CN107428591A - 低衰减光纤 - Google Patents

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CN107428591A CN201580075228.XA CN201580075228A CN107428591A CN 107428591 A CN107428591 A CN 107428591A CN 201580075228 A CN201580075228 A CN 201580075228A CN 107428591 A CN107428591 A CN 107428591A
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M-J·李
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Abstract

提供一种具有低衰减的光纤。所述光纤在能够降低假想温度的条件下制得。加工包括使所述光纤在玻璃化转变温度(Tg)或接近玻璃化转变温度的温度下保持一段延长的时间。对于基于二氧化硅的光纤，优选的温度为1000℃～1700℃的温度。通过增加光纤通过保温在1000℃～1700℃下的加工区域的路径长度来在连续光纤制造工艺中实现延长的停留时间。通过在加工区域中包含一个或更多个流体支承装置来实现增加的路径长度。加工区域中的延长的停留时间允许玻璃光纤的结构更加彻底地松弛，从而更加接近平衡状态。更加松弛的玻璃结构导致更低的假想温度，从而使光纤具有更低的衰减。

Description

低衰减光纤
本申请依据35U.S.C.§119要求于2014年12月2日提交的美国临时申请系列号62/086281的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
技术领域
本说明书涉及具有低衰减的光纤。本说明书还涉及用于制造具有低衰减的光纤的方法和系统。
背景
在光纤的制造中，将光纤预制件加热至远高于玻璃软化点的温度，然后以较大的下拉率进行拉制，以形成直径为125μm的光纤。由于较高的拉制温度、较大的下拉率和较快的拉制速度，玻璃与平衡状态相去甚远，导致具有高假想温度的光纤。对于用于光信号传输的光纤而言，高假想温度是不希望的，因为已知高假想温度与增加了的信号衰减相关。为了降低传输光纤的信号衰减，希望改变光纤的加工条件，以生产具有较低假想温度的光纤。为了降低假想温度而进行的努力着重于减缓光纤的冷却，以使光纤稳定在更接近平衡状态的状态下。延长光纤玻璃化转变区域中临界温度区内的光纤的冷却是降低光纤假想温度的一种策略。然而，能够使现实光纤加工系统中处于用于光纤制造的拉制速度下的光纤的假想温度降低的所述程度受到限制，因为光纤在临界区内的温度下的停留时间过短(＜0.2秒)而无法允许玻璃结构发生显著松弛。因为所述短停留时间，结构玻璃保持远离平衡状态，且假想温度只降低了一点点。需要开发能够生产具有低假想温度的光纤的光纤加工方法。
发明概述
本说明书提供了一种具有低衰减的光纤。该光纤是玻璃光纤且在能够促进更彻底的玻璃结构松弛的条件下加工。所述更彻底的结构松弛导致光纤具有更低的假想温度，从而降低了光纤的衰减。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
在大于30m/s的拉制速度下使光纤的温度在1000℃～1700℃之间保持一段至少0.5秒的时间段。
本说明书延伸至：
一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃、具有低于1450℃的假想温度、且在1550nm处具有小于0.18dB/km的衰减。
本说明书延伸至：
一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃、且在1550nm处具有小于0.17dB/km的衰减。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1700℃的第一温度下的第一区，所述第一区包含第一流体支承装置，所述第一流体支承装置配置成将所述光纤从所述第一运送方向重新导向所述第二运送方向，所述第一流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第一运送方向向所述第二运送方向的所述重新导向。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1700℃的第一温度下的第一区，所述第一区包含第一流体支承装置，所述第一流体支承装置配置成将所述光纤从所述第一运送方向重新导向第二运送方向，所述第一流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第一运送方向向所述第二运送方向的所述重新导向，其中，所述光纤沿所述第二运送方向保持在1000℃～1700℃的第二温度下，所述第二温度不同于所述第一温度。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1700℃的第一温度下的第一区，所述第一区包含第一流体支承装置，所述第一流体支承装置配置成将所述光纤从所述第一运送方向重新导向第二运送方向，所述第一流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第一运送方向向所述第二运送方向的所述重新导向，其中，所述光纤沿所述第二运送方向保持在1000℃～1700℃的第二温度下，所述第二温度不同于所述第一温度，且所述光纤保持在所述第一温度和所述第二温度下的总时间长于0.5秒。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在1000℃～1700℃的第一温度下的第一区；和
加热了的流体支承装置，所述加热了的流体支承装置配置成在不直接接触所述光纤的条件下将所述光纤从所述第一运送方向重新导向第二运送方向，所述加热了的流体支承装置具有500℃～1500℃的温度。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1700℃的第一温度下的第一区，所述第一区包含第一流体支承装置，所述第一流体支承装置配置成将所述光纤从所述第一运送方向重新导向第二运送方向，所述第一流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第一运送方向向所述第二运送方向的所述重新导向，所述光纤沿所述第二运送方向保持在1000℃～1700℃的第二温度下，其中，所述光纤沿第一和第二运送方向保持在1000℃～1700℃的第一和第二温度下的总停留时间长于0.5秒。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
拉制光纤；
将所述光纤递送至加工区域，所述加工区域包含一个或更多个以第一结构排布的流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置不啮合所述第一结构中的所述光纤，所述光纤沿第一路径通过所述加工区域；
将所述一个或多个流体支承装置重置成第二结构，所述一个或多个流体支承装置啮合所述第二结构中的所述光纤，所述啮合使所述光纤从所述第一路径重新导向第二路径。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
拉制光纤；
将所述光纤递送至加工区域，所述加工区域包含一个或更多个以第一结构排布的流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置不啮合所述第一结构中的所述光纤，所述光纤沿第一路径通过所述加工区域；
将所述一个或多个流体支承装置重置成第二结构，所述一个或多个流体支承装置啮合所述第二结构中的所述光纤，所述啮合使所述光纤从所述第一路径重新导向第二路径。
其中，光纤沿所述第一路径、所述第二路径、以及所述第一路径与所述第二路径的组合中的一者在1000℃～1700℃的温度下的停留时间长于0.5秒。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
保持在1000℃～1700℃的温度下的加工区域，所述加工区域包含一个或多个流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置配置成接收和运送光纤。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
