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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen
Bauteils mit Längsbohrungen in Form einer mikrostrukturierten
optischen Faser oder in Form einer Vorform, aus der eine mikrostrukturierte
optische Faser durch Ziehen erhalten werden kann.
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Außerdem
betrifft die Erfindung eine mikrostrukturierte optische Faser, die
einen Kernbereich und einen diesen umgebenden Mantelbereich aufweist,
der von einer Vielzahl kapillarer Hohlräume durchzogen
ist.
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Mikrostrukturierte
optische Fasern mit Längsbohrungen, wie etwa „Photonic
Crystal Fibres (PCF)", „Holey Fibres", „optische
Hohlfasern", „photonische Kristallfasern" oder so genannte „Air Clad-Fasern",
stellen eine besondere Form optischer Fasern aus Quarzglas dar,
wie sie in vielen Gebieten der Telekommunikationstechnik, der Materialbearbeitung
oder in der Medizin- und Analysetechnik eingesetzt werden.
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Die
Lichtführung in einer mikrostrukturierten optischen Faser
mit Längsbohrungen wird durch Hohlräume beeinflusst,
die die Fasern über ihre gesamte Länge durchziehen,
und die in einer bestimmten geometrischen Anordnung um den Kernbereich angeordnet
sind. Die mikrostrukturierte optische Faser mit Längsbohrungen
hat einen Kernbereich, der von einem mit Hohlräumen durchzogenen
Mantelbereich umgeben ist.
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Für
die Herstellung mikrostrukturierter optischer Fasern mit Längsbohrungen
sind zwei grundlegend unterschiedliche Techniken bekannt. In der
JP-2005-247620 A wird
ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ensemble zusammengestellt
wird, bestehend aus einem inneren Kernstab und einer Vielzahl darum
herum angeordneter Kapillarröhrchen, die an einem Ende
verschlossen sind. Die Kapillarröhrchen und der Kernstab
sind mit ihren Längsachsen parallel zueinander innerhalb
der Innenbohrung eines Hüllrohres mit polygonalem Innenquerschnitt
dichtest möglich angeordnet. Vor dem Faserziehen wird die
Luft innerhalb der Kapillarröhrchen durch Argon oder Stickstoff
ausgetauscht, und danach wird dem Ensemble mit der offenen Seite
beginnend zonenweise erweicht und kollabiert und dabei gleichzeitig
zu einer mikrostrukturierten optischen Faser abgezogen.
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Ein
Problem besteht darin, die Hohlräume zwischen den Kapillarröhrchen
beim Kollabieren des Ensembles vollständig zu eliminieren,
ohne dass dabei auch die Innenbohrungen der Kapillarröhrchen kollabieren
oder sich übermäßig verjüngen.
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Es
ist auch bekannt, eine massive Vorform oder einen sogenannten Kernstab
für die Herstellung mikrostrukturierter Fasern mit axialen
Längsbohrungen zu versehen. Ein derartiges Verfahren ist
in der
EP 1 327 611
A2 beschrieben. Es wird vorgeschlagen, die Längsbohrungen
der Vorform mechanisch mittels eines Ultraschallbohrers zu erzeugen.
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Die
Lichtausbreitung erfolgt im Wesentlichen im Material des Kernstabs.
Daher sind die Anforderungen an dessen Reinheit, Homogenität
und Maßhaltigkeit besonders hoch und die Herstellung ist
kostenintensiv. Der Kernstab stellt in der Regel den wertvollsten
Bestandteil der Vorform dar. Er besteht aus einem Kernbereich, der
meist von einem Mantelbereich mit anderem Brechungsindex umhüllt
ist.
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Beim
bekannten Verfahren besteht das Risiko, dass beim Fehlschlagen einer
Bohrung die gesamte Vorform oder der Kernstab zu verwerfen sind, was
einen beträchtlichem Materialausschuss, Zeit- und Kostenaufwand
bedeutet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges
Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung einer mikrostrukturierten
optischen Faser mit Längsbohrungen mit hoher geometrischer
Präzision oder einer Vorform zum Ziehen einer derartigen
Faser ermöglicht.
