CN116472254A - 用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法(700)，该反谐振空芯光纤具有沿着光纤纵向轴线延伸的空芯以及包围该空芯并且包括至少一个反谐振元件的包层区域，该方法至少具有以下方法步骤：(a)提供(710)包括包层管内表面和包层管外表面(210)的包层管(200)，其中至少一个反谐振元件预成形件(400)布置在该包层管内表面处，(b)提供(720)包括覆盖管内表面(310)的覆盖管(300)，其中该覆盖管(300)的内径大于该包层管(200)的外径，(c)将该包层管(200)布置(730)在该覆盖管(300)内，使得该覆盖管内表面(310)包围该包层管外表面(210)，以及(d)将该覆盖管(300)添加(740)到该包层管(200)，使得该覆盖管内表面(310)连接到该包层管外表面(210)。

Description

用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法
说明书
本发明涉及用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法。
背景技术
固体材料的常规单模光纤具有玻璃芯区域，其被具有较低折射率的玻璃包层区域包围。光引导由此基于芯区域和包层区域之间的全反射。然而，被引导的光与固体材料的相互作用与数据传输期间的增加的延迟以及相对低的损坏阈值(与高能量辐射相比)相关联。
“空芯光纤”避免或减小了这些缺点，在该空芯光纤的情况下，芯包括填充有气体或液体的抽空腔。空芯光纤中的光与玻璃的相互作用小于实芯光纤中的光与玻璃的相互作用。芯的折射率小于包层的折射率，使得借助于全反射的光引导是不可能的，并且光通常将从芯逃逸到包层中。取决于光引导的物理机制，空芯光纤被分成“光子带隙光纤”和“反谐振空芯光纤”。
在“光子带隙光纤”的情况下，空芯区域被包层包围，在该包层中周期性地布置有小型中空管道。包层中的中空管道的周期性结构引起参考半导体技术被称为“光子带隙”的效应，根据该效应，在包层结构处散射的特定波长范围的光由于中央腔中的布拉格反射(Bragg reflection)而相长干涉，并且不能在包层中横向传播。
在被称为“反谐振空芯光纤”(ARHCF)的空芯光纤的实施方案的情况下，空芯区域被内包层区域包围，在该内包层区域中布置有所谓的“反谐振元件”(或“反谐振元件”；简称为“ARE”)。围绕空芯均匀分布的反谐振元件的壁可充当法布里-珀罗腔，其以反谐振进行操作并且反射入射光并引导其通过光纤芯。
这种光纤技术保证了低光衰减、非常宽的传输光谱(也在UV或IR波长范围内)以及在数据传输期间的小延迟。
空芯光纤的潜在应用是在以下领域中：数据传输、高性能光束引导(例如用于材料处理)、模态过滤、非线性光学器件(特别是用于超连续谱生成，从紫外到红外波长范围)。
现有技术
反谐振空芯光纤的一个缺点是高阶模不一定被抑制，使得它们在大传输长度上通常不是纯单模的，并且输出光束的质量劣化。
在Francesco Poletti的论文“嵌套的反谐振无节空芯光纤(Nestedantiresonant nodeless hollow core fiber)”；光学快报，第22卷，第20期(2014)；DOI：10.1364/OE 22.023807中提出了一种光纤设计，在该光纤设计的情况下，反谐振元件不被形成为简单单结构元件，而是由嵌套的若干结构元件组成。嵌套的反谐振元件以这样的方式设计，使得较高阶的芯模在相位上适配至包层模并且被抑制，而不是基本芯模。因此总是确保了基本芯模的传播，并且可在有限波长范围内有效地使空芯光纤为单模的。
有效模抑制是透射光的中心波长和光纤设计的结构参数(诸如空芯的半径和反谐振元件中的嵌套环结构的直径差)的函数。
从EP 3136143 A1中已知一种反谐振空芯光纤(在本文中称为“没有带隙的空芯光纤”)，在该反谐振空芯光纤的情况下，除了基模之外，芯还可引导另外的模。为此目的，所述芯被包括“非谐振元件”的内包层包围，该非谐振元件提供反谐振模与较高模的相位适配。空芯光纤的制造根据所谓的“堆积和拉制”技术来进行，其中输出元件被布置以形成轴向平行整体，并且被固定以形成预成形件，该预成形件随后被拉长。由此使用包括六边形内截面的包层管，并且六个所谓的“ARE预成形件”(反谐振元件预成形件)固定在包层管的内边缘中。在两个阶段中拉伸该预成形件以形成空芯光纤。
预成形件的精确且可再现的制造被证明是困难的，因为已经小的尺寸偏差不利地影响光引导的有效性。具体地，随着包层管的壁厚的增加以及相关联的对供热的需求，在包层管和反谐振元件预成形件的连接期间发生不受控制的变形。因此可能有利的是，使用相对薄壁的包层管以连接到反谐振元件预成形件，并且在单独方法步骤中借助于由大块玻璃制成的覆盖管包围该包层管，以便设置期望的壁厚。
覆盖管与包层管的连接(所谓的“添加”)以及拉制成最终玻璃光纤由此可在协同步骤中或在彼此分开的两个步骤中执行。即使不进行直接拉制成最终玻璃光纤，也可以将添加与部分拉长相结合以便减小预成形件的直径，并且从而将其准备用于最终拉制。