在大于30m/s的拉制速度下使光纤的温度在1000℃～1500℃之间保持一段至少0.5秒的时间段。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
以大于30m/s的拉制速度从预制件拉制光纤；以及
使经过拉制的光纤在1000℃～1700℃的温度下保持一段至少0.5秒的时间段。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
以大于30m/s的拉制速度从预制件拉制光纤；以及
使经过拉制的光纤在1000℃～1500℃的温度下保持一段至少0.5秒的时间段。
本说明书延伸至：
一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃、且在1550nm处具有小于0.18dB/km的衰减。在一些实施方式中，光纤在1550nm处具有小于0.17dB/km的衰减。在另一些实施方式中，光纤具有小于0.16dB/km的衰减。在另一些实施方式中，光纤具有小于0.15dB/km的衰减。在另一些实施方式中，光纤具有小于0.14dB/km的衰减。在另一些实施方式中，光纤具有小于0.12dB/km的衰减。
本说明书延伸至：
一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃，且具有低于1450℃的假想温度。在一些实施方式中，光纤具有低于1400℃的假想温度，而在另一些实施方式中，光纤具有低于1300℃的假想温度。
本说明书延伸至：
一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃、具有低于1450℃的假想温度、且在1550nm处具有小于0.18dB/km的衰减。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1500℃的第一温度下的第一区，所述第一区包含第一流体支承装置，所述第一流体支承装置配置成将所述光纤从所述第一运送方向重新导向所述第二运送方向，所述第一流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第一运送方向向所述第二运送方向的所述重新导向。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工设备，其包含：
保持在1000℃～1500℃的温度下的加工区域，所述加工区域包含一个或多个流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置配置成接收和运送光纤。
本说明书延伸至：
一种光纤的加工方法，其包括：
拉制光纤；
将所述光纤递送至加工区域，所述加工区域包含一个或更多个以第一结构排布的流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置不啮合所述第一结构中的所述光纤，所述光纤沿第一路径通过所述加工区域；
将所述一个或多个流体支承装置重置成第二结构，所述一个或多个流体支承装置啮合所述第二结构中的所述光纤，所述啮合使所述光纤从所述第一路径重新导向第二路径。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。
应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图是对本说明书的所选方面的例示，其与说明书一起对本说明书所包含的方法的原理和操作、产品以及组成进行解释。附图中所示的特征是对本说明书的所选实施方式的例示，并且不必然以适当比例绘制。
附图的简要说明
尽管本说明书利用具体指出并明确要求保护所述主题的权利要求进行了总结，但认为通过结合附图阅读以下说明能够更好地理解本说明书，其中：
图1图示了一种用于制造光纤的系统；
图2图示了用于光纤生产系统中的流体支承装置；
图3图示了流体支承装置的侧视图；
图4图示了具有控制光纤冷却速率的流体支承装置的光纤加工系统的一种实施方式；
图5图示了具有安置在加热了的加工区域内的流体支承装置的光纤加工系统的一种实施方式；
图6a～6e图示了用于啮合光纤的流体支承装置以及对光纤通过加工区域的不同区段的路径长度进行调整的工艺的一种实施方式；
图7显示了二氧化硅光纤的假想温度随光纤在带炉加工系统中的停留时间(最长2秒)的变化情况，所述炉在900℃～1300℃的恒定温度范围内运行；
图8显示了二氧化硅光纤的假想温度随光纤在带炉加工系统中的停留时间(最长10秒)的变化情况，所述炉在900℃～1300℃的恒定温度范围内运行；以及
图9显示了衰减随具有不同假想温度的二氧化硅光纤的波长而改变的情况。
附图中所阐述的实施方式是示例性的，并不旨在限定具体阐述的说明或权利要求的范围。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的特征。
发明详述
下面将详细参考本说明书的示例性的实施方式。
本说明书提供了一种具有低衰减的光纤。该光纤是玻璃光纤且在能够促进更彻底的玻璃结构松弛的条件下加工。所述更彻底的结构松弛导致光纤具有更低的假想温度，从而降低了光纤的衰减。
在常规的光纤加工中，通过将玻璃预制件加热至高于软化点、并以较大的下拉率拉制光纤以形成具有所需直径的光纤来形成光纤。对于二氧化硅玻璃光纤，预制件的直径可在约100～120mm或更大的量级，且由预制件拉制的玻璃光纤通常具有125μm的直径。为了制造二氧化硅玻璃光纤，将二氧化硅玻璃预制件加热至高于2000℃的温度，并且以10m/s或更高的速度拉制光纤。由于较高的拉制温度、较大的下拉率和较快的拉制速度，二氧化硅玻璃光纤的玻璃结构与平衡相去甚远。无意受限于理论，认为二氧化硅玻璃光纤的非平衡结构是二氧化硅玻璃光纤出现衰减信号的一个重要的潜在原因。因此，认为可通过改变加工条件、使玻璃结构稳定在更加接近平衡的结构来实现光纤中的更低的衰减。
出于本说明书的目的，假想温度将被用作玻璃结构的指示参数。具有高假想温度的玻璃具有比具有低假想温度的玻璃更加远离平衡的结构。使玻璃的假想温度降低的加工条件能够生产结构更接近平衡的光纤。预计具有低假想温度的光纤展现出低衰减。
假想温度是玻璃结构处于平衡下的温度。可通过IR(红外)光束测量方法对其进行测量，所述测量方法使用例如D.L.Kim和M.Tomozawa的《二氧化硅玻璃光纤的假想温度—再考》(Fictive Temperature of Silica Glass Fiber,-Reexamination)(《非晶固体期刊》(Journal of Non-Crystalline Solids)，286，(2001)，132～138)中所述的方法。如上所述，假想温度是光纤的平均径向假想温度。
根据本说明书，延长光纤在冷却过程中暴露在玻璃化转变区域内的时间段的加工条件展现出能够促进光纤结构的松弛，从而降低光纤的假想温度。对于二氧化硅玻璃光纤，玻璃化转变区域通常在1200℃～1700℃的范围内。在低于玻璃化转变区域的区域(亚Tg区域)内可能存在额外松弛，这相当于1000℃～1200℃的温度。在一种实施方式中，冷却促进玻璃结构的松弛以提供具有低假想温度的光纤的温度窗口在1000℃～1700℃的范围内。在另一种实施方式中，所述温度窗口在1050℃～1600℃的范围内。在另一种实施方式中，所述温度窗口在1100℃～1500℃的范围内。
通常在空气中拉制光纤。当光纤处于超过1000℃的温度下时，拉制处理过程中在空气中的冷却速率通常超过12000℃/秒，导致高于1550℃的玻璃假想温度以及更高的光纤衰减。一些已报告的现有技术公开了对光纤进行拉制，其中，在拉制时使光纤暴露在加热了的炉中，以使光纤经历1200℃～1700℃的温度短于0.1秒，且在一些情况中短于0.2秒。本说明书公开了光纤的拉制方法，其中，在一些实施方式中，使光纤在1000℃～1700℃的温度下保持长于0.5秒，在另一些实施方式中，保持长于1秒，且在另一些实施方式中，保持长于2秒。对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，本方法允许光纤在1000℃～1700℃的温度下保持长于0.5秒、或保持长于1秒、或保持长于2秒。
图1图示了一种现有技术的用于生产光纤的典型系统。系统108包含位于炉112中的光纤预制件110。光纤预制件110由玻璃制成，例如二氧化硅玻璃，且可包含不同组成的区域。例如，预制件110可包含具有与由预制件拉制光纤所需的芯体和包层组合物相对应的组成的改性或未改性二氧化硅玻璃的区域。在炉112中加热光纤预制件110，从而由其拉制出光纤114。光纤114进入处理区130，并开始冷却。光纤114离开处理区130，被引导通过包含一系列流体支承装置116的冷却区域118。流体支承装置116进一步冷却光纤，并且将光纤导向涂覆单元120，在此处，施加涂层以提供经过涂覆的光纤121。离开涂覆单元120之后，经过涂覆的光纤121可通过系统内的本领域已知的各种其它加工阶段(未图示)。随着光纤被拉制通过系统108，使用拉制机制128在光纤上提供张力。
