(57)【要約】  低い仮想温度を有する光ファイバ及びそのような光ファイバを製造する方法が記載される。非単調冷却は、処理経路の上流部分のより遅い冷却速度と、処理経路の下流部分のより速い冷却速度とを含む。ファイバ仮想温度の低下は、ファイバの周囲温度を制御して、ファイバ温度レジームに対応する処理経路の上流部分のファイバの冷却速度を減速することによって達成され、ここで、ファイバ粘度は、効率的な構造緩和を可能にするのに十分に低い。処理経路の下流部分における冷却速度の増加は、下流の処理装置の入口温度要件を満たすために必要なファイバ温度の調整を可能にする。より低いファイバ仮想温度及びより低いファイバ減衰が、ファイバ温度の非単調冷却を通じて、より速い延伸速度で達成される。
2019532895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを、第１のファイバ温度から第２のファイバ温度まで第１の冷却速度で冷却する工程であって、前記第１の冷却速度が５０００℃／秒未満である、工程；及び
前記光ファイバを、第３のファイバ温度から第４のファイバ温度まで第２の冷却速度で冷却する工程であって、前記第３のファイバ温度が、前記第２のファイバ温度以下であり、前記第２の冷却速度が、前記第１の冷却速度より速く、かつ、５０００℃／秒未満である、工程
を含む、光ファイバの処理方法。
【請求項２】
前記第１のファイバ温度が１６００℃〜１８００℃の範囲であり、前記第２のファイバ温度が１４００℃〜１５５０℃の範囲であり、前記第３のファイバ温度が１４００℃〜１５５０℃の範囲であり、前記第４のファイバ温度が１２５０℃〜１３５０℃の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の冷却速度が、１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲であり、前記第２の冷却速度が、前記第１の冷却速度より少なくとも２５０℃／秒だけ速いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の冷却速度で冷却する工程が、前記光ファイバを少なくとも５０ｍ／秒の延伸速度で搬送する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
光ファイバをプリフォームから４２ｍ／秒より速い延伸速度で延伸する工程を含み、前記光ファイバが１５４０℃未満の仮想温度を有する、
光ファイバの処理方法。
【請求項６】
前記延伸速度が５０ｍ／秒より速いことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
徐冷装置を備えた、光ファイバ処理装置であって、
前記徐冷装置が、光ファイバを受け取るための入口、光ファイバを送達するための出口、及び前記入口と前記出口との間の制御冷却領域を有しており、前記制御冷却が光ファイバを処理するための２つ以上のゾーンを含み、前記２つ以上のゾーンが、第１の平均周囲温度で維持される第１のゾーンと、第２の平均周囲温度で維持される第２のゾーンとを含み、前記第１のゾーンが前記第２のゾーンの上流にあり、前記第２の平均周囲温度が少なくとも５００℃であり、前記第１の平均周囲温度が前記第２の平均周囲温度より少なくとも１００℃高い、
光ファイバ処理装置。
【請求項８】
前記第１の平均周囲温度が少なくとも１１００℃であることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
第３のゾーンをさらに含み、前記第２のゾーンが前記第３のゾーンの上流にあり、前記第３のゾーンが第３の平均周囲温度を有し、前記第３の平均周囲温度が前記第２の平均周囲温度より少なくとも１００℃高いことを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記徐冷装置の下流に配置されたファイバ方向転換装置をさらに含み、前記ファイバ方向転換装置が光ファイバを受け取るための入口を有しており、前記ファイバが、前記ファイバ方向転換装置の前記入口において１０７５℃未満の温度を有することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１６年１２月１日出願の米国仮特許出願第６２／４２８，７３９号並びに２０１６年１０月５日出願の米国仮特許出願第６２／４０４，３４５号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は光ファイバに関する。より詳細には、本明細書は、低い仮想温度を有する光ファイバに関する。低い仮想温度を有するファイバは、低い光信号の減衰を示す。本明細書はまた、低い仮想温度を有する光ファイバを形成するための制御冷却の方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバの製造では、光学プリフォームは、ガラス軟化点より十分に高い温度まで加熱され、次に、大きいドローダウン比で延伸されて、直径１２５μｍの光ファイバを形成する。高い延伸温度、大きいドローダウン比、及び速い延伸速度に起因して、ガラスは、平衡状態とはかけ離れており、結果的に、高い仮想温度を有する光ファイバを生じる。高い仮想温度は光ファイバにおける光信号の減衰の増加と相関することが知られていることから、高い仮想温度は望ましくない。光ファイバの減衰を低減するため、処理条件を修正して、より低い仮想温度を有する光ファイバを製造することが望ましい。
【０００４】
仮想温度を下げるための努力は、光ファイバを平衡状態により近い状態で安定させるために、徐冷を重視している。ファイバのガラス転移領域内の温度で光ファイバを長時間冷却することは、仮想温度を下げるための１つの戦略である。しかしながら、ガラスの構造の顕著な緩和を可能にするにはガラス転移域内の温度における光ファイバの滞留時間は短すぎる（典型的には＜０．２秒）ことから、光ファイバ製造で用いられる延伸速度で、既存のファイバ処理システムで仮想温度を下げることができる程度は、限られている。滞留時間が短いことから、ガラスの構造は平衡状態からかけ離れたままであり、光ファイバの減衰は、多くの用途には依然として高すぎる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
減衰が低減された光ファイバを実現できるように、低い仮想温度を有する光ファイバの製造を可能にする処理方法を開発することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
低い仮想温度を有する光ファイバ及びそのような光ファイバを製造する方法が記載される。ファイバ延伸中の光ファイバの冷却速度の管理により、ファイバの仮想温度に対する制御が可能となる。非単調の冷却速度はファイバ仮想温度の低下を促進することが示されている。非単調冷却は、処理経路の上流部分のより遅い冷却速度と処理経路の下流部分のより速い冷却速度とを含む。ファイバ仮想温度の低下は、ファイバの近くの周囲温度を制御して、ファイバ温度レジームに対応する処理経路の上流部分におけるファイバの冷却速度を遅くすることによって達成され、ここで、ファイバ粘度は、効率的な構造緩和を可能にするのに十分に低い。処理経路の下流部分における冷却速度の増加は、下流の処理装置の入口温度要件を満たすのに必要とされるファイバ温度の調整を可能にする。より低いファイバ仮想温度及びより低いファイバ減衰は、光ファイバの非単調冷却を通じて、より速い延伸速度で達成される。
【０００７】
本開示は、
光ファイバを、第１のファイバ温度から第２のファイバ温度まで、５０００℃／秒未満である第１の冷却速度で冷却する工程；
上記光ファイバを、第３のファイバ温度から第４のファイバ温度まで、第２の冷却速度で冷却する工程であって、上記第３のファイバ温度が上記第２のファイバ温度以下であり、上記第２の冷却速度が、上記第１の冷却速度より速く、かつ５０００℃／秒未満である、工程
を含む、光ファイバの処理方法に及ぶ。
【０００８】
本開示は、
光ファイバを、処理経路に沿った徐冷装置内で第１のファイバ温度から第２のファイバ温度まで冷却する工程
を含み、
上記徐冷装置が、入口、出口、及び制御冷却領域を有しており；上記光ファイバが、上記入口における上記第１のファイバ温度で上記徐冷装置に入り、上記出口における上記第２のファイバ温度で上記徐冷装置から出；上記制御冷却領域が、上記光ファイバを処理するための２つ以上のゾーンを含み；上記ゾーンの各々が、平均周囲温度、最大周囲温度、及び最少周囲温度を有し；上記平均周囲温度が、上記ゾーンの各々で異なっており；上記ゾーンの各々における上記最大周囲温度と上記最少周囲温度との差異が２５℃未満であり；上記ゾーンの各々が、上記光ファイバを５０００℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する、
光ファイバの処理方法に及ぶ。
【０００９】
本開示は、
１５４０℃未満の仮想温度を有する光ファイバを、プリフォームから、４２ｍ／秒より速い延伸速度で延伸する工程
を含む、光ファイバの処理方法に及ぶ。
【００１０】
本開示は、
徐冷装置を含む、光ファイバ処理装置であって、
該徐冷装置が光ファイバを受け取るための入口、光ファイバを送達するための出口、及び上記入口と上記出口の間の制御冷却領域を有しており、該制御冷却が光ファイバを処理するための２つ以上のゾーンを含み、該２つ以上のゾーンが、第１の周囲温度で維持される第１のゾーンと第２の周囲温度で維持される第２のゾーンとを含み、該第１のゾーンが上記第２のゾーンの上流にあり、該第２の周囲温度が少なくとも５００℃であり、該第１の周囲温度が上記第２の周囲温度より少なくとも１００℃高い、
光ファイバ処理装置に及ぶ。
【００１１】
さらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載されており、一部には、その記述から当業者に容易に明らかになり、あるいは、本明細書及びその特許請求の範囲、並びに添付の図面に記載される実施形態を実践することによって、認識されよう。
【００１２】
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。
【００１３】
添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書の選択された態様の例証であり、明細書とともに、本明細書に包含される方法、生成物、及び組成物の原理及び動作を説明する役割を担う。図面に示される特徴は、本明細書の選択された実施形態の例示であり、必ずしも正しい縮尺で描かれていない。
【００１４】
本明細書は、本明細書の主題を特に指摘し明確に主張している特許請求の範囲で締めくくっているが、本明細書は、添付の図面と併せて解釈する場合に、以下の説明からさらによく理解されると考えられる。
【００１５】
