CN104039723B - 作为用于光学元件的半成品的石英玻璃管以及用于制造石英玻璃管的方法 - Google Patents

作为用于光学元件的半成品的石英玻璃管以及用于制造石英玻璃管的方法 Download PDF

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Abstract

已知一种石英玻璃管，其作为用于光学元件的半成品，该石英玻璃管具有沿管中轴线延伸的、用于容纳芯棒的内孔和由内侧面和外侧面限定的管壁，在该管壁中由第一石英玻璃构成的内部区域和由第二石英玻璃构成的、环绕所述内部区域的外部区域在接触面上相互邻接，该接触面围绕中轴线延伸，其中第一和第二石英玻璃的折光率不同。为了基于此提供一种石英玻璃管，该石英玻璃管简化了用于特定应用、例如棒形或纤维形的激光有效的光学元件的光学元件的制造，按照本发明提出，接触面在径向横截面上具有非圆形的轮廓而内侧面具有圆形轮廓。

Description

作为用于光学元件的半成品的石英玻璃管以及用于制造石英 玻璃管的方法
技术领域
本发明涉及一种石英玻璃管，其作为用于光学元件的半成品，所述石英玻璃管具有沿管中轴线延伸的、用于容纳芯棒的内孔和由内侧面和外侧面限定的管壁，在所述管壁中由第一石英玻璃构成的内部区域和由第二石英玻璃构成的环绕所述内部区域的外部区域在接触面上相互邻接，所述接触面围绕中轴线走向，其中第一和第二石英玻璃的折光率不同。
此外本发明涉及一种用于制造这样的石英玻璃管的方法。
背景技术
在文献EP1000909A1中提出一种由石英玻璃组成的基底管，该基底管在其壁上具有折光率不均匀的轮廓。为了实现这一点，朝向基底管的内孔的内层掺杂氧化锗并且由此相对于未经掺杂的石英玻璃引起折光率提高。邻接的外层具有比较低的折光率（Brechungsindex）。
基底管用于根据所谓的MCVD内部分离方法（改进的化学汽相沉积法）制造用于光纤维的标准预制体。基底管的掺杂的内层可以在此代替否则高成本地通过内部沉积有待产生的玻璃材料的一部分，这降低了用于预制体的制造工艺。
然而经常地提供光学预制体的芯玻璃作为所谓的芯棒，该芯棒根据管中棒的方法以附加的材料包围。该包层材料如果必要以管形存在并且提供在本发明的意义上的半成品。
由文献WO2010/003856A1已知一种这样的类型的石英玻璃管作为用于包围芯棒的半成品。在该石英玻璃管中圆形的内孔由管壁包围，该石英玻璃管由三层组合，也就是由石英玻璃组成的内层、包围该内层由掺杂氟具有比较低的折光率的石英玻璃组成的环形区域层，以及包围环形区域层的外层。
包层区域的壁的该设计方案对于制造具有小的弯曲灵敏度的光学纤维证实为有帮助的。本发明然而很少涉及光学标准纤维，而是激活有效的特定纤维或元件。一个或多个激光有效的芯区域有包层区域包围，该包层区域用于光导并且用于所谓的“光学泵”。在此激光耦合到芯区域中并且激励在那儿存在的激光有效的区域。由激励的区域通过芯区域的光脉冲吸收附加的能量并且由此强化，或者激光有效的基底通过耦合的抽运光自身被激励用于激光的发出。
经常地而且这样的光学元件具有多个包层，其中至少一个包层的横截面不同于圆形。该不同在光学元件中引起在抽运光区域内光导的变化。特别是由此阻止和改变光模式（所谓的螺旋模式（Helixmoden）），该光模式否则环绕芯区域，而不可以耦合。在包层区域中对称变化如此有助于抽运光更有效地耦合到芯区域中。
例如由文献US2003/0031444A1已知这种类型的光学纤维。由激光有效的石英玻璃组成的芯区域通过由具有比芯区域更低的折光率的石英玻璃组成的内包玻璃层包围，并且该内包玻璃层又通过由石英玻璃组成的外包玻璃层包围，该石英玻璃的折光率小于内包玻璃层的折光率。两个包覆玻璃层在径向横截面上是八角形的，芯区域是圆形的。
纤维由一种预制体（Vorform）拉拔，对于该预制体的制造给出两种方法。两种方法共同地是提供通常的圆形的芯棒，该芯棒具有芯区域和包裹该芯区域的内部的包覆玻璃层。该芯棒被打磨，从而内部的包覆玻璃层获得八角形的外部几何形状。外包玻璃层随后借助于等离子外部分离方法（POD方法，等离子外部沉积方法（Plasma Outside Deposition））或通过独立产生的包层管（Mantelrohr）的萎陷（Aufkollabieren）来施加。