从US 2010/030429 A1中已知一种用于制造微结构化光纤的方法，在该方法的情况下，由包括多个微管的芯和包封芯的由大块玻璃制成的覆盖管组成的预成形件被拉制成光纤。为了在拉伸期间连接芯和覆盖管，在覆盖管和芯之间施加负压，同时在芯内部施加正压，使得微管在拉伸成最终光纤期间不塌陷。
从US 2020/0024178 A1中已知一种用于制造空芯光纤的方法，在该方法的情况下，由空芯和包封芯的由大块玻璃制成的覆盖管组成的预成形件被拉制成空芯光纤。为了在拉制期间连接芯和覆盖管，在覆盖管和芯之间施加负压，同时将气体引入空芯中以防止芯的塌陷。
技术目标
反谐振空芯光纤，特别是包括嵌套结构元件的那些反谐振空芯光纤具有复杂的内部几何形状，这使得它们的精确和可再现的制造更加困难。这一点尤其适用，因为为了分别遵循谐振或反谐振条件，已经不能容忍要被引导的光的工作波长的量值的小尺寸偏差。光纤预成形件的配置可能是与目标几何形状有偏差的原因，并且它们也可能由于在添加期间的不按比例的不受控制的变形而发生。
在将覆盖管添加到设置有反谐振元件预成形件的包层管期间，与目标几何形状的每个结构偏差减小了最终反谐振空芯光纤的质量。
本发明的目的是提供一种用于成本有效地制造反谐振空芯光纤的方法，该方法避免了常规制造方法的限制。
本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法提供了反谐振空芯光纤的大量制造。
具体地，本发明的目的是提供一种用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法，通过该方法，如果可能的话，在将覆盖管添加到包层管时以可再现方式获得结构元件的高精度。
本发明的优选实施方案
独立权利要求的特征促成至少部分地满足前述目标中的至少一个目标。从属权利要求提供促成至少部分地满足这些目标中的至少一个目标的优选实施方案。
/1/一种用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法，该反谐振空芯光纤具有沿着光纤纵向轴线延伸的空芯以及包围该空芯并且包括至少一个反谐振元件的包层区域，该方法至少具有以下方法步骤：
(a)提供包括包层管内表面和包层管外表面的包层管，其中至少一个反谐振元件预成形件布置在该包层管内表面处，
(b)提供包括覆盖管内表面的覆盖管，其中该覆盖管的内径大于该包层管的外径，
(c)将该包层管布置在该覆盖管内，使得该覆盖管内表面包围该包层管外表面，
(d)将该覆盖管添加到该包层管，使得该覆盖管内表面连接到该包层管外表面，
其特征在于，
在方法步骤(d)中的该添加期间，在覆盖管内表面和包层管外表面之间施加第一负压P1，并且在该包层管内施加第二负压P2。
/2/根据实施方案1所述的方法，其特征在于，与环境压力相比，该第一负压P1位于-100mbar至-10mbar的范围内，并且该第二负压P2位于-50mbar至-1mbar的范围内。
/3/根据实施方案1或2所述的方法，其特征在于，该第一负压P1具有比该第二负压P2大的量。
/4/根据前述实施方案中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤(d)中的该添加期间，在该至少一个反谐振元件预成形件内施加第三负压P3。
/5/根据实施方案4所述的方法，其特征在于，该第三负压P3具有与该第二负压P2相同的量。
/6/根据实施方案4所述的方法，其特征在于，该第三负压P3具有与该第一负压P1和该第二负压P2不同的量，特别是该第三负压P3具有比该第二负压P2小的量。
/7/根据前述实施方案中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤(d)之前，该包层管在第一包层管端部处以不透气方式闭合，并且在一些区域中，该覆盖管内表面在第二包层管端部处以不透气方式连接到该包层管外表面。
/8/根据实施方案7所述的方法，其特征在于，该包层管在该第二包层管端部处具有保持球以便在方法步骤(c)中将该包层管布置在该覆盖管内。
/9/根据实施方案7或8中任一项所述的方法，其特征在于，通过形成尖端，该包层管在该第一包层管端部处以不透气方式闭合。
/10/根据实施方案7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在该第一包层管端部的该区域中施加该第一负压P1，并且在该第二包层管端部的该区域中施加该第二负压P2。
/11/根据实施方案10所述的方法，其特征在于，借助于第一保持管道施加该第一负压P1，该第一保持管道附接到面向该第一包层管端部的第一覆盖管端部，并且借助于第二保持管道施加该第二负压P2，该第二保持管道附接到面向该第二包层管端部的第二覆盖管端部。
/12/根据实施方案9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤(d)之前，将该尖端插入到穿孔盘中。
/13/根据前述实施方案中任一项所述的方法，其特征在于，首先施加该第一负压P1，并且然后施加该第二负压P2。
/14/根据前述实施方案中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤(d)中的该添加期间，将该预成形件拉长。
一般事项