図面に記載される実施形態説明のためのものであり、詳細な説明または特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。可能な限り、同一又は同様の特徴の言及には、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】延伸用加熱炉及び徐冷装置を有するファイバ処理システム及び方法を示す図
【図２】延伸用加熱炉、複数の処理ゾーンを有する徐冷装置、及びファイバ方向転換装置を有するファイバ処理システム及び方法を示す図
【図３】図２のシステム及び方法の３つの構成についての周囲温度プロファイルを示すグラフ
【図４】図３に示される周囲温度プロファイルを有する３つの構成についてのモデル化したファイバ温度及びファイバ仮想温度を示すグラフ
【図５】一定の周囲温度プロファイル及び傾斜した周囲温度プロファイルを用いた徐冷装置についてのモデル化したファイバ温度冷却速度を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、実施可能な教示として提供され、以下の説明、図面、実施例、及び特許請求の範囲を参照することによってより容易に理解することができる。この目的のため、当業者は、依然として有益な結果を得つつ、本明細書に記載の実施形態のさまざまな態様に対して多くの変更を加えることができることを理解及び認識するであろう。本実施形態の所望の利益の幾つかは、他の特徴を利用せずに、幾つかの特徴を選択することによって得ることができることもまた、明らかであろう。したがって、当業者は、多くの修正及び適合が可能であり、特定の状況では望ましいことさえある場合があり、それらが本開示の一部であることを認識するであろう。したがって、本開示は、特に指定しない限り、開示された特定の組成物、物品、装置、及び方法に限定されないことが理解されるべきである。本明細書で使用される技術用語は、特定の態様を説明することのみを目的としており、限定することを意図していないこともまた理解されるべきである。
【００１８】
本明細書及び以下の特許請求の範囲において、以下の意味を有すると定義されるべき幾つかの用語について言及する：
ファイバ温度とは、ガラス光ファイバのコア及びクラッド領域の平均温度を指す。
【００１９】
仮想温度とは、ガラス光ファイバのコア及びクラッド領域の平均仮想温度を指す。
【００２０】
周囲とは、処理中に光ファイバが晒される環境を指す。
【００２１】
周囲温度とは、処理中に光ファイバが晒される環境の温度を指す。
【００２２】
これより、本明細書の例示的な実施形態について詳細に述べる。
【００２３】
本明細書は、低い減衰及び低い仮想温度を有する光ファイバ、並びに高延伸速度で実施される、そのような光ファイバの製造方法を提供する。光ファイバは、１５５０ｎｍの波長において、０．２００ｄＢ／ｋｍ未満の光信号の減衰を示す。光ファイバは、該光ファイバの制御冷却を含むプロセスによって調製される。制御冷却は、１５５０℃未満の仮想温度を有する光ファイバの生産を可能にする。光ファイバの減衰及び仮想温度は、４０ｍ／秒を超える延伸速度で動作するファイバ延伸プロセスで達成される。
【００２４】
さまざまな実施形態では、１５５０ｎｍの波長における光ファイバの減衰は、０．２００ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．１９５ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．１９０ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．１７０ｄＢ／ｋｍ〜０．２００ｄＢ／ｋｍの範囲、又は０．１７５ｄＢ／ｋｍ〜０．１９５ｄＢ／ｋｍの範囲、又は０．１８０ｄＢ／ｋｍ〜０．１９０ｄＢ／ｋｍの範囲である。
【００２５】
さまざまな実施形態では、１３１０ｎｍの波長における光ファイバの減衰は、０．３４０ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．３３５ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．３３０ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．３２５ｄＢ／ｋｍ未満、又は０．３１０ｄＢ／ｋｍ〜０．３４０ｄＢ／ｋｍの範囲、又は０．３１５ｄＢ／ｋｍ〜０．３３５ｄＢ／ｋｍの範囲、又は０．３２０ｄＢ／ｋｍ〜０．３３０ｄＢ／ｋｍの範囲である。
【００２６】
さまざまな実施形態では、光ファイバの仮想温度は、１５５０℃未満、又は１５４５℃未満、又は１５４０℃未満、又は１５３５℃未満、又は１５３０℃未満、又は１５２５℃未満、又は１５００℃〜１５５０℃の範囲、又は１５１０℃〜１５４０℃の範囲、又は１５１５℃〜１５３５℃の範囲である。
【００２７】
実施形態は、さらに、本明細書に開示される２つ以上の性能属性（１５５０ｎｍにおける減衰、１３１０ｎｍにおける減衰、及び仮想温度）を示す光ファイバにも及ぶ。
【００２８】
本明細書に開示される実施形態に従う光ファイバは、３０ｍ／秒超、又は４０ｍ／秒超、又は４２ｍ／秒超、又は４５ｍ／秒超、又は４７ｍ／秒超、又は５０ｍ／秒超、又は５５ｍ／秒超、又は６０ｍ／秒超、又は３０ｍ／秒〜７０ｍ／秒の範囲、又は４０ｍ／秒〜６５ｍ／秒の範囲、又は４２ｍ／秒〜６３ｍ／秒の範囲、又は４４ｍ／秒〜６０ｍ／秒の範囲、又は４６ｍ／秒〜５８ｍ／秒の範囲の延伸速度で動作させるファイバ延伸プロセスにおいて生産される。
【００２９】
ファイバ延伸プロセスでは、光ファイバは、ガラスプリフォームからファイバを延伸することによって形成される。ガラスプリフォームは軟化状態へと加熱され、光ファイバは、重力の作用及び張力の印加を通じて、軟化したプリフォームから延伸される。ファイバがプリフォームから延伸される際に、それが冷却され、冷えるにつれて、ガラスの構造は、プリフォームの比較的無秩序な状態から、冷却されたファイバのより秩序のある状態へと発達する。冷却中のガラス構造の秩序化の推進力は、エネルギーの低下と熱力学的平衡状態へのアプローチである。熱力学的平衡状態は、ガラスの最小エネルギー状態に相当する。しかしながら、ガラスが冷えるにつれて、その粘度は増加し、構造緩和に必要な構造的再配列は抑制される。結果として、平衡状態に達するのに必要な時間スケールは増大する。
【００３０】
冷却中にガラスの構造が所与の期間にわたって緩和する程度は、冷却速度に依存する。速い冷却速度では、ガラスの粘度は急速に増加し、粘度が構造的再配列を可能にするのに十分に低い時間枠は短い。結果として、ガラス構造の緩和の程度は限定的であり、平衡へのアプローチは速度論的に抑制され、ガラスは依然として非平衡状態のままである。冷却速度が低下すると、ガラスが構造緩和を助長する範囲の粘度を示す時間枠は増加し、冷却中にガラスが平衡構造状態により近づけるアプローチが達成される。
【００３１】
当技術分野で知られているように、仮想温度はガラスの構造の指標である。ガラスの構造が緩和し、平衡状態に近づくにつれて、ガラスの仮想温度は低下する。所与の組成物では、高い仮想温度を有するガラスは、平衡からさらに外れ、低い仮想温度を有するガラスよりも緩和された構造が少なくなる。ガラス構造の緩和には仮想温度の低下が伴う。
【００３２】
低い仮想温度を有する光ファイバは低い減衰を示すことから、光ファイバの仮想温度を下げる処理条件が望ましい。光ファイバの仮想温度は、製造中のファイバの冷却速度の制御による影響を受ける。光ファイバの冷却速度を制御するために使用される処理段階は、本明細書では徐冷装置と称される。徐冷装置は、冷却中に光ファイバが晒される周囲温度を確立する制御冷却領域を含む。延伸プロセス中、光ファイバは制御冷却領域を通過し、ファイバの温度は、制御冷却領域で維持される熱的条件（周囲温度を含む）による影響を受ける。
【００３３】
一実施形態では、加熱されたガスが制御冷却領域に供給され、光ファイバは、処理中に制御冷却領域を通過する際に、加熱ガスに晒される。光ファイバを取り囲むガス環境は、本明細書では周囲又は周囲環境と称される。加熱ガスの温度は、ファイバの温度未満であるが、室温よりも高い、周囲温度に対応する。結果として、加熱ガスの存在下でのファイバの冷却速度は、室温空気の存在下でのファイバの冷却速度よりも遅くなる。
【００３４】
原理的には、十分に遅い速度でファイバを冷却することによって、光ファイバに望まれる任意の程度の構造緩和及び任意の仮想温度を達成することが可能である。徐冷装置内の冷却速度は、例えば、ファイバ温度と制御冷却領域の周囲温度との差異を制御することによる影響を受けうる。周囲温度がファイバ温度に近いほど、冷却速度は遅くなる。
【００３５】
本明細書で「滞留時間」と称される制御冷却領域へのファイバの曝露時間もまた、ファイバの仮想温度を制御するためには重要である。ガラスの構造の緩和は、ガラスが平衡状態に近づくにつれて起こる原子再配列の時間スケール特徴で起こる。所与のガラス組成物では、構造緩和の時間スケールは、ガラスの粘度によって変動する。ガラス粘度が低ければ、原子再配列はより容易であり、ガラス緩和の特徴的な時間スケールはより短くなる。ガラスの構造を効果的に緩和させるためには、ガラスの粘度は、構造再配列を可能にするために十分に長い期間にわたって十分に低くなければならない。ガラス粘度はガラス温度によって変化することから、仮想温度の低下には、特定の周囲温度に維持された制御冷却領域でのファイバの滞留時間が構造緩和を可能にするのに十分に長い、プロセスを必要とする。制御冷却領域の特定の周囲温度での仮想温度の最大の低下を達成するために、制御冷却領域内のファイバの滞留時間は、制御冷却領域の特定の周囲温度でガラスの構造を可能な限り緩和するのに十分な長さでなければならない。仮想温度のさらなる低下は、制御冷却領域の周囲温度を系統的に下げる（又は、周囲温度を次第に下げながらファイバを一連の制御冷却領域に通過させる）ことによってファイバ温度を下げ、また、可能な限り最大の構造緩和を可能にするために、各周囲温度において、制御冷却領域内のファイバの滞留時間が十分に長いことを保証することによって、実現することができる。
【００３６】
しかしながら、ファイバ温度が低下するにつれて、仮想温度を有意義に低下させることができる程度まで構造緩和をもたらすのに必要な時間スケールが増大する。冷却中のある時点において、必要な時間スケールが製造にとって不当に長くなるファイバ温度に達する。この時点で、冷却速度はもはや実施上の考慮事項ではなく、プロセス速度を改善するために、高い冷却速度でファイバ温度を室温まで下げることが望ましい。
【００３７】
シリカ及びドープされたシリカの構造緩和を助長する好ましいファイバ温度は、１０００℃〜１７００℃の範囲のファイバ温度、又は１１００℃〜１６５０℃の範囲のファイバ温度、又は１２００℃〜１６００℃の範囲のファイバ温度、又は１２５０℃〜１５５０℃の範囲のファイバ温度又は１３００℃〜１５００℃の範囲のファイバ温度である。
【００３８】
