CN111051260A - 在光纤拉制过程期间支承光纤的具有光纤支承通道的流体轴承 - Google Patents

Abstract

提出了在制造期间引导光纤的流体轴承。所述流体轴承提供了流体流以悬浮光纤并沿着工艺路径引导光纤。所述光纤位于光纤槽中并经受向上力，所述向上力来自从光纤槽的内部径向位置流动通过光纤而流到光纤槽的外部径向位置的流体。作用在光纤上的流体的悬浮力通过凸形力曲线来描述，根据该凸形力曲线，随着光纤在槽中移动得越深，在光纤上的向上悬浮力增加。实现了光纤在光纤槽中的定位的更好的稳定性，并且避免了光纤与流体轴承的实体表面的接触。描述了用于实现凸形力曲线的各种流体轴承结构。

Description

在光纤拉制过程期间支承光纤的具有光纤支承通道的流体 轴承

本申请根据35U.S.C.§119要求2017年10月17日提交的第62/573,343号美国临时专利申请的优先权权益，该临时专利申请要求2017年9月18日提交的第62/559,764号美国临时专利申请的优先权权益，其要求2017年9月6日提交的第2019489号荷兰专利申请以及2017年8月16日提交的第62/546,163号美国临时专利申请的优先权权益，本申请以所述专利申请的内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。

技术领域

本说明书一般涉及使用具有流体轴承的光纤生产系统来拉制光纤的方法。

背景技术

用于生产光纤的常规技术和制造方法一般包括沿着线性路径向下拉制光纤通过各生产阶段。然而，该技术对改进和改造光纤的生产造成了很大阻碍。例如，与光纤的线性生产相关的设备通常以自顶到底的方式对齐，从而使得在不增加总系统的高度的情况下难以增加或改造工艺。在一些情况中，除了线性生产系统外，还要求额外的构造来增加建筑房屋(例如，其中拉制塔在现有建筑的天花板处或附近)的高度。为了改造或升级光纤生产系统和设施，这些阻碍导致了巨大的成本。

提供使制造商免除仅线性系统需求的系统和方法将显著降低实施改造或升级的成本。例如，通过具有水平延伸(与垂直延伸相反或除垂直延伸之外还有水平延伸)的系统，能够更容易且更廉价地向生产系统提供另外的部件和设备。另外，这样的布置可提供更有效的工艺路径，从而能够利用成本更低的聚合物，更高的涂覆速度并提供改进的光纤冷却技术。

发明内容

提出了在制造期间引导光纤的流体轴承。所述流体轴承提供了流体流以悬浮光纤并沿着工艺路径引导光纤。所述光纤位于光纤槽中并经受向上力，所述向上力来自从光纤槽的内部径向位置流动通过光纤而流到光纤槽的外部径向位置的流体。由于光纤是挠性的，因此在存在高速流体流动的情况下，可激起光纤的振动。因为光纤在槽中受到强的中心力，因此在槽中，振动将在径向方向上。由于光纤具有惯性，因此该振动将在光纤上引起瞬时的径向向下力，如果惯性足够严重，可造成光纤接触槽的底部或流体供应通道的底部。该接触将造成对光纤表面的损坏，导致得到显著较低的强度。本申请讨论了光纤槽设计，所述设计使光纤需要更多能量到达槽底部，因此造成振动的光纤的向下动能在光纤接触槽或流体通道的底部之前先被释放掉。对于讨论的一些槽设计，在槽的径向范围上，作用在光纤上的流体的悬浮力通过凸形力曲线来描述，根据该凸形力曲线，随着光纤在槽中移动得越深，在光纤上的向上悬浮力增加。对于所讨论的其他槽设计，在光纤上的向上力在紧接槽底部上方的区域中急剧增加。对于任何一种类型的设计，均避免了光纤在振动时，光纤与流体轴承的实体表面的接触。描述了用于实现在槽径向范围内实现凸形力曲线或者在紧接槽底部的上方实现力的增加的各种流体轴承结构。

提出了在制造期间引导光纤的流体轴承。所述流体轴承提供了流体流以悬浮光纤并沿着工艺路径引导光纤。所述流体轴承包括光纤槽和流体槽。光纤位于光纤槽中并受到来自从流体槽流出的流体的向上力。流体槽位于流体轴承的内部径向位置处，光纤槽位于流体轴承的外部径向位置处。流体槽与光纤槽流体连通。流体流动通过流体槽到光纤槽并且从光纤槽的开口流出。光纤通过所述开口进入光纤槽并受到流体提供的悬浮力。作用在光纤上的流体的悬浮力通过凸形力曲线来描述，根据该凸形力曲线，随着光纤在槽中移动得越深，在光纤上的向上(悬浮)力增加。实现了光纤在光纤槽中的定位的更好的稳定性，并且避免了光纤与流体轴承的实体表面的接触。本文描述了用于实现凸形力曲线的各种流体轴承结构。

本公开扩展至：

一种用于生产光纤的方法，所述方法包括：

沿着第一路径将裸光纤引导到流体轴承，所述流体轴承包括具有开口的光纤支承通道，所述光纤支承通道在深度方向上远离开口延伸，所述裸光纤通过所述开口进入光纤支承通道；以及

使流体通过光纤支承通道流向光纤支承通道的开口，流体接触裸光纤并且在裸光纤上提供向上力，所述向上力由描述向上力对光纤支承通道中的裸光纤的深度的依赖性的力曲线定义，所述力曲线具有凸形形状。

在以下的具体实施方式中提出了本文所述的方法和系统的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文描述的实施方式而被认识。

应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

附图列出的实施方式本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制通过权利要求所限定的主题。结合以下附图阅读可以理解如下示意性实施方式的详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的光纤生产系统的示意图；

图2是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的分解图；

图3A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图2的流体轴承的局部侧视平面图；

图3B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图2的流体轴承的局部正视平面图；

图4A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图4B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图4A的流体轴承的局部正视平面图；

图5A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图5B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图5A的流体轴承的局部正视平面图；

图5C是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图5A的流体轴承的局部顶视平面图；

图6A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图6B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图6A的流体轴承的局部正视平面图；

图7A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图7B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图7A的流体轴承的局部正视平面图；

图8A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图8B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图8A的流体轴承的局部正视平面图；

图9A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图9B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图9A的流体轴承的局部正视平面图；

图9C是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图9A的流体轴承的局部顶视平面图；

图10A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图10B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图10A的流体轴承的局部正视平面图；

图11A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图11B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图12A描绘了两种设计的光纤槽的力曲线。

图12B描绘了两种光纤槽的设计。

图12C描绘了具有线性区段的凸形力曲线。

图12D描绘了具有弯曲区段的凸形力曲线。

图12E描绘了具有线性区段的非凸形力曲线。

图12F描绘了具有弯曲区段的非凸形力曲线。

图13A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图；

图13B是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的图13A的流体轴承的局部正视平面图；以及

图14是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的用于光纤生产系统的流体轴承的另一个实施方式的局部侧视平面图。

图15例示出具有光纤槽并结合了成角度的和垂直的内壁的流体轴承。

具体实施方式

下面详细参考用于生产光纤的方法和系统的实施方式，这些实施方式的实例在附图中例示出。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部分。更具体地，本文所述的方法和系统涉及沿着拉制路径的光纤的生产，所述拉制路径包括由一个或多个流体轴承促成的一个或多个非垂直路径部分。进一步地，所述一个或多个流体轴承各自包括光纤支承通道，以向设置在光纤支承通道中的光纤提供流体缓冲。本文所述的实施方式通过允许沿着非垂直路径运输光纤经过所有生产阶段(包括在向其施涂保护性涂层之前)而提供了光纤生产灵活性。本文中将具体参考附图描述用于生产光纤的方法和系统的各个实施方式。

现在参考图1，该图示意性描绘了被构造用于生产光纤的光纤生产系统100。光纤生产系统100包括拉制炉110、光纤冷却机构112、一个或多个流体轴承120、光纤涂覆单元114和光纤收集单元116。如图1所示，拉制路径102从拉制炉110延伸到光纤收集单元116，并且其是生产期间光纤10沿着行进的路径。拉制路径102包括一个或多个拉制路径部分，例如，第一拉制路径部分102a、第二拉制路径部分102b和第三拉制路径部分102c。此外，这些拉制路径部分可以是垂直的(由“A”方向表示)或非垂直的(由“B”方向表示)。在操作时，可以使用所述一个或多个流体轴承120将光纤10引导通过所述一个或多个非垂直拉制路径部分(例如，第二拉制路径部分102b)，如本文更详细描述的。

如图1所示，将光纤预制件12置于拉制炉110中并且从其中拉制光纤以形成裸光纤14。光纤预制件12可以由适于光纤制造的任何玻璃或材料构成。另外，如本文所用的“裸光纤”是指从预制件直接拉制出并且其是在将一个或多个涂层施涂于其外表面之前的光纤[例如，在裸光纤涂覆有一个或多个涂层(例如基于聚合物的保护性涂层)之前的光纤]。本文中提到的“光纤10”可以指裸光纤14或经涂覆的光纤20(例如，其上施涂有一个或多个涂层的裸光纤)。

在操作时，由光纤预制件12拉制出裸光纤14，其离开拉制炉110，在A方向上沿着第一拉制路径部分102a行进，然后到达一个或多个流体轴承120的第一流体轴承120a，并且从在A方向(其基本上是垂直的)上行进的第一拉制路径部分102a位移到第二拉制路径部分102b，从而在B方向上行进。沿着第二拉制路径部分102b，裸光纤14可以穿过光纤冷却机构112。如图所示，第二拉制路径部分102b相对于第一拉制路径部分102a成正交(例如水平)取向，但是应理解，本文所述的系统和方法可以在将涂层21施涂于光纤10之前(或之后)，沿着任何非垂直路径重新引导光纤10(例如裸光纤14)。

在例如涂覆裸光纤14之前提供具有一个或多个非垂直路径部分的光纤生产系统可以具有许多优点。例如，在常规的线性光纤生产系统中，在光纤涂覆单元114之前增加新的或另外的部件，例如额外的涂覆单元和额外的冷却机构，其需要所有的这些部件垂直布置，这通常要求增加整个系统的高度。利用本文所述的光纤生产系统100，光纤10可以在施涂涂层21之前处于水平或对角(例如偏离垂直)路线，从而不仅在设备设置中具有更大的灵活性，而且对于之后在现有生产设施中改造、增加和升级设施也有更大的灵活性而无需增加整个系统的高度。

再次参考图1，随着裸光纤14通过光纤冷却机构112并且在经受光纤涂覆单元114之前，裸光纤14得到冷却，在光纤涂覆单元114中，涂层21(例如一次保护性涂层)被施涂于裸光纤14的外表面，由此形成经涂覆的光纤20。光纤冷却机构112可以是冷却光纤领域已知的任何机构。例如，光纤冷却机构112可以填充有气体，该气体可以促进以比在空气中冷却裸光纤14更快或更慢的速率来冷却裸光纤14。应理解，光纤冷却机构112是任选的部件，并且光纤生产系统100的另一些实施方式可以不包括光纤冷却机构112。

