CN113874332B - 制造空芯光纤和空芯光纤预制件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造反谐振空芯光纤的方法，反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括几个反谐振元件。本公开的方法包括以下步骤：提供包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁沿所述包层管纵轴线延伸；在所述包层管壁的规定位置处形成若干个用于反谐振元件的前驱体；以及将所述初级预制件拉伸成所述空芯光纤或将所述初级预制件再加工成次级预制件，由所述次级预制件拉制成所述空芯光纤。为了基于此以足够稳定和可重复的方式实现反谐振元件的高精度及其精确定位，根据本发明提出，所述形成所述反谐振元件前驱体包括形成伸长的压力室，所述伸长的压力室各自在所述反谐振元件的所述规定位置的区域中与受压力和热影响可变形的壁相邻，并且在根据方法步骤(c)执行过程时，由于压力和热的作用，所述伸长的压力室使得所述可变形的壁部分在所述包层管内孔的方向上突起，以形成反谐振元件或前驱。

Description

制造空芯光纤和空芯光纤预制件的方法
技术领域
本发明涉及一种制造反谐振空芯光纤的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括若干个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
(a)提供所述空芯光纤的初级预制件，所述初级预制件具有至少一个包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁沿所述包层管纵轴线延伸，
(b)在所述包层管壁的规定位置处形成若干个用于反谐振元件的前驱体，以及
(c)将所述初级预制件拉伸成所述空芯光纤或将所述初级预制件再加工成次级预制件，由所述次级预制件拉制成所述空芯光纤，其中所述再加工包括一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
(i)拉伸，
(ii)塌缩，
(iii)塌缩和同时拉伸，
(iv)塌缩附加包层材料，
(v)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
(vi)塌缩附加包层材料和同时拉伸。
此外，本发明还涉及一种制造反谐振空芯光纤预制件的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括几个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
(a)提供所述空芯光纤的初级预制件，所述初级预制件具有至少一个包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁沿所述包层管纵轴线延伸，
(b)在所述包层管壁的规定位置处形成若干个用于反谐振元件的前驱体，
(c)可选地，将所述初级预制件再加工成所述空芯光纤的次级预制件，其中所述再加工包括一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
(i)拉伸，
(ii)塌缩，
(iii)塌缩和同时拉伸，
(iv)塌缩附加包层材料，
(v)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
(vi)塌缩附加包层材料和同时拉伸。
由固体材料制成的常规单模光纤具有由玻璃制成的纤芯区域，纤芯区域被由较低折射率玻璃制成的包层区域包围。其中光传导基于纤芯和包层区域之间的全反射。然而，与高能辐射相比，导入光与固体材料的相互作用与数据传输延迟的增加和相对较低的损伤阈值有关。
“空芯光纤”避免或减少了这些缺点，其中纤芯包括填充有气体或液体的空腔。光与玻璃的相互作用在空芯光纤中比在实芯光纤中小。纤芯的折射率小于包层的折射率，因此光无法通过全反射传导，通常会从纤芯逃逸到包层中。根据光传导的物理机制，空芯光纤分为“光子带隙光纤”和“反谐振反射光纤”。
在“光子带隙光纤”中，空芯区域被包层包围，包层中周期性地布置着小的中空通道。包层的中空通道的周期性结构引起基于半导体技术称为“光子带隙”的效应，根据该效应，散射在包层结构处的特定波长范围的光由于中心空腔中的布拉格反射而相长干涉，且不能在包层中横向传播。
在称为“反谐振空芯光纤”(“antiresonant hollow-core fibers”；ARHCF)的空芯光纤的实施方式中，空芯区域被内包层区域包围，其中布置着所谓的“反谐振的元件”(或“反谐振元件”；简称：“ARE”)。围绕空芯均匀分布的反谐振元件壁可当作在反谐振中运作的法布里-珀罗谐振腔，该谐振腔反射入射光并将其引导通过纤芯。
这种光纤技术保证了低光衰减、极宽的透射光谱范围(也在紫外或红外波长范围内)和数据传输的低延迟。
