KR20230157949A

KR20230157949A - 광섬유 케이블 및 이를 이용하여 초 고출력을 분배하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20230157949A
Application number: KR1020237028516A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 맥케나; 제럴드 리언 주니어 월리스
Original assignee: 매클리언, 엘엘씨
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2022-01-22
Publication date: 2023-11-17
Also published as: MX2024006832A; US11656420B2; WO2022159782A1; US20220236490A1; US20220234937A1; MX2023008624A; US20220236509A1; CA3206100A1; JP2024505007A; US11774695B2; AU2022210766A1; US20220234938A1; EP4281704A1; US12117663B2

Abstract

실시예는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장하는 길이, 중앙 냉각 튜브, 냉각 튜브 주위에 반경방향으로 배치된 복수의 광섬유로서, 각각의 광섬유는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위에 배치된 클래딩을 포함하는, 복수의 광섬유, 외부 보호 커버, 및 외부 보호 커버와 중앙 냉각 튜브 사이에 배치되고 각각의 광섬유를 둘러싸는 내부 열 필러를 포함하고, 중앙 냉각 튜브, 외부 보호 커버, 내부 열 필러, 및 복수의 광섬유의 각각은 케이블의 길이만큼 연장하는 광섬유 케이블을 포함한다. 개별 광섬유로부터 결함을 제거하고 광섬유 케이블을 사용하여 장거리를 가로질러 전력을 분배하기 위한 다양한 시스템 및 방법이 또한 제공된다.

Description

광섬유 케이블 및 이를 이용하여 초 고출력을 분배하는 방법 및 시스템

본 개시내용은 일반적으로 광섬유에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 광섬유 케이블, 광섬유 케이블을 사용하여 또는 다른 방식으로 상기 케이블을 사용하여 전력을 분배하기 위한 시스템, 및 이러한 케이블에 포함된 광섬유를 정제(refining)하기 위한 기술에 관한 것이다.

광섬유 케이블은 전원으로부터 원격 종단점(endpoint)으로 전력을 전송하는 데 사용될 수 있다. 용어 "광섬유를 통한 전력 전송(Power over Fiber)"은 통상적으로 전원에 의해 발생된 전력이 레이저 소스를 사용하여 광출력으로 변환되고, 이는 이어서 광출력을 다시 전력으로 변환하여 전기 부하에 전력을 공급하는 광검출기로 광섬유 케이블을 통해 수송되는 시스템을 칭한다. 예로서, 통상적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템은 레이저 다이오드, 실리카 섬유로 제조된 다중모드 광섬유, 광전지 또는 갈륨 비소(GaAs), 인듐 포스파이드(InP) 또는 인듐 갈륨 비소(InGaAs)와 같은 재료로 구성된 다른 반도체 디바이스를 포함한다.

광섬유를 통한 전력 전송 시스템은, 예를 들어 전기 간섭, 번개로 인한 서비스 중단, 및 전기 스파크에 의해 점화된 폭발의 위험이 거의 내지 전혀 없는 것을 포함하는 통상적인 전력 시스템에 비해 여러 장점을 제공한다. 게다가, 광섬유 케이블은 상당히 더 높은 전력 밀도를 갖고, 더 높은 온도를 견딜 수 있으며, 전기 케이블보다 훨씬 더 경량이다. 더욱이, 전기 와이어와 달리, 동일한 광섬유가, 예를 들어 상이한 파장 또는 채널을 사용하여, 광출력을 일 방향으로 전송하고 데이터를 다른 방향으로 다시 송신하는 데 사용될 수도 있다.

그러나, 실리카계 섬유를 이용하는 종래의 광섬유를 통한 전력 전송 시스템은 전송 및 분배 손실, 전송단(즉, 광학 대 전기)과 수신단(즉, 광학 대 전기)의 모두에서의 변환 효율성, 수송 매체 자체의 많은 양의 감쇠의 문제를 겪고, 따라서 이러한 시스템의 더 넓은 적용성을 제한한다. 예를 들어, 장거리(예를 들어, 상공 800 킬로미터(km) 또는 해저 50 km)를 가로지르는 고전력의 전송은 통상적으로 실리카계 섬유 대신에, 구리 또는 알루미늄 케이블을 사용하는 고전압 직류(HVDC) 전력 전송 시스템(또한 전력 또는 전기 초고속도로라고도 알려져 있음)을 사용하여 달성된다. 그럼에도, 교류(AC)로부터 HVDC로의 변환 효율은 60% 만큼 낮을 수도 있고, 몇몇 기존의 해저 시스템은 65% 이상의 총 전력 손실을 경험한다.

다른 알려진 유형의 섬유는, 다르게는 "ZBLAN" 섬유라고도 알려져 있는 지르코늄 플루오라이드-바륨 플루오라이드-란타늄 플루오라이드-알루미늄 플루오라이드-나트륨 플루오라이드(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF)이다. ZBLAN은 표준 실리카보다 우수한 적외선 투과율 및 상당히 더 낮은 손실 프로파일을 갖는 플루오라이드 유리의 유형이다. 예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 1550 나노미터(nm)에서, 표준 실리카 섬유는 대략 0.25 dB/km의 최소 손실을 갖고, 반면, ZBLAN 섬유는 대략 0.0001dB/km의 이론적 손실 한계를 갖는데, 이는 수천배 정도 더 낮은 크기이다. 그러나, ZBLAN은 종종 제조 프로세스 중에 형성되는 바람직하지 않은 불순물 또는 결정자를 포함하고 재료의 투과율을 방해할 수 있기 때문에 이러한 손실 한계가 달성되기 어렵다.

더 구체적으로, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, ZBLAN은 ZBLAN 섬유가 고체 유리로부터 액체 또는 점성 상태로 전이하는 온도(즉, 유리 전이 온도(T_g))와 결정화가 발생하는 온도(즉, 결정화 온도(T_x)) 사이의 비교적 작은 온도차를 갖는다. 이는 ZBLAN에 좁은 작동 범위를 제공하고, 따라서 인발 프로세스 중에 결정자가 비교적 쉽게 형성될 수 있게 한다. 미세 중력 조건에 있을 때 대류 프로세스의 감소로 인해, 단위 중력(즉, 지구)이 아닌, 무중력 또는 미세 중력(즉, 우주 공간)에서 ZBLAN을 성장시킴으로써 결정자가 억제되거나 감소될 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 미세 중력 조건에서 ZBLAN을 제조하기 위한 종래의 기술은, 예를 들어 이들이 우주 여행 또는 지구 상의 오래된 광산 샤프트의 사용을 필요로 하기 때문에, 극도로 비용이 많이 들고, 시간 소모적이며, 그리고/또는 대규모로 구현하기 어렵다.

이에 따라, 상당히 낮은 손실로 장거리를 가로질러 초 고전력을 효율적으로 수송하는 것이 가능한 광섬유 케이블 및 전체 광섬유를 통한 전력 전송 시스템에 대한 요구가 여전히 관련 기술 분야에 존재한다.

본 발명은 (1) 실질적으로 낮은 손실로 장거리에 걸쳐 초 고출력 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능한 복수의 개별 ZBLAN 섬유를 포함하는 광섬유 케이블; (2) 지구 상에 생성된 미세 중력 환경에서 섬유를 어닐링하는 것을 포함하는 상기 광섬유로부터 결함을 제거하기 위한 기술; 및 (3) 광섬유 케이블, 광섬유 케이블의 제1 단부에 결합된 초 고전력 레이저 소스, 및 광섬유 케이블의 제2 단부에 결합된 포토다이오드 검출기를 포함하는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템을 제공하도록 구성된 시스템, 방법 및 장치를 통해 전술된 문제 및 다른 문제를 해결하도록 의도된다.

일 예시적인 실시예는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이 내의 결함을 제거하기 위한 시스템을 제공하고, 시스템은: 챔버 내에 배치된 광섬유의 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하도록 구성된 가열 챔버를 포함하는 어닐링 유닛으로서, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 어닐링 유닛; 및 자유 낙하 운동을 사용하여 어닐링 유닛을 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이동시키도록 구성된 챔버로서, 가열 챔버는 상기 자유 낙하 운동의 제1 시간 기간 동안 광섬유의 세그먼트의 제1 온도를 유지하도록 추가로 구성되는, 챔버를 포함하고, 제2 시간 기간 동안, 어닐링 유닛은 광섬유의 세그먼트를 섬유와 연관된 임계 냉각 레이트의 제2 온도로 냉각하도록 구성되고, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x) 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과이고, 제2 시간 기간이 종료된 후, 어닐링 유닛은 광섬유의 후속 세그먼트를 가열 챔버 내로 전이하도록 추가로 구성되고, 하우징은 어닐링 유닛을 더 낮은 높이로부터 상승된 높이로 이동시키도록 추가로 구성된다.

다른 예시적인 실시예는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 방법을 제공하고, 광섬유는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템의 어닐링 유닛 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 방법은: (a) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛의 가열 챔버 내에 광섬유의 주어진 세그먼트를 위치설정하는 단계; (b) 가열 챔버 및 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하는 단계로서, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 가열 단계; (c) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛을 자유 낙하 운동을 사용하여 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이동시키는 단계; (d) 상기 자유 낙하 운동 중에, 가열 챔버 및 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 제1 시간 기간 동안 제1 온도에서 유지하는 단계; (e) 제2 시간 기간 동안, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 섬유의 임계 냉각 레이트에서 제2 온도로 냉각하는 단계로서, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x) 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과인, 냉각 단계; (f) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 제2 시간 기간 후에 어닐링 유닛을 더 낮은 높이로부터 상승된 높이로 이동시키는 단계; 및 (g) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 광섬유의 전체 길이가 처리될 때까지 광섬유의 각각의 후속 세그먼트에 대해 단계 (a) 내지 (f)를 반복하는 단계를 포함한다.

또 다른 예시적인 실시예는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이 내의 결함을 감소시키기 위한 시스템을 제공하고, 시스템은: 가열 요소 및 가열 요소에 인접하여 광섬유의 주어진 세그먼트를 선택적으로 고정하도록 구성된 클램핑 시스템을 포함하는 어닐링 유닛으로서, 가열 요소는 주어진 세그먼트를 제1 온도로 선택적으로 가열하도록 구성되고, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 어닐링 유닛; 및 어닐링 유닛을 수용하고 어닐링 유닛과 그 내에 고정된 광섬유의 주어진 세그먼트를 제1 가속도로 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키고, 어닐링 유닛과 주어진 세그먼트를 제1 가속도보다 낮은 제2 가속도로 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키도록 구성된 가속 챔버를 포함하고, 상기 제1 가속 동안, 광섬유의 주어진 세그먼트는 제1 시간 기간 동안 가열 요소에 의해 제1 온도로 가열되고, 제2 시간 기간 동안, 주어진 세그먼트는 섬유와 연관된 임계 냉각 레이트로 제2 온도로 냉각되고, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과이고, 상기 제2 시간 기간 후에, 클램핑 시스템은 광섬유의 주어진 세그먼트를 해제하고 가열 요소에 인접하여 광섬유의 후속 세그먼트를 고정하도록 구성된다.

다른 예시적인 실시예는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 방법을 제공하고, 광섬유는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템의 어닐링 유닛 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 방법은: (a) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛의 가열 요소에 인접하여 광섬유의 주어진 세그먼트를 고정하는 단계; (b) 하나 이상의 프로세서 및 가열 요소를 사용하여, 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하는 단계로서, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 가열 단계; (c) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛을 제1 가속도로 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 단계; (d) 상기 가속 동안, 하나 이상의 프로세서 및 가열 요소를 사용하여, 제1 시간 기간 동안 주어진 세그먼트의 제1 온도를 유지하는 단계; (e) 제2 시간 기간 동안, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 섬유의 임계 냉각 레이트에서 제2 온도로 냉각하는 단계로서, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과인, 냉각 단계; (f) 상기 제2 시간 기간 후에, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 섬유의 주어진 세그먼트를 해제하는 단계; (g) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛을 제2 가속도로 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키는 단계로서, 제2 가속도는 제1 가속도보다 느린, 이동 단계; 및 (h) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 광섬유의 전체 길이가 처리될 때까지 광섬유의 각각의 후속 세그먼트에 대해 단계 (a) 내지 (g)를 반복하는 단계를 포함한다.

또 다른 예시적인 실시예는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템이며, 고출력 레이저 에너지를 방출하도록 구성된 레이저 소스; 검출된 광을 전기 에너지로 변환하도록 구성된 광검출기; 및 광섬유 케이블을 포함하고, 광섬유 케이블은: 레이저 소스에 결합된 제1 단부, 광검출기에 결합된 대향 제2 단부, 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장하는 길이, 및 복수의 광섬유로서, 각각의 광섬유는 케이블의 길이만큼 연장되고, 섬유를 둘러싸는 열 필러를 갖는, 복수의 광섬유를 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템을 제공한다.

다른 예시적인 실시예는 레이저 소스를 갖는 전송 유닛, 광검출기를 갖는 수신 유닛, 및 상기 유닛들 사이에 결합되고 광섬유 케이블의 길이만큼 각각 연장하는 복수의 광섬유를 포함하는 광섬유 케이블을 포함하는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템에서 전력 전달을 관리하는 방법을 제공하고, 방법은: 광섬유 케이블에 포함된 소정 수의 광섬유를 사용하여 전송 유닛으로부터 수신 유닛으로 고출력 레이저 에너지를 전송하는 단계; 프로세서에서, 수신 유닛에 결합된 전기 부하의 전력 요구에 관한 정보를 포함하는 데이터 신호를 수신하는 단계로서, 데이터 신호는 광섬유 케이블을 사용하여 수신 유닛으로부터 전송 유닛으로 전송되는, 데이터 신호 수신 단계; 및 프로세서를 사용하여, 전기 부하의 전력 요구에 기초하여 레이저 에너지를 전송하는 데 사용되는 광섬유의 수를 조정함으로써 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

또 다른 예시적인 실시예는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장하는 길이, 중앙 냉각 튜브, 냉각 튜브 주위에 반경방향으로 배치된 복수의 광섬유로서, 각각의 광섬유는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위에 배치된 클래딩을 포함하는, 복수의 광섬유, 외부 보호 커버, 및 외부 보호 커버와 중앙 냉각 튜브 사이에 배치되고 각각의 광섬유를 둘러싸는 내부 열 필러를 포함하고, 중앙 냉각 튜브, 외부 보호 커버, 내부 열 필러, 및 복수의 광섬유의 각각은 케이블의 길이만큼 연장하는 광섬유 케이블을 제공한다.

이해될 수 있는 바와 같이, 본 개시내용은 첨부된 청구범위에 의해 정의된다. 설명은 실시예의 양태를 요약하고 청구범위를 한정하는 데 사용되어서는 안 된다. 이하의 도면 및 상세한 설명의 검토시에 통상의 기술자에게 명백해질 바와 같이, 본 명세서에 설명된 기술에 따라 다른 구현이 고려되며, 이러한 구현은 본 출원의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

본 발명의 더 양호한 이해를 위해, 아래에 식별된 도면에 도시되어 있는 실시예가 참조될 수도 있다. 도면의 구성요소는 반드시 실제 축척대로 도시되어 있는 것은 아니고 관련 요소는 생략될 수도 있거나, 몇몇 경우에 본 명세서에 설명된 신규 특징을 강조하고 명확하게 예시하기 위해 비율이 과장될 수도 있다. 게다가, 시스템 구성요소는 관련 기술 분야에 알려진 바와 같이, 다양하게 배열될 수 있다. 또한, 도면에서, 동일한 참조 번호는 여러 도면 전체에 걸쳐 대응 부분을 나타낸다.
도 1은 실리카 및 ZBLAN에 대한 알려진 예측 손실 프로파일을 도시하고 있는 그래프이다.
도 2는 ZBLAN에 대한 결정화 및 유리 전이 온도를 나타내기 위한 알려진 시차 주사 열량계(DSC) 결과를 도시하고 있는 그래프이다.
도 3은 특정 실시예에 따른, 도 3의 광섬유 케이블을 포함하는 예시적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템을 도시하고 있는 기능 블록도이다.
도 4는 특정 실시예에 따른, 예시적인 광섬유 케이블의 단면도를 도시하고 있는 개략도이다.
도 5는 특정 실시예에 따른, 광섬유를 정제하는 데 사용되는 가속 프로파일을 도시하고 있는 그래프이다.
도 6은 특정 실시예에 따른, 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 7a는 특정 실시예에 따른, 도 6의 방법을 사용하여 광섬유의 결함을 감소시키기 위한 예시적인 정제 시스템의 기능 블록도이다.
도 7b는 특정 실시예에 따른, 도 7a의 정제 시스템에 포함된 예시적인 어닐링 유닛의 기능 블록도이다.
도 8은 특정 실시예에 따른, 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 다른 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 9는 특정 실시예에 따른, 도 8의 방법을 사용하여 광섬유의 결함을 감소시키기 위한 예시적인 정제 시스템의 개략도이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 특정 실시예에 따른, 도 9의 정제 시스템에 포함되는 예시적인 어닐링 유닛의 정면 사시도, 저면 사시도, 및 평면도를 도시하고 있는 개략도이다.
도 11a 및 도 11b는 특정 실시예에 따른, 도 9의 정제 시스템 내에 광섬유를 고정하기 위한 예시적인 클램핑 시스템의 개략도이다.
도 12는 특정 실시예에 따른, 다른 예시적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템의 기능 블록도이다.
도 13은 특정 실시예에 따른, 예시적인 광출력 분배 시스템의 기능 블록도이다.
도 14는 특정 실시예에 따른, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템에서 전력 전송을 관리하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 15는 특정 실시예에 따른, 의료 용례를 위해 구성된 다른 예시적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템의 기능 블록도이다.
도 16은 특정 실시예에 따른, 도 15의 시스템에 포함된 예시적인 광섬유 케이블의 단면도를 도시하고 있는 개략도이다.

본 발명은 다양한 형태로 구현될 수도 있지만, 본 개시내용이 본 발명의 예시로 고려되어야 하고 본 발명을 예시된 특정 실시예로 한정하도록 의도된 것은 아니라는 이해를 갖고, 몇몇 예시적이고 비한정적인 실시예가 도면에 도시되어 있고 이하에 설명될 것이다.

본 출원에서, 접속사의 사용은 이접 접속사의 사용은 접속사를 포함하도록 의도된다. 단수 표현의 사용은 원소 개수를 나타내도록 의도된 것이 아니다. 특히, "그" 대상체 또는 "하나의" 대상체에 대한 언급은 가능한 복수의 이러한 대상체 중 하나를 또한 나타내도록 의도된다.

이하의 설명에 있어서, 요소, 회로 및 기능은 불필요한 상세로 본 개시내용을 모호하게 하지 않기 위해 블록도 형태로 도시될 수도 있다. 부가적으로, 블록 정의 및 다양한 블록 사이의 로직의 분할은 특정 실시예의 예시이다. 또한, 통상의 기술자는 블록도에 도시되어 있는 바와 같은 정보 및 신호가 임의의 다양한 상이한 과학 기술 또는 기술을 사용하여 표현될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 데이터, 명령, 신호 또는 커멘드가 도면에 표현될 수도 있고 이는 또한 전압, 전류, 전자기파, 자기장 또는 광학장, 또는 이들의 조합을 표현하는 것으로서 이해될 수 있을 것이다. 부가적으로, 몇몇 도면은 설명의 명확성을 위해 신호를 단일 신호로서 표현할 수도 있고; 통상의 기술자는 신호가 신호의 버스를 표현할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직 블록, 모듈 및 회로는 하나 이상의 프로세서로 구현되거나 수행될 수도 있다. 통상의 기술자에 의해 인식하고 이해될 것인 바와 같이, 블록도에서 개별 프로세서의 개시내용은 본 명세서에 개시된 기능 또는 로직 시퀀스를 수행하는 복수의 프로세서를 나타낼 수도 있거나, 또는 단일 프로세서에서 수행되는 다수의 기능 또는 시퀀스를 표현할 수도 있다.

본 명세서에 설명된 시스템, 방법 및 장치는 ZBLAN 섬유를 정제하고 개질된 ZBLAN 섬유의 다중 가닥으로 구성된 광섬유 케이블을 제공하기 위한 기술을 제공하고, 케이블은 실질적으로 낮은 손실로 매우 장거리에 걸쳐 매우 많은 전력량을 수송하는 것이 가능하다. 전기 대 광학 변환 유닛에 포함된 광원과 광학 대 전기 변환 유닛에 포함된 광검출기 사이의 수송 매체로서 광섬유 케이블을 이용하는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템이 또한 제공된다.

