生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤技术

提供了具有低假想温度的光纤以及用于制造该光纤的系统和方法。所述系统包含重新加热平台，其沿着工艺路径将纤维加热到某一温度，该温度通过使玻璃结构松弛和/或驱使玻璃更加接近平衡态而足以降低纤维的假想温度。纤维从预制件中拉制出来，沿着工艺路径传送，冷却及随后重新加热以使纤维暴露于有利于纤维的假想温度降低的温度的时间延长。工艺路径可以包含多个重新加热平台以及一个或多个纤维转折装置。

Method and apparatus for producing optical fiber with hypothetical temperature and optical fiber obtained therefrom

Optical fibers with low imaginary temperatures and systems and methods for fabricating the optical fibers are provided. The system includes a reheating platform that heat the fiber along the process path to a temperature, which is sufficient to reduce the imaginary temperature of the fiber by relaxing the glass structure and / or driving the glass closer to the equilibrium state. The fiber is drawn from the preform, transmitted along the process path, cooling, and then reheating to expose the fiber to the temperature of the hypothetical temperature that is beneficial to the fiber. The process path can include multiple reheating platforms and one or more fiber turning devices.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产具有低假想温度的光纤的方法和设备以及由此获得的光纤本申请依据35U.S.C.§119要求于2015年9月10日提交的系列号为62/216,568的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
本说明书涉及具有低假想温度的光纤。本说明书还涉及用于制备具有低衰减的光纤的方法和系统。
技术介绍
在制造光纤时，将光学预制件加热到显著高于玻璃软化点的温度，然后以大的下拉比拉制以形成直径为125μm的光纤。由于拉制温度高、下拉比大且拉制速度快，因此玻璃远离平衡态，从而形成具有高假想温度的纤维。对于用于传输光学信号的纤维来说，高的假想温度是不期望的，因为已知高的假想温度与信号衰减增加有关。为了在传输纤维中减少信号衰减，期望改进纤维加工条件以产生具有较低假想温度的纤维。降低假想温度的努力强调了缓慢冷却纤维以将纤维稳定在接近平衡态的状态。在纤维的玻璃化转变区中的临界温度状态下长时间冷却纤维是降低纤维假想温度的一个策略。然而，在现有的纤维加工系统中，纤维假想温度可以降低的程度是有限的，因为纤维在临界状态下的温度下的停留时间太短(<0.2秒)而不能使玻璃结构明显松弛。由于停留时间短，因此玻璃的结构仍然远离平衡态并且仅实现了假想温度的适度降低。将期望开发能够生产具有低假想温度的纤维的纤维加工方法。
技术实现思路
本说明书提供了具有低假想温度的光纤。所述光纤为玻璃纤维并且其在促进玻璃具有更加完全的结构松弛的条件下进行加工。更加完全的结构松弛导致纤维的假想温度更低并且减少了纤维的衰减。纤维加工条件包括从预制件中拉制出纤维，冷却纤维和重新加热纤维。所述条件可以包括多个冷却和重新加热的循环。重新加热包括将纤维加热到足以使玻璃结构在玻璃化转变区中松弛的温度。由于玻璃结构松弛，纤维的假想温度降低并且形成的纤维表现出使光信号的衰减减少。本说明书延伸至：一种用于加工光纤的系统，其包含：拉制炉，所述拉制炉含有光纤预制件；从所述光纤预制件中拉制出来的光纤，所述光纤沿着工艺路径从所述拉制炉中延伸出来；第一重新加热平台，其沿着所述工艺路径与所述拉制炉操作性地连接，所述光纤以第一温度进入所述第一重新加热平台并且以第二温度离开所述第一重新加热平台，所述第二温度高于所述第一温度。