空芯光纤的潜在应用领域是数据传输、高性能光束引导，例如用于材料加工、模态滤波、非线性光学，特别是用于从紫外到红外波长范围的超连续谱生产。
背景技术
反谐振空芯光纤的一个缺点是高阶模式不一定会被抑制，因此它们在长距离传输中通常不是纯单模，并且输出光束的质量会变差。
Francesco Poletti的论文“Nested antiresonant nodeless hollow corefiber[嵌套反谐振无节点式空芯光纤]”；Optics Express,Vol.22,No.20(2014)[光学快报，第22卷，第20期(2014年)]；DOI:10.1364/OE 22.023807，提出了一种光纤设计，其中反谐振元件不是设计为简单的单一结构元件，而是由几个相互嵌套的(英语：nested)结构元件组成。这种嵌套反谐振元件如此构造而成，使高阶纤芯模与包层模相位匹配，且高阶纤芯模而非纤芯基模被抑制。这样始终保证纤芯基模的传输，并且空芯光纤可在有限的波长范围内被有效地制成单模。
有效的模式抑制取决于传输光的中心波长和光纤设计的结构参数，如空芯半径和反谐振元件中嵌套环结构的直径差异。
EP 3 136 143 A1公开了一种反谐振空芯光纤(该文中称为“无带隙的空芯光纤”)，其中纤芯除了基模之外还可以传导其他模式。为此，它被具有“非谐振元件”的内包层包围，这些“非谐振元件”使反谐振模式与更高模式的相位匹配。空芯光纤是使用所谓的“堆叠-拉丝技术”制造的，其中将起始元件布置成一个轴向平行的整体且固定至预制件，然后拉伸预制件。在此，使用具有六边形内截面的包层管，且将六个所谓的“ARE预制件”(反谐振元件预制件)固定在该包层管的内边缘中。分两步将该预制件拉制成空芯光纤。
WO 2018/169487 A1公开了一种制造反谐振空芯光纤预制件的方法，其中第一包层区域包括多个棒，第二包层区域包括多个被外包层管包围的管。通过“堆叠-拉丝”技术将棒、管和包层管结合到一起形成预制件。在拉伸预制件之前，通过涂抹密封剂密封预制件的端部。例如，将UV粘合剂用作密封剂。
技术问题
反谐振空芯光纤，特别是那些具有嵌套结构元件的光纤，具有复杂的内部几何形状，这使得精确且可重复地生产它们变得困难。尤其困难的是，为了保持谐振或反谐振条件，甚至不能容忍传导光的工作波长在数量级上的微小范围偏差。与目标几何形状的偏差可能是由光纤预制件的配置造成的，也可能是由于在光纤拉制过程中出现不想要的，超出比例的变形。
在已知的“堆叠-拉丝”技术中，许多元件必须位置精确地接合在一起。例如，为了制造上述论文公开的“NANF”设计的空芯光纤，必须将六个反谐振元件预制棒装接到包层管的内表面处，这些反谐振元件预制棒各自由反谐振预制棒外管(简称：ARE外管)和单面焊接在ARE外管的内包络面处的反谐振预制棒内管(简称：ARE内管)组成。
为了实现低衰减值和宽的透射光谱范围，除了反谐振元件壁厚均匀外，包层管内反谐振元件的方位角位置也很重要。使用“堆叠-拉丝”技术无法轻易实现这一点。本发明的目的是提供一种低成本制造反谐振空芯光纤的方法，该方法避免了传统制造方法的局限性。
特别地，本发明的目的是提供一种制造反谐振空芯光纤和反谐振空芯光纤预制件的方法，使用该方法能够以足够稳定和可重复的方式可重复地实现结构元件的高精度和反谐振元件在光纤中的精确定位。
此外，传统的“堆叠-拉丝”技术的缺点，即不能轻易实现所需的结构精度，特别是反谐振元件的均匀壁厚和预定方位角位置的精确定位，应尽可能避免。
发明内容
关于制造反谐振空芯光纤，该问题通过本发明所述的上述类别的方法来解决：所述形成所述反谐振元件前驱体包括形成伸长的压力室，所述伸长的压力室各自在所述反谐振元件的所述规定位置的区域中与受压力和热影响可变形的壁相邻，并且在根据方法步骤(c)执行过程时，由于压力和热的作用，所述伸长的压力室使得所述可变形的壁部分在所述包层管内孔的方向上突起，以形成反谐振元件或前驱。
制造反谐振空芯光纤的起点是预制件，在此也称为“初级预制件”。预制件包括包层管，在包层管中或包层管处包含用于在空芯光纤中形成反谐振的元件(在此简称为“反谐振元件”)的前驱体或预制棒。可将初级预制件拉伸成空芯光纤；然而，通常是为初级预制件添加附加包层材料，以由此制成在此称为“次级预制件”的预制件。如有必要，通过拉伸次级预制件制成空芯光纤。替代性地，利用一个包覆圆柱体或几个包覆圆柱体包围初级预制件或次级预制件以形成部件的同轴整体，并且将该同轴整体直接拉伸成空芯光纤。通用术语“预制件”在此理解为表示最终由此拉制成空芯光纤的部件或该部件的同轴整体。
使反谐振元件的定位精度得以改善的是，将用于反谐振元件的前驱体实施成伸长的压力室的形式，所述伸长的压力室是在反谐振元件的规定位置的区域中形成的。这些压力室设计成，当与之相邻的内包层管壁部分软化并且在压力室中施加气体压力时，使这些壁部分在包层管纵轴线的方向上突起。
在根据方法步骤(c)执行过程时，由于压力和热的作用，所述伸长的压力室使得所述可变形的壁的伸长部分在所述包层管内孔的方向上形成伸长的突起，以形成伸长的反谐振元件或前驱。
