JP2024500304A - カウンタウエイト及び取付け化合物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、反共振中空コアファイバ(2400)のプリフォームを製造する方法に関し、a)被覆管(200)を提供するステップ(1000)であって、被覆管は、被覆管内孔(220)及び被覆管長手方向軸(230)を有し、被覆管長手方向軸に沿って、内側面(215)及び外側面(216)によって制限される被覆管壁(210)が延びる、ステップとb)いくつかの入れ子式管状構造要素からなり、ARE外管(310)と、その中に挿入されたARE内管(320)とを含み、構造要素が構造要素長手方向軸を有する、いくつかの反共振要素プリフォーム(300)を準備するステップ(1200)と、c)被覆管壁(210)の内側に反共振要素プリフォーム(300)を配置するステップ(1300)と、d)入熱によって被覆管壁(210)に反共振要素プリフォーム(300)を熱固定するステップ(1500)と、を含む。本発明によれば、本方法はe)少なくとも1つの反共振要素プリフォーム(300)内にそれぞれ1つの接触要素(400)を、導入するステップ(1400)を有し、接触要素(400)は、熱固定(1500)中に被覆管(200)から反共振要素プリフォーム(300)への熱流を減速させるために、ステップd)において反共振要素プリフォーム(300)の熱吸収質量を増加させるようにする。【選択図】図4

Description

本発明は、反共振中空コアファイバのプリフォームを製造する方法に関する。
従来技術
固体材料の従来のシングルモード光ファイバは、ガラスのコア領域を有し、コア領域は、より低い屈折率を有するガラスの被覆領域によって囲まれる。この場合、光誘導はコア領域と被覆領域との間の全反射に基づいている。しかしながら、導波光と固体材料との相互作用は、データ伝送中の増加した待ち時間、及び高エネルギー放射と比較して比較的低い損傷閾値と関連付けられる。
コアが、気体又は液体で満たされた真空空洞を含む場合、「中空コアファイバ」は、これらの欠点を回避又は低減する。中空コアファイバでは、光とガラスとの相互作用は中実コアファイバよりも小さい。コアの屈折率は被覆の屈折率よりも小さいので、全反射による光誘導は不可能であり、光は通常コアから被覆へと逃げる。光誘導の物理的メカニズムに依存して、中空コアファイバは、「フォトニックバンドギャップファイバ」と「反共振反射ファイバ」とに分けられる。
「フォトニックバンドギャップファイバ」の場合、中空コア領域は、小さな中空ダクトが周期的に配置された被覆によって囲まれている。被覆内の中空ダクトの周期構造は、半導体技術に関して「フォトニックバンドギャップ」と呼ばれる効果を引き起こし、それによれば、被覆構造で散乱された特定の波長範囲の光は、中心空洞内のブラッグ反射に起因して建設的に干渉し、被覆内を横方向に伝搬することができない。
「反共振中空コアファイバ」(ARHCF)と呼ばれる中空コアファイバの実施形態の場合、中空コア領域は、内部にいわゆる「反共振要素」(又は「反共振要素」;短縮して「ARE」)が配置されている内側被覆領域によって囲まれる。中空コアの周りに均一に分布された反共振要素の壁は、ファブリ・ペロー空洞として作用することができ、これは、反共振で動作し、入射光を反射し、それをファイバコアを通して案内する。
このファイバ技術は、低い光減衰、非常に広い伝送スペクトル(UV又はIR波長範囲においても)、及びデータ伝送中の短い待ち時間を約束する。
中空コアファイバの潜在的な用途は、データ伝送、例えば材料加工のための高性能ビーム誘導、モードフィルタリング、特に紫外線から赤外線波長範囲のスーパーコンティニューム生成のための非線形光学の分野である。
反共振中空コアファイバの1つの欠点は、高次のモードが必ずしも抑制されず、したがって、それらが多くの場合、長い伝送長にわたって純粋に単一モードではなく、出力ビームの品質が劣化することである。
Francesco Polettiによる論文「入れ子式反共振無ノード中空コアファイバ」;Optics Express,Vol.22,No.20(2014);DOI:10.1364/OE 22.023807では、ファイバ設計が提案されており、この場合、反共振要素は、単純な単一構造要素として形成されるのではなく、入れ子にされたいくつかの構造要素からなる。入れ子式の反共振要素は、高次のコアモードが被覆モードに位相適合されて抑制されるが、基本コアモードは抑制されないように設計されている。これにより、基本コアモードの伝搬が常に確保され、中空コアファイバは、限られた波長範囲で効果的にシングルモード化することができる。
有効モード抑制は、透過光の中心波長と、中空コアの半径及び反共振要素内の入れ子式リング構造の直径差などのファイバ設計の構造パラメータとの関数である。