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Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine dämpfungsarme
mikrostrukturierte optische Faser hoher Präzision anzugeben.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst
durch ein Verfahren, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- (a) Bereitstellen eines eine Mittelachse aufweisenden
Kernstabs,
- (b) Bereitstellen eines perforierten Hüllrohres, das eine
Hüllrohr-Längsachse und eine Hüllrohr-Wandung
aufweist, die mit einer oder mit mehreren, parallel zur Hüllrohr-Längsachse
verlaufenden und durch mechanisches Bohren erzeugten Längsbohrungen
versehen ist,
- (c) Bilden eines koaxialen Ensembles, umfassend den Kernstab
und das den Kernstab umhüllende perforierte Hüllrohr,
und
- (d) Kollabieren des Ensembles unter Bildung des optischen Bauteils.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren betrifft diejenige
Technik, bei der ein Ensemble aus zylinderförmigen Bauteilen
zusammengestellt, dieses kollabiert und dabei gleichzeitig zu dem
optischen Bauteil mit Längsbohrungen elongiert wird. Dabei
wird das optische Bauteil in Form einer mikrostrukturierten optischen
Faser erhalten oder in Form einer Vorform, aus der eine mikrostrukturierte
optische Faser anschließend gezogen werden kann. Außer
dem Kernstab und mindestens einem den Kernstab koaxial umhüllenden
perforierten Hüllrohr kann das Ensemble weitere Bauteile
umfassen, insbesondere Mantelrohre, Stäbe oder Kapillaren,
wie dies auch sonst bei koaxialen Ensembles aus dem Stand der Technik
bekannt ist.
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Die
erfindungsgemäße Modifikation des Standes der
Technik beruht im Wesentlichen darauf, dass mindestens eines der
Hüllrohre eine perforierte Wandung aufweist. Die Wandung
ist mit einer Längsbohrung oder mit mehreren Längsbohrungen
durchzogen, die parallel zur Hüllrohr-Längsachse
verlaufen und die durch mechanisches Aufbohren der Hüllrohr-Wandung
erzeugt sind. Das perforierte Hüllrohr umgibt den Kernstab
unmittelbar oder mittelbar. Im Fall mehrere Längsbohrungen
sind diese statistisch in der Hüllrohr-Wandung verteilt
oder sie sind in Form eines oder mehrerer Lochkränze mit
kreisförmigem oder polygonalem Querschnitt um die Hüllrohr-Längsachse
angeordnet. Soweit nicht ausdrücklich anderes beschrieben,
betreffen die folgenden Erläuterungen auch die Ausführungsform
mit nur einer Längsbohrung, auch wenn sich diese der Übersichtlichkeit
halber nur mit der Ausführungsform mit mehreren Längsbohrungen
befassen. Die Längsbohrungen – oder zumindest
ein Teil davon – bleiben nach dem Kollabieren des Ensembles
erhalten und bilden in der optischen Faser feine, um den Kernbereich verteilte
und parallel zur Faser-Längsachse verlaufende Kanäle.
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Durch
die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:
- (1)
Die Längsbohrungen können in dem perforierten
Hüllrohr separat von den übrigen Bauteilen des
Ensembles, insbesondere separat vom Kernstab erzeugt werden, so
dass bei fehlerhaften Bohrungen der Materialverlust vergleichsweise geringfügig
ist. Der Durchmesser der Längsbohrungen und ihre geometrische
Verteilung innerhalb der Wandung sind einfach an die Anforderungen
anzupassen, was eine flexible Herstellung eines mikrostrukturierten
Bauteils möglich.
- (2) Der Bereich zwischen den Längsbohrungen der Hüllrohr-Wandung
ist bereits mit Glasmasse aufgefüllt. Bei einem derartigen
Hüllrohr ist es nicht erforderlich, Hohlräume
zu kollabieren, wie dies bei aneinander liegenden Kapillaren der
Fall ist.
- (3) Die Längsbohrungen werden durch mechanisches Aufbohren
erzeugt, was eine hohe Genauigkeit und Variabilität gewährleistet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren verbindet somit die
bekannten Techniken, wobei es von deren Vorteilen Gebrauch macht,
aber gleichzeitig deren Nachteile vermeidet.
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Der
mindestens eine Kernstab umfasst in Regel einen Kernbereich aus
einem Glaswerkstoff mit höherem Brechungsindex oder aus
einem Glaswerkstoff, der mit aktiven Komponenten dotiert ist, wie
dies von Laserfasern oder Verstärkerfasern bekannt ist.