芯棒的石英玻璃通常满足对清洁度和光学质量的特别高的要求，从而芯棒是在预制体制造中的重要的成本因素。在内包玻璃层的打磨中可以在已知方法中导致芯棒的整体损耗。
在借助于POD方法外包玻璃层的分离中产生另一问题。按照工艺在此产生能量充足的UV射线，该UV射线可以损坏UV敏感的芯材料。
发明内容
作为本发明的基础的任务在于，提供一种石英玻璃管，该石英玻璃管特别是简化了用于特定应用、例如棒形或纤维形的激光有效的光学元件的光学元件的制造。此外本发明在于提供一种用于制造这样的石英玻璃管的低成本的方法。
关于石英玻璃管该任务基于开始所述类型的石英玻璃管按照本发明由此解决，即接触面在径向横截面上具有非圆形的轮廓而内侧面具有圆形轮廓。
按照本发明的管形的石英玻璃管一方面提供圆形的内孔而另一方面提供了在管壁上的不均匀的折光率走向，其中至少一个接触面在不同折光率的区域之间在管壁内环绕，该管壁与开始所述的已知的石英玻璃管的区别在于，该管壁不是圆的。
该石英玻璃管在下文中也称为“具有非圆的接触面的包层管”。该石英玻璃管原则上可以在MCVD或其他内部分离方法中用作基底管，然而该石英玻璃管特别适合并且设计用于，用于包覆至少另一石英玻璃元件，例如管或者芯棒。
芯棒可以涉及由激光有效的玻璃组成的棒，其中中间的芯玻璃区域由包层区域包围，其中提供石英玻璃管形式的至少一部分，
-在MCVD方法或者类似的内部分离方法的应用中，圆形内孔简化了限定的层构成；
-在用于包覆的应用中将另一具有圆形的外圆周的石英玻璃元件应用到圆形的内孔中，例如横截面圆形的芯棒或圆管。在元件之间保留环形间隙。在此环形间隙相比于其他间隙几何形状简化了萎陷和熔化；
-特别重要的是，接触面的非圆形的走向在管壁内部已经固定地预定。因为由此不用考虑在于芯棒的直接连接中在现有技术中出于产生非圆形结构的目的而必要的、对包层的打磨。在本发明中中间产品“芯棒”和“具有非圆形的接触面的包层管”分离地产生和完成并且仅仅最后“在包覆时”将两个中间产品聚集为预制体。由此减少了其中涉及芯棒的工艺步骤的数量，从而芯棒损坏的危险降低。
接触面与圆形的偏差中断了旋转对称性和管中轴线并且由此在光学元件中引起了在包层区域内光导的变化。特别是由此防止和改变光模式（所谓的螺旋模式），该光模式否则环绕芯区域，而不可以耦合到芯区域中。这如此导致抽运光更有效地耦合到芯区域中并由此导致抽运效率的提高。
包层管的“内部区域”直接邻接圆形的内孔，或者该内部区域在管壁内进一步向外移动，也就是向内由具有其他折光率的其他石英玻璃限定。无论如何该内部区域由“外部区域”直接包围。“外部区域”又邻接外包层面，或者该外部区域在管壁内部进一步向内移动，也就是直接由具有其他的折光率的另外的包层材料包围。
石英玻璃管特别是适用于制造用于激光有效的纤维的预制体，该预制体出于上述原因应该具有关于元件中轴线不旋转对称的包层区域。石英玻璃管可以同时具有多个芯棒，这改善了生产率。该石英玻璃管但是对于其他应用也具有优点，例如用于测试目的；如果应该测试或评估不同的芯棒，那么必须根据已知方法对于每个芯棒昂贵地产生预制体。与之相对地，具有非圆形的接触面的包层管的应用实现了在管中不同芯棒的同时包覆（Überfangen）。
石英玻璃管的内直径在几个毫米的范围中、典型地在5毫米至20毫米的范围中，并且管壁的厚度为至少1毫米。石英玻璃管的外直径为2.5毫米以上、优选7.5毫米以上并且典型地在20毫米至30毫米的范围之间。
如上所述，接触面的非圆形的轮廓具有的作用在于，该轮廓中断了绕石英玻璃管的中轴线的旋转对称性。如果接触面的轮廓在径向横截面上具有至少一个角，那么实现了旋转对称性的特别有效的中断。
在此将“角”理解为在肉眼可见的视野中接触区域的径向环绕中的不连续性；角点可以是倒圆的。理想的角点，在以下意义上，即在那儿两侧的两个限定线以一个角没有每个倒圆地相互遇到，在技术上难以产生并且为了产生期望的效果也是不必要的。而且一个或多个倒圆的角点满足该目的。
在最简单情况下，接触面在径向横截面上具有多边形的轮廓。
接触面的多边形轮廓，具有例如在横截面上六角形或八角形形状，通过由石英玻璃组成的原始体的机械加工或通过软化的石英玻璃料的热成型借助于成型或拉模孔（Zieldüse）可比较简单地制造。
