CN114206792A - 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；提供若干个管状反谐振元件预制棒；将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的初级预制件；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。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，本发明提出，提供具有在90mm和250mm的范围内的外径和至少1m的长度的包层管，以及提供管状结构元件，其中至少一部分管状结构元件具有在0.2mm和2mm的范围内的壁厚和至少1m的长度，并且在所述包层管纵轴线垂直取向的情况下根据所述将所述结构元件布置在所述包层管内孔中，其中所述结构元件各自以其上方正面端部定位在所述规定位置处。

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，所述包层区域包括几个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
(a)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，
(b)提供若干个反谐振元件预制棒，所述反谐振元件预制棒由几个相互嵌套的管状结构元件组成，包括ARE外管和插入其中的ARE内管，其中所述结构元件具有结构元件纵轴线，
(c)将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的所述空芯光纤的初级预制件，以及
(d)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)提供若干个反谐振元件预制棒，所述反谐振元件预制棒由几个相互嵌套的管状结构元件组成，包括ARE外管和插入其中的ARE内管，其中所述结构元件具有结构元件纵轴线，
(c)将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的所述空芯光纤的初级预制件，以及
(d)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元件外管(简称：ARE外管)和单面焊接在ARE外管的内包络面处的反谐振元件内管(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的方法，该问题通过本发明所述的上述类别的方法来解决：提供具有在90mm和250mm的范围内的外径和至少1m的长度的包层管，以及提供管状结构元件，其中至少一部分管状结构元件具有在0.2mm和2mm的范围内的壁厚和至少1m的长度，并且在所述包层管纵轴线垂直取向的情况下根据方法步骤(c)所述将所述结构元件布置在所述包层管内孔中，其中所述结构元件各自以其上方正面端部定位在所述规定位置处。
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，通常对初级预制件进行再加工，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。可替代性地，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。
包层材料的添加例如通过将包覆圆柱体塌缩在初级预制件上来进行。在包覆圆柱体塌缩时拉伸由初级预制件和包覆圆柱体构成的同轴组件，或者不拉伸。其中，将改变反谐振元件预制棒的形式或布置，或者不改变其形式或布置。
使预制棒在包层管中的定位精度得以改善的是，提供管状结构元件，其中至少一部分管状结构元件具有在0.2mm和2mm的范围内的壁厚，优选地，具有在0.25mm和1mm的范围内的壁厚，并且其中提供具有在90mm和250mm的范围内的外径的包层管，优选地，具有在120mm到200mm的范围内的外径的包层管。其中，这些部件各自具有至少1m的长度。
在这种情况下，这涉及相对大体积的用于形成反谐振元件的结构元件。这使操作得以简化。此外，当包层管和结构元件垂直布置时，如果结构元件各自以其上方的正面端部定位并固定在规定位置处，重力支持结构元件纵轴线的平行度和垂直定向。
定位和固定例如通过使包层管内表面结构化和/或通过使用定位模板和/或通过使用例如含SiO2颗粒的密封和结合材料来进行。
已证明有利的是，在根据方法步骤(d)所述拉制成所述空芯光纤之前，封闭所述反谐振元件预制棒的正面端部中的至少一个正面端部。
在根据本发明的光纤拉制过程方法中使用的预制件的特征在于大的外径。由于随着预制件外径的增加，存在的绝对几何误差在光纤拉制时会极大地减小，因此原则上使得更精确地制造空芯光纤成为可能。
然而已经表明的是，任意增加预制件外径并不会自动导致更精确的空芯光纤，而是为了保持空芯光纤的壁厚的最大相对几何误差为3.5％，以下处理措施是有用的：
