用于在光纤中引入受控螺旋的方法和装置 【发明背景】
本发明涉及光纤的制造。
通讯系统中所用的光纤一般包括由包层包围的玻璃纤芯，该包层同样由与纤芯光学性能不同的玻璃制成。光纤一般由一外保护层所覆盖。通过将具有制造纤芯的适当成分玻璃、且该成分的玻璃外包围一层具有制造包层的适当成分玻璃所构成的加热且部分熔融预制件拉制成一根细纤维制成这种光纤。当由预制件拉出一根软的熔融玻璃时，纤芯玻璃和包层玻璃都伸展。纤芯保持在中央，而包层保持在外部，从而形成纤维成品的组合纤芯和包层结构。当纤维从预制件上拉下来时，冷却且固化，然后加上覆层。这些工艺都是在高速下进行的，因此纤维是在高速率下拉制的。
在一光纤通讯系统的工作情况下，作用于纤维一端的光根据所要传送的信息脉动或逐渐变化。在纤维另一端接收光的脉动或逐渐变化。光通过纤维的速度取决于许多因素，包括制成纤芯和包层的材料的光学性能以及纤芯的直径。一般用于光学数据传送系统的纤维都是所谓的“单模”光纤。在这种光纤中，纤芯直径小得足以使所有光必须以所谓的“基模”或“HE11”传送模式穿过纤芯。虽然对光纤地传送模式的充分讨论是超出本发明范围的，但是基模或HE11模式可认为是沿着纤芯轴线的直线光传播，而与高阶模式中光以锯齿形传播的情况相反。在一理论上理想的单模纤维中，因为所有光都是以相同模式通过纤维的，所以给定波长的光都将以相同速度穿过相同长度的纤维。然而，沿着纤维穿过的光一般包括具有不同偏振的部分，即，构成光的光磁波方向不同。如果纤芯不是理想的圆柱形而是不很圆的话，则有长径和短径，那么一个偏振的光将有与纤芯长径方向一致的电波，而另一偏振的光的电波将与纤芯的短径方向一致。在此情况下，纤芯的有效直径对于一个偏振光和另一偏振光将有所不同。具有不同偏振的光部分将以不同速度移动。换言之，纤维在与其长度垂直的一个方向上具有一“慢”轴线，而在与其长度垂直的另一方向上具有一“快”轴线。这种现象在光纤通讯技术中称为偏振模色散或“PMD”。除了纤芯直径不同外，纤维中其它的缺陷也会引起PMD。PMD引起沿着纤维传送的光脉冲或波失真，从而使信号质量降低，并且限制了可沿纤维通过信息的速率。
通过提供带有“螺旋或旋转(spin)”的纤维就可抑制PMD，即纤维的慢轴线和快轴线沿着纤维长度方向重复交替变化。因此，在纤维长度上的一点处，慢轴线指向与纤维长度垂直的第一方向，快轴线指向与纤维长度垂直的第二方向并与第一方向垂直。在纤维长度上的另一点处，快轴线指向第一方向，慢轴线指向第二方向。在带有旋转的纤维中，快轴线跟踪一大致螺旋的路径。螺旋的值可以表达为这种螺旋在单位长度上的圈数，即纤维单位长度上快轴线和慢轴线方向交替的次数。旋转的方向对应于快轴线所跟踪的螺旋方向，或是右旋或是左旋。在带有适当旋转的纤维中，由快轴线和慢轴线产生的影响基本上消除了，并且所有光的移动速度相同。为了提供最佳的PMD抑制效果，一般需要改变沿纤维长度的螺旋的量和方向。
在上述的生产工艺中，已采用多种措施对光纤施加旋转。例如，Rashleigh在1980年12月的海军技术发明会报(Navy Techinical Disclosure Bulletin)第5卷12号(Navy Tech.Cat.No.4906)中所揭示的，可在从预制件拉制纤维的同时使预制件绕其轴线转动而制备一扭绞纤维。在国际专利公布号WO83/00232中揭示了一种一般称为“预制件和拉制成的纤维之间的连续相对转动”的类似措施。如所揭示的那样，在美国专利4,509,968号中，与预制件转动有关的工艺在实践中存在显著的缺陷。预制件是一种必须保持在高温下的笨重而柔软的物品，所以美国专利4509968号旨在连续地使保持辊隙的框架旋转同时，通过将纤维送过纤维拉制过程的冷却或下游端的一组辊子间隙而在纤维中产生一螺旋或“十字”结构。在此工艺中采用一结构复杂的框架和纤维收线盘以将来自旋转辊隙的纤维传送到收线盘上。
小Hart等人的美国专利5,418,881和5,298,047号揭示了另一种用于制造具有顺时针和逆时针方向变化的旋转的纤维的工艺。在此工艺中，纤维的冷端在辊子绕垂直纤维的纵向或上游至下游方向的轴线转动的同时绕在辊子上通过。辊子周期地运动，这样纤维将沿辊子表面滚动，并且平行辊子转动轴线。纤维周期地沿着辊子表面滑动或跳动。尽管在本技术领域中已经作了这些和其它努力，但仍需对在光纤中产生受控旋转的工艺作进一步改进。具体地，需要可提供不均匀的螺旋的工艺，特别是以一可重复的可控方式使纤维的旋转在相对方向上交替变化。并需提供在纤维上可靠而可重复地产生受控螺旋的装置。具体地，需要多种方法和装置，它们可在高速度拉制纤维的同时，以可重复的方式在纤维上产生明显的螺旋，并且可与传统的纤维拉制设备和工艺组合使用。