不需要并且在实际中经常也在没有大的成本的情况下不可实现的是，调节理想的多边形几何结构。例如多边形的角的倒圆是无害的。
备选地，接触面在径向横截面上具有带有交替直的和弯曲的纵向部段或带有交替左和右弯曲的纵向部段的轮廓。
这相对于简单的圆形是关于螺旋模式的避免特别有效的几何结构变化。内侧面在此在一侧上或者在多个（优选对置的）侧上具有平的面或稍微向内（凹的）弯曲的面，从而产生圆形的一个或多个削平部。具有削平部的实施方式在文献中也称为“D形”，这样的具有两个或四个对置的削平部的实施方式也称为“双D形”或“四重D形”。
特别有效地避免螺旋模式可以通过一种实施方式实现，其中接触面在内部区域与外部区域之间具有第一接触面，该第一接触面在管壁内由第二接触面包围，其中第二接触面也限定由具有不同折光率的石英玻璃组成的区域并且在径向横截面上具有非圆形的轮廓。
已经证明的是，外侧面具有圆形轮廓。
石英玻璃管的圆形外侧面简化了其进一步加工为光学元件。
石英玻璃管可以具有一个或多个偏心设置的内孔，该内孔填充激活有效的芯玻璃。在由此制造的光学元件作为激光器的应用中芯区域的偏心设置在抽运光的耦合中具有优点。因为由此芯区域转移到一个区域中，在该区域中芯区域少量由在端侧入射的抽运光碰到。这降低了抽运光在耦合面的区域中的吸收。此外也可以更容易地从外面冷却芯区域的偏心的设置。
对于内孔的偏心的结构来说，然而证实为有问题的是光束引导并且特别是激光束的解耦。
该缺点由此由石英玻璃管的一个优选实施方式避免，其中内孔与管中轴线同心地走向。
已经证实为有利的是，外部区域的石英玻璃掺杂氟。
也可以将氟以直至9%的重量百分比、优选在1%至5%的重量百分比的范围中的高浓度比较简单和均匀地引入到石英玻璃中。已知地石英玻璃掺杂氟不仅引起折光率的降低而且导致粘性的下降。通过折光率的降低外部区域的石英玻璃有助于光导。
在此证实为有利的是，内部区域由未经掺杂的石英玻璃组成。
在石英玻璃管的优选实施方式中设定，管壁具有内层，该内层在内孔与内部区域之间延伸，并且该内层由石英玻璃组成，该石英玻璃具有比未经掺杂的石英玻璃更高的折光率。
内层的更高的折光率通过石英玻璃掺杂一种或多种掺杂物例如锗、 镧、铈、铝来实现。由此可以使得内层的折光率匹配于芯棒的折光率。径向折光率轮廓在该情况下具有邻接到芯棒区域具有提高的折光率的底脚，这也称为“底座设计（Pedestal-Design）”。
关于用于低成本地制造按照本发明的石英玻璃管的方法上述任务按照本发明由此解决，即产生由石英玻璃组成的母管，该母管具有管壁，在该管壁内由第一石英玻璃组成的内部区域和由第二石英玻璃组成的环绕该内部区域的外部区域在径向环绕的横截面非圆形的接触面上相互邻接，其中第一和第二石英玻璃的折光率不同，并且其中无工具地将母管伸长为石英玻璃管束并且由此切割成一定长度的子段。
在按照本发明的方法中首先提供母管，在其壁中设有至少两个由具有不同折光率的石英玻璃组成的包层区域，所述包层区域相互具有非圆形并且环绕管纵轴线的接触面。包层区域在这个意义上设有非圆形的接触面。
在伸长工艺中由厚壁的母管产生上述石英玻璃管。如此获得的管形石英玻璃管的总长度比开始的母管的长度大很多倍，而不需要附加的涂层或加工过程。由此可以使用如此产生的石英玻璃管特别低成本地制造光学元件，例如预制体和光学纤维，其方法是将母管的制造成本分配到多个元件上并且由此降低每个元件的总成本。
在优选的方法变型中，其中产生的管形的石英玻璃管的内孔无工具地形成，产生具有特别高的表面品质的通过热成型平滑化的内表面。
优选地，在伸长工艺中在3至100的范围中调节拉拔比例，特别优选在小于40的范围中调节拉拔比例。
拉拔比例（在伸长工艺前后管长的比例）越大，用于制造母管的涉及获得的石英玻璃管的总长度的成本越小。在所述下边界之下的拉拔比例情况下对此不再产生值得注意的效果。在所述上边界之上的拉拔比例的情况下必须伸长特别是大体积的母管，这使得在伸长工艺中的可操作性变得困难。
已经证实为有利的是，母管的内孔在伸长工艺中以清洗气清洗。
这反作用于污物引入到石英玻璃管的内孔中并且反作用于管壁的表面质量的变差。
附图说明
以下根据实施例和附图进一步阐明本发明。详细地在示意图中示出：
图1 在径向横截面中具有非圆形的接触面的包层管的第一实施方式，该接触面具有圆形的外包层面；
