폼의 경우, 프리폼 무게를 지지하기 위해 필요한 전체 수직 (마찰) 힘을 달성하기 위해 여러 세트의 풀러 휠이 프리폼에 상이한 레벨로 적용될 수 있다. 그러나 여러 세트의 풀러 휠을 사용하면 장치 높이와 비용이 모두 증가한다. 또한, 프리폼의 낮은 휨은 풀러 휠 세트가 정확하게 정렬되는 경우 다수의 풀러 휠 세트로 달성될 수 있으며, 이는 실제로 달성하기 어렵다. 비접촉 상향 붕괴 공정은 프리폼에 가해지는 임의의 측방향 힘이 없기 때문에 매우 적은 휨을 갖는 프리폼을 산출한다.

다시 도 1로 돌아가면, 장치(10)는 선택적으로 프레임(12)에 부착된 그리퍼 시스템(80)을 포함할 수 있다. 적절한 그리퍼 시스템(80)은 본 출원의 양수인 Heraeus Tenevo LLC & Heraeus Quarzglas GmbH & Co에 의해 2015년 1월 22일에 출원되고 발명의 명칭이 "그리퍼 장치를 사용하여 낮은 휨을 갖는 연장된 유리 부품의 형성"인 국제 특허 출원 PCT/US2015/012471호에 보다 완전히 설명되어 있다. 일 실시예에서, 그리퍼 시스템(10)을 프레임(12)에 부착함으로써 그리퍼 시스템(80)이 장치(10)에 포함된다.

그리퍼 시스템(80)은 클램핑 요소(82) 및 클램핑 요소(82)를 그리퍼 시스템(80)에 부착하는 장착 요소(84)를 포함한다. 그리퍼 시스템(80)은 (도 1에서 Z 방향으로 한정된) 프레임(12)의 길이에 대해 평행하게 수직으로 이동될 수 있다. 장착 요소(84)는 X 방향 및 Y 방향(즉, X-Y 평면 내의 임의의 위치)으로 클램핑 요소(82)의 병진 운동을 허용한다. 필요하지도 않고 바람직하지도 않지만, 특히 노가 아닌 토치가 가열 요소를 제공하는 경우, 회전을 허용하는 척 시스템이 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 장착 요소(84) 예를 들어 수동 또는 서보 모터 드라이브와 같이 선형 베어링 또는 선형 레일에 장착된 한 쌍의 아암을 포함하여 아암의 움직임을 제어하는 X-Y 테이블이다. 장착 요소(84)는 또한 저 마찰 장치이기 때문에, 외부 물체에 의해 클램프 요소(82)에 가해지는 힘에 의해, 클램핑 요소(82)가 외부 객체에 저항력을 가하기보다는, 클램핑 요소(82)는 장착 요소(84)를 따라 편향된다.

프리폼이 형성되면, 그리퍼 시스템(80)은 바닥 칼라(44) 또는 (도 1에 도시된 바와 같이) 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)과 접촉하도록 클램핑 요소(82)를 이동시킴으로써 부착될 수 있다. 클램핑 요소(82)는 바람직하게는 프리폼과 접촉하지 않아야 한다. 클램핑 요소(82)는 바닥 칼라(44)의 반대 형상을 갖는 볼록 영역을 갖도록 크기가 정해져서, 클램핑 요소(82)가 바닥 칼라(44)에 손상을 주지 않고 바닥 칼라(44) 주위에 단단히 고정된다. 클램핑 요소(82)는 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 외부 표면의 모두 또는 (도 1에 도시된 바와 같이) 일부만을 접촉할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 클램핑 요소(82)는 칼슘 실리케이트, 석면, 압축 유리 또는 세라믹 섬유(예를 들어 암면) 또는 고온 고무(예를 들어 실리콘 또는 플루오로 중합체 엘라스토머)와 같은 고온 압축성 재료로 제조될 수 있다.