所有反谐振元件预制棒或至少其中一部分形成中空通道且通常在两侧开放。中空通道的自由内径很小，并且在预制件中通常在几毫米的范围内。在热成型过程中，从外部加热预制件，从而在预制件体积内建立径向温度梯度。在其他相同的过程条件下，预制件越厚，该径向温度梯度越大。存在这样的危险，即由于表面张力和取决于局部温度，中空通道出现不同程度的收缩。径向温度梯度越大，预制件越厚，该风险就越大。而温度梯度对中心空芯没有实质影响。为了应对根据本发明相对厚的预制件的这种效应，在纵轴线垂直取向的光纤拉制过程中使纤芯区域(空芯)保持开放，但对于反谐振元件预制棒的至少一部分则要封闭原本开放的上方端部。
通过密封上方端部，每个中空通道具有初始气体体积。在光纤拉制过程中，将气体加热并且中空通道中的压力增加，使得这些中空通道从下方开始向上方膨胀。由于在狭窄的中空通道中气体交换少，热气无法向上逸出，因此下方和上方预制件端部之间的温差在很大程度上决定了膨胀程度，也就是说基本上与最初的中空通道直径无关。然而，无论其径向位置如何，所有中空通道的温差都大致相同，因此所有中空通道膨胀到大致相同的程度。因此，在最终的空芯光纤中也保留了厚预制件的中空通道尺寸的原始分布。
这种方案也适用于工业规模的可重复且精确的反谐振空芯光纤制造过程。它尤其适用于精确地制造具有内径相差很大的嵌套反谐振元件的反谐振空芯光纤。
使预制棒在包层管的内包络面处的定位精度得以进一步改善的是，通过切削加工制成所述包层管内表面和/或所述包层管外表面和/或所述ARE外管内表面和/或所述ARE外管外表面，特别是通过钻削、铣削、磨削、珩磨和/或抛光
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。
机械切削加工优选还包括包层管内表面在反谐振元件预制棒的规定位置区域内的结构化，方式是为其配备在包层管纵轴线方向上延伸的纵向结构。所述纵向结构包括例如包层管内壁中的纵向开口和/或纵向凹槽，它们平行于包层管纵轴线延伸并且优选通过钻削、锯切、铣削、切削或磨削制成。
在包层管纵轴线方向上延伸的纵向结构用作反谐振元件预制棒的定位辅助。这使得反谐振元件预制棒更容易在包层管的内表面处占据预定的，限定的位置。
在一个优选的方法变体中，借助定位模板将所述结构元件的上方正面端部定位在所述规定位置处。
其中，优选在包层管正面区域，优选在两个包层管正面区域插入所述定位模板。
所述定位模板具有例如伸进所述包层管内孔中的柄，所述柄配备有以几个径向向外指向的托臂形式的保持元件。
保持元件的设计上预定的星形布置使得反谐振元件预制棒更容易在相应的规定位置处精确定位并固定。
此外，还有一个方法也是行之有效的，其中，当根据方法步骤(d)所述拉制成所述空芯光纤时，将由石英玻璃制成的所述预制件的几个组成部分一起加热并软化，其中所述预制件组成部分中的至少一些组成部分的石英玻璃包含至少一种掺杂剂，所述掺杂剂使石英玻璃的粘度降低。
所述预制件的组成部分包括包层管和布置在其中的反谐振元件预制棒以及附加包层材料，所述附加包层材料例如以一个包覆圆柱体或几个包覆圆柱体的形式提供并且塌缩到初级预制件上。氟、氯和/或羟基优选地用作降低石英玻璃粘度的掺杂剂。
掺杂使得调整相邻预制件组成部分的热膨胀系数成为可能，以避免或减少应力。掺杂还可用于降低组成部分的热稳定性，有利于相邻组成部分的稳定性。
例如，已证明有利的是，与额外施加的所述包层材料的石英玻璃的粘度相比，在1250℃的测量温度下，所述包层管的石英玻璃的粘度高至少0.5dPa·s，优选地高至少0.6dPa·s(当粘度表示为以dPa·s为单位的对数值时)。
让预制棒在包层管的内包络面处定位的几何精度得到进一步改善的是，所述提供所述初级预制件包括将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，其中所述布置所述反谐振元件预制棒和/或根据方法步骤(d)所述拉制成所述空芯光纤包括使用含SiO2非晶颗粒的密封或结合材料进行固定处理和/或密封处理。
用于密封或固定的密封或结合材料包含SiO2非晶颗粒，这些颗粒例如在分散液中被吸收。将这些材料施加在要结合或密封的表面之间，使用时通常是糊状的。低温干燥时，部分或全部除去分散液并且固化材料。所述密封或结合材料，特别是干燥后得到的，固化的含SiO2的密封或结合材料满足固定和密封要求。干燥所需的温度低于300℃，这有助于保持预制件的尺寸精度并避免热损伤。加热到800℃左右的更高温度，例如在拉伸预制件以形成空芯光纤时，会导致密封或结合材料的进一步热固化，这也适用于形成不透明或透明玻璃。这通过烧结或玻璃化来发生，其中与玻璃化成完全透明玻璃相比，烧结成不透明玻璃需要相对较低的温度和/或较短的加热时间。因而，可通过加热使所述密封或结合材料完全固化并在热成型过程中通过加热使其玻璃化。其中，所述密封或结合材料表现得像石英玻璃一样；它变得粘稠且具有可塑性。
在热成型过程中，所述密封或结合材料不会分解，并且释放的杂质很少。因而，它的特点是在热成型过程中具有热稳定性和无掺杂，并且避免了由于不同的热膨胀系数而产生变形。