发明概述
本发明旨在满足上述要求。
根据本发明的一个方面是提供一种在光纤中形成螺旋的方法。根据本发明的方法较佳地包括拉制纤维的步骤，这样的纤维相对参照框架沿熔化区的下游纵向运动，其中在此向下运动过程中纤维是软的并且固化，该方法还包括纤维与设置在所述熔化区下游的固化纤维的相对侧上的相对部件的表面部分接触配合，以及移动所述相对部件的步骤，这样，与纤维接触配合的所述相对部件的表面部分以相对下游纵向中参照框架的速度分量运动。这种运动受到控制，这样在至少部分拉制步骤中，至少一所述表面部分相对所述参照框架沿横向于纤维运动纵向的横向上运动，这样与纤维在另一侧接触配合的表面部分相对另一个沿横向以相对的速度分量运动，从而使纤维旋转。最佳地，对移动步骤加以控制，以使彼此相对另一个的表面部分的横向速度分量重复反向，从而在交替的相反方向上使纤维扭转。
较佳地，在至少部分拉制步骤中，执行使所述相对部件运动的步骤使第一个相对部件上的表面部分沿倾向纤维纵向的第一表面运动方向运动。较佳地，强迫纤维与相对部件的表面接触配合。
根据本发明的一个方面，使所述第一部件运动的步骤包括使所述第一部件绕横向于与所述纵向的第一部件轴线运动，这样与纤维接触配合的第一部件的表面部分垂直于第一部件轴线运动。例如，第一部件可以是一具有一与第一部件轴线同心的圆周表面的辊子，而使第一部件运动的步骤可以包括使所述辊子绕所述第一部件轴线转动的步骤。第一部件也可以是一皮带，而使第一部件运动的步骤可以包括使皮带绕一滑轮运动，同时滑轮绕第一部件轴线转动的步骤。在另一种情况下，使第一部件轴线运动的步骤可包括使第一部件、第一部件轴线绕横向于纤维纵向并横向于前述横向的一摆动轴线摆动。摆动轴线一般垂直于第一部件轴线。第一部件表面部分可以是辊子轮圆周表面上的一部分或皮带表面的一部分。当第一部件轴线绕摆动轴线摆动时，与纤维接触配合的此表面部分的运动方向(“第一表面运动方向”)将扫过相对于纤维纵向的一角度范围。较佳地，此范围在相等但反向的第一和第二极限角度之间延伸。
相对部件可以是类似的皮带或辊子，并且在纵向的相同点处支承在纤维相对侧上，这样纤维在两个相对部件之间的辊隙中受压。第二部件可绕第二部件轴线运动，并且第二部件可以基本上相同的方式绕与第一部件有关的摆动轴线平行或一致的第二部件摆动轴线摆动。因此，由与纤维接触配合的第二部件部分扫过的第二表面运动方向也扫过相对纵向的一个角度范围。较佳地，第二表面运动方向和纵向之间的角度与第一表面运动方向和纵向之间的角度始终相等，只是方向相反。
根据本发明的另一个实施例，第二部件可包括一对元件，例如一对在纵向互相隔开的辊子，其间形成一间隙。第一和第二部件相互接触配合，这样第一部件与间隙纵向对齐地接触配合，这样第一部件就伸入间隙。纤维由于设置在第一和第二部件下游的张紧支架而保持受到张力的作用，并且纤维的张力使纤维靠着第一和第二部件。根据本发明此方面的方法较佳地包括限制纤维在第二部件元件或被分离辊子处沿横向运动的步骤。较佳地，辊子包括开口或开槽的圆周表面，并且纤维接触配合在此表面中。具有分离的元件的第二部件较佳的是在固定或参照设备框架中横向不运动。因此，从第一和第二部件的上游和下游伸出的那部分纤维在加工过程中横向都不运动。在此结构中，与纤维接触的第一部件的表面部分在横向相对固定参照框架向后和向前运动。实际上，纤维绕其轴线在第二部件的开槽表面内滚动。
根据本发明又一个实施例，相对部件可包括一对辊子，其轴线横向于纤维纵向；或者绕滑轮延伸的皮带，其轴线横向于纵向。使相对部件运动的步骤可包括使各个部件绕其轴线运动，同时使部件相对固定参照框架变向，较佳地沿着相对方向。
当纤维绕其轴线在相对部件之间旋转时，螺旋就沿着纤维传递到上游，并且纤维在熔化区内旋转，从而在纤维各部分产生一永久的螺旋。在纤维各部分穿过熔化区以及冷却的过程中，纤维该部分即获得与旋转运动方向对应的螺旋。纤维可采用传统的收线装置、如设置在相对部件下游的一收线盘来收集。因为纤维的螺旋运动是重复反向的，所以纤维在收线盘上时基本上不受到扭转应力的作用。因为纤维以受控的滚动在装置的部件上运动，所以加工过程是可重复和可预测的。可提供较佳的光学性所需的任何必需量的螺旋以及沿纤维长度的螺旋角度和方向的所需的任何变化图案。