流体支承装置在美国专利号7937971中有所描述，其公开内容通过引用纳入本文。对一种示例性的流体支承装置的结构和运行的一般性描述如下所述。然而，应当理解的是，可用于流体支承装置并且受益于本文所述的方法和设备的其它设计也是可能的，不限于特定的流体支承装置设计。
流体支承装置的一种典型设计示于图2和3中。图2中的流体支承装置216包含第一盘体230、第二盘体232、内组件236、以及在第一和第二盘体中的至少一者中的至少一个开口234。第一盘体230和第二盘体232可由金属制成，且分别包含拱形的外表面238和239。第一盘体230与第二盘体232由紧固件(例如螺栓240)相连，以将盘体230、232连接在一起，从而流体可通过支承组装件216。各盘体230、232的拱形外表面238、239通常沿各盘体230、232的圆周放置。第一盘体230和第二盘体232中的每一个具有各自的内面242、244和外面243、245，其中，盘体230、232的内面242、244互相对齐。嵌入部247至少部分围绕着第一盘体230或第二盘体232的内面242、244延伸，以提供流体流动的充流空间(plenum)。在另一种实施方式中，嵌入部可包含各种结构，以使流体均匀地进入光纤承载通道250，如下文所述。
在图2所例示的实施方式中，第一盘体230和第二盘体232的拱形外表面238、239优选基本上对齐，并且在第一盘体230和第二盘体232的外表面238、239之间形成区域。该区域配置成接收光纤，从而能够在不旋转支承组装件的条件下使光纤沿该区域通行。图3所示的实施方式中更加清楚地例示了该光纤承载通道250(将在下文中描述)。至少一个开口234通过第一盘体230和第二盘体232中的至少一者。如图2所示，第一盘体230和第二盘体232的开口234允许从开口234经由流体支承装置216向形成在第一盘体230与第二盘体232之间的光纤承载通道250供给流体(例如空气、氦气或其它所需的气体或液体)。如下文更加完整地描述，供给至通道250的流体在光纤与通道250的表面之间产生高压区域。结合了驱动拉制的张力的流体起到了稳定通道250中的光纤、并且将光纤置于通道250的表面上方以防止光纤与流体支承装置机械接触的作用。通过流体支承装置的流体在本文中可被称为漂浮流体(levitatingfluid)。漂浮流体可以是气体或液体。具有代表性的漂浮流体包括空气、N2和惰性气体。
另外，流体支承装置216可包含置于第一盘体230与第二盘体232之间的内组件236。内组件236(例如垫片237)配置成帮助将漂浮流体导向第一盘体230与第二盘体232的外表面238、239之间的区域，以使漂浮流体离开具有预定的流动方向的光纤承载通道250。内组件236安置在第一盘体230与第二盘体232之间，以在它们之间提供间隙。如果需要，内组件236可包含多个指件(未图示)以通过压制非径向流动而进一步控制流体流动。另外，内组件236起到了密封部的作用，以使第一盘体230与第二盘体232之间基本上接触。内组件还可包含辅助光纤进出的凹口。
如图3所示，形成于第一盘体230与第二盘体232的外表面238、239之间的光纤承载通道250可以是锥形的，漂浮流体在此处离开第一盘体230与第二盘体232之间。然而，在另一种实施方式中，光纤承载通道250可包含例如平行或相反的锥形形状。另外，锥形光纤承载通道250内的开口260是可变的，这取决于光纤214的位置。优选地，对开口260和光纤承载通道250进行配置，从而对于特定的拉制张力和所采用的拉制速度以及漂浮流体通过开口260的流率，使光纤保持在光纤承载通道250的区段中，对于具有125μm典型外径的光纤，所述区段的宽度小于500μm，更优选小于400μm，更优选小于300μm，最优选小于200μm。因此，优选将光纤维持在通道250的区域内，所述区域是光纤直径的1～2倍，更优选是光纤直径的1～1.75倍，最优选为光纤直径的1～1.5倍。优选地，光纤位于所述通道的区域内，从而外光纤与各壁之间的距离是光纤直径的0.05～0.5倍。
在图3所示的实施方式中，为了便于观看，图中对锥形角度进行了夸张，其中为锥形化开口对光纤承载通道250的优选角度。现实中，承载通道250的相对表面中的至少一者、优选两者各自优选以大于0°且小于10°的角度倾斜，倾斜角度更优选在0.3°～7°之间，最优选在0.4°～3°之间，从而光纤承载通道250的顶部或外部的宽度260宽于光纤承载通道250的底部或内部237的宽度260。例如，在这种实施方式中，形成区域的第一盘体230和第二盘体232可分别以-0.6°和+0.6°的角度倾斜。或者，光纤承载通道250可具有任意深度、宽度或锥度角。通过采用锥形光纤承载通道250并将流体注入由光纤承载通道250形成狭缝中，使得流体进入光纤承载通道250的更窄的内部，并从光纤承载通道250的更宽的外区域离开，经由通道250排出的漂浮流体的缓冲件会导致光纤在通道250的深度内自定位。例如，对于漂浮流体的给定流率，如果光纤拉制张力增大，则光纤会在通道250中向下移动，直至光纤214与通道壁之间的间隙足够小，以使区域237中的压力足够高，以能够正确地抵消新的更高的张力。如果光纤拉制张力减小，则光纤会在通道250内向上移动，直至光纤214与通道壁之间的间隙足够大，以使区域237中的压力足够小，以抵消新的更低的张力。因此，通道250的锥化使通道250能够在更宽范围的拉制张力下工作。否则，如果所示通道250未锥化、且拉制张力减小，则光纤可向上移动并离开光纤承载通道250。
优选地，光纤位于通道250的区内，所述区为光纤直径的约1～2倍，优选为光纤直径的约1～1.75倍，最优选为光纤直径的约1～1.5倍。通过将光纤固定在通道250中这样一个相对较窄的区域内，由于伯努利效应，光纤会在运行过程中自动居中。例如，随着光纤越来越接近通道250的相对表面，漂浮流体的速度会在最接近一个表面处增大，并且在最接近另一个表面处减小。根据伯努利效应，漂浮流体速度的增大与压力的减小同时发生。结果是，由漂浮流体在接近一个表面处的流动减慢导致的更大的压力会迫使光纤回到通道250的中心。因此，在优选的实施方式中，在光纤的拉制过程中，由于漂浮流体的物流围绕光纤通过且离开光纤承载通道250，由伯努利效应，光纤至少基本上在光纤承载通道250中居中。值得注意的是，这种中心化是在不需要采用任何会从光纤侧浸入光纤上的漂浮流体流的条件下发生的，例如，不存在从通道250的侧壁喷出的漂浮流体射流。优选对通过狭缝的漂浮流体物流的速度进行调整，以保持光纤，使其完全位于狭缝250的锥形区域内。在图3所示的实施方式中，因为光纤位于通道250中为光纤直径约1～2倍的区内，光纤受到在光纤214下方离开的压差的承载(而不是可选用的也可用于承载光纤的空气动力学拉拽，且与空气动力学拉拽相反)。通过利用流体压差承载或浮起通道250内的光纤，相比于使用空气动力学拉拽来浮起光纤的情况，可采用低得多的流体流动。
在图3所示的实施方式中，优选通过单一漂浮流体物流来提供流体物流，所述单一漂浮流体物流经由光纤承载通道250的较窄的内部来进入光纤承载通道，并且经由光纤承载通道250的较宽的外区域260离开。通过这种方式，可将光纤完全置于由光纤承载通道250形成的狭缝内，以使光纤漂浮于狭缝的最窄部与最宽部之间。通过采用锥形光纤承载通道250、且以这种方式将漂浮流体注入通过区域250，可将光纤维持在由光纤承载通道250形成的所述狭缝的区域中，其中，狭缝具有10μm～150μm、更优选15μm～100μm的宽度，且其宽度最优选比导向通过光纤承载通道250的光纤的直径大约24μm～70μm。在光纤的拉制处理过程中，还优选将光纤维持在通道的区域内，以使外光纤与各壁之间的距离为光纤直径的0.05～0.5倍之间。
在一些优选的实施方式中，通过用于在光纤向外移动远离漂浮流体流源头的同时降低压力的手段来提供光纤承载通道250。这种用于释放压力的手段可以如上所述的锥形通道设计的形式来实现。
流体支承装置使得光纤能够沿漂浮流体缓冲件的区域移动，以防止或基本上防止光纤与支承组装件之间发生实际机械接触，例如，光纤在光纤承载通道250内移动而不与盘体230或232接触。另外，因为所述区域的尺寸和结构，流体支承装置能够将光纤保持在区域内而不会在不对漂浮流体流进行主动控制的情况下在一定范围内的拉制张力下发生机械接触。
漂浮流体流在防止光纤214向光纤承载通道250底部移动、并且与光纤承载通道250的垫片237或侧面接触方面是重要的。当光纤尚未涂覆时，这点是尤为重要的，从而不会因为与流体支承装置或通道250的机械接触而使光纤的品质有所妥协。而且，认为光纤214放置得越接近于光纤承载通道250的底部，就需要光纤承载通道250内具有更高的压力来将光纤214保持在所需位置处。显而易见的是，通道侧的锥形化会导致通道侧与光纤之间的间隙减小，从而产生这种必要的更高的压力。