欧州特許出願公開第3136143号明細書(EP 3136143 A1)から、コアが基本モードに加えて別のモードも案内することができる反共振中空コアファイバが公知である(同文献では「バンドギャップのない中空コアファイバ」と呼ばれている)。この目的のために、このコアは、より高次のモードとの反共振モードの位相適合を提供する「非共振要素」を含む内側被覆によって囲まれる。中空コアファイバの製造は、いわゆる「スタックアンドドロー(stackand-draw)」技術に従って行われ、出力要素は、軸方向に平行な集合体を形成するように配置され、プリフォームを形成するように固定され、続いてプリフォームが延伸される。この場合、六角形の内側断面を含む被覆管が使用され、6つのいわゆる「AREプリフォーム」(反共振要素プリフォーム)が被覆管の内縁に固定される。このプリフォームを2段階で延伸して中空コアファイバを形成する。
国際公開第2018/169487(A1)号(WO 2018/169487 A1)から、第1の被覆領域が複数のロッドを含み、第2の被覆領域が複数の管を含み、これらの管が外側被覆管によって取り囲まれている、反共振中空コアファイバ用のプリフォームを製造する方法が知られている。ロッド、管及び被覆管は、「スタックアンドドロー」技術によって接合されて、プリフォームを形成する。プリフォームの延伸の前に、プリフォーム端部は封止され、これは封止化合物を塗布することによって行われる。例えば、UV接着剤が封止化合物として使用される。
技術的課題
反共振中空コアファイバ、特に入れ子構造要素を含むものは、複雑な内部幾何形状を有し、これは、それらの正確かつ再現可能な製造をより困難にする。これは、導波される光の動作波長の大きさにおける小さな寸法偏差が、共振条件又は反共振条件それぞれに従うために既に許容され得ないので、なおさら当てはまる。ファイバプリフォームの構成は、目標形状からの偏差の原因となる可能性があり、それらはまた、ファイバ線引きプロセス中に、縮尺通りではない望まれない変形に起因して生じる可能性がある。
公知の「スタックアンドドロー」技術の場合、多くの要素が位置的に正確な方法で接合される。例えば、「NANF」設計の既知の中空コアファイバを製造するためには、各々が管と、一方の側の内管壁に溶接されたキャピラリとからなる6つの反共振要素を、被覆管の内壁に取り付けなければならない。
小さな減衰値及び広い透過範囲を実現するために、被覆管内部の反共振要素の方位角位置も、反共振要素の壁の均一な壁厚に加えて重要である。これは、「スタックアンドドロー」技術によって容易に実現することができない。
本発明の目的は、従来の製造方法の制限を回避する、反共振中空コアファイバの費用効率の良い製造方法を特定することである。
本発明の更なる目的は、反共振中空コアファイバの大量生産を提供する方法を開示することである。
特に、本発明の目的は、構造要素の高精度と反共振要素の正確な位置決めを、十分に安定した再現可能な方法で再現可能に達成することができる、反共振中空コアファイバ用のプリフォームを製造する方法を提供することである。
要求される構造精度、特に指定された方位角位置における正確な位置決めを容易に達成することができない古典的な「スタックアンドドロー」技術の欠点は、それによって回避されるべきである。
発明の好ましい実施形態
独立請求項の特徴は、上述の目的の少なくとも1つを少なくとも部分的に達成することに寄与する。従属請求項は、目的の少なくとも1つを少なくとも部分的に達成することに貢献する好ましい実施形態を提供する。
/1./反共振中空コアファイバのプリフォームを製造するための方法であって、
a)被覆管を提供するステップであって、被覆管は、被覆管内孔と、被覆管長手方向軸とを有し、被覆管長手方向軸に沿って、被覆管壁が延び、被覆管壁は、内側及び外側によって制限される、ステップと、
b)いくつかの入れ子式管状構造要素からなり、ARE外管及びその中に挿入されたARE内管を含み、構造要素が構造要素長手方向軸を有する、いくつかの反共振要素プリフォームを準備するステップと、
c)被覆管壁の内側に反共振要素プリフォームを配置するステップと、
d)入熱によって反共振要素プリフォームを被覆管壁に熱固定するステップの方法ステップを含み、
方法は、
e)接触要素は、熱固定中に被覆管から反共振要素プリフォーム内への熱流を減速させるために、ステップd)において反共振要素プリフォームの熱吸収質量を増加させるように接触要素をそれぞれ少なくとも1つの反共振要素プリフォームに導入するステップを有することを特徴とする、方法。
/2./ステップe)は、
/A-1./接触要素を反共振要素プリフォームに接続するステップと、
/A-2./反共振要素プリフォームを被覆管に接続するステップの連続的なステップを含むことを特徴とする、実施形態1に記載の方法。
/3./先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法であって、ステップe)が、
/B-1./反共振要素プリフォーム及び接触要素からなるアセンブリへの入熱をするステップと、
/B-2./入熱の第1の部分によって、接触要素を反共振要素プリフォームに第1の接続をするステップと、