在本说明书中，范围规格还包括提及为极限的值。相对于变量A的类型的指定“在X至Y的范围内”从而意指A可取X值、Y值以及在X与Y之间的值。因此，变量A的类型的在一侧上限制的范围“多达Y”因此意指Y以及小于Y的值。
所描述的特征中的一些特征与术语“基本上”相关。术语“基本上”应当以这样的方式进行理解，使得在实际条件和制造技术下，诸如“重叠”、“垂直”、“直径”或“平行性”的术语的数学确切解释可能绝不确切提供，而是只能在某些制造相关误差容限内应用。例如，“基本上垂直的轴线”绘制了彼此成85度至95度的角度，并且“基本上相等的体积”包括至多5体积％的偏差。“基本上由石英玻璃组成的设备”包括例如≥95重量％至≤100重量％的石英玻璃部分。“基本上完全地填充体积B”包括例如填充总体积B的≥95体积％至≤100体积％。
具体实施方式
本发明涉及用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法。作为方法步骤(a)的一部分，进行提供包括包层管内侧和包层管外表面的包层管，其中至少一个反谐振元件预成形件布置在包层管内表面处。
方法步骤(b)包括提供包括覆盖管内表面的覆盖管，其中覆盖管的内径大于包层管的外径。
方法步骤(c)包括将包层管布置在覆盖管内，使得覆盖管内表面包围包层管外表面，特别是基本上同心地包围。
方法步骤(d)包括将覆盖管添加到包层管，使得覆盖管内表面连接到包层管外表面，特别是借助于物质到物质粘结而连接。
获得目标的解决方案，其中至少在方法步骤(d)中的将覆盖管添加到包层管期间，在覆盖管内表面与包层管外表面之间施加第一负压P1，并且在包层管内(以及任选地也在反谐振元件预成形件内)施加第二负压P2，以便提供添加，同时以可再现方式高度保持结构元件(特别是包层管和反谐振元件预成形件)的精度。
预成形件是可从中拉制反谐振空芯光纤的部件。在另选方案中，预成形件可被进一步处理成次级预成形件，从该次级预成形件中拉制反谐振空芯光纤。该进一步处理可包括热成形过程(例如拉长、塌陷或添加附加包层材料)的一次或重复执行。
包层管是基本上由石英玻璃制成的管状元件，其用于将反谐振元件预成形件布置在包层管内表面处。当拉制最终预成形件时，包层管包围反谐振空芯光纤的空芯。在一个实施方案中，包层管的内径在10mm至60mm的范围内。在一个实施方案中，包层管的外径在25mm至250mm的范围内，优选地在30mm至200mm的范围内。在一个实施方案中，包层管的长度在400mm至1200mm的范围内。
反谐振元件可以是空芯光纤的简单或嵌套的结构元件。它们具有至少两个壁，从空芯的方向看，该至少两个壁具有负曲率(凸形)或没有曲率(平坦、直线)。它们通常由对工作光透明的材料(例如玻璃，特别是掺杂或未掺杂的石英玻璃(SiO2)，塑料，特别是聚合物、复合材料、或结晶材料)组成。
管状部件或预成形件的部件部分被称为反谐振元件预成形件，其在光纤拉制过程期间借助于简单的拉长来基本上变成空芯光纤中的反谐振元件。在一个实施方案中，反谐振预成形件至少部分地具有在0.1mm至3mm的范围内、优选地在0.1mm至2mm的范围内、更优选地在0.2mm至1.5mm的范围内的壁厚。反谐振元件预成形件可以是定位辅助件可附加地固定到的简单或嵌套的部件。反谐振元件预成形件具有至少两个壁，从空芯的方向看，该至少两个壁具有负曲率(凸形)或没有曲率(平坦、直线)。借助于预成形件的进一步处理，特别是借助于热成形步骤，可产生中间产品，其中初始反谐振元件预成形件以与初始形状相比改变的形状存在。
覆盖管是管状元件，其基本上由石英玻璃制成，并且作为根据本发明的方法的一部分，其围绕包层管布置，并且其使用第一负压P1来连接到包层管(所谓的“添加”)，特别是借助于物质到物质粘结，该物质到物质粘结借助于热输入，例如经由火焰过程(例如氢焰炬)或无火焰过程(例如借助于电炉)。当使用相对薄的包层管时，覆盖管在最终反谐振空芯光纤的形成期间确保附加包层材料，并且从而提供使用相对薄的包层管来布置反谐振元件预成形件。
预成形件的基本上由石英玻璃制成的部件可具有掺杂。掺杂提供了邻近预成形件的热膨胀系数的适配以便避免张力或减小张力。优选使用氟、氯和/或羟基作为掺杂剂，其降低石英玻璃的粘度。掺杂也可用于减小部件部分的热稳定性，从而有利于邻近部件部分的稳定性。例如，已经证明在添加期间有利的是：当在1250℃的测量温度下，包层管的石英玻璃具有比另外施加的包层材料的石英玻璃高至少0.5dPa.s的粘度，优选地具有比其高至少0.6dPa.s的粘度(在将粘度指定为以dPa.s表示的对数值时)时。
在方法步骤(c)中，将包层管布置在覆盖管内，使得包层管外表面面向覆盖管内表面。为此目的，覆盖管的内径大于包层管的外径。在一个实施方案中，覆盖管的内径比包层管的外径大1mm至15mm。这允许可容易进行的包层管在覆盖管内的布置，并且在添加期间借助于方法步骤(d)中的热输入，可以同时实现覆盖管内表面与包层管外表面的物质到物质粘结。如果直径相差大于15mm，则覆盖管和包层管的物质到物质粘结将仅在预成形件的不受控制的塑性变形下是可能的，这将不利地影响最终反谐振空芯光纤的光电导性。
方法步骤(d)中的添加的目的是借助于热输入进行的在覆盖管内表面和包层管外表面之间的物质到物质粘结。热输入必须以这样的方式进行，使得两个元件的材料之间的物质到物质粘结是可能的。可获得这种效果，其中覆盖管内表面和包层管外表面至少部分地从固体聚集态变为液体(特别是粘性的)聚集态。