Der Kernstab selbst kann mit Bohrungen versehen sein, wobei dies
aus den oben erwähnten Gründen nicht bevorzugt
ist. Die nach dem Verfahren erhaltene optische Faser kann als so
genannte „Einfachmodenfaser" oder als „Mehrmodenfaser"
ausgeführt sein.
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Mindestens
ein Teil des gesamten Mantelbereichs der mikrostrukturierten optischen
Faser wird über das perforierte Hüllrohr bereitgestellt.
Außerdem können ein oder mehrere Mantelrohre aus Quarzglas
zum Mantelmaterial der Faser beitragen, oder eine oder mehrere Schichten
aus SiO2-Soot, die auf der Außenwandung
des Hüllrohres oder von Mantelrohren aufgebracht werden.
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Das
mindestens eine Hüllrohr zeigt im einfachsten Fall einen
ringförmigen Querschnitt. Die Hüllrohr-Innenwandung
oder die Hüllrohr-Außenwandung können
aber unabhängig voneinander auch andere Geometrien aufweisen,
wie etwa eine ovale oder polygonale Geometrie. Im Zusammenhang mit
einem Ensemble, bei dem innerhalb der Hüllrohr-Innenbohrung
weitere Bauteile um den Kernstab angeordnet sind, kann insbesondere
ein Hüllrohr mit im Querschnitt hexagonaler Innenwandung
vorteilhaft eingesetzt werden.
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Durch
das Kollabieren des Ensembles wird eine Vorform erhalten. Besonders
vorteilhaft ist eine Verfahrensvariante, bei der das Kollabieren
des Ensembles gemäß Verfahrensschritt (d) mit
einem Elongieren des Ensembles einhergeht.
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Dabei
wird je nach Grad des Elongierens eine Vorform oder eine optische
Faser erhalten. Das Kollabieren und Elongieren des Ensembles kann
dabei in zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritten oder
gleichzeitig ausgeführt werden. Durch ein gleichzeitiges
Elongieren kann die Einhaltung vorgegebener Abmessungen des Endproduktes (Vorform
oder Faser) erleichtert werden.
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Weiterhin
hat es sich bewährt, wenn das Bereitstellen des perforierten
Hüllrohres gemäß Verfahrensschritt (b)
eine Maßnahme umfasst, bei der ein mit den Längsbohrungen
versehener dickwandiger Ausgangs-Hohlzylinder zu einem Hüllrohrstrang elongiert
wird.
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Dabei
wird aus einem einzigen dickwandigen Ausgangs-Hohlzylinder ein perforiertes
Hüllrohr oder mehrere perforierte Hüllrohren erhalten.
Die Ausführung der mechanischen Bohrungen und das Einhalten
der Maßhaltigkeit sind in einem dickwandigeren Hohlzylinder
im Vergleich zu einem dünnwandigen Rohr relativ einfach
zu bewerkstelligen. Darüber hinaus zeichnen sich die nach
dem Elongieren des Ausgangs-Hohlzylinders erhaltenen Längsbohrungen durch
eine im Schmelz fluss erzeugte, glatte Innenwandung aus. Dies gilt
gleichermaßen für die innere und äußere
Zylindermantelfläche des Hüllrohres. Eine glatte
Innenwandung ist vergleichsweise einfach zu reinigen und vermindert
Anhaftungen und Ablagerungen von Partikeln.
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In
dem Zusammenhang hat es sich auch bewährt, wenn der Hüllrohrstrang
zu einer Vielzahl von perforierten Hüllrohren abgelängt
wird.
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Dabei
wird aus einem einzigen dickwandigen Ausgangs-Hohlzylinder eine
Vielzahl von perforierten Hüllrohren erhalten. Der Aufwand
zur Erzeugung der Längsbohrungen im dickwandigen Ausgangs-Hohlzylinder
fällt nur einmal an, was sich auf die Produktivität
des Verfahrens vorteilhaft auswirkt
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Die
Längsbohrungen des Hüllrohres sind erfindungsgemäß auf
einen mechanischen Bohrvorgang zurückzuführen.
Es hat sich aber auch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Innenbohrung
des Hüllrohres durch mechanische Bearbeitung erhalten wird.
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Durch
mechanische Bearbeitung lassen sich Maßvorgaben exakt einhalten.