/B-3./入熱の第2の部分によって、反共振要素プリフォームを被覆管に第2の接続をするステップと、の連続ステップを含むことを特徴とする、方法。
/4./接触要素は、適用されるものが、
C_被覆管>C_接触要素>C_反共振要素プリフォームとなるように設計され、
ここで、
・C_被覆管は、単位体積にわたって平均化された、被覆管の固体材料の熱容量であり、
・C_接触要素は、単位体積にわたって平均化された、接触要素及び周囲空気の熱容量であり、
・C_反共振要素プリフォームは、単位体積にわたって平均化された、反共振要素プリフォーム及び周囲空気の熱容量であり、
単位体積は、接触要素の体積よりも25体積%大きいように設計されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/5./ステップd)における熱固定が火炎ベースのプロセスによって行われることを特徴とする先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/6./接触要素は棒状に設計され、特に、接触要素は、
長さが[5;50]mmであり、特に[10;40]mm、特に[12;30]mmであり、直径が[0.5;10]mmであり、特に[0.7;7]mmであり、特に[1;5]mmであるように設計されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/7./接触要素が、少なくとも1つの反共振要素プリフォームのARE外管の中に導入されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/8./接触要素は、少なくとも1つの反共振要素プリフォームのARE内管に導入されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/9./被覆管内孔の内側に反共振要素プリフォームを配置することは、被覆管壁の内側の目標位置に反共振要素プリフォームを配置することを含み、反共振要素プリフォームの配置は、被覆管内孔に挿入され、反共振要素プリフォームを目標位置に位置決めするための保持要素を有する位置決めテンプレートを用いて行われることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/10./被覆管の内孔が、機械加工によって、特に、穿孔、フライス削り、研削、ホーニング、及び/又は研磨によって作成されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/11./被覆管が、65~300mm、特に90~250mmの範囲の外径を有し、特に少なくとも1mの長さを有することを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/12./被覆管内孔の前側端部の少なくとも部分的な閉鎖によって被覆管クロージャを形成するステップを有することを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法。
/13./請求項1~12のいずれか一項に従って製造されたプリフォームから、中空コアファイバを線引きすることができる二次プリフォームを製造する方法であって、
・プリフォームを二次プリフォームに更に加工するステップを有し、
更なる加工が、以下の熱間成形プロセス、
i.)延伸することと、
ii.)圧潰することと、
iii.)圧潰し、同時延伸することと、
iv.)追加の被覆材料を加えることと、
v.)追加の被覆材料を加え、続いて延伸することと、
vi.)追加の被覆材料を加え、同時に延伸することと、のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実施を含む、方法。
/14./先行する実施形態1から12のいずれか1つに従って製造されたプリフォームから反共振中空コアファイバを製造する方法であって、
・プリフォームを反共振中空コアファイバに更に加工するステップを有し、更なる加工が、以下の熱間成形プロセス、
i.)延伸することと、
ii.)圧潰することと、
iii.)圧潰し、同時延伸することと、
iv.)追加の被覆材料を加えることと、
v.)追加の被覆材料を加え、続いて延伸することと、
vi.)追加の被覆材料を加え、同時に延伸することと、のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実行を含む、方法。
/15./0.05mbar~20mbarの範囲の相対内部圧力が、コア領域における延伸中に設定されることを特徴とする、実施形態13又は14に記載の方法。
/16./先行する実施形態のいずれか1つに記載の方法であって、以下の点のうちの少なくとも1つを有し、
・接触要素の長さが40mm~60mm、特に50mmであり、
・接触要素の半径は、0.25mm~5mm、特に0.35mm~3.5mm、特に0.8mm~1.5mm、特に1mm~1.1mmであり、
・接触要素の外面は、2.8mm~4.5mm、特に3,80mmであり、