图2 具有非圆形的接触面的包层管的第二实施方式，该接触面具有多边形的外包层面；
图3 具有非圆形的接触面的包层管的第三实施方式，该接触面绕内孔不同心；
图4具有非圆形的接触面的包层管的第四实施方式，该接触面在包层区域中具有多重D形横截面几何结构；
图5具有非圆形的接触面的包层管的第五实施方式，该接触面具有在侧面与中轴线偏移的附加孔；
图6具有非圆形的接触面的包层管的第六实施方式，该接触面具有多个绕中间的内孔分布的附加孔；
图7具有非圆形的接触面的包层管的第七实施方式，该接触面具有两个同心的接触面；
图8包层管的第七实施方式，该包层管具有非圆形的接触面和带有所谓的“底座设计”的折光率轮廓；
图9使用按照图1的石英玻璃管制造的用于具有矩形芯区域的激光纤维的预制体的径向横截面；
图10具有用于制造按照现有技术的预制体的方法步骤的流程图；以及
图11具有用于制造按照本发明的预制体的方法步骤的流程图。
具体实施方式
在图1中示意地示出的石英玻璃管限定横截面圆形的内侧面1，并且同样圆形的外侧面2限定管壁3，该管壁由内部包层区域4和外部包层区域5组合。内孔具有附图标记7。在内部和外部包层区域之间的接触面6在径向横截面上是八角形的。石英玻璃管的包层结构具有关于绕中轴线17旋转的八度对称，该中轴线与内孔7同轴地延伸。
一旦在图2至图9中使用与图1中的相同的附图标记，那么以此表示与在图1中包层管的相同或等同的元件和组成部分。
而且图2的实施方式示出了在内部包层区域4与外部包层区域5至间八角形的接触面6。在此涉及具有包层结构的同样八度对称性的特别是薄壁的管。然而与图1的实施方式的不同之处在于，外包层面8同样构成为八角形的，从而外部包层区域5不仅沿纵轴线方向而且沿径向看去具有几乎恒定的厚度。
在图3的实施方式中相对于图1的实施方式的重要的特征在于，同样八角形构成的内部包层区域4具有在侧面对于内孔7移动的重心。接触面6与中轴线17平行地但是不是与之同轴地走向。该包层结构在此仅仅还示出了对于通过中轴线17走向的镜面的镜面对称。外部包层区域5的宽度沿径向看去变化。
图4示意地示出了内部包层区域的另一不同于圆形的横截面几何结构，也就是具有所谓的“四重D形”的轮廓。在此接触面6示出了四个弯曲的纵向部段10，在每个象限中具有一个，该纵向部段通过至的或稍微向内弯曲的纵向部段11相互连接。该包层结构具有四度对称。
在根据图1至图4所述的实施方式中，内部包层区域4分别由未经掺杂的石英玻璃组成，而外部包层区域5由掺杂氟的具有相对于内部包层区域4下降的折光率的石英玻璃。
在图5的横截面视图中可见的是，在侧面相对于内孔7偏移地并且在两侧相对于中轴线17偏移地在包层区域中设有两个附加的孔28。这两个孔用于容纳所谓的“应力棒”，用于制造用于获得偏振的光学纤维的预制体。
在图6中示出的实施方式中，在包层区域4中设有六个附加的孔30，这些附加的孔均匀地绕内孔7和中轴线17分布。这些孔例如用于容纳激光有效的石英玻璃。
在图7中示意地示出的具有非圆形的接触面的包层管的实施方式与图2的实施方式的区别在于，紧接着外部包层区域5还具有两个另外的包层。分别设有两个由未经掺杂的石英玻璃组成的包层区域4、14和两个由掺杂氟的石英玻璃组成的包层区域5、15，其中由未经掺杂和经掺杂的石英玻璃组成的区域沿径向由内向外交替。由未经掺杂的石英玻璃组成的包层区域4、14分别具有横截面圆形的内边界和八角形的外边界，并且在由掺杂氟的石英玻璃组成的包层区域5、15中正好相反。由此接触面6、16、26中的两个的横截面是八角形的6、26，另一个接触面是圆形的16。
图8示意地示出了具有非圆形的接触面的按照本发明的包层管的实施方式，其中邻接内孔7的最内部的包层区域18具有相对于下一包层区域4的圆形的接触面19。包层区域4在此在本发明的意义上表示“内部的包层区域”，因为该包层区域具有非圆形的接触面6，该接触面向外与外部包层区域5邻接。与内孔7邻接的最内部的包层区域18由石英玻璃组成，该石英玻璃通过掺杂氧化锗具有这样的折光率，该折光率匹配于放入到内孔中的芯棒（在图中未示出）的外部区域的折光率。该实施方式可以称为“底座设计”。