本说明书延伸至：一种用于加工光纤的系统，其包含：拉制炉，所述拉制炉含有光纤预制件；从所述光纤预制件中拉制出来的光纤，所述光纤沿着工艺路径从所述拉制炉中延伸出来；第一重新加热平台，其沿着所述工艺路径与所述拉制炉操作性地连接，所述光纤以第一温度进入所述第一重新加热平台并且以第二温度离开所述第一重新加热平台，所述第二温度高于所述第一温度；和第一缓慢冷却装置，其与所述第一重新加热平台操作性地连接，所述光纤以第三温度进入所述第一缓慢冷却装置并且以第四温度离开所述缓慢冷却装置，所述第四温度小于所述第三温度。本说明书延伸至：一种加工光纤的方法，其包括：从预制件中拉制出光纤，所述光纤具有第一温度；沿着工艺路径传送所述光纤；将所述光纤沿着所述工艺路径从所述第一温度冷却到第二温度；以及将所述光纤沿着所述工艺路径从所述第二温度加热到第三温度。本说明书延伸至：一种加工光纤的方法，其包括：形成光纤，所述光纤包含二氧化硅或掺杂的二氧化硅；冷却所述光纤；以及加热所述冷却的光纤；其中，将所述纤维暴露于1000℃至1700℃范围内的温度的时间为至少0.2秒。本专利技术延伸至：一种加工光纤的方法，其包括：沿着第一路径提供纤维；在第一处理区域中沿着所述第一路径冷却所述纤维，所述纤维以第一平均温度进入所述第一处理区域并且以第二平均温度离开所述第一处理区域，所述第二平均温度在900℃至1400℃的范围内，从所述第一平均温度到所述第二平均温度的所述冷却以第一冷却速率发生；在第二处理区域中沿着所述第一路径冷却所述纤维，所述纤维以第三平均温度进入所述第二处理区域并且以第四平均温度离开所述第二处理区域，所述第四平均温度在800℃至1200℃的范围内，从所述第三平均温度到所述第四平均温度的所述冷却以第二冷却速率发生；以及将所述纤维从所述第一路径重新引导到第二路径，所述第二路径与所述第一路径不共线，在第三处理区域中沿着所述第二路径加热所述纤维，所述纤维以第五平均温度进入所述第三处理区域并且以第六平均温度离开第三处理区域，所述第五平均温度在23℃至500℃的范围内，并且所述第六平均温度在600℃至1500℃的范围内；以及在第四处理区域中沿着所述第二路径冷却所述纤维，所述纤维以第七平均温度进入第四处理区域并且以第八平均温度离开所述第四处理区域，所述第七平均温度在600℃至1500℃的范围内，并且所述第八平均温度在1000℃至1500℃的范围内。在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施书面说明书和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。应理解，上文的一般性描述和下文的详细描述都仅仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图是对本说明书的所选方面的例示，其与说明书一起对本说明书所包含的方法的原理和操作、产品以及组成进行解释。附图所示的特征是本说明书所选的实施方式的例示并且不一定以适当的比例描绘。附图说明尽管说明书以权利要求书结束并且权利要求书具体指出并明确要求保护本书面说明书的主题，但是认为当结合附图时能够从以下的书面说明书中更好地理解本说明书，其中：图1描绘了用于制造光纤的系统和方法；图2描绘了用于光纤生产系统的流体轴承装置；图3以侧视图描绘了流体轴承装置；图4描绘了具有拉制炉和重新加热平台的纤维加工系统和方法；图5描绘了具有拉制炉、重新加热平台和缓慢冷却装置的纤维加工系统和方法；图6描绘了具有拉制炉、重新加热平台和两个缓慢冷却装置的纤维加工系统和方法；图7描绘了具有纤维转折装置、重新加热平台和缓慢冷却装置的纤维加工系统和方法；图8描绘了具有多个工艺路径区段的纤维加工系统和方法；图9描绘了包含拉制炉、多个纤维转折装置、多个重新加热平台和多个缓慢冷却装置的示例性纤维加工系统；图10描绘了加入了一个或多个流体轴承纤维转折装置的重新加热平台和方法；图11描绘了布置在热加工区域中的具有流体轴承纤维转折装置的纤维加工系统和方法；图12例示了缓慢冷却对二氧化硅纤维的温度的影响；图13例示了缓慢冷却对两个拉制速度的二氧化硅纤维的假想温度的影响；图14例示了假想温度不同的一系列二氧化硅纤维的瑞利散射损耗对波长的依赖性；图15描绘了包含拉制炉、纤维转折装置、重新加热平台和两个缓慢冷却装置的示例性纤维加工系统。附图所示的实施方式本质上是示例性的，并且不旨在限制具体实施方式或权利要求的范围。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的特征。具体实施方式再将具体参考本说明书的说明性实施方式。出于本说明书的目的，说明性实施方式涉及基于二氧化硅的光纤。基于二氧化硅的光纤包含由纯二氧化硅、掺杂的二氧化硅或纯二氧化硅和掺杂的二氧化硅的组合所制造的纤维。