광출력 분배 시스템 및 의료 또는 수술 용례를 포함하여, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템에 대한 다양한 용례가 고려된다. 실시예는 해저 또는 바닷속 조건 하에서 대륙 사이에 초 고용량 광출력을 수송하기 위한 인터커넥터로서 광섬유 케이블을 사용하는 광출력 분배 시스템(예를 들어, 소규모 국가에 전력 공급하기에 충분함)을 포함한다. 예를 들어, 광출력 분배 시스템은 해수면에서 1000 km 또는 해저 50 km 정도의 거리를 가로질러 최대 1 기가와트의 전력을 분배하는 것이 가능할 수도 있다. 다른 실시예는 분배 스테이션 사이의 전력망에 걸쳐 전력을 분배하고, 이더넷을 통한 전력 공급(Power over Ethernet: POE) 용례에서 주거용 및 상업용 환경에서 셀룰러 타워에 전력 공급하고, 그리고/또는 다양한 자동차 및 항공우주 용례에서 전력을 분배하기 위해 광섬유 케이블을 사용하는 광출력 분배 시스템을 제공한다.

도 3은 실시예에 따른, 광원(102), 광섬유 케이블(104), 및 광검출기(106)를 포함하는 예시적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(100)을 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 광섬유 케이블(104)은 광원(102)에 결합된 제1 단부(108), 광검출기(106)에 결합된 대향 제2 단부(110), 및 제1 및 제2 단부 사이에서 연장하는 길이(x)를 포함한다. 실시예에서, 광원(102), 광섬유 케이블(104) 및 광검출기(106)의 각각은 변환 효율을 최대화하고, 전력 수송 거리를 최대화하고, 삽입 손실을 최소화하도록 최적으로 구성될 수 있다. 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(100)은, 예를 들어 상업용, 주거용 또는 다른 용도의 전력 분배 시스템(예를 들어, 도 13에 도시되어 있는 바와 같은), 수술 장치(예를 들어, 도 15에 도시되어 있는 바와 같은) 및 다른 것들과 같은 2개의 위치 사이의 광출력의 수송을 필요로 하는 다양한 용례에서 사용될 수도 있다.

광원(102)은 전기 에너지를 광 에너지로 변환하고 광 에너지를 방출하는 것이 가능한 하나 이상의 레이저 다이오드 또는 다른 반도체 디바이스를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 광원(102)은 예를 들어 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 더 큰 전기 대 광학 변환 유닛의 부분이다. 바람직한 실시예에서, 광원(102)은 초저 임계 전류로 초 고출력 레이저 에너지를 방출하는 것이 가능한 고효율 레이저 소스이다. 예로서, 광원(102)(본 명세서에서는 또한 "레이저 소스"이라고도 칭함)은 대략 2.1 미크론(㎛)의 파장에서 동작하는 하나 이상의 고출력 레이저 다이오드 바아(예를 들어, GaInAsSb/AlGaAsSb 다이오드)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 광원(102)의 레이저 다이오드는 대략 980 나노미터(nm)의 파장과 대략 420 와트(W)의 출력 전력을 갖는 다중 이미터 다중모드 레이저 다이오드, 또는 임의의 다른 적절한 레이저 다이오드일 수도 있다. 일 실시예에서, 광원(102)은 적어도 약 85 퍼센트의 변환 효율 및 적어도 약 1 기가와트(GW)의 링크당 피크 전력 전달을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 광원(702)은 어레이(예를 들어, 다이오드 어레이)로 배열된 복수의 레이저 다이오드를 포함한다. 이러한 경우, 각각의 다이오드는 광원(102)의 총 출력 전력을 변경하거나 제어하기 위해 개별적으로 제어 가능(예를 들어, 턴온 또는 턴오프)할 수도 있다. 광원(102)은 광원(102)의 출력을 안정화하도록(예를 들어, 레이저 에너지의 변동을 방지하도록) 구성된 하나 이상의 모니터 다이오드를 더 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광원(102)의 모니터 다이오드는 광검출기(106)로부터 광원(102)에서 수신된 신호(예를 들어, 광학 데이터 신호)를 모니터링하고 신호를 프로세서(예를 들어, 도 7의 프로세서(730))에 제공하도록 추가로 구성된다.

광검출기(106)는 포토다이오드, 광전지, 또는 레이저 광 또는 다른 광 에너지를 검출하고 검출된 광을 전기 에너지로 변환하는 것이 가능한 다른 반도체 디바이스를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 광검출기(106)는 예를 들어 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 더 큰 광학 대 전기 변환 유닛의 부분이다. 바람직한 실시예에서, 광검출기(106)는 하나 이상의 고효율 포토다이오드 검출기(예를 들어, 4-접합 InGaAs)를 포함한다. 일 실시예에서, 광검출기(106)는 적어도 약 85 퍼센트의 변환 효율, 적어도 약 1 기가와트(GW)의 링크당 피크 전력 전달을 갖고, 대략 1 와트(W)의 연속 전력 전송을 갖는다.

광섬유 케이블(104)은 광원(102)으로부터 광검출기(106)로 광출력을 운반하기 위한 수송 매체로서 역할을 한다. 광섬유 케이블(104)은 또한 예를 들어 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 광출력에 추가하여, 데이터 신호를 수송하도록 구성될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 광섬유 케이블(104)은 냉각된 중심과 함께 다발화된 복수의 광섬유 및 각각의 광섬유를 둘러싸는 열 아크릴 필러를 포함하는 초 고전력 케이블이고, 각각의 섬유는 케이블의 길이만큼 연장하고 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF (ZBLAN)를 포함한다. 일 실시예에서, 광섬유 케이블(104)은 약 0.1 데시벨(dB)의 손실로 적어도 약 1000 킬로미터(km)의 거리에 걸쳐 적어도 약 1 기가와트(GW)의 전력 및 0.4 GW/cm²의 전력 밀도를 갖는 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능하다.

도 4는 실시예에 따른, 예시적인 광섬유 케이블(200)의 단면도를 도시하고 있다. 광섬유 케이블(200)은 광섬유 케이블(104)로서 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(100)에 포함될 수 있거나, 또는 본 명세서에 설명된 임의의 다른 시스템에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 광섬유 케이블(200)은 광출력 대신에, 장거리에 걸쳐 통신 신호를 수송하도록 구성될 수 있다.

도시되어 있는 바와 같이, 광섬유 케이블(200)은 중앙 냉각 튜브(204) 주위에 반경방향으로 배치되고 외부 보호 커버(206)에 의해 포위된 복수의 광섬유(202)를 포함한다. 특정 실시예에 따르면, 광섬유 케이블(200)은 원하는 전력 용량 및 수송 거리에 따라, 대략 5 내지 10개의 섬유의 범위로부터 선택된 임의의 수의 섬유(202)를 포함할 수 있다. 일 이러한 실시예에서, 광섬유 케이블(200)은 8개의 광섬유(202)의 다발을 포함하고 약 0.1 데시벨(dB)의 손실로 적어도 약 1000 킬로미터(km)의 거리에 걸쳐 적어도 약 1 기가와트(GW)의 전력 및 0.4 GW/cm²의 전력 밀도를 갖는 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 광섬유 케이블(200)은 초 고용량 전력 수송 요구를 수용하기 위해 최대 약 8000개의 광섬유(202)를 포함한다.

다수의 섬유(202)를 하나의 광섬유 케이블(200)로 다발화함으로써, 케이블(200)은 전력을 수송하는 데 사용되는 섬유(202)의 수를 간단히 제어함으로써, 종단점 또는 그에 결합된 전기 부하에 대한 전력 분배를 변경하는 데 사용될 수 있다. 이 방식으로, 수송된 광출력은 전기 부하의 전력 분배 요구에 일시적으로 맞춤화될 수 있다.

냉각 튜브(204)는 전력 수송 중에 광섬유(202)에 의해 발생되는 열적 열을 상쇄하거나 소산시킴으로써 케이블(200)의 전력 용량을 증가시키도록 구성된다. 예를 들어, 냉각 튜브(204)는 케이블(200)의 온도를 ZBLAN 섬유에 대한 열 팽창 온도 미만, 및 ZBLAN 유리 전이 온도(예를 들어, 섭씨 약 315도(℃)) 훨씬 미만의 온도로 유지하도록 구성될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 냉각 튜브(204)는 케이블(200)의 전체 온도를 100℃ 미만으로 유지하거나 남겨두도록 구성된다. 다른 실시예에서, 냉각 튜브(204)는 케이블 온도를 상이한 임계 온도 이하로 유지하도록 구성될 수도 있다.

실시예에 따르면, 냉각 튜브(204)는, 예를 들어 공기 또는 다른 가스, 또는 적절한 오일 또는 다른 액체와 같은 적합한 냉각 물질 또는 냉각제(208)로 채워진 중공 내부를 포함한다. 예를 들어, 냉각제(208)는 선형 데실 벤젠 또는 분지형 노닐 벤젠과 같은 미네랄 오일 또는 알킬레이트를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각제(208)는 냉각 공기이고, 냉각 튜브(204)의 2개의 단부(예를 들어, 케이블(200)의 양 단부)는 개방된 상태로 유지되어 냉각 공기가 튜브(204)를 통해 수동적으로 따라갈 수 있게 할 수도 있다. 다른 실시예에서, 냉각제(208)는 케이블(200)의 하나 이상의 단부(예를 들어, 커넥터 내)에 배치된 냉각제 관리 펌프(도시되어 있지 않음)를 사용하여 튜브(204)를 통해 능동적으로 밀려나는 냉각 공기 또는 액체이다. 냉각 특성을 갖는 것에 추가하여, 물질(208)은 또한 냉각 튜브(204) 내의 압력의 임계량을 유지하여 이에 의해 튜브(204)의 기계적 완전성을 유지하도록 구성될 수도 있다. 요구 압력의 정확한 양은 케이블(200)에 포함된 섬유(202)의 수, 냉각제(208)의 유형, 및 케이블(200)이 사용될 환경(예를 들어, 해저 또는 지하)에 따라 달라질 수도 있다.

냉각 튜브(204) 자체는 알루미늄, 아크릴 또는 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 더 두꺼운 벽 및/또는 더 큰 기계적 안정성이 요구되는 경우(예를 들어, 케이블(200)이 다수의 섬유(202)를 포함하고 따라서, 많은 전력을 수송하고 많은 열을 발생하는 경우) 냉각 튜브(204)는 알루미늄으로 제조될 수도 있다. 다른 예로서, 더 얇은 벽이 허용 가능하면(예를 들어, 케이블(200)이 적은 수의 섬유(202)를 포함하고 따라서 더 적은 전력을 수송하고 더 적은 열을 발생하는 경우) 냉각 튜브(204)는 아크릴로 제조될 수도 있다. 케이블(200)이 낮은 전력량을 수송하는 실시예에서, 냉각 튜브(204)는 직경이 매우 작거나 완전히 제외될 수도 있다.

외부 보호 커버(206)(또한 "보호 재킷"이라고도 칭함)는 폴리우레탄(PUR) 또는 폴리염화비닐(PVC)로 구성되고, 외부의 물리적 힘 및 화학적 열화로부터 섬유(202)와 냉각 튜브(204)를 보호 및 절연하도록 구성된다. 보호 커버(206)는 또한 케이블(200)의 내부 구성요소를 포위하기 위한 하우징을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 외부 보호 커버(206)는 커버(206)를 형성하기 위해 동심으로 배열되고 함께 접합되는 재료의 다수의 층을 포함한다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 광섬유 케이블(200)은 외부 보호 커버(206)와 중앙 냉각 튜브(204) 사이에 배치되고 각각의 광섬유(202)를 둘러싸는 내부 열 필러(210)를 더 포함한다. 실시예에서, 열 필러(210)는 케이블(200)의 공간적 또는 기계적 완전성을 유지하고 케이블(200) 전체에 걸쳐 일정한 온도를 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 광섬유(202)를 완전히 둘러쌈으로써, 열 필러(210)는 개별 섬유(202) 사이의 접촉을 격리하거나 방지하는데, 이는 섬유(202) 중 하나 이상에 열 축적이 있는 경우 핫스팟의 생성을 회피한다. 더욱이, 열 필러(210)는 상이한 크기의 공극으로 구성된 다공성 구조를 가져 다양한 절연 및 구조적 완전성을 생성할 수 있다. 공기가 공극을 통해 유동함에 따라, 열은 필러(210) 전체에 걸쳐 전달되거나 이동되어, 따라서 선택된 섬유(202) 주위의 열 축적을 감소시키거나 방지한다. 실시예에 따르면, 열 필러(210)는 아크릴(예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은) 또는 다른 적합한 재료로 구성될 수도 있다.

광섬유 케이블(200)은 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장하는 길이(예를 들어, 도 3에 도시되어 있는 길이(x))를 갖고, 중앙 냉각 튜브(204), 외부 보호 커버(206), 내부 열 필러(210), 및 복수의 광섬유(202)의 각각은 케이블(200)의 길이만큼 연장한다. 이와 같이, 각각의 광섬유(202)는 중앙 냉각 튜브(204)에 실질적으로 평행하게 연장될 수도 있고, 외부 보호 커버(206)는 냉각 튜브(204)와 동심으로 정렬될 수도 있다.

실시예에 따르면, 각각의 광섬유(202)는 섬유 코어(212) 및 섬유 코어(212) 주위에 배치된 클래딩(214)을 갖는 다중모드 섬유이다. 섬유 코어(212)는 클래딩(214)의 중심에 배치될 수도 있고 클래딩(214)에 융착되거나 접합될 수도 있다. 코어(212)는 미세 중력 환경에서 인발된 ZBLAN 섬유를 포함하고 섬유(202)의 길이를 따라 전력 수송을 최적화하도록 선택된 직경을 갖는 계단형 굴절률 섬유 코어일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 섬유 코어(212)는 약 200 ㎛ 내지 약 400 ㎛의 범위로부터 선택되는 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 섬유 코어(212)는 약 300 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위로부터 선택되는 직경을 갖는다. 일 예시적인 실시예에서, 코어 직경은 약 600 ㎛이다.

클래딩(214)은 클래딩(214)과 코어(212) 사이의 경계에서 내부 전반사를 유발함으로써 광을 섬유 코어(212) 내에 구속하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 클래딩(214)은 ZBLAN 섬유 재료와 유사하지만 광학적으로 상이한 플루오라이드 유리 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 클래딩(214)은 섬유 코어(212)의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는 재료로 구성될 수도 있다. 클래딩(214)의 두께는 코어 직경, 광섬유(202)에 대한 원하는 전체 직경, 섬유(202)를 통한 광 전달을 포함하지 않고 클래딩(214)의 두께를 최소화하기 위한 2개의 값 사이의 최적 비, 및/또는 전체 섬유(202)에 대한 원하는 양의 가요성에 기초하여 선택될 수도 있다. 예로서, 섬유 코어(212)가 약 400 ㎛의 직경을 갖는 실시예에서, 클래딩(214)(따라서 전체 섬유(202))은 약 460 ㎛의 직경을 가질 수도 있다. 그리고 코어 직경이 작은 실시예에서, 클래딩 직경은 마찬가지로 비례적으로 더 작을 수도 있다.

광섬유 케이블(200)의 전체 직경, 또는 외부 보호 커버(206)의 직경은 각각의 개별 섬유(202)의 직경, 케이블(200)에 포함된 섬유(202)의 수, 냉각 튜브(204) 및 열 필러(210)의 직경, 및/또는 외부 보호 커버(206)의 두께에 의존할 수 있다. 예로서, 예시된 실시예에서, 광섬유 케이블(200)은 각각 약 500 미크론의 직경을 갖는 8개의 ZBLAN 광섬유(202)의 다발을 포함하고, 외부 보호 커버(206)는 약 5 밀리미터(mm)의 직경을 갖는다.

광섬유 케이블(200)을 제조하기 전에, ZBLAN 광섬유(202)는 예를 들어 도 6에 도시되어 있는 방법(300) 및/또는 도 8에 도시되어 있는 방법(500)과 같은 하나 이상의 어닐링 기술을 사용하여 정제되거나 개질된다. 이들 기술은 산란 손실을 생성하는 ZBLAN 코어 및 클래딩의 결함을 제거하거나 감소시켜, 이에 의해 더 긴 전송을 위해 섬유(202)를 최적화하도록 구성된다. 더욱이, 상당한 양의 ZBLAN 섬유를 정제하기 위한 종래의 방법은 필수 저중력 또는 무중력 환경을 획득하기 위해 우주로 여행하는 것을 필요로 하지만(예를 들어, LEO 위성 또는 국제 우주 정거장), 본 명세서에 설명된 어닐링 기술은 지구를 떠나거나 또는 항공기를 사용하지 않고 달성될 수 있다.

일반적으로, 기술은 예를 들어 매우 짧은 세그먼트에서 도 4에 도시되어 있는 광섬유(202)와 같은 미리 제조된 ZBLAN 섬유를 처리하여 섬유의 결정 및 다른 결함을 제거하고, 따라서 미리 제조된 섬유를 개선하는 것을 포함한다. 실시예에 따르면, 이 프로세스는 유리 전이 온도(Tg) 훨씬 초과이고 결정화 온도(T_x) 초과이지만, ZBLAN의 용융 온도(T_m) 미만인 온도로 섬유를 가열하는 것을 포함한다. 예를 들어, ZBLAN 섬유가 섭씨 약 260도(℃)의 T_g, 약 352℃의 T_x, 및 약 450℃의 T_m을 갖는 실시예에서, ZBLAN 섬유는 상기 처리 중에 약 370℃의 어닐링 온도(T_a)로 가열될 수 있다. 프로세스는 어닐링 온도에서 가열되는 동안, 자유 낙하 또는 미세 중력 환경을 모방하기 위해, ZBLAN 섬유를 미리 결정된 시간 동안 지구의 중력 속도(예를 들어, 9.8 제곱초 당 미터(m/s²))로 가속하는 것을 더 포함한다. 다음, 프로세스는 결정화 온도 미만인 켄칭 온도(T_q)로 섬유를 급속 냉각하거나 켄칭하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 켄칭 온도는 어닐링 온도보다 약 10 내지 20℃ 낮다. 예를 들어, 어닐링 온도가 약 370℃인 실시예에서, 켄칭 온도는 약 350℃일 수 있다. 이 프로세스 동안에 새로운 결정이 도입되는 것을 회피하는 것을 돕기 위해, 섬유가 여전히 자유 낙하하는 동안 냉각 단계가 시작되고, 따라서 중력이 존재하기 전에 어닐링 단계가 완료된다.

ZBLAN 섬유를 완벽하게 하기 위한 프로세스는 레이저와 광검출기 조합, 또는 섬유의 산란 프로파일을 실시간으로 측정하는 것이 가능한 다른 디바이스 또는 재료 내의 결함에 의해 산란되는 입사광의 양을 사용하여 현장에서 모니터링될 수 있다. 산란 프로파일은 ZBLAN 섬유의 결정자 비율을 나타내고, 따라서 어닐링 프로세스의 효율성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 실시간 모니터링 결과가 높은 결정자 비율을 나타내는 경우, 최적의 섬유 손실 메트릭이 달성될 때까지 다수의 주기를 통해 프로세스가 반복될 수도 있다.

도 5는 실시예에 따른, 본 명세서에 설명된 처리 기술 동안 ZBLAN 섬유의 예시적인 가속 프로파일(250)을 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 가속도 프로파일(250)은 3개의 시간 기간을 가로질러 변한다. 제1 시간 기간(t₁) 동안, 섬유는 0 가속도(a = 0)로부터 표준 자유 낙하 가속도 또는 약 9.8 m/s²인 중력으로 인한 가속도(g_o)까지 가속된다. 또한, 제1 시간 기간 동안, 섬유는 시작 온도로부터 어닐링 온도(T_a)(예를 들어, 370℃)까지 가열된다. 이 제1 시간 기간(t₁)은 또한 "램프 업" 기간이라고도 칭할 수도 있다. 제2 시간 기간(t₂) 동안, 섬유는 중력 가속도로 계속 이동한다. 또한, 제2 시간 기간 동안, 섬유는 미리 결정된 시간 길이 동안 어닐링 온도까지 계속 가열되거나 유지된다. 제3 시간 기간(t₃) 동안, 섬유는 다시 정지 상태로 감속된다. 또한, 제3 시간 기간 동안, 섬유는 미리 설정된 시간 길이 동안 켄칭 온도(T_q)까지 냉각된다.

