CN1769230A - 制造光子晶体纤维预制棒的装置 - Google Patents

Abstract

一种制造光子晶体纤维预制棒的装置，该光子晶体纤维预制棒具有多个在光子晶体纤维预制棒的纵向方向延伸的孔。该装置包括：外壳，用于接收光子晶体纤维预制棒的原材料；第一支撑部分，布置在外壳的上部；第二支撑部分，布置在外壳的下部；多个销，其由第一和第二支撑部分支撑。每个销的至少一部分被定位在外壳中。该装置还包括真空泵，用于把外壳的内部抽成真空；第一导管，其与外壳的下部连接，以将原材料引入外壳中；和第一阀，其安装在第一导管上，用于打开和关闭第一导管。

Description

制造光子晶体纤维预制棒的装置

技术领域

本发明涉及一种光子(photonic)晶体纤维(PCF)，尤其涉及一种制造光子(photonic)晶体纤维预制棒(preform)的装置。

背景技术

光子晶体纤维由透明的玻璃材料制成。它具有多个在光子晶体纤维的纵向方向延伸的孔。由于光子的能带间隙(band gap)效应和有效折射率，在光子晶体纤维中传播光学信号是可能的。更多的背景信息，参见T.A.Birks et.al.，“Electronic letters”，Vol.31(22)，p.1941(October，1995)，和J.C.Knight et.al.，“Proceeding of OFC”，PD3-1(February，1996)。

有几种制造光子晶体纤维预制棒(preform)的方法，例如，玻璃堆叠法、玻璃钻孔法和溶胶-凝胶法。

在玻璃堆叠法中，多个玻璃管被堆叠成想要的形状，并被粘接(bound)和拉伸。该过程被重复很多次，以制造光子晶体纤维预制棒。

在玻璃钻孔法中，通过钻孔，穿过玻璃棒确定了多个孔。

在熔胶-凝胶方法中，使用了具有多个销(pin)的中空的圆柱形模具。液体溶胶被注入到模具中，使得溶胶能够自由地滴入模具。在溶胶已经胶凝后，凝胶被从模具中取出。随即，通过对凝胶实行干燥、低温热处理和烧结过程，得到了光子晶体纤维预制棒。通过熔化光子晶体纤维预制棒得到的光子晶体纤维的特性由纤芯(core)的尺寸、孔的直径和代表相邻孔的中心距(节距)与孔的直径的比率的空气填充因数(AFF)决定。

如上所述，在传统的制造光子晶体纤维预制棒的溶胶-凝胶方法中，溶胶自由地从模具顶部滴落进入模具。然而，由于这个事实，气泡会被捕获在熔胶中，因为在溶胶的凝胶化过程中，它们没有被排放到外面。因此，这种方式制造的凝胶，甚至在实施热处理过程之后，仍旧含有气泡。结果，由于光子晶体纤维预制棒含有气泡，它遭受光学损失，降低了光学特性。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种能够最小化溶胶填充过程中的气泡产生的制造光子晶体纤维预制棒的装置。

本发明的一个实施例针对一种制造光子晶体纤维预制棒的装置，所述光子晶体纤维预制棒具有多个在光子晶体纤维预制棒的纵向方向延伸的孔。该装置包括：外壳，用于接收用于光子晶体纤维预制棒的原材料；第一支撑部分，布置在外壳的上部；第二支撑部分，布置在外壳的下部；多个销，所述多个销由第一和第二支撑部分支撑，使得至少每个销的一部分位于外壳中；真空泵，用于把外壳的内部抽成真空；第一导管，其与外壳的下部连接，用于将原材料引入外壳中；和第一阀，其安装在第一导管上，用于打开和关闭第一导管。

附图说明

通过以下结合附图的具体描述，本发明的上述和其它方面、特点和实施例将变得更加明显，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的光子晶体纤维预制棒；

图2示出了根据本发明的一个实施例的、制造光子晶体纤维预制棒的装置；和

图3是图2中所示的装置的平面图，其中销被去除。

具体实施方式

此后，将参考附图，详细描述根据本发明的实施例。文中包括的已知功能和构造的详细描述将被省略，以免使得本发明的主题模糊不清。

图1图示了根据本发明的一个实施例的光子晶体纤维预制棒100。光子晶体纤维预制棒100具有圆棒形结构，由玻璃制成，并具有多个圆形孔110，圆形孔110沿着光子晶体纤维预制棒100的纵向延伸。孔110围绕着中心区域120排列，中心区域120是在光子晶体纤维预制棒100的中心部分形成的，以确定多个层。