加工条件(例如温度、冷却范围、冷却速率、拉制速度等)和性质(例如假想温度、粘度、衰减、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加工光纤的系统，其包含：拉制炉，所述拉制炉含有光纤预制件；从所述光纤预制件中拉制出来的光纤，所述光纤沿着工艺路径从所述拉制炉中延伸出来；第一重新加热平台，其沿着所述工艺路径与所述拉制炉操作性地连接，所述光纤以第一温度进入所述第一重新加热平台并且以第二温度离开所述第一重新加热平台，所述第二温度高于所述第一温度；和第一缓慢冷却装置，其与所述第一重新加热平台操作性地连接，所述光纤以第三温度进入所述第一缓慢冷却装置并且以第四温度离开所述缓慢冷却装置，所述第四温度小于所述第三温度，所述第一缓慢冷却装置将所述光纤暴露于在1000℃至1700℃范围内的工艺温度至少0.2秒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.10 US 62/216,5681.一种用于加工光纤的系统，其包含：拉制炉，所述拉制炉含有光纤预制件；从所述光纤预制件中拉制出来的光纤，所述光纤沿着工艺路径从所述拉制炉中延伸出来；第一重新加热平台，其沿着所述工艺路径与所述拉制炉操作性地连接，所述光纤以第一温度进入所述第一重新加热平台并且以第二温度离开所述第一重新加热平台，所述第二温度高于所述第一温度；和第一缓慢冷却装置，其与所述第一重新加热平台操作性地连接，所述光纤以第三温度进入所述第一缓慢冷却装置并且以第四温度离开所述缓慢冷却装置，所述第四温度小于所述第三温度，所述第一缓慢冷却装置将所述光纤暴露于在1000℃至1700℃范围内的工艺温度至少0.2秒。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一温度小于1500℃并且所述第二温度大于1000℃。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一温度小于1200℃。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一温度小于1000℃并且所述第二温度大于1000℃。5.如权利要求4所述的系统，其中所述第二温度大于1100℃。6.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述第二温度比所述第一温度高至少50℃。7.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述第二温度比所述第一温度高至少100℃。8.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述第二温度比所述第一温度高至少300℃。9.如权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，所述第一缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第一重新加热平台的下游。10.如权利要求9所述的系统，其中所述第三温度小于所述第二温度。11.如权利要求10所述的系统，其中，所述第一温度小于1500℃并且所述第四温度大于1000℃。12.如权利要求1-11中任一项所述的系统，还包括第二重新加热平台，其与所述第一缓慢冷却装置操作性地连接，所述光纤以第五温度进入所述第二重新加热平台并且以第六温度离开所述第二重新加热平台，所述第六温度高于所述第五温度。13.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二重新加热装置沿着所述工艺路径在所述第一缓慢冷却装置的下游。14.如权利要求1-13中任一项所述的系统，其中，所述第一缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第一重新加热平台的下游。15.如权利要求14所述的系统，其中，所述第一温度小于1000℃，所述第二温度大于1000℃，并且所述第六温度大于1000℃。16.如权利要求15所述的系统，其中所述第五温度小于1000℃。17.如权利要求1-16中任一项所述的系统，还包含第一纤维转折装置，其与所述第一重新加热平台操作性地连接，所述第一纤维转折装置将所述光纤从第一工艺路径区段重新引导到第二工艺路径区段。18.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一纤维转折装置沿着所述工艺路径在所述第一重新加热平台的上游。19.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一工艺路径区段与所述第二工艺路径区段不共线。20.如权利要求19所述的系统，其中，所述第一工艺路径区段与所述第二工艺路径区段平行。21.如权利要求17所述的系统，还包含第二缓慢冷却装置，其沿着所述工艺路径与所述第一纤维转折装置操作性地连接。