실시예에서, 제2 시간 기간(t₂)은 섬유를 가열하기 위한 제1 미리 결정된 시간 길이 및 섬유를 냉각하기 위한 제2 미리 결정된 시간 길이를 포함한다. 제1 시간 길이는, 섬유가 그 동안에 어닐링되거나 어닐링 온도에서 가열되는 시간 기간을 포함함에 따라, 섬유의 어닐링 기간으로 고려될 수도 있다. 제2 시간 길이는 섬유의 냉각 기간의 일부를 형성한다. 이 냉각 기간은 또한 제3 시간 기간(t₃), 즉, 섬유를 켄칭 온도까지 냉각하는 데 요구되는 미리 설정된 시간 길이의 적어도 일부를 포함한다. 실시예에 따르면, 제2 시간 길이는 가속 중에 냉각 기간이 시작되도록 제2 시간 기간(t₂)의 종료점에 위치된다. 이는 섬유 온도가 어닐링 온도 미만으로 강하할 때 섬유가 여전히 자유 낙하하고, 따라서 섬유가 냉각되는 동안 새로운 결정자가 형성되는 것을 방지하는 것을 보장한다. 다양한 실시예에서, 제1 시간 길이는 제2 시간 길이보다 길다. 몇몇 실시예에서, 어닐링 기간과 냉각 기간은 길이가 실질적으로 동일하다.

3개의 시간 기간(t₁, t₂, t₃)의 각각에 대한 정확한 시간 길이는 다수의 인자에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 기간은 섬유의 가속 레이트 및 섬유를 가열하는 데 사용되는 요소의 가열 레이트에 따라 의존할 수도 있다. 제2 시간 기간은 자유 낙하 가속도에 추가하여, 가속(예를 들어, 자유 낙하) 동안 섬유가 이동한 거리 및 어닐링될 섬유의 길이에 따라 의존할 수도 있다. 제3 시간 기간은 ZBLAN 섬유와 연관된 임계 냉각 레이트(CCR), 뿐만 아니라 섬유의 감속 레이트에 의존할 수도 있다. 예로서, 몇몇 실시예에서, ZBLAN 섬유는 40℃/s의 임계 냉각 레이트를 갖는다. 이러한 경우, 약 1 미터의 섬유 길이는 약 320 밀리초(ms)의 제2 시간 기간을 필요로 할 수도 있고, 제1 및 제3 시간 기간은 훨씬 더 짧다(예를 들어, 100 ms). 도 5는 시간 기간(t₁, t₃)이 대략 동일한 것으로서 도시하고 있지만, 다른 경우에, 2개의 시간 기간은 예를 들어, 상기에 열거된 인자에 따라, 서로 달라지거나 상이할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 가속 레이트, 또는 섬유가 제1 시간 기간 동안 가속되는 속도는, 예를 들어 주어진 파장(예를 들어, 650 나노미터(nm))에서 섬유 길이의 산란 및 흡수 레벨과 같은 ZBLAN 섬유의 특정 특성, 뿐만 아니라 섬유를 자유 낙하로 발사하거나, 또는 다른 방식으로 섬유를 중력장으로 해제하는 데 사용되는 메커니즘(예를 들어, 액추에이터)에 기초하여 결정될 수 있다. 유사하게, 감속 레이트, 또는 섬유가 제2 시간 기간 동안 감속되는 속도는 동일한 섬유 특성, 뿐만 아니라 섬유 이동을 감속하기 위해 마찰력을 인가하는 데 사용되는 메커니즘(예를 들어, 그리퍼 또는 브레이크)에 기초하여 결정될 수 있다.

도 6은 섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 제1 예시적인 프로세스 또는 방법(300)을 도시하고 있다. 실시예에서, 광섬유는 도 4에 도시되어 있는 광섬유(202)와 동일하거나 실질적으로 유사할 수도 있다. 도 7a는 ZBLAN 섬유 길이의 결함을 제거하도록 구성된 예시적인 섬유 정제 시스템(400)을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템(400)은 프로세스(300)를 수행하는 데 사용될 수 있다. 이에 따라, 이하의 단락에서는, 용이한 예시를 위해 프로세스(300)가 시스템(400)을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 프로세스(300)는 다른 실시예에서, ZBLAN 섬유를 어닐링하는 것이 가능한 다른 시스템 또는 디바이스를 사용하여 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

먼저 도 7a를 참조하면, 실시예에 따르면, 섬유 정제 시스템(400)은 챔버 또는 타워(402)(또한 "드롭 타워"라고도 칭함) 및 타워(402) 내에 이동 가능하게 배치되고 광섬유(406)의 주어진 세그먼트를 처리하도록 구성된 하나 이상의 어닐링 유닛(404)을 포함한다. 타워(402)는 미리 결정된 시간(예를 들어, 도 5에 도시되어 있는 제2 시간 기간) 동안 각각의 어닐링 유닛(404)을 자유 낙하 상태로 배치함으로써 미세 중력 환경을 모방하도록 구성될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 타워(402)는 약 44 미터 높이이고, 약 10 미터 길이인 광섬유(406)의 세그먼트를 처리하기 위해 적어도 3초의 자유 낙하를 제공하도록 구성된다. 도 7a는 2개의 어닐링 유닛(404a, 404b)을 포함하는 것으로서 타워(402)를 도시하고 있지만, 다른 실시예에서, 타워(402)는 단지 하나의 어닐링 유닛(404) 또는 2개 초과의 어닐링 유닛(404)을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 실시예에서, 섬유 정제 시스템(400)은 타워(402), 하나 이상의 어닐링 유닛(404), 및/또는 시스템(400)의 다양한 다른 구성요소와 통신하는 하나 이상의 프로세서를 더 포함하고, 하나 이상의 프로세서는 본 명세서에 설명된 기술에 따라 광섬유(406)를 정제하기 위해 프로세스(300)를 수행하거나 시스템(400)의 구성요소를 다른 방식으로 제어하도록 구성된다.

도 7b는 실시예에 따른, 예시적인 어닐링 유닛(404)을 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 광섬유(406)는 어닐링 유닛(404) 내에 배치되고, 유닛(404)이 타워(402) 내에서 낙하되거나 해제될 때 자유 낙하 또는 중력 가속도를 경험하도록 구성된다. 광섬유(406)는 ZBLAN 섬유 코어 및 섬유 코어 주위에 배치된 클래딩을 포함하고 도 4에 도시되어 있는 광섬유(202)와 실질적으로 유사하거나 동일할 수도 있다. 도 7b는 어닐링 유닛(404) 내에 완전히 수용되는 것으로서 광섬유(406)를 도시하고 있지만, 다른 실시예에서, 어닐링 유닛은 광섬유의 부분을 수용하도록 구성될 수 있고, 잔여 부분은 어닐링 유닛 외부에 배치된다.

도 7a를 다시 참조하면, 타워(402)는, 하나 이상의 어닐링 유닛(404)에 결합되고 각각의 어닐링 유닛(404)이 예를 들어 어닐링 유닛(404a)에 의해 도시되어 있는 바와 같이, 자유 낙하 운동으로 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이동하게 하도록 구성된 가동 구성요소(407)를 더 포함한다. 가동 구성요소(407)는 예를 들어, 어닐링 유닛(404b)에 의해 도시되어 있는 바와 같이, 어닐링 유닛(들)(404)을 더 낮은 높이로부터 다시 상승된 높이로 위로 이동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 실시예에 따르면, 상승된 높이와 더 낮은 높이 사이의 거리(h)는 자유 낙하 운동이 주어진 길이의 ZBLAN 섬유의 정제를 적어도 1회 발생시키거나, 또는 본 명세서에 설명된 어닐링 및 냉각 프로세스(예를 들어, 도 6에 도시되어 있는 방법(300))의 적어도 하나의 주기를 완료할만큼 충분히 오래 지속되는 것을 보장하도록 선택될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 거리(h)는 하나의 낙하 내에서 여러 어닐링 주기의 완료를 허용하기 위해 선택된다. 도 5에 도시되어 있는 가속도 프로파일(250)은, 각각의 주기의 자유 낙하 기간(예를 들어, 제2 시간 기간(t₂))을 위해 요구되는 시간(예를 들어, 수 밀리초), 뿐만 아니라 가속도의 길이(또는 램프 업) 및 감속 시간 기간(예를 들어, 제1 및 제3 시간 기간(t₁, t₃))을 계산하는 데 사용될 수도 있다. 가속도 프로파일(250)은 또한 하나의 주기 내에 처리될 수 있는 섬유의 길이를 결정할 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 거리(h)는 대략 44 미터(m)이고, 어닐링 유닛(404)은 이 거리를 이동하는 데 약 3초 소요되고, 이 때, 어닐링 유닛(404)은 약 10 미터의 섬유를 처리하도록(예를 들어, 10 m/주기) 구성된다.

몇몇 실시예에서, 가동 구성요소(407)는 하나 이상의 풀리(408) 및 풀리(들)(408)에 활주 가능하게 결합된 하나 이상의 케이블(410)로 구성된 풀리 시스템을 포함한다. 각각의 케이블(410)은 적어도 하나의 어닐링 유닛(404)에 활주 가능하게 결합될 수도 있고, 풀리 시스템(407)이 유닛(404)을 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이어서 상승된 높이로 다시 위로 이동시킴에 따라 유닛(404)을 운반하고 지지하도록 구성될 수도 있다.

예를 들어, 예시된 실시예에서, 풀리 시스템(407)은 상승된 높이에 또는 그에 인접하여 위치된 제1 풀리(408a) 및 더 낮은 높이에 또는 그에 인접하여 위치된 제2 풀리(408b)를 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 케이블(410)은 풀리(408a, 408b) 주위에 루프를 형성할 수도 있다. 풀리(408a, 408b)는 2개의 방향: 어닐링 유닛(404)이 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이동하게 하기 위한 제1 방향, 및 어닐링 유닛(404)이 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 다시 위로 이동하게 하기 위한 제2 반대 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 풀리 시스템(407)은 유닛(404)이 더 낮은 높이를 향해 케이블(410) 아래로 활주함에 따라 어닐링 유닛(404)을 자유 낙하 상태로 배치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 케이블(410)은 유닛(404)이 더 낮은 높이를 향해 이동함에 따라 어닐링 유닛(404)에 0 또는 최소 마찰력을 인가하도록 구성될 수도 있다. 더 낮은 높이에 도달시에, 풀리(408a, 408b)는 제2 방향으로 일제히 회전하여 케이블(410), 및 그에 부착된 어닐링 유닛(404)을 상승된 높이를 향해 동일한 경로로 다시 위로 당길 수도 있다.

다른 실시예에서, 풀리 시스템(407)은 다수의 독립적인 풀리 시스템을 포함할 수도 있고, 각각의 시스템은 개별 어닐링 유닛(404)에 결합된다. 이러한 경우에, 어닐링 유닛(404)은 개별의 케이블 상에서 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 독립적으로 낙하될 수도 있고 개별 풀리를 사용하여 상승된 높이로 독립적으로 다시 당겨질 수도 있다. 예를 들어, 어닐링 유닛을 상승된 높이로부터 더 낮은 높이에 배치된 플랫폼 상으로 낙하시키고 플랫폼과 어닐링 유닛을 다시 상승된 높이로 위로 상승시키도록 구성된 리프트 시스템을 포함하는 이동 구성요소(407)에 대한 다른 구성이 또한 고려된다.

실시예에서, 타워(402)는, 가동 구성요소(407)에 결합되고 가동 구성요소(407) 및/또는 상기 구성요소(407)에 결합된 어닐링 유닛(404)의 이동을 제어하도록 구성된 제동 시스템(411)을 더 포함한다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 제동 시스템(411)은 풀리(408) 및/또는 케이블(410) 중 하나 이상에 결합될 수도 있고 제1 방향에서 풀리(들)(408)의 회전을 중단함으로써, 또는 다르게는 제1 풀리(408a)와 제2 풀리(408b) 사이에서 케이블(410)의 이동을 방지함으로써 어닐링 유닛(404)의 자유 낙하 가속을 정지시키도록 구성될 수도 있다. 예로서, 제동 시스템(411)은 케이블(410) 및/또는 하나 이상의 풀리(408)에 결합된 하나 이상의 브레이크(도시되어 있지 않음)를 포함할 수도 있고 정지 운동이 요구될 때 이들 브레이크를 활성화하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 경우에, 제동 시스템(411)은 제1 방향으로 이동할 때 어닐링 유닛(404)을 더 낮은 높이에서 정지시키고 또한 제2 방향으로 이동할 때 어닐링 유닛(404)을 상승된 높이에서 정지시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제동 시스템(411)은, 풀리(408)가 제1 방향으로 회전되고 그리고/또는 케이블(410)이 그렇지 않으면 더 낮은 높이를 향해 자유롭게 이동하도록 브레이크를 해제함으로써 어닐링 유닛(404)의 자유 낙하 이동을 개시하도록 추가로 구성된다.

도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 어닐링 유닛(404)은 광섬유(406), 또는 더 구체적으로는 챔버(412) 내에 배치된 광섬유(406)의 주어진 세그먼트(406a)를 가열하기 위한 가열 챔버(412)를 포함한다. 어닐링 유닛(404)은 가열 챔버(412)를 통해 광섬유(406)의 증분 부분을 이송하기 위한 하나 이상의 구성요소를 더 포함한다. 특히, 어닐링 유닛(404)은 미개질 또는 어닐링 전 길이의 광섬유(406)를 유지 또는 저장하고 미개질 광섬유(406)를 가열 챔버(412) 내로 이송하도록 구성된 제1 스풀(414)을 포함한다. 게다가, 어닐링 유닛(404)은 가열 챔버(412)를 빠져나가는 광섬유(406)의 개질된 세그먼트를 포함하여, 광섬유(406)의 개질된 또는 어닐링 후 길이를 수용하고 저장하도록 구성된 제2 스풀(416)을 포함한다. 따라서, 광섬유(406)의 전체 길이는 먼저 제1 스풀(414) 상에 저장될 수도 있고 점점 더 많은 광섬유(406)가 시스템(400)에 의해 처리됨에 따라 제2 스풀(416)로 점진적으로 전이될 수도 있다. 어닐링 유닛(404)은 또한 제1 스풀(414), 가열 챔버(412) 및 제2 스풀(416) 사이에서 광섬유(406)를 안내하는 것을 돕기 위해 하나 이상의 풀리 또는 릴을 포함할 수도 있다. 실시예에 따르면, 가열 챔버(412)에 수용된 각각의 세그먼트(406a)는 예를 들어 대략 10 미터(m)와 같은 실질적으로 균일한 길이를 가질 수도 있다. 세그먼트(406a)의 정확한 길이는 자유 낙하에 이용 가능한 거리(예를 들어, 도 7a의 거리(h)) 및/또는 어닐링 유닛(404)의 물리적 한계에 의존할 수 있다.

실시예에 따르면, 광섬유(406)로부터 결함을 제거하기 위한 프로세스의 일부로서, 가열 챔버(412)는 섬유 코어의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유 코어의 유리 전이 온도(T_g)보다 훨씬 더 높지만, 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은 제1 온도로 광섬유(406)의 주어진 세그먼트(406a)를 가열하도록 구성된다. 이 방식으로, 제1 온도는 섬유 코어 및 클래딩 내의 결정체를 제거할 만큼 충분히 높지만, 유리를 완전히 용융하는 것을 회피할 만큼 충분히 낮을 수 있다. 실시예에서, ZBLAN 섬유는 약 260℃의 유리 전이 온도, 약 352℃의 결정화 온도, 및 약 450℃의 용융 온도를 갖는다. 따라서, 제1 온도는 352℃ 내지 450℃의 임의의 값일 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 온도는 약 370℃이다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 세그먼트(406a)는 어닐링 유닛(404)이 자유 낙하하는 동안 제1 온도로 유지된다. 예를 들어, 가열 챔버(412)는 어닐링 유닛(404)이 자유 낙하 운동을 시작하기 직전에 주어진 세그먼트(406a)를 제1 온도로 가열하도록 구성될 수도 있고, 제1 세그먼트(406a)를 미리 결정된 시간(즉, 어닐링 기간) 동안 제1 온도로 유지하기 위해 상기 자유 낙하 운동 중에 주어진 세그먼트(406a)를 계속 가열할 수도 있다. 실시예에 따르면, 미리 결정된 시간은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 섬유 세그먼트(406a)의 길이 뿐만 아니라 다른 인자에 의존할 수 있다.

실시예에서, 가열 챔버(412)는 가열 코일 또는 특정 온도로 정밀하게 제어되는 것이 가능한 임의의 다른 적합한 가열 요소를 포함한다. 예를 들어, 가열 챔버(412)는 입력 값을 사용하여 원하는 온도로 설정될 수 있는 세라믹 또는 금속 가열 요소를 포함할 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 가열 요소는 가열 요소가 온도를 충분히 신속하게 변화시킬 수 있는 것을 보장하기 위해 약 0.888 J/g·℃의 비열 용량을 갖는다.

몇몇 실시예에서, 가열 챔버(412)는 가열 요소의 실시간 온도를 모니터링하고 필요에 따라 가열 요소가 그 출력 온도를 조정하게 하기 위한 열전쌍 또는 다른 디바이스를 더 포함한다. 예를 들어, 열전쌍은 가열 요소에 전기적으로 연결될 수도 있고, 실시간 온도 판독값이 원하는 온도 값과 어떻게 비교되는지에 따라 가열 요소가 그 출력 온도를 증가 또는 감소시키게 할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 가열 챔버(412)는 가열 요소 및 열전쌍의 이들 동작을 제어하기 위한 개별 프로세서를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 가열 챔버(412)는 어닐링 유닛(404)의 프로세서(418)에 전기적으로 결합되고, 프로세서(418)는 가열 챔버(412)의 가열 기능을 관리하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 가열 챔버(412)는 본 명세서에 설명된 동작을 수행하기 위해 시스템(400)의 하나 이상의 다른 프로세서에 전기적으로 결합될 수도 있다.

결함을 제거하기 위한 프로세스의 다음 단계로서, 어닐링 유닛(404)은 가열된 세그먼트(406a)를 결정화 온도(T_x) 미만이지만 유리 전이 온도(T_g) 초과인 제2 온도로 급속 냉각 또는 켄칭하도록 추가로 구성될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 제2 온도는 약 350℃, 또는 제1 온도보다 약 10 내지 20℃ 낮다. 게다가, 어닐링 유닛(404)은 냉각 프로세스가 얼마나 오래 소요되는지(즉, 냉각 기간)를 결정하는, 광섬유와 연관된 임계 냉각 레이트로 가열된 세그먼트(406a)를 냉각하도록 구성될 수도 있다. 실시예에서, ZBLAN 섬유의 임계 냉각 레이트는 40℃/s이다. 이러한 경우, 약 10 미터 길이인 섬유 세그먼트(406a)를 냉각하는 데 약 2초가 소요된다.

몇몇 실시예에서, 섬유 세그먼트(406a)는 가열 챔버(412)에서 빠져나갈 때 냉각될 수도 있다. 예를 들어, 제2 스풀(416)은 어닐링 유닛(404)의 주위 온도 및 임계 냉각 레이트에 기초하여 선택되는 속도 또는 레이트로 광섬유(406)의 주어진 세그먼트(406a)를 가열 챔버(412) 외부로 당겨, 가열된 세그먼트(406a)가 제2 스풀(416)에 도달시에 제2 온도로 냉각되게 되도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 주어진 섬유 세그먼트(406a)는 가열 챔버(412) 내에서 제2 온도로 냉각될 수도 있다. 예를 들어, 가열 챔버(412)의 온도는 가열된 세그먼트(406a)를 켄칭하기 위해 제2 온도까지 급속히 낮춰질 수도 있다. 이러한 경우, 가열 요소는, 예를 들어 가열 요소에 인가되는 전류량을 감소시키거나 제거함으로써, 제2 온도로 낮춰질 수도 있다.

도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 어닐링 유닛(404)은 예를 들어 도 6의 프로세스(300)에 따라, 어닐링 유닛(404)의 하나 이상의 기능을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서(418)(또한 본 명세서에서 "프로세서(418)"라고도 칭함)를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(418)는 시스템(400)의 다른 구성요소에 포함될 수도 있고 어닐링 유닛(404) 및/또는 어닐링 유닛(404)의 동작을 제어하기 위해 그 내에 포함된 구성요소와 통신하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 프로세서(418)는 챔버(412) 내의 가열 요소의 온도 설정을 제어하기 위해 가열 챔버(412)에 전기적으로 결합된다. 예를 들어, 프로세서(418)는 어닐링 중에 온도 설정을 제1 온도로 증가시킬 수도 있다. 프로세서(418)는 또한 가열 챔버(412) 또는 그 내에 배치된 센서(예를 들어, 열전쌍)로부터 수신된 온도 판독값에 기초하여 온도 설정을 증가시키거나 감소시키도록 구성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 프로세서(418)는 스풀의 회전 속도 및 방향을 포함하여, 스풀의 이동을 제어하기 위해 제1 및 제2 스풀(414, 416)에 전기적으로 결합된다. 예를 들어, 프로세서(418)는 주어진 세그먼트(406a)를 챔버(412) 외부로 당기고 광섬유(406)의 후속 세그먼트(406b)를 챔버(412) 내로 끌어당기기 위해 제2 스풀(416)이 제1 방향으로 회전하게 하도록 구성될 수 있다. 프로세서(418)는 또한 예를 들어, 주어진 세그먼트(406a)가 부가의 처리를 위해 가열 챔버(412)로 복귀되어야 할 때, 광섬유(406)의 이동 방향을 역전하기 위해, 제1 스풀(414)이 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전하게 하도록 구성될 수 있다.