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：提供具有在90mm和250mm的范围内的外径和至少1m的长度的包层管，以及提供管状结构元件，其中至少一部分管状结构元件具有在0.2mm和2mm的范围内的壁厚和至少1m的长度，并且在所述包层管纵轴线垂直取向的情况下根据方法步骤(c)所述将所述结构元件布置在所述包层管内孔中，其中所述结构元件各自以其上方正面端部定位在所述规定位置处。
预制件是制造反谐振空芯光纤的起点。通过拉伸初级预制件，直接拉制成反谐振空芯光纤，或先通过再加工初级预制件制成另一种半成品，在此也称为“次级预制件”，然后由此拉制成反谐振空芯光纤。
在任何情况下，预制件的制造都包括反谐振元件预制棒与包层管的嵌套和结合。使预制棒的定位精度得以改善的是，包层管和反谐振元件预制棒是相对大体积和长的部件，并且它们在纵轴线垂直取向的情况下接合在一起，从而简化操作，并且重力有助于精确定位和结构元件纵轴线的平行垂直定向，因为结构元件各自以其上方正面端部定位并固定在所述规定位置处。
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显示在根据本发明的方法中使用的配备有纵向凹槽的经机械加工的包层管的截面，
图2以放大图显示图1的纵向结构和反谐振元件的剖面，以及
图3利用反谐振元件的另一个实施方式显示与图2对应的剖面。
使用包层管，所述包层管的壁在内包络面区域中配备有纵向凹槽或所述包层管的壁具有纵向开口。纵向凹槽或纵向开口例如以奇对称性或偶对称性均匀地围绕相应包层管的内圆周分布，并且它们用于反谐振元件预制棒在石英玻璃包层管中的规定位置处的精确定位。
图1示意性地显示内包络面处具有纵向凹槽3的厚壁石英玻璃包层管1的截面。通过钻削、磨削和珩磨以机械加工使包层管1的内壁达到预定的最终尺寸。此后，在内包络面中在限定的方位角位置处以均匀的间距铣削出纵向凹槽3。纵向凹槽3的数目对应于要定位的反谐振元件预制棒5的数目；在本实施例中，有六个预制棒5。纵向凹槽3从一个包层管端部延伸到另一个包层管端部，以致它们穿透正面。然后将切割边缘(3a；3b)玻璃化。
纵向凹槽3的切割宽度和切割深度一致，均为2mm。要定位在其上的反谐振元件预制棒5具有例如直径为7.4mm的基本上为圆形的外截面。它们位于纵向凹槽3的两个切割边缘3a；3b处，且伸入包壳管内孔6中。为了固定，使用含SiO2的密封或结合材料将反谐振元件预制件5的两个端部粘接在包层管正面区域中。通过随后拉长该整体，反谐振元件预制棒5在其整个长度上与包层管1内部的切割边缘3a；3b结合。通过在包层管1的内孔6中施加超压，可检查纵向凹槽3是否被反谐振元件预制棒5完全封闭。因而，纵向凹槽3用作精确定位辅助，可将每个反谐振元件预制棒5精确地定位和固定在此处。
代替厚壁包层管1，也可先为具有较小壁厚的包层管首先装配反谐振元件预制棒5，并且将附加包层材料施加到以这种方式制成的初级预制件上，特别地通过利用经机械加工达到最终尺寸的包覆圆柱体包覆。
当拉伸初级预制件8以形成空芯光纤或空芯光纤的另一种初级产品时，可将气体引入到中空通道中或从中吸出气体，这些中空通道是事先在纵向凹槽3和熔融的反谐振元件预制棒5中形成的，以便在中空通道中产生超压或负压。
如图2粗略绘制的那样，如有必要或需要，可因此改变和校正反谐振元件5在包层管内孔6中的径向位置。其中，草图(a)显示处在起始位置的具有ARE外管5a和嵌套的ARE内管5b的反谐振元件预制棒5。草图(b)显示受压力和高温的作用而变形并在某些区域内向内弯卷的外管壁，其具有固定于弯卷上的ARE内管5b，与起始位置相比，其处在改变后的径向位置。以此方式，也可以实现光纤设计，与经典的“堆叠-拉伸技术”不同，它也具有非六边形对称性，特别是非整数对称性。
通过在空芯通道中施加压力，还可将反谐振元件预制棒5的壁部分向反谐振元件预制棒的内部“折叠”。图3(a)显示处在起始位置的具有简单的外管5a(无附加嵌套ARE内管)的反谐振元件预制棒5。两条接触线之间的壁部分在高温和压力的作用下向内膨胀。如图3(b)显示的那样，如此在外管5a内产生具有负(凸)曲面的进一步的玻璃膜5c，所述玻璃膜可替代嵌套的内部元件(例如ARE内管5b；“nested element”)。
反谐振元件预制棒5的各个结构元件5a、5b的壁厚在0.2mm和2mm的范围内并且包层1的外径在90mm和250mm的范围内。部件的长度相同，均为1m。
由于包层管的质量和相对大体积的管状的长结构元件，在反谐振元件预制棒在纵轴线垂直取向时的定位的支持下，实现了结构元件纵轴线的轻微偏转。测得的最大角度偏差为0.3度。
在表1中指定反谐振空芯光纤的这些部件的尺寸，其中最终光纤中的反谐振元件的结构元件的壁厚(WT)为0.55μm。在“光纤”栏中指定要生产的空芯光纤的进一步的尺寸：
表1
Figure BDA0003408813510000131
Figure BDA0003408813510000141
其中表示：
OD 外径
ID 内径
ARE： 反谐振元件预制棒的ARE外管5a
