用于加工玻璃丝的方法

技术领域

本发明涉及用于加工玻璃丝的方法，特别地用于将诸如坯棒(cane)之类的部分与玻璃丝分离的方法。玻璃丝可以是用于形成光纤的丝(filament)。

背景技术

光纤通常是通过将多个玻璃组件组装到预成型组件中来制造的，预成型组件具有对应于期望的光纤结构的截面结构以及比期望的光纤直径大得多的直径。通过加热预制件(preform)以软化玻璃并且从其拉出连续的丝从而保持截面相同而直径减小，在纤维拉制塔中“向下拉制”预制件。较小的直径可以是预期的纤维直径，但一般该直径是在预制件尺寸和预期的纤维尺寸之间。在后一种情况下，丝被分离成较短的部分，这是在从预制件拉制丝时常规进行的。较短的部分被称为坯棒，进而将被向下拉制成连续的光纤丝。

最初，光纤具有实心结构，使得预制件包括与成品光纤的芯和内包层的期望的截面对应的实心玻璃棒，该实心玻璃棒被插入到指定用于形成光纤的外包层的中空管中。最新的光纤设计采用纵向孔或管腔，该纵向孔或管腔延长光纤的长度并且限定芯和内包层中的任一个或二者的结构。用于这种光纤的预制件可以通过将中空管和毛细管以及可选的实心棒堆叠成期望的截面图案来制成。

一种用于将丝分离成单个坯棒的技术被称为切割，这是一种也适于制备光纤的端面的机械技术。(例如，使用锯、砂轮、金刚石刀片、陶瓷刀片或钢刀片)在丝的外玻璃表面中形成切口、划痕、裂纹或刻痕，并且在与切口的尖端相邻的区域中导致超过玻璃的拉伸强度的拉伸应力。这导致切口通过玻璃传播，由此在切口的位置处将坯棒与丝的剩余部分分离。切割能够制作平坦、光滑且相对于(诸如，垂直于)丝的纵向轴呈受控制角度并具有通常清洁且没有碎屑或瑕疵(通常，除了切口的位置处)的边缘的端面。然而，切割和其他机械技术对于坯棒与丝的分离可能是有问题的。如果在被切割的表面处确实出现了碎屑或瑕疵，则因为裂纹可能从缺陷处传播，所以可能不能成功地将坯棒拉制成纤维。另外，碎片可能沉积在坯棒端部的上面及其周围。由于碎片可能进入管腔，因此这对于包括一个或多个管腔的纤维结构是特别有风险的。碎片可能导致在随后从坯棒拉制的纤维中的瑕疵，这可能表现为光纤的机械弱点或增加的光学损失。所有这些问题可能需要报废大段的纤维和坯棒，因此降低了产量并增加了成本。

另外的问题是，如果在形成丝时在拉制塔中执行坯棒分离，则玻璃丝可能有扰动。扰动可能局部地改变坯棒的直径偏离期望的直径。

因此，加工玻璃丝以将坯棒与丝分离的替代方法是受关注的。

发明内容

在所附权利要求书中阐述了一些方面和实施例。

根据本文描述的某些实施例的第一方面，提供了一种加工玻璃丝的方法，包括：提供一长度的玻璃丝，来自玻璃丝的部分要与所述丝的剩余部分分离；将能量引导到所述丝上，以便导致在用于分离所述部分的期望的位置处的所述丝的宽度减小；以及将所述部分从所述丝的剩余部分移开，以获得与所述丝的剩余部分分离的部分。

根据本文描述的某些实施例的第二方面，提供了一种适合于拉制成光纤并使用根据第一方面的方法从玻璃丝分离而获得的坯棒。

根据本文描述的某些实施例的第三方面，提供了一种用于从预制件拉制玻璃丝的设备，包括：一对能够旋转的带，每个能够旋转的带具有能够绕旋转轴旋转的可移动的表面，所述带能够布置到所述可移动的表面以接收和夹住所述玻璃丝的间隔面对的位置中，所述表面的移动用于沿着所述丝的纵向轴的方向将所述丝拉离所述预制件；其中，所述带的旋转轴以相反的且基本上相等的相对于拉动方向的非正交角度定位，以便为所述丝赋予绕其纵向轴的旋转。

在所附的独立权利要求和从属权利要求中阐述了某些实施例的这些方面和其他方面。应该理解，从属权利要求的特征可以彼此组合，并且独立权利要求的特征可以以除了权利要求中明确阐述的那些之外的组合来组合。此外，本文描述的方法不限于诸如以下阐述的特定实施例，而是包括并料想到本文呈现的特征的任何适当组合。例如，可以根据本文描述的方法提供适当地包括以下描述的各种特征中的任一个或多个的方法和装置。