热输入可以不同方式实现，例如借助于：
-基于火焰的过程：基于放热反应气体的氧化。一个示例是使用氢气(也称为“H2”)作为燃烧气体(火焰水解)。它与空气中的氧气(也称为“O2”)反应；或
-无火焰过程：使用加热并且不需要明火的其他系统。一个示例是使用能够将电能转换成热能(热)的电阻器。
为了提供添加，至少作为方法步骤(d)的一部分，在覆盖管内表面和包层管外表面之间施加第一负压P1。第一负压P1有助于更好的可再现性，因为它在添加期间产生向内作用的附加力，使得可导致不受控制的添加过程的其他方法参数的随机波动得到补偿。由覆盖管的内径和包层管的外径之间的差异导致的间隙也可因此以可再现方式闭合，而在预成形件内没有条纹和/或气泡。
在方法步骤(d)中的添加期间所需的热输入不仅导致覆盖管内表面和包层管外表面的至少部分软化，而且反谐振元件预成形件还至少部分地从固体聚集态变成液体(特别是粘性的)聚集态。由于软化，此外存在单独部件的不受控制和不希望的结构变形的风险，这不利地影响最终反谐振空芯光纤的质量。与覆盖管相比更低的结构尺寸以及与其相关联的更小热质量可特别是导致包层管和至少一个反谐振元件预成形件的不受控制的结构变形。
在反谐振空芯光纤的预成形件的制造期间变为明显的是：在覆盖管内表面和包层管外表面之间的负压至少部分地导致包层管的不受控制的扩张。为了防止这种情况并且从而确保反谐振空芯光纤的预成形件的精确且可再现的成形，本发明公开了至少在方法步骤(d)的添加期间，在覆盖管内表面和包层管外表面之间施加第一负压P1，并且在包层管内施加第二负压P2。
该概念允许以工业规模的反谐振空芯光纤的预成形件的可再现且精确的制造方法。
根据本发明，低于包围预成形件的环境压力的相对压力被理解为负压。例如-50mbar的负压对应于与环境压力相比的50mbar的负压差，其将对应于950mbar的压力，例如在1000mbar的环境压力下。当施加完全真空时，达到可能最大的负压，并且其将对应于周围环境压力。
在方法步骤(d)中的添加期间，第一负压P1和第二负压P2可呈现与环境压力相比不同的值。
该方法的一个实施方案的特征在于，与环境压力相比，第一负压P1处于-150mbar至-5mbar的范围内、优选地处于-120mbar至-5mbar的范围内、更优选地处于-100mbar至-10mbar的范围内，并且第二负压P2处于-100mbar至-1mbar的范围内、优选地处于-70mbar至-1mbar的范围内、更优选地处于-50mbar至-1mbar的范围内。以此方式，方法步骤(d)中的添加以可再现且精确的方式在预成形件的部件(特别是包层管和反谐振元件预成形件)的仅轻微且可控变形的情况下进行。如果第一负压P1具有大于150的量，则发生预成形件的部件(特别是包层管和至少一个反谐振元件预成形件)的不希望的变形。相比之下，在第一负压P1的量小于5的情况下，不发生覆盖管和包层管的可再现的精确的物质到物质粘结。如果第二负压P2具有高于100的量，则发生包层管的部分不受控制的塌陷，这导致对最终反谐振空芯光纤的质量的负面影响。相比之下，如果第二负压P2具有小于1的量，或者如果甚至施加正压，则发生包层管和反谐振元件预成形件的不受控制的变形(特别是膨胀)，这同样导致对最终反谐振空芯光纤的质量的负面影响。
该方法的一个实施方案的特征在于，第一负压P1具有比第二负压P2大的量。因此，在覆盖管内表面和包层管外表面之间施加的压力比在包层管内施加的压力更小。这允许覆盖管内表面和包层管外表面的物质到物质粘结，而没有包层管和/或反谐振预成形件的不受控制的变形(特别是膨胀)。
已经证明有利的是，在第一负压P1和第二负压P2之间存在3mbar至60mbar、优选地5mbar和40mbar之间、更优选地10mbar和35mbar之间范围内的压力差。
该方法可以这样的方式设计，使得至少在方法步骤(d)中的添加期间，在整个包层管中施加，因此也在反谐振元件预成形件内施加第二负压P2。
该方法的一个实施方案的特征在于，至少在方法步骤(d)中的添加期间，在至少一个反谐振元件预成形件内施加第三负压P3。这允许根据预成形件的单独部件的选定材料和/或壁厚来更精细地调整不同压力比率并且因此允许甚至更精确的制造方法。
从而第二负压P2和第三负压P3可具有不同的量以及相同的量。
该方法的一个实施方案的特征在于，第三负压P3具有与第一负压P1和第二负压P2不同的量，特别是第三负压P3具有比第二负压P2小的量，并且优选地也具有比第一负压P1小的量。在一个实施方案中，与环境压力相比，第三负压P3处于-100mbar至-1mbar的范围内、优选地处于-70mbar至-1mbar的范围内、更优选地处于-50mbar至-1mbar的范围内、甚至更优选地处于-10mbar至-1mbar的范围内。如果第三负压P3具有比第二负压P2小的量，因此如果在反谐振元件预成形件内作用的压力高于周围包层管中作用的压力，则减小了反谐振元件预成形件通过塌陷而破坏的风险。相反，可能发生反谐振元件预成形件的轻微膨胀，与塌陷相比，这对最终反谐振空芯光纤的质量具有更少的负面影响。