可变形的壁的相应的，待突起的这些壁部分是伸长的，并且沿压力室和反谐振元件前驱体在预制件中的规定位置延伸。在最简单和下文更详细考虑的情况中，可变形的壁的待突起的壁部分属于玻璃管。
·在第一优选的方法变体中，所述压力室在所述玻璃管的壁内形成；所述压力室在这种情况下形成中空通道，所述中空通道平行于玻璃管纵轴线从所述玻璃管壁的一端延伸到另一端并且所述中空通道完全被所述玻璃管的玻璃限定。
·在另一个优选的方法变体中，所述压力室由单独的部件提供，所述部件与所述可变形的玻璃管壁的外包络面相邻。所述压力室在这种情况下形成中空通道，所述中空通道平行于玻璃管纵轴线沿所述玻璃管壁从一端延伸到另一端并且所述中空通道在一侧被所述玻璃管的玻璃限定。
·在一个进一步优选的方法变体中，所述压力室在所述玻璃管壁的外包络面的凹槽中形成；所述压力室在这种情况下也形成中空通道，所述中空通道平行于玻璃管纵轴线沿所述玻璃管壁从一端延伸到另一端并且所述中空通道被凹槽区域中的所述玻璃管的玻璃限定。
这些方法变体也可互相结合。为了可将压力气体引入到中空通道中，所述中空通道在一端开放，有利地，也从制造方面讲，所述中空通道在两端开放。
在制造步骤中，在这些位置处通过这样的方式制成反谐振元件前驱体，即通过施加由玻璃管外表面作用的压力使相应的壁部分在玻璃管内孔的方向上突起。该步骤可例如在将预制件拉伸成空芯光纤或拉伸成半成品时进行。
因此可完全取消预制的反谐振元件预制棒在包层管内壁的相应位置处的定位和固定——正如在堆叠-拉丝技术中已知的那样，或者至少可减少要如此定位的反谐振元件预制棒的数目。
利用本发明，可精确且可重复地制造反谐振空芯光纤及其预制件。
有利地，所述压力室设计成中空通道，与所述中空通道相邻的是玻璃管的待变形壁部分。
这些中空通道形成压力室，在制造步骤中可将压力气体引入到这些压力室中，从而使得接触到压力气体的玻璃管壁部分因气体压力而变形。
中空通道，由可变形的玻璃管的管壁内的孔制成
在上述优选的方法中的一些方法中，在所述玻璃管壁内形成有中空通道，所述中空通道平行于玻璃管纵轴线延伸。
中空通道的截面可以是圆形或多边形，特别是三角形或矩形。在具有矩形形状的中空通道中，长的矩形边与待变形(待突起)的壁部分相切。在具有三角形形状的中空通道中，其中一个三角形边与待变形(待突起)的壁部分相切。这样，与其他方向相比，气体压力更强烈地作用于该壁部分。
特别是对于制造具有嵌套结构元件的复杂成型的反谐振元件预制棒，其中有一种方法变体已证明是有利的，其中形成同轴玻璃管组件，所述同轴玻璃管组件包括内玻璃管的管壁中的内围的一排中空通道和外玻璃管的管壁中的外围的一排中空通道，其中所述内围排和所述外围排的所述中空通道在径向上位于共同的连接线上，并且在空间上被至少一个周围环绕的和可向内变形的玻璃壁彼此分离。
周围环绕的玻璃壁使内围排和外围排的中空通道的压力空间彼此分离，并且在热变形过程中通过外围排的中空通道使所述玻璃壁向内突起。若周围环绕的玻璃壁属于内玻璃管，则外玻璃管可在内玻璃管的向内突起的部分中发生变形，由此制成用于嵌套反谐振元件的反谐振元件预制棒。
中空通道，由与可变形的玻璃管相邻的中间管壁中的纵向开口制成
另一个形成中空通道的特别巧妙的方法包括一项处理措施，其中在所述玻璃管和外管之间布置中间管，所述中间管具有中间管纵轴线，由内表面和外表面限定的中间管壁沿所述中间管纵轴线延伸，其中在所述中间管壁中开出有纵向开口，其中在根据方法步骤(c)执行过程时，由所述纵向开口形成中空通道。
纵向开口穿透中间管壁(优选除开两个正面端部区域)。这些纵向开口具有平行的纵向边缘。中间管可抵接在玻璃管外壁处并与之熔合，并且可抵接在外管的内壁处并与之熔合。纵向开口在玻璃管和外管之间位于待突起的玻璃管壁部分的位置处。这些纵向开口在此形成中空通道或中空通道的前驱体，在稍后的制造步骤中，可将压力经由这些中空通道或中空通道的前驱体施加到玻璃管外表面上，以由此使玻璃管的软化材料在其内孔的方向上突起。其中由于压力和热的作用使所述中空通道变形成伸长的突起。
该实施方式的优点在于，中空通道到内孔的距离沿其长度且互相之间变得特别均匀。
有利地，在根据方法步骤(c)执行热成型过程时，在中空通道中通过引入压力气体产生内压，并且由此使通过纵向开口接触到压力气体的玻璃管壁部分变形。其中，在玻璃管处形成向内——即在玻璃管内孔方向上和在空芯方向上——指向的，长型的凸起，这些凸起用作反谐振元件预制棒或反谐振元件。
纵向开口优选地终止于中间管的正面端部之前，以确保其余的纵向连皮保持在一起。
特别是对于制造具有嵌套结构元件的复杂成型的反谐振元件预制棒，其中有一种方法变体已证明是有利的，其中形成同轴管组件，所述同轴管组件包括内玻璃管、内中间管、同时形成外玻璃管的内外管、外中间管和外外管，其中所述内中间管和所述外中间管的所述纵向开口在径向方向上位于共同的连接线上，并且在空间上被至少一个周围环绕的和可向内变形的玻璃壁彼此分离。