게다가, 프로세서(418)는 제1 및/또는 제2 스풀(414, 416)이 회전하는 속도를 제어하여, 따라서 광섬유(406)가 가열 챔버(412)에 진입하고 빠져나가는 레이트 또는 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 스풀(416)의 회전 속도는 가열된 세그먼트(406a)가 챔버(412)를 빠져나갈 때 세그먼트(406a)가 광섬유와 연관된 임계 냉각 레이트로 제2 온도로 급속하게 냉각하도록 선택된다. 예를 들어, 가열된 세그먼트(406a)가 1 미터의 길이를 갖고, 스풀 크기 또는 스풀의 둘레가 또한 약 1 미터인 경우, 스풀(414, 416)은 초당 1 미터의 섬유(또는 하나의 섬유 세그먼트(406a))를 가열 챔버(412)에 전달하기 위해 초당 1 회전의 속도 또는 레이트로 회전하도록 구성될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 어닐링 유닛(404)은 매초마다 1 미터의 섬유를 처리하도록 구성될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 더 큰 섬유 세그먼트(예를 들어, 10 미터 길이)를 수용하기 위해 필요에 따라 회전 속도가 조정될 수 있다.

다양한 실시예에서, 어닐링 유닛(404)은 주어진 세그먼트(406a)의 어닐링 후 분석을 수행하여 부가의 처리가 최적의 결과를 획득하기 위해 요구되는지 여부를 판정한다. 특히, 어닐링 유닛(404)은 냉각 단계가 완료된 후 세그먼트(406a)의 산란 프로파일을 모니터링하거나 측정하기 위한 하나 이상의 레이저 또는 다른 센서를 더 포함한다. 측정된 정보는 실시간 분석을 위해 프로세서(418)에 제공될 수 있다. 프로세서(418)는 측정된 정보에 기초하여 어닐링된 세그먼트(406a)의 섬유 손실 값을 결정하고 측정값을 메모리에 저장된 섬유 손실 임계값과 비교하도록 구성될 수 있다. 임계값이 충족되지 않으면, 프로세서(418)는 예를 들어, 제2 스풀(416)이 세그먼트(406a)를 후방으로 이동시키는 제2 방향(예를 들어, 시계방향)으로 회전하게 함으로써, 부가의 처리를 위해 주어진 세그먼트(406a)를 가열 챔버(412)로 복귀시키도록 구성될 수 있다.

더 구체적으로, 레이저(예를 들어, 632 나노미터(nm) 레이저)는 냉각 프로세스가 발생하는 위치에 따라, 가열 챔버(412)를 빠져나간 후 또는 챔버(412) 내부에 있는 동안 섬유 세그먼트(406a)를 향해 광을 지향시키도록 구성될 수 있다. 레이저는 가열 챔버(412) 내에 또는 어닐링 유닛(404)의 다른 위치에 적절하게 위치될 수도 있다. 어닐링 유닛(404)은 섬유 세그먼트(406a)가 레이저와 광검출기 사이를 통과하거나 2개의 디바이스 사이에 설정된 가시선을 교차하도록, 레이저에 대향하여 위치된 광검출기를 또한 포함할 수도 있다. 광검출기는 섬유 세그먼트(406a)를 통과하는 광을 수신하고 검출된 레이저 출력 또는 광의 양(예를 들어, 전류 값)을 표현하는 출력을 발생하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광검출기는 결정화에 의해 산란되지 않거나 유리 섬유를 직선으로 통과하는 것이 가능한 적색광(예를 들어, 650 nm)의 양을 측정하도록 구성될 수도 있다.

프로세서(418)는 광검출기에 전기적으로 결합될 수도 있고 광검출기 출력을 임계값 또는 예상되는 전류량과 비교하도록 구성될 수도 있다. 측정된 양이 너무 낮은 경우, 프로세서(418)는 다시 처리되도록 섬유 세그먼트(406a)를 가열 챔버(412)로 다시 보낼 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 어닐링 및 냉각 프로세스는 주어진 광의 파장(예를 들어, 650 nm에서 킬로미터당 0.1 데시벨(dB/km))에 대해 최적의 산란 계수 또는 다른 섬유 손실 메트릭이 달성될 때까지 반복될 수도 있다.

도 6을 다시 참조하면, 프로세스(300)가 이제 시스템(400)의 구성요소를 참조하여 설명될 것이다. 실시예에서, 프로세스(300)는 예를 들어, 프로세서(418)를 포함하여, 시스템(400)의 하나 이상의 프로세서를 사용하여 구현될 수도 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 프로세스(300)는 처리 또는 정제를 위해 어닐링 유닛(예를 들어, 어닐링 유닛(404))의 가열 챔버(예를 들어, 가열 챔버(412)) 내에 광섬유의 주어진 세그먼트(예를 들어, 섬유 세그먼트(406a))를 배치 또는 위치설정하는 블록 302에서 시작한다. 섬유 세그먼트는 어닐링 전 섬유를 운반하는 스풀(예를 들어, 스풀(414))을 가열 챔버를 향해 제1 방향으로 회전시킴으로써 가열 챔버 내로 이동될 수도 있다. 블록 304에서, 섬유 세그먼트는 광섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높지만 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은 제1 온도로 가열된다. 예를 들어, 제1 온도는 약 370℃일 수도 있고 352℃내지 450℃의 임의의 다른 값일 수도 있다.

블록 306에서, 어닐링 유닛은 자유 낙하 운동을 사용하여 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 낙하하거나 이동되어, 어닐링 유닛 내의 섬유 세그먼트가 지구의 중력의 레이트(예를 들어, 9.8 m/s²)로 가속되게 된다. 자유 낙하 운동은 어닐링 유닛에 결합된 가동 구성요소(예를 들어, 풀리 시스템(407))의 이동을 제어함으로써 달성될 수도 있다. 게다가, 가동 구성요소는 최소 시간(예를 들어, 3초) 동안 자유 낙하 운동을 유지하도록 구성될 수도 있다. 블록 308에서, 섬유 세그먼트의 온도는 상기 자유 낙하 운동 중에 제1 시간 기간 동안 제1 온도로 유지된다. (이 제1 시간 기간은 또한 본 명세서에서 "어닐링 기간"이라고도 칭한다.)

블록 310에서, 섬유 세그먼트는 제2 시간 기간(또한 본 명세서에서 "냉각 기간"이라고도 칭함)에 걸쳐 제2 온도로 냉각된다. 제2 온도는 결정화 온도(T_x) 미만이지만 유리 전이 온도(T_g) 초과일 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 제2 온도는 약 350℃, 또는 제1 온도보다 약 10 내지 20℃ 낮다. 일단 제2 시간 기간이 종료되면, 섬유 처리 주기는 완료된 것으로 고려될 수도 있다.

실시예에 따르면, 제2 시간 기간은 섬유 세그먼트가 자유 낙하 운동하는 동안 시작될 수도 있고 자유 낙하 운동이 정지된 후에, 또는 섬유 세그먼트가 감속 중인 동안(예를 들어, 도 5에서 제3 시간 기간(t₃)에) 종료될 수도 있다. 따라서, 자유 낙하에 할당된 시간은 섬유 세그먼트를 가열하고 적어도 부분적으로 냉각하는 모두에 소비될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 시간 기간은 제2 시간 기간과 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간보다 길 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 제1 시간 기간의 정확한 길이는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 섬유 세그먼트의 물리적 길이, 뿐만 아니라 다른 인자에 기초하여 결정될 수도 있다.

블록 312에서, 어닐링 유닛은 가동 구성요소를 사용하여 더 낮은 높이로부터 상승된 높이로 이동된다. 블록 314에서, 어닐링 유닛의 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(418))는 처리된 섬유 세그먼트가 유닛의 메모리에 저장된 섬유 손실 임계값을 충족하는지 여부를 판정한다. 블록 314에서의 판정이 아니오(즉, 임계값이 충족되지 않음)인 경우, 프로세스(300)는 블록 304로 다시 이동하여 섬유 세그먼트의 재처리를 시작한다(즉, 블록 304 내지 314를 반복함). 블록 314에서의 판정이 예(즉, 임계값이 충족되거나 초과됨)인 경우, 프로세스(300)는 블록 316으로 계속된다.

블록 316에서, 하나 이상의 프로세서는 후속 섬유 세그먼트가 어닐링 전 섬유 스풀(예를 들어, 제1 스풀(414))에 남아 있는지 여부를 판정한다. 블록 316에서의 판정이 아니오인 경우, 프로세스(300)는 종료된다. 블록 316에서의 판정이 예이면, 프로세스(300)는 블록 302로 다시 이동하여 섬유의 다음 세그먼트 처리를 시작한다. 따라서, 프로세스(300)는 어닐링 전 섬유의 전체 길이가 충분히 개선되거나, 또는 목표 섬유 손실 임계값(예를 들어, 650 nm에서 0.1 dB/km 미만)을 충족할 때까지 계속해서 반복될 수도 있다.

도 8은 실시예에 따른, 섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 제2 예시적인 방법 또는 프로세스(500)를 도시하고 있다. 예로서, 광섬유는 도 4에 도시되어 있는 광섬유(202)와 동일하거나 유사할 수도 있다. 도 9는 ZBLAN 섬유 길이의 결함을 제거하도록 구성된 다른 예시적인 섬유 정제 시스템(600)을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템(600)은 프로세스(500)를 수행하는 데 사용될 수 있다. 이에 따라, 이하의 단락에서는, 용이한 예시를 위해 프로세스(500)가 시스템(600)을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 프로세스(500)는 다른 실시예에서, ZBLAN 섬유를 어닐링하는 것이 가능한 다른 시스템 또는 디바이스를 사용하여 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

먼저 도 9를 참조하면, 실시예에 따르면, 섬유 정제 시스템(600)은 가속 챔버(602) 및 챔버(602) 내에 이동 가능하게 배치되고 광섬유(606)의 주어진 길이를 처리하도록 구성된 어닐링 유닛(604)을 포함한다. 광섬유(606)는 ZBLAN 섬유 코어 및 섬유 코어 주위에 배치된 클래딩을 포함하고 도 4에 도시되어 있는 광섬유(202)와 실질적으로 유사하거나 동일하다. 가속 챔버(602)는 미리 결정된 시간(예를 들어, 도 5에 도시되어 있는 제2 시간 기간(t₂)) 동안 어닐링 유닛(604)(또한 "스핀들"이라 칭함)을 자유 낙하 상태로 배치함으로써 미세 중력 환경을 모방하도록 구성될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 가속 챔버(602)는 약 0.5 미터 높이이고, 약 3 인치 길이인 광섬유(606)의 세그먼트를 처리하기 위해 약 320 밀리초의 자유 낙하를 제공하도록 구성된다.

도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 어닐링 유닛(604)은 광섬유(606)를 수용하기 위한 중앙 개구를 갖는 일반적으로 원통형 형상을 갖는다. 게다가, 어닐링 유닛(604)은 도 11과 관련하여 본 명세서에 더 상세히 설명된 바와 같이, 서로 인접한 중앙 개구 내에 위치된 클램핑 시스템(608) 및 가열 챔버(612)를 포함한다. 실시예에서, 클램핑 시스템(608)은 어닐링 유닛(604)이 가속 챔버(602)를 통해 자유 낙하할 때 가열 챔버(612)의 중공 내부(613) 내에서 광섬유(606)의 주어진 세그먼트(606a)를 파지하거나 유지하도록 구성될 수 있다. 일단 세그먼트(606a)가 충분히 처리되면(예를 들어, 어닐링 및 켄칭), 클램핑 시스템(608)은 처리된 세그먼트(606a)를 해제하고 처리를 위해 광섬유의 새로운 또는 다음 세그먼트를 파지하도록 구성될 수 있다. 이 해제 및 파지 작용은, 예를 들어 어닐링 유닛(604)이 가속 챔버(602)의 상단 또는 시작 위치로 복귀할 때, 어닐링 유닛(604)이 상단 위치에 도달한 후에, 또는 어닐링 유닛(604)이 여전히 챔버(602)의 하단 위치에 있는 동안과 같이, 가속 챔버(602)의 임의의 적절한 시간 또는 위치에서 발생할 수도 있다. 이 방식으로, 광섬유(606)는 어닐링 유닛(604)의 각각의 낙하 또는 자유 낙하 가속도에 따라 세그먼트별로 처리될 수 있다.

도시되어 있는 바와 같이, 시스템(600)은 광섬유(606)의 어닐링 전 길이를 유지 또는 저장하도록 구성된 제1 스풀(614) 및 광섬유(606)의 어닐링 후 길이를 유지 또는 저장하도록 구성된 제2 스풀(616)을 더 포함한다. 시스템(600)은 예를 들어, 본 명세서에 더 상세히 설명되어 있는 바와 같이, 가속 챔버(602), 어닐링 유닛(604), 가열 챔버(612), 클램핑 시스템(608), 및/또는 스풀(614, 616)과 같은, 시스템(600)의 하나 이상의 구성요소의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서(618)(또한 본 명세서에서 "프로세서(618)"라고도 칭함)를 또한 포함한다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(618)는 도 8에 도시되어 있는 프로세스(500)를 수행하거나 또는 다르게는 본 명세서에 설명된 기술에 따라 광섬유(606)를 정제하기 위해 시스템(600)의 구성요소를 제어하도록 구성된다.

도시되어 있는 바와 같이, 제1 스풀(614)은 가속 챔버(602)의 입구에 인접하게 배치될 수도 있고, 제2 스풀(616)은 가속 챔버(602)의 출구에 인접하게 배치될 수도 있다. 동작 중에, 제1 스풀(614)은 광섬유(606)가 처리된 후 제1 스풀(614)로부터 가속 챔버(602)를 통해 제2 스풀(616) 상으로 이동할 수 있도록 제1 방향으로 회전될 수도 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 섬유(606)는 그 내에 배치된 어닐링 유닛(604) 및 가열 챔버(612)를 포함하는 전체 챔버(602)를 통과한다. 몇몇 경우에, 제2 스풀(616) 및/또는 제1 스풀(614)은, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 예를 들어 섬유(606)의 세그먼트가 재처리되거나 추가로 정제되어야 하는 경우, 광섬유(606)를 가속 챔버(602)를 통해 후방으로 이동시키기 위해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전될 수도 있다.

부가적으로 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 어닐링 유닛(604)은 유닛(604)의 상단 및 하단 단부(615, 617) 사이에서 연장하는 일반적으로 환형 외부 벽(619)을 갖고, 가열 챔버(612) 및 클램핑 시스템(608)을 수용하도록 구성된 개방 중심(620)을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상단 단부(615)와 하단 단부(617) 사이의 거리(y)는 약 3 인치이다. 다른 실시예에서, 어닐링 유닛(604)은 예를 들어, 가속 챔버(602)의 높이 및/또는 주어진 주기에서 처리될 광섬유(606)의 길이에 따라 길이가 더 길거나 더 짧을 수도 있다. 도시되어 있지는 않지만, 가열 챔버(612)는 어닐링 유닛(604)의 개방 상단 단부(615), 개방 하단 단부(617) 및/또는 외부 벽(619) 중 적어도 하나에 결합될 수도 있다.

가열 챔버(612)는 섬유(606)가 어닐링 유닛(604)을 통과할 때 그 중공 내부(613)를 통해 광섬유(606)를 수용하도록 구성될 수 있다. 중공 내부(613)는 챔버(612) 내에 섬유 세그먼트를 수용하기 위한 개방 상단 및 섬유 세그먼트가 챔버(612)에서 빠져나가는 것을 허용하기 위한 개방 하단에 의해 형성될 수도 있다. 가열 챔버(612)는 가열 코일 또는 원하는 온도로 정밀하게 제어되는 것이 가능한 임의의 다른 적합한 가열 요소를 더 포함한다. 가열 요소는 중공 내부(613)를 형성하거나 그렇지 않으면 가열 챔버(612) 내에 배치된 섬유 세그먼트(606a)를 둘러싸도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 가열 요소는 가열 요소의 벽이 중공 내부(613)를 형성하도록 환형으로 배열될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 가열 챔버(612)는 세라믹 가열 요소를 포함한다. 다른 실시예에서, 가열 챔버(612)는 금속 가열 요소를 포함한다. 일 예시적인 실시예에서, 가열 요소는 가열 요소가 온도를 신속하게 변화시킬 수 있는 것을 보장하기 위해 약 0.888 J/g·℃의 비열 용량을 갖도록 구성된다. 도 7b의 가열 챔버(412)와 같이, 가열 챔버(612)는 광섬유(606)의 결정화 온도보다 더 높고 섬유(606)의 용융 온도보다 낮은 제1 온도로 광섬유(606)의 주어진 세그먼트를 가열하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 제1 온도는 약 370℃이다.

몇몇 실시예에서, 어닐링 유닛(604)의 외부 벽(619)은, 개방 상단 단부(615)로부터 개방 하단 단부(617)까지 연장하고 벽(619)의 전체 둘레 주위에 실질적으로 균등하게 분포되어, 도 10a 내지 도 10c에 도시되어 있는 바와 같이, 어닐링 유닛(604)에 바스켓형 외관을 제공하는 복수의 종방향 개구(622)를 포함한다. (도 9에서, 외부 벽(619)은 용이한 예시를 위해 평면 표면으로 도시되어 있다.) 각각의 개구(622)의 정확한 폭은 외부 벽(619)의 둘레 및 원하는 개구(622)의 수 또는 외부 벽(619)을 위한 개방 공간에 대한 중실 구조체의 원하는 비에 의존할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 가열 챔버(612)는 마찬가지로 부분적 개방(또는 비-중실) 구조를 가질 수도 있다. 어닐링 유닛(604) 및/또는 가열 챔버(612)의 개방 벽은 어닐링 유닛(604)을 통한 기류가 프로세스(500)의 냉각 부분 동안 섬유(606)의 가열된 세그먼트를 켄칭하는 것을 돕는 것을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 기간 동안, 가열 챔버(612)는 가열 요소를 턴오프하도록 구성될 수 있어, 주어진 섬유 세그먼트(606a)가 더 이상 제1 온도로 가열되지 않게 된다. 몇몇 실시예에서, 어닐링 유닛(604)이 자유 낙하를 계속함에 따라 어닐링 유닛(604) 및/또는 가열 챔버(612)의 개구(622)를 통과하는 공기는 결정화 온도보다 낮지만 여전히 유리 전이 온도보다 높은 제2 온도로 섬유 세그먼트(606a)를 급속하게 냉각시키기에 충분할 수도 있다. 예를 들어, 제2 온도는 제1 온도보다 약 350℃, 또는 약 10 내지 20℃ 더 낮을 수도 있다. 다른 실시예에서, 어닐링 유닛(604)은 이러한 급속 냉각 목적을 위해 적합한 가스 또는 액체가 어닐링 유닛(604) 및/또는 가열 챔버(612)의 개방 벽을 통해 유동하는 것을 가능하게 하도록 구성될 수도 있다.

도 11a 및 도 11b는 예시적인 클램핑 시스템(608)을 더 양호하게 예시하기 위해 어닐링 유닛(604) 및 가열 챔버(612)의 벽이 제거되어 있는, 어닐링 유닛(604)의 내부 부분의 부분 확대도이다. 도시되어 있는 바와 같이, 클램핑 시스템(608)은 서로 대향하여(또는 가열 챔버(612)의 대향 측면에) 그리고 가열 챔버(612)의 중공 내부(613)에 인접하게 위치된 2개의 가동 구성요소(624)를 포함한다. 2개의 구성요소(624)는 외부 벽(619) 및/또는 가열 챔버(612)에 피봇 가능하게 결합되고, 도 11a에 도시되어 있는 비활성 위치와 도 11b에 도시되어 있는 활성 위치 사이에서 이동하도록 구성된다. 또한 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 가동 구성요소(624)는 가열 챔버(612) 내에 배치된 섬유 세그먼트(606a)에 인접하게 위치되고 활성 위치에 있을 때 섬유 세그먼트(606a)의 대향 측면에 맞물리거나 가압하고, 비활성 위치에 있을 때 섬유 세그먼트(606a)를 비접촉 상태로 남겨두도록 구성된다.