在应用具有非圆形的接触面的包层管作为用于包层泵送的激光的泵式光包层的情况下，接触面6、26的与圆形几何结构不同的轮廓在管壁内减小了不期望的螺旋模式的构成。如此改善了抽运光的效果。通过在具有圆形的内孔的石英玻璃管中提供这样的轮廓，该石英玻璃管可以用作用于元件制造的石英玻璃管，也即是作为用于圆形芯棒的包覆的包覆管，简化了制造工艺，并且降低了材料损耗的风险。
在图9中横截面示意地示出的预制体使用具有非圆形的接触面的包层管31制造。由包层管31提供由掺杂氟的石英玻璃组成的外部包层区域5和由未经掺杂的石英玻璃组成的内部包层区域4。包层区域4和5包围芯棒32，该芯棒由具有方形横截面的中间的芯区域33和包层34组合。包层34如此包围横截面方形的芯区域33，使得获得在横截面上的圆形轮廓，其外直径匹配于包层管31的内孔的直径。芯区域33由石英玻璃组成，该石英玻璃掺杂激光有效的物质。包层34由未经掺杂的石英玻璃组成。
为了制造预制体，在具有方形横截面的、由激光有效的石英玻璃组成的棒上，借助于POD分离方法产生由未经掺杂的石英玻璃组成的包覆玻璃层，并且该包覆玻璃层打磨为圆形。如此获得的芯棒32以包层管31包覆形成预制体。
由预制体拉拔激光纤维，该激光纤维的突出之处在于方形的光束轮廓。
在下文中根据图1进一步阐明具有非圆形的接触面的包层管的制造。
由未经掺杂的石英玻璃组成的具有10毫米内直径和100毫米外直径的后壁的空心圆柱体被提供。通过磨光外包层面获得八角形的形状。在机械加工之后以氢氟酸刻蚀石英玻璃表面并且以乙醇清洗，以便除去打磨残留物。随后通过热抛光剂给加工的表面上光和密封。
具有八角形的横截面的如此获得的石英玻璃圆柱体借助于等离子外分离方法（POD方法）设有由掺杂氟的石英玻璃组成的外部的包层。
在此分离的石英玻璃层的外轮廓基本上采用石英玻璃圆柱体的八角形的形状。为了实现圆形的管几何结构，外部的包覆玻璃层打磨为圆的并且随后借助于氢氟酸清洁，以便除去打磨轨迹，并且火焰抛光打磨的表面，以便密封该表面。
如此获得的石英玻璃管的内壁使用SF6经受热气刻蚀工艺，以便清洁表面。
如此获得的母管在具有30的拉拔比例的拉拔工艺中无工具地伸长为20毫米的外直径。在伸长工艺期间以氮清洗母管或拉出的管束的内孔。在此进一步改善内表面的质量，并且制造由装料组成的多个结构化的包层管，这降低了制造成本。
在打磨工艺之后母管具有准确的多边形几何形状。在刻蚀中并且特别是通过伸长工艺可以导致多边形的角的一定的倒圆。除此之外，在伸长工艺中软化母管的石英玻璃，从而多边形的直面也可以变形并且可以根据在制造的石英玻璃管中的目标条件向内或向外弯曲。
在该方法的改型中作为原始材料代替管使用由未经掺杂的石英玻璃的实心圆柱体。在磨光和通过芯孔的POD分离工艺之后产生实心圆柱体的中间的内孔。在该变型中与芯孔和中轴线的特别准确的同心性可更简单地实现。
通过将预制体的制造步骤分为一方面包层管制造而另一方面芯棒制造将各个元件仅仅在最后步骤、即包覆步骤中聚集为预制体。由此减小了涉及芯棒的工艺步骤的数量，并且降低了破坏芯棒的风险。这也阐明了图10和图11的流程图的比较，所述流程图命名用于制造预制体的方法步骤，其中涉及芯棒（以双线表示框）。图10命名了为此在已知的开始引用的方法中需要的方法步骤，而图11命名了在按照本发明的方法中需要的唯一的方法步骤，也就是芯棒的包覆。
对此备选地，芯棒以按照本发明的石英玻璃管的包覆也可以在纤维拉拔工艺中实现，其方法是输送由包层管和热区域的芯棒组成的总体、在其中局部地软化并且在此熔化地并且直接拉拔为纤维。
具有非圆形的接触面的包层管的应用特别是在特别贵的芯棒的情况下或在这样的情况下适用，该芯棒机械上、热上或者相对于UV射线特别敏感。通过在一个唯一的伸长工艺中大的构造化的包层管装料的制造可以降低每个单元的成本。此外多个预制体的制造在保持相同的质量下更简单，因为在单个制造中不用考虑出现的工艺波动。除此之外，大的包层管可以配备多种不同的芯材料并且通过这种方式更简单地测试以及评估。这特别是帮助在新的芯材料的研发中节省时间和成本。

Claims (13)

1.石英玻璃管，其作为用于光学元件的半成品，所述石英玻璃管具有沿管中轴线（17）延伸的、用于容纳芯棒的内孔（7）和由内侧面（1）和外侧面（2）限定的管壁（3），在所述管壁中由第一石英玻璃构成的内部区域（4）和由第二石英玻璃构成的、环绕所述内部区域（4）的外部区域（5）在接触面（6）上相互邻接，所述接触面围绕管中轴线（17）走向，其中第一和第二石英玻璃的折光率不同，其特征在于，所述接触面（6）在径向横截面上具有非圆形的轮廓而所述内侧面（1）具有圆形的轮廓。