附图说明

为了更好地理解本发明并且例如参照附图来示出可以如何实践本发明，在附图中：

图1示出了根据本公开的示例的用于加工玻璃丝的方法的流程图；

图2示出了可以应用本公开的方法的玻璃丝的透视侧视图；

图3的A、图3的B和图3的C示出了诸如图2的玻璃丝之类的示例丝的横向截面图；

图4示出了根据本公开的示例的用于加工丝的装置的示意性侧视图；

图5A示出了可以被包括在图4的装置中的示例能量源和光束引导系统的示意图；

图5B示出了由图5A的光束引导系统产生的能量束的拉长的焦点的截面图；

图6A、图6B和图6C示出了可以被包括在图4的装置中的能量源和光束引导系统的其他示例的示意图；

图7示出了对玻璃丝执行的加工方法的中间点处的根据示例的用于加工丝的替代装置的示意性侧视图；

图8示出了包括使用压接钳(crimping jaws)的加工方法中的其他中间点处的图7或图4的装置的示意性侧视图；

图9示出了在加工方法的结束点处的图7的装置的示意性侧视图，示出了与丝分离的坯棒部分；

图10示出了其他示例方法中的中间点处的根据该方法的用于加工丝的其他替代装置的示意性侧视图；

图11示出了在加工方法的结束点处的图10的装置的示意性侧视图，示出了与丝分离的坯棒部分；

图12示出了适于包括在图10和图11的装置中的示例蒸汽处理系统的示意性侧视图；

图13示出了图10的装置的修改形式的示意性侧视图；

图14的A和图14的B示出了可以从玻璃预制件拉出或拉制玻璃丝的坯棒牵引器(puller)的正交侧视图；以及

图15的A和图15的B示出了根据本公开的一方面的示例坯棒牵引器的正交侧视图。

具体实施方式

本文讨论/描述了某些示例和实施例的方面和特征。某些示例和实施例的一些方面和特征可以被常规地实现，并且为了简洁起见，没有详细地讨论/描述这些方面和特征。因此，将认识到，可以根据用于实现这样的方面和特征的任何常规技术来实现没有详细描述的本文讨论的装置和方法的方面和特征。

本公开提出了用于通过使用施加能量来替代损害了从坯棒拉制的光纤的质量的生产出带碎屑和瑕疵的端面的已知的机械技术，将用于成形为光纤的坯棒与一长度的丝的剩余部分分离来加工玻璃丝的方法。使用能量进行坯棒分离可以生产出基本上没有碎屑和瑕疵的并且在某些情况下被封闭以防止污染物侵入的干净的端面。另外，诸如切割之类的机械技术可能不太适于穿透较大直径的丝，而基于能量的方法可以通过能量特性的适当的选择来适应丝直径。

图1示出了阐述如本文描述的用于玻璃丝加工的示例方法中的步骤的流程图。在第一步骤S1中，该方法包括提供玻璃丝。这是由诸如熔融二氧化硅之类的玻璃材料形成的一长度的丝，该一长度的丝具有适于期望的光纤结构但具有比纤维预期的直径大的直径的截面结构。该丝通常将通过从玻璃预制件或预制件组件拉制其来制造的，这其同样具有合适的结构但是规模仍较大，并且其是通过堆叠并以其他方式布置玻璃管、毛细管和棒而形成期望的结构来制作的。如技术人员将理解的，从预制件拉制丝可以在拉制塔中进行。为了制成最终的光纤，丝将被划分或分离成各自可以被拉制成光纤的可以被称为“坯棒”的单个的较短长度或部分。图1的方法示出了实现坯棒与丝的剩余部分分离的步骤，并且可以在拉制塔内对从预制件新近拉制的丝进行，使得该加工在丝被拉制时从丝去除连续的坯棒部分。可替换地，丝可以被从预制件拉制为连续长度，并且在拉制塔外作为单独的阶段被加工成单独的部分。

在第二步骤S2中，能量被施加到丝。如以下进一步描述的，这可以以各种方式完成。能量被引导到期望的位置处的丝上，该期望的位置将丝划分为要被分离开以形成坯棒的部分或一部分、以及丝的剩余部分或一部分(可以通过重复该方法从其分离出更多的坯棒)。在第三步骤S3中，所施加的能量被用于产生期望的位置处的丝的宽度或直径的减小。如将理解的，向玻璃材料供应能量导致玻璃的材料变化，这可以被适当地处理并引导以形成丝的变窄部分。下面进一步描述用于实现这一点的技术。

在第四步骤S4中，丝的坯棒部分和丝的剩余部分(换句话说，在宽度减小的期望的位置的任一侧的丝的部分)被移开。具体地，坯棒部分被从剩余部分移开，并且以这种方式，获得在期望的位置处与剩余部分分离的分离的坯棒部分。可以以各种方式实现坯棒部分的移动。

在一个示例中，进行步骤S3中的能量的施加以将丝的直径减小为非零值，换句话说，丝在期望的位置处较细，但坯棒部分仍与剩余部分是一体的。然后，通过在坯棒部分和剩余部分之间引入相对纵向移动来将这两个部分分离，其中，纵向方向是沿着丝的长度(沿着其纵向轴)的方向。取决于正在执行加工的位置，可以移动两个部分中的一个或二个。例如，在拉制塔中，这两个部分可以在从预制件拉制丝时前进，并且通过增加丝的远端处的坯棒部分的前进量来引入相对移动。在期望的位置处的玻璃纤维的宽度减小和/或变化将薄弱点引入到丝中；玻璃在该点处的结构完整性减小。因此，将这两个部分彼此分开移动导致玻璃破裂、折断、剥离、拉开或者以其他方式分开，使得坯棒部分变为与丝的剩余部分分离。可以通过诸如坯棒部分的侧向或弯曲移动之类的沿着不同方向的部分之间的相对移动来实现类似的分开。

在另一示例中，进行步骤S3中的能量的施加，以将丝的直径减小为零，使得坯棒部分与剩余部分是非一体的，但仍与其紧密相邻。通常，这可以通过在期望的位置处施加诸如以较高功率或较长时间输送的能量之类的更多能量来实现。因此，单独施加能量就足以导致坯棒部分与剩余部分完全分离或切断。因此，步骤S4中的移动是从坯棒部分与剩余部分相邻的位置去除坯棒部分，使得坯棒部分与剩余部分隔离并被布置成适于储存或进一步加工的状态。该移动可以是或可以不是如在前一示例中的这两个部分之间的相对纵向移动。

图2示出了可以应用本公开的方法的一长度的玻璃丝10的示意性透视侧视图。丝10具有长度L(在丝的所描绘部分的上方和下方延伸)、纵向轴A和宽度或直径W。丝10在期望的位置D处被标称地划分成坯棒部分12和剩余或剩余部分14，期望的位置D通常与纵向轴A正交地穿过丝10。剩余部分14可以从从其拉制丝10的预制件或预制件组件(未示出)延伸或者可以不延伸。本公开的方法涉及在期望的位置D处的坯棒部分12与剩余部分14的分离，并可以在从丝的预制件拉制丝10期间或之后进行。