影响光纤承载通道250内的光纤位置的其它因素包括拉制张力。例如，在给定相同的流体流下，利用200g张力拉拽的光纤会比利用100g张力拉拽的光纤在光纤承载通道250内漂浮得更低。因此，重要的是，离开流体支承区域的漂浮流体的流动足够将光纤保持在用于特定光纤拉制速度以及所采用的拉制张力的所需位置处。
例如，在一种采用盘体230与232之间最内部区段处的宽度约为127μm、且最外部区段处约为380μm的光纤承载通道250的实施方式中，漂浮流体的流率可在约0.5升/秒至大于5升/秒之间。漂浮流体的这种结构和流动可导致光纤周围的局部流体速度高达800千米/小时或更高。因此，在一些实施方式中，光纤承载通道250中所采用的光纤周围的最大漂浮流体速度高于100千米/小时、高于200千米/小时、高于400千米/小时，且可能甚至高于600千米/小时。在一些实施方式中，光纤承载通道250中所采用的光纤周围的最大漂浮流体速度可高于900千米/小时。然而，本文所述的方法当然不限于这些速度，事实上，可优选对速度进行选择，以导致光纤位于光纤承载通道250内的所需位置处，这取决于拉制条件(例如拉制速度，拉制张力等)和流体支承设计。在另一种实施方式中，漂浮流体的流率可约为3升/秒～约4升/秒。当然，可采用任何足以在给定拉制张力下将光纤保持在所需位置处的漂浮流体流率。
在一些实施方式中，拉制光纤的速度大于10m/s，在另一些实施方式中，该速度大于20m/s，在另一些实施方式中，该速度大于30m/s，在另一些实施方式中，该速度大于40m/s，在另一些实施方式中，该速度大于50m/s，且在另一些实施方式中，该速度大于60m/s。
图1中所示的系统108的一个缺点在于，当在制造中使用高拉制速度时，光纤的冷却速率高。在用于制造光纤的典型条件下，即在光纤位于高于1000℃的温度下的拉制工艺中时，会遇到12000℃/秒或更高的冷却速率。高冷却速率导致具有高假想温度(约1500℃)和高衰减的光纤。
用于降低冷却速率的可能的策略包括在光纤进入处理区130的同时，将处理区130的温度升高至更接近匹配光纤的温度。处理区130与炉112之间的更小的温差会降低光纤的冷却速率。原则上，处理区130可包含温度梯度，所述温度梯度允许光纤以其在1000℃～1700℃范围内的停留时间足够长以实现降低如上所述的假想温度所需的结构松弛的方式从其进入温度(1500℃或更高)逐渐冷却至更低温度。或者，光纤加工系统可包含多个在逐渐升高的温度下运行的处理区，以在延长光纤在优选1000℃～1700℃温度窗口中的停留时间的同时对光纤进行冷却。
虽然在概念上可行，但包含调整处理区130的条件的用于控制光纤冷却的策略不同于实践中的实施方式。为了控制光纤的冷却以对实现低假想温度所需的结构松弛进行最佳辅助，需要使光纤温度在本文所定义的优选1000℃～1700℃温度窗口中的时间最长。当图1所示的现有技术的光纤加工系统在商业拉制速度下运行时，光纤温度在1200℃～1700℃温度窗口中的时间限制在约0.2秒。该时间过短而无法使玻璃发生显著的结构松弛，因而利用该系统生产的光纤的假想温度高(约1500℃)。为了增加在1000℃～1700℃的停留时间，需要控制处理区130的温度以降低冷却速率。如上所述，对温度的适当控制需要使光纤温度更加平缓地降低，以确保光纤在1000℃～1700℃温度窗口中的足够的停留时间。然而，随着温度的降低越来越平缓，处理区130的长度也增加。为了建立使光纤的假想温度在商业拉制速度下有意义地降至低于约1500℃所需的平缓受控冷却，处理区130的所需长度会超过大部分生产设施所能够提供的垂直顶部空间(底板至顶板)。改建现有设施以适应更大的垂直顶部空间会使生产成本增至不合理的水平。一种用于使拉制速度降至垂直顶部空间的现有极限的替代性方法也是不希望的，因为其会在更低的制造产量下导致更高的成本。
将流体支承装置结合入光纤加工系统中是有益的，因为它们使得光纤在水平或其它非垂直方向上的加工过程中能够被重新导向。通过将流体支承装置结合入系统中，可增加光纤加工可采用的路径长度，而无需增加设施中的垂直空间。在图1中所示的系统108中，在未涂覆的光纤114离开处理区130的同时，流体支承装置116将未涂覆的光纤114从垂直方向重新导向更接近水平的方向。在图1中所示的结构中，流体支承装置116将未涂覆的光纤114递送至涂覆单元120。在一种替代性的实施方式中，可改造光纤加工系统，使其包含平行于处理区130的第二处理区，从而光纤支承装置可对垂直向上方向上的光纤进行重新导向，以将光纤递送至第二处理区，以进一步延长冷却路径，以试图将冷却速率减缓至足以生产具有较低假想温度的光纤的水平。
然而，在图1的系统结构中，流体支承装置116却适得其反地与实现具有低假想温度的光纤的目的背道而驰。图1中部署的流体支承装置116促进了光纤的快速冷却，而不是使其能够在低速率下进行可控冷却。随着光纤114在流体支承装置116上传递，各流体支承116的漂浮流体缓冲件区域起到了冷却光纤114的作用。因为流体支承装置用以承载和固定光纤的漂浮流体物流是处于移动状态的，相比于光纤在室温下在静止空气中的冷却，光纤会以更快的速度冷却。流体支承中光纤与漂浮流体之间的温差越大，漂浮流体支承冷却光纤114的能力也就越强。在图1的部署中，供给至流体支承116的漂浮流体是室温下的空气或惰性气体。如上所述，为了承载和浮起光纤以防止光纤与流体支承装置之间的机械接触，供给至通道250的漂浮流体的速度高。使用这种高漂浮流体流速利用对流作用大大提高了光纤的冷却速率。光纤温度与利用流体支承装置供给的漂浮流体的温度之间的差异越大，漂浮流体的流速就越高，光纤的冷却速率就越快。
在现有技术的光纤加工系统中，利用流体支承装置供给的漂浮流体处于室温下，而离开处理区并进入流体支承装置组装件的光纤通常处于500℃或更高的温度下，更典型的是处于1000℃或更高的温度下。在典型的光纤拉制速度以及流体支承装置中典型的漂浮流速下，随着光纤通过流体支承装置，光纤温度可在1～2m的长度上降低数百摄氏度至高于1000℃。由现有技术中所开发的流体支承装置提供的较快的光纤冷却速率被认为是有益的，因为它们可通过避免使用氦气冷却装置来简化光纤加工系统。
尽管现有技术已经意识到利用流体支承装置实现的光纤快速冷却是有益的，但是本说明书认为光纤冷却发生的时间尺度远短于促进实现低光纤假想温度并生产具有低衰减光纤所必需的结构松弛所需的时间。本说明书提供了一种新技工系统，其被设计成提供具有低假想温度的光纤。该系统包含用于改变光纤通过加工系统的路径的流体支承装置，且被设计成在一些实施方式中使光纤在1000℃～1700℃的温度下的停留时间延长至长于0.5秒，在另一些实施方式中延长至长于1秒，在另一些实施方式中延长至长于2秒，在另一些实施方式中延长至长于5秒，且在另一些实施方式中延长至长于10秒。可在大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的加工拉制速度下实现上述延长了的停留时间。
本系统克服了图1中所示现有技术系统不利于实现具有低假想温度的光纤的两方面问题。其一，供给至流体支承装置的漂浮流体的温度远低于光纤啮合流体支承装置时的温度。其二，流体支承装置被置于加热处理区以外的室温环境中。这两点会导致光纤的快速冷却，因为流体支承装置与光纤之间存在较大温差。
在本系统的一种实施方式中，对供给至流体支承装置的漂浮流体进行加热，以降低漂浮流体与光纤之间的温差。在另一种实施方式中，将流体支承装置置于炉中或其它加热了的处理区域中，以使它们保持在高温。也可以结合这两种实施方式。所有实施方式的目标都是管理光纤的冷却速率以确保光纤在光纤的玻璃化转变区域内具有足够的停留时间。在基于二氧化硅的光纤的情况下，优选的温度窗口在1000℃～1700℃的范围内，或在1050℃～1600℃的范围内，或在1100℃～1500℃的范围内，或在1100℃～1400℃的范围内。通过配置加工系统以使光纤在优选窗口内的温度下暴露足够时间，可控制冷却速率以促进光纤结构更加彻底地松弛。光纤结构更接近平衡结构，则光纤的假想温度降低。
图4显示了光纤加工系统的一个区段，其包含多个与拉制炉可操作连接的流体支承装置。系统308包含具有光纤预制件328的拉制炉318。光纤338由预制件328拉制，且被运送通过一系列流体支承装置340～350。运送由张力驱动，所述张力由拉制机制(未图示)提供。本文中，光纤在运送过程中的移动方向可被称为光纤的运送方向。光纤的运送方向可沿光纤通过加工系统的路径变化。流体支承装置可将光纤从一个运送方向重新导向另一个运送方向。