클램핑 요소(82)는 우선 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 중심을 결정한 다음 클램핑 요소(82)를 X 방향으로 중심에 정렬되도록 이동시킴으로써 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 중심과 정렬된다. 일부 실시예에서, 클램핑 요소(82)는 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 추정된 중심, 예를 들어 원하는 이동 경로에 기초한 예상된 중심에 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서, 클램핑 요소(82)를 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)과 보다 정확하게 정렬시키기 위해, 장치(10)는 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 중심을 알아낼 수 있는 센싱 요소 및 센싱 요소의 출력으로부터 중심을 결정하기 위한 컴퓨터를 포함한다. 센싱 요소는 하나 이상의 레이저 장치, 카메라/비전 시스템 또는 기계적 접촉(다이얼 표시기) 시스템을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 센싱 요소는 그리퍼 시스템(80)에 부착되거나 또는 예를 들어 프레임(12)에 부착된 그리퍼 시스템(80) 외부에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 센싱 요소는 그리퍼 시스템(80) 및 프레임(12), 예를 들어 카메라 모두의 외부에 있을 수 있다. 그리퍼 시스템(80)은 오정렬을 방지하기 위한 다른 요소들을 포함하기 때문에, 그리퍼 시스템(80)이 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 중심과 완벽하게 정렬될 필요는 없다.

일단 클램핑 요소(82)가 정렬되면, 클램핑 요소(82)는 X 방향으로 장착 요소(84)의 이동에 의해 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)과 접촉하게 된다. 장착 요소(84)는 임의의 적절한 메커니즘, 예를 들어 X-Y 테이블의 한 쌍의 아암을 제어하는데 사용되는 모터에 의해 이동될 수 있다. 장착 요소(84)는 저 마찰 장치이기 때문에, 클램핑 요소(82)가 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 부착하려고 시도하는 동안 중심과 적절하게 정렬되지 않으면, 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)이 클램핑 요소(82)에 대해 푸싱하는 힘에 의해, 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)이 이동되는 대신 클램핑 요소(82)가 정렬된 위치로 이동하게 된다. 장착 요소(84)는 일단 클램핑 요소(82)가 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 부착되면 클램핑 요소(82)의 이동을 방지하도록 결합 및 결합 해제될 수 있는 로킹 기구를 더 포함할 수 있다. 클램핑 요소(82)가 제 위치로 이동되는 동안, 로킹 기구는 로킹 해제되어, 클램프 요소(82)가 클램핑 요소(82)에 인가된 임의의 추가의 힘에 의해 여전히 변위되는 동안 모터에 의해 이동될 수 있다. 클램핑 요소(84)가 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 결합되면, 로킹 기구는 X-Y 평면에서 클램핑 요소(82)의 추가 이동을 방지하도록 결합된다.

오정렬을 검출하기 위해, 일 실시예에서 그리퍼 시스템(80)은 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 부착되는 클램핑 요소(82)의 동작 중에 발생하는 반작용력을 측정하기 위한 반작용력을 감지하기 위해 로드 셀과 같은 힘 센싱 장치를 더 포함한다. 로드 셀은 클램핑 요소(82)에 인가된 힘을 각각의 로드 셀의 스트레인 게이지(도시되지 않음)로 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서이다. 그런 다음 전기 신호를 측정하고 스트레인 게이지에 인가되는 힘과 상호 연관시킬 수 있다. 예시적인 로드 셀은 유압식 로드 셀, 공압식 로드 셀 및 스트레인 게이지 로드 셀을 포함한다. 클램핑 요소(82)가 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 중심과 적절하게 정렬되지 않으면, 반작용력은 클램핑 요소(82)가 적절하게 정렬되는 경우보다 클 것이다. 힘 센싱 장치로 반작용력을 측정함으로써, 클램핑 요소(82)가 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)의 이동을 초래하기에 충분한 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 대한 힘을 가하기 전에 오정렬이 검출되고 보정될 수 있다. 일 실시예에서, 힘 센싱 장치는 저 마찰 장착 요소(84)와 관련하여 사용될 수 있으며, 여기서 클램핑 요소(82)가 장착 요소(84) 상에서 정렬된 위치로 이동할 수 있게 하기 위해 클램핑 요소(82)가 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)에 부착되는 속도는 예상보다 큰 반작용력에 응답하여 감속된다. 예시적인 실시예에서, 클램핑 요소(82)는 약 50 mm/분 내지 약 100 mm/분 범위의 속도로 바닥 칼라(44) 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52)을 향해 이동될 수 있고, 오정렬은 힘 센싱 장치에 의해 검출되고, 오정렬이 검출되면 속도는 약 10 mm/분 내지 약 25 mm/분으로 감소된다. 다른 적용에서는, 클램핑 속도가 이 범위를 초과할 수 있다.