在一些实施方式中，如图1所示，所述一个或多个流体轴承120可以包括第二流体轴承120b，其可用于将裸光纤14从通过对齐第一流体轴承120a和第二流体轴承120b所产生的第二拉制路径部分102b运输到第三拉制路径部分102c，所述第三拉制路径部分102c可以是基本上垂直的并且可以与第一拉制路径部分102a平行。如图1所示，第三拉制路径部分102c从第二流体轴承120b延伸到光纤涂覆单元114。在离开光纤涂覆单元114之后，具有涂层21的经涂覆的光纤20(不再是裸露的)在到达光纤收集单元116之前可在光纤生产系统100中经受各种其他加工阶段(未示出)。光纤收集单元116包括用于向经涂覆的光纤20施加张力的一个或多个拉制机构117，从而在将光纤10拉制通过整个光纤生产系统100时，在光纤10上提供必要的张力，如图1所示。光纤收集单元116还包括光纤储存卷轴118并且经涂覆的光纤20可以被缠绕到光纤储存卷轴118上。另外，虽然图1示出了三个拉制路径部分(102a、102b、102c)，但应理解，设想了任何数目的路径部分，每个路径部分包括垂直或非垂直取向。

如本文更详细描述的，所述一个或多个流体轴承120(例如第一流体轴承120a和第二流体轴承120b)将裸光纤14运输通过光纤生产系统100，使得裸光纤14不与任何表面机械接触，直到将涂层21施涂于裸光纤14(由此形成经涂覆的光纤20)以后。在操作时，所述一个或多个流体轴承120可以提供流体区域，裸光纤14可在该流体区域的上方行进而不与流体轴承120机械接触，例如，利用相对于裸光纤14是非反应性的流体(例如空气、氦气)。如本文中所使用的，机械接触是指在拉制过程中与实体部件接触。这种缺少机械接触对于保持易碎的裸光纤——尤其是在被光纤涂覆单元114涂覆之前行进通过非垂直路径的裸光纤——品质和完整性来说可以是重要的。光纤收集单元116所提供的机械接触是可接受的，因为当光纤到达光纤收集单元116时，光纤10已经涂覆有保护光纤的涂层21，因此，与实体表面的机械接触不会像光纤未被涂覆那样显著影响光纤的品质或完整性。然而，应理解，虽然在本文中将流体轴承120主要描述成促进裸光纤14沿着拉制路径102行进，但是流体轴承120可以用于任何光纤10，例如经涂覆的光纤20。

在一些实施方式中，在提供裸光纤14可在上方行进的流体缓冲区域的同时，所述一个或多个流体轴承120还可以冷却裸光纤14。例如，在不具有光纤冷却机构112的实施方式中，所述一个或多个流体轴承120可以执行光纤冷却机构112的冷却功能。特别地，由于所述一个或多个流体轴承120采用移动的流体流来支承裸光纤14，因此裸光纤14以比裸光纤14在非移动的环境空气(例如其可以存在于紧接拉制炉110外部的地方)中冷却更快的速率得到冷却。此外，光纤14与流体轴承120中的流体(其优选是环境或室温空气)之间的温差越大，流体轴承120冷却裸光纤14的能力越大。

现在参考图2，其更详细地描绘了流体轴承120。流体轴承120包括第一板130、第二板132、内部构件136以及在第一板130和第二板132中的至少一者中的至少一个开口134。第一板130和第二板132各自包括弓形外表面138、139，并且位于彼此的相对侧上。弓形外表面138、139沿着各自相应的板130、132的外周定位并且基本上彼此对齐。此外，第一板130和第二板132通过紧固件(例如螺栓140)连接，以将第一板130和第二板132连在一起，使得流体可以通过流体轴承120。

第一板130和第二板132各自具有相应的内面142、144和外面143、145。第一板130的内面142面向第二板132的内面144以形成光纤支承通道150(其实施方式在图3A和3B中有所描绘)，其在内面142、144之间并且从每个板130、132的弓形外表面138、139径向向内延伸。光纤支承通道150提供流体流动的气室并且被构造用于接收裸光纤14(或任何其他光纤10)，使得裸光纤14可沿着光纤支承通道150行进而不旋转流体轴承120且在裸光纤14与流体轴承120之间无机械接触。本文中更详细描述了光纤支承通道150的各种构造。此外，所述至少一个开口134通过第一板130和第二板132中的至少一者，并且允许将流体(例如空气、氦气或其他所需气体或流体)供到流体轴承120中，使得流体可通过光纤支承通道150离开流体轴承120，由此为设置在光纤支承通道150中的裸光纤14提供流体缓冲(图3A)。

仍然参考图2，流体轴承120还可包括位于第一板130与第二板132之间的内部构件136。内部构件136(例如垫片137)被构造用于帮助将流体从所述至少一个开口134引导到光纤支承通道150中，从而使流体离开光纤支承通道150并具有预定的流动方向。内部构件136被设置在第一板130与第二板132之间，以在第一板130与第二板132之间提供间隙。在一些实施方式中，内部构件136可以包括多个指状物(未示出)，以通过抑制非径向流动来进一步控制流体流动。另外，内部构件136用作密封部分以在第一板130与第二板132之间提供实质接触。

现在参考图3A，其更详细地描绘了光纤支承通道150。如图3A和3B所示，光纤支承通道150包括光纤槽152和流体槽154。光纤槽152从板130、132的弓形外表面138、139径向向内延伸(例如从第一板130的弓形外表面138与第二板132的弓形外表面139之间的开口160径向向内延伸)，并且终止于光纤支承通道分界线155。径向向内方向在本文中也被称为深度方向，其中，深度是指裸光纤在光纤支承通道中的位置。光纤支承通道中的深度相对于朝向光纤支承通道的开口来测量，并且深度方向是从开口经光纤槽到流体槽的方向。对应于深度方向的轴线是在流体支承通道正中的轴线或者与在流体支承通道正中的轴线平行的轴线。在一个优选的实施方式中，光纤支承通道围绕在光纤支承通道正中的轴线对称。流体槽154从光纤支承通道分界线155径向向内延伸并且在内部构件136处终止。在操作时，流体可从内部构件136径向向外流动通过流体槽154和光纤槽152，以向设置在光纤槽152中的裸光纤14提供流体缓冲，使得可以沿着拉制路径102(图1)引导裸光纤14而不会造成与流体轴承120机械接触。

光纤支承通道150在第一板130的内面142与第二板132的内面144之间延伸，所述内面142与内面144间隔开通道宽度W_C。在图3A所示的实施方式中，光纤支承通道150是锥形的，因此开口160处的通道宽度W_C大于光纤支承通道分界线155处的通道宽度W_C，并且光纤支承通道150的通道宽度W_C是径向可变的(例如，根据光纤10在光纤支承通道150中的垂直定位而可变)。

此外，图3A描绘了设置在光纤支承通道150的光纤槽152中的裸光纤14，并且描绘了从流体槽154流动通过光纤槽152的流体151(例如空气)(例如，源自第一板130和/或第二板132中的至少一个开口134的流体流)，当在流体轴承120上运输裸光纤14时，所述流体151接触裸光纤14。该流体流使得在裸光纤14下方有正压，其通过向上(径向向外)力而作用在裸光纤14的底部上并支承裸光纤14的底部，由此悬浮裸光纤14以防止裸光纤14与流体轴承120之间有显著的机械接触。虽然不意欲受理论限制，但是可优化压力以将裸光纤14定位及垂直维持在光纤支承通道150的光纤槽152中，从而将裸光纤14维持在光纤支承通道150的光纤支承通道分界线155与开口160之间。例如，穿过光纤支承通道150的流体151可以具有恒定的流体流动速率，当裸光纤14移动通过流体轴承120时，所述恒定的流体流动速率可在光纤槽152中维持或支承光纤10，并且如下所述的光纤槽152的设计和/或一个或多个压力释放区域的增加(例如，图4B的压力释放区域270)可以促进裸光纤14在光纤槽152中的自定位。

仍然参考图3A，在一些实施方式中，光纤支承通道150的光纤槽152中的内面142、144的部分可以是锥形的或倾斜的，使得光纤槽152包括在光纤支承通道150的光纤支承通道分界线155(即，当裸光纤14通过流体轴承120时由裸光纤14形成的弓形路径内侧)处比开口160处更窄的通道宽度W_C。在一些实施方式中，内面142和144各自是倾斜的，例如，成大于0且小于10°的角，例如约0.3°至约7°、约0.4°至约3°等。另外，光纤支承通道150和光纤槽152可以包含任何深度和任何通道宽度W_C。在不同的实施方式中，光纤槽152的深度大于0.25英寸，或大于0.40英寸，或大于0.55英寸，或大于0.70英寸，或大于0.85英寸，或在0.25英寸至1.25英寸的范围内，或在0.35英寸至1.05英寸的范围内，或在0.45英寸至0.90英寸的范围内，或在0.55英寸至0.85英寸的范围内，或在0.60英寸至0.80英寸的范围内，或约0.65英寸、或约0.75英寸。通过利用锥形(如图所示，例如如图3A所示)光纤支承通道150和将流体151注入到光纤支承通道150中而使流体进入光纤支承通道150的较窄的内部并从光纤支承通道150的较宽的外区域离开，通过光纤支承通道150发射的流体151的缓冲能够使裸光纤14在光纤支承通道150的深度中自定位。

虽然不意欲受理论限制，但是对于流体151的给定流动速率，光纤拉制张力提供了向下(径向向内)力，其抵消由流体151的流动所提供的向上(径向向外)力。裸光纤14在流体支承通道150中的位置被稳定在由光纤拉制张力提供的向下力与由流体151的流动所提供的向上力平衡处的位置。在光纤拉制期间可能发生的拉制张力的波动改变了作用在裸光纤14上的力的平衡，并且导致裸光纤14从其稳定的平衡位置移位。如果拉制张力增加，则裸光纤14上的向下力增加，并且裸光纤14从其稳定的平衡位置向下移位到光纤支承通道150中的更深位置(即，移位到离开口160更远的光纤支承通道150中的位置)。如果拉制张力减小，则裸光纤14上的向下力减小，并且裸光纤14从其稳定的平衡位置向上移位到光纤支承通道150中的更浅位置(即，移位到离开口160更近的光纤支承通道中的位置)。裸光纤14的位置从其稳定的平衡位置向下移位可造成裸光纤14与光纤支承通道150发生机械接触并且/或者可造成裸光纤14进入流体槽154。裸光纤14的位置从其稳定的平衡位置向上移位可造成裸光纤14与光纤支承通道150发生机械接触并且/或者可造成裸光纤14离开光纤支承通道150并脱离流体轴承120。