本发明的再一个方面提供了纤维拉制装置。根据本发明此方面的装置较佳地包括形成一熔化区和远离熔化区的固化区的结构，以及在相对结构下游纵向的一预定路径拉制纤维的装置，这样纤维基本上在熔化区中熔化，并且在拉制过程中到达固化区之前固化。该装置还包括一对如前所述的设置在固化区中的相对部件，以及用于迫使相对部件与纤维接触配合并使相对部件在纤维拉制装置工作过程中运动的装置，这样相对部件的表面部分可如上所述相对另一个运动。
通过以下结合附图对较佳实施例详细描述，可对本发明的其它目的、特点和优点有进一步了解。
附图的简述
图1是根据本发明一个实施例的装置的局部示意立体图。
图2是沿图1中线2-2的局部示意侧视图。
图3是沿图2中线3-3的局部剖面图。
图4是根据本发明的另一个实施例的装置的局部示意立体图。
图5是沿图4中线5-5的局部剖面图。
图6是根据本发明的又一个实施例的装置的示意侧视图，为使图示清楚省略了装置部分结构。
图7是根据本发明的再一个实施例的局部示意立体图。
图8是根据本发明另一个实施例的局部示意立体图。
图9是根据本发明的再一个实施例的局部示意立体图。
实施例的详述
根据本发明的一个实施例的装置具有一般用于装纳用于光纤拉制工序的预制件22的熔炉20。熔炉20安装在一框架24上，该框架构成参照拉制系统的固定架。例如框架24可以是建筑物的框架或台架，在其中可进行纤维拉制操作。虽然图中只示出了小部分框架，但应当认识到框架24的所有部分都相对框架的所有其它部分固定的。具有一对相对拉制辊子28的一取出或拉出支架26设置在离开炉熔的下游或纤维流动方向上。支架26包括传统的元件(未示)，如使辊子28绕其轴线转动以便通过辊子对夹在辊子之间的纤维进行拉制的机电驱动系统。还设有一收线轮30。收线轮也由传统的设备驱动(未示)，即绕相对框架24固定的一条轴线转动而使来自支架26的纤维绕在轮上。熔炉20设置成至少使一部分预制件22保持在柔软且基本上熔融的状态。支架26设置成从预制件的熔融部分拉出一纤维32，这样纤维穿过一基本上预定的路径，该路径在熔炉20处为上游端，在收线轮30处为下游端。因为路径与纤维32重合，图中的标号32既表示路径也表示纤维。路径具有沿着纤维长度方向的下游纵向L。参照路径上游至下游范围上的一给定点的纵向应当理解为指沿着路径在该点的方向。因此，在路径不直之处，路径的纵向就应相对于路径长度方向上不同点处的框架24作不同取向。
在邻近路径上游端的熔化区34中，纤维基本上是熔融的。然而，当纤维沿路径向下游移动时被冷却且固化，所以当纤维到达离开熔炉20的较下游点36处时，纤维已经基本上冷却到固态。从点36伸向路径下游端的区域在本文中称为路径的“固态区域”。冷却装置38可设置在熔化区和固化区之间。一般地，冷却装置包括了框架24的大致长度，这样当纤维穿过框架的此长度和路径的相应长度时，纤维露在空气中而冷却。较佳地，冷却装置可提供非接触式冷却，这样当其冷却时就不会有固态物质碰到纤维表面。
涂覆装置40也安装在固化区36中的框架24上。涂覆装置用于在纤维外侧施覆一聚合涂层。较佳地，涂覆装置也是一非接触式装置。即，纤维穿过涂覆装置40，而不会接触或粘上任何其它的固态物质。例如在美国专利4,792,347中揭示了合适的非接触式涂覆装置。装置的前述部件可以是光纤拉制技术领域中普遍采用的传统设计。该装置还可包括邻近路径32下游端的其它导辊子(未示)，用于使纤维换向且因此使通道从一直线变向、以及进一步将纤维限制在路径中。还可包括其它的传统部件、如质量检测设备和类似装置。
该装置还包括一设置在路径固化区中的给旋组件42。给旋组件包括一滑动地安装在框架24上的可调节架46以在横向于路径32纵向的横向路径方向X上运动。一微米调节装置48用以使调节架在横向路径方向运动，并且一旦调节架已经调节到相对框架24的所需位置，就将其锁定就位。一叉架50通过一轴52和轴承54安装在调节架46上，这样叉架50可相对调节架46枢转，因此相对框架24绕一沿横向路径方向X延伸并与路径32在交点58处相交的摆动轴线56枢转。