・単位体積中の被覆管の質量は、0.49g~0.55g、特に0.50g~0.54g、特に0.52gであり、
・単位体積中の接触要素及び周囲空気の質量は、0.34g~0.48g、特に0.40g~0.44g、特に0.42gであり、
・単位体積中の反共振要素プリフォーム及び周囲空気の質量は、0.14g~0.26g、特に0.17g~0.23g、特に0.2gであり、
・平均熱容量C_接触要素=[68%;92%]C_被覆管及びC_反共振要素プリフォーム=[21%;51%]C_被覆管、特にC_接触要素=[72%;88%]C_被覆管及びC_反共振要素プリフォーム=[24%;47%]C_被覆管、特にC_接触要素=[76%;85%]C_被覆管及びC_反共振要素プリフォーム=[28%;44%]C_被覆管であり、
・温度範囲[200℃;450℃]におけるC_被覆管が、0.70J/(K)未満、特に0.67J/(K)未満、特に0.62J/(K)未満、特に0.59J/(K)未満であり、
・温度範囲[200℃;450℃]におけるC_被覆管が、0.35J/(K)超、特に0.42J/(K)超、特に0.47J/(K)超、特に0.51J/(K)超であり、
・温度範囲[200℃;450℃]におけるC_接触要素管は、0.55J/(K)未満、特に0.51J/(K)未満、特に0.48J/(K)未満、特に0.46J/(K)未満であり、
・温度範囲[200℃;450℃]におけるC_接触要素が、0.31J/(K)超、特に0.33J/(K)超、特に0.39J/(K)超、特に0.41J/(K)超であり、
・温度範囲[200℃;450℃]におけるC_反共振要素プリフォームは、0.3J/(K)未満、特に0.27J/(K)未満、特に0.23J/(K)未満、特に0.21J/(K)未満であり、
・温度範囲[200℃;450℃]におけるC_反共振要素プリフォームは、0.11J/(K)超、特に0.13J/(K)超、特に0.14J/(K)超、特に0.17J/(K)超であり、
・ここで、特に、石英ガラスの熱容量は1052[J/kg K]であり、空気の熱容量は1005[J/kg K]であり、石英ガラスの密度は0.0022[g/mm](又は2.2g/cmそれぞれ)であり、空気の密度は0.0000012[g/mm](又は1.2kg/mそれぞれ)である(通常条件下で測定される)ことを特徴とする、方法。
本明細書において、範囲の指定は、限界として言及される値も含む。したがって、変数Aに関する「XからYまでの範囲内」というタイプの指定は、Aが値X、Y、及びXとYとの間の値をとることができることを意味する。したがって、変数Aに関する「Yまで」というタイプの片側に限定された範囲は、値としてY及びY未満を意味する。
記載された特徴のいくつかは、用語「本質的に」と関連付けられる。「本質的に」という用語は、実際の条件及び製造技術の下で、「重なり合う」、「垂直な」、「直径」、又は「平行性」などの用語の数学的に正確な解釈が正確には提供され得ず、特定の製造関連誤差許容範囲内でのみ提供されるように理解されるべきである。例えば、「本質的に平行な軸」は、互いに-5度~5度の角度を描き、「本質的に同一の体積」は、5体積%までの偏差を含む。「石英ガラスから本質的になるデバイス」は、例えば、95重量%以上100重量%以下の石英ガラス部分を含む。更に、「実質的に直角」は、85度~95度の角度を含む。
本発明は、反共振中空コアファイバのプリフォームを製造する方法に関する。ステップa)の一部として、被覆管の提供が行われ、被覆管は、被覆管内孔と、被覆管長手方向軸とを有し、被覆管長手方向軸に沿って、被覆管壁が延び、被覆管壁は、内側及び外側によって制限される。
ステップb)は、いくつかの入れ子式管状構造要素からなり、ARE外管及びその中に挿入されたARE内管を含み、構造要素が構造要素長手方向軸を有する、いくつかの反共振要素プリフォームの準備を含む。ステップc)は、被覆管壁の内側に反共振要素プリフォームを配置することを含む。ステップd)は、入熱による被覆管壁への反共振要素プリフォームの熱固定を含む。
上記課題の解決は、本方法が、ステップe)において、熱固定中に被覆管から反共振要素プリフォームへの熱流を減速させるために、ステップd)において接触要素が反共振要素プリフォームの熱吸収質量を増加させるように、少なくとも1つの反共振要素プリフォームにそれぞれ接触要素を導入することを含むことによって達成される。
反共振要素は、中空コアファイバの単純構造要素又は入れ子構造要素とすることができる。それらは、少なくとも2つの壁を有し、それらは、中空コアの方向から見て、負の曲率(凸状)を有するか、又は曲率を有さない(平坦、直線状)。それらは、一般に、作業光に対して透明な材料、例えばガラス、特にドープされた又はドープされていない石英ガラス(SiO2)、プラスチック、特にポリマー、複合材料、又は結晶材料からなる。