ファイバが特定の延伸速度で連続的に延伸される、連続的な製造方法は、コスト及び効率の理由から好ましい。しかしながら、連続的な製造方法は、光ファイバが一定の動きをしているために、仮想温度を下げるためのさらなる課題を提示する。一定の動きに起因して、ファイバは、延伸速度によって決まる、制御冷却領域内の滞留時間を有する。滞留時間の増加は、より遅い速度でファイバを延伸することによって達成することができるが、低い延伸速度はプロセス効率の観点から望ましくない。特定の延伸速度では、制御冷却領域の長さもまた、滞留時間に影響を与える。しかしながら、実際の製造設備におけるスペースの制約のために、制御冷却領域の長さは必然的に制限される。
【００３９】
光ファイバの処理に用いられるシステムは、徐冷装置に加えて処理装置も含むことから、スペースの制約によって、さらなる複雑な問題が発生する。典型的なファイバ製造プロセスでは、ファイバは、延伸用加熱炉内に設置されたプリフォームから延伸され、熱処理装置（例えば、徐冷装置）、コーティング装置（例えば、一次被覆、二次被覆、及びインク層を形成するための液体組成物を塗布する装置）、計測装置（例えば、ファイバ径制御）、及びさまざまなファイバ取扱装置（例えば、方向転換装置、巻き取りスプール）を含む、処理経路を経由する。光ファイバの製造に必要なスペースを減らすために、処理装置は互いに可能な限り近くに配置することが望ましい。異なる処理装置の動作には、ファイバ温度が特定の範囲内にあることが必要であるという事実から、処理装置の近接した位置決めは複雑である。ファイバをコーティングするためには、ファイバの表面に塗布された液体コーティング配合物の揮発性成分の蒸発を防ぐために、例えば、ファイバ温度を十分に低くする必要がある。ファイバ取扱装置は、ファイバの機械的完全性を維持するのに十分低いファイバ温度を必要とする。ファイバ温度が高すぎると、ファイバの曲げや巻き取りによって、ファイバの完全性を損なうか、若しくは危うくしうる、永久的な構造変形が発生する。結果として、ファイバ冷却に関する考慮事項には、ファイバのコーティングと取り扱いに必要な低い温度が含まれるため、仮想温度の制御に関する温度枠を逸脱する。
【００４０】
ファイバ延伸プロセス中のファイバ温度の変化に対する競合する要求は、ファイバの冷却速度における妥協を必然的に伴う。一方では、ファイバの仮想温度を下げるというさらなる目的のためには、遅い冷却速度が好ましい。他方では、製造及び高速処理における処理装置の配置のコンパクト化のさらなる目的のためには、速い冷却速度が所望される。
【００４１】
従来のファイバ延伸プロセスでは、ファイバ温度に対する競合する要求は、一定の周囲温度に保たれた制御冷却領域を有する徐冷装置を製造過程に組み込むこと、及び徐冷装置の出口のファイバ温度が下流の処理装置の要件を満たすのに十分に低いことを確実にするのに十分な速度での冷却をもたらすレベルまで、一定の周囲温度を調整することによって、解決される。
【００４２】
従来のファイバ延伸プロセスで具現化された冷却速度の妥協は、ファイバ仮想温度の低下をもたらし、多くの用途において満足のいく減衰を有する光ファイバをもたらす一方で、本開示は、スペースが制約された高速ファイバ延伸プロセスにおいて、さらにファイバ仮想温度及び減衰の低下が可能であることを認識している。特に、本開示は、制御冷却領域内の一定ではない周囲温度条件で動作する徐冷装置を利用するプロセスにおいて、より低いファイバ仮想温度及びより低いファイバ減衰を得ることができることを実証している。特に、本開示は、徐冷装置の制御冷却領域が不均一な周囲温度分布を含むように修正されている場合に、一定の周囲温度で保持された制御冷却領域を有する徐冷装置を用いて動作させる対応するプロセスと比較して、ファイバ仮想温度及び減衰の低下が認識されていることを実証している。
【００４３】
図１は、延伸用加熱炉及び徐冷装置を含む光ファイバを延伸するための単純化されたシステムを示している。本明細書で定義されるように、徐冷装置は、室温における静止空気中での光ファイバの冷却速度よりも遅い速度での光ファイバの冷却を提供する。
【００４４】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域又は制御冷却領域内のゾーンの周囲温度は、ファイバを取り囲む周囲環境に供給されるガスの温度、圧力、及び／又は流量を制御することによって、確立、変更、又は維持することができる。
【００４５】
一実施形態では、光ファイバの温度及び冷却速度は、制御冷却領域にガスを供給することによって制御される。制御冷却領域は静止ガス又は流動ガスで満たされ、周囲温度及びファイバ冷却速度は、ガスの温度、圧力、及び／又は流量を制御することによって可変である。徐冷装置の制御冷却領域で使用するための代表的なガスには、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、空気、ＣＯ２、Ｋｒ、及びＸｅが含まれる。光ファイバの仮想温度の低下を促進するため、より遅い冷却速度が好ましい。
【００４６】
より高いガス圧及び／又はより速いガス流量が、より速い冷却速度をもたらすのに対し、より低いガス圧及び／又はより遅いガス流量は、より遅い冷却速度をもたらす。一実施形態では、制御冷却の周囲のガス圧は、室内圧力未満である。実施形態では、制御冷却領域におけるガス圧は、１．０ａｔｍ（約１０１ｋＰａ）未満、又は０．９ａｔｍ（約９１ｋＰａ）未満、又は０．８ａｔｍ（約８１ｋＰａ）未満、又は０．７ａｔｍ（約７１ｋＰａ）未満、又は０．６ａｔｍ（約６１ｋＰａ）未満、又は０．５ａｔｍ（約５１ｋＰａ）未満、又は０．４ａｔｍ（約４１ｋＰａ）未満、又は０．３ａｔｍ（約３０ｋＰａ）未満、又は０．１ａｔｍ〜１．０ａｔｍ（約１０ｋＰａ〜約１０１ｋＰａ）の範囲、又は０．２ａｔｍ〜０．９ａｔｍ（約２０ｋＰａ〜約９１ｋＰａ）の範囲、又は０．３ａｔｍ〜０．８ａｔｍ（約３０ｋＰａ〜約８１ｋＰａ）の範囲、又は０．４ａｔｍ〜０．７ａｔｍ（約４１ｋＰａ〜約７１ｋＰａ）の範囲である。
【００４７】
ファイバを取り囲む周囲のガスの熱伝導率もまた、冷却速度に影響を与える。より高い熱伝導率を有するガスが、より速い冷却速度をもたらすのに対し、より低い熱伝導率を有するガスは、より遅い冷却速度をもたらす。より遅い冷却速度を促進するため、ファイバを取り囲む周囲の周囲温度におけるガスの熱伝導率は、２．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．８×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．６×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．４×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は０．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜２．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲、又は０．７５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜１．７５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲、又は１．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜１．６×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲である。他の実施形態では、ファイバを取り囲む周囲におけるガスの熱伝導率は、８００℃〜１５００℃の範囲の１つ以上の温度において、２．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．８×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．６×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．４×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は０．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜２．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲、又は０．７５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜１．７５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲、又は１．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜１．６×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲である。さらに他の実施形態では、ファイバを取り囲む周囲のガスの熱伝導率は、８００℃〜１５００℃の範囲の各温度において、２．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．８×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．６×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は１．４×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満、又は０．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜２．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲、又は０．７５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜１．７５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲、又は１．０×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ〜１．６×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋの範囲である。
【００４８】
光ファイバを取り囲む周囲のガスの温度もまた、冷却速度に影響を与える。特に、ファイバ温度とガスによって確立される周囲温度との差異は、ファイバからガスへの熱伝達の推進力を表し、冷却速度にも影響を与える。ファイバ温度と周囲温度との差異が大きいほど、熱伝達は速くなり、より速い冷却速度をもたらすのに対し、ファイバ温度と周囲温度との差異が小さいと、熱伝達は遅くなり、より遅い冷却速度をもたらす。本明細書に記載されるように、ファイバの仮想温度を下げるためには、遅い冷却速度でファイバを処理することが好ましい。
【００４９】