Vorteilhafterweise wird auch die Außenwandung durch mechanische Bearbeitung
erhalten. Etwaige Maßabweichungen werden durch einen anschließenden
Elongierprozess maßstäblich verkleinert und gleichzeitig
werden dabei Oberflächenrauhigkeiten beseitigt.
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Vorzugsweise
werden mehrere Längsbohrungen erzeugt, die auf einem Hüllkreis
um die Hüllrohr-Längsachse verteilt sind.
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Die
Längsbohrungen bilden hierbei einen Lochkranz, um dessen
Umfang sie (gleichmäßig) verteilt sind. Eine Zylindersymmetrie
der Bohrungen wirkt sich in der Regel auf die Übertragungseigenschaften
der optischen Faser vorteilhaft aus.
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Im
Hinblick darauf, ein vorgegebenes Faserdesign mit hoher Flexibilität
und gleichzeitig hoher Maßhaltigkeit gewährleisten
zu können, hat sich eine Verfahrensvariante bewährt,
bei der die Längsbohrungen auf mehreren, unterschiedlich
großen Hüllkreisen um die Hüllrohr-Längsachse
verteilt sind.
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Alternativ
oder ergänzend dazu hat es sich bewährt, wenn
das das Bilden des koaxialen Ensembles gemäß Verfahrensschritt
(c) das Umgeben des perforierten Hüllrohres mit mindestens
einem weiteren, zweiten perforierten Hüllrohr mit größerem Innendurchmesser
umfasst, welches eine Wandung aufweist, die mit einer Vielzahl von
Längsbohrungen versehen ist, die parallel zur Hüllrohr-Längsachse verlaufen.
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Durch
den Einsatz mehrerer koaxial zueinander angeordneter perforierter
Hüllrohre – zum Beispiel auch mit unterschiedlicher
Geometrie im Querschnitt – sind die optischen Eigenschaften
des Ensembles einfach an die Erfordernisse anzupassen.
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In
der Regel umfasst das Bilden des koaxialen Ensembles gemäß Verfahrensschritt
(c) das Umgeben des perforierten Hüllrohres mit mindestens
einem weiteren eine Längsachse aufweisenden Mantelrohres
mit größerem Innendurchmesser.
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Innerhalb
der Innenbohrung des Mantelrohres sind weitere Bauteile des Ensembles
angeordnet. Der Innenquerschnitt des Mantelrohres ist in der Regel
rund, er kann jedoch auch polygonal sein, was eine dichte Anordnung
von etwaigen zusätzlichen Kapillaren oder Stäben
innerhalb der Mantelrohr-Innenbohrung erleichtert.
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Weiterhin
hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Ensemble vor
dem Kollabieren und Elongieren gemäß Verfahrensschritt
(d) einer Reinigungsbehandlung unterzogen wird, die ein Gasphasenätzen
bei einer Temperatur oberhalb von 1400°C umfasst.
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Beim
Gasphasenätzen werden die Oberflächen des Ensembles
mit einem Ätzgas beaufschlagt, was zu einem oberflächlichen
Abtrag der frei zugänglichen SiO2-Oberflächen
führt. Verunreinigte Oberflächenschichten werden
so entfernt und dabei auch anhaftende Verunreinigungscluster von
dem Ätzgas unterwandert und mittels der Ätzmittel-Strömung
abgelöst und ausgetragen. Beim Gasphasenätzen
ist die Gefahr gering, dass Rückstände innerhalb
des Ensembles verbleiben und es erleichtert insbesondere die Beseitigung
von Hydroxylgruppen aus einer ober flächennahen Schicht
des Quarzglases. Das Ätzgas ist ein mit SiO2 chemisch
reagierendes Ätzmittel, wie zum Beispiel SF6 oder
C2F6. Das Gasphasenätzen
wird vorzugsweise als Heißätzprozess bei einer
Temperatur oberhalb von 1400°C durchgeführt, so
dass eine hohe Löslichkeit von Verunreinigungen ergibt.
Insbesondere lassen sich Hydroxylgruppen aus tieferen Schichten
erst dadurch in wirtschaftlich akzeptablen Behandlungsdauern entfernen.
Diese Verfahrensvariante wird besonders bevorzugt, wenn das Ensemble
ein die übrigen Bauteile umhüllendes Mantelrohr
umfasst. Das Ätzgas wird dann in die Innenbohrung des Mantelrohres
eingeleitet.