在本说明书的实施方式中，光纤槽152和/或流体槽154被设计用于抵消由拉制张力的波动或其他变化所造成的裸光纤14的稳定平衡位置的向上和向下移位。在图3A中，例如，光纤槽152由第一板130和第二板132的分别的锥形内面142和144限定。如果光纤拉制张力增加，则裸光纤14上的向下力增加，并且裸光纤14将在光纤槽152中向下(例如，径向向内)移动。随着裸光纤14更深地(向下)移动到光纤槽152中，裸光纤14的张力诱导的向下移位由流体151提供的向上力的增加补偿。光纤槽152中的流体151的流型包括支承(悬浮)裸光纤14的部分和围绕裸光纤14流动的部分。对于从流体槽154供给光纤槽152的流体151的给定流动速率(或压力)，围绕裸光纤14流动的流体151的流型部分取决于裸光纤14与内面142和144之间的间隙。由于内面142和144是锥形，因此裸光纤14与内面142和144之间的间隙随着裸光纤14在光纤槽152中的位置而变化。随着裸光纤14更深地移动到光纤槽152中，裸光纤14与内面142和144之间的间隙变窄。这导致围绕裸光纤14流动的流体151的流型部分减少以及支承裸光纤14的流体151的流型部分增加。结果，随着裸光纤14更深地移动到光纤槽152中，作用在裸光纤14上的流体151的向上力(或压力)增加，以抵消由拉制张力的增加所造成的裸光纤14的向下移位。类似地，如果拉制张力减小，则裸光纤14上的张力诱导的向下力减小，并且裸光纤14在光纤槽152中向上(径向向外移动到更浅的深度)移动。随着裸光纤14在光纤槽152中向上移动，裸光纤14与内面142和144之间的间隙增加，并且流体151的更大部分的流型围绕裸光纤14流动。用于悬浮裸光纤14的流体151的向上力(或压力)对应地减小以补偿裸光纤14的张力诱导的向上移位。当裸光纤14在光纤槽152中的位置变化时，裸光纤14的张力诱导的移位因此通过调整流体151所提供的向上力而得到补偿。当在张力诱导的向下力与流体151所提供的向上力之间重新建立平衡时，实现了新的稳定化平衡位置。在光纤拉制过程中，由于拉制张力随着时间而变化，因此向上力与向下力以自补偿的方式连续重新平衡，以维持裸光纤14在光纤槽152中的稳定位置。通过改变和重新平衡向下(径向向内)力和向上(径向向外)力而实现的张力补偿是本文公开的流体轴承120的实施方式的一个特点。下文描述了实现张力补偿的流体轴承120的各种设计。

在一些实施方式中，裸光纤14可以位于光纤槽152中的垂直位置处，此处的宽度是裸光纤14的直径的约1至2倍，例如，是裸光纤14的直径的约1至1.75倍，裸光纤14的直径的约1至1.5倍等。虽然不旨在受理论限制，但是通过将裸光纤14定位在光纤槽152中的这样相对较窄的区域中，由于伯努力(Bernoulli)效应，在操作期间，裸光纤14将使其自身位于内面142与144之间的正中。例如，随着裸光纤14离内面144更近而离内面142更远，流体151在最靠近内面142处的速度将增加且在最靠近内面144处的速度将减小。根据伯努力效应，流体速度增加与压力减小同时发生。结果，由内面144附近流体流动降低所造成的更大的压力将迫使裸光纤14回到光纤槽152的正中。因此，由于流体流在拉制光纤时(即，在裸光纤14沿着拉制路径102行进时穿过光纤支承通道150时(图1))围绕光纤流过并且从光纤支承通道150流出，裸光纤14至少基本上通过伯努力效应可以在光纤支承通道150中处于正中。

虽然不意欲受理论限制，但是，这种处于正中的发生不必利用会从光纤侧面冲击光纤的任何流体流动，例如，不使用从内面142或144发出的流体流动的射流。优选地，对行进通过光纤支承通道150(例如，通过光纤槽152，其中设置有裸光纤14)的流体流的速度进行调整，以维持裸光纤14，使得光纤完全位于光纤槽152(例如，图3A所示的光纤支承通道150的锥形部分)中。另外，由于裸光纤14位于光纤支承通道150的区域中并且该区域的宽度是裸光纤14的直径的约1至2倍，因此，裸光纤14通过裸光纤14下方存在的压力差得到支承(而不是利用空气动力阻力并且与空气动力阻力相反，如果选择这种阻力，其也可用于支承光纤)。与使用空气动力阻力悬浮光纤相比，通过流体压力差支承或悬浮光纤支承通道150中的裸光纤14，可以使用显著更低的流体流量。

进一步地，在光纤支承通道150包括锥形光纤槽152以提供张力补偿而使裸光纤14在光纤槽152中自定位的同时，也设想了流体轴承120的其他实施方式，以通过替代性光纤槽设计和构造提供张力补偿，如下文更详细所述。例如，这些实施方式中的一些实施方式可以包括设置在第一板130和/或第二板132中的一个或多个压力释放区域以提供张力补偿(例如，图4B的流体轴承220的实施方式中描绘的压力释放区域270)。然而，当流体轴承120包括锥形光纤槽152时，压力释放区域是任选的并且无需提供张力补偿，如图3B的流体轴承120的局部侧视平面图中所示。

现在参考图4A和4B，其描绘了流体轴承220。图4A描绘了流体轴承220的局部侧视平面图，图4B描绘了流体轴承220的局部正视平面图。流体轴承220包括光纤支承通道250，其包括光纤槽252和流体槽254，所述光纤槽252从第一板230的弓形外表面238和第二板232的弓形外表面239径向向内延伸到光纤通道分界线255，所述流体槽254位于光纤槽252的径向向内处。第一板230包括内面242和外面243。第二板232包括内面244和外面245。流体轴承220还包括设置在第一板230与第二板232之间的内部构件236，以在第一板230与第二板232之间提供间隙。如图4A所示，光纤槽252的通道宽度W_C在光纤槽252的整个深度是恒定的，其中，深度是指在径向向内方向上离开口260的位置，所述开口260由弓形表面238、239之间的空间限定。例如，光纤槽252的通道宽度W_C在开口260和光纤通道分界线255处相同。因此，随着裸光纤14在光纤槽252中的垂直位置改变，由通过光纤支承通道250的流体流所造成的压力差不通过改变通道宽度W_C来改变。

取而代之的是，现在参考图4B，流体轴承220包括压力释放区域270，其包括多个释放通气口272，所述释放通气口272通过第一板230从内面242延伸到外面243，和/或通过第二板232从内面244延伸到外面245。图4B描绘了在第一板230包括的压力释放区域270具有释放通气口272的实施方式中的第一板230的外面243。如图4B所示，多个释放通气口272在第一板230中沿方位角间隔。图4B还描绘了裸光纤14相对于释放通气口272的示例性位置。裸光纤14的一些部分被设置在毗邻释放通气口272的光纤槽252中，而裸光纤14的其他部分被设置在毗邻内面242的光纤槽252中。在一个实施方式中，第二板232被类似地构造以包括具有释放通气口272的成方位角间隔的压力释放区域270。在操作时，流动通过光纤槽252的其中的一些流体251可以通过释放通气口272离开流体轴承220。在该实施方式中，仍发生光纤槽252中的间隙流动(例如，在裸光纤14与限定光纤槽252的内面242、244之间的流动)，以建立维持裸光纤14在光纤槽252中的位置所需的向上力和中心力，如上文关于图3A更详细所述。

在图4A和4B的实施方式中，张力补偿[例如，响应于施加于裸光纤14的拉制张力的变化，裸光纤14在深度(径向向内)方向上在光纤槽252中的自定位]通过流动通过压力释放通气口272的流体251的流型部分的变化来实现。特别地，随着裸光纤14在光纤槽252中向上移动(例如，由于拉制张力减小)，在裸光纤14下方的释放通气口272的面积增加。对于恒定的流体251的流动速率(或压力)，随着裸光纤14下方的释放通气口272的面积增加，流体251的流型有更大部分通过释放通气口272，并且流体251的流型有更小部分支承(悬浮)光纤槽252中的裸光纤14。结果，作用在裸光纤14上的流体251的向上力减小以抵消裸光纤14的张力诱导的向上移位。随着裸光纤14在光纤槽252中向上移动，作用在裸光纤14上的流体251的压力减小以抵消张力诱导的向上移位。相反，随着裸光纤14在光纤槽252中向下移动(例如，由于拉制张力增加)，在裸光纤14下方的释放通气口272的面积减小。结果，流体251的流型的较小部分通过释放通气口272，流体251的流型的较大部分支承(悬浮)裸光纤14，并且作用在裸光纤14上的流体251的向上力增加以抵消裸光纤14的张力诱导的向下移位。随着裸光纤14在光纤槽252中向下移动，作用在裸光纤14上的流体251的力(压力)增加以抵消张力诱导的向下移位。

作为一个示例性实例，流体轴承220包含约3英寸的半径和具有恒定通道宽度W_C的光纤槽252，所述通道宽度W_C的尺寸被设置成当裸光纤14在光纤槽252中处于正中时，示例性裸光纤14与每个内面242、244之间的间隙为约0.0005英寸。示例性的流体轴承220包括多个释放通气口272，其通过板230、232从内面242、244延伸到外面243、245。示例性的释放通气口272在径向上约0.030英寸高，在方位角上为0.006英寸宽，内面242、244与外面243、245之间的厚度为约0.3英寸，并且在方位角上以例如约每隔4度间隔开。在该示例性实例中，当用200克张力拉制裸光纤时，其将位于光纤槽252中并且在释放通气口272的底部垂直位置处，而当用10克张力拉制裸光纤时，其将位于光纤槽252中并在释放通气口272的顶部的垂直位置处。

现在参考图5A-5C，其描绘了流体轴承320。图5A描绘了流体轴承320的局部侧视平面图，图5B描绘了流体轴承320的局部正视平面图，并且图5C描绘了流体轴承320的局部顶视平面图。类似于图4A和4B的流体轴承220，流体轴承320包括光纤支承通道350，其具有光纤槽352和流体槽354，所述光纤槽352从第一板330的弓形外表面338和第二板332的弓形外表面339径向向内延伸到光纤通道分界线355，所述流体槽354位于光纤槽352的径向向内处。流体轴承320还包括设置在第一板330与第二板332之间的内部构件336，以在第一板330与第二板332之间提供间隙。如图5A所示，光纤槽352的通道宽度W_C在光纤槽352的整个深度上是恒定的。因此，随着裸光纤14在光纤槽352中的垂直位置改变，由通过光纤支承通道350的流体流所造成的压力差不通过改变通道宽度W_C来改变。

取而代之的是，如图5A与5C所示，流体轴承320包括压力释放区域370，其包括延伸到板330、332的内面342、344中的一者或两者中的释放槽374，但是与图4B的释放通气口272不同的是，释放槽374仅部分穿透到内面342、344中而不是延伸到板330、332的外面343、345。如图5B示出的第一板330的外面343所示，释放槽374不延伸通过第一板330到达外面343。取而代之的是，如图5A和5C所示，在光纤通道分界线355与弓形外表面338、339之间，各释放槽374在方位角上间隔开的各位置处延伸到内面342、344中，从而提供不被裸光纤14阻碍的流体路径。此外，在图5A和5C所示的实施方式中，释放槽374是成角度的，以使得在更靠近弓形外表面338、339的位置处，释放槽374延伸到内面342、344中更远；然而，也考虑了包含直的释放槽374的实施方式(即，释放槽374在径向方向上具有恒定的截面积)。在操作时，由于对于施加到光纤槽352中的流体351的任何给定压力，当流体接触释放槽374时，流体将从释放槽374流出并因此从流体轴承320流出，因此在光纤槽352中的更高位置处将具有更小的流体压力来支承裸光纤14(例如，裸光纤14离光纤支承通道350的开口360越近，则流体压力越小)，并因此使得流体351作用在裸光纤14上的向上力更小。