より遅い冷却速度を促進するために、本明細書の１つ以上の実施形態では、ファイバ温度と周囲温度との差異は、５００℃未満、又は４００℃未満、又は３００℃未満、又は２００℃未満、又は５０℃〜５００℃の範囲、又は１００℃〜４５０℃の範囲、又は１５０℃〜４００℃の範囲、又は２００℃〜３００℃の範囲であり、ファイバ温度は周囲温度より高い。より速い冷却速度を促進するために、本明細書の１つ以上の実施形態では、ファイバ温度と周囲温度との差異は、２００℃超、又は３００℃超、又は４００℃超、又は５００℃超、又は２００℃〜８００℃の範囲、又は３００℃〜７００℃の範囲、又は４００℃〜６００℃の範囲であり、ファイバ温度は周囲温度より高い。前述の実施形態では、ファイバ温度は、冷却中の任意の時点、若しくは制御冷却領域内又は制御冷却領域のゾーンの任意の地点におけるファイバ温度に対応する。本明細書に開示されるファイバ温度と周囲温度の差異は、例えば、徐冷装置の入口、内部位置、又は出口におけるファイバ温度、若しくは制御冷却領域の入口、内部位置、又は出口におけるファイバ温度、若しくは制御冷却領域のゾーンの入口、内部位置、又は出口におけるファイバ温度、若しくは制御冷却領域の２つ以上のゾーンの組合せの入口、内部位置、又は出口におけるファイバ温度にもたらされる。
【００５０】
システム１００は、ファイバプリフォーム１１０を伴った延伸用加熱炉１０５を含む。一実施形態では、ファイバプリフォーム１１０は、単一の組成領域又は複数の組成領域を含む、シリカ又はドープされたシリカのプリフォームである。複数の組成領域は、同心円状でありうる。例えば、ファイバプリフォーム１１０は、ファイバのコア組成に対応する中央領域と、ファイバの１つ以上のクラッド層の組成に対応する１つ以上の外側同心円領域とを含みうる。コア及び／又はクラッド領域は、純粋なシリカ又はドープされたシリカを含みうる。
【００５１】
光ファイバ１１５は、ファイバプリフォーム１１０から延伸されて、徐冷装置１２０の入口１２３へと方向付けられる。光ファイバ１１５は、徐冷装置１２０を通過し、出口１２７に現れる。出口１２７における光ファイバ１１５の温度は、入口１２３における光ファイバ１１５の温度未満である。徐冷装置１２０は、ファイバが晒される周囲温度を確立する内部制御冷却領域を含む。徐冷装置１２０は、ファイバ３１５の制御冷却に影響を与え、未加熱の静止空気中での光ファイバ１１５の自然な冷却速度よりも遅い冷却速度を可能にする。一実施形態では、光ファイバ１１５は、約１７００℃のファイバ温度で延伸用加熱炉１０５から出る。光ファイバ１１５は、延伸用加熱炉１０５を出て、徐冷装置１２０へと進行する。光ファイバ１１５は、出口１２７において徐冷装置１２０から出た後、処理経路に沿って進行するにつれて冷却し続ける。
【００５２】
システム１００は、それに沿ってファイバが方向付けられる処理経路を定めている。処理経路は、ファイバ延伸プロセスにおいてファイバが通過する経路である。システム１００の処理経路は、延伸用加熱炉１０５から徐冷装置１２０の出口１２７を超えて延びる。矢印は、処理経路に沿った光ファイバ１１５の搬送方向を定めている。光ファイバ１１５が処理されると、それは延伸用加熱炉１０５を出て、処理経路に沿って進む。延伸用加熱炉１０５からファイバの出口点に近い処理経路に沿った位置は、本明細書では、延伸用加熱炉１０５からのファイバの出口点から遠ざかる処理経路に沿った位置の上流にあるとされ、ここで、延伸用加熱炉１０５からの距離は、光ファイバ１１５に沿って測定した距離を意味すると理解される。光ファイバの搬送方向は下流方向であり、光ファイバは処理経路に沿って上流位置から下流位置に運ばれる。例えば、延伸用加熱炉１０５と徐冷装置１２０の入口１２３との間に配置された光ファイバ１１５の位置は、徐冷装置１２０の出口１２７よりも延伸用加熱炉１０５から離れて配置された光ファイバ１１５の位置の上流にある。同様に、徐冷装置１２０の入口１２３は、徐冷装置１２０の出口１２７の上流にあり、延伸用加熱炉１０５は徐冷装置１２０の上流にある。光ファイバ１１５は、処理経路に沿って延伸用加熱炉１０５及び徐冷装置１２０の両方を通過することから、延伸用加熱炉１０５及び徐冷装置１２０は、本明細書では、処理経路に沿って動作可能に結合されていると称することができる。
【００５３】
図１には明示されていないが、ファイバ処理経路はさらに、処理経路に沿って徐冷装置１２０から上流又は下流に配置された他の処理装置（例えば、再加熱段階、追加の徐冷装置、計測装置、ファイバ方向転換装置、コーティング装置、試験装置、スプール装置等）を含んでいてもよい。
【００５４】
本明細書に開示される徐冷装置を通る光ファイバの延伸速度（搬送速度）は、３０ｍ／秒超、又は４０ｍ／秒超、又は４２ｍ／秒超、又は４５ｍ／秒超、又は４７ｍ／秒超、又は５０ｍ／秒超、又は５５ｍ／秒超、又は６０ｍ／秒超、又は〜の範囲  ３０ｍ／秒〜７０ｍ／秒、又は４０ｍ／秒〜６５ｍ／秒の範囲、又は４２ｍ／秒〜６３ｍ／秒の範囲、又は４４ｍ／秒〜６０ｍ／秒の範囲、又は４６ｍ／秒〜５８ｍ／秒の範囲である。
【００５５】
徐冷装置１２０は、非加熱空気中の冷却速度に対して光ファイバ１１５の冷却速度を遅くするように設計された制御冷却領域を含む。制御冷却領域は、徐冷装置１２０の内部にあり、徐冷装置１２０の内部容積全体又はその一部を包含する。光ファイバ１１５は、徐冷装置１２０の入口１２３から徐冷装置１２０の出口１２７まで処理経路に沿って進むにつれて、制御冷却領域を通過する。さまざまな実施形態では、制御冷却領域の周囲温度は、光ファイバ１１５の近くの環境での加熱素子及び／又は加熱ガス流を用いて確立される。
【００５６】
従来設計では、制御冷却領域は、一定の周囲温度で維持されている。一定の周囲温度は、室温と入口１２３における光ファイバ１１５の温度との間の温度である。一定の周囲温度は、好ましくは、（ｉ）光ファイバ１１５の構造緩和、（ｉｉ）光ファイバの仮想温度１１５の低下、及び／又は（ｉｉｉ）上述のように、冷却中に光ファイバ１１５を平衡状態に近づけるアプローチを可能にする温度である。
【００５７】
本明細書に従う徐冷装置は、一定ではない周囲温度を有する制御冷却領域を含む。制御冷却領域における周囲温度の一定又は均一な分布の代わりに、制御冷却領域は、周囲温度の勾配を含む。一実施形態では、周囲温度プロファイルは非単調であり、１つ以上の段階的変化を含む。傾斜した周囲温度プロファイルは、構造緩和の時間スケールが、より高いファイバ温度に対してより短く、ファイバ温度が減少するにつれて次第に増加するという認識によって動機付けられている。したがって、傾斜した周囲温度プロファイルは、制御冷却領域の徐冷装置の入口に近い部分には、より高い周囲温度をもたらし、徐冷装置の出口に近い制御冷却装置の部分には、より低い周囲温度をもたらすように設計されている。
【００５８】
徐冷装置の入口におけるファイバ温度は、徐冷装置の出口におけるファイバ温度よりも高い。徐冷装置の入口におけるファイバ温度は、１４００℃超、又は１５００℃超、又は１６００℃超、又は１７００℃超、又は１４００℃〜１９００℃の範囲、又は１４５０℃〜１８００℃の範囲、又は１５００℃〜１７００℃の範囲である。徐冷装置の出口におけるファイバ温度は、１３５０℃未満、又は１３００℃未満、又は１２５０℃未満、又は１２００℃未満、又は１０００℃〜１３５０℃の範囲、又は１０５０℃〜１３００℃の範囲、又は１１００℃〜１２５０℃の範囲、又は１０００℃〜１２５０℃の範囲である。
【００５９】
徐冷装置の入口のより高いファイバ温度は、徐冷装置の出口に対する徐冷装置の入口における光ファイバの冷却の際のより低い粘度及びより簡単な構造的再配列に対応する。したがって、構造緩和は、徐冷装置の入口に近い制御冷却領域の部分では、より遅い冷却速度を維持し、徐冷装置の出口に近い制御冷却領域の部分では、必要に応じて冷却速度を増加させて、所望の出口ファイバ温度を達成することによって高められる。徐冷装置の出口において目標のファイバ温度を有するファイバをもたらすために、ファイバが徐冷装置の出口に近づくにつれて冷却速度が増加するように設計することができる。上記のように、徐冷装置の出口におけるファイバ温度は、ファイバ延伸プロセスにおける下流の処理装置の入口条件との適合性に対して調整されうる。
【００６０】
徐冷装置又は制御冷却領域内では、入口に最も近接した部分は、出口に最も近接した部分の上流にあると称される。以下により詳細に説明されるように、幾つかの実施形態では、徐冷装置又は制御冷却領域は、光ファイバを処理するための１つ以上のゾーンを含む。ゾーンは、処理経路に沿った徐冷装置内又は制御冷却領域内に位置する離散した別々の処理領域である。光ファイバは、徐冷装置又は制御冷却領域の入口から入り、１つ以上のゾーンを通って徐冷装置又は制御冷却領域の出口へと下流に搬送される。２つ以上のゾーンが存在する場合、ゾーンは、徐冷装置又は制御冷却領域の入口及び出口に対する位置が異なっている。一のゾーンの別のゾーンに対する位置は、処理経路に沿って上流又は下流として指定される。特定のゾーンが、異なるゾーンよりも処理経路に沿った徐冷装置又は制御冷却領域の入口により近接して配置される場合、該特定のゾーンは、異なるゾーンの上流にある。同様に、特定のゾーンが、異なるゾーンよりも処理経路に沿った徐冷装置又は制御冷却領域の出口により近接して配置される場合、該特定のゾーンは、異なるゾーンの下流にある。
【００６１】
本徐冷装置の傾斜した周囲温度プロファイルでは、徐冷装置の入口付近と制御冷却領域の上流部分により高い周囲温度を提供して、より長い滞留時間を促進するために、周囲温度分布が傾斜している。周囲温度プロファイルをこのように傾斜させることにより、ファイバの低粘度状態がより長い時間維持され、より大きな構造緩和が起こり、より低いファイバ仮想温度が達成される。徐冷装置を出るファイバと下流の処理装置との適合性を保証するのに十分な冷却を達成するために、制御冷却領域の上流部分において維持される、より高い周囲温度に関連した遅い冷却速度を補償するのに十分な制御冷却領域の下流部分の周囲温度へと、周囲温度分布は傾斜している。
【００６２】
従来の徐冷装置に対する本徐冷装置の幾つかの観察は注目に値する。従来の徐冷装置では、制御冷却領域は一定の周囲温度で維持される。一定の周囲温度は、徐冷装置の出口におけるファイバ温度が下流の装置によるさらなる処理に対して適合性であることを補償するように選択される。一定の周囲温度の選択に影響を及ぼす要因には、徐冷装置の入口におけるファイバ温度、徐冷装置の長さ、延伸速度、及び周囲温度の制御様式（例えば、制御冷却領域に供給されるガスの熱伝導率、流量、及び／又は圧力）が含まれる。
【００６３】
従来の徐冷装置で選択される一定の周囲温度は、幾つかの競合する考慮事項の妥協点を反映している。本明細書は、競合する考慮事項のバランスを適切にとるためには、徐冷装置の入口付近の制御冷却領域の部分に存在する、より高いファイバ温度で起こる、より効率的な構造緩和を促進するために、従来の徐冷装置の制御冷却領域で選択される一定の周囲温度が必ずしも最適ではないことを認識する。徐冷装置の入口におけるファイバ温度と比較して、一定の周囲温度は、構造緩和を助長する高いファイバ温度でのファイバの滞留時間を短縮する速度でファイバを冷却するのに十分に低い。