为此，此类同轴管组件用于制成至少两个中空通道或压力室，这两个中空通道或压力室在径向方向上看为成对前后布置。周围环绕的玻璃壁使内围排和外围排的中空通道的压力空间彼此分离，并且在热变形过程中通过外围排的中空通道使所述玻璃壁向内突起。若周围环绕的玻璃壁属于内玻璃管，则外玻璃管可在内玻璃管的向内突起的部分中发生变形，由此制成用于嵌套反谐振元件的反谐振元件预制棒。
优选地，提供以及切削加工具有圆形内截面的中间管。纵向开口被实施成在径向方向上是连续的并且其中能容易和精确地制造；例如通过铣削、钻削或切削。纵向开口或纵向凹槽的内几何形状例如是矩形或V形。
优选地通过对中间管壁进行切削加工，特别地通过切削、钻削、锯切、铣削和磨削制成所述纵向开口。
切削加工是指去除材料的机械加工技术，例如车削、切削、钻削、锯切、铣削或磨削。与其他已知的使用热和压力的成型技术相比，这些加工技术提供了更精确和更精细的结构，并且它们避免了诸如喷嘴、压制机或熔化成型器之类的成型工具对表面的污染。
行之有效的是，所述纵向开口具有纵向边缘并且玻璃管和外管通过软化与所述纵向边缘结合。
为此加热由外管、纵向开口的中间管和玻璃管构成的同轴管整体，并且其中使纵向开口的切割边缘在其整个长度上与玻璃管的外壁和与外管的内壁结合。通过同时拉长抑制在径向方向上不想要的变形。替代性地，在两个过程步骤中使管依次成对地互相结合。
以此方式获得一种预制件，其中原本的纵向开口封闭成中空通道。可通过去除预制件的封闭的正面端部区域使这些中空通道单面或双面暴露。
中空通道，由可变形的玻璃管处的和/或与玻璃管相邻的中间管处的纵向凹槽制 成
代替或补充所述形成所述中空通道的上述方法，还行之有效的是，所述形成所述中空通道包括一项处理措施，其中使用玻璃管和中间管，所述中间管同轴地包围所述玻璃管，其中所述玻璃管具有玻璃管外包络面，在所述玻璃管外包络面中开出有纵向凹槽，所述纵向凹槽平行于玻璃管纵轴线延伸；并且/或者所述中间管具有中间管内包络面，在所述中间管内包络面中开出有所述纵向凹槽，所述纵向凹槽平行于中间管纵轴线延伸，其中在根据方法步骤(c)执行过程时，由所述纵向凹槽形成中空通道，并且其中由于压力和热的作用使所述中空通道变形为伸长的突起。
玻璃管外包络面中的纵向凹槽在与包围该玻璃管的管壁的共同作用下也形成通道和由此形成压力室，用于使纵向凹槽在其中延伸的壁部分变形。如上文详细解释的那样，中间管内包络面处的纵向凹槽用于以与中间管纵向开口相似的方式形成中空通道。
对于施加压力来说有利的是，纵向凹槽是连续的，也就是说，纵向凹槽优选从相应的管的一端延伸到相对而置的一端。
关于制造空芯光纤的预制件，上述技术问题通过本发明所述的上述类别的方法来解决：所述形成所述反谐振元件前驱体包括形成伸长的压力室，所述伸长的压力室各自在所述反谐振元件的所述规定位置的区域中与受压力和热影响可变形的壁相邻，并且在根据方法步骤(c)执行过程时，由于压力和热的作用，所述伸长的压力室使得所述可变形的壁部分在所述包层管的内孔方向上突起，以形成反谐振元件或前驱。
预制件是制造反谐振空芯光纤的起点。通过拉伸预制件，直接拉制成反谐振空芯光纤，或先制成半成品，然后再由该半成品拉制成反谐振空芯光纤。制造预制件包括通过在压力室中施加压力使玻璃管的壁部分在反谐振元件的规定位置的区域中突起。
这些待突起的玻璃管壁部分是伸长的，并且沿反谐振元件前驱体在预制件中的规定位置延伸。在制造步骤中，在这些位置处通过这样的方式制成反谐振元件前驱体，即通过施加由相对而置的壁表面作用的压力使相应的壁部分在包层管内孔方向上突起。因此可完全取消预制的反谐振元件预制棒在包层管内壁的相应位置处的定位和固定——正如在堆叠-拉丝技术中已知的那样，或者至少可减少要如此定位的反谐振元件预制棒的数目。预制件的制造方案已在上文结合空芯光纤的制造进行了说明，这些说明均包含于本发明。
定义
上述说明的各个方法步骤和术语如下补充定义。这些定义是本发明说明书的一部分。如果以下任一定义与说明书的其它部分之间存在实质性矛盾，则说明书中的内容具有权威性。
反谐振元件
反谐振元件可以是空芯光纤的简单或嵌套的结构元件。这些反谐振元件至少具有两个壁，当从空芯的方向看时，这两个壁具有负曲率(凸)或无曲率(平、直)。通常地，它们由对工作光来说透明的材料组成，例如玻璃，特别是掺杂或无掺杂的SiO2，合成材料，特别是聚合物，复合材料或结晶材料。
反谐振元件预制棒/反谐振元件前驱体
预制件的部件或组成部分被称为反谐振元件预制棒，它们在光纤拉制过程中实质上通过简单地拉长成为空芯光纤中的反谐振元件。预制件的部件或组成部分被称为反谐振元件前驱体，它们先通过变形成为反谐振元件预制棒或直接成为反谐振元件。反谐振元件预制棒可以是简单或嵌套的部件，附加的定位辅助也可固定在此处。这些反谐振元件预制棒最初以初级预制件的形式存在。嵌套反谐振元件预制棒在空芯光纤中形成嵌套反谐振元件。它们由外管和至少一个别的结构元件组成，该结构元件布置在外管的内孔中。该别的结构元件可以是一个别的管，该别的管抵接于外管的内包络面处。外管称为“反谐振元件外管”或简称为“ARE外管”，该别的管称为“反谐振元件内管”或简称为“ARE内管”或“嵌套ARE内管”。