流体支承装置可具有图2和3中所示的设计，并且供给有加热了的漂浮流体。对漂浮流体的加热降低了光纤与流体支承装置之间的温差。如图4所示，流体支承装置系列340～350包含供给有不同温度的漂浮流体的流体支承装置。图4中列于各流体支承装置边上的温度对应于光纤通过流体支承装置时的大致温度。漂浮流体的温度可不同于光纤的温度，且可对其进行调整，以在加工系统内的特定位置处提供所需的光纤温度。对不同流体支承装置处的光纤温度进行设计，以控制光纤的冷却速率，促进结构松弛，从而得到具有低假想温度的光纤。
图4中所示的温度是示例性的，其显示了光纤温度的逐步降低，其中，相邻流体支承装置之间的温差为30℃。光纤338可在超过1650℃的温度下离开拉制炉318，并被导向配置成将光纤冷却至1350℃的流体支承装置340。流体支承装置340将光纤338导向流体支承装置341，其进一步将光纤冷却至1320℃。加工继续进行，使光纤在流体支承装置350中以平缓的增量可控地冷却至1050℃。在离开流体支承装置350之后，可将光纤导向用于进一步进行受控冷却的附加流体支承装置或其它加工单元(例如涂覆单元、测试单元或卷绕单元)。
本说明书不限于相邻流体支承装置之间的特定温差，并一般延伸至一系列流体支承装置中的任意温度变化。在一种实施方式中，一些流体支承装置中的温度变化沿光纤拉制方向降低。相邻流体支承装置之间的温差可以是恒定的或可变的。相邻流体支承装置之间的可变或恒定的温差可在5℃～100℃的范围内，或在10℃～80℃的范围内，或在15℃～60℃的范围内，或在20℃～40℃的范围内。
光纤加工系统中供给加热了的漂浮流体的流体支承装置的数量，可以是两个或更多个，或四个或更多个，或六个或更多个，或八个或更多个，或十个或更多个。
可对流体支承装置的数量、位置以及漂浮流体温度进行控制，以控制在连续制造工艺中在给定拉制速度下光纤拉制过程中光纤温度在1000℃～1700℃的温度窗口中的时间段。在一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1000℃～1700℃范围内的时间段至少为0.5秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1000℃～1700℃范围内的时间段至少为1.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1000℃～1700℃范围内的时间段至少为2.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1000℃～1700℃范围内的时间段至少为5.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1000℃～1700℃范围内的时间段至少为10.0秒。
可对流体支承装置的数量、位置以及漂浮流体温度进行控制，以控制在连续制造工艺中在给定拉制速度下光纤拉制过程中光纤温度在1100℃～1700℃的温度窗口中的时间段。在一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1100℃～1700℃范围内的时间段至少为0.5秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1100℃～1700℃范围内的时间段至少为1.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1100℃～1700℃范围内的时间段至少为2.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1100℃～1700℃范围内的时间段至少为5.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1100℃～1700℃范围内的时间段至少为10.0秒。
可对流体支承装置的数量、位置以及漂浮流体温度进行控制，以控制在连续制造工艺中在给定拉制速度下光纤拉制过程中光纤温度在1200℃～1700℃的温度窗口中的时间。在一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1200℃～1700℃范围内的时间段至少为0.5秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1200℃～1700℃范围内的时间段至少为1.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1200℃～1700℃范围内的时间段至少为2.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1200℃～1700℃范围内的时间段至少为5.0秒。在另一种实施方式中，对于大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度，光纤温度在1200℃～1700℃范围内的时间段至少为10.0秒。
图5显示了光纤加工系统的一个区段，其包含多个与拉制炉可操作连接的流体支承装置。系统408包含具有光纤预制件428的拉制炉418。光纤438由预制件428拉制，且被运送通过一系列流体支承装置440～450。运送由张力驱动，所述张力由拉制机制(未图示)提供。在图5的实施方式中，流体支承装置收纳于加工路径的加热了的区域455内，成为加热了的流体支承装置。加热了的区域由边界453、457限定。在一种实施方式中，加热了的区域455是炉内的区域。
流体支承装置440～450可具有图2和3中所示的设计，且可由钢或本领域已知的其它可在高温环境下发挥作用的金属制成。加热了的区域455内的流体支承装置440～450的布置使流体支承装置440～450保持在升高了的温度下，并且在光纤438沿加工路径远离拉制炉418时能够对其进行受控冷却。可任选地对供给至一个或更多个流体支承装置的漂浮流体进行加热，以对光纤温度提供额外程度的控制。供给至任意流体支承装置的漂浮流体的温度可以与流体支承装置附近的加热了的区域455的温度相同或不同。在某些实施方式中，供给至至少一个流体支承装置的漂浮流体的温度高于流体支承装置附近的加热了的区域455的温度。供给至流体支承装置的漂浮流体的温度可高于光纤438离开拉制炉418时的温度。在另一些实施方式中，供给至至少一个流体支承装置的漂浮流体的温度低于流体支承装置附近的加热了的区域455的温度。
使加热了的区域455保持在低于光纤438离开拉制炉418时的温度，从而允许在沿加工路径运送光纤438时对其进行可控冷却。加热了的区域455的温度可低于1500℃，或低于1450℃，或低于1400℃，或低于1350℃，或低于1300℃，或低于1250℃，或低于1200℃，或低于1150℃，或低于1100℃，或低于1050℃。加热了的区域455的温度可以是均匀的或不均匀的。在一种实施方式中，加热了的区域455包含温度梯度。温度可在光纤438进入流体支承装置440时最高，并且可沿流体支承装置450的方向连续降低。温度梯度可在流体支承装置440的附近具有最高温度，且在流体支承装置450的附近具有最小温度。最高温度可高于1250℃，或高于1300℃，或高于1350℃，或高于1400℃，或高于1450℃，或在1250℃～1500℃之间，或在1300℃～1450℃之间。最低温度可高于1000℃，或高于1050℃，或高于1100℃，或高于1150℃，或高于1200℃，或在1000℃～1300℃之间，或在1050℃～1250℃之间，或在1100℃～1200℃之间。
在加热了的区域455内的流体支承装置的数量可以是两个或更多个，或四个或更多个，或六个或更多个，或八个或更多个，或十个或更多个。
加热了的区域455可包含多个温度区，其中，各区处于不同的温度下，或者具有不同的温度范围。不同区的温度范围可重叠。各区可包含一个或多个流体支承装置。在一种实施方式中，加热了的区域455包含两个或更多个温度区，其中，各温度区包含流体支承装置。在另一种实施方式中，加热了的区域455包含四个或更多个温度区，其中，各温度区包含流体支承装置。在另一种实施方式中，加热了的区域455包含六个或更多个温度区，其中，各温度区包含流体支承装置。在另一种实施方式中，加热了的区域455包含八个或更多个温度区，其中，各温度区包含流体支承装置。在另一种实施方式中，加热了的区域455包含十个或更多个温度区，其中，各温度区包含流体支承装置。
相邻区之间的温差可以是均匀的或不均匀的。相邻区之间的温差可小于100℃，或小于80℃，或小于60℃，或小于40℃，或小于20℃。
在离开流体支承装置450之后，可将光纤导向用于进一步进行受控冷却的附加流体支承装置或其它加工单元(例如涂覆单元、测试单元或卷绕单元)。