【００６４】
本徐冷装置では、制御冷却領域の周囲温度プロファイルは、制御冷却領域の上流部分のより高い周囲温度と、制御冷却領域の下流部分のより低い周囲温度とを含む。上流部分のより高い周囲温度は、ファイバの冷却速度を遅くし、ファイバが効率的な構造緩和に適した粘度を維持するのに十分なファイバ温度にある時間を延長する。徐冷装置の出口における所望のファイバ温度を達成するため、本徐冷装置の制御冷却領域の下流部分の周囲は、目標とする出口ファイバ温度をもたらすのに必要な程度まで冷却速度を増加させるのに十分に下げる。
【００６５】
所与の延伸速度の処理において同じ入口ファイバ温度及び同じ出口ファイバ温度を有する、所与の設計及び長さの徐冷装置では、本徐冷装置の制御冷却領域の上流部分の周囲温度は、対応する従来の徐冷装置で利用されるであろう一定の周囲温度よりも高い。上流周囲温度が高いと、ファイバ温度がより高い徐冷装置の部分のファイバの冷却速度は遅くなり、対応する従来の徐冷装置と比較して、本徐冷装置の制御冷却領域の上流部分で、より大きな構造緩和が生じる。
【００６６】
しかしながら、特定のファイバ出口温度を達成するため、本徐冷装置の制御冷却領域の下流部分の周囲温度は、対応する従来の徐冷装置について同じファイバ出口温度を達成するのに必要とされる一定の周囲温度より低い必要があることが認識される。より低い周囲温度は、本徐冷装置の制御冷却領域の下流部分におけるファイバのより速い冷却速度及び対応する従来の徐冷装置と比較してあまり効率的ではない構造緩和をもたらすが、このあまり効率的ではない構造緩和は、仮想温度の有意な低下を可能にするにはファイバの構造緩和の時間スケールが長すぎるファイバ温度レジームで生じる。結果として、たとえ対応する従来の先行技術の徐冷装置と比較して本徐冷装置の制御冷却領域の下流部分ではより少ない構造的緩和しか起こらないとしても、構造緩和の差異は、重要ではなく、対応する従来の徐冷装置と比較して本徐冷装置の制御冷却領域の上流部分に生じる構造緩和のより大きな差によって大いに補償されており、ここで、ファイバ温度は、ファイバ粘度が低く、構造緩和が効率的になるような温度である。したがって、より低いファイバ仮想温度は、対応する従来の徐冷装置と比較して、本徐冷装置によって処理されたファイバからもたらされる。
【００６７】
本徐冷装置の制御冷却領域の周囲温度プロファイルは、ファイバ温度が対応する従来の徐冷装置と比較して高いときに、構造緩和をより長期間促進するように設計されている。より長い時間は、対応する従来の徐冷装置と比較して、本徐冷装置の制御冷却領域の上流部分において、より遅い速度でファイバを冷却することによって達成される。トレードオフは、対応する従来の徐冷装置と比較して、本徐冷装置の制御された冷却領域の下流部分における、より速い冷却速度とより少ない構造緩和である。しかしながら、バランスをとると、制御冷却領域における周囲温度が、一定の周囲温度から離れて、ファイバがより高いファイバ温度及びより低い粘度を有する場合により遅い冷却速度をもたらし、ファイバがより低いファイバ温度及びより高い粘度を有する場合により速い冷却速度をもたらす分布へと偏るため、対応する従来の徐冷装置と比較して、ファイバ仮想温度のより大きい正味の低下が本徐冷装置に起こる。本徐冷装置の周囲温度分布は、下流の処理装置との適合性を確実にするために、必要に応じてファイバ出口温度の調整を依然として可能にしつつ、より低い仮想温度を有するファイバを提供する。
【００６８】
一実施形態では、本徐冷装置の制御冷却領域の周囲温度勾配は、制御冷却領域を通るファイバの搬送方向における周囲温度の連続的な変動を伴って、連続的である。周囲温度の連続的な変動は、ファイバの搬送方向に制御冷却領域にわたって一定又は可変の勾配を有する。
【００６９】
別の実施形態では、本徐冷装置の制御冷却領域の周囲温度勾配は、周囲温度における段階的変化又は不連続性を含む。一実施形態では、制御冷却領域は２つ以上のゾーンを含み、ここで、ゾーン内の周囲温度は、一定又はほぼ一定であり、異なるゾーンにおける一定の周囲温度は異なっている。ゾーンの数は、少なくとも２つ、又は少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、又は少なくとも５つ、又は少なくとも６つ、又は２〜１０の範囲、又は３〜９の範囲、又は４〜８の範囲である。
【００７０】
別の実施形態では、制御冷却領域は２つ以上のゾーンを含み、ここで、周囲温度は各ゾーン内で可変であり、異なるゾーンにおける平均周囲温度は異なっている。各ゾーンにおける周囲温度の変化は、ゾーンの空間寸法内の最大周囲温度から最少周囲温度にまで及び、平均周囲温度は、最大周囲温度と最少周囲温度の平均として選択される。ゾーン内の最大周囲温度と最少周囲温度との差異は、３０℃未満、又は２５℃未満、又は２０℃未満、又は０℃〜３０℃の範囲、又は５℃〜３０℃の範囲、又は５℃〜２５℃の範囲、又は５℃〜２０℃の範囲、又は１０℃〜３０℃の範囲、又は１０℃〜２５℃の範囲である。ゾーンの数は、少なくとも２つ、又は少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、又は少なくとも５つ、又は少なくとも６つ、又は２〜１０の範囲、又は３〜９の範囲、又は４〜８の範囲である。さらなる実施形態は、一定の周囲温度を有する１つ以上のゾーンを含む２つ以上のゾーンと、周囲温度の変化を含む１つ以上のゾーンとを有する、制御冷却領域を含む。
【００７１】
１つ以上の実施形態では、２つ以上のゾーンは、上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、ここで、上流ゾーンの一定の周囲温度は、少なくとも１００℃、又は少なくとも１５０℃、又は少なくとも２００℃、又は少なくとも２５０℃、又は少なくとも３００℃、又は少なくとも３５０℃、又は少なくとも４００℃、又は１００℃〜５００℃の範囲の量だけ、又は１５０℃〜４５０℃の範囲の量だけ、又は２００℃〜４００℃の範囲の量だけ、又は１２５℃〜３００℃の範囲の量だけ、又は１５０℃〜２５０℃の範囲の量だけ、下流ゾーンの一定の周囲温度より高い。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００７２】
１つ以上の実施形態では、２つ以上のゾーンは、上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、ここで、上流ゾーンの平均周囲温度は、少なくとも１００℃、又は少なくとも１５０℃、又は少なくとも２００℃、又は少なくとも２５０℃、又は少なくとも３００℃、又は少なくとも３５０℃、又は少なくとも４００℃、又は１００℃〜５００℃の範囲の量だけ、又は１５０℃〜４５０℃の範囲の量だけ、又は２００℃〜４００℃の範囲の量だけ、又は１２５℃〜３００℃の範囲の量だけ、又は１５０℃〜２５０℃の範囲の量だけ、下流ゾーンの平均周囲温度より高い。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００７３】
１つ以上の実施形態では、延伸プロセスの間に光ファイバが曝露される周囲温度は、少なくとも５００℃、又は少なくとも６００℃、又は少なくとも７００℃、又は少なくとも８００℃、又は少なくとも９００℃、少なくとも１０００℃、又は少なくとも１１００℃の温度、又は５００℃〜１２００℃の範囲の温度、又は６００℃〜１１００℃の範囲の温度、又は７００℃〜１０００℃の範囲の温度である。一実施形態では、周囲温度は、制御冷却領域又は徐冷装置のゾーン全体にわたって維持される一定の温度である。
【００７４】
本徐冷装置の制御冷却領域におけるファイバ温度の冷却速度は、一定又は可変、連続的又は不連続的、及び／又は、単調又は非単調である。冷却速度は、好ましくは可変であり、徐冷装置に入るファイバの入口点に近接した制御冷却領域の部分では冷却速度がより遅く、徐冷装置から出るファイバの出口点に近接した制御冷却領域の部分では冷却速度がより速い。一実施形態では、制御冷却領域の上流部分の冷却速度は、制御冷却領域の下流部分の冷却速度よりも遅い。
【００７５】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、２つ以上のゾーンを含み、各ゾーン内の冷却速度は一定であり、一定の冷却速度は、異なるゾーンにおいて異なっている。ゾーン内の冷却速度は単調又は非単調であり、１つのゾーンから別のゾーンへの冷却速度の移行は連続的又は不連続的である。
【００７６】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の一定の冷却速度が２つ以上のゾーンの各々で異なっている、２つ以上のゾーンを含み、ここで、２つ以上のゾーンの各々におけるファイバ温度の一定の冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲である。
【００７７】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の一定の冷却速度が異なっている、上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、上流ゾーン及び下流ゾーンの各々におけるファイバ温度の一定の冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲である。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００７８】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の一定の冷却速度が異なっている、上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、上流ゾーン及び下流ゾーンの各々におけるファイバ温度の一定の冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲であり、下流ゾーンにおける一定の冷却速度は、少なくとも２５０℃／秒、又は少なくとも５００℃／秒、又は少なくとも７５０℃／秒、又は少なくとも１０００℃／秒、又は２５０℃／秒〜２０００℃／秒、又は５００℃／秒〜１７５０℃／秒、又は７５０℃／秒〜１５００℃／秒の範囲の量だけ、上流ゾーンにおける一定の冷却速度より速い。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００７９】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の一定の冷却速度が異なっている、上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、上流ゾーン及び下流ゾーンの各々におけるファイバ温度の一定の冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲であり、下流ゾーンにおける一定の冷却速度は、少なくとも５％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は５％〜２５％の範囲、又は１０％〜２０％の範囲の量だけ、上流ゾーンにおける一定の冷却速度より速い。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００８０】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、２つ以上のゾーンを含み、各ゾーン内の冷却速度は可変であり、平均冷却速度は、異なるゾーンでは異なっている。各ゾーンにおける冷却速度の変化は、ゾーンの空間寸法内で最大冷却速度から最小冷却速度へと延び、平均冷却速度は、最大冷却速度と最小委冷却速度の平均として選択される。ゾーン内の最大冷却速度と最小冷却速度との差異は、１００℃／秒未満、又は７５℃／秒未満、又は５０℃／秒未満、又は２５℃／秒未満、又は０℃／秒〜１００℃／秒の範囲、又は１０℃／秒〜９０℃／秒の範囲、１０℃／秒〜５０℃／秒の範囲、又は２０℃／秒〜８０℃／秒の範囲、又は２０℃／秒〜６０℃／秒の範囲であり、ゾーン内の冷却速度は単調又は非単調であり、１つのゾーンから別のゾーンへの冷却速度の遷移は連続的又は不連続的である。