ファイバ線引きプロセス中の単純な延伸によって中空コアファイバ内で本質的に反共振要素になるプリフォームの構成要素又は構成部品は、反共振要素プリフォームと呼ばれる。反共振要素プリフォームは、単純な構成要素又は入れ子状の構成要素とすることができ、これらの構成要素には、位置決め補助具を更に固定することができる。反共振要素プリフォームは、少なくとも2つの壁を有し、これらの壁は、中空コアの方向から見て、負の曲率(凸状)を有するか、又は曲率を有さない(平坦、直線状)。プリフォームの更なる処理によって、特に熱間成形ステップによって、中間製品を作成することができ、中間製品において、元の反共振要素プリフォームは、元の形状と比較して変化した形状で存在する。
プリフォームは、そこから反共振中空コアファイバを線引きすることができる構成要素である。代替案では、プリフォームを更に二次プリフォームに加工することができ、そこから中空コアファイバが線引きされる。この更なる加工は、例えば、延伸、圧潰、又は追加的被覆材料の追加などの熱間成形プロセスの1回又は繰り返し実施を含むことができる。
少なくとも1つの反共振要素プリフォームの熱固定の間に、入熱が外側から被覆管壁になされる。この入熱は、例えば水素トーチなどのトーチによって行うことができる。ステップd)における熱固定の目的は、反共振要素プリフォームと被覆管壁との間の物質間結合である。導入された入熱は、したがって、2つの要素の材料間の物質間結合が可能であるように行われなければならない。これは、被覆管壁及び反共振要素プリフォームが少なくとも部分的に固体状態から液体、特に粘性状態に変化するときに達成することができる。それによって、熱固定に必要な入熱が少なくとも1つの反共振要素プリフォームの破壊をもたらし得ることが不利であることが判明した。
反共振要素プリフォームは管状構造要素から構成され、その少なくとも一部は0.1mm~2mm、好ましくは0.2mm~1.5mmの範囲の壁厚を有する。この反共振要素プリフォームを部分的及び/又は完全に溶融するために必要な入熱は、反共振要素プリフォームの固定が可能であるように被覆管の状態を変化させるために必要な入熱よりも小さくてもよい。外側から被覆管に導入される熱は、特に、被覆管の内孔の温度上昇をもたらす可能性があり、この温度上昇は、少なくとも1つの反共振要素プリフォームの熱変形及び/又は熱破壊が生じるほど急速である。これを防止し、したがってプリフォーム内での反共振要素プリフォームの正確な位置決めを確実にするために、本発明は、反共振要素プリフォームの熱吸収質量を増加させる接触要素の使用を開示する。接触要素は、熱固定中の温度上昇を遅くすることができる。
この概念はまた、工業規模での反共振中空コアファイバの再現可能かつ正確な製造方法に適する。本発明は、互いに実質的に異なる内径を有する入れ子式の反共振要素を含む反共振中空コアファイバの正確な製造に特に適している。
少なくとも一部が0.2~2mmの範囲の壁厚、好ましくは0.25~1mmの範囲の壁厚を有する管状構造要素が提供され、65~300mmの範囲の外径、好ましくは90~250mmの範囲の外径、好ましくは120~200mmの範囲の外径を有する被覆管が提供されることにより、被覆管における少なくとも1つの反共振要素プリフォームの位置決めの精度が改善される。これらの構成要素は、これにより、特にそれぞれ少なくとも1mの長さを有することができる。
本方法の一実施形態は、ステップe)が、
/A-1./接触要素を反共振要素プリフォームに接続するステップと、
/A-2./反共振要素プリフォームを被覆管に接続するステップと、の連続的なステップを含むことを特徴とする。
この方法の一部として、接触要素の反共振要素プリフォームへの接続が最初に行われる。被覆管壁を通過する熱流は、接触要素と同様に反共振要素プリフォームを加熱する。両方とも物質間結合に入る。その後、反共振要素プリフォーム及び接触要素のシステムと被覆管との結合、特に物質間結合が行われる。この一連のステップシーケンスは、反共振要素プリフォームの熱固定が被覆管の内孔で行われるときに、反共振要素プリフォームの熱吸収質量が増加されることを保証する。
本方法の一実施形態は、ステップe)が、
/B-1./反共振要素プリフォーム及び接触要素からなるアセンブリへの入熱をするステップと、
/B-2./入熱の第1の部分によって、接触要素を反共振要素プリフォームに第1の接続をするステップと、
/B-3./入熱の第2の部分によって、反共振要素プリフォームを被覆管に第2の接続をするステップと、の連続ステップを含むことを特徴とする。
本方法のこの実施形態の場合、プリフォームの要素の順次接続が行われる。第1の接続の一部として、接触要素と少なくとも1つの反共振要素プリフォームとの間に物質間結合が形成される。この結合は、入熱の第1の部分によって生成される。
ステップd)における熱固定の一部として、入熱が、特にトーチによって、被覆管に対して行われる。別の実施形態では、被覆管壁への入熱は外側から行われ、特に被覆管壁への入熱は実質的に直角に行われる。これにより、熱は管壁を通って流れ、被覆管の内孔における接触要素並びに少なくとも1つの反共振要素プリフォームに衝突する。別の代替実施形態では、入熱は、反共振要素プリフォームの近傍の被覆管の前面で行われる。この入熱は、特に、集束された火炎によって行われ得る。それによって、熱は被覆管の前面を通って流れ、そこで管壁に入る。熱の放出は、特に被覆管の内孔で行われる。そこで、熱は接触要素及び少なくとも1つの反共振要素プリフォームに作用する。