丝10具有由玻璃材料形成的截面结构，该截面结构在较大的规模上对应于成品光纤的期望的结构。本文的方法适用于任何纤维结构，并且在这方面不受限制。

图3示出了丝10的可能的截面结构的一些示例。图3的A示出了用于形成全实心光纤的结构，因此丝包括实心玻璃棒16，其中，光纤结构的芯和(一个或多个)包层由不同的折射率值限定。图3的B示出了用于简单的中空芯纤维的结构，丝包括具有中空中心20的玻璃管18，中空中心20将形成纤维的芯。图3的C示出了用于较复杂的中空芯光纤的结构，其中，丝包括将形成纤维的外包层或其一部分的中空玻璃管18、以及将形成纤维的内包层的围绕管18的内部布置成环形的多对嵌套的中空玻璃毛细管22。在毛细管22的环内部保留将形成纤维的中空芯的中空空间20。这种中空芯纤维的特别设计可以被描述为嵌套式反谐振无节点纤维(NANF)。

因此，图3的B和图3的C的示例结构包括一个或多个管腔，该一个或多个管腔是沿着丝纵向地延伸并也在由从丝切割的坯棒形成的成品纤维中的孔或中空空间。还可以通过当前提出的方法来加工任何其他基于管腔的结构。这些包括可以包括在用于内芯的环中分隔开或未分隔开的更多或更少的嵌套式或非嵌套式毛细管的其他反谐振中空芯纤维结构、包括由周期性的管腔或毛细管阵列限定的内包层的中空芯光子带隙(或光子晶体)纤维结构、以及也利用了周期性的管腔布置的kagome纤维结构。本公开在这方面不受任何限制，并可以应用于用于任何光纤设计的玻璃结构。

图4示出了根据本公开的被布置成进行将坯棒与丝分离的示例方法的装置的示意图。可以具有如以上针对图2和图3描述的任何截面结构的从侧面示出的玻璃丝10被定位用于执行分离。如所描绘的，丝10垂直地布置，例如如果在拉制塔中从预制件(未示出)在向下方向上拉制，则将是这样。如果不是被主动地拉制，则在从预制件拉制之后或者在拉制暂停期间，可以在拉制塔中悬挂丝。可替换地，可以在拉制之后远离拉制塔来加工丝。在这种情况下，丝可以如所描绘地垂直定向，但同样可以适宜地在水平位置或中间位置进行加工。

与需要的坯棒长度对应的距丝的自由(下)端(未示出)的指定距离的丝10上的位置被指定为期望的位置D，期望的位置D是丝10将被分离成坯棒部分和剩余丝部分的期望的纵向地点或位置。通过第一夹持装置24固定丝以进行加工，第一夹持装置24包括在期望的位置D的一侧(在该示例中，上方)保持丝10的一个或多个夹具或夹持设备。因此，第一夹持装置24保持丝10的在分离后将成为剩余部分14的部分。包括一个或多个夹具或夹持设备的第二夹持装置26在期望的位置的另一侧(在该示例中，下方)保持丝10。因此，第二夹持装置26保持丝10的在分离后将成为坯棒部分12的部分。在初始阶段，在向丝10施加能量之前，夹具被分开达距离d1。

从能量源向丝施加能量。施加能量的目的是为了将能量输送到玻璃材料中以升高其温度并导致状态变化，从而导致丝的形状的变化。如下面将进一步描述的，状态变化可以是软化或消融。因此，可以使用能够产生该效果的任何形式的能量。在图4的示例中，能量源是发射激光束30的激光器28。在这个简单的示例中，利用一个或多个透镜32聚焦光束30，以便形成焦点34，焦点34被引导到符合期望的位置D的丝10的外表面上。

透镜32可以被认为是光束引导系统，其可以取决于能量和能量源的性质、丝的尺寸以及进行分离方法的位置以各种方式进行配置。在激光束的情况下，光束可以如图4中一样地聚焦，以在丝表面处形成焦点，该焦点的形状基本上是圆形的，或者基本上是线性的，或者是一些中间的或其他的形状。可替换地，光束引导系统可以基本上将能量朝向丝准直，其中，准直后的光束可以具有圆形、线性、中间的或其他的截面形状。有用的是，能量可以被输送以便围绕丝10的圆周分布，而不是如图4中描绘地分配给单个点，但如果可以以局部化方式输送足够的能量，则该布置可以是实用的。因此，可以向在期望的位置处围绕丝圆周地部署的一个或多个区域施加能量；这些区域可以是不连续的点，或者可以具有连续或基本上连续的环的形式，其可以通过围绕圆周进行同时输送来形成，或者由被施加能量的连续或重叠的区域构成。

图5A示出了用于输送来自激光器28的激光束30的示例光束引导系统32的简化的示意图。从激光源28发射具有圆形光束截面的光束30，并且光束30穿过光束引导系统32，光束引导系统32包括负柱面透镜36，接着是正柱面透镜38，负柱面透镜36和正柱面透镜38的轴是平行的。这些透镜36、38用于将光束成形为细长的椭圆形截面，其穿过球面透镜40到达被引导到丝的焦点34。

图5A示出了所得的椭圆形焦点34。有用的是，椭圆形的点的长轴可以被布置成与丝的纵向轴正交，使得该点可以在期望的位置处围绕丝的圆周显著地延伸，而没有在期望的位置的上方和下方沿着丝的长度延伸。这有助于将能量有效地输送到期望的位置。

如果激光被用作能量源，则可以参考诸如直径和玻璃成分之类的丝的性质以及光束输送系统的配置来选择其光学波长、输出功率和操作方式(诸如，连续波或脉冲输出)，以便使向丝输送合适的能量的效率最大化。作为示例，可以使用在10.6μm或9.3μm下操作的连续波二氧化碳激光器。可替换地，激光输出可以采用皮秒或飞秒持续时间的超短脉冲的形式。其他有用的波长在诸如在532nm处或大约532nm之类的光谱的绿色区域中。