요약하면, 그리퍼 시스템(80)은 프리폼 조립체 무게(약 350kg 이상일 수 있음)를 지지하는 것을 돕고, 종래의 완전 접촉 풀러 휠 시스템을 대체한다. 그리퍼 시스템(80)은 프리폼 기하학적 형상 및 프리폼 팁핑 공정의 정확한 정렬 및 제어를 위해 수평(X-Y) 평면에서 프리폼을 제조하는데 사용되는 유리 몸체(20)의 플로팅 위치 설정 및 수직(Z) 방향의 정밀 선형 이동을 허용한다. 특히, 그리퍼 시스템(80)이 병합될 때, 장치(10)는 프리폼 상의 측방향 또는 횡방향의 힘을 회피함으로써, 프리폼 휨을 최소화하고 아마도 제거한다; 로드 셀을 사용하여 가열하는 동안 유리의 거동을 모니터링할 수 있다; 그리고 물리학(질량 보존)을 사용하여 치수를 정확하게 제어할 수 있다(종래의 온라인 측정 및 피드백 제어의 비용 제거).

또한, 장치(10) 및 관련 상향 붕괴 공정은 프리폼 측정 장치와 조합하여 사용될 수 있다. 적절한 프리폼 측정 장치는 본 출원의 양수인인 Heraeus Tenevo LLC & Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG에 의해 2014년 8월 8일자로 출원된 발명이 명칭이 "광섬유 프리폼의 기하학적 특성을 결정하기 위한 방법 및 장치"인 국제 특허 출원 PCT/US2014/050368호에 더 충분히 기술되어 있다.

도 5는 광섬유 프리폼(100)의 하나 이상의 기하학적 특성을 결정하기 위한 적합한 프리폼 측정 장치(90)의 실시예의 개략도이다. 도 5를 참조하면, 장치(90)는 2차원 패턴(92) 및 이미지 캡쳐 유닛(94)을 포함한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 이미지 캡쳐 유닛은 디지털 카메라이다. 도 5에 도시된 실시예에 도시된 프리폼 측정 장치(90)는 광섬유 프리폼(100)을 그 종축을 중심으로 회전시키도록 구성된 지지부 및 드라이버(96)를 포함한다. 광섬유 프리폼(100)의 우측 단부를 위치시키는, 도 5에 도시된 지지부 및 드라이버(96)의 부분은 또한 프리폼(100)을 회전시키도록 구성된 지지부 및 드라이버(96)를 포함한다. 지지부 및 드라이버(96)는 단일 구조일 수 있거나 또는 지지부 및 드라이버는 개별 부품일 수 있다. 지지부는 2차원 패턴(92)과 이미지 캡쳐 유닛(94) 사이에 프리폼(100)을 정렬하여, 프리폼(100)을 통해 보았을 때 캡쳐된 이미지가 2차원 패턴(92)이 되도록 구성된다.

프리폼 측정 장치(90)를 사용하는 하나의 예시적인 방법은 다음의 단계를 포함한다: 종축, 외경 및 원주를 갖는 광섬유 프리폼(100)을 제공하는 단계; 프리폼(100)의 종축에 평행한 길이와 프리폼(100)의 외경보다 큰 폭을 갖는 2차원 패턴(92)을 제공하는 단계; 프리폼(100)이 2차원 패턴(92)과 이미지 캡쳐 유닛(94) 사이에 정렬되도록 배치된 이미지 캡쳐 유닛(94)을 제공하는 단계; 프리폼(100)을 종축을 중심으로 회전시키고, 프리폼(100)의 원주를 따라 2개 이상의 다른 지점에서 프리폼(100)을 통해 보았을 때 2차원 패턴(92)의 제1 복수의 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 제1 복수의 이미지들로부터 상기 프리폼(100)의 적어도 하나의 기하학적 특성을 결정하는 단계.

프리폼 측정 장치(90) 및 관련 방법에 따라 결정될 수 있는 광섬유 프리폼(100)의 기하학적 특징 또는 특성은 직경, 타원도, D/d 비, 오버 클래드 OD/ID 비, 코어 로드(30)의 편심 및 마무리된 프리폼(100)의 코어 편심, 및 전체 프리폼 휨을 포함한다. 따라서, 프리폼 측정 장치(90) 및 관련 방법은 도파관 및 기하학적 성질의 자동화된, 비파괴적이고, 생산 친화적인 측정을 제공한다. 이들은 또한 프리폼(100)의 사용자에 대한 도파관 품질의 부가가치 보장 및 광섬유 생성 공정을 미세 조정할 수 있는 잠재적 기회를 제공한다.