在多重嵌套反谐振元件预制棒的情况下，至少一个别的结构元件可布置在嵌套ARE内管的内孔中，例如抵接于嵌套ARE内管的内包络面的第三管。为了在多重嵌套反谐振元件预制棒的情况下区分布置在ARE外管内的几个管，必要时区分为“外嵌套ARE内管”和“内嵌套ARE内管”。
与圆柱形反谐振元件预制棒及其圆柱形结构元件相关的术语“截面”始终是指垂直于相应的圆柱形纵轴线的横截面，即除非另有说明，在管状部件的情况下指外轮廓的横截面(而非内轮廓的横截面)。
通过再加工初级预制件，特别是通过热成型步骤，可产生中间产品，其中最初的反谐振元件预制棒以相比最初形状发生了改变的形状存在。改变的形状在此同样称为反谐振元件预制棒或反谐振元件前驱体。
预制件/初级预制件/次级预制件/纤芯预制件(Cane)
预制件是由此拉制成反谐振空芯光纤的部件。它是初级预制件或通过再加工初级预制件而制成的次级预制件。初级预制件可作为整体存在，该整体由至少一个包层管和松散容纳其中或牢固固定其中的反谐振元件预制棒或前驱体构成。将所述初级预制件再加工成次级预制件，由所述次级预制件拉制成所述空芯光纤，所述再加工包括一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
(i)拉伸，
(ii)塌缩，
(iii)塌缩和同时拉伸，
(iv)塌缩附加包层材料，
(v)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
(vi)塌缩附加包层材料和同时拉伸。
在文献中，纤芯预制件(英语：Cane)是通过塌缩和/或拉伸初级预制件获得的预制件。通常地，在拉制空芯光纤之前或之时用附加的包层材料将其包覆。
拉伸/塌缩
在拉伸时，将初级预制件拉长。可在不塌缩的情况下同时进行拉长。拉伸可按比例进行，从而使例如初级预制件的部件或组成部分的形状和布置反映在拉伸的最终产品中。然而，在拉伸时，也可不按比例拉制初级预制件，并可改变其几何形状。
在塌缩时，内孔变窄或管状部件之间的环形间隙闭合或变窄。通常地，塌缩伴随着拉伸发生。
纤芯/内包层区域/外包层区域
由至少一个包层管和松散容纳其中或牢固固定其中的反谐振元件预制棒或前驱体构成的整体在这里也称为“初级预制件”。初级预制件包括纤芯和包层区域。当同时存在例如通过塌缩在整体上制成的“外包层区域”，且应区分这些包层区域时，该包层区域也称为“内包层区域”。名称“内包层区域”和“外包层区域”也用于空芯光纤或通过再加工初级预制件获得的中间产品中的对应的区域。
术语“管内表面”也用作“管内包络面”的同义词，而术语“管外表面”也用作“管外包络面”的同义词。与管相关的术语“内孔”并不意味着内孔是通过钻孔工序产生的。
切削加工
切削加工被理解为用于分离加工工件的分离机械制造方法，特别是车削、切削、钻削、锯切、铣削和磨削。通过这些加工创造在包层管纵轴线方向上延伸的纵向结构，该纵向结构用作反谐振元件预制棒的定位辅助。可从包层管内表面进入纵向结构；纵向结构也可通过整个包层管壁延伸到外表面。
粒度和粒度分布
SiO2颗粒的粒度和粒度分布借助D50值表征。这些值取自粒度分布曲线，这些曲线显示与粒径相关的SiO2颗粒的累积体积。粒度分布通常借助相应的D10、D50和D90值表征。其中，D10值表示未到达10％的SiO2颗粒累积体积的粒径，对应地，D50值和D90值表示未到达50％和90％的SiO2颗粒累积体积的粒径。粒度分布根据ISO 13320通过散射光和激光衍射光谱法确定。
实施例
下面借助实施例和附图更详细地解释本发明。具体而言，在示意图中：
图1在侧视图(a)和截面的俯视图(b)中显示用于本发明所述方法的配备有纵向开口的中间管的第一实施方式，
图2显示制造空芯光纤的预制件(b)的方法步骤，该方法步骤使用具有几个根据第一实例的开口中间管的管整体(a)，
图3通过图2(b)中的预制件剖面的放大图显示将图3的预制件拉制成空芯光纤，以形成反谐振元件，
图4在侧视图(a)和截面的俯视图(b)中显示配备有纵向开口的中间管的第二实施方式，
图5显示制造空芯光纤的预制件(b)的方法步骤，所述方法步骤使用具有一个根据第二实例的开口中间管的管整体(a)，
图6通过图5(b)中的预制件截面的放大图显示将图5的预制件拉制成空芯光纤，以形成反谐振元件，以及
图7在俯视图中显示具有包含中空通道的可热变形的壁和包覆圆柱体的玻璃管同轴组件。
图1(a)显示中间管10，在中间管壁中，例如借助机械锯、水射流切割、激光等在预先限定的方位角位置处以均匀的间距切割出伸长的纵向开口13。纵向开口13用于在制成的空芯光纤中形成反谐振元件或在光纤预制件中形成反谐振元件预制棒，并且纵向开口13的数目对应于可与相应的中间管10一起制成的反谐振元件预制棒或反谐振元件的数目。在实施例中为六个反谐振元件预制棒或反谐振元件。纵向开口13终止于管端之前，从而使得正面端部区域12继续保持四周封闭并互相连接其余的连皮14。然后将切割边缘玻璃化。纵向开口13的切割宽度一致，均为2mm。