然而，能量源不需要是激光器。在其他示例中，能量源可以是火焰源，以诸如氢氧火焰之类的火焰的形式输送能量。另一种替代方案是使用例如从等离子体炬形式的能量源输送的等离子体作为能量。

图6A示出了另一示例光束引导系统的作为沿着丝的纵向轴从上方/下方得到的视图的示意图，该另一示例光束引导系统被配置为将激光束形式的光能同时输送到围绕丝圆周地部署的三个区域。来自激光器28的初始输出光束30入射到第一分束器BSa上。这使光划分成两个部分，一个部分30a被分束器BSa反射并被第一对反射镜Ma1和Ma2经由第一透镜La引导到丝10上的第一区域，第一透镜La将光束30a聚焦到丝的表面处的焦点34a。起初的光束30的第二部分由第一分束器BSa传输到第二分束器BSb，第二分束器BSb将光划分成两个部分。一个部分30b被第二分束器BSb反射到第二对反射镜Mb1和Mb2，第二对反射镜Mb1和Mb2经由第二透镜Lb将光束部分30b引导到丝10上的第二区域，第二透镜Lb将光束30b聚焦到丝10的表面上的焦点34b。最后，光30c的剩余部分被第二分束器BSb经由第三透镜Lc朝向丝10上的第三区域传输，第三透镜Lc将光束30c聚焦到丝10的表面上的焦点34c。三个区域34a、34b、34c在期望的位置D处围绕丝10的圆周均匀地分隔开。因此，与单个光束相比，较大比例的圆周被暴露于激光束能量。如果透镜La、Lb、Lc被配置为将光束成形为如图5B的示例中一样的细长的焦点，则可以增强曝光；多个细长的点可以被布置成环绕大部分或全部圆周，因此全部围绕期望的位置对丝进行曝光。如果适当地选择分束器的规格，则每个光束部分可以包括相同量的激光能量，以便将更均匀的能量分布输送到丝，但这不是必需的。

在其他示例中，通过提供更多或更少的分束器和透镜，可以将激光束划分成更多或更少的部分。每个部分可以被引导到丝上的不同的圆周分隔的区域上；如果间距是均匀的并且每个光束部分具有大致相同的能量，则围绕期望的位置输送均匀的能量分布。图6A示例的透镜和平面镜可以被替换为非平面镜，例如，抛物面镜。另外，可以使用单独的激光器直接地输送每个光束部分，使得不需要用于划分光束的分束器。

取决于包括焦点尺寸、光束部分中的能量的量以及丝的尺寸和结构的因素，将能量静态地输送到丝的圆周周围的一个或多个区域可以适于实现所需的对玻璃的能量供应。在其他情况下，可能更适于确保更多区域或整个圆周接收能量。为了实现这点，诸如图6A中示出的整个光束输送系统之类的整个光束输送系统可以被配置为围绕与丝的纵向轴重合的轴是能够旋转的，以追踪完全或部分地围绕丝的光束或光束部分的一个焦点或多个焦点。可以以这种方式提供能量曝光的连续圆周区域，或者如果能量不是连续输送的，则可以提供分隔开的区域的圆周装置。可替换地，例如，在扫描装置中，可以移动各种反射镜和透镜组，以便将它们的对应光束部分引导到期望的位置处的不同区域。

图6B示出了另一示例光束引导系统的作为侧视图的示意图，该另一示例光束引导系统被配置为将以激光束的形式的光能输送到围绕丝的基本上连续的环的上方。平面镜82被布置成引导来自激光器28的输出光束30与丝10基本上同轴以形成反射光束88。输出光束30被配置为具有比丝10的宽度大的直径，以便大量部分可以穿过丝10到达平面镜82。平面镜82设置有孔84或允许丝10穿过它的其他部件。可以包括可选的挡板86，以阻挡输出光束30的否则会入射到丝10上的部分，从而允许输出光束的剩余部分传播经过挡板86到达平面镜82。具有基本上围绕丝10的圆柱形式的反射光束86沿着丝的长度方向传播，以入射到抛物面镜90上。如同平面镜82一样，抛物面镜90设置有孔92或允许丝10穿过它的其他部件。抛物面镜90被配置为将反射光束88聚焦到围绕丝10的环上，被聚焦到期望的位置D处的丝的外表面处或其附近。例如，由于反射光束88中的区域被丝10或挡板86遮蔽，环形焦点可能在丝周围不是连续的，可以通过光束引导系统和丝的相对旋转移动来实现在期望的位置D处丝的全部圆周暴露于激光能量。

如果在拉制塔中从预制件组件中拉制丝的同时采用如图6B和图6C的示例之类的光束引导系统，则将抛物面镜90安装在滑架94上是有用的，滑架94被布置以用于平行于拉制方向和丝的纵向轴移动。

图6C示出了又一示例光束引导系统的作为侧视图的示意图，在这种情况下，该又一示例光束引导系统被配置为将以围绕包围丝的基本连续的环扫描的激光束的形式的光能输送到期望的位置D处。如图6B的示例中一样，该系统包括平面镜84和围绕丝10环状布置的面对的抛物面镜90。然而，在平面镜84之前，系统被不同地配置。来自激光器28的输出光束30沿着与丝10的纵向轴基本上平行但偏移的传播方向被引导到平面扫描镜96。输出光束30的光束腰可以被定位成与扫描镜96的表面重合。扫描镜96被安装在由马达100驱动的轴(shaft)98上，以便以扫描镜96上的输出光束30的入射点为中心进行旋转移动。然而，扫描镜96被安装成使得轴98的轴(旋转轴)与镜96的表面的法线之间存在角度。因此，当轴98和扫描镜96旋转时，从扫描镜反射的光束102的传播方向根据轴98的旋转位置而改变。在图6C中，由第一位置处的反射光束102a和第二位置处的模型中的反射光束102b指示这种变化的传播方向。因此，随着扫描镜96旋转，反射光束102在圆锥表面上行进。以类似方式扫描反射光束的替代方式包括使用棱镜和棱镜对(里斯利(Risley)棱镜)。反射光束102被入射到离轴抛物面镜104上，如果需要，离轴抛物面镜104可以具有孔106或允许来自激光器28的输出光束30穿过它的其他部件。抛物面镜104被布置成使得离开其表面的双反射光束108具有独立于轴98的位置的传播方向，以便总是沿着与平面镜82相同的平行方向传播，从而如前地将光束88引导到聚焦抛物面镜90以将光束聚焦到期望的位置D。离开扫描镜96的反射光束102的变化传播方向导致光束在丝表面处的焦点围绕丝的圆周扫描。以这种方式，能量可以沿着围绕丝的连续环被暴露到丝上，而无需旋转光束引导系统或丝。