【００８１】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の平均冷却速度が２つ以上のゾーンの各々で異なっている、２つ以上のゾーンを含み、２つ以上のゾーンの各々におけるファイバ温度の平均冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲である。
【００８２】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の平均冷却速度が異なっている上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、上流ゾーン及び下流ゾーンの各々におけるファイバ温度の平均冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲である。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００８３】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の平均冷却速度が異なっている上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、上流ゾーン及び下流ゾーンの各々におけるファイバ温度の平均冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲であり、下流ゾーンにおける平均冷却速度は、少なくとも２５０℃／秒、又は少なくとも５００℃／秒、又は少なくとも７５０℃／秒、又は少なくとも１０００℃／秒、又は２５０℃／秒〜２０００℃／秒、又は５００℃／秒〜１７５０℃／秒、又は７５０℃／秒〜１５００℃／秒の範囲の量だけ、上流ゾーンにおける平均冷却速度よりも大きい。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００８４】
１つ以上の実施形態では、制御冷却領域は、ファイバ温度の平均冷却速度が異なっている上流ゾーンと下流ゾーンとを含み、上流ゾーン及び下流ゾーンの各々におけるファイバ温度の平均冷却速度は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲であり、下流ゾーンにおける平均冷却速度は、少なくとも５％、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は５％〜２５％の範囲、又は１０％〜２０％の範囲の量だけ、上流ゾーンにおける平均冷却速度よりも大きい。一実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンは、介在ゾーンを有さずに隣接している。別の実施形態では、上流ゾーンと下流ゾーンとは、１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。さらに別の実施形態では、上流ゾーンは、徐冷装置へのファイバの入口に隣接している。さらに別の実施形態では、下流ゾーンは、徐冷装置からのファイバの出口に隣接している。
【００８５】
さらなる実施形態では、徐冷装置の制御冷却領域は、３つ以上のゾーン、又は４つ以上のゾーン、又は５つ以上のゾーン、又は６つ以上のゾーン、又は２〜１０ゾーン、又は３〜９ゾーン、又は４〜８ゾーンを含んでおり、ここで、一対又は複数対のゾーンでは、本明細書に開示される一定の周囲温度、平均周囲温度、一定の冷却速度、及び／又は平均冷却速度が異なっている。一対のゾーン若しくは複数対のゾーン内の一対又は複数対のゾーンは、一実施形態では隣接しており、別の実施形態では隣接していない。さらなる実施形態では、複数対のゾーン内のゾーンの対は、ゾーンが隣接している対と、ゾーンが隣接していない対とを含む。
【００８６】
１つ以上の実施形態では、光ファイバを処理する方法は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／の範囲秒、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲の冷却速度で、１４００℃〜１９００℃の範囲のファイバ温度、又は１４５０℃〜１８００℃の範囲のファイバ温度、又は１５００℃〜１７００℃の範囲のファイバ温度、又は１０００℃〜１４５０℃の範囲のファイバ温度、又は１０００℃〜１４００℃の範囲のファイバ温度、又は１０００℃〜１３００℃の範囲のファイバ温度、又は１０００℃〜１２５０℃の範囲のファイバ温度、又は１０００℃〜１２００℃の範囲のファイバ温度から、光ファイバを冷却する工程を含む。これらの実施形態の各々は、徐冷装置の制御冷却領域の１つ以上のゾーンで実施可能であり、かつ、徐冷装置の制御冷却領域の異なるゾーンにおける本明細書に開示される他の実施形態と組み合わせて実施可能であり、ここで、異なるゾーンは隣接しているか、あるいは１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。
【００８７】
１つ以上の実施形態では、光ファイバを処理する方法は、５０００℃／秒未満、又は４０００℃／秒未満、又は３５００℃／秒未満、又は３０００℃／秒未満、又は２５００℃／秒未満、又は２０００℃／秒未満、又は１５００℃／秒未満、又は１０００℃／秒〜４５００℃／秒の範囲、又は１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲、又は２０００℃／秒〜３５００℃／秒の範囲の冷却速度で、１３００℃〜１６５０℃の範囲のファイバ温度、又は１３５０℃〜１６００℃の範囲のファイバ温度、又は１４００℃〜１５５０℃の範囲のファイバ温度、又は１１５０℃〜１４５０℃の範囲のファイバ温度、又は１２００℃〜１４００℃の範囲のファイバ温度、又は１２５０℃〜１３５０℃の範囲のファイバ温度から光ファイバを冷却する工程を含む。これらの実施形態の各々は、徐冷装置の制御冷却領域の１つ以上のゾーンで実施可能であり、徐冷装置の制御冷却領域の異なるゾーンにおける本明細書に開示される他の実施形態と組み合わせて実施可能であり、ここで、異なるゾーンは隣接しているか、あるいは１つ以上の介在ゾーンによって分離されている。
【００８８】
幾つかの実施形態では、光ファイバは、徐冷装置を出る際に、下流の処理装置へと方向付けられる。徐冷装置の出口の下流にある処理装置の入口におけるファイバ温度は、１１５０℃未満、又は１１２５℃未満、又は１１００℃未満、又は１０７５℃未満、又は１０５０℃未満、又は１０２５℃未満、又は１０００℃未満、又は９５０℃〜１１５０℃の範囲、又は９７５℃〜１１２５℃の範囲、１０００℃〜１１００℃の範囲である。
【００８９】
本徐冷装置に関連して選択された利点を説明するために、代表的な例が考慮される。
【実施例】
【００９０】
実施例１
この実施例では、６つのゾーンを有する制御冷却領域を有する徐冷装置が考慮される。プロセスの概略図が図２に示されている。システム２００は、ファイバプリフォーム２１０を伴った延伸用加熱炉２０５を含む。光ファイバ２１５は、ファイバプリフォーム２１０から延伸されて、出口２１２において延伸用加熱炉２０５から出て、徐冷装置２２０の入口２２３へと方向付けられる。光ファイバ２１５は、徐冷装置２２０を通過し、出口２２７に現われ、ファイバ方向変換装置２３０へと方向付けられる。光ファイバ２１５は、任意選択的な下流の処理装置（図示せず）への送達のために、入口２３２からファイバ方向転換装置２３０に入り、出口２３４からファイバ方向転換装置２３０を出る。矢印は、光ファイバ２１５の搬送方向を示している。
【００９１】
処理経路に沿った距離は、延伸用加熱炉２０５の出口２１２から上流の短い距離に位置している加熱炉の底板から測定される。以下の議論では、加熱炉の底板の位置は、ゼロ位置として選択され、位置は、加熱炉の底板から出口２１２を通って徐冷装置２２０に向かう処理経路に沿って下流方向に増加する。徐冷装置２２０の入口２２３は、出口２１２から下流に位置している。徐冷装置２２０は、図２に示されるように、光ファイバ２１５の処理経路の下流方向に１から６まで番号が付された６つのゾーンを含む制御冷却領域を有する。各ゾーンの長さは１メートルであり、ファイバの処理経路は、各ゾーンの中心を通って延びる。制御冷却領域への入口は、徐冷装置２２０の入口２２３から下流の短い距離に位置している。制御冷却領域からの出口は、徐冷装置２２０の出口２２７から上流の短い距離に位置している。出口２２７は、入口２２３の６００ｃｍ下流に位置している。ファイバ方向転換装置２３０の入口２３２は、出口２２７の９００ｃｍ下流の位置に位置している。
【００９２】
例示の目的のために、徐冷装置２２０への入口２２３における光ファイバ２１５の温度を２０００℃になるように選択し、ファイバ方向転換装置２３０の入口２３２における光ファイバ２１５の温度を約１０７５℃になるように選択した。光ファイバ２１５は、およそ６μｍのコア直径を有するＧｅをドープしたシリカコア（平均Ｇｅドーピング濃度８質量％）と、１２５μｍの外径を有するシリカクラッドとを有していた。
【００９３】