给旋组件42还包括安装到叉架50上的圆柱形第一辊子60，以绕第一单元轴线62转动。辊子60具有绕第一部件轴线62并与之同轴的圆周表面64。电动机68的框架安装于调节架46上。一曲轴66支撑在电动机68的轴上，这样电动机可使曲轴66绕平行摆动轴线56的轴线70转动。一连杆72一端枢接到远离其轴线70的曲轴66上，另一端枢接到远离摆动轴线56的叉架50上。因此，曲轴66绕曲轴轴线70的转动将使叉架50绕摆动轴线56在第一极限位置和第二极限位置之间摆动，其中第一极限位置时辊子轴线或第一部件轴线62倾斜到图1中以点划线62＇示出的位置上，第二极限位置时辊子轴线或第一部件轴线62以相反方向倾斜到图1中以点划线62＂示出的位置上。最好见图2，极限位置62′和62＂设置为离开标准位置的极限倾角E1和E2相等，只是方向相反，其中辊子轴线或第一部件轴线垂直于路径32的纵向。然而，在辊子的所有位置上、包括这些极限位置，辊子轴线62总是保持横向于路径的纵向。较佳地，各极限角度E离开标准位置大约2至10度。如下文中进一步讨论的，所需的角度限决于纤维上所要产生的螺旋量。角度E可通过调节曲轴66的尺寸，尤其是连杆72枢接点和轴线70之间的间隔而调节。电动机68的转动速度决定了叉架50和第一部件60将在两个极限位置之间摆动的速度。电动机68可以是一可调速装置，如由传统形式的数字控制系统驱动的步进电机、由一可调电压源驱动的DC电动机、由可调气源驱动的空气电动机或其它传统形式的可调速电动机。另外，电动机68可以是恒速装置。
给旋组件42还包括一具有上游辊子76和下游辊子78的第二部件。辊子76安装到框架24上以绕垂直于纵向路径32并处于第一部件60上游的轴线80转动，而辊子78安装到第一部件60下游的框架24上以绕平行于轴线80且也垂直于路径32纵向的轴线82转动。上游辊子76具有呈绕轴线80回旋的表面形式的圆周表面。圆周表面包括一与路径32对齐的大致V形槽84，这样穿过路径的纤维就容纳在槽中。下游辊子78具有一类似的也与纤维和路径对齐的槽86。
最好见图1，上游辊子和下游辊子76和78都在路径的纵向隔开，这样在其间形成一间隙90。第一部件或辊子60容纳在此间隙中。即第一辊子的圆周表面64沿着横向路径方向X略伸人间隙中。纤维32及因此的纤维路径在各上游和下游辊子处沿着横向路径方向弯过一横向路径倾角Ax，并且同样地沿横向路径方向绕第一辊子60弯曲。横向路径倾角Ax较佳地在约1至30度范围内，并且最好在约5至15度范围内。横向路径倾角随着调节架46的设置变化。辊子的圆周表面较佳地由硬质耐磨材料、如金属或陶瓷制成。纤维和路径都与第一辊子在摆动轴线56和路径32的交点58处相切。当第一辊子60处于其标准位置时，第一辊子轴线62平行于上游辊子和下游辊子的轴线80和82，并且所有这些轴线都沿垂直于纵向L并垂直于横向路径方向X的横向T延伸。
在根据本发明一实施例的一种工艺中，张紧支架26启动以沿着路径32拉纤维。纤维以传统的方式，由预制件22制得并且在熔化区34变细长。纤维的各部分穿过路径的下游，在冷却区38冷却并因此在其到达点36的这段时间内固化。纤维各区域在其穿过涂覆装置40时其外表面被覆上聚合涂层。张紧支架26使整根纤维都保持拉紧。因为路径在辊子76、60和78处的沿横向路径方向弯曲，所以纤维中的张力在横向路径方向具有一将纤维保持在辊子上的分量。辊子在运动的纤维的作用下都绕其自身轴线转动。同时，第一辊子60和第一辊子部件轴线或第一部件轴线62都绕摆动轴线56向后和向前摆动。如图2和3所示的，在任何一种情况下，与交点58相邻的第一辊子表面62的一部分94在纤维和第一辊子相切点处与纤维32的一侧接触接触配合。第二部件的上游辊子和下游辊子76和78的表面部分96和98都与纤维的相对侧接触。因为辊子76和78绕固定于框架24的轴线80和82转动，第二部件或辊子76和78的表面部分96和98总是在一相对框架24的固定方向上运动。因此，表面部分76和78总是在路径纵向L的下游运动。
第一部件上的表面部分94的瞬时运动方向随着辊子60的倾角变化。当辊子60处于其标准位置时，第一辊子轴线62垂直于纵向L，部分94的运动方向也平行于纵向L。然而，当辊子轴线62处于第一极限位置62′时，部分94的瞬时运动方向如D’所示倾斜于纵向。因此相对参照框架24的表面部分94的瞬时速度在垂直于径纵向L及垂直于横向路径方向的横向T上具有一分量Ct’。再者，构成第二部件的辊子76和78的表面部分在横向上没有运动分量。因此，最好见图3，表面部分94具有相对表面部分96并也相对表面部分98的横向运动分量Ct’(图2)。因此纤维将绕其轴线滚动。这种滚动可通过纤维向上传递到熔化区34并且在化区中正在生成的纤维中产生旋转。纤维在辊子60表面62上作依次滚动时即发生螺旋运动。纤维较佳地不在辊子表面滑动或跳动。辊子表面和纤维表面之间由于纤维中的张力所提供的强制接触接触配合有助于保持这种滚动。