如所述的，能量不需要是以激光束的形式的光能。可以针对其他能量类型提供允许围绕丝的多个区域的同时曝光的类似的输送装置。例如，如果能量源自火焰，则多个火焰源可以围绕丝设置，可选地以可旋转装置设置。如果能量是作为来自等离子体炬的等离子体射流输送的等离子体，则多个等离子体炬可以围绕丝设置，再次可选地以可旋转装置设置。

图7示出了与图4中示出的装置类似但是是在能量已开始或已施加到丝10之后的示例装置的示意性侧视图。在该示例中，能量源是火焰40，其被输送到期望的位置D处的丝10周围的一个(如所示出的)或多个区域。在该示例中，参考丝10的性质和特性选择所输送的能量的量，以便使期望的位置处丝的玻璃材料软化或部分熔化。软化使得丝10能够变形，使得其宽度W在期望的位置处减小，以形成具有较小的非零宽度W’的颈部、腰部或“颈缩(necked-down)”部分或区域。可以通过各种手段中的任一种来实现变形。如果丝具有包括一个或多个管腔的截面结构，则软化可以导致内部结构的变形和管腔的塌陷，使得丝的外壁也向内塌陷并减小宽度。

图8示出了用于实现宽度的减小的示例装置的示意性侧视图。在玻璃软化之后(并且适宜地但不必要地在能量输送完成之后)，压接钳42或类似设备可以被施加到期望的位置处的丝上，并进行操作以在期望的位置的平面中施加向内的压力(捏夹或压缩动作)，以便将玻璃重新成形为较窄的形式并产生颈部。这适用于实心以及中空或部分中空的丝。

以其它方式，可以在坯棒部分12和剩余部分14之间进行某种相对移动，以产生或增强宽度的变窄。该移动可以是纵向的，沿着丝的轴，使得经软化的玻璃在大长度上拉伸并且因此将采用较小的宽度，或者可以旋转以产生将使经软化的玻璃变形并压缩经软化的玻璃的扭转动作。

一旦产生了变窄的颈部部分，并且在玻璃仍处于经软化的状态时(因此能量可以持续被施加以维持升高的温度)，坯棒部分12与丝10的剩余部分14分离。

图9示出了在实现了分离之后的图7的示例装置。为了产生分离，坯棒部分12和剩余部分14在纵向方向上彼此分开地移动。因为一个或两个部分可以移动，所以移动是相对的。在本示例中，可以通过将第一夹持装置24和第二夹持装置26之间的距离从图4和图7的间距d1增大至较大的间距d2来实现移动。如图9中所示，经软化的玻璃材料将拉伸并颈缩至越来越窄的宽度，直到两个部分12、14的材料拉开并且这些部分分离。

可替换地，可选地通过压接钳等辅助的软化玻璃而施加的能量的量本身可以足以通过将丝减小至具有零宽度的颈缩区域来产生分离。然后，可以执行这些部分之间的移动，以将已经分离的坯棒部分远离剩余部分移动并到达不同的位置。

如果使用经软化的玻璃的方法，则丝的外表面的玻璃向内移动，并最终在部分12、14中的每一个的端部上方封闭，在部分端部处留下泪滴或尖拱形状。通常，这是有益的，因为消除了可能通过机械坯棒分离技术引入的端面瑕疵。在其内部结构中具有一个或多个管腔的丝的特定情况下，在坯棒部分的端部和剩余部分的端部处玻璃的封闭成形用作封闭或密封管腔。这既在分离处理期间又在诸如储存和进一步加工之类的后期阶段期间防止了污染物进入管腔。因此，与从机械分离的坯棒拉制的光纤的质量相比，后续从以这种方式产生的坯棒拉制的光纤的质量有可能提高。

间距或间隔d1必须增加到d2以导致分离的量将取决于丝的直径和减小的宽度W’的尺寸；较厚的丝可能需要较大的相对纵向移动，以使宽度颈缩至发生点分离的零。

一旦与丝分离，与已知的坯棒和纤维拉制过程一致，坯棒部分或坯棒可以诸如通过操纵者或机械臂移动到不同的位置以用于储存或进一步加工。第二夹持装置26可以用于该目的。

作为替代方案，可以省略第一夹持装置和第二夹持装置中的一个或另一个，并且仅通过单个夹持装置来固定丝以进行加工。在这种配置中，如果丝被固定在如图中的垂直方位，并且在它将处于拉制塔中时，可以使用重力来实现丝的剩余部分和坯棒部分之间的移动。一旦期望的位置处的玻璃已被软化，坯棒部分将在其自身重量下因重力的作用可能在第二夹持装置(如果这是所使用的夹持装置)的重量的辅助下而下落，直到颈部部分变细到零宽度并且坯棒变为分离。快速施加足够的能量可以在坯棒部分开始下落之前形成零宽度的颈部部分，使得重力运动使已经分离的部分分开。