虽然不意欲受理论限制，但是当裸光纤14位于光纤槽352中的较高位置时，裸光纤14下方的释放槽374的面积较大，并且通过释放槽374的流体351的流型部分增加。结果，支承(悬浮)裸光纤14的流体351的流型部分减少，并且作用在裸光纤14上的来自流体351的向上力(压力)减小。随着裸光纤14在光纤槽352中向上移动，作用在裸光纤14上的流体351的力(压力)减小以抵消张力诱导的向上移位。相反，当裸光纤14位于光纤支承通道350中的较低位置时，裸光纤14下方的释放槽374的面积较小，并且通过释放槽374的流体351的流型部分减小。结果，支承(悬浮)裸光纤14的流体351的流型部分增加，并且作用在裸光纤14上的来自流体351的向上力(压力)增加。随着裸光纤14在光纤槽352中向下移动，作用在裸光纤14上的流体351的力(压力)增加以抵消张力诱导的向下移位。因此，随着裸光纤14上的拉制张力改变，裸光纤14仍可保留在光纤槽352中，即使在光纤槽352的内面342、244彼此平行的实施方式中也如此，这是因为随着裸光纤14在光纤槽352中向上移动(例如，径向向外)，有更多的流体通过释放槽374逸出，从而减小了裸光纤14下方的压力差，使得裸光纤14停止在光纤槽352中向上移动。

作为一个示例性实例，流体轴承320包含约3英寸的半径和具有恒定通道宽度W_C的光纤槽352，所述通道宽度W_C的尺寸被设置成当裸光纤14在光纤槽352中处于正中时，示例性裸光纤14与每个内面342、344之间的间隙为约0.0005英寸。流体轴承320的实例还包括延伸到板330、332的内面342、344中的多个释放槽374，并且所述释放槽374在径向上为约0.025英寸高，在方位角上为0.015英寸宽，在弓形外表面338、339处延伸到内面342、344中的深度(例如，最深点)为约0.01英寸，并且在方位角上以例如约每隔4度间隔开。在该示例性实例中，当用200克的张力拉制裸光纤时，其将位于光纤槽352中并且在释放槽374的底部的垂直位置处，而当用10克的张力拉制裸光纤时，其将位于光纤槽352中并在释放槽374的顶部的垂直位置处。

现在参考图6A和6B，其描绘了流体轴承420。图6A描绘了流体轴承420的局部侧视平面图，图6B描绘了流体轴承420的局部正视平面图。类似于图3A-5C的流体轴承120、220和320，流体轴承420包括光纤支承通道450，其具有光纤槽452和流体槽454，所述光纤槽452从第一板430的弓形外表面438和第二板432的弓形外表面439径向向内延伸到光纤通道分界线455，所述流体槽454位于光纤槽452的径向向内处。流体轴承420还包括设置在第一板430与第二板432之间的内部构件436，以在第一板430与第二板432之间提供间隙。如图6A所示，光纤槽452的通道宽度W_C在光纤槽452的整个深度上是恒定的。因此，随着裸光纤14在光纤槽452中的垂直位置改变，由通过光纤支承通道450的流体流所造成的压力差不通过改变通道宽度W_C来改变。

取而代之的是，如图6A和6B所示，流体轴承420包括压力释放区域470，其包括在光纤支承通道450的光纤槽452的径向位置处的设置在第一板430的内面442和第二板432的内面444中的一个或多个多孔材料区域476，以允许流体通过光纤支承通道450的内面442、444及通过流体轴承430的外面443、445逸出。图6B示出了第一板430的外面443。所述一个或多个多孔材料区域476可以包括多孔金属介质，例如通过烧结金属床以在烧结过程期间在金属中滞留有孔隙来形成。此类多孔金属介质可购自，例如美国康涅狄格州塔里夫维尔的应用多孔技术公司(Applied Porous Technologies)。多孔介质的其他实施方式包括陶瓷多孔介质。虽然不意欲受理论限制，但是因为流体将通过多孔材料区域476从光纤支承通道450流出，因此将具有更少的流体流动通过光纤支承通道450，并因此随着裸光纤14在光纤支承通道450中向上(径向向外)移动，具有更少的流体力(压力)来支承裸光纤14。结果，当裸光纤14上的拉制张力减小以及裸光纤14被诱导向上移位时，裸光纤14仍可被保留在光纤槽452中，即使形成光纤槽452的内面442、444彼此平行也如此，如图6A所示。随着裸光纤14在光纤槽452中向上(例如，径向向外)移动，更多的流体451通过所述一个或多个多孔材料区域476逸出，从而降低了裸光纤14下方的压力差并使裸光纤14停止在光纤槽452中向上(例如，径向向外)移动。随着裸光纤14在流体槽452中向上移动，流体451的流型的较大部分通过多孔材料区域476，并且流体451的流型的较小部分支承(悬浮)裸光纤14。结果，作用在裸光纤14上的流体451的向上力(压力)减小以抵消裸光纤14的张力诱导的向上移位。随着裸光纤14在光纤槽452中向上移动，作用在裸光纤14上的流体451的力(压力)减小以抵消张力诱导的向上移位。类似地，当拉制张力增加，在光纤槽452中发生裸光纤14的向下移位。随着裸光纤14在光纤槽452中向下移动，流体451的流型的较小部分通过多孔材料区域476，并且流体451的流型的较大部分支承(悬浮)裸光纤14，以增加向上力(压力)而起到抵消张力诱导的向下移位的作用。随着裸光纤14在光纤槽452中向下移动，作用在裸光纤14上的流体451的力(压力)增加以抵消张力诱导的向下移位。

再次参考图1-6B，应理解，光纤生产系统100可以包括具有上文所述的各种构造的流体轴承，另外，光纤生产系统100的任何单个流体轴承可以包括这些构造的任何组合。在操作时，流体轴承120、220、320、420中的每一者包括被设计用于实现张力补偿以及将裸光纤14保留在光纤槽152、252、352、452中的构造。然而，裸光纤14在光纤槽152、252、352、452中的垂直(例如，径向)位置的迅速波动可导致裸光纤14离开光纤槽152、252、352、452。例如，裸光纤14的迅速向上径向移动可导致裸光纤14离开开口160、260、360、460，并且迅速向下径向移动可造成裸光纤14机械接触或进入流体槽154、254、354、454。特别地，当流体槽154、254、354、454的宽度小于裸光纤14的直径时，裸光纤14可接触流体槽154、254、354、454，而当流体槽154、254、354、454的宽度大于裸光纤14的直径时，裸光纤14可进入流体槽154，流体槽154、254、354、454。

虽然不意欲受理论限制，但是裸光纤的迅速垂直移动可以由拉制张力的迅速变化(例如增加或减小)，裸光纤的直径变化，和裸光纤的振动引起，其在光纤生产系统的流体轴承数目增加的实施方式中可增多。虽然不意欲受理论限制，但是流体轴承之间的各光纤部分(例如，不同的“光纤支腿”)可以形成偶联振动振荡器，它们具有不同的固有频率，该固有频率可通过沿着拉制路径的“光纤支腿”的数目增加而放大。另外，当裸光纤在光纤槽中的垂直位置由于拉制张力的增加而迅速下降时，由于惯性效应，裸光纤上的向下力可以瞬时增大(例如增加)，导致进一步加剧了迅速的高度变化。

迅速的垂直移动对于在流体轴承的入口和出口处(即，被构造成裸光纤以90度进入和离开光纤支承通道的光纤支承通道的截面切口)具有凹口的流体轴承来说尤其是一项挑战，这样的轴承例如在第7,937,971号美国专利中所述的流体轴承的实施方式，所述文献通过引用全文纳入本文。虽然不意欲受理论限制，但是紧接流体轴承入口上游以及紧接流体轴承出口下游的裸光纤部分通过轴向刚度刚性连接到设置在光纤支承通道中的裸光纤的部分，但是向上力未施加于裸光纤的这些定位在外部的部分，因为这些部分在流体轴承之外并且未经受悬浮流体流。对于在流体轴承的流体槽中的裸光纤的部分，这增大了有效光纤惯性与向上力的比值，并因此增加了裸光纤机械接触和/或进入光纤支承通道的流体槽的可能性。

裸光纤与流体槽之间的机械接触(例如，裸光纤与限定流体槽的内壁部分之间的机械接触)可能损坏裸光纤，导致光纤强度减小，并且在一些情况中导致光纤断裂。即使裸光纤不立即断裂，与流体槽的机械接触也将经常导致裸光纤表面中具有瑕疵，该瑕疵足够地大以导致裸光纤在随后的拉伸测试期间断裂。裸光纤的断裂将导致得到的光纤的长度减小(令客户不那么满意)，并且需要停止并重新开始光纤拉制过程。进一步地，如果在拉抻测试期间未达到最小适售长度就断裂，则断裂之前的整个光纤长度可能均没有用。张力的波动导致裸光纤向下移位到流体槽中也是不希望的。流体槽通常在相对的内表面之间具有恒定的宽度，这意味着随着裸光纤更深地移动到流体槽中，作用在裸光纤上的向上力(压力)不会发生变化。结果，一旦裸光纤进入流体槽，诱导光纤向下移位到流体槽中的张力或张力波动将可能导致光纤接触流体槽的底表面。因此，期望改造流体轴承以减少裸光纤进入或机械接触流体槽的情况。

现在参考图7A-11B，其描绘了被构造用于降低裸光纤进入或机械接触光纤支承通道的流体槽的可能性的流体轴承的实施方式。例如，在图7A-11B的实施方式中，流体轴承包括替代性的流体槽和/或压力释放区域构造，它们被设计用于增加对张力波动所造成的向下移位的流体阻力。对向下移位的阻力对应于将裸光纤在径向向内方向上移动到光纤槽中更深位置所需的每单位距离的功。随着每单位距离的功增加，将裸光纤从其稳定化的平衡位置移位到光纤槽中的更深位置所需的张力波动增加。换言之，随着在向下方向上的每单位距离的功增加，由给定的张力波动导致的张力诱导的向下移位减小，从而提供裸光纤在光纤槽中的位置的更大的一致性，并减少裸光纤能够进入流体槽的可能性。

在一个实施方式中，将光纤更深地移动到具有给定深度、开口处具有给定宽度及光纤通道分界线处具有给定宽度的光纤槽中所需的每单位距离的功相对于参比光纤槽构造增加，所述参比光纤槽构造的内表面以恒定角度成锥形(例如，图3A所示类型的光纤槽设计，其示出了光纤槽152的锥形内表面142、144，并且所述锥形内表面142、144在开口160与光纤通道分界线155之间具有恒定的斜率或角度)，并且具有相同的深度、在其开口处具有相同宽度，并且在其光纤通道分界线处具有相同宽度。虽然不意欲受理论限制，但是当随着裸光纤在光纤槽中向下移动(例如，由于如上所述的张力诱导的向下移位所致)时，将裸光纤从光纤槽的顶部移动到底部所需的每单位距离的平均功大于裸光纤的瞬时动能，则裸光纤将不会进入或机械接触流体槽。

例如，参考图12A。图12A是示出了两种设计的光纤槽(光纤槽S₁和光纤槽S₂)的力曲线的图50。力曲线代表了裸光纤在光纤槽中的垂直(例如，径向)位置与作用在裸光纤上的悬浮流体的向上力之间的函数关系。迹线55示出了光纤槽S₁的力曲线，而迹线60示出了光纤槽S₂的力曲线。图12B示出了光纤槽S₁和光纤槽S₂的设计。向上力是与作用在各自位于光纤槽S₁和S₂中的裸光纤上的流体流部分相关的力。出于例示的目的，光纤槽S₁、光纤槽S₂和拉制张力已经被构造成当裸光纤位于流体槽S₁的顶部或光纤槽S₂的顶部处时，作用在裸光纤上的流体向上力为10g，并且当裸光纤位于光纤槽S₁的底部或光纤槽S₂的底部时，作用在裸光纤上的流体向上力为200g。在实际操作中常遇到10g–200g的流体向上力。