从沿图1(b)的切线A-A的中间管10的截面的俯视图中可看出，六个纵向开口13围绕管壁均匀分布，并且这些纵向开口从中间管外壁连续地延伸到中间管内壁直至内孔16。
图2(a)示意性地显示总共五个石英玻璃管的同轴组件19的俯视图，其中包括两个中间管10；20，各自具有纵向开口13。同轴管组件19由两个同轴堆栈组成，这些同轴堆栈各自由待变形的玻璃管(21；22)、中间管(10；20)和套管(22；23)组成。标号为22的管具有双重功能：在内堆栈中形成“套管”(Mantelrohr)并且该套管的壁成为中空通道的壁的组成部分，并且在外堆栈中形成具有待变形的壁的“玻璃管”。
下表1总结了这些管的尺寸和材料的详情：
表1
标号 名称/功能 内径 外径 材料
21 待变形的玻璃管 21 24 掺杂氟的；F320
10 中间管 25 31.5 未掺杂的；
22 待变形的玻璃管或套管 32.5 34 掺杂氟的；F320
20 中间管 35 39 未掺杂的
23 套管 40 60 未掺杂的
标号：图2a中的标号
掺杂氟的：F320：掺杂氟的石英玻璃/低粘度
未掺杂的：未掺杂的石英玻璃/高粘度
所用的材料在这种情况下粘度有所不同。未加工的管21和22由市售的掺杂氟的石英玻璃(商品名：F320)制成并具有比开口中间管10、20和最外侧套管23(包覆管)更低的粘度。
图2(b)显示，然后使同轴管整体19塌缩成初级预制件26并且其中同时将其拉长。其中，管之间的环形间隙消失并且这些管互相紧密连接并且形成具有共同的包层管壁24的包层管。其中，由开口中间管10；20的纵向开口13产生中空通道，这些中空通道在随后的光纤拉制过程中可用作前方和后方的压力室25a；25b。其中，各两个压力室25a、25b从径向方向上看为前后成对。在光纤拉制过程之前，去除初级预制件26的封闭的，无纵向开口的端部区域中的至少一个端部区域，从而获得正面开放的压力室25a、25b，可将压力气体引入到这些压力室中。初级预制件26具有空芯区域27，该空芯区域被包层(包层管壁24)包围。压力室25a；25b在包层管壁24中形成待拉制的空芯光纤的反谐振元件的前驱体。
图3(a)通过剖面放大显示由包层管壁24中的原本的纵向开口制成的压力室25a；25b。在将如此获得的预制件拉制成光纤时，在压力室25a、25b和空芯区域27之间施加差压，从而使得原本的玻璃管21；22的与压力室25a；25b相邻的并且可变形的壁区域沿压力室25a、25b向内膨胀。
图3(b)显示，其中在空芯光纤29中在之前最内侧的玻璃管的内表面27处产生第一凸起28a，所述第一凸起包围第二凸起28b。第一凸起和第二凸起28a；28b形成具有两个玻璃膜的嵌套反谐振元件，这些玻璃膜具有负弯曲表面。
在接下来图4至7的描述中，如果使用与图1至图3中相同的标号，就表示相同或等效的部件或组成部分，如上文根据这些图对它们进行的更详细的解释那样。
图4(a)显示另一种中间管110，在中间管壁中，例如借助机械锯、水射流切割、激光等在预先限定的方位角位置处以均匀的间距切割出伸长的纵向开口13。纵向开口13用于在制成的空芯光纤中形成反谐振元件或在光纤预制件中形成反谐振元件预制棒，并且纵向开口13的数目对应于可与相应的中间管10一起制成的反谐振元件预制棒或反谐振元件的数目。在实施例中为五个反谐振元件预制棒或反谐振元件。纵向开口13终止于管端之前，从而使得正面端部区域12继续保持四周封闭并互相连接其余的连皮14。然后将切割边缘玻璃化。纵向开口13的切割宽度一致，均为2mm。
从沿图4(b)的切线A-A的中间管110的截面的俯视图中可看出，五个纵向开口13以72度的圆周角围绕管壁均匀分布，并且这些纵向开口从中间管外壁连续地延伸到中间管内壁直至内孔16。
图5(a)示意性地显示总共三个石英玻璃管的同轴整体的俯视图，其中包括开口中间管110。同轴管整体由待变形的玻璃管21、具有纵向开口13的中间管110和套管22组成。
下表2总结了这些管的尺寸和材料的详情：
表2
标号 名称/功能 内径[mm] 外径[mm] 材料
21 待变形的玻璃管 21 24 掺杂氟的；F320
110 中间管 25 31.5 未掺杂的；
22 套管 32.5 60 未掺杂的
标号：图5a的标号
掺杂氟的；F320：掺杂氟的石英玻璃/低粘度
未掺杂的：未掺杂的石英玻璃/高粘度
所用的材料在这种情况下粘度有所不同。未经机械加工的玻璃管21由市售的掺杂氟的石英玻璃(商品名：F320)制成并具有比开口中间管110和套管22(包覆管)更低的粘度。
图5(b)显示，然后使同轴管整体塌缩成初级预制件126。其中，同时拉长同轴管整体并且管21、22、110之间的环形间隙消失，从而使得这些管互相紧密结合，从而这些管形成共同的包层管壁124。其中，由开口中间管110的纵向开口13产生包层管壁124中的中空通道，这些中空通道在随后的光纤拉制过程中可用作压力室125。初级预制件126具有空芯区域127，该空芯区域被包层(包层管壁124)包围。压力室125在待拉制的空芯光纤的包层区域中形成用于反谐振元件的前驱体。