图10示出了根据其他实施例的用于执行坯棒分离的方法的装置的简化示意图。如同参考图4描述的方法一样，初始地，通过在期望的位置D的任一侧的上部位置处的第一夹持装置24并且通过下部位置处的第二夹持装置26，丝10被垂直地固定在诸如拉制塔内部，期望的位置D将丝10划分成剩余丝部分14和将与剩余丝部分14分离的坯棒部分12。如之前地，第一夹持装置和第二夹持装置分离达间距d1。

同样，如之前地，装置包括以激光器28的形式的能量源，激光器28发射激光束30，激光束30通过形成焦点34的透镜装置32被聚焦并引导到期望的位置D处的丝表面上。如之前地，激光能量源可以配置有适当的光束引导系统，以围绕丝10的圆周施加一个、两个或更多个聚焦或准直的光点，可选地围绕丝旋转以便将光输送到任何或所有圆周区域。类似地，能量源可以可替换地包括一个或多个火焰源或等离子体源。

该实施例与先前示例的不同之处在于，能量主要以烧蚀期望的位置处的丝的玻璃材料而非软化玻璃材料这样的方式输送。对于软化，由于由沉积的能量导致的适当温度升高，玻璃材料的状态变化是熔化，从固体玻璃变为软化的接近液体的玻璃。相比之下，取决于所输送的能量的密度，烧蚀导致玻璃材料从固体到气体或等离子体的状态变化。在较低的密度或通量下，固体玻璃通过蒸发或升华被转化为气体，而较高的密度可以将固体材料直接转化为等离子体。因此，烧蚀导致从丝中物理去除材料。去除可以限于丝的一个或多个外层或表面层，并且以这种方式，丝的宽度在期望的位置处减小，这与在玻璃软化示例中实现的通过颈缩进行的宽度减小相符，但是是经由不同的机械形式。可替换地，烧蚀可以去除足够的材料以有效地穿透丝，在该点处将宽度减小为零。

本领域技术人员将能够为能量源选择合适的操作参数，以便以将产生烧蚀而非软化的方式将能量输送到丝。通常，与产生软化相比，将需要较高的能量密度来实现烧蚀。

通过将能量引导到期望的位置来去除材料以便在丝中产生切口、凹槽或狭槽44来进行烧蚀。狭槽44优选地在取向上是圆周的，因为它围绕丝的圆周基本上垂直于丝的纵向轴对准。(如先前描述的)通过围绕丝的诸如图10示例的激光束30之类的能量光束的所施加的一个点或多个点的相对旋转移动，在期望的位置处可以形成一个或多个狭槽44。狭槽44可以例如通过将单个光束围绕丝扫描而被切割为围绕丝的连续的狭槽，或者被切割为各自通过围绕丝分隔开的多个光束中的不同光束切割的一系列重叠或相邻的狭槽。

因存在一个或多个狭槽44导致的丝宽度减小为非零宽度使期望的位置处的丝薄弱。因此，通过导致坯棒部分12和剩余部分14之间的相对纵向移动以便将两个部分分开，可以在期望的位置处使丝断开。

图11示出了坯棒12与丝的剩余部分14分离的图10的装置，这两个部分的相对纵向移动对应于从d1至d2的夹持装置间距的间距增加。这可以在施加能量以导致烧蚀之后进行，因此能量源(激光器)28被示出为处于非操作状况，没有输出光束。由纵向移动导致的应变使丝优先地在期望的位置的薄弱点处断裂，从而允许坯棒12与丝10的剩余部分分离。(一个或多个)狭槽44可以被切割到任何深度，占丝宽度中的较大比例的狭槽深度增加了期望的位置处的薄弱，因此促进坯棒12的分离。中空芯丝的适宜深度大致为外玻璃管的壁厚度。可替换地，一个狭槽或多个狭槽可以足够深以形成减小的零宽度，并将坯棒12与丝完全切断。

如针对图9讨论的，可以使用仅一个夹持装置来将丝固定在垂直方位上，并且使用重力的力实现相对纵向移动以分离坯棒。

使用作为激光或火焰或等离子体输送的能量造成烧蚀，允许狭槽被切割，而没有产生诸如在使用机械切割技术时可能形成的玻璃丝材料的碎屑之类的任何固体碎屑，这些机械切割技术依赖于锯、砂轮或金刚石、陶瓷或钢刀片。

与允许坯棒的端部封闭由此密封任何管腔的玻璃软化实施例相比，烧蚀方法允许利用丝的内部结构的最小变形来实现坯棒分离，使得管腔可以维持打开并且坯棒的端部部分能够被拉制成光纤。维持一些或全部管腔打开与控制一个或多个内部压力的纤维拉制方法有关。这减少了浪费并使纤维输出最大化。可以参考内部丝结构来选择所施加的能量的参数，以便使内壁的变形和管腔的封闭最小。换句话说，可以配制能量施加，以便使烧蚀效果最大化并且使玻璃的熔化或软化最小化。

如所提到的，通过施加激光束或其他形式的能量进行的烧蚀是通常产生蒸汽或等离子体的处理。任何蒸汽随后可以冷凝。在该情况下，冷凝可以在丝的外表面上、在通过切割狭槽而暴露的端面上，并且如果存在管腔，则在丝的内表面上。该冷凝实际上是污染，因为该材料(尽管来自丝本身的玻璃材料)沉积在它不应该存在的地方。这可能影响分离的坯棒被拉制成纤维，并且诸如增加光学传播损失之类的改变纤维的光学性质。因此，建议在产生烧蚀的副产物时去除它们，以便减少冷凝并维持丝质量。

返回到图10和图11，装置额外地包括以简化形式示出的蒸汽处理系统50，蒸汽处理系统50包括空气处理单元52和一端连接到空气处理单元的管道54。管道54的另一个远端(或多个远端)56与丝10相邻地布置，靠近丝10的施加能量点34的区域和期望的位置D。