光纤槽的顶部对应于光纤槽的开口(例如，分别是图3A的开口160、图4A的开口260、图5A的开口360和图6A的开口460)。光纤槽的底部对应于光纤通道分界线，其代表光纤槽与流体槽之间的界面(例如，分别是图3A的光纤通道分界线155、图4A的光纤通道分界线255、图5A的光纤通道分界线355和图6A的光纤通道分界线455)。在图12A中，光纤的位置被称为“光纤槽中的深度”，并且其从光纤槽的顶部延伸到光纤槽的底部。从光纤槽的顶部中心到光纤槽的底部中心的方向是深度方向。出于例示的目的，光纤在光纤槽中的位置用任意单位表示。本文公开的作为例示性光纤槽S₁和S₂的性能的基础的原理一般适用于具有任何深度或宽度的光纤槽，以及除图12A所示的示例性10g–200g方案之外的流体向上力方案。

光纤槽S₁在图12B中示出为实线并且具有图13A所示类型的设计。光纤槽S₁的内面从顶部到底部以恒定的角度或恒定的斜率成锥形。光纤槽S₁的底部出现在锥形的内部端点，其对应于流体通道分界线和流体槽的入口。光纤槽S₂在图12B中示出为虚线并且具有从顶部到底部为非恒定角或非恒定斜率的内面。更具体地，光纤槽S₂包括毗邻顶部的上部S_2A和毗邻底部的下部S_2B。各个部分S_2A和S_2B以恒定角度或恒定斜率成锥形，但是对于部分S_2A和S_2B，所述恒定角度和恒定斜率不相同。在图12A中，部分S_2A和S_2B的力曲线分别显示为迹线65和70。出于例示的目的，光纤槽S₁和S₂具有共同的流体槽FS。

对应于部分S_2A和S_2B的光纤槽S₂的内面的部分在本文中被称为光纤槽S₂的壁区域。光纤槽S₂的内面包括与部分S_2A相关的壁区域和与部分S_2B相关的壁区域，其中，部分S_2A的壁区域与部分S_2B的壁区域在锥形的角度和斜率上不相同。出于说明和比较的目的，锥形的角度和斜率根据相对于光纤槽的中心轴线的量值来确定。中心轴线在径向方向上延伸并且在光纤槽的宽度方向上处于正中。相对于中心轴线，部分S_2A的壁区域的锥形角度大于部分S_2B的壁区域的锥形角度，并且部分S_2A的壁区域的斜率大于部分S_2B的壁区域的斜率。

光纤槽S₁和S₂具有相同高度(例如光纤槽的开口(顶部)与流体通道分界线(底部)之间的距离相同)，并且具有相同的顶部位置的宽度和底部位置的宽度。光纤槽S₁和S₂被构造成使作用在裸光纤上的流体向上力在光纤槽S₁和S₂的顶部(10g)和底部(200g)相同(参见图12A)。然而，由于内面的形状差异，对于光纤槽S₁和S₂，在顶部位置与底部位置之间的居间位置处，作用在裸光纤上的流体向上力不相同。具体地，对于给定的居间位置，光纤槽S₂的作用在裸光纤上的流体向上力比光纤槽S₁的更大。由于流体向上力抑制裸光纤向下运动，因此，光纤槽S₂的将裸光纤更深地移动到光纤槽中所需的功高于光纤槽S₁的所需的功。对抗流体向上力而使裸光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的总功通过光纤槽中的位置与和裸光纤的向下运动相反的流体向上力之间的函数关系的图示下方的面积给出。对于光纤槽S₁，将裸光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功对应于被力曲线55和两个坐标轴包围的三角形面积。对于光纤槽S₂，将裸光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功对应于被部分S_2A和S_2B分别的力曲线65和70以及两个坐标轴包围的多边形面积。

由于针对光纤槽S₂的面积大于针对光纤槽S₁的面积，因此将裸光纤从光纤槽S₂的顶部移动到光纤槽S₂的底部所需的功大于将裸光纤从光纤槽S₁的顶部移动到光纤槽S₁的底部所需的功。因此，相比于光纤槽S₁，裸光纤在光纤槽S₂中的位置更加稳定，并且在受到拉制张力瞬时增加所诱导的向下移位时，与光纤槽或流体槽机械接触的可能性更小。

因此，虽然不意欲受理论限制，但是由于光纤槽S₂的力曲线(在径向方向上的光纤位置对流体向上力的函数依赖性)的形状，在光纤槽S₁和S₂的开口与流体通道分界线之间的任何垂直位置处，相比于在光纤槽S₁中，在光纤槽S₂中，因为光纤槽中的流体流而作用在裸光纤上的向上力将更大，并且因此，相比于在光纤槽S₁中，在光纤槽S₂中，力关于距离的积分(例如，功，其对应于力曲线下方的面积)更大。因此，相比于在光纤槽S₁中，在光纤槽S₂中，需要更多的功来将裸光纤从开口移动到流体通道分界线。换言之，在裸光纤到达流体槽之前，随着裸光纤在光纤槽中移动得更深，光纤槽S₂将耗散裸光纤更多的瞬时动能，使得相比于设置在光纤槽S₁中的裸光纤，设置在光纤槽S₂中的裸光纤不那么易于进入或机械接触流体槽。

另外，虽然不意欲受理论限制，但是由流体流动通过光纤支承通道所诱导的裸光纤上的向上力是耗散力，因此在光纤槽中向下移动裸光纤所需的能量是路径依赖性的。如下所述的图7A-11B的各个流体轴承被设计用于提供光纤位置对流体向上力的函数依赖性，相比于具有锥形且从顶部位置到底部位置具有恒定角度或恒定斜率以及在顶部和底部位置具有相同宽度的流体槽设计，其增加了使裸光纤在向下方向上移动给定距离所需的功。因此，相比于具有纯线性力曲线(定义为从光纤槽的顶部到光纤槽的底部具有恒定锥形的力曲线，例如图12A所示的光纤槽S₁的力曲线)的流体轴承设计，当使用图7A-11B的流体轴承时，裸光纤进入或机械接触流体槽所需的动能可有所增加(例如增加约20％、或约30％、或约50％、或约60％)。此外，虽然图12A和12B的光纤槽S₂被描绘成包含双斜率力曲线，但是也构想了包含三个、四个或更多个线性区段力曲线(例如，在力曲线中具有三个、四个或更多个斜率或锥度)的光纤槽设计，或者包含连续变化的凸形斜率力曲线。换言之，只要力曲线的斜率量值在光纤槽中的接近光纤通道分界线的位置处单调增加，则裸光纤将需要更多的功来进入或机械接触流体槽。

针对光纤槽S₂相对于光纤槽S₁所述的使向下移位的功增加，光纤位置的稳定性更佳，以及光纤与流体槽机械接触的趋势更小的原理适用于力曲线为凸形形状的光纤槽设计。凸形形状是相对于在光纤槽的顶部和底部具有相同力的纯线性力曲线，力曲线下方的面积增加的形状。凸形力曲线可包括线性区段、弯曲区段或者线性区段和弯曲区段的组合。相对于纯线性的力曲线，凸形力曲线包括线性区段或者斜率量值小于纯线性力曲线的斜率量值的弯曲区段。出于描述力曲线或力曲线区段的目的，斜率是指光纤槽中的光纤位置[根据径向位置来表示，其中光纤槽的顶部比光纤槽的底部具有更大的径向位置(如图12A所示)]作为向上力的函数的图中的力曲线或力曲线区段的斜率。斜率的量值或斜率量值是指斜率的绝对值。力曲线或力曲线区段越陡，斜率的量值(与斜率的符号无关)越大。对于线性区段，斜率是指区段的斜率。对于弯曲区段，斜率是指与弯曲区段相切的线的斜率。

线性区段或者与弯曲区段相切的线的斜率可通过线性区段或与弯曲区段相切的线相对于光纤槽的中心轴线的角度来定义。线性区段或者与弯曲区段相切的线的角度大于0°，或大于0.1°，或大于0.2°，或大于0.3°，大于0.4°，或在0°至10°的范围内，或在0.1°至9°的范围内，或在0.2°至8°的范围内，或在0.3°至7°的范围内，或在0.4°至5°的范围内。

图12C示出了具有线性区段的凸形力曲线的实例，并且图12D示出了具有弯曲区段的凸形力曲线的实例。在图12C和12D中，力曲线75是纯线性力曲线，其作为参比而被包括在内。纯线性力曲线为非凸形力曲线。在图12C中，力曲线76和77是凸形力曲线并且在光纤槽的顶部和底部具有与力曲线75相同的力。凸形力曲线76具有两个线性区段(两个斜率或两个锥度)，并且凸形力曲线77具有三个线性区段(三个斜率或三个锥度)。凸形力曲线77下方的面积大于凸形力曲线76下方的面积，而凸形力曲线76下方的面积大于纯线性力曲线75下方的面积。对于凸形力曲线77，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比凸形力曲线76的更大，并且对于凸形力曲线76，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比纯线性力曲线75的更大。其他实施方式包括具有四个或更多个线性区段的力曲线。

在一个实施方式中，凸形力曲线包括两个或更多个线性区段，其中的一个线性区段的斜率量值小于在光纤槽的顶部和底部具有与凸形力曲线相同的力的纯线性力曲线的斜率量值，而另一个线性区段的斜率量值大于在光纤槽的顶部和底部具有与凸形力曲线相同的力的纯线性力曲线的斜率量值。在一个实施方式中，斜率量值小于纯线性力曲线的斜率量值的线性区段比斜率量值大于纯线性力曲线的斜率量值的线性区段更靠近光纤槽的底部。在一个实施方式中，斜率量值小于纯线性力曲线的斜率量值的线性区段比斜率量值大于纯线性力曲线的斜率量值的线性区段更靠近光纤槽的顶部。

在具有多个线性区段的凸形力曲线中，两个相邻的线性区段的角度之差大于0°，或大于0.1°，或大于0.2°，或大于0.3°，大于0.4°，或在0°至10°的范围内，或在0.1°至9°的范围内，或在0.2°至8°的范围内，或在0.3°至7°的范围内，或在0.4°至5°的范围内。

图12D示出了凸形力曲线78和79。凸形力曲线78和79是弯曲的力曲线。凸形力曲线79下方的面积大于凸形力曲线78下方的面积，而凸形力曲线78下方的面积大于纯线性力曲线75下方的面积。对于凸形力曲线79，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比凸形力曲线78的更大，并且对于凸形力曲线78，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比纯线性力曲线75的更大。

在一个实施方式中，凸形力曲线是弯曲的力曲线，其包括两个或更多个满足下述的点，其中，所述点中的一个点的切线的斜率量值小于在光纤槽的顶部和底部具有与凸形力曲线相同的力的纯线性力曲线的斜率量值，而所述点中的另一个点的切线的斜率量值大于在光纤槽的顶部和底部具有与凸形力曲线相同的力的纯线性力曲线的斜率量值。在一个实施方式中，斜率量值小于纯线性力曲线的斜率量值的点比斜率量值大于纯线性力曲线的斜率量值的点更靠近光纤槽的底部。在另一个实施方式中，斜率量值小于纯线性力曲线的斜率量值的点比斜率量值大于纯线性力曲线的斜率量值的点更靠近光纤槽的顶部。

在沿着力曲线的不同点处有斜率不同的至少两条切线的凸形弯曲力曲线中，所述至少两条切线的角度之差大于0°，或大于0.1°，或大于0.2°，或大于0.3°，大于0.4°，或在0°至10°的范围内，或在0.1°至9°的范围内，或在0.2°至8°的范围内，或在0.3°至7°的范围内，或在0.4°至5°的范围内。