当辊子从其标准位置向后倾斜时，在图2中实线所示的轴线62所在位置上，分量Ct’逐渐减少。当辊子向相反的极限位置摆动时，表面部分94相对框架和相对横向T的表面部分96和98的运动分量反向。因此，当辊子倾斜到相反的极限位置62**时，表面部分94在相反横向Ct”上具有一运动分量。因此，表面94相对表面部分96和98在横向T上的运动分量逐渐地从一个横向上的最大量变化到相反横向上的最大量，这样纤维绕其轴线的转动方向重复反向。因此，产生在纤维上不同部分上的螺旋逐渐地从一个方向的最大螺旋变化到相反方向上的最大螺旋，并再变化回去。这种变化可以纤维每单位长度上绕其轴线的纤维转动单元来表示。由这种方法所产生的每单位长度螺旋的变化是近似正弦的。纤维长度上螺旋正弦变化的周期直接与穿过给旋组件42的纤维直线速度与第一辊子60绕摆动轴线56的摆动频率的比值有关。最大螺旋的量及因此的正弦变化量和螺旋值直接与辊子的最大倾角有关。
尽管纤维与辊子76接触接触配合，纤维的螺旋运动仍向路径上游端传递。当纤维可能出现嵌在V形槽84而难以转动时这一作用是惊人的。虽然本发明没有受到任何操作理论的限制，但可以相信，纤维的下游运动可便于纤维相对辊子76的转动，而不管纤维是接触接触配合在辊子表面的V形槽84中。为便于螺旋运动传递到路径上游端，路径上游从给旋组件42向熔化区34的部分应当没有接触接触配合纤维表面的部件。即，这部分路径应当是没有辊子的，并且同样没有与纤维表面的接触接触配合。较佳地，熔化区34和给旋组件42之间的路径基本上是直的。
纤维转动也是向下游传递、经过下游辊子78进入在下游辊子和支架26及收线轮30之间延伸的纤维部分。由于支架和收线轮并不绕纤维轴线转动，所以纤维的螺旋运动将使在装置此区域中的纤维产生一弹性扭转。然而，因为螺旋运动是周期性反向的，纤维进入支架和收线轮时扭转基本为零。下游辊子和收线轮之间的路径长度应当比纤维长度方向上的螺旋变化周期长，这样纤维下游部分的弹性扭转可在该部分纤维绕到收线轮上之前完全2松开。
根据本发明又一个实施例的装置包括与图1中所讨论装置相应部件类似的一熔炉120、框架124、冷却区或装置138和涂覆装置140。此装置还包括与前述类似的收线轮130，以及用于驱动收线轮的相关驱动部件(未示)。同样在此装置中，纤维穿过预定的路径132。给旋组件142包括一对各自安装到框架124上以在垂直于纤维路径132纵向L的横向T上滑动的安装座141、143。第一部件架145滑动地安装到安装座141上以相对安装座141在垂直纵和横向的横向路径方向X上运动。一类似的架147滑动地安装在安装座143上以沿横向路径方向运动。第一部件或辊子160具有第一部件轴线162和围绕第一部件轴线的圆柱形圆周表面164。辊子160转动地安装在第一部件架145上，这样第一部件轴线162基本沿横向延伸。第一部件或辊子160具有一柔软、弹性的涂层，在如金属的刚性材料圆柱体上的厚度为0.1毫米至10毫米时肖氏A硬度测量约为30至50。第二部件或第二辊子176具有第二部件轴线180以及围绕轴线180的类似柔软、弹性的圆柱形圆周表面184。该第二元件是可旋转地安装在第二元件支座147上，使得轴线180也沿大致平行于第一元件的轴线162的横向延伸，驱动电机185连接于第二元件或辊子176，并且能让第二元件绕轴线180以大致恒定的转速旋转。
辊子162和176是布置成：在沿路径132之纵向延伸方向的同一点上处于该路径的相对两侧，这样，该两辊子之间就限定了一个辊隙187。设置了一微米调节和锁定装置148来控制第二支座147的位置，以便在横向路径X方向上调整第二辊子176。第一元件支座145和第一辊子160在横向路径的方向上被一弹簧189推向第二辊子。一可调整的止动件181限制了第一元件支座145在横向路径方向上的运动。该止动件能确保辊子160和176的间距总是至少等于一预定的最小值，因而能确保辊子不把纤维压扁。如果纤维的直径略大于该预定的最小间距，那么支座就保持与止动件接触配合的状态。辊子的弹性外周面164和184将被轻微地压缩，纤维将被迫与该两外周面相接触。如果纤维的直径大大超过预定的最小值，第一辊子160和第一元件支座145将反抗弹簧189的偏压在横向路径的方向上离开第二辊子176。在这两种情况下，沿两辊子之间的路径132延伸的一纤维将在辊隙187处被迫与辊子相接触。