제어기는 2개의 구성 요소 사이에서 데이터의 흐름을 관리하거나 지시하는(즉, 통신을 용이하게 하는) 하드웨어 장치 또는 소프트웨어 프로그램이다. 장치(10)는 제어기(88)를 포함한다. 제어기(88)는 예를 들어 로드 셀(68), 그리퍼 시스템(80); 상단 및 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛(52, 54); 및 진공 및 처리 가스 시스템으로부터 데이터를 획득할 수 있는 능력을 제공하고, 그 데이터를 사용하여 장치(10)의 다른 구성 요소 및 관련 상향 붕괴 공정을 제어한다. 제어기(88)는 당업자에게 잘 알려진 방식으로, 최적의 가열 및 이동 공정 방안을 효율적으로 보장하기 위해 사전 설정된 제어 프로그램 또는 루틴을 그 안에 프로그래밍하였다. 보다 구체적으로, 제어기(88)는 예를 들어, 속도(V1 및 V2), 가스의 유량, 및 진공 펌프의 압력을 한정할 수 있다. 제어기(88)는 견고하고 재생 가능한 "원 버튼" 자동화 생산 공정을 보장하는데 도움을 준다.

상향 붕괴 공정의 중요한 이점은 도파관(클래드-코어) 왜곡의 최소화, 아마도 제거이다. 도파관 왜곡의 원인은 코어 로드와 용융 유리의 중력 및 진공력으로, 이들은 종래 공정에 내재되어 있으며 상향 붕괴 공정에 의해 제거된다. 도파관 왜곡은 RIT/RIC 필드에서 다루기 힘든 문제이다. 문제를 인식하지 못하는 이유는 과거의 광섬유 성능 요구 사항이 훨씬 덜 엄격했기 때문에, 예를 들어 다른 것들 중에서도 섬유 컷오프 파장 장애를 발생시킬 수 있는 실제 도파관(클래드-코어) 왜곡 효과를 염려하지 않고 간단한 유리 로드처럼 광학 프리폼을 취급하는 경향이 있었다.

월드와이드 커텍티드 디바이스, 클라우드 서비스, 5G(이동 통신 표준의 주요 단계를 나타내는 5세대 이동 통신망 또는 5세대 무선 시스템) 및 4.0 산업(또는 제4 산업 혁명, 사이버 물리적 시스템, 사물의 인터넷 및 클라우드 컴퓨팅을 포함한 제조 기술에서의 현재의 데이터 교환 및 자동화 동향) 및 기타 발전으로 인해 대역폭에 대한 기하급수적인 수요가 증가하고 있다. 따라서 광섬유 제조업체는 생산량과 생산성을 높여야 한다. 차세대 광섬유 제조에는, 고속으로 드로잉되는 매우 큰 프리폼이 필요하다. 상향 붕괴 공정의 결과로 며칠 동안 중단 없는 광섬유 드로잉 작업을 지속할 수 있는 "드로잉 준비가 완료된" 솔리드 프리폼을 통해, 생산성과 광섬유 출력은 물론 프리폼의 사용자에게 비용 절감 및 섬유 수율 향상을 실현할 수 있다.

상방 붕괴 공정은 본질적으로 상단 칼라(40)를 붕괴시키고 상단 칼라(40)의 외경을 클래딩(32)의 외경에 일치시킴으로써 저비용 상향 온라인 팁핑 및 상향 드로잉(및 선택적으로 신장 또는 압축)을 포함한다. 상향 붕괴 공정의 이러한 부가적인 특징은 질량 및 유리 유동의 정확한 보존 물리학을 통해 종래의 하향 드로잉 공정보다 훨씬 정확하고 저렴하게 수행될 수 있다. 드로잉/신장 및 팁 특징을 포함하는 상향 붕괴 공정은 또한 프리폼 단부(즉, 더 "양호한" 유리)에서 최소한의 도파관 왜곡으로 거의 100% 팁핑된 프리폼 수율을 달성할 수 있다. 또한 상향 붕괴 공정에서는 종래의 하향 드로잉 공정의 시작에 사용되는 낭비적 희생 시작 재료 없이도 양호한 프리폼 유리 수율이 거의 100%라는 것을 지적할 가치가 있다. 또한, 상단 칼라(40) 및 바닥 칼라(44)에 사용되는 재료의 소비는 상향 붕괴 공정에서 또한 최소한이다.