在这个实施例中，孔110围绕中心区域120排列以确定三层，每层具有规则的六边形结构。第一层130围绕中心区域120，包括6个孔110；第二层140围绕第一层，包括12个孔110；第三层150围绕第二层140，包括18个孔110。各层中孔的数量和层的数量必要时可以改变。必要时，各个层也可以具有不同的结构，例如，四边形结构。

图2图示了根据本发明的实施例的、制造光子晶体纤维预制棒的装置。装置200起到在溶胶-凝胶过程中使用的模塑装置的作用。装置200包括：外壳210、第一和第二支撑部分220和230、多个销240、真空泵260、第一至第三导管212、214和216，以及第一至第三阀252，254和256。

当整体观察时，外壳210的形状是圆管形，它的两端敞开。外壳210能够接收作为光子晶体纤维预制棒100的原材料的溶胶270。外壳210的下部具有第一导管212，上部具有第二和第三导管214和216。第一至第三导管212、214和216在它们的开口端与外壳210的内部连通，可以具有圆形的或者其它的截面形状。溶胶270通过第一导管212被引入到外壳210中，以从下到上地填充外壳210。由于第一导管212位于外壳210的下部这一事实，引入溶胶270到外壳210中时产生的气泡能够被减小到最小。

第一阀252被安装在第一导管212上，用于打开和关闭第一导管212。

第一支撑部分220定位于敞开的外壳210的上部。第一支撑部分220具有限定了多个圆形孔222的盘状。第一支撑部分220封闭外壳210的打开的上端。第一支撑部分220的孔222以与图1中所示的孔110相同的方式排列。

图3是装置200的平面图，其中销240被去除。如图3所示，第一支撑部分220具有多个孔222。孔222围绕中心区域排列，该中心区域是在第一支撑部分210的中心部分形成，以确定多个层224、226和228。

在这个实施例中，孔222围绕着中心区域排列，以确定三层，每个层具有规则的六边形结构。第一层224围绕着中心区域，包括6个孔222；第二层226围绕着第一层224，包括12个孔222；第三层228围绕着第二层226，包括18个孔222。

再次参考图2，第二支撑部分230定位在敞开的外壳210的下部。第二支撑部分230具有限定了多个圆形孔235的盘状。第二支撑部分230具有和第一支撑部分220相同的形状，第二支撑部分230的孔235分别与第一支撑部分220的孔222对齐。由于第二支撑部分230封闭外壳210的打开的下部这一事实，通过第一导管212进入外壳210的溶胶270被保存在外壳210中，如图所示。

多个销240具有圆棒形结构。各个销240的两端分别安装到第一和第二支撑部分220和230对齐的一对孔中。为了使凝胶容易地从外壳210中取出，各个销240的上端被固定到第一支撑部分220的相应的孔222的内圆周表面上，各个销240的下端被可移除地插入到第二支撑部分230的相应的孔235中。当然，能够设想各个销240的下端被固定到第二支撑部分230的相应的孔235的内圆周表面上，各个销240的上端被可移除地插入到第一支撑部分220的相应的孔222中。如第一和第二支撑部分220和230的情况一样，销240围绕着中心区域排列以限定三层，每个层具有规则的六边形结构。第一层围绕着中心区域，包括6个销240；第二层围绕着第一层，包括12个销240；第三层围绕第二层，包括18个销240。当销240被安装在外壳210上时，能够得到具有多个具有预定直径的孔的凝胶。这样得到的凝胶具有与图1中所示的光子晶体纤维预制棒100相同的结构。通过对凝胶进行干燥、低温热处理和烧结过程，得到图1中所示的光子晶体纤维预制棒100。

真空泵260与第二导管214的另一端连接，起到调节外壳210中的压力的作用。常规真空泵可以被用作真空泵260。常规真空泵根据抽真空水平被分成：低真空泵，真空范围为760～1×10^-3托；高真空泵，真空范围为1×10^-3～1×10^-8托；和超高真空泵，真空度范围小于1×10^-8托。

作为低真空泵，可以使用旋转泵。在这种泵中，吸气室的气密性和润滑通过油来维持。通过组件的旋转，流体被排放到泵的外面。油扩散泵起到高真空泵作用，在常规大气条件下不工作。在使用另外的泵例如旋转泵把大部分空气排放之后，油扩散泵在10^-3托时开始工作。如果气压高，由于会出现这种现象，即：油分子与气体分子挤压几次从而在它们的运动中停止，入口压力必须低于10^-3托。作为超高真空泵，可以使用钛升华泵、离子泵、非蒸发性的泵，等等。由于使用的真空泵不需要高的真空水平，使用旋转泵作为低真空泵就足够了。