不同负压P1、P2和任选的P3可以多种方式施加以便制造该预成形件。该方法的一个实施方案以这样的方式设计，使得至少第一负压P1和第二负压P2被施加在待制造的预成形件的相同端部处。
为了施加不同负压P1、P2和任选的P3以用于制造预成形件，预成形件的部件可以不同方式彼此布置和/或彼此连接。
该方法的一个实施方案的特征在于，在方法步骤(d)之前，包层管在第一包层管端部处以不透气方式闭合，并且在一些区域中，覆盖管内表面在第二包层管端部处以不透气方式连接到包层管外表面，该第二包层管端部与第一包层管端部轴向相对。可获得第一包层管端部的不透气闭合，例如借助于通过形成尖端(特别是石英玻璃的尖端)来热熔合在一起，或者借助于附接到第一包层管端部的气密闭合件。在本发明的一个优选实施方案中，从地球表面看，第一包层管端部(特别是尖端)布置在待制造的预成形件的底部上。
例如可经由局部热输入来获得在第二包层管端部的区域中的覆盖管内表面和包层管外表面的不透气连接，该局部热输入例如经由20mm至60mm的轴向膨胀来建立覆盖管内表面和包层管外表面的径向圆周的物质到物质粘结。可能有利的是，在覆盖管内表面和包层管外表面之间施加负压以便形成不透气连接。
相应负压的施加可在待制造的预成形件的相同空间端部处进行。
该方法的一个实施方案的特征在于，在第一包层管端部的区域中施加第一负压P1，并且在第二包层管端部的区域中施加第二负压P2。由于空间原因，这提供了简化过程。
包层管在覆盖管内的布置可以不同方式实现。
该方法的一个实施方案的特征在于，包层管在第二端部处具有保持球，以便在方法步骤(c)中将包层管布置在覆盖管内。保持球应被理解为包层管的特别是球形设计的部分或附件，其直径(具体地外径)与其余包层管相比增大，并且其被设计成大于覆盖管的直径(具体地内径)。这允许将包层管(首先将第一端部)插入到覆盖管中，直到到达保持球，该保持球由于较大直径而不能被引入到覆盖管中。由于作为该方法的一部分，预成形件的单独部件垂直于地球表面，并且特别是从地球表面观察，包层管的第二端部由此垂直布置在包层管的第一端部上方的事实，保持球允许将包层管不复杂且安全地钩到覆盖管中。在一个实施方案中，具体地借助于热输入和加压空气，通过形成保持球，包层管在第二端部处变形。在另一优选的实施方案中，在将包层管布置在覆盖管内之前，保持球作为单独部件例如借助于物质到物质粘结来连接到包层管的第二端部。由此优选的是，保持球以及包层管由具有相同或类似组成的石英玻璃成形以便在输入期间不产生任何热致张力。包层管内部经由保持球中的流体传导开口以气体传导方式连接到包层管的周围区域。为了提供围绕保持球的气体交换，保持球可具有轴向延伸的凹槽、凹口或其他类型的凹陷部。
向待制造的预成形件施加相应负压可以各种方式来实现。
该方法的一个实施方案的特征在于，借助于第一保持管道施加第一负压P1，该第一保持管道附接到面向第一包层管端部的第一覆盖管端部，并且借助于第二保持管道施加第二负压P2，该第二保持管道附接到面向第二包层管端部的第二覆盖管端部。
保持管道应被理解为具体地由石英玻璃或金属制成并且以罩形方式成形的部件，其包括保持管道开口和包围保持管道开口的保持管道边缘。保持管道边缘被设计成附接到轴向覆盖管并且在保持管道边缘的整个圆周上以不透气方式(例如借助于热输入)连接到该轴向覆盖管。这建立保持管道与覆盖管的机械紧固。此外，所附接的保持管道闭合覆盖管端部，使得在保持管道边缘和覆盖管端部之间不会发生与待制造的预成形件的周围区域的气体交换。
第一保持管道具有第一气体连接部，该第一气体连接部以流体传导方式连接到或可以流体传导方式连接到第一保持管道开口。至少在方法步骤(d)中的添加期间，第一保持管道(特别是第一保持管道边缘)连接到第一覆盖管端部，使得第一气体连接部经由第一保持管道开口和第一覆盖管端部以或可以流体传导方式连接到覆盖管内表面和包层管外表面之间的间隙。如果覆盖管内表面在第二端部处以不透气方式连接到包层管外表面，则可经由第一气体连接部施加第一负压P1。也可经由第一气体连接部施加正压，或者可以流体传导方式闭合第一气体连接部。
第二保持管道具有第二气体连接部，该第二气体连接部以或可以流体传导方式连接到第二保持管道开口。至少在方法步骤(d)中的添加期间，第二保持管道(特别是第二保持管道边缘)连接到第二覆盖管端部，使得第二气体连接部也经由第二保持管道开口并且如果存在保持球的话也经由保持球以或可以流体传导方式连接到第二包层管端部。如果第一包层管端部以不透气方式闭合，则可经由第二气体连接部施加第二负压P2。也可经由第二气体连接部施加正压，或者可以流体传导方式闭合第二气体连接部。
该方法的一个实施方案的特征在于，第一包层管端部(特别是成形为尖端的第一包层管端部)布置在穿孔盘中。
穿孔盘具有至少一个轴向延伸孔，该至少一个轴向延伸孔被设计成以这样的方式接收第一包层管端部(特别是被成形为尖端的第一包层管端部)，使得包层管(特别是第一包层管端部)固定在覆盖管内。在一个实施方案中，穿孔盘被形成为第一保持管道的一部分，特别是形成为第一保持管道边缘的一部分。为了在第一气体连接部与覆盖管内表面和包层管外表面之间的间隙的之间进行气体交换，穿孔盘具有延伸通过穿孔盘的至少一个轴向穿通部。
穿孔盘可由不同材料形成，其中石英玻璃是优选的，因为它避免了热张力。
在进行方法时，可同时或以不同顺序施加不同负压。