图12更详细地示出了示例空气处理单元的示意性简化视图。蒸汽处理单元50包括具有关联的一个第一管道54a或多个第一管道54a的第一空气处理单元52a。第一空气处理单元52a通过第一管道54a输送清洁干燥的空气(或诸如氮气之类的替代气体)，第一管道54a是针对第一管道54a的远端56处的一个或多个喷嘴58a、58b的排放管道。在两个或更多个喷嘴的情况下，这些喷嘴可以围绕丝10的圆周布置，靠近期望的位置D并与丝表面稍微分隔开。可替换地，喷嘴58a、58b可以呈绕丝10的轴圆周地布置的一个狭槽或多个狭槽的形式。喷嘴58a、58b从各个相应的喷嘴排放从第一空气处理单元52a输送的空气作为空气流60a、60b；空气流60a、60b被布置成以夹带由施加到期望的位置D处的丝10的能量(未示出)的冲击而产生的蒸汽和/或颗粒这样的方式撞击到丝10上。空气流60a、60b携带夹带的蒸汽和颗粒(一般可以称之为烧蚀的副产物或碎屑)，以便将它们移动离开丝10。例如，流动的空气可以撞击丝表面并在向外方向上被弹开，从而携带有碎屑。以这种方式，从丝10的附近取出碎屑，并且碎屑沉积在丝10的外表面和/或内表面上的风险降低。为了增强该去除的有效性，蒸汽处理单元50的空气处理能力可以由装备有抽取管道54c的第二空气处理单元52b来补充。第二空气处理单元52b是吸气单元而不是排气单元。抽取管道54c的远端56具有适当定位的喷嘴58c，以收集已夹带蒸汽和颗粒的流动空气60a、60b。可以设置超过一个抽取管道54c，或者抽取管道54c可以具有超过一个端部喷嘴58c。

返回到图10，注意的是，诸如激光束30之类的烧蚀能量沿着与丝的纵向轴基本上正交的方向(在所描绘的垂直丝的定向上是水平的)被输送到丝表面上。在丝10具有包括诸如图3的C的示例之类的管腔的内部截面结构的情况下，清楚的是，外管18将在内部毛细管22的壁之前被穿透。如果能量在光束30中被带到期望的位置D处的焦点34，则能量光束30将在穿过灯丝10之前在焦点34之后发散。发散的光束将入射到包括外管18的相对内表面的丝的内部结构上。对于水平引导的光束，发散能量将在期望的位置的上方和下方扩散，并且因此入射到坯棒部分12和剩余丝部分14二者上。这可能产生蒸汽，蒸汽将无法被蒸汽处理系统50处理，因此随后可能在坯棒部分12和剩余丝部分14二者内部冷凝。因此，丝10的两个部分可能被内部污染。

图13示出了为解决这种情况而改造的装置的简化示意性侧视图。光束引导系统(在所描绘的简单装置中包括透镜32，但是如针对图6A、图6B或图6C描述的，其可以相当复杂并且被配置为处理多个光束或具有多个光束方向)被布置成使得一个能量光束30或多个能量光束30在(与所描绘的丝10的垂直方向相关的)向下倾斜方向上被引导。这允许焦点34入射到期望的位置D处的丝10的外部，以在正确的部分处实现坯棒部分12的分离，同时焦点34之后的发散光束入射到基本上或完全在坯棒部分12内(即，在期望的位置D下方)的一个区域35或多个区域35(在图13中带阴影)内的丝10的内部结构上。以这种方式，任何蒸汽的冷凝将基本上被限制在坯棒部分12内。

虽然到目前为止的示例主要是在将坯棒与较长长度的玻璃丝分离的背景下进行描述的，要么在拉制塔中从预制件拉制丝的同时，要么在拉制之后，但分离方法在这方面不受限制。特别地，任何示例及其修改可以被用于通过去除现有坯棒的一端或两端处的一部分而将其切割成不同的长度。例如，这可能是为了实现例如特定长度的坯棒。在已经使用经软化的玻璃分离方法从拉制的丝获取坯棒，使得坯棒具有封闭或颈缩的端部的情况下，例如，可以使用烧蚀分离方法来去除端部部分。在这种情况下，关于图13描述的倾斜光束应用可以被用于将内部蒸汽冷凝限制到正被去除的端部部分，由此避免成品坯棒中的管腔的污染。因此，在前面的描述中对“丝”的引用可以应用于已经或正在从预制件拉制并需要切割成坯棒或其他较短长度的丝，并且还应用于一个部分或多个部分要被分离的已经分离的坯棒。对“坯棒部分”的引用可以是指与丝分离的坯棒、或者诸如颈部或封闭端部部分之类的与坯棒分离的任何部分。对“丝的剩余部分”(和类似术语)的引用可以应用于在坯棒的分离之后剩余的丝、或者在一个或两个端部部分的分离之后剩余的大部分坯棒。这些方法还可以用于将成品光纤切割成期望的长度或者修剪端部部分。

如已经描述的，使用单个夹持装置(或类似的固定或保持设备)和重力的力以通过相对纵向运动导致分离在从现有坯棒去除部分的背景下可能是有用且方便的。

当在拉制塔中从预制件组件拉制丝的同时采用根据本文描述的示例的方法时，如所充分理解的，用于实现该方法的装置可以包括用于从预制件向下拉出丝以实现连续拉制的系统或设备。

图14的A和图14的B示出了通常被称为“坯棒牵引器”的用于此目的的示例设备的简化示意图。设备70包括一对能够旋转的带72，能够旋转的带72具有连续环的形式，该连续环围绕一对分隔开的将带保持在所教导的构造中的驱动轮74。同一方向上的该对中的两个驱动轮的旋转将带在同一方向上一圈又一圈地拉动。绕其出现该旋转的轴X位于两个驱动轮的轴之间的中间。两个带72以相对的构造布置，它们的旋转轴X平行，使得在带72旋转时各自提供移动表面的带72的向外面对表面76相互面对，以提供相对平行移动表面76。相对移动表面76分隔开与丝10的宽度对应的宽度W(可以适宜地调整带72的相对位置，以移动带进行该对准和脱离该对准)。因此，丝10可以以其纵向轴A与带72的旋转轴X正交并且平行于移动表面76的移动方向被定向地夹在带72的两个相对表面76之间。如箭头所指示的，如果一个带72的驱动轮74在与另一个带72的驱动轮74相反的方向上驱动，则两个移动表面76将在相同方向上移动。因此，丝10将在该相同方向(在所描绘的取向上向下)连续地被馈送通过移动表面76之间的空间。这将连续地从预制件(未示出)拉出新的丝10，由此提供可以从其分离坯棒的连续供应的新的丝10。