加热了的流体支承装置的温度可对应于安置有加热了的流体支承装置的加热了的区域或温度区的温度。加热了的流体支承装置的温度可至少为500℃，或至少为750℃，或至少为1000℃，或至少为1250℃，或在500℃～1500℃的范围内，或在750℃～1250℃的范围内，或在850℃～1150℃的范围内。
按照本文所述方式的流体支承装置的部署允许对光纤的冷却速率进行更多控制。可将冷却速率调节至慢于现有技术系统(例如图1所示的系统)相关的冷却速率，且更慢的冷却速率使得能够生产具有比现有技术系统可能实现的假想温度更低的假想温度的光纤。可通过以下方式调节冷却速率：控制供给至流体支承装置的漂浮流体的温度；通过控制加工路径的加热了的区域内的流体支承装置的直接布置来控制流体支承装置本身的温度，或上述方式的组合。
流体支承装置还改变了光纤通过加工系统的路径。具体而言，可修改路径以延长光纤处于特定温度下或在加工系统的特定温度区域或区内的时间长度。在现有技术的系统中，光纤通过加工系统的运送方向垂直穿过热处理区(例如图1的处理区130)，且从拉制炉出口处的约1550℃或更高的温度沿紧接着拉制炉的垂直加工路径冷却至约1000℃。对于固定的拉制速度，垂直加工路径将光纤温度在高于1000℃的温度范围内的时间缩到最短。在典型的制造拉制速度下，光纤在1000℃～1700℃的温度范围内的停留时间为0.2秒或更短。较短的停留时间导致光纤快速冷却，并且生产具有高假想温度的光纤。
本公开发现了延长光纤在1000℃～1700℃的温度范围内的停留时间的益处。开发利用加热了的漂浮流体以及/或者在加工系统的加热了的区域中运行的流体支承装置能够延长光纤在特定温度范围内的停留时间。流体支承装置允许将光纤从一个运送方向沿加工路径重新导向另一个运送方向。例如，在图5中所示的实施方式中，流体支承装置440将光纤438从垂直的运送方向(随着光纤438离开拉制炉418)重新导向水平的运送方向(随着光纤438进入流体支承装置441)。流体支承装置441接收处于第一水平运送方向的光纤438，并将其重新导向第二水平运送方向。第一水平运送方向是从流体支承装置440的出口向流体支承装置441的入口延伸的水平方向，第二水平运送方向是从流体支承装置441的出口向流体支承装置442的入口延伸的水平方向。第二水平运送方向与第一水平运送方向平行但不与其同线。通过控制流体支承装置441与442之间的间隔，可控制沿第二水平方向的加工路径长度、以及光纤438停留在加热了的区域455的上部中的温度下的时间。延长的时间段允许光纤在与第二水平运送方向相关的温度下具有更彻底的结构松弛，并且实现降低利用系统408生产的光纤的假想温度的目标。随后，加热了的区域455内的流体支承装置相似地使光纤438从一个运送方向重新导向另一个运送方向，且相似地使光纤在各流体支承装置附近的加热了的区域455的温度下具有更长的停留时间。在具有两个或更多个运送方向的工艺中，光纤在1000℃～1700℃的温度范围内的总停留时间沿任一运送方向和/或两个或更多个运送方向的组合可至少为0.5秒，或至少为1.0秒，或至少为2.0秒，或至少为4.0秒，或至少为6.0秒，或至少为8.0秒，或至少为10.0秒。
相对于现有技术中可使用的垂直加工路径，在受控温度下通过一个或更多个加热了的区域的更长的加工路径长度允许光纤在给定拉制速度下更缓慢地冷却。更慢的冷却促进光纤的结构松弛更加彻底，且导致生产具有更低假想温度的光纤。可对路径长度、加热了的区域中的温度曲线、流体支承装置的数量及它们之间的间距、以及/或者供给至流体支承装置的漂浮流体的温度进行配置，以对给定拉制速度下的光纤温度在1000℃～1700℃、或1050℃～1600℃、或1100℃～1550℃、或1100℃～1500℃范围内的时间进行控制。在给定的拉制速度下，在任意上述温度范围内的时间段可至少为0.5秒，或至少为1.0秒，或至少为2.0秒，或至少为4.0秒，或至少为6.0秒，或至少为8.0秒，或至少为10.0秒。可在大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度下实现光纤在本文所特定的温度范围内的本文所特定的时间段。
虽然图5中所示的实施方式描绘了光纤的垂直和水平运送方向，该图示是示例性的，且本公开延伸至任意运送方向，包括非水平、非垂直和/或相对于制造设施的底面呈任意角度的方向。流体支承装置可将光纤从第一运送方向重新导向第二运送方向，其中，第一与第二运送方向之间为任意角度。
本说明书还延伸至用于在加工系统中排布流体支承装置的方法。这些方法可用于例如启动工艺或调整工艺。如6a～6e图示了用于排布流体支承装置以及调整光纤通过加工区域的不同区段的路径长度的实施方式。图6a～6e中所示的系统的组件对应于图4和5中所示的那些，且包含拉制炉、光纤预制件、流体支承装置和光纤。还具有拉制机制(未图示)。图6a显示了系统的初始状态，其中，以垂直方向拉制或运送光纤。远离光纤放置流体支承装置，并使其脱离光纤。图6b中，重置流体支承装置，使其啮合光纤。流体支承装置的重置包括平移流体支承装置，以允许漂浮流体影响光纤的位置。图6c中，流体支承装置进一步平移，将光纤的路径从垂直运送方向重新导向，以包含多个具有各种所示运送方向的区段。图6d和图6e图示了流体支承装置的进一步移动、以及对流体支承装置之间加工路径长度的调整。
图7图示了在按照本说明书的光纤拉制系统中加工的二氧化硅光纤的光纤假想温度的建模变化随其在设定在各种温度下的炉中的停留时间而变化的情况。可通过如本文所述的流体支承装置的排布、间隔和数量来控制特定温度或温度范围下的残留时间。可采用许多可能的系统构造来实现所需的残留时间。在模型中，使光纤在t＝0.02秒时离开拉制炉，并且在时间0.03秒进入炉中(如虚线10所示)。光纤进入炉中时的温度约为1650℃。在模型中，使炉的加热了的区域保持在恒定温度下。轨迹30、40、50、60和70分别显示了光纤假想温度的变化随在900℃、1000℃、1100℃、1200℃和1300℃的恒温下运行的炉中的时间而变化的情况。结果表明光纤的假想温度随着炉中时间的增加而降低。虚线20标记了设定在各个恒定运行温度下的炉中约0.2秒的停留时间。约0.2秒的停留时间对于现有技术的光纤加工系统而言是典型的。图7中所示的数据表明光纤假想温度随着超过0.2秒的炉中停留时间的增加而连续降低。对于2秒的停留时间，光纤假想温度比在0.2秒的停留时间下观察到的光纤假想温度低100℃或更多。图8显示了图7所显示的各炉温数据向最长10秒的停留时间的延伸。图8中所示的数据曲线和标签对应于图7中所示的那些。
图9显示了促进衰减随按照本文所述的工艺加工的二氧化硅光纤的波长而变化的瑞利散射。光纤具有以50℃为增量的在900℃～1400℃的范围内的假想温度。对比数据曲线代表假想温度(1550℃和1500℃)与现有技术的光纤加工系统相同的光纤。单独的数据曲线未标记，但以图例中所示的假想温度递减的顺序表示。数据显示衰减随光纤假想温度的降低而减小。在具有900℃假想温度的光纤中观察到最低的衰减，而在具有1550℃假想温度的光纤中观察到最高的衰减。在具有900℃～1500℃假想温度的光纤中观察到中等水平的衰减。观察到在整个指出的波长范围内，衰减随着光纤假想温度的降低而不断减小。
按照本文所述的方法制备的二氧化硅光纤的假想温度可低于1450℃，或低于1400℃，或低于1350℃，或低于1300℃，或低于1250℃，或低于1200℃，或低于1150℃，或低于1100℃。按照本文所述的方法制备的二氧化硅光纤在1550nm处的衰减可小于0.18dB/km，或小于0.17dB/km，或小于0.16dB/km，或小于0.15dB/km，或小于0.14dB/km，或小于0.13dB/km，或小于0.12dB/km。