실시예에 따르면, 각각의 가동 구성요소(624)(또한 "액추에이터"라고도 칭함)는, 일단 구성요소(624)가 활성 위치로 이동되면 섬유 세그먼트(606a)를 맞물리기 위한 파지 부분(626)을 포함한다. 몇몇 경우에, 각각의 파지 부분(626)은 이동 구성요소(624)가 손상을 유발하지 않고 섬유(606)에 대해 가압하는 것을 가능하게 하기 위한 패드, 쿠션 또는 다른 적합한 구성요소를 포함한다. 파지 부분(626)은 클램핑 시스템(608)이 활성인 동안 가열 챔버(612) 내에 세그먼트(606a)를 유지하거나 보유하기 위해 섬유 세그먼트(606a)에 충분한 마찰력을 인가하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 제1 스풀(614) 및/또는 제2 스풀(616)은 섬유(606)를 제2 스풀(616)을 향해 연속적으로 당기기에 충분한 하향력을 광섬유(606)에 인가할 수도 있다. 이러한 경우, 파지 부분(626)은 예를 들어, 하향력을 극복하기 위해 충분한 마찰력을 전체적으로 인가하거나, 또는 그렇지 않으면 섬유(606)가 제2 스풀(616)을 향해 이동하거나 활주하는 것을 정지시킴으로써 상기 하향력에 대응하도록 구성되어야 한다. 이 방식으로, 주어진 섬유 세그먼트(606a)는 가열 챔버(612) 내에 고정(또는 포획)될 수 있고 활성 위치 동안 처리를 위해 이용 가능하게 될 수 있다.

대조적으로, 클램핑 시스템(608)이 비활성 또는 휴지 위치에 있을 때, 구성요소(624)는 서로 및 섬유(606)에 대해 실질적으로 평행하게 위치되어, 파지 부분(626)이 그와의 접촉을 회피하기 위해 섬유 세그먼트(606a)로부터 이격한 거리에 위치되게 된다. 이러한 휴지 위치에서, 섬유(606)는 가열 챔버(612) 및 어닐링 유닛(604)의 잔여부를 통해 자유롭게 이동할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 파지 부분(626)(또한 "그리퍼" 또는 "스토퍼"라고도 칭함)은 각각의 가동 구성요소(624)의 하단 단부에 또는 그 부근에 위치된다. 예를 들어, 도 11a에 도시되어 있는 바와 같이, 구성요소(624)는 파지 부분(626)에서 종료된다. 이러한 경우에, 활성 위치는 예를 들어 도 11b에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 구성요소(624)의 하단 단부를 내향으로 가압하거나 이동시킴으로써 달성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 파지 부분(626)은 각각의 가동 구성요소(624)의 상단 단부에 또는 그 부근에 위치될 수도 있고, 이 경우 파지 부분(636)은 각각의 구성요소(624)의 상단 단부를 내향으로 가압함으로써 활성화될 수도 있다. 처리 중에 광섬유(606)의 세그먼트를 파지하고 가열 챔버(612) 내에 섬유 세그먼트를 유지하기 위한 다른 유형의 디바이스가 또한 고려된다.

실시예에서, 클램핑 시스템(608)은 각각의 자유 낙하 주기 동안, 즉, 어닐링 유닛(604)이 가속 챔버(602)의 상단으로부터 챔버(602)의 하단으로 이동할 때 단일 섬유 세그먼트(606a)를 유지하도록 구성될 수 있다. 하단에 도달시에, 클램핑 시스템(608)은 주어진 섬유 세그먼트(606a)를 해제하고 섬유(606)의 제2 또는 다음 세그먼트를 파지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가열 챔버(612)가 한 번에 3 인치의 섬유를 처리하도록 구성되면, 클램핑 시스템(608)은 3 인치 간격으로 섬유(606)를 파지하거나 클램핑하도록 구성될 수도 있다. 이 방식으로, 광섬유(606)의 전체 길이는 시스템(600)을 사용하여 체계적으로 처리되거나 정제될 수도 있다.

실시예에서, 프로세서(618)는 어닐링 유닛(404), 가속 챔버(402), 스풀(614, 616), 및/또는 시스템(600)의 다른 구성요소의 하나 이상의 기능을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 프로세서(618)는 스풀(414, 416)의 프로세서 제어와 유사하게, 회전 속도 및 방향을 포함하여, 스풀의 이동 또는 회전을 제어하기 위해 제1 및 제2 스풀(614, 616)에 전기적으로 결합된다. 몇몇 실시예에서, 프로세서(618)는 활성 위치와 비활성 위치 사이에서 가동 구성요소(624)의 이동을 제어하기 위해 클램핑 시스템(608)에 전기적으로 결합될 수 있다.

프로세서(618)는 또한 챔버(612) 내의 가열 요소의 온도 설정을 제어하기 위해 가열 챔버(612)에 전기적으로 결합될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(618)는, 예를 들어 챔버(412) 내의 센서(예를 들어, 열전쌍)로부터의 실시간 온도 판독값에 기초하여, 어닐링 동안 가열 요소의 온도를 제1 온도로 설정할 수도 있고, 자유 낙하 동안 제1 온도를 유지하는 데 필요에 따라 이 온도를 증가 또는 감소시킬 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 프로세서(618)는 처리 주기의 시작시 또는 챔버(602)의 상단에서 어닐링 유닛(604)의 해제, 및 주기의 종료시에 또는 챔버(602)의 하단에 도달시에 어닐링 유닛(604)의 감속 및 정지를 제어하기 위해 가속 챔버(602)에 전기적으로 결합될 수도 있다. 예를 들어, 가속 챔버(602)는 어닐링 유닛(604)을 가속 챔버(602)에서 상하로 이동시키는 것이 가능한 무마찰 트랙(도시되어 있지 않음) 또는 다른 디바이스, 및 트랙을 따른 어닐링 유닛(604)의 이동을 정지시키는 것이 가능한 제동 시스템(도시되어 있지 않음)을 포함할 수도 있다. 이러한 경우에, 프로세서(618)는 챔버(602)의 하단에서 어닐링 유닛(604)의 운동을 정지시키기 위해 제동 시스템에 전기적으로 결합될 수도 있고, 어닐링 유닛(604)을 유닛(604)의 하단을 향해 제1 방향으로 그리고 유닛(604)의 상단을 향해 제2 반대 방향으로 이동시키기 위해 트랙 시스템에 전기적으로 결합될 수도 있다. 가속 챔버(602) 내에서 어닐링 유닛(604)을 이동시키기 위한 다른 디바이스 또는 시스템이 또한 고려된다.

몇몇 실시예에서, 시스템(600)은 처리된 세그먼트(606a)의 어닐링 후 분석을 수행하여 부가의 처리가 최적의 결과를 획득하기 위해 요구되는지 여부를 판정하기 위한 하나 이상의 구성요소를 더 포함한다. 이러한 경우에, 시스템(600)은 어닐링 유닛(404)에 포함된 것들과 유사하게, 하나 이상의 레이저 및 광검출기를 포함할 수도 있다. 더욱이, 프로세서(418)와 같이, 프로세서(618)는 상기 구성요소에 전기적으로 결합될 수도 있고 처리된 세그먼트(606a)의 산란 프로파일을 모니터링하거나 측정하고(냉각 프로세스의 완료 후) 측정된 정보에 기초하여 실시간으로 처리된 세그먼트(606a)의 섬유 손실 값을 결정하도록 구성될 수도 있다. 결정된 섬유 손실 값은 섬유 손실 임계값과 비교될 수도 있고 임계값이 충족되지 않으면, 프로세서(618)는 부가의 처리를 위해 섬유 세그먼트(606a)를 가속 챔버(602)를 통해 다시 보낼 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 프로세서(618)는 주어진 광의 파장(예를 들어, 대략 650 nm에서 킬로미터당 0.1 데시벨(dB/km))에 대해 최적의 산란 계수 또는 다른 섬유 손실 메트릭이 달성될 때까지 어닐링 및 냉각 프로세스를 계속 반복할 수도 있다.

도 8을 다시 참조하면, 프로세스(500)가 이제 시스템(600)의 구성요소를 참조하여 설명될 것이다. 프로세스(500)는 예를 들어, 프로세서(618)를 포함하여, 시스템(600)에 포함된 하나 이상의 프로세서를 사용하여 구현될 수도 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 프로세서(500)는 블록 502에서 어닐링 유닛(예를 들어, 어닐링 유닛(604)) 내에 광섬유의 세그먼트(예를 들어, 섬유 세그먼트(606a))를 고정하는 것으로 시작한다. 더 구체적으로, 섬유 세그먼트는 가열 챔버에 인접하여 배치된 클램핑 시스템(예를 들어, 클램핑 시스템(608))을 사용하여, 어닐링 유닛의 가열 챔버(예를 들어, 가열 챔버(612)) 내에 또는 상기 가열 챔버의 가열 요소에 인접하여 고정될 수도 있다. 클램핑 시스템은 각각의 처리 주기(예를 들어, 어닐링 및 냉각)에 대해 균일한 길이(예를 들어, 3 인치)의 섬유 세그먼트를 고정하거나 파지하도록 구성될 수도 있다. 블록 504에서, 섬유 세그먼트는 광섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높지만 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은 제1 온도로 가열된다. 예를 들어, 제1 온도는 약 370℃일 수도 있고 352℃내지 450℃의 임의의 다른 값일 수도 있다.

블록 506에서, 어닐링 유닛은 중력 속도(예를 들어, 9.8 m/s²)에서 또는 자유 낙하 운동을 사용하여 가속 챔버(예를 들어, 가속 챔버(602))의 제1 또는 시작 위치로부터 동일한 챔버의 제2 또는 종료 위치로 낙하하거나 이동된다. 실시예에서, 가속 챔버(602)는 최소 시간(예를 들어, 320 밀리초) 동안 자유 낙하 운동을 유지하도록 구성된다. 블록 508에서, 섬유 세그먼트의 온도는 상기 자유 낙하 운동 중에 제1 시간 기간 동안 제1 온도로 유지된다. 블록 510에서, 섬유 세그먼트는 제2 시간 기간 동안 제2 온도로 냉각된다. 제2 온도는 결정화 온도(T_x) 미만이지만 유리 전이 온도(T_g) 초과일 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 제2 온도는 약 350℃, 또는 제1 온도보다 약 10 내지 20℃ 낮다. 일단 제2 시간 기간이 종료되면, 섬유 처리 주기는 완료된 것으로 고려될 수도 있다.

실시예에 따르면, 제2 시간 기간(또한 본 명세서에서 "냉각 기간"이라고도 칭함)은 섬유 세그먼트가 자유 낙하 운동하는 동안 시작될 수도 있지만, 자유 낙하 운동이 정지된 후에, 또는 섬유 세그먼트가 감속 중인 동안(예를 들어, 도 5에서 제3 시간 기간(t₃)에) 종료될 수도 있다. 따라서, 자유 낙하에 할당된 시간은 섬유 세그먼트를 가열하고 적어도 부분적으로 냉각하는 모두에 소비될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 시간 기간과 제2 시간 기간은 길이가 실질적으로 동일할 수도 있다. 다른 실시예에서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간보다 길 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 제1 시간 기간의 정확한 길이는 본 명세서에 설명된 바와 같이, 섬유 세그먼트의 물리적 길이, 뿐만 아니라 다른 인자에 의존할 것이다.

블록 512에서, 어닐링 유닛은 가속 챔버(602)의 제2 위치로부터 다시 챔버(602)의 제1 위치로 이동된다. 블록 514에서, 시스템(600)의 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(618))는 처리된 섬유 세그먼트가 유닛의 메모리에 저장된 섬유 손실 임계값을 충족하는지 여부를 판정한다. 블록 514에서의 판정이 아니오(즉, 임계값이 충족되지 않음)인 경우, 프로세스(500)는 블록 504로 다시 이동하여 섬유 세그먼트의 재처리를 시작한다(즉, 블록 504 내지 514를 반복함). 블록 514에서의 판정이 예(즉, 임계값이 충족되거나 초과됨)인 경우, 프로세스(500)는 블록 516으로 계속된다.

블록 516에서, 하나 이상의 프로세서는 후속 섬유 세그먼트가 어닐링 전 섬유 스풀(예를 들어, 제1 스풀(614))에 남아 있는지 여부를 판정한다. 블록 516에서의 판정이 아니오인 경우, 프로세스(500)는 종료된다. 블록 516에서의 판정이 예이면, 프로세스(500)는 처리된 섬유 세그먼트가 어닐링 유닛의 가열 챔버로부터 해제되는 블록 518로 계속된다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서는 클램핑 시스템이 섬유에 대한 그 그립을 해제하거나, 또는 비활성 상태로 이동하게 할 수도 있다. 블록 518로부터, 프로세스(500)는 블록 502로 다시 이동하여 섬유의 다음 세그먼트 처리를 시작한다. 따라서, 프로세스(500)는 어닐링 전 섬유의 전체 길이가 충분히 개선되거나, 또는 목표 섬유 손실 임계값(예를 들어, 650 nm에서 0.1 dB/km 미만)을 충족할 때까지 계속해서 반복될 수도 있다.

실시예에서, 각각의 프로세스(300, 500)는 적어도 부분적으로, 예를 들어 도 7b에 도시되어 있는 어닐링 유닛(404)에 포함된 프로세서(418) 및 메모리(도시되어 있지 않음), 또는 도 9에 도시되어 있는 가속 챔버(602)에 포함된 프로세서(618) 및 메모리(도시되어 있지 않음)와 같은, 메모리에 저장된 소프트웨어를 실행하는 적어도 하나의 데이터 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 주어진 프로세스(300/500)의 동작을 수행하기 위해, 프로세서(418/618)는 시스템(400/600)의 하나 이상의 다른 구성요소와 각각 상호 작용할 수도 있다. 프로세서(418/618)는, 예를 들어 중앙 처리 유닛(CPU), 반도체 기반 마이크로프로세서(마이크로칩 또는 칩셋의 형태), 또는 다른 유형의 마이크로프로세서와 같은, 메모리로부터 검색된 소프트웨어 명령을 실행하기 위한 임의의 적절한 하드웨어 디바이스일 수 있다.

각각의 프로세서(418/618)는, 예를 들어 휘발성 메모리 요소(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(DRAM, SRAM, SDRAM 등과 같은 RAM)), 비휘발성 메모리 요소(예를 들어, ROM, 하드 드라이브, 테이프, CDROM 등) 또는 이들의 임의의 조합과 같은 소프트웨어 명령을 저장하기 위해 적합한 임의의 적절한 메모리 디바이스일 수 있는 메모리에 통신적으로 결합된다. 더욱이, 메모리는 전자, 자기, 광학 및/또는 다른 유형의 저장 매체를 통합할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 메모리는 본 명세서에 설명되고 도 5 및 도 8에 도시되어 있는 방법 중 하나 이상의 방법의 전체 또는 일부를 구현하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 메모리는, 예를 들어 본 명세서에 개시된 원리(예를 들어, 프로세스(300/500))를 수행하기 위해 프로세서(418/618)에 의해 실행될 수도 있는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션과 같은, 수행될 명령의 세트를 포함하는 하나 이상의 실행 가능 컴퓨터 프로그램 또는 소프트웨어 모듈을 저장할 수 있다. 실행 가능 프로그램은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

도 12는 실시예에 따른, 예시적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(700)을 도시하고 있다. 시스템(700)의 구성요소는 도 3에 도시되어 있는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(100)과 유사할 수도 있다. 예를 들어, 시스템(700)은 도 3의 광원(102)과 실질적으로 유사한 광원(702), 도 3의 광섬유 케이블(104)과 실질적으로 유사한 광섬유 케이블(704), 및 도 3에 도시되어 있는 광검출기(106)와 실질적으로 유사한 광검출기(706)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 케이블(104)과 같이, 광섬유 케이블(704)은 광원(702)에 결합된 제1 단부(708), 광검출기(706)에 결합된 제2 단부(710), 및 예를 들어 도 4에 도시되어 있는 ZBLAN 광섬유(202)와 실질적으로 유사한, 케이블(704)의 길이, 즉, 제1 단부(708)와 제2 단부(710) 사이의 전체 길이로 연장하는 복수의 광섬유를 가질 수도 있다. 간결함을 위해, 광검출기(706), 광원(702)(또한 "레이저 소스"라고도 칭함), 및 광섬유 케이블(704)은 이들 유사성을 고려하여 여기서는 상세히 설명되지 않을 것이다.

실시예에서, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(700)은 다양한 부하에 전력을 공급하기 위해 광섬유 네트워크에 사용되거나 포함될 수 있고, 각각의 부하는 광학 대 전기 변환기에 연결되거나 이를 포함한다. 예를 들어, 광섬유 네트워크는 산업용 용례에서 다양한 기계류 및 장비의 부품에서, 또는 주거용 또는 상업용 용례에서는 표준 벽 콘센트를 사용하여 전력 공급되는 다양한 전자 기기 및 다른 디바이스에서 종료될 수도 있다. 이러한 네트워크의 일 예는 도 13에 도시되어 있는 광출력 분배 시스템(800)일 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 광섬유 케이블(704)은 각각의 광섬유 커플러 또는 커넥터(712, 714) 및 광섬유 스플라이스(716, 717)(예를 들어, 기계적 스플라이스, 융합 스플라이스, 또는 임의의 다른 적합한 유형의 스플라이싱 디바이스)를 통해 광원(702) 및/또는 광검출기(706)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 케이블(704)의 제1 단부(708)는 광섬유 케이블(704)과 유사한 제2 광섬유 케이블(713)을 통해 제1 커넥터(712)에 연결될 수도 있는 제1 스플라이스(716)에 결합될 수도 있다. 제1 커넥터(712)는 또한 광원(702)에 결합되고, 광원(702)으로부터 광섬유 케이블(713 및/또는 704)로 광 에너지 또는 전력을 전달하거나 전송하도록 구성된다. 마찬가지로, 케이블(704)의 제2 단부(710)는 광섬유 케이블(704)과 유사한 제3 광섬유 케이블(715)을 통해 제2 커넥터(714)에 연결될 수도 있는 제2 스플라이스(717)에 결합될 수도 있다. 제2 커넥터(714)는 또한 광검출기(706)에 결합되고 수신된 광출력을 광섬유 케이블(715 및/또는 704)을 통해 광검출기(706)에 전달하도록 구성된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(700)을 가로질러 전력을 전달하기 위해 더 많은 광섬유 케이블이 함께 결합되는 경우 부가의 스플라이스(716)가 포함될 수도 있다.

도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 광원(702)은 전송 유닛(718)(또한 본 명세서에서 전기 대 광학("E-O") 변환 유닛이라고도 칭함)에 포함되고 광섬유 케이블(704)을 통한 전송을 위해 전기 에너지를 광 에너지(예를 들어, 고출력 레이저 에너지)로 변환하도록 구성된다(도 1의 광원(102)과 같이). 실시예에서, 전기 에너지는 전송 유닛(718)에 결합된 외부 전원(예를 들어, DC 전력 공급 장치, AC 전력 공급 장치 등)으로부터 수신된 전력이다. 전송 유닛(718)은 전원(또는 다른 전력 입력)으로부터 수신된 전력 신호로 광원(702)(예를 들어, 레이저 다이오드)의 동작을 구동하기 위해 전원과 광원(702) 사이에 결합된 드라이버(720)(예를 들어, 레이저 다이오드 드라이버)를 또한 포함한다. 몇몇 실시예에서, 전송 유닛(718)은 전송 유닛(718)과 외부 전원 사이의 중개자로서 역할을 하는 외부 제어 디바이스(예를 들어, 도 13에 도시되어 있는 전력 제어 유닛(836))에 결합될 수도 있다. 이러한 경우, 외부 제어 디바이스는, 예를 들어 도 14의 방법(900)에 따라, 전송 유닛(718)에 공급되는 전력량을 관리하고 유닛(718)의 다른 동작 양태를 제어할 수도 있다.

도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 광검출기(706)는 수신 유닛(722)(또한 본 명세서에서 광학 대 전기("O-E") 변환 유닛이라고도 칭함)에 포함되고, 광섬유 케이블(704)을 통해 수신된 광 에너지(또는 전력)를 전기 에너지(또는 전력)로 변환하도록 구성된다. 실시예에서, 전기 에너지는 수신 유닛(722)에 결합된 하나 이상의 전기 부하에 전력 공급하는 데 사용된다(예를 들어, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이).