代替実施形態では、ステップd)における熱固定は、ガラス、特に石英ガラスで作られたワイヤ状の接続要素を使用することによって行われる。溶接ワイヤ又は溶接添加剤とも呼ばれるこの接続要素は、ステップd)における熱固定の一部として熱流によって加熱される。接続要素の局所的に低い質量に起因して、接続要素は、わずかに及び/又は完全に溶融されることができ、したがって、接続されるべき要素被覆管内孔と反共振要素プリフォームとの間の物質間結合を促進する一種の接着剤として機能する。
両方の実施形態において、入熱のこの第1の部分は、第1の物質間結合が生成されるように、接触要素及び反共振要素プリフォームを加熱する。この物質間結合は、ステップd)の一部として入熱によって温度上昇が生じる領域において、反共振要素プリフォームの熱吸収質量が増加することをもたらす。
熱吸収質量の増加によって、温度の上昇速度及び/又は反共振要素プリフォームの最大到達温度は、一定の入熱で低減される。したがって、反共振要素プリフォームの熱破壊及び/又は熱変化のリスクも低減される。次のステップ/B-3/において、被覆管、特に被覆管内孔は、被覆管と反共振要素プリフォームとの物質間結合が達成されるように、入熱の第2の部分によって加熱される。この第2の結合は、本発明による方法の実際の目標である。本発明による接触要素を使用することによって、被覆管の内孔の温度と、接触要素が設けられた反共振要素プリフォームの温度とが著しく異ならないことが保証される。被覆管内孔と反共振要素プリフォームとの間の入熱の局所領域における温度差は、好ましくは300℃未満、特に200℃未満、特に50℃未満である。
接触要素の設計のために、2つの反対の態様が考慮される。
・接触要素が大きすぎるように設計される場合、接触要素は、ステップe)の一部としてあまりに多くの熱エネルギーを吸収し、したがって、反共振要素プリフォームと被覆管壁との間の迅速な物質間結合を妨げる。その結果、サーマル熱源は、場合によっては被覆管の壁に任意選択的にあまりにも長く作用し、被覆管の壁を損傷する。損傷は、これにより、被覆管壁の部分の完全な溶融、又は火炎圧による被覆管壁の変形にある可能性がある。これに代えて又はこれに加えて、大きすぎるように選択された接触要素の場合には、熱固定の間に反共振プリフォームが閉じられるリスクがある。したがって、更なる処理中に、反共振プリフォーム内に圧力が蓄積する可能性があり、これは、反共振プリフォームの望ましくない変形及び/又は膨張をもたらす。
・接触要素が小さすぎるように設計される場合、接触要素は、反共振要素プリフォームの熱吸収質量を十分に増加させるという本発明による目的を引き継ぐことができない。その結果、反共振要素プリフォームの正確な位置決めが行われず、最悪の場合、反共振要素プリフォームが破壊されることさえある。
本方法の一実施形態は、接触要素が、適用されるものが、
C_被覆管>C_接触要素>C_反共振要素プリフォームとなるように設計されることを特徴とし、
ここで、
・C_被覆管は、単位体積にわたって平均化された、被覆管の固体材料の熱容量であり、
・C_接触要素は、単位体積にわたって平均化された、接触要素及び周囲空気の熱容量であり、
・C_反共振要素プリフォームは、単位体積にわたって平均化された、反共振要素プリフォーム及び周囲空気の熱容量であり、
単位体積は、接触要素の体積よりも25体積%大きい。
物質の比熱容量Cは、質量に基づくその熱容量を特徴付ける。ある状態における物質の比熱容量は、ある量の物質に供給されるか又はある量の物質から除去される熱を、対応する温度上昇又は温度低下、及び物質の質量で割ったものである。
ここで
・ΔQは、物質に供給されるか又は物質から除去される熱であり、
・mは物質の質量であり、
・ΔT=T2-T1は、最終温度と初期温度との差である。
均質な物体の場合、熱容量は、比熱容量Cと物体の質量mとの積として計算することができる。
単位体積とは、接触要素の体積V_接触要素よりも25体積%大きい体積V_単位体積である。したがって、
V_単位体積=V_接触要素+25体積%V_接触要素
平均熱容量は、単位体積内に位置する材料の比熱容量の算術平均を特定する。
したがって、C_被覆管は、単位体積にわたって平均化された被覆管の固体材料の熱容量を特定する。したがって、被覆管の平均熱容量C_被覆管は、被覆管の固体材料の比熱容量と同一である。
更に、C_接触要素は、単位体積にわたって平均化された、接触要素及び周囲空気の熱容量を特定する。接触要素の比熱容量は、接触要素の平均熱容量C_接触要素の75%に寄与し、周囲空気の熱容量は25%に寄与する。