NE 反谐振元件预制棒的ARE内管5b
纤芯D 空芯的内径
d 壁厚
在表2中指定反谐振空芯光纤的尺寸，其中最终光纤中的结构元件的壁厚(WT)为1.10μm。在“光纤”栏中指定要生产的空芯光纤的尺寸。使用表1中使用的和在那里解释的缩写。
表2
Figure BDA0003408813510000142
Figure BDA0003408813510000151

Claims (11)

1.一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内包层区域，所述内包层区域包括几个反谐振元件，所述方法具有以下步骤：
(a)提供包层管(1)，所述包层管具有包层管内孔(6)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)提供若干个反谐振元件预制棒(5)，所述反谐振元件预制棒由几个相互嵌套的管状结构元件组成，包括ARE外管(5a)和插入其中的ARE内管(5b)，其中所述结构元件具有结构元件纵轴线，
(c)将所述反谐振元件预制棒(5)布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的所述空芯光纤的初级预制件(8)，以及
(d)将所述初级预制件(8)拉伸成所述空芯光纤或将所述初级预制件(8)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，提供具有在90mm和250mm的范围内的外径和至少1m的长度的包层管(1)，以及提供管状结构元件(5a；5b)，其中至少一部分管状结构元件具有在0.2mm和2mm的范围内的壁厚和至少1m的长度，并且在所述包层管纵轴线垂直取向的情况下根据方法步骤(c)所述将所述结构元件(5a；5b)布置在所述包层管内孔中，其中所述结构元件(5a；5b)各自以其上方正面端部定位在所述规定位置处。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供具有在120mm至200mm的范围内的外径的包层管(1)，以及提供管状结构元件(5a；5b)，其中至少一部分管状结构元件具有在0.25mm和1mm的范围内的壁厚。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在根据方法步骤(d)所述拉制成所述空芯光纤之前，封闭所述反谐振元件预制棒(5)的正面端部中的至少一个正面端部。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，通过切削加工制成所述包层管内表面和/或所述包层管外表面和/或所述ARE外管内表面和/或所述ARE外管外表面，特别是通过钻削、铣削、磨削、珩磨和/或抛光。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，通过在所述规定位置的区域中切削加工为所述包层管内表面配备在所述包层管纵轴线方向延伸的纵向结构(3)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，借助定位模板将所述结构元件(5a；5b)的上方正面端部定位在所述规定位置处。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在包层管正面区域，优选在两个包层管正面区域插入所述定位模板。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，当根据方法步骤(d)所述拉制成所述空芯光纤时，将由石英玻璃制成的所述预制件(8)的几个组成部分一起加热并软化，其中所述预制件组成部分中的至少一些组成部分的石英玻璃包含至少一种掺杂剂，所述掺杂剂使石英玻璃的粘度降低。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据方法步骤(d)所述塌缩附加包层材料，并且与额外施加的所述包层材料的石英玻璃的粘度相比，在1250℃的测量温度下，所述包层管(1)的石英玻璃的粘度高至少0.5dPa·s，优选地高至少0.6dPa·s(当粘度表示为以dPa·s为单位的对数值时)。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述提供所述初级预制件(8)包括将所述反谐振元件预制棒(5)布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，其中所述布置所述反谐振元件预制棒(5)和/或根据方法步骤(d)所述拉制成所述空芯光纤包括使用含SiO2非晶颗粒的密封或结合材料进行固定处理和/或密封处理。
11.一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内包层区域，所述内包层区域包括几个反谐振元件，所述方法具有以下步骤：