단일 오버 클래드 상향 붕괴 공정이 위에서 설명되었다. 그러나 이 공정은 스페이서(48)의 외경을 증가시키고 최대 가열 전력 및 종료 전력을 약간 조정하는 것과 같이 사소한 변형을 갖는 다중 오버 클래드 "갭" 재킷 튜브 또는 실린더에 적용될 수 있다. 또한, 상향 붕괴 공정은 또한 클래딩 내경 일치에 대한 필요성이 없다는 뚜렷한 이점(즉, 종래의 하향 드로잉 공정의 경우에서와 같이, 상단 클래딩 내의 코어 로드를 지지하기 위한 바닥 클래딩의 더 작은 내경)과 함께 두 배(또는 심지어 3배 또는 그 이상) 길이의 클래딩(32)을 수용할 수 있는데, 왜냐하면 적층된 코어 로드(30)의 무게가 아래로부터 완전히 지지되기 때문이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 전술한 설명은 청구범위에 의해 한정된 본 발명을 제한하는 것이라기보다는 예시로서 취해져야 한다. 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 전술한 특징들의 많은 변형 및 조합이 청구범위에서 설명된 바와 같이 본 발명을 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 이러한 모든 변형은 다음의 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 예를 들어, 이 문헌에서 광범위하게 인용된 모든 범위는 그 범위 내에 더 넓은 범위에 속하는 모든 더 좁은 범위를 포함하는 것을 명백히 의도한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 공정에 포함된 특정 단계는 생략될 수 있음이 명백하게 의도된다; 특정 추가 단계가 추가될 수 있다; 설명된 특정 순서에 따라 단계의 순서가 변경될 수 있다.