この実施例ではプロセス構成が考慮される。第１の構成（構成１）では、ファイバ延伸速度を４２ｍ／秒に設定し、徐冷装置２２０の制御冷却領域の各ゾーンを１０１５℃の一定の周囲温度に設定した。第２の構成（構成２）では、ファイバ延伸速度を４５ｍ／秒に設定し、徐冷装置２２０の制御冷却領域の各ゾーンを９４５℃の一定の周囲温度に設定した。構成１及び２は、従来の徐冷装置の代表例である。各延伸速度におけるファイバ仮想温度が最小になるように、一定の周囲温度を選択した。第３の構成（構成３）では、ファイバ延伸速度を４５ｍ／秒に設定し、勾配周囲温度プロファイルを徐冷装置２２０と共に使用した。徐冷装置２２０の制御冷却領域の６つのゾーンの各々を一定の周囲温度に設定したが、幾つかのゾーンの周囲温度は他のゾーンの周囲温度とは異なっていた。ゾーン１〜３を１２００℃の一定の周囲温度に設定した。ゾーン４を９６０℃の一定の周囲温度に設定した。ゾーン５及び６を６００℃の一定の周囲温度に設定した。３つの構成の各々についての温度プロファイルが図３に示されており、その条件は表１にまとめられている。図３では、構成１、２、及び３についての周囲温度プロファイルが、それぞれ、トレース２５１、２５２、及び２５３で示されている。距離は、徐冷装置２２０の入口２２３からの距離として示されている。各ゾーンの長さは、１ｍの距離に対応している。
【００９４】
【表１】
2019532895.tif 000003
【００９５】
ファイバ温度及びファイバ仮想温度を構成１〜３の各々についてモデル化した。結果が図４に示されている。距離は、延伸用加熱炉２０５の出口２１２から上流の短い距離に位置している加熱炉の底板から測定されている。ファイバは、１１９ｃｍ（構成１及び２）又は１５３ｃｍ（構成３）の距離で徐冷装置２２０に入り、７３４ｃｍ（構成１及び２）又は７６８ｃｍ（構成３）の距離で徐冷装置２２０から出て、９００ｃｍの距離でファイバ方向転換装置２３０に入る。実線は、ファイバ温度を示しており、左横座標に示される温度スケールに関連している。破線はファイバ仮想温度を示しており、右横座標に示される温度スケールに関連している。トレース２６１、２６２、及び２６３は、それぞれ、構成１、２、及び３についてのファイバ温度を示している。トレース２６４、２６５、及び２６６は、それぞれ、構成１、２、及び３についてのファイバ仮想温度を示している。徐冷装置２２０の入口２２３のファイバ温度は、構成１、２、及び３について、それぞれ、１７０７℃、１７３２℃、及び１６２４℃であった。徐冷装置２２０の出口２２７におけるファイバ温度は、構成１、２、及び３について、それぞれ、１２９５℃、１２７９℃、及び１２３０℃であった。ファイバ方向転換装置２３０の入口２３２のファイバ温度は、構成１、２、及び３について、それぞれ、１０７８℃、１０７５℃、及び１０７５℃であった。ファイバ仮想温度は、実質的に徐冷装置２２０の出口２２７で確立され、依然として、徐冷装置２２０の下流の処理経路に沿って一定のままであった。ファイバ仮想温度は、構成１、２、及び３について、それぞれ、１５３４℃、１５４２℃、及び１５２８℃であった。
【００９６】
基準状態に対する波長λにおけるファイバ減衰ΔＡＴの変化は、式（１）を使用してファイバ仮想温度から計算することができる：
【００９７】
【数１】
2019532895.tif 000004
【００９８】
式中、Ａλはレイリースペクトル定数であり、Ｔｆはファイバ仮想温度であり、Ｔｆ，ｒｅｆは基準状態におけるファイバ仮想温度である。構成１、２、及び３から製造されたファイバを比較するために、構成１のファイバを基準ファイバとして選択し、１３１０ｎｍの波長を選択して、減衰を比較した。１３１０ｎｍでは、Ａλ＝Ａ１３１０ｎｍ＝０．９０７ｄＢ／ｋｍ−ｎｍ４である。構成１、２、及び３で製造したファイバの仮想温度を使用して、式（１）から、構成１と比較して、それぞれ、構成２及び３について、０．０００３４ｄＢ／ｋｍ及び−０．０００２０ｄＢ／ｋｍの減衰の変化を得る。延伸速度が増加するにつれて、構成１と比較して構成２では、ファイバ減衰が増加する。しかしながら、構成３の結果は、傾斜した周囲温度プロファイルで徐冷装置２２０を動作させることによって、構成２のより高い延伸速度でファイバ減衰の増加を補償することができることを示している。
【００９９】
モデルからの結果を検証するため、実験的ファイバ延伸プロセスにおいて、ファイバ設計及び構成１、２、及び３に対応する処理条件を用いて、一連の光ファイバを調製した。各構成について、一連の幾つかのファイバを延伸し、１３１０ｎｍにおける減衰を測定した。構成１では、減衰は、一連のファイバにわたり０．３２１３ｄＢ／ｋｍのメジアン値を伴って、０．３２０５ｄＢ／ｋｍ〜０．３２２４ｄＢ／ｋｍの範囲であった。構成２では、減衰は、一連のファイバにわたり０．３２０８ｄＢ／ｋｍのメジアン値を伴って、０．３２００ｄＢ／ｋｍ〜０．３２１１ｄＢ／ｋｍの範囲であった。構成３では、減衰は、一連のファイバにわたり０．３２０３ｄＢ／ｋｍのメジアン値を伴って、０．３１９７ｄＢ／ｋｍ〜０．３２１５ｄＢ／ｋｍの範囲であった。実験結果は、モデルの予測と一致している。
【０１００】
この実施例の結果は、構成３に関連した傾斜した周囲温度プロファイルが、構成１及び２に関連する一定の周囲温度プロファイルについて観察されるよりもはるかに長い徐冷装置２２０の部分にわたって、より高いファイバ温度をもたらすことを示している（トレース２６３をトレース２６１及び２６２と比較する）。したがって、構成３の傾斜した周囲温度プロファイルを用いて製造したファイバの仮想温度は、構成１及び２の一定の周囲温度プロファイルで製造されたファイバの仮想温度と比較して低下する（トレース２６６をトレース２６４及び２６５と比較する）。しかしながら、ファイバ方向転換装置２３０の入口２３２のファイバ温度は、構成１、２、及び３について同じである。結果は、傾斜した周囲温度プロファイルで構成された徐冷装置が、より高い延伸速度で動作する場合に、ファイバ減衰を犠牲にすることなく、徐冷装置の下流に目標温度を確立するために必要な柔軟性を維持しつつ、一定の周囲温度プロファイルで構成された対応する徐冷装置よりも低い仮想温度を有するファイバを生成することを示している。
【０１０１】
実施例２
この実施例では、徐冷装置の冷却速度をモデル化する。冷却速度はファイバ温度の時間に関する変化率として定義され、単位は℃／秒で表される。徐冷装置は、図２に示されるタイプのものであり、各々が処理経路に沿って１ｍの長さである、６つのゾーンを有する制御冷却領域を含んでいた。実施例１に記載される構成１及び構成５の冷却速度を決定した。構成５では、周囲温度プロファイルは傾斜していた。各ゾーンの周囲温度は一定に保ったが、ゾーンの幾つかで、異なる一定の周囲温度を用いた。特に、ゾーン１〜３の周囲温度は１１６５℃に設定し、ゾーン４の温度は８７５℃に設定し、ゾーン５及び６の温度は７２５℃に設定した。構成１及び５の周囲温度プロファイルは、図５に破線で示されており、右横座標に示されている温度スケールに関連している。トレース２７１及び２７３は、それぞれ、構成１及び５の周囲温度プロファイルを示している。図５における距離は、徐冷装置の制御冷却領域の入口からの距離に対応し、０ｃｍ（制御冷却領域の入口）から６００ｃｍ（制御冷却領域の出口）まで延びる。徐冷装置の制御冷却領域への入口は、ゾーン１への入口に対応しており、徐冷装置の制御冷却領域の出口は、ゾーン６からの出口に対応している。構成１及び５のいずれの延伸速度も４２ｍ／秒であった。
【０１０２】
図５は、徐冷装置の制御冷却領域の位置の関数としてのファイバ温度の冷却速度も示している。トレース２７５及び２７７は、それぞれ、構成１及び５についての冷却速度を示しており、冷却速度は、左横座標にメモリで示されている。構成１では、冷却速度は、徐冷装置の入口近くの約４４００℃／秒から徐冷装置の出口近くの約１３００℃／秒までの単調減少を示している。構成５の冷却速度は、対照的に、非単調であり、異なる一定の周囲温度に維持されたゾーン間の境界における不連続性又は段階変化を示している。各ゾーン内及び同じ一定の温度で維持されたゾーンにわたる冷却速度は単調に低下するが、全体的な冷却速度は、徐冷装置を通る処理経路に沿ったゾーン温度における差異に起因して、非単調である。構成１と比較して、構成５では、より高い周囲温度に起因して、徐冷装置の上流部分（ゾーン１〜３）においてより遅い冷却速度が見られる。上記のように、遅い冷却速度は、ガラスの構造緩和及びファイバ仮想温度の低下を助長する。より遅い冷却速度に起因して、ゾーン３の出口ファイバ温度は、構成１よりも構成５の方が高い。構成１と比較して徐冷装置の下流部分（ゾーン４〜６）の周囲温度を下げることによって、構成５の冷却速度は、構成１で観察される冷却速度よりも高い。構成５の徐冷装置の下流部分のより高い冷却速度は、徐冷装置の出口における構成５のファイバ温度の調製を可能にする。所与の目標ファイバ出口温度では、構成５は、構成１よりも低い仮想温度を有する光ファイバを提供する。
【０１０３】
特に明記しない限り、本明細書に記載される任意の方法は、その工程が特定の順序で行われることを必要とすると解釈されることは決して意図されていない。したがって、方法のクレームがその工程が従うべき順序を実際には記載していないか、あるいは工程が特定の順序に限定されるべきであることがクレーム又は明細書に特に記載されていない場合には、いかなる特定の順序が推測されることは全く意図されていない。
【０１０４】
例示される実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、さまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。例示される実施形態の精神及び実体を取り込んだ開示される実施形態の修正、組合せ、部分組合せ、及び変形が当業者に想起されうることから、本明細書は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内のあらゆるものを含むと解釈されるべきである。
【０１０５】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０６】
実施形態１
光ファイバを、第１のファイバ温度から第２のファイバ温度まで第１の冷却速度で冷却する工程であって、前記第１の冷却速度が５０００℃／秒未満である、工程；及び
前記光ファイバを、第３のファイバ温度から第４のファイバ温度まで第２の冷却速度で冷却する工程であって、前記第３のファイバ温度が、前記第２のファイバ温度以下であり、前記第２の冷却速度が、前記第１の冷却速度より速く、かつ、５０００℃／秒未満である、工程
を含む、光ファイバの処理方法。
【０１０７】
実施形態２
前記第１のファイバ温度が１６００℃〜１８００℃の範囲であり、前記第２のファイバ温度が、１４００℃〜１５５０℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【０１０８】
実施形態３
前記第３のファイバ温度が１４００℃〜１５５０℃の範囲であり、前記第４のファイバ温度が、１２５０℃〜１３５０℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１又は２に記載の方法。
【０１０９】
実施形態４
前記第１の冷却速度が１５００℃／秒〜４０００℃／秒の範囲であり、前記第２の冷却速度が、前記第１の冷却速度より少なくとも２５０℃／秒だけ速いことを特徴とする、実施形態１〜３に記載の方法。
【０１１０】
実施形態５
前記第２の冷却速度が、前記第１の冷却速度より少なくとも５００℃／秒だけ速いことを特徴とする、実施形態１〜４に記載の方法。
【０１１１】
実施形態６