在一种实施方式中，光纤具有低于1450℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.18dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1400℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.17dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1350℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.16dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1300℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.15dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1250℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.14dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1250℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.13dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1250℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.12dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1250℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.12dB/km的衰减。在一种实施方式中，光纤具有低于1250℃的假想温度，并且在1550nm处具有小于0.10dB/km的衰减。可在大于10m/s、或大于20m/s、或大于30m/s、或大于40m/s、或大于50m/s、或大于60m/s的拉制速度下通过本文所述的方法得到上述光纤假想温度和/或衰减值。
本说明书延伸至通过本文所述的任意工艺制得的光纤。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离所例示的实施方式的精神和范围的情况下对其进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了所例示的实施方式的精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本说明书包括所附权利要求范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (80)

1.一种光纤的加工方法，其包括：
在大于30m/s的拉制速度下使光纤的温度在1000℃～1700℃之间保持一段至少0.5秒的时间段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述光纤的温度在1100℃～1500℃之间保持所述时间段。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间段至少为1.0秒。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间段至少为2.0秒。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间段至少为5.0秒。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间段至少为10.0秒。
7.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述光纤的加工包括以所述时间段的第一时间间隔沿第一方向运送所述光纤、以及以所述时间段的第二时间间隔沿第二方向运送所述光纤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔与所述第二时间间隔中的所述光纤的温度不同。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括以所述时间段的第三时间间隔沿第三方向运送所述光纤。
10.如权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，还包括拉制所述光纤，所述拉制包括加热光纤预制件。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括将所述光纤递送至加工区域，所述加工区域提供1000℃～1700℃的所述温度。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述光纤递送至温度至少为1500℃的加工区域。
13.如权利要求1～12中任一项所述的方法，其特征在于，所述拉制速度大于40m/s。
14.一种光纤，其如权利要求1～13中任一项所述的方法制得。
15.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.17dB/km的衰减。
16.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.16dB/km的衰减。
17.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.14dB/km的衰减。
18.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.12dB/km的衰减。
19.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.11dB/km的衰减。
20.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.10dB/km的衰减。
21.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1450℃的假想温度。
22.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1400℃的假想温度。
23.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1300℃的假想温度。
24.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1200℃的假想温度。
25.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1100℃的假想温度。
26.如权利要求14所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1000℃的假想温度。
27.一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃、具有低于1450℃的假想温度、且在1550nm处具有小于0.18dB/km的衰减。
28.如权利要求27所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1400℃的假想温度。
29.如权利要求27所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1300℃的假想温度。
30.如权利要求27所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1200℃的假想温度。
31.如权利要求27所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1100℃的假想温度。
32.如权利要求27所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1000℃的假想温度。
33.一种光纤，所述光纤包含二氧化硅玻璃、且在1550nm处具有小于0.17dB/km的衰减。
34.如权利要求33所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.16dB/km的衰减。
35.如权利要求33所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.14dB/km的衰减。
36.如权利要求33所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.12dB/km的衰减。
37.如权利要求33所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.11dB/km的衰减。
38.如权利要求33所述的光纤，其特征在于，所述光纤在1550nm处具有小于0.10dB/km的衰减。
39.如权利要求33～38中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1450℃的假想温度。
40.如权利要求33～38中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1400℃的假想温度。