실시예에서, 수신 유닛(722)은 또한 그 사이에 결합된 동일한 광섬유 케이블(704)을 통해 제어 신호, 상태 신호, 피드백 신호 및/또는 다른 데이터 신호를 전송 유닛(718)으로 송신하도록 구성된다. 이러한 데이터 신호에 포함된 정보는 수신 유닛(722)에 결합된 하나 이상의 전기 부하로부터(예를 들어, 도 13과 관련하여 설명된 바와 같이), 또는 다수의 전기 부하에 결합된 제어 유닛(도시되어 있지 않음)으로부터 수신될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유 케이블(704)은 전체로서 케이블(704)을 통해, 또는 케이블(704)에 포함된 개별 섬유의 하나 이상을 통해 광 신호의 양방향 전송을 가능하게 하기 위해 하나 이상의 광학 순환기(도시되어 있지 않음)를 포함할 수도 있거나, 또는 그에 결합될 수도 있다.

도시되어 있는 바와 같이, 수신 유닛(722)은 수신된 정보에 기초하여 하나 이상의 디지털 데이터 신호를 발생하도록 구성된 제1 프로세서(724)(예를 들어, 마이크로프로세서, 마이크로제어기 등)를 더 포함할 수 있다. 수신 유닛(722)은 또한 제1 프로세서(724) 및 광섬유 케이블(704)에 결합된 광학 송신기(726)를 포함할 수 있다. 광학 송신기(726)는 디지털 데이터 신호를 광학 데이터 신호, 또는 광섬유 케이블(704)을 통해 전송되는 것이 가능한 다른 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 광학 송신기(726)는 전송 유닛(718)으로의 전송을 위해 광학 데이터 신호를 광섬유 케이블(704)에 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 광학 송신기(726)는 레이저 다이오드(또는 다이오드 레이저) 또는 광섬유 케이블(704)을 통해 광학 데이터 신호를 전송하는 것이 가능한 임의의 다른 광학 디바이스일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 송신기(726)는 광검출기(706)의 포토다이오드 패키지에 포함된 레이저 다이오드이다.

마찬가지로, 전송 유닛(718)은 광섬유 케이블(704)에 결합된 광학 수신기(728) 및 전송 유닛(718)에 또한 포함된 제2 프로세서(730)(예를 들어, 마이크로프로세서, 마이크로제어기 등)를 더 포함할 수 있다. 광학 수신기(728)는 광섬유 케이블(704)을 통해 전송된 광학 데이터 신호를 수신하고 수신된 신호를 다시 디지털 형태로 변환하도록 구성될 수 있다. 광학 수신기(728)는 광학 데이터 신호에 대해 레이저 다이오드(702)의 광학 캐비티를 모니터링하는 것이 가능한 포토다이오드 또는 다른 광학 디바이스일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 수신기(728)는 광원(702)의 레이저 다이오드 패키지에 통합된 모니터 다이오드이다. 광학 수신기(728)는, 예를 들어 도 13과 관련하여 설명된 바와 같이, 처리를 위해 제2 프로세서(730)에 디지털 데이터 신호를 제공할 수 있다. 실시예에서, 제2 프로세서(730)는 광학 데이터 신호로부터 추출된 데이터를, 예를 들어, 외부 전원의 제어기 또는 제어 유닛(예를 들어, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이)과 같은 외부 디바이스에 제공할 수도 있다.

이제 도 13을 참조하면, 실시예에 따르면, 고출력 레이저 에너지의 형태로 광출력을 다수의 위치 또는 부하로 수송하기 위한 전송 라인으로서 본 명세서에 설명된(예를 들어, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이) 광섬유 케이블을 사용하는 예시적인 광출력 분배 시스템(800)이 도시되어 있다. 광출력 분배 시스템(800)은 예를 들어 비행기, 자동차 또는 가정 내에서; 장거리를 가로질러(예를 들어, 대륙, 국가, 도시 사이 등); 그리고/또는 예를 들어, 전력 분배가 위험할 수도 있는 고도로 휘발성인 영역에서를 포함하여, 임의의 산업용, 상업용, 주거용, 또는 개인 환경에서 전력을 분배하는 데 사용될 수도 있다.

실시예에서, 광출력 분배 시스템(800)은 n개의 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(801)을 포함할 수 있는데, 이들 각각은 도 12에 도시되어 있는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(700)과 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(800)은 복수의 전기 대 광학("E-O") 변환 유닛(818), 복수의 광학 대 전기("O-E") 변환 유닛(820), 및 복수의 광섬유 케이블(804)을 포함할 수 있고, 각각의 E-O 유닛(818)은 도 12의 전송 유닛(718)과 실질적으로 유사하고, 각각의 O-E 유닛(822)은 도 12의 수신 유닛(722)과 실질적으로 유사하고, 각각의 광섬유 케이블(804)은 도 12의 광섬유 케이블(704)과 실질적으로 유사하다. 더욱이, 각각의 E-O 유닛(818)은 대응 광섬유 케이블(804)을 통해 O-E 유닛(822)의 각각의 하나에 결합될 수 있고, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(700)에서와 같이, 상기 케이블(804)을 통해 각각의 O-E 유닛(822)에 광출력("OPP")을 전송하도록 구성될 수 있다. 도 12와의 이들 유사성을 고려하면, E-O 유닛(818), O-E 유닛(822), 및 광섬유 케이블(804)은 간결함을 위해 여기서는 상세히 설명되지 않을 것이다.

도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(801)은 복수의 전기 부하(832)의 각각의 하나 및 공통 전원(834)에 결합될 수 있다. 게다가, 복수의 E-O 유닛(818)의 각각은 전원(834)에 전기적으로 연결된 전력 제어 유닛(836)(또는 전력 제어기)에 결합될 수 있다. 전원(834)은 임의의 유형의 전력 공급 장치(예를 들어, DC 또는 AC) 또는 전기 부하(832)를 지원하기에 충분한 전력을 발생하는 것이 가능한 임의의 다른 디바이스일 수도 있다. 전력 제어 유닛(836)(또한 "마스터 전력 제어 유닛"이라고도 칭함)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전원(834)에 의해 발생된 전력의 E-O 유닛(818)으로의 분배 또는 전송을 관리하고 전력 분배 시스템(800)의 다양한 다른 양태를 제어할 수 있다. 도 13은 전력을 발생하기 위한 단일 전원(834) 및 그에 결합된 단일 전력 제어 유닛(836)을 도시하고 있지만, 다른 실시예에서 시스템(800)은 다수의 전원 및/또는 복수의 E-O 유닛(818)에 결합된 다수의 제어 유닛을 포함할 수도 있다.

실시예에 따르면, 전력 제어 유닛(836)은 전원(834)의 동작을 제어하고(예를 들어, 턴온 또는 턴오프, 발생된 전력량의 증가 또는 감소 등), 각각의 E-O 유닛(818)의 동작을 제어하고(예를 들어, 턴온 또는 턴오프 등), 개별 E-O 유닛(818)으로의 전력 분배를 관리하고, 그리고/또는 전력 분배 시스템(800)의 다른 양태를 제어하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 전력 제어 유닛(836)은 발생된 전력을 모든 E-O 유닛(818) 사이에 균등하게 분배함으로써 전력 분배를 관리한다. 다른 경우에, 전력 제어 유닛(836)은 각각의 E-O 유닛(818)에 결합된 전기 부하(832)에 기초하여 E-O 유닛(818) 사이의 발생된 전력의 분배를 최적화하도록 구성된다.

예를 들어, 전력 제어 유닛(836)은 대응 전기 부하(832)(즉, 그 O-E 유닛(822)에 전기적으로 연결된 부하(832))의 전력 정격 또는 요구 또는 부하(832)로부터 수신된 다른 상태 정보에 따라 주어진 O-E 유닛(822)에 분배되는 광출력을 조정 또는 제어할 수도 있다. 이러한 경우에, 전력 제어 유닛(836)은 전기 부하(832)에 의해 제공되는 데이터에 기초하여 각각의 전기 부하(832)의 전력 요구를 결정하고, 이에 따라 각각의 대응 E-O 유닛(818)에 의해 출력된 광출력의 하나 이상의 특성을 제어하여, 대응 전기 부하(832)에서 궁극적으로 수신된 전력이 그 부하(832)의 전력 요구와 일치하거나 순응하게 된다.

전기 부하(832)는, 예를 들어 가정 또는 건물, 전자 디바이스, 발전소, 차량 등을 포함하여, 전력을 필요로 하는 임의의 유형의 디바이스 또는 시스템일 수도 있다. 각각의 전기 부하(832)는 유선 연결(예를 들어, 전기 케이블 등) 또는 무선 연결(예를 들어, 무선 전력 전달 시스템)을 사용하여 각각의 O-E 유닛(822)에 전기적으로 결합될 수도 있다. 실시예에서, 각각의 전기 부하(832)는, 예를 들어 동일한 유선 또는 무선 연결, 또는 데이터 전송을 위한 개별 링크 또는 연결을 사용하여, 그 부하(832)에 연결된 O-E 유닛(822)에 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다. 데이터는 상태 정보, 연결 정보, 전력 요구 정보 및/또는 전력 전달 관리와 관련된 임의의 다른 정보를 포함할 수도 있다. 상태 정보는 예를 들어, 전기 부하(832)의 역률(또는 피상 전력에 대한 실제 전력의 비), 전력 이용률 또는 부하(832)의 에너지 효율을 나타내기 위한 다른 측정값, 뿐만 아니라 부하(832)의 동작 또는 상태에 관련된 임의의 다른 정보를 포함할 수도 있다. 연결 정보는 예를 들어, 부하(832)가 O-E 유닛(822)에 연결되고 그리고/또는 O-E 유닛(822)으로부터 전력을 수신한다는 연결 검증기 또는 다른 표시, 뿐만 아니라 부하(832)와 O-E 유닛(822) 사이의 전기적 연결에 관한 다른 정보를 포함할 수도 있다. 전력 요구 정보는 예를 들어, 전기 부하(832)의 전력 정격, 또는 부하(832)를 동작하거나 다른 방식으로 지원하는 데 필요한 전력량, 뿐만 아니라 부하(832)의 전력 관련 요구와 관련된 다른 정보를 포함할 수도 있다.

부가적으로 도 12를 참조하면, O-E 유닛(822)은 전기 부하(832)에 의해 제공된 데이터를 수신하고 개별 프로세서(예를 들어, 도 12의 프로세서(724)) 또는 유닛(822)에 포함된 다른 컴퓨팅 디바이스를 사용하여, 수신된 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다. O-E 프로세서는 수신된 데이터에 기초하여 데이터 신호(또는 디지털 데이터 신호)를 발생하고 E-O 유닛(818)에 데이터를 전송하기 위해 광학 송신기(예를 들어, 도 12의 광학 송신기(726))에 데이터 신호를 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 도 12와 관련하여 설명된 바와 같이, 광학 송신기는 디지털 데이터 신호를 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 광섬유 케이블(804)을 통한 전송을 위해 적합한 광학 데이터 신호(또한 본 명세서에서 광학 상태 신호("OSS")라고도 칭함)로 변환할 수도 있다.

실시예에서, 전력 제어 유닛(836)은 각각의 전기 부하(832)에 제공된 광출력이 그 부하(832)의 전력 요구를 충족하는지 여부를 판정하거나, 또는 그렇지 않으면 시스템(800)의 임의의 전력 제한 또는 전력 평균 분배 요구를 식별하기 위해 E-O 유닛(818)으로부터 수신된 각각의 데이터 신호(또는 "OSS")를 분석하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 주어진 전기 부하(832)가 현재 공급되는 광출력(또는 "OPP")보다 많은 전력을 필요로 하는 경우, 전력 제어 유닛(836)은 O-E 유닛(822)에 광출력을 전송하는 데 사용되는 광섬유 케이블(804) 내의 광섬유의 수를 증가시킴으로써 대응 O-E 유닛(822)에 부가의 광출력이 공급될 수 있는지 여부를 판정할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 전력 제어 유닛(836)은 부하(832)에 이용 가능한 전체 전력량을 증가시키기 위해, 전원(834)이 대응 E-O 유닛(818)에 더 많은 발생된 전력을 공급할 수 있는지 여부를 판정할 수 있다. 다른 경우에, 전력 제어 유닛(836)은 부하(832)에 전달된 전력량을 증가시키기 위해, E-O 유닛(818)의 다른 특성 및/또는 그로부터 전송되는 광출력을 제어 또는 조정할 수도 있다. 어쨌든, 부가의 전력이 이용 가능하면, 전력 제어 유닛(836)은 필요에 따라 부가의 전력이 각각의 전기 부하(832)에 전달되는 것을 보장하기 위해 E-O 유닛(818) 및/또는 전원(834)을 제어할 수 있다.

예를 들어, 광섬유 케이블(804)의 모든 광섬유가 이미 사용 중이고 전원(834)이 이미 최대 용량으로 동작 중이기 때문에 부가의 전력이 이용 가능하지 않은 경우, 전력 제어 유닛(836)은 전원(834)이 주어진 전기 부하(832)의 전력 요구를 수용할 수 없다고 결정할 수도 있고, 그 결과 대응 E-O 유닛(818)과 O-E 유닛(822) 사이의 광학 링크를 종료할 수도 있다. 예를 들어, 전력 제어 유닛(836)은 대응 E-O 유닛(818)에 포함된 광원을 턴오프하거나, 또는 그렇지 않으면 그에 결합된 광섬유 케이블(804)을 통한 광출력 전송을 정지할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 전력 제어 유닛(836)은 부하(832)가 공급된 전력량 미만을 요구할 때 본 명세서에 설명된 것들과 유사한 기술을 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 제어 유닛(836)은 사용되는 광섬유의 수를 감소시키고, 전원(834)에 의해 E-O 유닛(818)의 레이저 소스에 공급되는 발생된 전력량을 감소시키고, E-O 유닛(818)에 의해 출력되는 광출력의 양을 감소시키고, 그리고/또는 E-O 유닛(818) 및/또는 광섬유 케이블(804)의 하나 이상의 다른 특성을 제어할 수도 있다.

따라서, 시스템(800)은 각각의 부하(832)의 전력 요구를 일치시켜, 이에 의해 망 비효율성을 회피하고, 뿐만 아니라, 도 14의 방법(900)에 관련하여 본 명세서에 추가로 설명된 바와 같이, 전력 제한 기술을 사용하여 전하 축적을 방지하고 O-E/E-O 인프라의 효율적인 활용을 보장하도록 구성될 수 있다.

전력 제어 유닛(836)은, 예를 들어 처리 디바이스(또는 프로세서) 및 메모리 디바이스와 같은, 본 명세서에 설명된 동작을 수행하기 위한 하나 이상의 적절한 하드웨어 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세서는, 예를 들어 중앙 처리 유닛(CPU), 반도체 기반 마이크로프로세서(마이크로칩 또는 칩셋의 형태), 또는 다른 유형의 마이크로프로세서와 같은, 메모리 디바이스로부터 검색된 소프트웨어 명령을 실행하기 위한 임의의 적절한 하드웨어 디바이스일 수 있다.

메모리 디바이스는, 예를 들어 휘발성 메모리 요소(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(DRAM, SRAM, SDRAM 등과 같은 RAM)), 비휘발성 메모리 요소(예를 들어, ROM, 하드 드라이브, 테이프, CDROM 등) 또는 이들의 임의의 조합과 같은 소프트웨어 명령을 저장하기 위해 적합한 임의의 적절한 메모리 디바이스일 수 있다. 더욱이, 메모리 디바이스는 전자, 자기, 광학 및/또는 다른 유형의 저장 매체를 통합할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 메모리는 본 명세서에 설명되고 도 14에 도시되어 있는 방법 중 하나 이상의 방법의 전체 또는 일부를 구현하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 메모리는, 예를 들어 본 명세서에 개시된 원리(예를 들어, 프로세스(900))를 수행하기 위해 프로세서에 의해 실행될 수도 있는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션과 같은, 수행될 명령의 세트를 포함하는 하나 이상의 실행 가능 컴퓨터 프로그램 또는 소프트웨어 모듈을 저장할 수 있다. 실행 가능 프로그램은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

도 14는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템에서 전력 전달을 관리하는 예시적인 프로세스 또는 방법(900)을 도시하고 있고, 실시예에 따르면, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템은 레이저 소스를 갖는 전송 유닛, 광검출기를 갖는 수신 유닛, 및 이들 유닛 사이에 결합된 광섬유 케이블을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템은, 예를 들어 도 12에 도시되어 있는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(700)과 같은, 본 명세서에 설명된 광섬유를 통한 전력 전송 시스템 중 임의의 것과 실질적으로 유사할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템은, 예를 들어 도 13에 도시되어 있는 광출력 분배 시스템(800)과 같은 광출력 분배 시스템일 수도 있거나, 또는 더 큰 광출력 분배 시스템(예를 들어, 도 13의 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(801)과 유사함)의 일부를 형성할 수도 있다.

방법(900)은 하나 이상의 전자 디바이스 또는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템의 구성요소에 의해 단독으로 또는 하나 이상의 다른 전자 디바이스와 조합하여 수행될 수 있다. 상기 디바이스는, 예를 들어 도 13에 도시되어 있는 전력 제어 유닛(836), 도 12에 도시되어 있는 전송 유닛(718), 및/또는 도 12에 도시되어 있는 수신 유닛(722)을 포함할 수도 있다. 방법(900)의 기능은 적어도 부분적으로, 디바이스의 메모리에 저장된 소프트웨어 애플리케이션을 실행하는 디바이스의 프로세서(예를 들어, 전력 제어 유닛(836)의 프로세서 및/또는 도 12의 프로세서(724, 730))에 의해 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 애플리케이션은 디바이스의 프로세서에 의해 실행 가능한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 컴퓨터 프로그램일 수도 있다. 방법(900)의 동작을 추가로 수행하기 위해, 전자 디바이스(들)는, 예를 들어 외부 전원(예를 들어, 도 13의 전원(834)) 및 외부 전기 부하(예를 들어, 도 13의 전기 부하(832))와 같은, 그에 결합된 하나 이상의 외부 디바이스 또는 구성요소와 상호 작용하거나 인터페이싱하고, 뿐만 아니라 하나 이상의 내부 디바이스(예를 들어, 전송 유닛의 레이저 소스(702) 및 광학 수신기(728), 수신 유닛(722)의 광검출기(706) 및 광학 송신기(726) 등)를 채용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 방법(900)은 광출력 분배 시스템(800)에 포함된 각각의 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(801) 내의 전력 전달을 관리하기 위해 전력 제어 유닛(836)에 의해 수행될 수도 있다.

도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 방법(902)은 단계 902에서 시작할 수 있고, 이는 광섬유 케이블에 포함된 제1 수(n)의 광섬유를 사용하여 전송 유닛으로부터 수신 유닛으로 고출력 레이저 에너지를 전송하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 광섬유 케이블은 복수의 광섬유를 포함하고, 각각의 섬유는 광섬유 케이블의 길이만큼 연장되고 열 필러에 의해 둘러싸여 있다. 예를 들어, 광섬유 케이블은 도 4에 도시되어 있는 광섬유 케이블(200)과 실질적으로 유사할 수도 있고 광섬유(202), 또는 약 0.1 데시벨(dB)의 손실로 약 1000 킬로미터(km)의 거리에 걸쳐 약 1 기가와트의 전력을 갖는 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능한 임의의 다른 광섬유 케이블로 구성될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 전송 유닛은 수신 유닛에 광출력을 전송하기 위해 광섬유 케이블 내의 모든, 몇몇, 또는 임의의 다른 수의 광섬유를 사용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전송 유닛은 먼저 광섬유의 제1 수를 사용하도록 구성되고, 제1 수는 미리 설정된 값(예를 들어, 하나의 섬유, 50%의 섬유 등)에 기초하여 선택된다. 다른 실시예에서, 제1 광섬유 수는 시스템의 사용자 또는 조작자에 의해 선택될 수 있다.

방법(900)의 단계 904는 프로세서에서, 수신 유닛에 결합된 전기 부하의 전력 요구에 관한 정보를 포함하는 데이터 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 데이터 신호는 고출력 레이저 에너지를 전송하는 데 사용되는 동일한 광섬유 케이블을 사용하여 수신 유닛으로부터 전송 유닛으로 전송된다. 전력 요구 정보는, 예를 들어 전기 부하의 전력 정격 또는 전기 부하를 동작하는 데 요구되는 전력량의 다른 표시를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 데이터 신호는 예를 들어 전기 부하로의 전력 전달을 확인하는 연결 정보, 전기 부하의 역률 또는 전력 이용률을 나타내는 상태 정보, 또는 부하에 의해 사용되거나, 부하에서 수신되는 전력량의 다른 표시, 전기 부하 및/또는 수신 유닛으로부터의 메시지를 포함하는 피드백 정보, 및/또는 본 명세서에 설명된 다른 정보와 같은 부가의 정보를 마찬가지로 포함할 수도 있다.