前記第１のファイバ温度が１６５０℃〜１７５０℃の範囲であり、前記第２のファイバ温度が１３５０℃〜１５００℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１〜５に記載の方法。
【０１１２】
実施形態７
前記第３のファイバ温度が１３５０℃〜１５００℃の範囲であり、前記第４のファイバ温度が１２００℃〜１３００℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１〜６に記載の方法。
【０１１３】
実施形態８
前記第３の温度が前記第２の温度未満であることを特徴とする、実施形態１〜７に記載の方法。
【０１１４】
実施形態９
前記第１の冷却速度で冷却する工程が、前記光ファイバを少なくとも４２ｍ／秒の延伸速度で搬送する工程を含むことを特徴とする、実施形態１〜８に記載の方法。
【０１１５】
実施形態１０
前記第１の冷却速度で冷却する工程が、前記光ファイバを少なくとも５０ｍ／秒の延伸速度で搬送する工程を含むことを特徴とする、実施形態１〜８に記載の方法。
【０１１６】
実施形態１１
前記第１の冷却速度で冷却する工程が、第１の周囲温度で維持される第１のガスの存在下で起こり、前記第１の周囲温度が前記第１のファイバ温度未満であり、前記第１のファイバ温度と前記第１の周囲温度との差異が５００℃未満であることを特徴とする、実施形態１〜１０に記載の方法。
【０１１７】
実施形態１２
前記第１の周囲温度が前記第２のファイバ温度未満であり、前記第２のファイバ温度と前記第１の周囲温度との差異が３００℃未満であることを特徴とする、実施形態１１に記載の方法。
【０１１８】
実施形態１３
前記第１のファイバ温度が１６００℃〜１８００℃の範囲であり、前記第２のファイバ温度が１４００℃〜１５５０℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１１又は１２に記載の方法。
【０１１９】
実施形態１４
前記第２の冷却速度で冷却する工程が、第２の周囲温度で維持される第２のガスの存在下で起こり、前記第２の周囲温度が前記第１の周囲温度及び前記第３のファイバ温度未満であり、前記第３のファイバ温度と前記第２の周囲温度との差異が５００℃未満であることを特徴とする、実施形態１１〜１３に記載の方法。
【０１２０】
実施形態１５
前記第２の周囲温度が前記第４のファイバ温度未満であり、前記第４のファイバ温度と前記第２の周囲温度との差異が３００℃未満であることを特徴とする、実施形態１４に記載の方法。
【０１２１】
実施形態１６
前記第３のファイバ温度が１４００℃〜１５５０℃の範囲であり、前記第４のファイバ温度が１２５０℃〜１３５０℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１４又は１５に記載の方法。
【０１２２】
実施形態１７
前記第１のガスが、前記第１の周囲温度で１．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満の熱伝導率を有することを特徴とする、実施形態１４〜１６に記載の方法。
【０１２３】
実施形態１８
前記第２の冷却速度で冷却する工程が、第２の周囲温度で維持される第２のガスの存在下で起こり、前記第２の周囲温度が前記第１の周囲温度及び前記第３のファイバ温度未満であり、前記第３のファイバ温度と前記第２の周囲温度との差異が５００℃超であることを特徴とする、実施形態１１に記載の方法。
【０１２４】
実施形態１９
前記第２の周囲温度が前記第４のファイバ温度未満であり、前記第４のファイバ温度と前記第２の周囲温度との差異が３００℃超であることを特徴とする、実施形態１８に記載の方法。
【０１２５】
実施形態２０
前記第３のファイバ温度が１３５０℃〜１５００℃の範囲であり、前記第４のファイバ温度が１２００℃〜１３００℃の範囲であることを特徴とする、実施形態１８又は１９に記載の方法。
【０１２６】
実施形態２１
光ファイバをプリフォームから４２ｍ／秒より速い延伸速度で延伸する工程を含み、前記光ファイバが１５４０℃未満の仮想温度を有する、
光ファイバの処理方法。
【０１２７】
実施形態２２
前記光ファイバが１５３５℃未満の仮想温度を有することを特徴とする、実施形態２１に記載の方法。
【０１２８】
実施形態２３
前記光ファイバが１５３０℃未満の仮想温度を有することを特徴とする、実施形態２２に記載の方法。
【０１２９】
実施形態２４
前記光ファイバが、１５５０ｎｍにおいて０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有することを特徴とする、実施形態２１〜２３に記載の方法。
【０１３０】
実施形態２５
前記延伸速度が４５ｍ／秒より速いことを特徴とする、実施形態２１〜２４に記載の方法。
【０１３１】
実施形態２６
前記延伸速度が５０ｍ／秒より速いことを特徴とする、実施形態２５に記載の方法。
【０１３２】
実施形態２７
光ファイバの処理方法であって、
光ファイバを、処理経路に沿った徐冷装置内で第１のファイバ温度から第２のファイバ温度まで冷却する工程を含み；前記徐冷装置が、入口、出口、及び制御冷却領域を有しており；前記光ファイバが、前記入口における前記第１のファイバ温度で前記徐冷装置に入り、前記光ファイバが、前記出口における前記第２のファイバ温度で前記徐冷装置から出；前記制御冷却領域が、前記光ファイバを処理するための２つ以上のゾーンを含み；前記ゾーンの各々が、平均周囲温度、最大周囲温度、及び最少周囲温度を有し；前記平均周囲温度が、前記ゾーンの各々で異なっており；前記ゾーンの各々における前記最大周囲温度と前記最少周囲温度との差異が２５℃未満であり；前記ゾーンの各々が、前記光ファイバを５０００℃／秒未満の平均冷却速度で冷却する、
方法。
【０１３３】
実施形態２８
前記第１のファイバ温度が１５００℃〜１７００℃の範囲であり、前記第２のファイバ温度が１０００℃〜１２５０℃の範囲であることを特徴とする、実施形態２７に記載の方法。
【０１３４】
実施形態２９
前記ゾーンの近傍の前記平均冷却速度が、下流方向に少なくとも５％増加し、前記下流方向が、前記徐冷装置の前記入口から前記徐冷装置の前記出口まで延在する前記処理経路の一部分を含むことを特徴とする、実施形態２７又は２８に記載の方法。
【０１３５】
実施形態３０
前記徐冷装置が、前記ゾーンを４つ以上含むことを特徴とする、実施形態２７〜２９に記載の方法。
【０１３６】
実施形態３１
前記徐冷装置が、前記ゾーンを６つ以上含むことを特徴とする、実施形態２７〜２９に記載の方法。
【０１３７】
実施形態３２
前記徐冷装置が、前記ゾーンを８つ以下で含むことを特徴とする、実施形態２７〜２９に記載の方法。
【０１３８】
実施形態３３
前記制御冷却領域がガスを含み、前記ガスが、１．５×１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・Ｋ未満の８００℃〜１５００℃の範囲の１つ以上の温度における熱伝導率を有することを特徴とする、実施形態２７〜２９に記載の方法。
【０１３９】
実施形態３４
前記ガスが、Ａｒ、Ｎ２及び空気からなる群より選択されることを特徴とする、実施形態３３に記載の方法。
【０１４０】
実施形態３５
前記光ファイバを前記徐冷装置の前記出口からファイバ方向転換装置へと方向づける工程をさらに含むことを特徴とする、実施形態２７〜３４に記載の方法。
【０１４１】
実施形態３６
前記ファイバ方向転換装置への入口における前記ファイバ温度が、１０７５℃未満であることを特徴とする、実施形態３５に記載の方法。
【０１４２】
実施形態３７
徐冷装置を備えた、光ファイバ処理装置であって、
前記徐冷装置が、光ファイバを受け取るための入口、光ファイバを送達するための出口、及び前記入口と前記出口との間の制御冷却領域を有しており、前記制御冷却が光ファイバを処理するための２つ以上のゾーンを含み、前記２つ以上のゾーンが、第１の平均周囲温度で維持される第１のゾーンと、第２の平均周囲温度で維持される第２のゾーンとを含み、前記第１のゾーンが前記第２のゾーンの上流にあり、前記第２の平均周囲温度が少なくとも５００℃であり、前記第１の平均周囲温度が前記第２の平均周囲温度より少なくとも１００℃高い、
光ファイバ処理装置。
【０１４３】
実施形態３８
前記第１の平均周囲温度が少なくとも９００℃であることを特徴とする、実施形態３７に記載の装置。
【０１４４】
実施形態３９
前記第１の平均周囲温度が少なくとも１１００℃であることを特徴とする、実施形態３７に記載の装置。
【０１４５】
実施形態４０
前記第２の平均周囲温度が少なくとも７００℃であることを特徴とする、実施形態３７〜３９のいずれかに記載の装置。
【０１４６】
実施形態４１
前記第２の平均周囲温度が少なくとも９００℃であることを特徴とする、実施形態３７〜３９のいずれかに記載の装置。
【０１４７】
実施形態４２
前記第１の平均周囲温度が、前記第２の平均周囲温度より少なくとも３００℃高いことを特徴とする、実施形態３７〜４１のいずれかに記載の装置。
【０１４８】
実施形態４３
前記第１の平均周囲温度が、前記第２の平均周囲温度より少なくとも５００℃高いことを特徴とする、実施形態３７〜４１のいずれかに記載の装置。
【０１４９】
実施形態４４
前記第１のゾーン及び前記第２のゾーンが隣接していることを特徴とする、実施形態３７〜４３のいずれかに記載の装置。
【０１５０】
実施形態４５
前記第１のゾーンが、第１の最大周囲温度及び第１の最少周囲温度を含み、前記第１の最大周囲温度と前記第１の最少周囲温度との差異が２５℃未満であることを特徴とする、実施形態３７〜４４のいずれかに記載の装置。
【０１５１】
実施形態４６
前記第２のゾーンが、第２の最大周囲温度及び第２の最少周囲温度を含み、前記第２の最大周囲温度と前記第２の最少周囲温度との差異が２５℃未満であることを特徴とする、実施形態３７〜４５のいずれかに記載の装置。
【０１５２】
実施形態４７
第３のゾーンをさらに含み、前記第２のゾーンが前記第３のゾーンの上流にあり、前記第３のゾーンが、第３の平均周囲温度を有し、前記第３の平均周囲温度が、前記第２の平均周囲温度より少なくとも１００℃高いすることを特徴とする、実施形態３７〜４６のいずれかに記載の装置。
【符号の説明】
【０１５３】
１００  システム
１０５  延伸用加熱炉
１１０  ファイバプリフォーム
１１５  光ファイバ
１２０  徐冷装置
１２３  入口
１２７  出口
２００  システム
２０５  延伸用加熱炉
２１０  ファイバプリフォーム
２１２  出口
２１５  光ファイバ
２２０  徐冷装置
２２３  入口
２２７  出口
２３０  ファイバ方向変換装置
２３２  入口
２３４  出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019532895.tif 000008
【図５】
2019532895.tif 000009
【国際調査報告】
2019532895.tif 000010
2019532895.tif 000011
2019532895.tif 000012