该方法的一个实施方案的特征在于，首先施加第一负压P1，并且然后施加第二负压P2。已经施加的第一负压P1特别是有利于覆盖管内表面和包层管外表面与第二包层管端部的部分不透气连接。
该方法的一个实施方案的特征在于，在方法步骤(d)中的添加期间，将预成形件拉长。
在拉长期间，预成形件被延长。拉长可按比例进行，使得例如预成形件的部件或部件部分的形状和布置反映在拉长的最终产品中。然而，在拉长期间，也可不按比例地拉制初级预成形件，并且可改变其几何形状。
在方法步骤(d)中的添加和任选拉长结束后，可结束预成形件的制备。在另外的实施方案中，借助于进一步处理，由预成形件制造次级预成形件，其中进一步处理包括一次或重复地执行以下热成形过程中的一者或几者：
i.拉长，
ii.塌陷，
iii.塌陷并同时拉长，
iv.添加附加包层材料，
v.添加附加包层材料并随后拉长，
vi.添加附加包层材料并同时拉长。
在塌陷期间，内孔变窄，或者管状部件之间的间隙闭合或变窄。塌陷通常与拉长相关联。以这种方式制造的次级预成形件可能已经被设计并且适合于拉制空芯光纤。可任选地进一步处理次级预成形件，其中例如将其拉长或向其添加附加包层材料。
实施例
下面将借助于示例以示例性方式进一步说明本发明。本发明不限于示例。
附图
下面将借助于附图以示例性方式进一步说明本发明。本发明不限于附图。
图1示出了通过用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的第一中间产品的纵截面，
图2示出了通过用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的第二中间产品的纵截面，
图3示出了当施加第一负压P1和第二负压P2时通过用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的第二中间产品的纵截面，并且
图4示出了用于制造预成形件的方法的流程图。
附图说明
图1示出了通过用于制造包括包层管200和覆盖管300的反谐振空芯光纤的预成形件的方法的中间产品100'的纵截面。包层管200具有包层管外表面210和包层管内表面，其中若干反谐振元件预成形件400以轴向对准方式布置在包层管内表面处并且借助于物质到物质粘结连接到该包层管内表面。包层管200布置在覆盖管300内，使得包层管外表面210被覆盖管内表面310以套筒状方式包围。包层管外表面210的直径小于覆盖管内表面310的直径，使得在包层管200和覆盖管300之间形成环形间隙450。间隙450允许将包层管200无接触地且因此无损坏地引入到覆盖管300中。为了将包层管200布置在覆盖管300内，第二包层管端部235被成形为保持球240。在所示的实施方案中，包层管200和保持球240成形为单件并且由相同材料制成。在另外的未示出实施方案中，包层管200和保持球240由不同材料成形，例如，保持球240由玻璃制成，特别是由石英玻璃制成。保持球240具有保持球外径245，其大于覆盖管300的内径。在所示部件的布置的情况下(这对于该方法是有利的并且被设计成垂直于地球表面，其中保持球相对于地球表面在顶部附接或成形到包层管200)，这使得可以将包层管200钩入到覆盖管300中。在面向包层管200的第一保持球端部241处，以及在与第一保持球端部241轴向相对的第二保持球端部242处，保持球240以流体传导方式配备，使得包层管200的内部经由保持球240以流体传导方式连接到包层管200的周围区域。为了提供围绕保持球240(因此在保持球240的接触点与覆盖管300之间)的气体交换，保持球240可具体地具有保持球外表面、凹槽、凹口或其他类型的轴向延伸的凹陷部(未示出)。面向地球表面的第一包层管端部230被成形为尖端，该尖端以流体传导方式闭合第一包层管端部230。在所示的实施方案中，在包层管200的内部与包层管200的周围区域之间的气体交换仅可经由保持球240在第二包层管端部230处进行。
面向第一包层管端部230的第一覆盖管端部330轴向连接到以罩形方式设计的第一保持管道500，特别是连接到第一保持管道500的第一保持管道边缘510。在面向第一包层管端部230的一侧上，第一保持管道500被成形为穿孔盘530，被成形为尖端的第一包层管端部230被接收在该穿孔盘中并且因此被固定以防止侧向移动。这防止了覆盖管300和/或包层管200通过第一中间产品100'的这两个部件相对于彼此的不受控制的相对移动而被部分或完全破坏。此外，借助于穿孔盘530而有利于包层管200在覆盖管300内的轴向对准。在所示的实施方案中，第一保持管道500和穿孔盘530被成形为单件。在另外的实施方案中，穿孔盘530被成形为单独部件，优选地由石英玻璃制成。
第一保持管道500具有第一保持管道内部空间520，该第一保持管道内部空间经由穿孔盘530中的轴向延伸的穿通部535以流体传导方式连接到覆盖管内表面310和包层管外表面210之间的间隙450。在与覆盖管300相对的端部处，第一保持管道500具有第一气体连接部540。第一气体连接部540可以流体传导方式可逆地打开并且可以流体传导方式闭合。任选地，第一气体连接部540可连接到第一中间产品100'的周围区域、针对气体(例如氮气或氩气)的储存器和用于施加负压的负压源，或者第一气体连接部540可以不透气方式进行闭合。