第二真空泵254被安装在第二导管214上，起到打开和关闭第二导管214的作用。

第三真空泵256被安装在第三导管216上，起到打开和关闭第三导管216的所用，这样，外壳210的内部能够或者不能与大气连通。当第三真空泵256被打开时，外壳210的内部压力和大气压力相同。

现在，将描述使用装置200的凝胶形成和取出过程。

首先，在销240安装在外壳210上的情况下，第一和第三阀252和256被关闭，第二阀254被打开。

第二，开动真空泵260，把外壳210的内部抽成真空。随着外壳210的内部达到预定的真空度，第二阀254被关闭，真空泵260的工作被中断。

第三，第一阀252被打开，溶胶270通过第一导管212被引入到外壳210中，因此，溶胶270从底部填充外壳210直到达到预定的高度。

第四，在溶胶270的引入完成的状态下，第一阀252被关闭。然后，第三阀256被打开，使外壳210的内部压力与大气压力相等。

第五，当溶胶270被完全胶凝后，销240被去除。

第六，通过提升外壳210，凝胶被从外壳210分离。

此后，通过对凝胶实行干燥、低温热处理和烧结，得到了如图1中所示光子晶体纤维预制棒100。

由上所述显而易见，在制造光子晶体纤维预制棒的装置200中，第一导管被定位于外壳的下部，因此，在溶胶填充的过程中，气泡的产生能够被减少到最少。

而且，在填充溶胶到外壳的过程中，装置200的外壳的内部维持在真空状态，抑制溶胶和空气的接触，因此，气泡的产生能够被减少到最少。

尽管已经参考本发明的一些实施例说明了本发明，本领域的技术人员将会理解，可以对它进行形式和细节上的各种各样的改变，而不会背离由权利要求书所限定的本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种制造光子晶体纤维预制棒的装置，所述光子晶体纤维预制棒具有多个在光子晶体纤维预制棒的纵向方向延伸的孔，该装置包括：

具有上部和下部的外壳；

布置在外壳的上部的第一支撑部分；

布置在外壳的下部的第二支撑部分；

多个销，所述多个销由第一和第二支撑部分支撑，使得每个销的至少一部分被定位在外壳中；

真空泵，用于把外壳的内部抽成真空；

第一导管，所述第一导管与外壳的下部连接，以将原材料引入外壳中；和

第一阀，所述第一阀安装在第一导管上，用于打开和关闭第一导管。

2.根据权利要求1中所述的装置，进一步包括：

第二导管，用于连接外壳的上部与真空泵；和

安装在第二导管上的第二阀，用于打开和关闭第二导管。

3.根据权利要求1中所述的装置，进一步包括：

连接到外壳的上部的第三导管；和

安装在第三导管上的第三阀，用于打开和关闭第三导管，以使外壳的内部能够或者不能够与大气连通。

4.一种光纤预制棒制造装置，包括：

具有上部和下部的外壳；

连接到外壳的至少一个支撑部分；

多个销，所述多个销由所述至少一个支撑部分支撑，使得每个销的至少一部分被定位在外壳中；

第一接口装置，其与外壳的下部连接，以将原材料引入到外壳中；和

与第一接口装置连接的第一阀。

5.根据权利要求4中所述的装置，进一步包括用于把外壳的内部抽成真空的真空泵。

6.根据权利要求5中所述的装置，进一步包括：

第二接口装置，用于连接外壳的上部与真空泵；和

与第二接口装置连接的第二阀。

7.根据权利要求4中所述的装置，进一步包括：

第三接口装置，其与外壳的上部连接；和

与第三接口装置连接的第三阀，用于打开和关闭第三接口装置，使得外壳的内部能够或者不能够与大气连通。

8.一种制造光子晶体纤维预制棒的方法，所述光子晶体纤维预制棒具有多个在光子晶体纤维预制棒的纵向方向延伸的孔，该方法包括以下步骤：

把外壳的内部抽成预定的真空水平；

将液体溶胶引入外壳中，使得溶胶从底部填充外壳，直到达到预定的高度；

使外壳的内部压力等于大气压；

使溶胶完全形成凝胶；和

将外壳从凝胶化的溶胶分离。

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