실시예에 따르면, 데이터 신호는 수신 유닛(예를 들어, 도 12의 광학 송신기(726))에 포함된 광학 송신기에 의해 발생되어 광섬유 케이블을 통해 전송되는 광학 데이터 신호이다. 이러한 실시예에서, 단계 904는 전송 유닛에 포함된 광학 수신기(예를 들어, 도 12의 광학 수신기(728))에서 광학 데이터 신호를 수신하는 단계를 더 포함한다. 단계 906에서, 광학 데이터 신호는, 예를 들어 광학 수신기(예를 들어, 모니터 다이오드)를 사용하여 디지털 데이터 신호로 변환되고, 프로세서에 제공된다.

실시예에서, 방법(900)은 프로세서를 사용하여 데이터 신호를 분석하고, 상기 분석에 기초하여 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지를 제어하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 데이터 신호가 전기 부하에 대한 전력 요구 정보를 포함하는 경우, 방법(900)은 전기 부하의 전력 요구에 기초하여 전송 유닛에 의해 출력된 고출력 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다. 다양한 실시예에서, 방법(900)은 고출력 레이저 에너지 출력을 제어하기 위해 전송 유닛 및/또는 광섬유 케이블의 하나 이상의 특성을 조정하거나 제어하는 단계를 포함한다.

더 구체적으로, 데이터 신호의 분석은 단계 908에서, 데이터 신호에 포함된 전력 요구 정보를 식별하는 단계, 및 데이터 신호에 포함된 전력 요구가 임계 전력량을 초과하는지 여부를 판정하는 단계를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어 외부 전원에 의해 발생될 수 있는 최대 전력량, 또는 외부 전원의 다른 임계값과 같은 임계 전력량은 전송 유닛(예를 들어, 도 13의 전원(834))에 결합된 외부 전원과 연관될 수도 있다. 다른 실시예에서, 예를 들어 레이저에 의해 출력될 수 있는 광출력의 최대량, 광원의 다른 임계값과 같은 임계 전력량은 전송 유닛의 광원(예를 들어, 레이저 소스)과 연관될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어 케이블의 전체 길이를 가로질러 케이블에 의해 운반될 수 있는 최대 전력량, 또는 광섬유 케이블의 다른 임계값과 같은 임계 전력량은 광섬유 케이블과 연관될 수도 있다. 광섬유를 통한 전력 전송 시스템과 연관된 다른 임계량이 또한 고려된다.

단계 908에서의 판정이 긍정인 경우, 즉, 전기 부하의 전력 요구가 임계 전력량을 초과하는 경우, 방법(900)은 단계 910으로 계속되는데, 이는 전송을 전송 유닛으로부터의 고출력 레이저 에너지의 전송을 중단함으로써 전송 유닛에 의해 전송되는 고출력 레이저 에너지 출력을 제어하는 단계를 포함한다. 즉, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템은 전기 부하를 동작시키는 데 요구되는 전력이 이용 가능한 전력량보다 큰 경우 광원의 동작을 중단하거나 그렇지 않으면 광섬유 케이블을 통한 광출력 공급을 정지할 것이다.

단계 908에서의 판정이 부정이면, 즉, 전력 요구가 임계값을 초과하지 않는 경우, 방법(900)은 단계 912로 계속되는데, 이는 전기 부하의 전력 요구가 전송 유닛에 의해 출력되거나, 또는 수신 유닛에서 수신되는 고출력 레이저 에너지에 의해 충족되는지 여부를 판정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 프로세서는 수신 유닛에 의해 검출되는 광출력의 양을 전기 부하를 동작시키는 데 요구되는 전력량과 비교하여 수신단에 간극 또는 부족이 존재하는지를 판정할 수도 있다. 단계 912에서의 판정이 긍정이면, 즉, 전기 부하의 전력 요구가 충족되면, 방법(900)이 종료될 수도 있다.

다른 한편으로, 단계 912에서의 판정이 부정이면, 즉, 전력 요구가 수신된 레이저 에너지에 의해 충족되지 않으면, 방법(900)은 전력 요구가 충족되도록 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지를 제어하거나 조정하거나, 또는 그렇지 않으면 대응 전기 부하의 요구를 충족하도록 레이저 출력을 맞춤화하는 단계를 포함할 수 있다. 전송 유닛의 레이저 에너지 출력이 정확히 어떻게 맞춤화되는지는, 예를 들어 전기 부하의 전력 요구, 광섬유 케이블에 포함된 광섬유의 총 수, 레이저 소스의 전력 특성, 각각의 섬유의 최대 전력 용량을 포함하여, 다양한 인자에 따라 달라질 것이다.

몇몇 실시예에서, 상기 조정은 광섬유 케이블을 통해 전송되는 광출력(OPP)의 형태를 제어하기 위해, 전기 부하의 전력 요구에 기초하여, 전송 유닛으로부터 레이저 에너지를 전송하는 데 사용되는 광섬유의 수를 조정함으로써 단계 914에서 달성될 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 전송 유닛은 먼저 레이저 에너지를 제1 수보다 큰 제2 수의 광섬유로 전송하기 위해 사용되었던 제1 수의 광섬유를 증가시킬 수도 있다. 다른 경우에, 전송 유닛은 수신단으로 전송되는 광출력의 양을 감소시키기 위해, 사용되는 광섬유의 수를 제1 수보다 적은 제3 수로 감소시킬 수도 있다. 이에 따라, 단계 914는 프로세서를 사용하여, 전기 부하의 전력 요구를 충족시키는 데 필요한 광섬유의 수를 결정하는 단계, 및 수신 유닛으로의 광출력 전송을 위해 결정된 수의 광섬유를 사용하도록 전송 유닛(또는 그 내에 포함된 레이저 소스)에 명령하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

몇몇 경우에, 단계 916에서 레이저 에너지 출력의 조정은 광섬유의 수 뿐만 아니라 각각의 광섬유를 통해 전송되는 전력량을 조정함으로써 달성될 수도 있다. 예로서, 먼저, 제1 수의 섬유 내의 각각의 광섬유는 섬유의 최대 전력 용량(예를 들어, 약 10 킬로와트(kW))의 약 75%에서 동작될 수도 있다. 더 많은 전력이 요구되는 경우, 이들 섬유 중 하나 이상은 더 높은 용량(예를 들어, 80%)으로 동작될 수도 있거나, 또는 부가의 섬유가 단지 전력 요구를 충족하는 데 필요한 용량까지만 사용될 수도 있다. 마찬가지로, 더 적은 전력이 요구되는 경우, 섬유의 하나 이상을 통해 전송되는 광출력의 양을 제어하거나 감소시킴으로써 총 전력 출력이 감소될 수도 있다.

몇몇 경우에, 레이저 에너지 출력 또는 광출력의 형태의 조정은 전기 부하의 전력 요구에 따라 레이저 소스에 의해 출력되는 전력량을 조정함으로써 단계 916에서 달성될 수도 있다. 예를 들어, 레이저 소스의 전력 설정 또는 전체 전송 유닛의 광출력 변환 설정은, 수신 유닛으로 전송되는 광출력의 양을 증가시키기 위해 제1 설정으로부터 제2 설정으로 증가되거나 조정될 수도 있다. 다른 예로서, 레이저 소스가 복수의 레이저 다이오드로 구성된 다이오드 어레이인 실시예에서, 레이저 소스의 레이저 에너지 출력은 광출력을 출력하는 데 사용되는 레이저 다이오드의 수를 제어함으로써 조정될 수도 있다. 예를 들어, 전송 유닛은 전기 부하의 전력 요구를 충족하는 데 필요한 전력량에 따라 어레이 내의 레이저 다이오드 중 하나 이상을 턴온 또는 턴오프하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 경우에, 단계 914 및 916의 조합이 전기 부하의 전력 요구를 충족하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전기 부하의 전력 요구가 광섬유 케이블의 모든 광섬유를 사용함으로써 충족되지 않는 경우, 레이저 소스에 의해 출력되는 광출력의 양은 마찬가지로 각각의 섬유의 최대 전력 용량까지 증가될 수도 있다. 몇몇 경우에, 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지는 레이저 소스에 의해 출력되는 광출력의 양을 증가시키고 제1 수의 섬유로부터 광섬유 케이블에 포함된 광섬유의 총 수와 동일한 제2 수의 섬유로 레이저 에너지를 전송하는 데 사용되는 광섬유의 수를 증가시킴으로써 전기 부하의 전력 요구에 기초하여 제어되거나 조정된다.

몇몇 실시예에서, 전송 유닛에 의해 출력된 레이저 에너지는, 예를 들어 광섬유를 통한 전력 전송 시스템의 피크 부하 수요(예를 들어, 주간 시간 동안) 또는 다른 시간적 요구를 충족시키기 위해, 시간적 기반으로, 또는 단지 설정된 시간 기간 동안만 조정될 수 있다. 예를 들어, 단계 914는 제1 시점에 사용되는 광섬유의 수를 제1 수로부터 제2 수로 증가시키고, 제2 시점에, 또는 설정된 시간 기간이 경과된 후에 광섬유의 수를 다시 제1 수로 감소시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 단계 916은 제1 시점에, 제1 설정을 제2 설정으로 변경함으로써 레이저 소스에 의해 출력되는 광출력의 양을 증가시키고, 제2 시점에, 또는 특정 시간 기간의 경과 후에, 레이저 소스에 의해 출력되는 광출력의 양을 감소시키기 위해 제1 설정으로 되돌아가는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 광섬유 케이블을 통해 수송되는 광출력의 형태를 일시적으로 조정하기 위한 다른 기술이 또한 사용될 수도 있다.

도 15는 실시예에 따른, 의료 용례에서 사용을 위해 구성된 예시적인 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)은 광범위한 수술 없이 인간 신체 내에 위치된 종양 또는 다른 바람직하지 않은 대상체를 제거하거나 절제하는 데 사용될 수 있다. 예로서, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(100)은 레이저 유도 열 치료, 특정 종양(예를 들어, 원발성 및 속발성 악성 폐 종양 등)의 경피 레이저 절제, 뿐만 아니라 다른 적절한 의료 절차(예를 들어, 요관 결석 제거 등)를 위해 사용될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 다른 광섬유를 통한 전력 전송 시스템과 같이, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)은 수신단의 요구, 또는 이 경우에, 심지어 이들 요구가 절차 전체에 걸쳐 변경될 수 있기 때문에, 수행되는 특정 의료 절차에 따라 그 레이저 에너지 출력을 맞춤화할 수 있다. 예를 들어, 환자의 신체 내의 바람직하지 않은 대상체를 절제 또는 제거하는 데 사용될 때, 시스템(1000)은 대상체의 크기 및/또는 형상이 레이저 치료에 응답하여 변경됨에 따라 레이저 에너지 출력의 하나 이상의 특성을 조정하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)은 기존의 레이저 유도 열 치료 기술 등보다 더 효율적이고 정밀한 절제 기술을 제공할 수 있다.

도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(1000)은 도 3에 도시되어 있는 광원(102)과 유사하게, 초 고출력 레이저 에너지를 방출하기 위한 광원(1002)(또는 레이저 소스)을 포함한다. 시스템(1000)은 제1 단부에서 레이저 소스(1002)에 결합된 적어도 하나의 광섬유(1004)를 더 포함한다. 절제 절차 동안, 적어도 하나의 광섬유(1004)의 제2 단부는 제거되거나 절제될 대상체(1008)에 인접한 환자(1006)의 신체 부위에 삽입될 수도 있다. 광섬유(1004)는 레이저 소스(1002)로부터 대상체(1008)를 향해 고출력 레이저 에너지를 지향시키기 위한 전송 라인으로서 역할을 할 수 있다. 일단 절차가 완료되면, 광섬유(1004)의 전체 또는 일부가 환자의 신체로부터 제거되어 폐기될 수도 있다.

일반적으로, 광섬유(1004) 위로 방출되는 레이저 에너지는 특정 대상체(1008)의 절제를 달성하기 위해 맞춤화되거나 최적화될 수도 있다. 예를 들어, 레이저 소스(1002)에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지는 절제될 대상체(1042)에 따라, 약 2 내지 3 마이크로미터(㎛)의 파장, 또는 다른 적절한 파장을 갖도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 파장은 종양 절제의 경우 2.1 ㎛ 그리고 요관 결석의 절제의 경우 2.0 ㎛으로 설정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 레이저 소스(1002)는 의료 절차 및/또는 대상체(1008)의 유형에 따라 특정 레이트로 레이저 에너지의 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스(1002)는 요관 결석을 더스팅(dusting)할 때 50 헤르츠(Hz)의 반복 레이트로 레이저 에너지의 펄스를 송신하도록 구성될 수도 있다. 게다가, 레이저 소스(1002)는 특정 의료 용례에 따라 특정 전력량(예를 들어, 펄스당 약 1 주울(J)의 펄스 전력)을 갖는 광 에너지의 펄스를 전송하도록 구성될 수 있다.

실시예에서, 레이저 에너지 출력은 특정 유형의 대상체(1008), 뿐만 아니라 절제가 발생할 때 대상체(1008)의 변화하는 물리적 구조에 따라 고출력 레이저 에너지를 맞춤화하기 위해 절제 절차 중에 조정된다. 예를 들어, 대상체(1008)를 향해 지향되는 레이저 에너지의 강도는 대상체(1008)가 크기가 더 작아지고 그리고/또는 다수의 더 작은 단편으로 파괴됨에 따라 감소될 수도 있다. 실시예에서, 이러한 맞춤화는, 예를 들어 레이저 소스(1002)에 의해 출력된 레이저 에너지의 출력 레벨과 같은 레이저 에너지 출력의 하나 이상의 특성 또는 특징을 제어함으로써 달성될 수 있다. 몇몇 경우에, 이러한 맞춤화는, 예를 들어 대상체(1008)의 초기 크기 및/또는 형상에 대해 획득된 정보에 기초하여 절차가 시작되기 전에 먼저 발생할 수도 있고, 대상체(1008)에 관한 상태 또는 피드백 정보, 또는 무엇이 남아 있는지에 기초하여 절차 중에 계속 발생할 수도 있다.

이를 위해, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)은 제1 광섬유(1004)와 동일한 위치에서 또는 그 부근에서(즉, 대상체(1008)에 인접하여) 환자(1006)의 신체 내에 위치된 원위 단부를 갖는 제2 광섬유(1012)에 결합된 분광계(1010)를 더 포함한다. 제2 광섬유(1012)는 대상체(1008)의 위치에서 검출된 광 에너지를 다시 분광계(1010)로 수송하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 제2 광섬유(1012)는 도 4에 도시되어 있는 광섬유(202) 중 하나와 실질적으로 유사할 수도 있다. 분광계(1010)는 복귀된 광(또는 광 펄스)의 다양한 특성을 분석 또는 측정하고 상기 분석에 기초하여 대상체(1008) 또는 다른 입사 대상체의 상태를 결정하는 것이 가능한 근적외선(또는 "NIR") 분광계 또는 다른 광학 분광법 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 레이저 에너지의 초기 인가 후, 분광계(1010)는 복귀된 광의 강도를 측정하고 그렇지 않으면 복귀된 펄스의 스펙트럼 시그니처를 분석하여, 레이저 에너지 출력이 대상체(1008)를 완전히 절제했는지 또는 대상체(1008)의 단지 일부만 절제했는지 그리고/또는 대상체(1008)가 다수의 더 작은 단편으로 절단되게 되었는지 여부를 판정할 수 있다. 분광계(1010)는 또한 복귀된 펄스의 시그니처를 분석하여 대상체(1008)의 남아 있는 단편의 크기를 결정할 수 있다. 몇몇 경우에, 분광계(1010)는 각각의 복귀된 펄스의 시그니처를 식별하고 상기 시그니처를 대상체(1008)의 이전에 획득된 시그니처 또는 다른 사전 정보에 비교함으로써 복귀된 광을 분석하여, 존재한다면, 얼마나 많은 원래 대상체(1008)가 남아 있는지를 결정하도록 구성된다. 분광계(1010)는 또한 조직 형태 및 흡수 특성을 포함하여, 절제 절차의 효율성 또는 완전성을 평가하기 위해 복귀된 펄스의 시그니처를 모니터링할 수 있다. 분광계(1010)는 이해될 수 있는 바와 같이, 이들 결정을 행하기 위해 복귀된 펄스에 포함된 광의 상이한 색상과 복귀된 펄스의 스펙트럼 구조를 식별하고 분석할 수도 있다.

광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)은 분광계(1012)에 의해 결정된 상태 정보에 기초하여 레이저 에너지 출력의 적어도 하나의 특성을 조정하기 위한 제어 유닛(1014)을 더 포함한다. 실시예에서, 제어 유닛(1014)은 대상체(1008)를 향해 지향되는 레이저 에너지의 강도에 영향을 미치는 것이 가능한 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)의 하나 이상의 특성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(1014)은 광원(1002)으로부터 방출된 광출력 또는 에너지의 양을 조정하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 제어 유닛(1014)은 도 16과 관련하여 본 명세서에 설명된 바와 같이, 대상체(1008) 상에 입사되는 레이저 에너지 펄스의 형상을 조정하거나, 그렇지 않으면 환자(1006)를 향해 레이저 에너지를 수송하는 데 사용되는 광섬유(1004)의 하나 이상의 특성을 변경하거나 영향을 미치도록 구성될 수 있다.

도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 제어 유닛(1014)은 유선 또는 무선 연결을 통해 분광계(1012) 및 레이저 소스(1002)의 모두와 통신하는 독립형 컴퓨팅 디바이스이다. 다른 실시예에서, 제어 유닛(1014)은 분광계(1012) 내에 포함된 마이크로제어기 등일 수도 있고, 이 경우 분광계(1012)는 레이저 소스(1002)와 직접 통신할 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 제어 유닛(1014)은 이해될 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 동작을 수행하기 위한 프로세서 및 메모리(예를 들어, 도 12에 도시되어 있는 수신 유닛(722)의 것들과 유사함)를 포함할 수도 있다.

부가적으로 도 16을 참조하면, 도 15의 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)에 포함된 광섬유(1004)의 단면도가 도시되어 있다. 실시예에서, 광섬유(1004)는 광섬유(1004)를 통해 전달되는 레이저 에너지의 펄스 형상 및/또는 다른 특성의 제어를 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 광섬유(1004)는 도 4에 도시되어 있고 본 명세서에 설명되어 있는 섬유 코어(212)와 실질적으로 유사할 수도 있는 ZBLAN 코어(1016)를 포함한다. 광섬유(1004)는 ZBLAN 코어(1016) 주위에 배치된 클래딩(1018)을 더 포함한다. 클래딩(1018)은 도 4의 클래딩(214)과 같이, 코어(1016)에 융착되거나 접합될 수도 있다. 광섬유 케이블(1004)은 ZBLAN 섬유 코어(1016) 및 클래딩(1018)을 보호하고 절연하도록 구성된 보호 코팅(1020)을 더 포함한다. 코팅(1020)은 폴리비닐 플루오라이드("PVF") 또는 다른 적합한 폴리머로 구성될 수도 있다.

실시예에서, 클래딩(1018) 및 코팅(1020)은 광섬유(1004)의 코어(1016)를 통해 이동하는 레이저 에너지의 하나 이상의 특성의 특정 제어 또는 조정을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 클래딩(1018)은 대상체(1008)를 향한 레이저 에너지의 전파를 안내하거나 지향하도록 구성된 주기적인 구조를 가질 수도 있다. 코팅(1020)은, 예를 들어 도 15의 제어 유닛(1014)에 의해 클래딩(1018)에 인가되는 전기장과 같은 전기장에 의해 자극될 때 크기 또는 형상이 변화할 수 있는 전기활성 폴리머일 수도 있다. 코팅(1020)이 전기장에 응답하여 팽창 및/또는 수축함에 따라, 주기적인 구조화된 클래딩(1018)의 기간이 마찬가지로 변경된다. 이는 코어(1016)를 통해 이동하는 레이저 에너지의 펄스 형상, 뿐만 아니라 각각의 광 펄스의 진폭 또는 강도의 대응 변화를 유발하고, 따라서 광섬유(1004)를 통과할 수 있는 광의 유형을 제어한다. 실시예에서, 제어 유닛(1014)은 대상체(1008) 상에 입사하는 레이저 에너지의 펄스 형상 및 강도 레벨이 필요에 따라 또는 대상체(1008)의 현재 상태에 따라(예를 들어, 남아 있는 단편의 수 및 크기 등) 맞춤화되도록 클래딩(1018)에 특정 전기장을 인가하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템(1000)에 포함된 광원(1002)의 유형은 특정 의료 절차에 따라 변경되거나 수정될 수도 있다. 예를 들어, Ho:YAG 레이저는 이러한 수술 절차의 표준에 따라, 요관 결석을 더스팅하기 위해 사용될 수도 있다.