安装在框架124上的一个往复驱动装置191连结于第一安装架141。该往复驱动装置适于使第一安装架沿横向T相对框架124移动。该往复驱动装置可包括一如上结合图1所述的曲轴机构以及一驱动电机，或者可包括任何传统的直线驱动器(例如一由螺杆或齿条与小齿轮组成的驱动器)、具有传统的压力和控制回路的液压或气压缸、或其它任何传统的驱动器。框架124上安装了一枢连杆193，它围绕一平行于所述路径之纵向的轴线197枢转。枢连杆193通过一第一连杆195连接于第一安装架141。枢连杆193在轴线197另一侧的相对端通过一第二连杆199连接于第二安装架143。枢连杆193及连杆195和199是借助传统的枢转销关节相互连接，并连接于安装架141和143。由于设置了该连杆机构，当第一元件支座141沿横向T单方向地移动时，第二元件支座143可以在相反的横向上等速地移动。
在利用该设备的生产过程中，纤维132在辊子160和176之间的辊隙187处啮合。起动电动机185皮带动辊子176旋转，就可以把纤维往纵向的下游方向拉。弹簧189的偏压可迫使第一元件支座145朝相对的支座147移动，因而迫使第一元件或辊子160与纤维相接触，并迫使该纤维与相对的第二元件或辊子176接触配合。直线驱动机构191可使第一安装架141、第一元件支座145、进而是第一元件或辊子160以一种可来回往复运动的方式，首先在一横向上，而后在一相反的横向上移动。在图示的情况下，第一安装架141和辊子160是以横向速度Ct移动，而第二安装架143和元件176是以大小相等但方向相反的速度Ct’移动。在辊隙处与纤维瞬间接触的辊子的表面区域194和196也同样以大小相等但方向相反的横向速度分量移动。该两表面区域还因为管子绕其各自之辊子轴线的转动而向下游移动。因此，与纤维接触的两辊子的表面区域是在斜向纤维路径纵向的方向上移动，但是具有相反的横向速度分量。结合图5可以清楚地了解，表面区域194和196的相反的横向速度分量使得纤维134绕其轴线旋转。当纤维借助辊子176的转动而被拉过辊隙187时，该纤维绕其轴线旋转，这种旋转重新被传回上游的熔化区134。驱动器191使得安装架141逐渐地反向，因而使得表面区域194和196的横向运动分量彼此相反，并使纤维螺旋的方向反向。在图4和图5所示的设备中，两辊子和给旋组件142的电动机充当了拉紧支架，并将纤维拉过所述装置。因此，无需一单独的拉紧支架。
根据本发明另一实施例的装置包括一熔炉220、框架224、冷却和涂覆区域238和240、支架226和收线轮230，它们都类似于以上结合图1所描述的各构件。该实施例的装置中还包括一给旋组件242，该组件包含一安装在一叉架250上的第一元件或辊子260。第一辊子260的轴线262大致沿横向于纤维路径232之纵向L的方向延伸。叉架250通过图6中部分示出的一轴252可枢转地安装在框架224上。叉架250可绕一摆动轴线256相对所述框架枢转，而所述摆动轴线256是在横向路径的方向上沿垂直于图6纸面的方向延伸。一第二圆柱形辊子276可转动地安装在一叉架281上，该辊子具有一第二辊子通路280。叉架281还能绕摆动轴线256相对框架224枢转。辊子260和276是布置成可在摆动轴线256处形成一辊隙，从而使纤维啮合在该辊隙内。如上文结合图4和图5所述的那样，该两辊子可以在横向路径的方向上相互偏压，从而使它们的表面与纤维可靠地接触配合。
叉架281和250通过由枢销连接的连杆283和285而连接于一共同的联杆287。共联杆287由驱动装置291以可往复运动的方式驱动。该连杆机构是布置成当共联杆287移动时，叉架281和250可绕摆动轴线256作相反的枢转运动。在图6所示的位置中，每一辊子均处于其摆动的极限位置。在另一极限位置上，该两辊子倾斜成与图6所示相反的方向。每一辊子的摆动类似于上文结合图1所讨论的辊子60的摆动。