图12E和12F示出了非凸形力曲线的实例。纯线性力曲线75是非凸形力曲线的一个实例。图12E示出了分别具有两个和三个线性区段的非凸形力曲线81和82。非凸形力曲线82下方的面积小于非凸形力曲线81下方的面积，而非凸形力曲线81下方的面积小于纯线性力曲线75下方的面积。对于非凸形力曲线82，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比非凸形力曲线81的更小，并且对于非凸形力曲线81，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比纯线性力曲线75的更小。

图12F示出了具有一个或多个弯曲区段的非凸形力曲线83和84。当具有凸形力曲线和非凸形力曲线的光纤槽顶部存在相同的向上力并且在具有凸形力曲线和非凸形力曲线的光纤槽底部存在相同的向上力时，在具有非凸形力曲线的光纤槽中将光纤从顶部移动到底部所需的功小于在具有凸形力曲线的光纤槽中将光纤从顶部移动到底部所需的功。

非凸形力曲线84下方的面积小于非凸形力曲线83下方的面积，而非凸形力曲线83下方的面积小于纯线性力曲线75下方的面积。对于非凸形力曲线84，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比非凸形力曲线83的更小，并且对于非凸形力曲线83，将光纤从光纤槽的顶部移动到光纤槽的底部所需的功比纯线性力曲线75的更小。

图7A-11B和13A-14示出了具有凸形力曲线的光纤槽设计。现在参考图7A和7B，其描绘了流体轴承520，该流体轴承520被构造用于增加将裸光纤14从开口560移动到光纤通道分界线555所需的能量。具体地，图7A描绘了流体轴承520的局部侧视平面图，并且图7B描绘了流体轴承520的局部正视平面图，其显示了第一板530的外面543。类似于图3A和3B的流体轴承120，流体轴承520包括光纤支承通道550，其具有光纤槽552和流体槽554，所述光纤槽552从第一板530的弓形外表面538和第二板532的弓形外表面539径向向内延伸到光纤通道分界线555，所述流体槽554位于光纤槽552的径向向内处。流体轴承520还包括设置在第一板530与第二板532之间的内部构件536，以在第一板530与第二板532之间提供间隙。

如图7A所示，类似于图3A和3B的流体轴承120，光纤槽552的通道宽度W_C在光纤槽552的整个深度上是可变的，并且随着裸光纤14接近光纤通道分界线555而减小。然而，光纤槽552由各个内面542、544的两个槽壁区域542a、542b、544a、544b限定，所述槽壁区域相对于Z轴(限定裸光纤14在光纤槽552中的深度的向上/向下径向轴线)以不同的角度成锥形。第一槽壁区域542a、544a分别从弓形外表面538、539延伸到第二槽壁区域542b、544b，第二槽壁区域542b、544b从第一槽壁区域542a、544a延伸到光纤通道分界线555。此外，每个内面542、544的第一槽壁区域542a、544a以第一角度成锥形，而每个内面542、544的第二槽壁区域542b、544b以第二角度成锥形，其中，相对于Z轴，第一角度大于第二角度。换言之，第一槽壁区域542a、544a的斜率量值大于第二槽壁区域542b、544b的斜率量值。

作为一个示例性实例，图3A和3B的光纤槽152以及图7A和7B的光纤槽552的实施方式包括在各自的开口160、560处的相等的通道宽度W_C以及在各自的光纤通道分界线155、555处的相等的通道宽度W_C，在这样的实施方式中，光纤槽152、552中的流体流在开口160、560处诱导相等的向上力并且在光纤通道分界线155、555处诱导相等的向上力。然而，由于限定光纤槽552的是多个槽壁区域542a、542b、544a、544b及其斜率，其中，离光纤通道分界线555更近的壁区域(例如第二槽壁区域542b、544b)具有更小的斜率，因此，相对于光纤槽152，在开口560与光纤通道分界线555之间的光纤槽552中的所有位置处，流体流诱导更大的向上力，并且因此，裸光纤14穿过流体槽552以机械接触或进入流体槽554所需的功的量增加。功的量增加是与光纤槽552相关的凸形力曲线相对于光纤槽152的纯线性力曲线的结果。此外，虽然描述了两个槽壁区域542a、542b、544a、544b，但是应理解，构想了任何数目的槽壁区域，其中每个依次更低(更深、更加径向向内)的壁区域包括更小的斜率量值。

现在参考图8A和8B，其描绘了流体轴承620，该流体轴承620被构造用于增加将裸光纤14从开口660移动到光纤通道分界线655所需的能量。具体地，图8A描绘了流体轴承620的局部侧视平面图，并且图8B描绘了流体轴承620的局部正视平面图，其显示了第一板630的外面643。流体轴承620包括光纤支承通道650，其包括光纤槽652和流体槽654，所述光纤槽652从第一板630的弓形外表面638和第二板632的弓形外表面639径向向内延伸到光纤通道分界线655，所述流体槽654位于光纤槽652的径向向内处。流体轴承620还包括设置在第一板630与第二板632之间的内部构件636，以在第一板630与第二板632之间提供间隙。如图8A所示，光纤槽652的通道宽度W_C在光纤槽652的整个深度上是恒定的。例如，光纤槽652的通道宽度W_C在开口660和光纤通道分界线655处相同。

另外，流体轴承620包括压力释放区域670，其包括多个释放通气口672，所述释放通气口672从光纤支承通道650的内面642、644中的一者或两者延伸通过外面(示出了单个外面643)。如图8B所示，多个释放通气口672在方位角上间隔开，以使得设置在流体轴承620中的裸光纤14的部分毗邻释放通气口672，并且裸光纤14的部分毗邻限定光纤槽652的内面642、644。在操作时，流动通过光纤槽652的其中的一些流体651可以通过流动通过释放通气口672而经第一板630和第二板632离开流体轴承620。在该实施方式中，仍发生光纤槽652中的间隙流动(例如，在裸光纤14与限定光纤槽652的内面642、644之间的流动)，以建立用于在光纤槽652中维持裸光纤14的向上力和中心力。

另外，图8B所示的释放通气口672包括可变的方位角宽度，因此，每个释放通气口672在顶部处(例如，更靠近弓形外表面638、639)更宽，且在底部处(例如，更靠近光纤通道分界线655)更窄。虽然不意欲受理论限制，但是包含可变方位角宽度并且所述可变方位角宽度在顶部处(例如，更靠近弓形外表面638、639)比在底部处(例如，更靠近光纤通道分界线655)更大的释放通气口672使得在开口660与光纤通道分界线655之间的光纤槽652中的所有位置处的流体流诱导的向上力大于包含恒定方位角宽度的释放通气口(例如，图4B的释放通气口272)所诱导的向上力，因此，裸光纤14在光纤槽652中向下行进以及机械接触或进入流体槽654所需的功的量有所增加。

作为一个示例性实例，流体轴承620可以包含约3英寸的半径以及具有恒定通道宽度W_C的光纤槽652。示例性流体轴承620包括多个释放通气口672，其通过板630、632从内面642、644延伸到外面(在图8B中示出了单个外面643)，所述释放通气口672在径向上为约0.030英寸高，在顶部处方位角上为0.006英寸宽，并且在底部处会聚成点。另外，内面642、644与外面之间的厚度为约0.3英寸，并且释放通气口672在方位角上以大致每隔4度间隔开。在该示例性实例中，当用200克的张力拉制裸光纤时，其将位于光纤槽652中并且在与释放通气口674的底部相同的垂直位置处，而当用10克的张力拉制裸光纤时，其将位于光纤槽652中并在与释放通气口674的顶部相同的垂直位置处。

现在参考图9A-9C，其描绘了流体轴承720，该流体轴承720被构造用于增加将裸光纤14从开口760移动到光纤通道分界线755所需的能量。图9A描绘了流体轴承720的局部侧视平面图；图9B描绘了流体轴承720的局部正视平面图，其示出了第一板730的外面743，并且图9C描绘了流体轴承720的局部顶视平面图。类似于图5A-5C的流体轴承320，流体轴承720包括光纤支承通道750，其具有光纤槽752和流体槽754，所述光纤槽752从第一板730的弓形外表面738和第二板732的弓形外表面739径向向内延伸到光纤通道分界线755，所述流体槽754位于光纤槽752的径向向内处。流体轴承720还包括设置在第一板730与第二板732之间的内部构件736，以在第一板730与第二板732之间提供间隙。如图9A所示，光纤槽752的通道宽度W_C在光纤槽752的整个深度上是恒定的。

此外，类似于图5A-5C的流体轴承320，流体轴承720包括压力释放区域770，其包括释放槽774，所述释放槽774在光纤通道分界线755与弓形外表面738、739之间的以方位角间隔的各位置处，并且延伸到板730、732的内面742、744中，从而提供不被裸光纤14阻碍的流体路径。然而，不同于图5A-5C的释放槽374，释放槽774包括多个释放槽区段774a、774b，每个相对于Z轴(例如，对应于光纤槽752中的深度的向上/向下径向轴线并且裸光纤14可以在光纤槽752中移动)以不同的角度成锥形。第一释放槽区段774a从弓形外表面738、739延伸到第二释放槽区段774b。第二释放槽区段774b从第一释放槽区段774a延伸到光纤通道分界线755。此外，第一释放槽区段774a以第一角度成锥形，而第二释放槽区段774b以第二角度成锥形，其中，相对于Z轴，第一角度大于第二角度。换言之，第一释放槽区段774a的斜率大于第二释放槽区段774b的斜率。

在操作时，由于对于施加到光纤槽752中的任何给定的流体压力，当流体751接触释放槽774时，流体751将从释放槽774流出并因此从流体轴承720流出，因此在光纤槽752中的更高位置处(例如，离光纤支承通道750的开口760更近的裸光纤14的位置)将具有更小的流体压力来支承裸光纤14。另外，由于释放槽774包括多个释放槽区段774a、774b，并且所述多个释放槽区段774a、774b在更靠近光纤通道分界线755处具有减小的斜率，因此，当相比于具有恒定斜率的尺寸近似的释放槽(例如图5A-5C的释放槽374)，通过弓形外表面738、739处的开口760与光纤通道分界线755之间的流体流所施加的向上力有所增加，并因此使得裸光纤14在向下方向上穿过光纤槽752以机械接触或进入流体槽754所需的功的量增加。此外，虽然描述了两个释放槽区段774a、774b，但是应理解，构想了任何数目的释放槽区段，其中每个依次定位得更低(更深)的释放槽区段包括减小的斜率(例如，依次更靠近光纤通道分界线755的释放槽区段)。

作为一个示例性实例，流体轴承720包含约3英寸的半径和具有恒定通道宽度W_C的光纤槽752，所述通道宽度W_C的尺寸被设置成当裸光纤14在光纤槽752中处于正中时，示例性裸光纤14与每个内面742、744之前的间隙为约0.0005英寸。示例性流体轴承720还包括延伸到板730、732的内面742、744中的多个释放槽774，并且所述释放槽774在径向上为约0.025英寸高，在方位角上为0.015英寸宽，在弓形外表面738、739处延伸到内面742、744中的深度(例如，最深的点)为约0.01英寸，并且在方位角上大致以每隔4度间隔开。另外，释放槽774的第一释放槽区段774a以2.6度的角度(相对于Z轴)从弓形外表面738、739径向向内延伸到0.1英寸的深度，并且第二释放槽区段774b以约0.6度的角度(相对于Z轴)从第一释放槽区段774a径向向内延伸到光纤通道分界线755。在该示例性实例中，将裸光纤从光纤槽752的开口760移动到光纤通道分界线755将需要比具有尺寸相似且倾斜角单一的释放槽(例如，图5A-5C的释放槽374)的流体槽多1.8倍的功。