2.根据权利要求1所述的石英玻璃管，其特征在于，所述接触面（6）在径向横截面上具有至少一个角。
3.根据权利要求1所述的石英玻璃管，其特征在于，所述接触面（6）在径向横截面上具有多边形轮廓。
4.根据权利要求1所述的石英玻璃管，其特征在于，所述接触面（6）在径向横截面上具有带有交替笔直的和弯曲的纵向部段（10；11）或带有交替左和右弯曲的纵向部段的轮廓。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的石英玻璃管，其特征在于，所述接触面（6）在内部区域（4）与外部区域（5）之间具有第一接触面，所述第一接触面在所述管壁（3）内由第二接触面（26）包围，其中所述第二接触面（26）也限定由具有不同折光率的石英玻璃构成的区域（14；15），并且在径向横截面上具有非圆形的轮廓。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的石英玻璃管，其特征在于，所述外侧面（2）具有圆形轮廓。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的石英玻璃管，其特征在于，所述内孔（7）相对于所述管中轴线（17）同心地走向。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的石英玻璃管，其特征在于，所述外部区域（5）的石英玻璃掺杂氟。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的石英玻璃管，其特征在于，所述内部区域（4）由未经掺杂的石英玻璃构成。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的石英玻璃管，其特征在于，所述管壁（3）具有内层（18），该内层在内孔（7）与内部区域（4）之间延伸，并且该内层由石英玻璃构成，所述石英玻璃具有比未经掺杂的石英玻璃更高的折光率。
11.用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的石英玻璃管的方法，其特征在于，产生由石英玻璃制成的母管，所述母管具有管壁，在所述管壁内部在径向环绕的、横截面非圆形的接触面上由第一石英玻璃构成的内部区域和由第二石英玻璃构成的、环绕所述内部区域的外部区域相互邻接，其中第一和第二石英玻璃的折光率不同，并且其中无工具地将所述母管伸长为石英玻璃管束，并且由此切割成一定长度的子段。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在伸长工艺中在3至100的范围中调节拉拔比例，优选在小于40的范围中调节拉拔比例。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述母管的内孔在伸长工艺中以清洗气清洗。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012107344B3 (de) * 2012-08-09 2014-05-08 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorform mit einer POD-Mantelglasschicht
CN104608020B (zh) * 2015-02-03 2017-01-18 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种双包层光纤八角形内包层的加工方法及夹具
EP3636607B1 (de) * 2018-10-09 2021-01-13 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung eines kapillarrohres
CN114918741A (zh) * 2022-03-17 2022-08-19 无锡海力自控工程有限公司 一种单晶硅超薄壁管加工工艺