辊子260上的与纤维接触配合的表面区域294的移动方向总是垂直于第一辊子的轴线262。在所示的位置上，第一辊子260的表面区域294的移动D的方向是斜向路径的纵向，并具有一指向图6左边的移动分量Ct。第二辊子276上的与纤维接触的表面区域是以速度D2移动，其移动方向垂直于轴线280，并具有一与Ct相反的横向分量Ct’。与图4和图5中的配置情况一样，方向相反的横向移动分量可导致纤维绕其轴线扭转。当叉架250和281绕摆动轴线256枢转时，两表面区域的横向移动方向相反，因而旋转也反向。由于表面区域相对框架224的横向移动分量大小相等，方向相反，所示表面区域的横向移动不会使纤维沿横向偏移。
在这种配置中，由辊子给予的旋转运动可导致正穿过熔融区234的纤维段发生一永久旋转。在此，因为旋转的方向反复地倒转，所以该旋转运动不会对给旋组件242下游的纤维施加一永久弹性扭转。由图6装置所给予的旋转的纵向频率可以通过下列的系统参数等式计算出来，该等式是：Ω=sinθa]]>
其中：
Ω是用快轴线角度旋转单位来表达的、沿纤维长度方向的单位长度上的旋转速率；
θ是两辊子262和280之间的夹角，该夹角垂直于纵向；以及
a是纤维的半径。
图7中示出了根据本发明又一实施例的装置。在该实施例的配置中，第一元件包括一安装在一叉架(未示)上的辊子360，该辊子可绕辊子轴362转动，并可绕在横向路径方向X上延伸的摆动轴线356摆动。第二元件是安装在一对圆柱形皮带轮377,378上的皮带376，所述皮带轮依次安装在框架上，以便围绕相对所述框架固定的轴线380,382转动。辊子和皮带在横向路径X上受到相互的偏压，并在两者间限定了一间隙387，这样就使沿纤维路径通过的纤维332在该间隙处啮合于辊子和皮带的表面之间。在这种配置中，与纤维332接触的辊子或第一元件360的表面区域394是在垂直于轴线362的方向D1上移动。因此，当轴线362绕摆动轴线356摆动时，表面区域394的横向运动分量降为零，随后以如上所述的方式使取向颠倒。皮带376上的表面区域的移动方向总是和纵向平行。在与上文讨论的相同的方式下，在两相对的横向上与纤维接触的两表面区域彼此相对的运动使纤维绕其轴线旋转。在图7的配置中，辊子360的运动趋向于横向地扫过纤维。纤维的这种横向运动的容许程度是，当辊子轴线沿相反的方向倾斜时使纤维反向旋转的那种程度。然而，为了防止这种横向运动沿纤维的上游和下游传递，可在辊子间隙的上、下游设置一对皮带有槽的约束滚轮330。对该两滚轮加以安装以便绕相对所述框架固定的轮轴转动。
在根据本发明又一实施例的装置中，第一元件460和第二元件476都是皮带。每一皮带都安装在一对皮带轮上。该两皮带设置在纤维路径432的两侧，因而皮带有两段相互面对，并在这两段之间限定了一间隙。与两皮带相连的皮带轮是安装在框架(未示)上，以便围绕一沿垂直于图8纸面方向的延伸的摆动轴线456摆动。因此，在所示的位置上，皮带的相互面对的两段是以速度D1和D2移动，这两个速度斜向于纤维路径的纵向。每一皮带均在垂直于各自皮带轮之轴线的方向上移动。例如，皮带460是在垂直于与之相连的一皮带轮的轴线462的方向上移动，而皮带476是在垂直于与之相连的一皮带轮轴线480的方向上移动。随着皮带和皮带轮的摆动，皮带轮轴的取向，进而是互相面对的皮带段的取向可绕摆动轴线摆动。在此，皮带或元件460和476的相互面对的表面部分是沿横向相对于框架移动，因而可以沿横向相对运动，从而使纤维能绕其轴线旋转。还有，当元件和轮轴线绕轴线456倾斜或摆动时，两元件的横向运动的方向彼此相反，因而施加于纤维的旋转方向也相反。
应该理解的是，在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，还可以实现上述特征的多种变型和组合。仅举例说明，图1所示的曲轴机构可以用能使摆动件50进行可控摆动的其它任何装置来代替。例如，可采用电气的、液压的、气压的驱动器来施加摆动运动。类似地，图4的配置中所采用的特别的直线驱动装置191也可以用其它驱动装置来代替。图4中采用的、用以提供大小相等但方向相反的速度的连杆机构也可以省略，在每一安装架141,143上可以分别设置独立的直线驱动装置。这些直线驱动装置可以受到控制而提供大小相等但方向相反的速度。或者，各辊子可以进行非等速的转换。在非等速转换的移动过程中，纤维趋向于在横向上沿辊子的表面漂移。同样地，可以分别采用独立的驱动装置来驱动图6中的摆动件250,281。在以上讨论的各种配置中，各驱动装置是逐渐地动作，因而可以使与纤维接触的表面区域的相对横向移动逐渐反向，从而使给予纤维的旋转在大致一个周期内，最好是以正弦方式逐渐的反向。