现在参考图10A和10B，其描绘了流体轴承820，该流体轴承820被构造用于增加将裸光纤14从开口860移动到光纤通道分界线855所需的能量。图10A描绘了流体轴承820的局部侧视平面图，并且图10B描绘了流体轴承820的局部正视平面图，其显示了第一板830的外面843。类似于图6A和6B的流体轴承420，流体轴承820包括光纤支承通道850，其具有光纤槽852和流体槽854，所述光纤槽852从第一板830的弓形外表面838和第二板832的弓形外表面839径向向内延伸到光纤通道分界线855，所述流体槽854位于光纤槽852的径向向内处。流体轴承820还包括设置在第一板830与第二板832之间的内部构件836，以在第一板830与第二板832之间提供间隙。如图10A所示，光纤槽452的通道宽度W_C在光纤槽452的整个深度上是恒定的。

此外，类似于图6A和6B的流体轴承420，流体轴承820包括压力释放区域870，其包括在光纤支承通道850的光纤槽852的径向位置处的设置在第一板830的内面842和第二板832的内面844中的一个或多个多孔材料区域876，以允许流体851从光纤槽852逸出，通过板830、832而从内面842、844到外面843、845。此外，如图10A所示，多孔材料区域876在更靠近弓形外表面838、839的位置处更窄，而在更靠近光纤通道分界线855的部分处更宽，因此使得有更多流体851通过在更靠近光纤槽852的开口860的位置处的多孔材料区域876离开光纤槽852(例如，当裸光纤14位于光纤槽852中的更高处时)，并且使得有更少的流体851通过在更靠近光纤槽852的光纤通道分界线855的位置处的多孔材料区域876离开光纤槽852(例如，当裸光纤14位于光纤槽852中的更低(更深)处时)。因此，当裸光纤14位于光纤槽852中的更低处时，流体流将诱导更大的向上力，并因此使得裸光纤14向下行进及机械接触或进入流体槽854所需的功的量增加。

如图10A所示，由于板830、832的倾斜的外表面843、845，多孔材料区域876在弓形外表面838、839附近较窄，然而，还构想了实现宽度可变的多孔材料区域876的其他构造。例如，在具有平坦外面843、845的一个实施方式中，在光纤通道分界线855附近，多孔材料区域876的多孔材料可以从内面842、844延伸到外面843、845，但是在离弓形外表面838、839较近的位置处，其不延伸到外面843、845，使得在多孔材料区域876与靠近弓形外表面838、839的外面843、845之间设置有增加的开口空间。替代性地，多孔材料区域876的孔隙率可以随着光纤槽852中的深度而变化。在一个实施方式中，多孔材料区域876的孔隙率随着光纤槽852中的深度增加而减小，使得孔隙率较大的区域位于开口860附近而孔隙率较低的区域位于光纤通道分界线855附近。

现在参考图11A，其描绘了流体轴承920的局部侧视平面图，该流体轴承920被构造用于增加将裸光纤14从开口960移动到光纤通道分界线955所需的能量。流体轴承920还包括设置在第一板930与第二板932之间的内部构件936，以在第一板930与第二板932之间提供间隙。在图11A中，流体轴承920包括压力释放区域970，其包括一个或多个多孔材料区域976，所述多孔材料区域976延伸到板930、932的内面942、944中，延伸到板930、932的弓形外表面938、939，但是不延伸通过板930、932，使得穿过多孔材料区域976的流体951通过弓形外表面938、939离开而不是通过板930、932的外面离开。进一步地，多孔材料区域976穿透到内面942、944中的深度在更靠近光纤通道分界线955的位置处减小，使得随着裸光纤14移动到光纤槽952中的更低(更深)位置，通过多孔材料区域976的流体路径受到限制。随着裸光纤14接近光纤通道分界线955，该限制减少了流体流动通过多孔材料区域976，使得间隙流增加并由此增加了施加于裸光纤的向上力，因此裸光纤14移动到光纤槽952中更深处并机械接触或进入流体槽954所需的功的量增加。

现在参考图11B，其描绘了流体轴承1020的局部侧视平面图，该流体轴承1020被构造用于增加将裸光纤14从开口1060移动到光纤通道分界线1055所需的能量。流体轴承1020还包括设置在第一板1030与第二板1032之间的内部构件1036，以在第一板1030与第二板1032之间提供间隙。在图11B中，流体轴承1020包括压力释放区域1070，其包括多个多孔材料区域1076a、1076b、1076c，所述多个多孔材料区域1076a、1076b、1076c延伸到板1030、1032的内面1042、1044中，到达板1030、1032的外面(未示出)，使得穿过多孔材料区域1076a、1076b、1076c的流体通过板1030、1032的外面离开。

进一步地，多孔材料区域1076a、1076b、1076c具有不同的密度，使得更靠近光纤通道分界线1055的多孔材料区域具有密度更高(孔隙率更低)的多孔材料，而更靠近板1030、1032的弓形外表面1038、1039的多孔材料区域具有密度更低(孔隙率更高)的多孔材料。例如，第二多孔材料区域1076b(位于第一多孔材料区域1076a与第三多孔材料区域1076c之间)包括比第一多孔材料区域1076a(其位于第二多孔材料区域1076b的上方)更高的密度以及比第三多孔材料区域1076c(其位于第二多孔材料区域1076b的下方)更低的密度。虽然不意欲受理论限制，但是随着裸光纤14接近光纤通道分界线1055，增大更靠近光纤通道分界线1055的多孔材料区域1076a、1076b、1076c的密度(减小孔隙率)减少了流体1051流动通过多孔材料区域1076a、1076b、1076c，使得间隙流增加并由此增加了施加于裸光纤的向上力，因此裸光纤14移动到光纤槽1052中更深处并机械接触或进入流体槽1054所需的功的量增加。

现在参考图13A-14，其描绘了被构造用于降低裸光纤进入或机械接触流体槽的可能性的流体轴承的另外的实施方式。特别地，图13A-14的流体轴承包括设置在光纤通道分界线处或附近的一个或多个移位禁止特征，其限定了发生施加于裸光纤的向上力急剧增加的光纤支承通道中的位置。向上力的急剧增加起到防止或限制裸光纤机械接触和/或进入光纤支承通道的流体槽的作用。

现在参考图13A和13B，其示出了包括一个或多个移位禁止特征1180的流体轴承1120。具体地，图13A描绘了流体轴承1120的局部侧视平面图，并且图13B描绘了流体轴承1120的局部正视平面图，其示出了第一板1130的外面1143。类似于图3A和3B的流体轴承120，流体轴承1120包括光纤支承通道1150，其具有光纤槽1152和流体槽1154，所述光纤槽1152从第一板1130的弓形外表面1138和第二板1132的弓形外表面1139处的开口1160径向向内延伸到光纤通道分界线1155，所述流体槽1154位于光纤槽1152的径向向内处。流体轴承1120还包括设置在第一板1130与第二板1132之间的内部构件1136，以在第一板1130的内面1142与第二板1132的内面1144之间提供间隙。在内面1142、1144之间的光纤槽1152的通道宽度W_C在光纤槽1152的整个深度上是可变的，并且随着裸光纤14接近光纤通道分界线1155而减小。

此外，如图13A和13B所示，所述一个或多个移位禁止特征1180包括多个分界孔1182，其位于光纤支承通道1150的光纤通道分界线1155处或附近[例如，定位成使得光纤通道分界线1155穿过每个分界孔1182或使得分界孔1182定位成在流体槽1154或光纤槽1152中(例如，在流体槽1154的较浅区域或光纤槽1152的较深区域中)远离光纤通道分界线]。在各个实施方式中，分界孔1182被定位成使得光纤通道分界线1155与每个分界孔1182的底部、中心或顶部相切；或者分界孔1182位于光纤通道分界线1155的上方或下方，例如在光纤通道分界线1155上方或下方的最多至50个光纤直径的位置处，或者在光纤通道分界线1155上方或下方的最多至25个光纤直径的位置，或者在光纤通道分界线1155上方或下方的最多至10个光纤直径的位置，或者在光纤通道分界线1155上方或下方的1-100个光纤直径的位置，或者在光纤通道分界线1155上方或下方的1-50个光纤直径的位置，或者在光纤通道分界线1155上方或下方的1-25个光纤直径的位置，或者在光纤通道分界线1155上方或下方的1-10个光纤直径的位置。在操作时，分界孔1182提供了在流体1151到达光纤槽1152之前，供流体1151离开光纤支承通道1150的路径，并且因此，在流体槽1154中的流体流量(更具体地，在分界孔1182下方的流体流量)可以显著高于在光纤槽1152中的流体流量(更具体地，在分界孔1182上方的流体流量)。因此，当裸光纤14移位到到达分界孔1182的光纤支承通道1150中的深度时，裸光纤14接触以增加的流动速率流动的流体1151，该流体1151在裸光纤14上施加增加的向上力，并因此使裸光纤14移动过分界孔1182而到光纤支承通道1150中的更深处或者机械接触或进入流体槽1154所需的功的量增加。虽然图13A、13B示出的包含分界孔1182的流体轴承1120的实施方式包含锥形光纤槽1152，但应理解，在本文所述的任何一个流体轴承实施方式中可以包括分界孔1182。

作为一个示例性实例，一种示例性流体轴承1120具有3英寸的半径，分界孔1182各自包含0.006英寸的直径和0.04英寸的深度(例如，延伸通过板1130、1132，所述板1130、1132各自的厚度为约0.04英寸，它们在方位角上以每隔2度间隔开)，施加在刚好在分界孔1182上方的光纤槽1152中的裸光纤14的向上力为约200克。然而，一旦裸光纤14在分界孔1182下方通过，则施加于裸光纤14的向上力将加倍到400克，并且在流体槽1154中的任何深度处将维持在400克(这是因为流体槽1154具有恒定宽度)。因此，应理解，包含分界孔1182意味着裸光纤14移位到分界孔1182下方的位置所需的功的量急剧增加。分界孔1182禁止了裸光纤14移位而机械接触或进入流体槽1154。

现在参考图14，其示出了包括一个或多个光纤通道分界特征1280的流体轴承1220的局部侧视平面图。类似于图3A和3B的流体轴承120，流体轴承1220包括光纤支承通道1250，其具有光纤槽1252和流体槽1254，所述光纤槽1252从第一板1230的弓形外表面1238和第二板1232的弓形外表面1239处的开口1260径向向内延伸到光纤通道分界线1255，所述流体槽1254位于光纤槽1252的径向向内处(例如下方)。流体轴承1220还包括设置在第一板1230与第二板1232之间的内部构件1236，以在第一板1230的内面1242与第二板1232的内面1244之间提供间隙。此外，光纤槽1252的通道宽度W_C在光纤槽1252的整个深度上是可变的，并且随着裸光纤14接近光纤通道分界线1255而减小。在不同的实施方式中，光纤槽1252的深度大于0.25英寸，或大于0.40英寸，或大于0.55英寸，或大于0.70英寸，或大于0.85英寸，或在0.25英寸至1.25英寸的范围内，或在0.35英寸至1.05英寸的范围内，或在0.45英寸至0.90英寸的范围内，或在0.55英寸至0.85英寸的范围内，或在0.60英寸至0.80英寸的范围内，或为约0.65英寸、或为约0.75英寸。