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Es
hat sich als günstig erwiesen, wenn beim Kollabieren gemäß Verfahrensschritt
(d) ein vorgegebener Druck in den Längsbohrungen erzeugt
und aufrechterhalten wird.
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In
den mindestens einseitig offenen Längsbohrungen wird hierbei
ein Unterdruck oder ein Überdruck gegenüber dem
Außen anliegenden Druck aufrechterhalten. Dies erleichtert
die Einhaltung oder die Einstellung eines vorgegebnen Innendurchmessers der
Längsbohrungen nach dem Kollabieren.
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Es
hat sich auch bewährt, wenn die Längsbohrungen
des perforierten Hüllrohres vor dem Kollabieren und Elongieren
gemäß Verfahrensschritt (d) einseitig oder beidseitig
verschlossen werden.
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Die
Längsbohrungen können mittels Stopfen oder dergleichen
verschlossen werden. Dadurch wird gewährleistet, dass während
der Herstellung des Ensembles und seiner Weiterverarbeitung zu der
mikrostrukturierten optischen Faser weder Verunreinigungen aus der
Umgebung in die Innenbohrung der Längsbohrungen gelangen,
die sich in einem späteren Heißprozess nachteilig
auswirken könnten, noch dass etwaige Verunreinigungen aus
den Längsbohrungen in die anderen Bereiche des Ensembles
eingetragen werden, wo sie sich möglicherweise besonders
schädlich auswirken könnten. Darüber
hinaus vermindert der Gasdruck in der Innenbohrung der beidseitig
geschlossenen Längsbohrungen die Gefahr eines vollständigen
Kollabierens.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit ein Halbzeug
für die Herstellung einer mikrostrukturierten optischen
Faser eingesetzt, in Form eines eine Längsachse aufweisenden,
perforierten Hüllrohres, das eine Wandung aufweist, die
mit einer Längsachsbohrung oder mit einer Vielzahl von Längsbohrungen
durchzogen ist, welche parallel zur Längsachse verlaufen,
wobei die Herstellung der mindestens einen Längsbohrung
ein mechanisches Bohren umfasst.
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Durch
den Einsatz dieses Halbzeugs ergeben sich folgende Vorteile:
- (1) Die Längsbohrungen können
in dem perforierten Hüllrohr separat von den übrigen
Bauteilen des Ensembles, insbesondere separat vom Kernstab erzeugt
werden, so dass auch bei fehlerhaften Bohrungen der Materialverlust
vergleichsweise geringfügig ist. Der Durchmesser der Längsbohrungen
oder der Durchmesser des von den Längsbohrungen gebildeten
Lochkranzes ist einfach an die Anforderungen anzupassen, was eine flexible
Herstellung eines mikrostrukturierten Bauteils möglich.
- (2) Der Bereich zwischen den Längsbohrungen ist bereits
mit Glasmasse aufgefüllt. Es nicht erforderlich, Hohlräume
zu kollabieren, wie dies bei aneinander liegenden Kapillaren der
Fall ist.
- (3) Die Längsbohrungen des Halbzeugs werden durch mechanisches
Aufbohren erzeugt, was eine hohe Genauigkeit und Variabilität
gewährleistet.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die
Längsbohrungen des perforierten Hüllrohres eine
im Schmelzfluss erzeugte Innenwandung auf.
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Die
im Schmelzfluss erzeugte Innenwandung der Längsbohrungen
wird beispielsweise dadurch erhalten, dass das perforierte Hüllrohr
in einem Elongier-Verfahren erzeugt wird. Hierzu wird ein dickwandiger
Ausgangs-Zylinder mit Längsbohrungen parallel zur Zylinder-Längsachse
versehen und anschließend zu einem Hüllrohr-Strang
elongiert. Aus diesem wird eine Vielzahl von Hüllrohren
erhalten. Dabei weisen nicht nur die Längsbohrungen eine
im Schmelzfluss erzeugte Innenwandung auf, sondern auch die übrigen
Zylindermantelflächen des Hüllrohres.
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Durch
Elongieren eines koaxialen Ensembles gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere unter
Einsatz des oben beschriebenen Halbzeugs wird die mikrostrukturierte
optische Faser gemäß der Erfindung erhalten, bei
der der den Kernbereich umgebende Mantelbereich von einer Vielzahl kapillarer
Hohlräume durchzogen ist.