驱动轮74在驱动机构(未示出)的控制下，该驱动机构可以包括被编程为提供拉出丝10的自动控制的计算机化控制器。

图14的A示出了在横向于带72的旋转轴X的平面中的坯棒牵引器70的侧视图。图14的B示出了在平行于带72的旋转轴X的平面中的坯棒牵引器70(没有任何丝)的正交侧视图。据此可以理解，因为两个带72的旋转轴X彼此平行并且与丝的轴A正交，所以(由于从该视角看，一个被隐藏在另一个后面)两个带72具有相同的对准，从而提供在也平行于丝的轴的方向上移动的移动表面。

图15的A和图15的B示出了根据本公开的一方面的示例坯棒牵引器的简化示意性侧视图。坯棒牵引器80包括一对相对的能够旋转的带72a、72b，一对相对的能够旋转的带72a、72b以针对图14的A和图14的B描述的方式配置和操作，以提供分隔达距离W的一对相对的可移动表面76，一对相对的可移动表面76用于通过带72a、72b在相反的方向上被驱动来夹住并在向下方向上连续地馈送丝10。

然而，在该示例中，带72a、72b的旋转轴Xa、Xb彼此不平行。替代地，它们位于也平行于丝的轴A的平行平面中，但是各自被设置成与丝的轴A(并且因此也与丝通过坯棒牵引器的行进或馈送方向)呈基本上相等但相反的非正交角度。这可以从图15的B中理解，图15的B示出了每个带72a、72b在移动表面76的平面内但在相反方向上偏离垂直方向(丝的轴A)倾斜。因此，在两个旋转轴Xa、Xb之间存在角度Y。一个带72a的旋转轴Xa位于(与丝的轴A正交的)水平方向上方的角度Y’，而另一个带72b的旋转轴Xb位于水平方向下方的相同角度Y’，其中，2Y’＝Y。类似地，两个旋转轴位于相等的且相反的相对于丝的轴A的非正交角度90°-Y’，丝的轴A也是从预制件拉制或拉出丝的纵向方向。这也可以被描述为两个带72a、72b的移动表面76的行进方向分离达角度Y，各自位于丝的轴A的任一侧的角度Y’处。

两个旋转带的这种角度定位的效果是，如图15的A中的螺旋箭头R指示的，在丝10通过坯棒牵引器80向下馈送时，为丝10赋予扭转运动。因此，在丝10被拉动通过坯棒牵引器80时，丝10绕其纵向轴A旋转。如上所述，该运动可以用于提供所施加的(一个或多个)能量光束与丝之间的相对旋转移动，以便在期望的位置处围绕丝圆周地输送能量。因此，诸如图4、图5A、图6A、图6B和图6C中示出的光束引导系统之类的光束引导系统32可以在丝绕其轴A旋转的同时保持静止。可替换地，两个运动可以被组合，其中光束引导系统32在第一方向上绕丝旋转，并且丝在第二相反的方向上在光束引导系统内旋转。

坯棒牵引器80可以被配置为使得带的角度是固定的，使得在丝拉制期间提供恒定的扭转运动。可替换地，(例如，在与操作旋转带的旋转相同的控制器的控制下)带可以是可移动的，使得可以调整它们的相对角度。(通过在与丝的轴非正交和正交之间切换带旋转轴角度)这可以允许丝旋转被启动和停止，或者(通过将非正交带旋转轴角度反转)在一个方向上的旋转和相反方向上的旋转之间转动，或者(通过使非正交的带旋转轴角度更小或更大)改变速度。

可替换地，可以使用用于在能量光束引导系统内产生丝的旋转的其他方法。

本文提出的丝加工方法通常适用于包含玻璃材料的丝。丝可以由已知用于制造固体和含管腔的光纤的现有设计的材料特别是诸如二氧化硅之类的玻璃材料制成。对于内部结构化的丝，各种管和毛细管可以由相同的材料或不同的材料制成。玻璃的类型包括基于存在许多示例的化学化合物二氧化硅(二氧化硅或石英)的“硅酸盐玻璃”或“硅基玻璃”。适用于光学应用并可以有用地制成丝的其他玻璃包括但不限于硫属化物、碲化物玻璃、氟化物玻璃和掺杂的二氧化硅玻璃。玻璃材料可以包括出于诸如改变吸收率/透射率或实现光泵浦之类的适应光学性质目的的一种或多种掺杂剂。

这些方法还通常适用于宽范围的丝宽度或直径，诸如从例如约100μm的典型的光纤直径直至20μm或更大的典型的坯棒直径。

本文描述的各种实施例仅是为了辅助理解和教导要求保护的特征而提出的。提供这些实施例仅作为实施例的代表性示例，并不是穷举性和/或排他的。要理解，本文描述的优点、实施例、示例、功能、特征、结构和/或其他方面将不被认为是对权利要求书所限定的本发明范围的限制或对权利要求书的等同物的限制，并且在不脱离要求保护的发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行修改。本发明的各种实施例可以适当地包括除了本文具体描述的元件、组件、特征、部件、步骤、装置等之外的所公开的元件、组件、特征、部件、步骤、装置等的适当组合、由其组成、或基本上由其组成。另外，本公开可以包括目前未要求保护但将来可能要求保护的其他发明。