面向第二包层管端部235的第二覆盖管端部340轴向连接到以罩形方式设计的第二保持管道550。
第二保持管道550具有第二保持管道内部空间570，该第二保持管道内部空间经由保持球240以流体传导方式连接到包层管200的内部。在与覆盖管300相对的端部处，第二保持球550具有第二气体连接部580。第二气体连接部580可以流体传导方式可逆地打开并且可以流体传导方式闭合。任选地，第二气体连接部580可连接到第一中间产品100'的周围区域、针对气体(例如氮气或氩气)的储存器和用于施加负压的负压源，或者第二气体连接部580可以不透气方式进行闭合。
在用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的所示阶段中，第一气体连接部540和第二气体连接部580以流体传导方式打开，其中气体(例如氮气或氩气)被引入通过第一气体连接部540。气体流动通过第一保持管道500和第一中间产品100'，并且通过第二气体连接部580再次排出，由此尽可能完全地移除先前在第一中间产品100'中获得的环境空气，并且准备将覆盖管300添加到包层管200，这作为方法的一部分进行。
图2示出了通过用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的第二中间产品100”的纵截面，该第二中间产品由来自图1的第一中间产品100'制造。第二中间产品100”与来自图1的第一中间产品100”的不同之处在于，覆盖管300(特别是包层管外表面210)经由环形连接点600在第二包层管端部235的区域中以不透气方式连接到覆盖管300(特别是覆盖管内表面310)。
为了将覆盖管300连接到包层管200，以流体传导方式闭合第二气体连接部580，并且第一气体连接部540以流体传导方式连接到负压源(例如真空泵)。在待制造的连接点600的区域中，覆盖管内表面310和包层管外表面210的物质到物质粘结经由在间隙450中以这种方式产生的负压与围绕覆盖管300以环形方式施加的局部受限的热供应650的组合而发生。例如，在连接点600的区域中借助于电炉(未示出)在1950℃至2150℃范围内的操作温度下加热材料，以便提供覆盖管内表面310和包层管外表面210的物质到物质粘结。
连接点600将覆盖管内表面310和包层管外表面210之间的间隙450分成面向第一保持管道500并以流体传导方式连接到其的第一间隙部分450'和面向第二保持管道并以流体传导方式连接到其的第二间隙部分450”。
图3示出了在用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的高级阶段中的来自图2的第二中间产品100”。连接点600已经将第二中间产品100”分成彼此分开的两个压力区域。第一压力区域包括第一保持管道，特别是第一保持管道内部空间520和第一间隙部分450'。第二压力区域包括第二保持管道550，特别是第二保持管道内部空间570、保持球240和包层管200的内部，连同反谐振元件预成形件400。第一气体连接部540和第二气体连接部580以流体传导方式打开并且各自连接到单独负压源，例如各自连接到单独真空泵。这提供了在第一压力区域中施加第一负压P1并且与其独立地在第二压力区域中施加第二负压P2，并且因此提供了将覆盖管300添加到包层管200，同时以可再现方式高度地保持包层管200和反谐振元件预成形件400的精度(作为另一方法的一部分)。
图4示出了用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法700的实施方案，该方法至少具有以下方法步骤：
(a)提供710包括包层管内表面和包层管外表面210的包层管200，其中至少一个反谐振元件预成形件400布置在包层管内表面处，
(b)提供720包括覆盖管内表面310的覆盖管300，其中覆盖管300的内径大于包层管200的外径，
(c)将包层管200布置730在覆盖管300内，使得覆盖管内表面310包围包层管外表面210，
(d)将覆盖管300添加740到包层管200，使得覆盖管内表面310连接到包层管外表面210。
由此规定了在方法步骤(d)中的添加740期间，在覆盖管内表面310与包层管外表面210之间施加第一负压P1，并且在包层管200内施加第二负压P2，以便提供附接，同时以可再现方式高度保持结构元件(特别是包层管200和反谐振元件预成形件400)的精度。
在说明书中公开的特征对于所要求保护的本发明的各种设计(单独地以及以彼此的任何组合)可以是重要的。所公开的用于预成形件、反谐振空芯光纤或方法的中间产品的特征也被公开用于方法，反之亦然。
附图标号
100' 用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的第一中间产品
100” 用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法的第二中间产品
200 包层管
210 包层管外表面
230 第一包层管端部
235 第二包层管端部
240 保持球
241 第一保持球端部
242 第二保持球端部
245 保持球外径
300 覆盖管
310 覆盖管内表面