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2002342B (en) * 1977-07-27 1982-06-30 Sumitomo Electric Industries Process for producing a glass member
DE19852704A1 (de) 1998-11-16 2000-05-18 Heraeus Quarzglas Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser und für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Substratrohr
US6477307B1 (en) 2000-10-23 2002-11-05 Nufern Cladding-pumped optical fiber and methods for fabricating
WO2002088801A2 (en) * 2001-03-12 2002-11-07 Crystal Fibre A/S Higher-order-mode dispersion compensating photonic crystal fibres
JP3923282B2 (ja) * 2001-07-02 2007-05-30 古河電気工業株式会社 モードフィールド変換用光ファイバの製造方法
CA2354783A1 (en) 2001-08-07 2003-02-07 Institut National D'optique Convex polygon-shaped all-glass multi-clad optical fiber and method of fabrication thereof
WO2005082801A2 (en) 2004-02-20 2005-09-09 Corning Incorporated Optical fiber and method for making such fiber
CA2466970A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-12 Coractive High-Tech Inc. Double-clad optical fibers
US7203407B2 (en) * 2004-10-21 2007-04-10 Corning Incorporated Rare earth doped single polarization double clad optical fiber and a method for making such fiber
JP2007153697A (ja) 2005-12-07 2007-06-21 Fujikura Ltd ダブルクラッド光ファイバ用母材の製造方法及びダブルクラッド光ファイバの製造方法
DE102008047736B3 (de) 2008-07-07 2010-01-21 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Biegeunempfindliche optische Faser, Quarzglasrohr als Halbzeug für seine Herstellung sowie Verfahren zur Herstellung der Faser
FR2954525B1 (fr) * 2009-12-21 2012-05-25 Ixfiber Procede de fabrication d'une fibre optique monomode a coeur dope terres rares et fibre optique monode a coeur dope terres rares
JP5676152B2 (ja) * 2010-06-15 2015-02-25 湖北工業株式会社 光ファイバ及びその製造方法

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