22.如权利要求21所述的系统，其中，所述第二缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第一纤维转折装置的下游。23.如权利要求22所述的系统，其中，所述第二缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第一重新加热平台的下游。24.如权利要求23所述的系统，其中，所述第一重新加热平台沿着所述工艺路径在所述第一纤维转折装置的下游。25.如权利要求21所述的系统，还包含第二重新加热平台，其与所述第一纤维转折装置操作性地连接。26.如权利要求25所述的系统，其中所述第二重新加热平台沿着所述工艺路径在所述第一缓慢冷却装置的下游，所述第一缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第一重新加热平台的下游，并且所述第一重新加热平台沿着所述工艺路径在所述第一纤维转折装置的下游。27.如权利要求26所述的系统，还包含第三缓慢冷却装置，其与所述第二重新加热平台操作性地连接。28.如权利要求27所述的系统，其中，所述第三缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第二重新加热平台的下游。29.如权利要求27所述的系统，还包含第二纤维转折装置，其与所述第一纤维转折装置操作性地连接并且位于所述第一纤维转折装置的下游。30.如权利要求29所述的系统，其中，所述第二纤维转折装置将所述光纤从所述第二工艺路径区段重新引导到第三工艺路径区段。31.如权利要求29所述的系统，其中，所述第二重新加热平台沿着所述工艺路径在所述第二纤维转折装置的下游，并且所述第三缓慢冷却装置沿着所述工艺路径在所述第二重新加热平台的下游。32.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一纤维转折装置包含流体轴承装置，所述流体轴承装置向所述光纤供应漂浮流体。33.如权利要求32所述的系统，其中所述漂浮流体是经过加热的。34.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一纤维转折装置包含在所述第一重新加热平台中。35.如权利要求34所述的系统，其中，所述第一纤维转折装置包含流体轴承装置。36.如权利要求1-35中任一项所述的系统，其中，所述光纤包含二氧化硅或掺杂的二氧化硅。37.如权利要求1-36中任一项所述的系统，其中，所述第一缓慢冷却装置包含加热炉。38.如权利要求37所述的系统，其中，所述加热炉包含两个或更多个区，所述区的温度不同。39.如权利要求1-38中任一项所述的系统，其中，所述第一缓慢冷却装置包含所述纤维通过的气体环境，所述气体环境的压力小于1atm。40.如权利要求39所述的系统，其中所述气体环境的压力小于0.7atm。41.一种光纤，其由如权利要求1-40中任一项所述的系统生产。42.一种加工光纤的方法，其包括：从预制件中拉制出光纤；沿着工艺路径传送所述光纤；将所述光纤沿着所述工艺路径从第一温度加热到第二温度；和将所述光纤沿着所述工艺路径从所述第二温度冷却到第三温度，所述冷却包括将所述光纤暴露于1000℃至1700℃范围内的工艺温度至少0.2秒。43.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一温度小于1500℃。44.如权利要求43所述的方法，其中，所述第一温度小于1000℃。45.如权利要求42-44中任一项所述的方法，其中，所述第二温度大于1000℃。46.如权利要求42-44中任一项所述的方法，其中，所述第二温度大于1100℃。47.如权利要求42-44中任一项所述的方法，其中，所述第二温度大于1200℃。48.如权利要求42-44中任一项所述的方法，其中，所述第二温度大于1300℃。49.如权利要求42-48中任一项所述的方法，其中，所述第三温度小于1000℃。50.如权利要求42-49中任一项所述的方法，其中，所述冷却包括将所述光纤暴露于在1000℃至1700℃范围内的工艺温度至少0.3秒。51.如权利要求42-49中任一项所述的方法，其中，所述冷却包括将所述光纤暴露于在1000℃至1700℃范围内的工艺温度至少1.0秒。52.如权利要求42-49中任一项所述的方法，其中，所述冷却包括将所述光纤暴露于在1000℃至1700℃范围内的工艺温度至少5.0秒。53.如权利要求42-49中任一项所述的方法，其中，所述冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·布克班德，李明军，B·W·雷丁，P·坦登，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US