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Der
Mantelbereich der Faser oder ein Teil davon sowie alle kapillaren
Hohlräume oder ein Teil derselben werden durch ein perforiertes
Hüllrohr oder mehrere perforierte Hüllrohre im
Sinne der Erfindung bereitgestellt, indem ein entsprechendes Ensemble von
Bauteilen kollabiert und zu einer Vorform für die optische
Faser oder direkt zu der optischen Faser elongiert werden. Die Längsbohrungen
des oder der Hüllrohre bilden danach kapillare Hohlräume
der Faser.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und
einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen
zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine
erste Ausführungsform eines perforierten Hüllrohres
zum Einsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren,
im radialen Querschnitt,
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2 eine
zweite Ausführungsform eines perforierten Hüllrohres
zum Einsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren,
im radialen Querschnitt,
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3 eine
Ausführungsform eines Ensembles aus Mantelrohr, perforiertem
Hüllrohr und Kernstab in einer Seitenansicht, und.
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4 eine
aus dem Ensemble gemäß 3 durch
Elongieren erhaltene mikrostrukturierte optische Faser mit einer
Darstellung ihrer Hohlraumstruktur im radialen Querschnitt.
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1 zeigt
ein Hüllrohr 1 aus synthetischem Quarzglas mit
einem im Querschnitt runden Außenmantel und einer im Querschnitt
runden Innenbohrung 2. Das Hüllrohr 1 hat
einen Außendurchmesser von 45 mm, einen Innendurchmesser
von 21 mm und eine Länge von 700 mm.
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Die
Wandung des Hüllrohres 1 ist mit einer Vielzahl
von Durchgangsbohrungen 3 perforiert, die sich parallel
zur Hüllrohr-Längsachse 4 erstrecken. Die
Durch gangsbohrungen 3 sind um einen Hüllkreis 5 um
die Längsachse 4 gleichmäßig
verteilt und haben einen Durchmesser von 7 mm.
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Das
Hüllrohr 1 wird durch Elongieren eines Ausgangszylinders
erhalten, in dessen Wandung Durchgangsbohrung mechanisch erzeugt
sind. Das Ausziehverhältnis beim Elongierprozess beträgt
etwa 13, wobei das Verhältnis der radialen Querschnittsabmessungen
(Außendurchmesser, Innendurchmesser und Durchmesser der
Bohrungen) zueinander beim Elongierprozess erhalten bleibt. Die
Durchgangsbohrungen des Ausgangszylinders bilden danach die Durchgangsbohrungen
im Hüllrohr 1. Demzufolge sind die Innenwandungen
der Durchgangsbohrungen 3 sowie die Innenwandung 6 der
Innenbohrung 2 und die Außenwandung 7 des
Hüllrohres 1 im Schmelzfluss erzeugt.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines derartigen Halbzeugs
in Form eines Hüllrohres 21 aus synthetischem
Quarzglas. Diese hat ebenfalls einen im radialen Querschnitt runden
Außenmantel und eine runde Innenbohrung 22. Das
Hüllrohr 21 hat einen Außendurchmesser
von 80 mm, einen Innendurchmesser von 24 mm und eine Länge
von 700 mm.
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Die
Wandung des Hüllrohres 21 ist mit einer Vielzahl
von Durchgangsbohrungen 23, 26 perforiert, die
sich parallel zur Hüllrohr-Längsachse 24 erstrecken.
Die Durchgangsbohrungen 23, 26 sind um einen inneren
Hüllkreis 25 und um einen äußern
Hüllkreis 27 um die Hüllrohr-Längsachse 24 gleichmäßig verteilt.
Die Durchgangsbohrungen 23 um den inneren Hüllkreis 25 haben
einen Durchmesser von 7 mm, und die Durchgangsbohrungen 26 um
den äußeren Hüllkreis 27 haben
einen Durchmesser von 10 mm.