Claims

무게, 원주, 적어도 하나의 독립형 적층된 코어 로드, 및 적어도 하나의 코어 로드를 둘러싸고 코어 로드로부터 갭에 의해 분리되는 클래딩을 갖는 유리 몸체로부터 유리 프리폼을 생성하기 위한 장치에 있어서,
상기 클래딩의 상단에 부착되고, 상기 클래딩의 외경과 대략 동일하거나 또는 더 작은 외경을 갖는 상단 칼라;
상기 클래딩의 바닥에 부착되고, 상기 클래딩의 외경보다 작거나 또는 대략 동일한 외경을 갖는 바닥 칼라;
적어도 하나의 코어 로드가 놓이는 적어도 하나의 스페이서;
상기 바닥 칼라 및 상기 적어도 하나의 스페이서 모두를 유지하고 지지하여, 유리 몸체의 외부 표면에 접촉하지 않고 유리 몸체의 전체 무게까지 지지하는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛 - 상기 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛은 가스를 장치로부터 제거하거나 또는 장치로 도입함 - ;
상기 상단 칼라를 유지하고 지지하는 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛 - 상기 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛은 가스를 장치로부터 제거하거나 또는 장치로 도입함 - ; 및
유리 몸체를 가열하고, 클래딩을 적어도 하나의 코어 로드 상에 붕괴시키고, 갭을 폐쇄하고, 유리 프리폼을 생성시키도록 가열 요소를 갖는 가열 영역을 한정하는 프레임을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 바닥 칼라, 상단 칼라 또는 이들 모두에 의해 지지되는 무게를 측정하기 위한 로드 셀을 더 포함하는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛은 수직 방향으로 정확하게 제어된 속도(V1)로 이동되도록 구성되며, 상기 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛은 수직 방향으로 정확하게 제어된 속도(V2)로 이동되도록 구성되는 것인, 장치.
제3항에 있어서, 약간의 일정한 진동 섭동이 속도(V2)에 중첩될 때, 가열 요소의 중심에서 유리 몸체의 점도를 반영하는 로드 셀 측정 상에 리플이 나타나는 것인, 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 코어 로드와 클래딩 사이의 인터페이스를 에칭, 클리닝 및 건조시키기 위해 고온 붕괴 중에 가해지는 반응성 인터페이스 처리 가스를 더 포함하는 것인, 장치.
제5항에 있어서, 상기 반응성 인터페이스 처리 가스는 설퍼 헥사플루오라이드, 산소, 염소, 불소, 실리콘 테트라플루오라이드, 나이트로젠 트리플루오라이드, 카본 테트라플루오라이드, 및 플루오르포름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 장치.
제1항에 있어서, 상단 칼라의 내경보다 약간 작은 외경을 가지며 적어도 하나의 코어 로드 및 클래딩의 상단 및 상기 상단 칼라의 내부에 위치하는 유리 디스크를 더 포함하여, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛 및 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛 모두로부터 진공이 가해지면, 상단 칼라는 유리 디스크 상으로 붕괴되고, 팁이 유리 프리폼의 상단에서 당겨지는 것인, 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 바닥 칼라 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛에 접촉하도록 구성된 클램핑 요소 및 클램핑 요소를 프레임에 부착하고 클램핑 요소의 수직 방향으로의 정확한 선형 이동을 허용하는 장착 요소를 포함하는 그리퍼 또는 척 시스템을 더 포함하여, 유리 몸체를 위치시키고 이동시키는 것인, 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 프리폼의 품질을 보증하기 위해 유리 프리폼의 하나 이상의 기하학적 또는 도파관 특성을 결정하기 위한 프리폼 측정 장치를 더 포함하는 것인, 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛, 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛, 및 가열 요소 사이의 데이터 흐름을 관리하는 제어기를 더 포함하는 것인, 장치.
최소 클래드-코어 도파관 왜곡을 갖는 유리 프리폼을 생성하기 위한 상향 붕괴 방법에 있어서,
무게, 원주, 및 적어도 하나의 독립형 코어 로드 및 갭에 의해 분리된 클래딩을 갖는 유리 몸체를 제공하는 단계;
클래딩의 상단에 상단 칼라를 부착하고 클래딩의 바닥에 바닥 칼라를 부착시키는 단계;
프레임 내에 위치된 가열 영역 아래에 위치한 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛으로 상기 바닥 칼라를 지지하는 단계;
적어도 하나의 코어 로드가 놓이고 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛에 의해 지지되는 적어도 하나의 스페이서 상의 클래딩 내부의 적어도 하나의 코어 로드를 지지하여, 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛이 유리 몸체의 외부 표면과 접촉하지 않고 유리 몸체의 전체 무게까지 지지하는 단계;
가열 영역 위에 위치한 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛으로 상단 칼라를 지지하는 단계;
상기 유리 몸체를 상기 가열 영역 내에 위치한 가열 요소의 중심으로부터 미리 결정된 거리에 위치시키는 단계; 및
상기 가열 영역을 통해 상기 유리 몸체를 상향으로 공급하여 상기 클래딩을 상기 적어도 하나의 코어 로드 상에 붕괴시킴으로써, 상기 갭을 폐쇄하고, 유리 프리폼을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛을 수직 방향으로 정확하게 제어된 속도(V1)로 이동시키는 단계 및 상기 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛을 수직 방향으로 정확하게 제어된 속도(V2)로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제12항에 있어서, 속도(V2)에 약간의 일정한 진동 섭동을 중첩시키고 로드 셀을 사용하여 가열 요소의 중심에서 유리 몸체의 유효 점도를 측정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제13항에 있어서, 가열 영역의 온도 및 가열 파워를 제어하기 위해 상기 로드 셀 측정을 이용하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 고온 붕괴 동안 반응성 인터페이스 처리 가스를 가하여, 코어 로드와 클래딩 사이의 인터페이스를 에칭, 클리닝 및 건조시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛과 상기 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛 모두로부터 진공을 가하여 상기 상단 칼라가 적어도 하나의 코어 로드 및 클래딩의 상단 및 상단 칼라의 내부에 위치되는 유리 디스크 상으로 붕괴되어 팁이 유리 프리폼의 상단에서 당겨지는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 그리퍼 또는 척 시스템을 사용하여 상기 유리 몸체를 위치시키는 단계를 더 포함하며, 상기 그리퍼 또는 척 시스템은 바닥 칼라 또는 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛에 접촉하도록 구성된 클램핑 요소 및 클램핑 요소를 프레임에 부착하고 클램핑 요소의 수직 방향으로의 정확한 선형 이동을 허용하는 장착 요소를 포함하는 것인, 방법.
제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 프리폼 측정 장치를 사용하여 상기 유리 프리폼의 하나 이상의 기하학적 또는 도파관 특성을 결정함으로써 상기 유리 프리폼의 품질을 보장하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리폼의 표면 상에 어떠한 오염물 또는 침전물도 형성되지 않도록 상기 가열 영역의 상기 가열 요소에 사용되는 임의의 가스를 정화하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기를 사용하여 적어도 바닥 칼라 홀더 및 진공 유닛, 상단 칼라 홀더 및 진공 유닛, 및 가열 요소 사이의 데이터의 흐름을 관리하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.