在光纤拉制过程之前，去除预制件126的封闭的，无纵向开口的端部区域中的至少一个端部区域，从而可使得压力室125正面开放并且可将压力气体引入。
图6(a)通过剖面放大显示由原本的纵向开口13制成的压力室125。在将如此获得的预制件126拉制成光纤时，在压力室125和内孔16之间施加差压，从而使得与压力室125相邻的壁区域沿压力室125向内膨胀。
图6(b)显示，其中在空芯光纤129中在之前的玻璃管的内表面17处产生凸起128a，所述凸起形成具有玻璃膜的反谐振元件，所述玻璃膜具有负弯曲表面。
代替纵向开口13，中间管10、20、110也可在其内包络面处配备有纵向凹槽。必要时通过在中间管的内包络面中进行机械铣削制成这些纵向凹槽。
代替配备有纵向开口或纵向凹槽的中间管或补充地，具有可热变形的壁的玻璃管21；22也可在其外包络面处配备有纵向凹槽。必要时通过在玻璃管的外包络面中进行机械铣削制成这些纵向凹槽。
代替上述具有纵向开口或纵向凹槽的玻璃管和/或中间管的实施方式或补充地，具有可热变形的壁的玻璃管21；22也可配备有中空通道。为此图7示意性地显示一个实施例。同轴组件包括具有可热变形的壁的玻璃管221和包覆圆柱体22(套管)。在玻璃管221的壁内和内包络面221a附近，四个围绕圆周均匀分布的中空通道213平行于玻璃管纵轴线延伸(该玻璃管纵轴线垂直于纸平面延伸)。中空通道213通过激光切削制成并且是连续的(即它们从壁的一端延伸到另一端)。在显示的截面中，这些中空通道具有矩形形状，其中长的矩形边与内包络面221a的相邻的壁部分相切。
在该实施方式中可省略中间管。下表3总结了这些管的尺寸和材料的详情：
表3
标号 名称/功能 内径[mm] 外径[mm] 材料
221 待变形的玻璃管 21 24 掺杂氟的；F320
22 套管 25 60 未掺杂的
标号：图7的标号
掺杂氟的：F320：掺杂氟的石英玻璃/低粘度
未掺杂的：未掺杂的石英玻璃/高粘度
在执行热成型过程时，在中空通道213中可通过引入压力气体产生内压，并且由此使玻璃管221的向内限定中空通道213的壁部分变形。其中，在玻璃管221处形成向内——即在玻璃管内孔16方向上——指向的，长型的凸起，这些凸起用作反谐振元件预制棒。

Claims (14)

1.一种制造反谐振空芯光纤(29；129)的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括若干个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
(a)提供所述空芯光纤的初级预制件(26；126)，所述初级预制件具有至少一个包
层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁(24；124)沿所述包层管纵轴线延伸，
(b)在所述包层管壁(24；124)的规定位置处形成若干个用于反谐振元件(28a；
28b；128)的前驱体，以及
(c)将所述初级预制件(26；126)拉伸成所述空芯光纤(29；129)或将所述初级预制件(26；126)再加工成次级预制件，由所述次级预制件拉制成所述空芯光纤，其中所述再加工包括一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
(i)拉伸，
(ii)塌缩，
(iii)塌缩和同时拉伸，
(iv)塌缩附加包层材料，
(v)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
(vi)塌缩附加包层材料和同时拉伸，
其特征在于，所述形成所述反谐振元件前驱体包括形成伸长的压力室(25a；25b；125；
213)，所述伸长的压力室各自在所述反谐振元件(28a；28b；128)的所述规定位置的区域中与受压力和热影响可变形的壁(21；22)相邻，并且在根据方法步骤(c)执行过程时，由于压力和热的作用，所述伸长的压力室使得所述可变形的壁(21；22)的部分在所述包层管内孔(16)的方向上突起，以形成反谐振元件(28a；28b；128)或前驱，其中所述压力室设计成中空通道(25a；25b；125；213)，与所述中空通道相邻的是玻璃管(21；221)的壁部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中空通道(213)在所述玻璃管(221)的管壁内形成，并且平行于玻璃管纵轴线延伸。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，形成同轴管组件，所述同轴管组件包括内玻璃管的管壁中的内围的一排中空通道和外玻璃管的管壁中的外围的一排中空通道，其中所述内围排和所述外围排的所述中空通道在径向方向上看位于共同的连接线上，并且在空间上被至少一个周围环绕的和可向内变形的玻璃壁彼此分离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成所述中空通道(25a；25b；125)包括一项处理措施，其中在所述玻璃管(21)和外管(22；23)之间布置中间管(10；