反共振要素プリフォームの平均熱容量C_反共振要素プリフォームは、単位体積にわたって平均化された反共振要素プリフォーム及び周囲空気の熱容量から計算される。この計算の場合、接触要素は考慮されない。したがって、反共振要素プリフォームの平均化された熱容量は、反共振要素プリフォームの接触要素のない部分及び周囲空気にわたって生じる。
反共振要素プリフォームが、特に0.2mmから2mmの範囲の壁厚を有する、好ましくは石英ガラスを有するか又は石英ガラスからなる管状構造要素であり得るという事実により、一実施形態は
C_反共振要素プリフォーム=[15%;55%]C_被覆管であることを特徴とする。
一実施形態は、ステップfの一部として熱的に固定される要素-被覆管、接触要素、反共振要素プリフォームの単位体積にわたって平均化される熱容量が、互いに適合されることを特徴とする。平均化された熱容量の対応する設計及び適合によって、反共振要素プリフォームと被覆管壁との間の物質間結合が高精度で達成されることが保証される。3つの平均化された熱容量の等級付け。
・C_接触要素=[68%;92%]C_被覆管
・C_反共振要素プリフォーム=[21%;51%]C_被覆管
以下に説明され、互いに相反する2つの効果をバランスさせる。
特に、以下による3つの平均化された熱容量の等級付けは、
・C_接触要素=[72%;88%]C_被覆管
・C_反共振要素プリフォーム=[24%;47%]C_被覆管
以下に説明され、互いに反対の2つの効果をバランスさせる。特に、以下による3つの平均化された熱容量の等級付けは、
・C_接触要素=[76%;85%]C_被覆管
・C_反共振要素プリフォーム=[28%;44%]C_被覆管
以下に説明され、互いに反対の2つの効果をバランスさせる。
一実施形態は、C_被覆管が温度範囲[200℃;450℃]で、0.70J/(K)未満、特に0.67J/(K)未満、特に0.62J/(K)未満、特に0.59J/(K)未満であることを特徴とする。
一実施形態は、C_被覆管が温度範囲[200℃;450℃]で、0.35J/(K)超、特に0.42J/(K)超、特に0.47J/(K)超、特に0.51J/(K)超であることを特徴とする。
一実施形態は、C_接触要素が、温度範囲[200℃;450℃]で、0.55J/(K)未満、特に0.51J/(K)未満、特に0.48J/(K)未満、特に0.46J/(K)未満であることを特徴とする。
一実施形態は、C_接触要素が、温度範囲[200℃;450℃]で、0.31J/(K)超、特に0.33J/(K)超、特に0.39J/(K)超、特に0.41J/(K)超であることを特徴とする。
一実施形態は、C_反共振要素プリフォームが、温度範囲[200℃;450℃]で、0.3J/(K)未満、特に0.27J/(K)未満、特に0.23J/(K)未満、特に0.21J/(K)未満であることを特徴とする。
一実施形態は、C_反共振要素プリフォームが、温度範囲[200℃;450℃]で、0.11J/(K)超、特に0.13J/(K)超、特に0.14J/(K)超、特に0.17J/(K)超であることを特徴とする。
一実施形態は、方法が以下の点のうちの少なくとも1つを有することを特徴とする。
・接触要素の長さが40mm~60mm、特に50mmであり、
・接触要素の半径は、0.25mm~5mm、特に0.35mm~3.5mm、特に0.8mm~1.5mm、特に1mm~1.1mmであり、
・接触要素の外面は、2.8mm~4.5mm、特に3,80mmであり、
・単位体積中の被覆管の質量は、0.49g~0.55g、特に0.50g~0.54g、特に0.52gであり、
・単位体積中の接触要素及び周囲空気の質量は、0.34g~0.48g、特に0.40g~0.44g、特に0.42gであり、
・単位体積中の反共振要素プリフォーム及び周囲空気の質量は、0.14g~0.26g、特に0.17g~0.23g、特に0.2gである。
本方法の一実施形態は、接触要素が棒状に設計されることを特徴とする。
本方法の一実施形態は、接触要素が、光ファイバの動作光に対して透明な材料、例えばガラス、特にドープされた又はドープされていない石英ガラス(SiO2)を有することを特徴とする。更に、接触要素の一部のみが石英ガラスを有することができ、及び/又は接触要素は、ドープされた又はドープされていない石英ガラスからなることができる。
一実施形態は、ステップe)における熱固定が火炎ベースのプロセスによって行われることを特徴とする。火炎ベースのプロセス(火炎加水分解など)の場合、水素(「H2」とも呼ばれる)を燃焼ガスとして使用することが好ましい。それは空気中の酸素(「O2」とも呼ばれる)と反応する。この発熱反応は、ステップe)において必要とされるエネルギーを作り出す。
一実施形態は、接触要素が15cm未満、特に10cm未満、特に8cm未満、特に5cm未満の長さを有することを特徴とする。更なる実施形態では、接触要素は、0.5cm超、特に1cm超、特に1cm超の長さを有する。更なる実施形態は、接触要素が棒状に設計されていること、特に、接触要素の長さが[5;50]mm、特に[10;40]mm、特に[12;30mm]であり、[0.5;10]mm、特に[07;7]mm、特に[1;5]mmの径を有することを特徴とする。接触要素は、好ましくは円筒状に設計される。更なる実施形態では、接触要素は、反共振要素プリフォームの材料及び/又は被覆管の材料と同一の材料又は本質的に同一の材料で作られるように設計される。