然而，对表面区域的横向速度的变化也可以采用其它的变化曲线。例如，通过使辊子60或图6所示的两个辊子保持一恒定的倾斜角，或者使图4所示的每一辊子160,176在一延长的周期内均保持一恒定的转换速度，就可以令相对的横向速度达到一第一值，并保持为该值。于是，能在这样的一个周期内对纤维施加一大致恒定的旋转。随后，相对的横向速度换向，对纤维施加一反向旋转。相反的是，纤维的旋转可以藉类似脉动的方式快速地进行。大体上，借助本发明的方法和装置，可以在单位长度上给予任何一种旋转量，并且可在纤维的整个长度方向上给予任何一种实现所需的光学特性所需要的旋转的幅度和方向的变化曲线。希望的是，将该装置设计成能使必需进行移动以改变旋转速率的各构件的移动所受到的内部阻力最小。例如，为了实现旋转速率的一个变化，如图4实施例所示的正在进行转换的辊子和与之相连的支座必需加速。这些构件应该具有最低可能的质量。在待审的、共同转让的美国临时专利60/010376(申请日为1996年1月22日，题为“用于PMD减弱的调制纤维旋转的频率和幅度”，发明人为D.Henderson、Ming-Jun Li、D.Nolan以及G.Washburn)(以下简称为’376申请)中揭示了单位长度的旋转中特别有利的变化曲线，该专利的内容援引在本文中以作参考。’376号临时申请的副本作为本申请的附件A。如前述’376号专利中所揭示的那样，所述旋转是按照一周期函数(例如一正弦函数)在两相对方向的极限值之间变化，而该周期函数可以沿纤维的长度方向来进行调制(变化)。例如，可以沿纤维的长度方向调节该周期函数的幅度或频率，或者是对两者都加以调节。此外，如待审的、共同转让的美国临时专利60/012290(申请日为1996年2月26日，题为“用于在光纤内提供可控旋转的方法和装置”，发明人为Robert M.Hawk)(以下简称为’290申请)中所揭示的那样，给旋装置可以参照实际的拉制速度和/或实际的纤维直径来加以控制。该专利的内容也援引在此以作参考。’290申请的副本作为本申请的附件B。如该专利中所述，对实际拉制速度和实际纤维直径加以测量，并根据测得的实际拉制速度和实际纤维直径，将给旋装置内的例如一辊子之类的与纤维接触配合元件的角度位置设定在能提供所需的瞬间旋转速率的角度上。
根据本发明的又一变化型式，用来将辊子向另一辊子推压的弹簧189(图4)，可以用任何合适的偏压装置来代替，例如气动的、电动的或重力操纵的装置。限定了一间隙的各辊子或皮带具有一些弹性，这些辊子或皮带可安装成相互之间隔开一固定距离，以便迫使纤维与各纤维形成元件的表面接触。还有，在采用了一摆动辊子或皮带作为一个或两个间隙形成元件的实施例中，可以用与辊子176(图4)相同的方式来强制驱动摆动辊子或皮带，以便让摆动辊子及与之相对的间隙形成元件形成一拉紧支架而将纤维拉过所述装置。除了由预成形纤维进行拉制的方法以外，本发明还适用于其它加工方法。例如，一预先排出的纤维可以在一熔化区内暂时的软化，并且以相同的方式旋转。
在根据本发明又一实施例(图9)的装置中，包括类似于结合图4讨论的两个相对辊子的一第一辊子560和一第二辊子576。然而，辊子576和560大致在纤维路径532的纵向L上(沿这两个辊子的路径上游和下游段上的纵向)相互偏置。因此，在两辊子轴之间延伸的一平面561与纤维路径的大致纵向斜交。所述纤维路径在每一辊子处沿横向路径X弯曲，致使纤维部分地卷绕在每个辊子560和576上。本装置的其它方面类似于前述结合图4描述的装置。就给定量的一个辊子转换移动而言，如图9所示那样包括偏置辊子的装置通常可以提供比图4所示的装置大的单位长度上的旋转度。然而，与图4所示装置所能给予的单位长度上的旋转度相比，由图9装置所给予的单位长度上的旋转度的预知性较小。
在所述的其它实施例中，可以采用类似于滚轮330(图7)的约束滚轮，以便限制纤维的横向移动。例如，可将这样的约束滚轮安置在图4所示之辊子的上游和下游，或者是图6所示之滚轮的上游和下游。根据本发明的又一实施例，可以对图1的装置加以改动，以用转换运动来代替第一元件或辊子60的摆动。因此，第一元件或辊子轴62可以和纤维路径的纵向保持垂直，而辊子60可以以类似于图4的辊子160的移动方式在横向上来回移动。
因为在不偏离本发明的基础上，可以对上述的特征作出其它一些变化和组合，所以以上对较佳实施例的描述对本发明仅起说明作用，并不是像所附权利要求书那样加以限定。