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Auch
das Hüllrohr 21 wird durch Elongieren eines Ausgangszylinders
erhalten, in dessen Wandung Durchgangsbohrung mechanisch erzeugt
sind. Das Ausziehverhältnis beim Elongierprozess beträgt etwa
13, wobei das Verhältnis der radialen Querschnittsabmessungen
(Außendurchmesser, Innendurchmesser und Durchmesser der
Bohrungen) zueinander beim Elongierprozess erhalten bleibt. Die Durchgangsbohrungen
des Ausgangszylinders bilden danach die Durchgangsbohrungen 23, 26 im Hüllrohr 21.
Demzufolge sind die Innenwandungen der Durchgangsbohrungen 23, 26 sowie
die Innenwandung 28 gangsbohrungen 23, 26 sowie
die Innenwandung 28 der Innenbohrung 22 und die
Außenwandung 29 des Hüllrohres 21 im
Schmelzfluss erzeugt.
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Die
Hüllrohre 1 und 21 dienen als Halbzeug zur
Herstellung einer Vorform für eine mikrostrukturierte optische
Faser mittels einer Technik, bei der ein koaxiales Ensemble aus
dem Hüllrohr 1, 21 und weiteren Bauteilen
zusammengestellt und dieses nachfolgend kollabiert und elongiert
wird. Diese Technik wird im Folgenden anhand 3 und anhand
des in 1 beschriebenen Hüllrohres 1 näher
erläutert.
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3 zeigt
eine Seitenansicht eines koaxialen Ensembles 30 unter Einsatz
eines perforierten Hüllrohres 1 gemäß 1.
Das Hüllrohr 1 umgibt dabei unter Belassung eines
Ringspalts 35 einen Kernstab 31. Dieser ist mit
einem inneren Kernbereich 32 und einem Mantelbereich 33 versehen.
Weiterhin umfasst das Ensemble 30 ein Mantelrohr 34,
welches das Hüllrohr 1 unter Belassung eines weiteren
Ringspalts 36 umgibt.
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Der
Kernstab 31 hat einen Außendurchmesser von 20
mm. Der Außendurchmesser des Mantelrohres 34 beträgt
160 mm und sein Innendurchmesser 46 mm.
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Das
Ensemble 30 wird einem Gasphasenätzen unterzogen,
wobei durch die Innenbohrung des Mantelrohres 34 ein Ätzgas
in Form von SF6 bei einer Temperatur von
1450°C geleitet wird. Dadurch werden die frei zugänglichen
Quarzglas-Oberflächen oberflächlich abgetragen
und dadurch gereinigt. Daraufhin werden die Durchgangsbohrungen 3 des
Hüllrohres 1 einseitig verschlossen, indem die
untere Stirnseite 37 des Hüllrohres 1 mittels
einer Flamme erweicht und leicht lang gezogen wird (in der 3 nicht
dargestellt). Das Ensemble 30 wird anschließend
zu einer Vorform elongiert, indem es mit seiner unteren Stirnseite 37 beginnend
kontinuierlich einer ringförmigen Heizzone zugeführt,
darin zonenweise erweicht wird. Dabei wird in den Durchgangsbohrungen 3 ein Überdruck
gegenüber dem außen anliegenden Druck und in den
Ringspalten 35, 36 ein Unterdruck gegenüber
dem außen anliegenden Druck aufrechterhalten. Die Ringspalte 35, 36 kollabieren dabei
zonenweise und gleichzeitig wird das Ensemble zu der Vorform elongiert.
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Das
Ausziehverhältnis beim Elongierprozess beträgt
etwa 4. Ein radialer Querschnitt der so erhaltenen Vorform 40 ist
in 4 dargestellt. Es ist erkennbar, dass die vorherigen
Ringspalte 35, 36 des Ensembles 30 kollabiert
sind. Im Übrigen ist das Verhältnis der radialen
Querschnittsabmessungen zueinander jedoch erhalten geblieben.
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Die
Vorform 40 wird in einem üblichen Faserziehprozess
zu einer mikrostrukturierten optischen Faser gezogen. Der radiale
Faserquerschnitt ist – abgesehen von der Größe – mit
dem in 4 schematisch dargestellten radialen Vorformquerschnitt
identisch. Die nach dem Ziehen erhaltene mikrostrukturierte optische
Faser zeichnet sich insbesondere durch hohe geometrische Präzision
aus. Die durch das Faserdesign vorgegebenen optischen Eigenschaften
werden dadurch auch in der Praxis in hohem Maße erzielt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-247620
A [0005]
- - EP 1327611 A2 [0007]