330 第一覆盖管端部
340 第二覆盖管端部
400 反谐振元件预成形件
450 间隙
450' 第一间隙部分
450” 第二间隙部分
500 第一保持管道
510 第一保持管道边缘
520 第一保持管道内部空间
530 穿孔盘
535 穿孔盘中的穿通部
540 第一气体连接部
550 第二保持管道
570 第二保持管道内部空间
580 第二气体连接部
600 连接点
650 热供应
700 用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法
710 提供包层管
720 提供覆盖管
730 将包层管布置在覆盖管内
740 将覆盖管添加到包层管
P1 第一负压
P2 第二负压

Claims (14)

1.一种用于制造反谐振空芯光纤的预成形件的方法(700)，所述反谐振空芯光纤具有沿着光纤纵向轴线延伸的空芯以及包围所述空芯并且包括至少一个反谐振元件的包层区域，所述方法至少具有以下方法步骤：
(a)提供(710)包括包层管内表面和包层管外表面(210)的包层管(200)，其中至少一个反谐振元件预成形件(400)布置在所述包层管内表面处，
(b)提供(720)包括覆盖管内表面(310)的覆盖管(300)，其中所述覆盖管(300)的内径大于所述包层管(200)的外径，
(c)将所述包层管(200)布置(730)在所述覆盖管(300)内，使得所述覆盖管内表面(310)包围所述包层管外表面(210)，
(d)将所述覆盖管(300)添加(740)到所述包层管(200)，使得所述覆盖管内表面(310)连接到所述包层管外表面(210)，
其特征在于，
在方法步骤(d)中的所述添加(740)期间，在覆盖管内表面(310)和包层管外表面(210)之间施加第一负压P1，并且在所述包层管(200)内施加第二负压P2。
2.根据权利要求1所述的方法(700)，其特征在于，与环境压力相比，所述第一负压P1位于-100mbar至-10mbar的范围内，并且所述第二负压P2位于-50mbar至-1mbar的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法(700)，其特征在于，所述第一负压P1具有比所述第二负压P2大的量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法700，其特征在于，在方法步骤(d)中的所述添加(740)期间，在所述至少一个反谐振元件预成形件(400)内施加第三负压P3。
5.根据权利要求4所述的方法(700)，其特征在于，所述第三负压P3具有与所述第二负压P2相同的量。
6.根据权利要求4所述的方法(700)，其特征在于，所述第三负压P3具有与所述第一负压P1和所述第二负压P2不同的量，特别是所述第三负压P3具有比所述第二负压P2小的量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(700)，其特征在于，在方法步骤(d)之前，所述包层管(200)在第一包层管端部(230)处以不透气方式闭合，并且在一些区域中，所述覆盖管内表面(310)在第二包层管端部(235)处以不透气方式连接到所述包层管外表面(210)。
8.根据权利要求7所述的方法(700)，其特征在于，所述包层管(200)在所述第二包层管端部(235)处具有保持球(240)，以便在方法步骤(c)中将所述包层管(200)布置在所述覆盖管(300)内。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法(700)，其特征在于，通过形成尖端，所述包层管(200)在所述第一包层管端部(230)处以不透气方式闭合。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法(700)，其特征在于，在所述第一包层管端部(230)的所述区域中施加所述第一负压P1，并且在所述第二包层管端部(235)的所述区域中施加所述第二负压P2。
11.根据权利要求10所述的方法(700)，其特征在于，借助于第一保持管道(500)施加所述第一负压P1，所述第一保持管道附接到面向所述第一包层管端部(330)的第一覆盖管端部(230)，并且借助于第二保持管道(550)施加所述第二负压P2，所述第二保持管道附接到面向所述第二包层管端部(235)的第二覆盖管端部(340)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法(700)，其特征在于，在方法步骤(d)之前，将所述尖端插入到穿孔盘(530)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法(700)，其特征在于，首先施加所述第一负压P1，并且然后施加所述第二负压P2。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法(700)，其特征在于，在方法步骤(d)中的所述添加(740)期间，将所述预成形件拉长。
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