20)，所述中间管具有中间管纵轴线，由内表面和外表面限定的中间管壁沿所述中间管纵轴线延伸，并且在所述中间管壁中开出有纵向开口(13)，其中在根据方法步骤(c)执行过程时，由所述纵向开口(13)形成中空通道(25a；25b；125)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，提供以及切削加工具有圆形内截面的中间管(10；20)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中间管(10；20)具有正面端部，并且所述纵向开口(13)终止于所述正面端部之前。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成同轴管组件(19)，所述同轴管组件包括内玻璃管(21)、内中间管(10)、同时形成外玻璃管(22)的内外管、外中间管(20)和外外管(23)，其中所述内中间管(10)和所述外中间管(20)的所述纵向开口(13)在径向方向上位于共同的连接线上，并且在空间上被至少一个周围环绕的和可向内变形的玻璃壁彼此分离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成所述中空通道包括一项处理措施，其中使用玻璃管和中间管，所述中间管同轴地包围所述玻璃管，其中所述玻璃管具有玻璃管外包络面，在所述玻璃管外包络面中开出有纵向凹槽，所述纵向凹槽平行于玻璃管纵轴线延伸；并且/或者所述中间管具有中间管内包络面，在所述中间管内包络面中开出有纵向凹槽，所述纵向凹槽平行于中间管纵轴线延伸，其中在根据方法步骤(c)执行过程时，由所述纵向凹槽形成所述中空通道，并且其中由于压力和热的作用使所述中空通道变形为伸长的突起。
9.根据权利要求4至7中的一项所述的方法，其特征在于，通过切削、钻削、锯切、铣削或磨削制成所述纵向开口(13)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过切削、钻削、锯切、铣削或磨削制成所述纵向凹槽。
11.根据权利要求4至7中的一项所述的方法，其特征在于，所述纵向开口(13)具有纵向边缘并且所述纵向边缘通过软化并在同时拉长的情况下，与周围的玻璃材料熔合。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述纵向凹槽具有纵向边缘并且所述纵向边缘通过软化并在同时拉长的情况下，与周围的玻璃材料熔合。
13.根据权利要求1-8中的一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃管(21；22)由玻璃制成，所述玻璃包含减粘掺杂剂。
14.一种制造反谐振空芯光纤预制件的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括几个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
(a)提供所述空芯光纤的初级预制件(26；126)，所述初级预制件具有至少一个包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁(24；124)沿所述包层管纵轴线延伸，
(b)在所述包层管壁(24；124)的规定位置处形成若干个用于反谐振元件(28a；
28b；128)的前驱体，
(c)可选地，将所述初级预制件(26；126)再加工成所述空芯光纤的次级预制件，
其中所述再加工包括一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
(i)拉伸，
(ii)塌缩，
(iii)塌缩和同时拉伸，
(iv)塌缩附加包层材料，
(v)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
(vi)塌缩附加包层材料和同时拉伸，
其特征在于，所述形成所述反谐振元件前驱体包括形成伸长的压力室(25a；25b；125；
213)，所述伸长的压力室各自在所述反谐振元件(28a；28b；128)的所述规定位置的区域中与受压力和热影响可变形的壁(21；22)相邻，并且在根据方法步骤(c)执行过程时，由于压力和热的作用，所述伸长的压力室使得所述可变形的壁(21；22)的部分在所述包层管内孔(16)的方向上突起，以形成反谐振元件(28a；28b；128)或前驱，其中所述压力室设计成中空通道(25a；25b；125；213)，与所述中空通道相邻的是玻璃管(21；221)的壁部分。
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