특정 실시예에서, 도 6, 도 8, 및 도 14와 같은, 도면의 프로세스 설명 또는 블록은 프로세스의 특정 논리적 기능 또는 단계를 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능 명령을 포함하는 코드의 모듈, 세그먼트 또는 부분을 표현할 수 있는 것으로서 이해되어야 한다. 통상의 기술자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 수반된 기능에 따라, 실질적으로 동시에 또는 역순을 포함하여, 도시되거나 설명된 것으로부터 다른 순서로 기능들이 실행될 수도 있는 임의의 대안 구현예가 본 명세서에 설명된 실시예의 범주 내에 포함된다.

전술된 실시예, 특히 임의의 "바람직한" 실시예는 가능한 구현예이고, 단지 본 발명의 원리의 명백한 이해를 위해 설명된 것이라는 것이 강조되어야 한다. 많은 변형 및 수정이 본 명세서에 설명된 기술의 사상 및 원리로부터 실질적으로 벗어나지 않고 전술된 실시예(들)에 이루어질 수도 있다. 모든 이러한 수정은 본 개시내용의 범주 내에서 본 명세서에 포함되고 이하의 청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.

Claims

광섬유 케이블이며,
제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장하는 길이;
중앙 냉각 튜브;
냉각 튜브 주위에 반경방향으로 배치된 복수의 광섬유로서, 각각의 광섬유는 섬유 코어 및 섬유 코어 주위에 배치된 클래딩을 포함하는, 복수의 광섬유;
외부 보호 커버; 및
외부 보호 커버와 중앙 냉각 튜브 사이에 배치되고 각각의 광섬유를 둘러싸는 내부 열 필러를 포함하고,
중앙 냉각 튜브, 외부 보호 커버, 내부 열 필러, 및 복수의 광섬유의 각각은 케이블의 길이만큼 연장하는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 각각의 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 열 필러는 아크릴로 구성되는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 냉각 튜브는 케이블의 온도를 임계 온도 미만으로 유지하도록 구성된 냉각 물질을 포함하는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 냉각 물질은 공기인, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 각각의 섬유 코어는 약 300 마이크로미터(㎛) 내지 약 500 ㎛의 범위로부터 선택되는 반경을 갖는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 케이블은 약 0.1 데시벨(dB)의 손실로 약 1000 킬로미터(km)의 거리에 걸쳐 약 1 기가와트의 전력을 갖는 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능한, 광섬유 케이블.
제7항에 있어서, 레이저 에너지는 대략 2.1 ㎛의 파장을 갖는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 길이는 적어도 약 50 km인, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 복수의 광섬유는 약 8,000개의 광섬유를 포함하는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 클래딩은 섬유 코어 내에 광을 구속하도록 구성되는, 광섬유 케이블.
제11항에 있어서, 클래딩은 섬유 코어보다 더 낮은 굴절률을 갖는 플루오라이드 유리 재료로 제조되는, 광섬유 케이블.
제1항에 있어서, 각각의 광섬유는 섬유 코어의 결함의 수를 감소시키도록 구성된 어닐링 기술을 사용하여 정제되는, 광섬유 케이블.
제13항에 있어서, 어닐링 기술은:
광섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 광섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은 제1 온도로 광섬유를 가열하는 것,
섬유가 제1 온도에 있는 동안 광섬유를 제1 가속도로 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 것, 및
광섬유와 연관된 임계 냉각 레이트로 광섬유를 제2 온도로 냉각시키는 것을 포함하고, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과인, 광섬유 케이블.
제14항에 있어서, 제1 가속도는 중력의 속도인, 광섬유 케이블.
제14항에 있어서, 유리 전이 온도는 약 260℃이고, 결정화 온도는 약 352℃이고, 용융 온도는 약 450℃인, 광섬유 케이블.
섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이 내의 결함을 제거하기 위한 시스템이며,
챔버 내에 배치된 광섬유의 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하도록 구성된 가열 챔버를 포함하는 어닐링 유닛으로서, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 어닐링 유닛; 및
자유 낙하 운동을 사용하여 어닐링 유닛을 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이동시키도록 구성된 챔버로서, 가열 챔버는 상기 자유 낙하 운동의 제1 시간 기간 동안 광섬유의 세그먼트의 제1 온도를 유지하도록 추가로 구성되는, 챔버를 포함하고,
제2 시간 기간 동안, 어닐링 유닛은 광섬유의 세그먼트를 섬유와 연관된 임계 냉각 레이트의 제2 온도로 냉각하도록 구성되고, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x) 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과이고,
제2 시간 기간이 종료된 후, 어닐링 유닛은 광섬유의 후속 세그먼트를 가열 챔버 내로 전이하도록 추가로 구성되고, 하우징은 어닐링 유닛을 더 낮은 높이로부터 상승된 높이로 이동시키도록 추가로 구성되는, 시스템.
제17항에 있어서, 어닐링 유닛은 광섬유를 가열 챔버 내로 이송하도록 구성된 제1 스풀, 및 가열 챔버를 빠져나가는 광섬유를 수용하도록 구성된 제2 스풀을 더 포함하는, 시스템.
제18항에 있어서, 어닐링 유닛은 주어진 세그먼트를 챔버 외부로 당기고 후속 세그먼트를 챔버 내로 끌어당기기 위해 제2 스풀을 제1 방향으로 회전시키도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 더 포함하는, 시스템.
제19항에 있어서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간이 종료된 후에, 자유 낙하 운동 동안 시작되는, 시스템.
제19항에 있어서, 하나 이상의 프로세서는:
광섬유의 주어진 세그먼트가 냉각 후 섬유 손실 임계값을 충족하는지 여부를 판정하고,
상기 임계값이 충족되지 않으면, 부가의 가열을 위해 주어진 세그먼트를 가열 챔버로 복귀시키기 위해, 제2 스풀을 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 회전시키도록 추가로 구성되는, 시스템.
제17항에 있어서, 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 시스템.
제17항에 있어서, 광섬유의 각각의 세그먼트는 적어도 약 10 미터의 실질적으로 균일한 길이를 갖고, 상승된 높이와 더 낮은 높이 사이의 거리는 적어도 약 44 미터이고, 자유 낙하 운동은 약 3초 동안 지속되는, 시스템.
제17항에 있어서, 임계 냉각 레이트는 초당 약 섭씨 40도(℃)인, 시스템.
제17항에 있어서, 유리 전이 온도는 약 260℃이고, 결정화 온도는 약 352℃이며, 용융 온도는 약 450℃인, 시스템.
섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 방법이며, 광섬유는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템의 어닐링 유닛 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 방법은:
(a) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛의 가열 챔버 내에 광섬유의 주어진 세그먼트를 위치설정하는 단계;
(b) 가열 챔버 및 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하는 단계로서, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 가열 단계;
(c) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛을 자유 낙하 운동을 사용하여 상승된 높이로부터 더 낮은 높이로 이동시키는 단계;
(d) 상기 자유 낙하 운동 중에, 가열 챔버 및 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 제1 시간 기간 동안 제1 온도에서 유지하는 단계;
(e) 제2 시간 기간 동안, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 섬유의 임계 냉각 레이트에서 제2 온도로 냉각하는 단계로서, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x) 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과인, 냉각 단계;
(f) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 제2 시간 기간 후에 어닐링 유닛을 더 낮은 높이로부터 상승된 높이로 이동시키는 단계; 및
(g) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 광섬유의 전체 길이가 처리될 때까지 광섬유의 각각의 후속 세그먼트에 대해 단계 (a) 내지 (f)를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
제26항에 있어서, 주어진 세그먼트를 냉각하는 단계는 임계 냉각 레이트에 기초하여 선택된 속도로 가열 챔버 외부로 제1 세그먼트를 당기는 단계를 포함하고, 광섬유의 주어진 세그먼트는 가열 챔버를 빠져나갈 때 제2 온도로 냉각되는, 방법.
제27항에 있어서, 주어진 세그먼트가 당겨짐에 따라 광섬유의 후속 세그먼트가 가열 챔버 내로 당겨지는, 방법.
제26항에 있어서,
단계 (g) 전에, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 광섬유의 주어진 세그먼트가 섬유 손실 임계값을 충족하는지 여부를 판정하는 단계, 및
상기 임계값이 충족되지 않으면, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 부가의 가열을 위해 주어진 세그먼트를 가열 챔버로 복귀시키기 위해, 제2 스풀을 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제29항에 있어서, 부가의 가열을 제공하기 위해 주어진 세그먼트로 단계 (b) 내지 (f)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제26항에 있어서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간이 종료된 후에, 자유 낙하 운동 동안 시작되는, 방법.
제26항에 있어서, 광섬유의 각각의 세그먼트는 적어도 약 10 미터의 실질적으로 균일한 길이를 갖고, 상승된 높이로부터 더 낮은 높이까지의 거리는 적어도 약 44 미터이고, 자유 낙하 운동은 약 3초 동안 지속되는, 방법.
제26항에 있어서, 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 방법.
제26항에 있어서, 임계 냉각 레이트는 초당 적어도 약 섭씨 40도(℃)인, 방법.
제26항에 있어서, 유리 전이 온도는 약 260℃이고, 결정화 온도는 약 352℃이며, 용융 온도는 약 450℃인, 방법.
섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이 내의 결함을 감소시키기 위한 시스템이며,
가열 요소 및 가열 요소에 인접하여 광섬유의 주어진 세그먼트를 선택적으로 고정하도록 구성된 클램핑 시스템을 포함하는 어닐링 유닛으로서, 가열 요소는 주어진 세그먼트를 제1 온도로 선택적으로 가열하도록 구성되고, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 어닐링 유닛; 및
어닐링 유닛을 수용하고 어닐링 유닛과 그 내에 고정된 광섬유의 주어진 세그먼트를 제1 가속도로 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키고, 어닐링 유닛과 주어진 세그먼트를 제1 가속도보다 낮은 제2 가속도로 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키도록 구성된 가속 챔버를 포함하고,
상기 제1 가속 동안, 광섬유의 주어진 세그먼트는 제1 시간 기간 동안 가열 요소에 의해 제1 온도로 가열되고,
제2 시간 기간 동안, 주어진 세그먼트는 섬유와 연관된 임계 냉각 레이트로 제2 온도로 냉각되고, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과이고,
상기 제2 시간 기간 후에, 클램핑 시스템은 광섬유의 주어진 세그먼트를 해제하고 가열 요소에 인접하여 광섬유의 후속 세그먼트를 고정하도록 구성되는, 시스템.
제36항에 있어서, 광섬유를 가속 챔버 내로 이송하도록 구성된 제1 스풀, 및 가속 챔버를 빠져나가는 광섬유를 수용하도록 구성된 제2 스풀을 더 포함하는, 시스템.
제37항에 있어서, 가속 챔버는 제1 위치와 제2 위치 사이의 어닐링 유닛의 이동을 제어하고 클램핑 시스템 및 그 내에 포함된 가열 시스템의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는, 시스템.
제38항에 있어서, 하나 이상의 프로세서는:
주어진 세그먼트를 해제하기 전에 광섬유의 주어진 세그먼트가 섬유 손실 임계값을 충족하는지 여부를 판정하고,
상기 임계값이 충족되지 않으면, 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하는 동안 제1 가속도에서 제1 위치로부터 제2 위치로 어닐링 유닛의 이동을 반복하도록 추가로 구성되는, 시스템.
제36항에 있어서, 어닐링 유닛은, 유닛의 길이를 따라 연장하고 제2 시간 기간 동안 주어진 세그먼트를 냉각하기 위해 유닛을 통한 기류를 가능하게 하도록 구성된 복수의 개구를 포함하는, 시스템.
제36항에 있어서, 가열 요소는 어닐링 유닛의 중심에 배치된 코일이고, 광섬유는 코일의 중심을 통해 연장하는, 시스템.
제41항에 있어서, 클램핑 시스템은, 가열 요소의 대향 측면에 인접하게 배치되고 가열 요소에 인접하여 광섬유의 주어진 세그먼트를 고정하기 위한 제1 위치와 상기 세그먼트를 해제하기 위한 제2 위치 사이에서 이동하도록 구성된 2개의 액추에이터를 포함하고, 각각의 액추에이터는 클램핑 시스템이 제1 위치에 있을 때 광섬유를 가압하도록 구성된 파지 부분에서 종료하는, 시스템.
제36항에 있어서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간이 종료된 후, 제1 가속 동안 시작되는, 시스템.
제36항에 있어서, 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 시스템.
제36항에 있어서, 광섬유의 각각의 세그먼트는 약 3 인치의 실질적으로 균일한 길이를 갖는, 시스템.
제36항에 있어서, 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리는 적어도 약 0.5 미터이고, 어닐링 유닛은 제1 가속 동안 약 320 밀리초 내에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는, 시스템.
제36항에 있어서, 임계 냉각 레이트는 초당 적어도 약 섭씨 40도(℃)인, 시스템.
제36항에 있어서, 유리 전이 온도는 약 260℃이고, 결정화 온도는 약 352℃이며, 용융 온도는 약 450℃인, 시스템.
섬유 코어 및 섬유 코어 주위의 클래딩을 포함하는 광섬유의 길이로부터 결함을 제거하는 방법이며, 광섬유는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템의 어닐링 유닛 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 방법은:
(a) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛의 가열 요소에 인접하여 광섬유의 주어진 세그먼트를 고정하는 단계;
(b) 하나 이상의 프로세서 및 가열 요소를 사용하여, 주어진 세그먼트를 제1 온도로 가열하는 단계로서, 제1 온도는 섬유의 결정화 온도(T_x)보다 높고 섬유의 용융 온도(T_m)보다 낮은, 가열 단계;
(c) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛을 제1 가속도로 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 단계;
(d) 상기 가속 동안, 하나 이상의 프로세서 및 가열 요소를 사용하여, 제1 시간 기간 동안 주어진 세그먼트의 제1 온도를 유지하는 단계;
(e) 제2 시간 기간 동안, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트를 섬유의 임계 냉각 레이트에서 제2 온도로 냉각하는 단계로서, 제2 온도는 섬유의 결정화 온도 미만 및 유리 전이 온도(T_g) 초과인, 냉각 단계;
(f) 상기 제2 시간 기간 후에, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 섬유의 주어진 세그먼트를 해제하는 단계;
(g) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 어닐링 유닛을 제2 가속도로 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키는 단계로서, 제2 가속도는 제1 가속도보다 느린, 이동 단계; 및
(h) 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 광섬유의 전체 길이가 처리될 때까지 광섬유의 각각의 후속 세그먼트에 대해 단계 (a) 내지 (g)를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
제49항에 있어서, 단계 (f) 전에, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 광섬유의 주어진 세그먼트가 섬유 손실 임계값을 충족하는지 여부를 판정하는 단계, 및
상기 임계값이 충족되지 않으면, 하나 이상의 프로세서를 사용하여, 주어진 세그먼트로 단계 (b) 내지 (e)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제49항에 있어서, 단계 (a)는 주어진 세그먼트를 어닐링 유닛의 클램핑 시스템에 고정하는 단계를 포함하고, 단계 (f)는 클램핑 시스템으로부터 주어진 세그먼트를 해제하는 단계를 포함하는, 방법.
제49항에 있어서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간이 종료된 후, 제1 가속 동안 시작되는, 방법.
제49항에 있어서, 광섬유의 각각의 세그먼트는 약 3 인치의 실질적으로 균일한 길이를 갖는, 방법.
제49항에 있어서, 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리는 적어도 약 0.5 미터이고, 어닐링 유닛은 제1 가속 동안 약 320 밀리초 내에 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는, 방법.
제49항에 있어서, 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 방법.
제49항에 있어서, 임계 냉각 레이트는 초당 적어도 약 섭씨 40도(℃)인, 방법.
제49항에 있어서, 유리 전이 온도는 약 260℃이고, 결정화 온도는 약 352℃이며, 용융 온도는 약 450℃인, 방법.
광섬유를 통한 전력 전송 시스템이며,
고출력 레이저 에너지를 방출하도록 구성된 레이저 소스;
검출된 광을 전기 에너지로 변환하도록 구성된 광검출기; 및
광섬유 케이블을 포함하고, 광섬유 케이블은:
레이저 소스에 결합된 제1 단부,
광검출기에 결합된 대향 제2 단부,
제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장하는 길이, 및
복수의 광섬유로서, 각각의 광섬유는 케이블의 길이만큼 연장되고, 섬유를 둘러싸는 열 필러를 갖는, 복수의 광섬유를 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제58항에 있어서, 레이저 소스는 대략 2.1 ㎛의 파장에서 동작하는 하나 이상의 레이저 다이오드 바아를 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제58항에 있어서, 광검출기는 적어도 하나의 포토다이오드 검출기를 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제58항에 있어서, 각각의 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제58항에 있어서, 광섬유 케이블은 약 0.1 데시벨(dB)의 손실로 약 1000 킬로미터(km)의 거리에 걸쳐 약 1 기가와트의 전력을 갖는 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능한, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제58항에 있어서,
광섬유 케이블의 제2 단부에 결합되고 데이터 신호를 전송하도록 구성되는 광학 송신기; 및
광섬유 케이블의 제1 단부에 결합되고 데이터 신호를 수신하도록 구성된 광학 수신기를 더 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제63항에 있어서, 광검출기는 전기 에너지를 전기 부하에 제공하도록 구성되고, 데이터 신호는 전기 부하의 전력 요구에 관한 정보를 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제64항에 있어서, 데이터 신호에 기초하여 레이저 소스에 의해 공급되는 전력량을 제어하도록 구성된 전력 제어 유닛을 더 포함하는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제65항에 있어서, 전력 제어 유닛은 전력 요구가 임계 전력량을 초과하는 경우 레이저 소스를 턴오프하도록 구성되는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제65항에 있어서, 전력 제어 유닛은 전력 요구를 충족시키는 데 요구된 복수의 광섬유의 수를 결정하고, 상기 수의 광섬유를 사용하여 레이저 소스로부터 광검출기로 레이저 에너지를 전달하도록 구성되는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
제65항에 있어서, 전력 제어 유닛은 레이저 소스에 전력을 공급하도록 구성된 외부 전원에 결합되는, 광섬유를 통한 전력 전송 시스템.
레이저 소스를 갖는 전송 유닛, 광검출기를 갖는 수신 유닛, 및 상기 유닛들 사이에 결합되고 광섬유 케이블의 길이만큼 각각 연장하는 복수의 광섬유를 포함하는 광섬유 케이블을 포함하는 광섬유를 통한 전력 전송 시스템에서 전력 전달을 관리하는 방법이며,
광섬유 케이블에 포함된 소정 수의 광섬유를 사용하여 전송 유닛으로부터 수신 유닛으로 고출력 레이저 에너지를 전송하는 단계;
프로세서에서, 수신 유닛에 결합된 전기 부하의 전력 요구에 관한 정보를 포함하는 데이터 신호를 수신하는 단계로서, 데이터 신호는 광섬유 케이블을 사용하여 수신 유닛으로부터 전송 유닛으로 전송되는, 데이터 신호 수신 단계; 및
프로세서를 사용하여, 전기 부하의 전력 요구에 기초하여 레이저 에너지를 전송하는 데 사용되는 광섬유의 수를 조정함으로써 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지를 제어하는 단계는, 전기 부하의 전력 요구가 전송 유닛에 결합된 외부 전원과 연관된 임계 전력량을 초과하는 경우 고출력 레이저 에너지의 전송을 중단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 전송 유닛에 의해 출력되는 고출력 레이저 에너지를 제어하는 단계는 전기 부하의 전력 요구에 따라 레이저 소스에 의해 출력되는 전력량을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 데이터 신호는 전기 부하로의 전력 전달을 확인하는 정보를 더 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 데이터 신호는 수신 유닛에 포함된 광학 송신기에 의해 발생되어 광섬유 케이블을 통해 전송되는 광학 데이터 신호이고, 데이터 신호를 수신하는 단계는 전송 유닛에 포함된 광학 수신기에서 광학 데이터 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 방법은 광학 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 각각의 광섬유는 열 필러에 의해 둘러싸여 있는, 방법.
제69항에 있어서, 광검출기는 적어도 하나의 포토다이오드 검출기를 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 광섬유 케이블은 약 0.1 데시벨(dB)의 손실로 약 1000 킬로미터(km)의 거리에 걸쳐 약 1 기가와트의 전력을 갖는 레이저 에너지를 전송하는 것이 가능한, 방법.
제69항에 있어서, 레이저 소스는 대략 2.1 ㎛의 파장에서 동작하는 하나 이상의 레이저 다이오드 바아를 포함하는, 방법.
제69항에 있어서, 각각의 광섬유는 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF(ZBLAN)를 포함하는, 방법.