(a)提供包层管(1)，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)提供若干个反谐振元件预制棒(5)，所述反谐振元件预制棒由几个相互嵌套的管状结构元件组成，包括ARE外管(5a)和插入其中的ARE内管(5b)，其中所述结构元件具有结构元件纵轴线，
(c)将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的所述空芯光纤的初级预制件(8)，以及
(d)可选地，将所述初级预制件(8)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，提供具有在90mm和250mm的范围内的外径和至少1m的长度的包层管(1)，以及提供管状结构元件(5a；5b)，其中至少一部分管状结构元件具有在0.2mm和2mm的范围内的壁厚和至少1m的长度，并且在所述包层管纵轴线垂直取向的情况下根据方法步骤(c)所述将所述结构元件(5a；5b)布置在所述包层管内孔中，其中所述结构元件(5a；5b)各自以其上方正面端部定位在所述规定位置处。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2583352B (en) * 2019-04-24 2023-09-06 Univ Southampton Antiresonant hollow core fibre, preform therefor and method of fabrication
CN114409242B (zh) * 2021-12-01 2023-08-18 浙江富通光纤技术有限公司 光纤预制棒的制造工艺以及光纤

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106575012A (zh) * 2014-06-06 2017-04-19 南安普敦大学 空芯光纤
CN108351465A (zh) * 2015-08-26 2018-07-31 马克斯-普朗克科学促进学会 空芯光纤及其制造方法
US20190011634A1 (en) * 2015-12-23 2019-01-10 Nkt Photonics A/S Hollow core optical fiber and a laser system
WO2019008352A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 University Of Southampton METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL FIBER PREFORM
CN109932778A (zh) * 2019-03-14 2019-06-25 深圳大学 反谐振光纤及其演化方法
CN111095059A (zh) * 2017-09-13 2020-05-01 南安普敦大学 反谐振空芯预制件和光纤以及制造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018150184A (ja) 2017-03-10 2018-09-27 古河電気工業株式会社 光ファイバの製造方法
EP3596518A4 (en) 2017-03-14 2021-01-06 Nanyang Technological University FIBER PREFORM, FIBER OPTIC AND THEIR FORMATION PROCESSES

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106575012A (zh) * 2014-06-06 2017-04-19 南安普敦大学 空芯光纤
CN108351465A (zh) * 2015-08-26 2018-07-31 马克斯-普朗克科学促进学会 空芯光纤及其制造方法
US20190011634A1 (en) * 2015-12-23 2019-01-10 Nkt Photonics A/S Hollow core optical fiber and a laser system
WO2019008352A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 University Of Southampton METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL FIBER PREFORM
CN111095059A (zh) * 2017-09-13 2020-05-01 南安普敦大学 反谐振空芯预制件和光纤以及制造方法
CN109932778A (zh) * 2019-03-14 2019-06-25 深圳大学 反谐振光纤及其演化方法

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