此外，如图14所示，所述一个或多个移位禁止特征1280包括多个收聚区域1284，其位于光纤支承通道1250的光纤通道分界线1255处或附近。收聚区域1284是在光纤通道分界线1255处的板1230、1232的内面1242、1244的部分，相比于限定光纤槽1252的内面1242、1244的部分，其相对于Z轴(例如，裸光纤14对应于裸光纤14在光纤槽1152中移位的深度或方向的向上/向下径向轴线)以更大的角度成锥形。换言之，限定光纤槽1252的内面1242、1244的部分的斜率量值小于收聚区域1284的斜率量值，结果光纤支承通道1250变窄，并且可用于流体1251流动的区域的宽度收缩。

在操作时，由于收聚区域1284使光纤支承通道1250变窄，因此，当裸光纤14在光纤支承通道1250中的移位深度达到收聚区域1284时，用于支承(悬浮)裸光纤14的流体1251的流动的向上力增加。例如，如果限定光纤槽1252的内面1242、1244的部分相对于Z轴的角度为0.6度，并且收聚区域1284相对于Z轴的角度为2度，则当裸光纤14到达收聚区域1284时，裸光纤14与内壁1242、1244之间的间隙减少二分之一，并且裸光纤14上的向上力将加倍。因此，应理解，包含收聚区域1284意味着裸光纤14机械接触或进入流体槽1254需的功的量增加。

在本文所述的光纤通道构造的替代性实施方式中，应理解，光纤槽任选地包括在光纤槽开口的入口处的平行垂直内壁。虽然在附图中未明确例示，但是本文公开的光纤槽的任何一个实施方式包括在外部径向位置处的一对平行内壁。在某些实施方式中，光纤槽包括一个或多个锥形内壁和一个或多个垂直内壁的组合。例如，图15描绘了具有图3A所示类型的成角度构造，并且在光纤进入到光纤槽中的点附近的外部径向位置处包含一对平行垂直内壁的光纤槽。具有开口1360的光纤支承通道1350包括流体槽1354和光纤槽1352。光纤槽1352包括以角度α成锥形的内壁1344以及垂直内壁1346，它们各自具有相对的内壁，如图15所示。光纤14会留在平行的垂直内壁处于极低拉制张力下的光纤槽的部分中，并且与光纤的向下(径向向内)运动相反的流体力将不根据在平行的垂直内壁之间的光纤槽中的深度而改变。然而，光纤在向下(向内径向)方向上在具有垂直内壁的光纤槽的部分中移动是需要功的。由垂直内壁1346及其相对的对应垂直内壁限定的平行部分的代表性深度是0.55”。由内壁1344及其相对的对应内壁限定的锥形部分的代表性深度是0.20″。从开口1360到光纤支承通道分界线1355的代表性深度是0.75″。

此外，构想了其他流体轴承实施方式以抑制裸光纤的向下移位或限制裸光纤机械接触和/或进入光纤支承通道的流体槽。例如，对于任何施加的向下力，增加流体通过液体轴承的流动速率(例如，增加引入到流体槽或光纤支承通道中的流体流量)会增加裸光纤的平衡高度，因此增加了裸光纤在光纤支承通道中向下移动或者机械接触或进入流体槽所需的功的量。此外，增加光纤支承通道的光纤槽深度将降低裸光纤机械接触和/或进入光纤支承通道的流体槽的可能性。

因此，本文所述的流体轴承能够实现许多功能，包括提供用于光纤生产的非垂直路径。就此，流体轴承可与本文之前讨论的运输光纤的方法以任意组合来使用。此外，应理解，可在光纤生产期间的任何阶段使用本文讨论和例示的流体轴承的实施方式。通过能够在涂层施涂器之前具有非垂直路径，流体轴承和包含这些流体轴承的光纤生产系统具有设计灵活性，这是因为在光纤生产系统中可容易地操纵和互换各部件，同时提供了利用的空间比常规拉制塔更小的系统。进一步地，使用本文所述的流体轴承构造，可将裸光纤维持在光纤支承通道的光纤槽中，所述光纤槽被构造成且尺寸被设置成容纳裸光纤并且可以防止裸光纤机械接触和/或进入光纤支承通道的流体槽。因此，本文所述的包含流体轴承的光纤生产系统以及生产光纤的方法相比于常规系统和方法提供了许多优点。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这样的范围时，另一个实施方式包括自所述一个具体数值始和/或至所述另一具体数值止。类似地，当用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解具体数值构成了另一个实施方式。还应理解，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。

本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底——仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。

除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。

除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (26)

1.一种用于生产光纤的流体轴承，所述轴承包括：

光纤路径，光纤沿着所述光纤路径，通过拉制张力被拉制通过流体轴承；所述流体轴承包括设置在第一板与第二板之间的光纤支承通道；第一板具有第一内面，与第一内面相邻的第二内面，以及第一外表面；第二板具有第三内面，与第三内面相邻的第四内面，以及第二外表面；第一内面、第二内面、第三内面和第四内面面向光纤支承通道；光纤支承通道具有开口；在第一板与第二板之间，光纤支承通道在深度方向上远离开口延伸；第一内面和第三内面相对于在深度方向上延伸的轴线具有第一斜率量值；第二内面和第四内面相对于在深度方向上延伸的轴线具有第二斜率量值，第一斜率量值与第二斜率量值不相同；光纤通过开口进入光纤支承通道；和

流体路径，流体沿着所述流体路径被引导，并且当沿着光纤路径在光纤支承通道中拉制光纤通过流体轴承时，流体具有针对光纤的力；流体的力与拉制张力相反并且将光纤支承通道中的光纤稳定在光纤不接触第一板或第二板的位置处。

2.如权利要求1所述的流体轴承，其中，第一内面、第二内面、第三内面和第四内面是线性区段。

3.如权利要求1所述的流体轴承，其中，第一内面与第一外表面相邻且第三内面与第二外表面相邻，并且其中，第一斜率量值小于第二斜率量值。

4.如权利要求1所述的流体轴承，其中，第一斜率量值由相对于在深度方向上延伸的轴线的第一角度限定，所述第一角度大于0°。

5.如权利要求4所述的流体轴承，其中，第一角度大于0.1°。

6.如权利要求4所述的流体轴承，其中，第一角度大于0.3°。

7.如权利要求4所述的流体轴承，其中，第一角度在0.1°-9°的范围内。

8.如权利要求4所述的流体轴承，其中，第二斜率量值由相对于在深度方向上延伸的轴线的第二角度限定，所述第二角度大于0°。

9.如权利要求8所述的流体轴承，其中，第一角度大于0.2°且第二角度大于0.1°。

10.如权利要求8所述的流体轴承，其中，第一角度在0.1°-9°的范围内且第二角度在0.3°-7°的范围内。

11.如权利要求8所述的流体轴承，其中，第一角度比第二角度大至少0.3°。

12.一种用于生产光纤的流体轴承，所述轴承包括：

光纤路径，光纤沿着所述光纤路径，通过拉制张力被拉制通过流体轴承；所述流体轴承包括设置在第一板与第二板之间的光纤支承通道；第一板具有第一内面和第一外面；第二板具有第二内面和第二外面；第一内面和第二内面面向光纤支承通道；光纤支承通道具有开口；在第一板与第二板之间，光纤支承通道在深度方向上远离开口延伸；光纤通过开口进入光纤支承通道；和

流体路径，流体沿着所述流体路径被引导，并且当沿着光纤路径在光纤支承通道中拉制光纤通过流体轴承时，流体具有针对光纤的力；流体的力与拉制张力相反并且将光纤支承通道中的光纤稳定在光纤不接触第一板或第二板的位置处；流体的力通过力曲线来描述，所述力曲线描述了流体的力对光纤在光纤支承通道中的深度的依赖性；光纤支承通道具有使力曲线为凸形的构造。

13.如权利要求12所述的流体轴承，其中，第一内面包括第一多个开口，并且第二内面包括第二多个开口，第一多个开口中的每个开口从第一内面延伸向第一外面，并且第二多个开口中的每个开口从第二内面延伸向第二外面。

14.如权利要求13所述的流体轴承，其中第一多个开口中的每个开口通过第一板而从第一内面延伸到第一外面，并且第二多个开口中的每个开口通过第二板而从第二内面延伸到第二外面。

15.如权利要求13所述的流体轴承，其中，第一多个开口中的每个开口在第一内面中具有第一非恒定宽度，并且第二多个开口中的每个开口在第二内面中具有第二非恒定宽度，第一非恒定宽度和第二非恒定宽度在深度方向上减小。

16.如权利要求13所述的流体轴承，其中第一多个开口中的每个开口具有从第一内面向第一外面的第一延伸方向，并且第二多个开口中的每个开口具有从第二内面向第二外面的第二延伸方向，第一延伸方向垂直于深度方向，并且第二延伸方向垂直于深度方向。

17.如权利要求16所述的流体轴承，其中，第一多个开口中的每个开口在第一延伸方向上具有第一非恒定长度，并且第二多个开口中的每个开口在第二延伸方向上具有第二非恒定长度，第一非恒定长度和第二非恒定长度在深度方向上减小。

18.如权利要求17所述的流体轴承，其中，第一非恒定长度和第二非恒定长度在深度方向上非线性变化。

19.如权利要求12所述的流体轴承，其中，第一内面包括第一多孔材料并且第二内面包括第二多孔材料，第一多孔材料从第一内面延伸向第一外面，并且第二多孔材料从第二内面延伸向第二外面。

20.如权利要求19所述的流体轴承，其中，第一多孔材料通过第一板从第一内面延伸到第一外面，并且第二多孔材料通过第二板从第二内面延伸到第二外面。

21.如权利要求19所述的流体轴承，其中第一多孔材料具有从第一内面向第一外面的第一延伸方向，并且第二多孔材料具有从第二内面向第二外面的第二延伸方向，第一延伸方向垂直于深度方向，并且第二延伸方向垂直于深度方向。

22.一种用于生产光纤的方法，所述方法包括：

沿着第一路径将裸光纤引导至流体轴承；所述流体轴承包括第一板、第二板以及设置在第一板与第二板之间的光纤支承通道；第一板具有第一内面，与第一内面相邻的第二内面，以及与第一内面相邻的第一外表面；第二板具有第三内面，与第三内面相邻的第四内面，以及与第三内面相邻的第二外表面；第一内面、第二内面、第三内面和第四内面面向光纤支承通道；光纤支承通道具有开口；光纤支承通道在深度方向上远离开口延伸；第一内面和第三内面相对于在深度方向上延伸的轴线具有第一斜率量值；第二内面和第四内面相对于在深度方向上延伸的轴线具有第二斜率量值，第一斜率量值与第二斜率量值不相同；裸光纤通过开口进入光纤支承通道；和

使流体通过光纤支承通道流向光纤支承通道的开口，流体接触裸光纤并且在裸光纤上提供向上力，所述向上力由描述在光纤支承通道中的裸光纤的深度方向上的向上力依赖性的力曲线来限定。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述引导包括：由光纤预制件拉制裸光纤。

24.如权利要求22所述的方法，其中，所述引导包括：沿着第一路径以大于50m/s的速度传送裸光纤。

25.如权利要求22所述的方法，其中，所述引导包括：向裸光纤施加张力。

26.如权利要求22所述的方法，其中，流体轴承将裸光纤从第一路径重新引导到第二路径。

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