41.如权利要求33～38中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1300℃的假想温度。
42.如权利要求33～38中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1200℃的假想温度。
43.如权利要求33～38中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1100℃的假想温度。
44.如权利要求33～38中任一项所述的光纤，其特征在于，所述光纤具有低于1000℃的假想温度。
45.一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1700℃的第一温度下的第一区，所述第一区包含第一流体支承装置，所述第一流体支承装置配置成将所述光纤从所述第一运送方向重新导向第二运送方向，所述第一流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第一运送方向向所述第二运送方向的所述重新导向。
46.如权利要求45所述的设备，其特征在于，所述第一温度在1100℃～1500℃之间。
47.如权利要求45或46所述的设备，其特征在于，所述第二运送方向平行但不同线于所述第一运送方向。
48.如权利要求45～47中任一项所述的设备，其特征在于，所述加工区域还包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1700℃的第二温度下的第二区，所述第二区包含第二流体支承装置，所述第二流体支承装置配置成将所述光纤从所述第二运送方向重新导向第三运送方向，所述第二流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第二运送方向向所述第三运送方向的所述重新导向。
49.如权利要求48所述的设备，其特征在于，所述第三运送方向平行但不同线于所述第一运送方向或所述第二运送方向。
50.如权利要求48或49所述的设备，其特征在于，所述第一温度高于1400℃，所述第二温度在1300℃～1400℃之间。
51.如权利要求48～50中任一项所述的设备，其特征在于，所述加工区域还包含配置成使所述光纤保持在约1000℃～1500℃的第三温度下的第三区，所述第三区包含第三流体支承装置，所述第三流体支承装置配置成将所述光纤从所述第三运送方向重新导向第四运送方向，所述第三流体支承装置在不直接接触所述光纤的条件下实现从所述第三运送方向向所述第四运送方向的所述重新导向。
52.如权利要求51所述的设备，其特征在于，所述第四运送方向平行但不同线于所述第一运送方向、所述第二运送方向或所述第三运送方向。
53.如权利要求51或52所述的设备，其特征在于，所述第一温度高于1400℃，所述第二温度在1300℃～1400℃之间，所述第三温度在1200℃～1300℃之间。
54.如权利要求45～53中任一项所述的设备，其特征在于，所述加工区域在炉的内部。
55.如权利要求45～54中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一流体支承装置包含用于接收所述光纤的第一通道、向所述第一通道提供第一流体的所述流体支承装置，所述第一流体具有足以在所述光纤与所述第一通道的表面之间保持间隙的压力，所述间隙防止所述光纤与所述第一流体支承装置发生直接物理接触。
56.如权利要求55所述的设备，其特征在于，所述第一流体在至少1000℃的温度下被提供至所述第一通道。
57.如权利要求55所述的设备，其特征在于，所述第一流体在至少1200℃的温度下被提供至所述第一通道。
58.如权利要求55所述的设备，其特征在于，所述第一流体在至少1350℃的温度下被提供至所述第一通道。
59.如权利要求48～58中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一流体支承装置包含用于接收所述光纤的第一通道，所述流体支承装置向所述第一通道提供第一流体，所述第一流体具有足以在所述光纤与所述第一通道的表面之间保持间隙的压力，所述间隙防止所述光纤与所述第一流体支承装置发生直接物理接触，且所述第二流体支承装置包含用于接收所述光纤的第二通道，所述流体支承装置向所述第二通道提供第二流体，所述第二流体具有足以在所述光纤与所述第二通道的表面之间保持间隙的压力，所述间隙防止所述光纤与所述第二流体支承装置发生直接物理接触。
60.如权利要求59所述的设备，其特征在于，所述第一流体在至少1350℃的温度下被提供至所述第一通道，所述第二流体在1200℃～1350℃的温度下被提供至所述第二通道。
61.如权利要求45～60中任一项所述的设备，其特征在于，所述光纤在所述第一区中保持至少0.5秒。
62.如权利要求45～60中任一项所述的设备，其特征在于，所述光纤在所述第一区中保持至少1.0秒。
63.如权利要求45～60中任一项所述的设备，其特征在于，所述光纤沿所述第二运送方向保持在1000℃～1700℃的第二温度下，所述第二温度不同于所述第一温度。
64.如权利要求63所述的设备，其特征在于，所述光纤保持在所述第一温度和所述第二温度下的总时间长于0.5秒。
65.一种光纤的加工设备，其包含：
保持在1000℃～1700℃的温度下的加工区域，所述加工区域包含一个或多个流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置配置成接收和运送光纤。
66.如权利要求65所述的设备，其特征在于，所述加工区域包含两个或更多个流体支承装置。
67.如权利要求65所述的设备，其特征在于，所述加工区域包含四个或更多个流体支承装置。
68.如权利要求65～67中任一项所述的设备，其特征在于，所述加工区域包含保持在至少1400℃的温度下的第一区和保持在1300℃～1400℃的温度下的第二区，所述第一区包含所述流体支承装置的第一个，所述第二区包含所述流体支承装置的第二个，所述流体支承装置的所述第二个配置成接收来自所述流体支承装置的所述第一个的所述光纤。
69.如权利要求68所述的设备，其特征在于，所述加工区域还包含保持在1200℃～1300℃的第三区，所述第三区包含所述流体支承装置的第三个，所述流体支承装置的所述第三个配置成接收来自所述流体支承装置的所述第二个的所述光纤。
70.如权利要求65～69中任一项所述的设备，其特征在于，所述加工区域在炉的内部。
71.一种光纤的加工方法，其包括：
拉制光纤；
将所述光纤递送至加工区域，所述加工区域包含一个或更多个以第一结构排布的流体支承装置，所述一个或多个流体支承装置不啮合所述第一结构中的所述光纤，所述光纤沿第一路径通过所述加工区域；
将所述一个或多个流体支承装置重置成第二结构，所述一个或多个流体支承装置啮合所述第二结构中的所述光纤，所述啮合使所述光纤从所述第一路径重新导向第二路径。
72.如权利要求71所述的方法，其特征在于，所述加工区域配置成使所述光纤的温度保持在1000℃～1700℃。
73.如权利要求71或72所述的方法，其特征在于，所述重置包括向所述一个或多个流体支承装置供给流体，所述流体通过所述一个或多个流体支承装置并且接触所述光纤以实现所述重新导向。
74.如权利要求73所述的方法，其特征在于，将所述流体加热至至少1000℃的温度。
75.如权利要求73或74所述的方法，其特征在于，所述重置包括平移所述一个或多个流体支承装置。
76.如权利要求71～75中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二路径长于所述第一路径。
77.如权利要求71～76中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二路径的长度是所述第一路径的至少两倍。
78.如权利要求71～77中任一项所述的方法，其特征在于，所述加工区域包含两个或更多个所述流体支承装置，且所述两个或更多个流体支承装置中的每一个啮合所述第二结构中的所述光纤。
79.如权利要求78所述的方法，其特征在于，所述重置包括平移所述两个或多个流体支承装置中的每一个。
80.一种光纤的加工设备，其包含：
加工区域，所述加工区域配置成接收沿第一运送方向运送的光纤，所述加工区域包含配置成使所述光纤保持在1000℃～1700℃的第一温度下的第一区；和
加热的了流体支承装置，所述加热了的流体支承装置配置成在不直接接触所述光纤的条件下将所述光纤从所述第一运送方向重新导向第二运送方向，所述加热了的流体支承装置具有500℃～1500℃的温度。
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