接触要素の大きさ及び幾何学的形状に関して、互いに相反する2つの要件を課すことができる。一実施形態では、接触要素は、接触要素の作用により、接続されることになる反共振要素プリフォームの領域及び接続されることになる被覆管の領域が、本質的に同じ時点で、本質的に同じ温度又は本質的に同じ集合状態にそれぞれ達するように設計される。これは、接続中の特に高い精度を可能にする。この実施形態は、かなり長く、より大きい接触要素をもたらす。
更なる実施形態では、接触要素は、接触要素を受容しなければならないプリフォームの領域を幾何学的に可能な限り小さく保つために、可能な限り小さくなるように設計される。ステップe)の一部として、接触要素が同様に反共振要素プリフォームとの物質間結合に入る場合、接触要素は完成したプリフォームに残る。接触要素が延伸されて反共振中空コアファイバになる場合、接触要素は、少なくともいくつかの領域において、ARE外管及び/又はARE内管の詰まりをもたらす可能性がある。使用可能な反共振中空コアファイバに引き伸ばすことができないこの領域は、可能な限り小さく保たれるべきである。
したがって、接触要素のサイズに関して、互いに相反する2つの要件がある。上記の幾何形状は、2つの要件を最良の方法で組み合わせ、したがって、構造要素の高い精度と、安定したプロセスにおける反共振要素の正確な位置決めとを提供する。
一実施形態は、接触要素が、少なくとも1つの反共振要素プリフォームのARE外管に導入されることを特徴とする。この配置では、接触要素は、ARE外管の内側でARE内管に隣接して配置される。本発明による目的を確実にするために、接触要素は、三日月状に設計することができ、したがって、ARE内管を少なくとも部分的に取り囲むことができる。択一的に、接触要素の円筒形設計も可能である。
一実施形態は、接触要素が、少なくとも1つの反共振要素プリフォームのARE内管に導入されることを特徴とする。この実施形態は、接触要素をARE内管に容易に挿入することができるという利点を有し、これは製造プロセスを簡略化する。更に、接触要素は、ARE内管の内径よりも小さい外径を有することができる。有利には、接触要素の外径は、ARE内管の内径の最大95%、特に93%、特に90%である。有利には、接触要素の外径は、ARE内管の内径の少なくとも30%、特に35%、特に40%である。一実施形態では、ARE内管及び接触要素は、同一の材料で作られるか、又は本質的に同一の材料で作られる。この実施形態は、ステップe)の一部として接触要素によってARE内管の汚染が生じないという利点を有する。
一実施形態は、被覆管内孔の内側に反共振要素プリフォームを配置することが、被覆管壁の内側の目標位置に反共振要素プリフォームを配置することを含み、反共振要素プリフォームの配置が、被覆管内孔に挿入され、目標位置に反共振要素プリフォームを位置決めするための保持要素を有する位置決めテンプレートによって行われることを特徴とする。位置決めテンプレートは、例えば、被覆管の内孔内に突出し、半径方向外側に面する複数の保持アームの形態の保持要素を含むシャフトを有する。保持要素の構造的に特定された星形の配置は、それぞれの目標位置における反共振要素プリフォームの正確な位置決め及びその固定を容易にする。
保持要素は、ARE反共振要素プリフォームとの非ポジティブ及び/又はポジティブ接触を有することができる。一実施形態では、保持要素は、反共振要素プリフォームの外形を少なくとも部分的に反映する外形を部分的に有する。一実施形態では、位置決めテンプレートの保持要素は、グラファイトを有することができ、特にグラファイトからなることができる。一実施形態では、位置決めテンプレートは、グラファイトからなることができる。
一実施形態は、被覆管内孔が、機械加工によって、特に穿孔、フライス削り、研削、ホーニング仕上げ、及び/又は研磨によって形成されることを特徴とする。他の公知の成形技術と比較して、これらの機械加工技術は、熱及び圧力を使用することによって、より正確でより繊細な構造を提供し、成形ツールによって引き起こされる表面の汚染を回避する。
被覆管におけるプリフォームの位置決めの精度は、管状構造要素が提供され、管状構造要素の少なくとも一部が0.2~2mmの範囲の壁厚、好ましくは0.25~1mmの範囲の壁厚を有し、65~300mmの範囲の外径、好ましくは90~250mmの範囲の外径、好ましくは120~200mmの範囲の外径を有する被覆管が提供されることによって改善される。更に、これらの構成要素は、それぞれ少なくとも1mの長さを有することができる。
これらは、反共振要素を形成するための比較的大きな体積の構造要素である。これは取り扱いを簡単にする。被覆管及び構造要素が垂直に配置されている場合、重力は、構造要素がそれぞれそれらの上側の前側端部の目標位置に位置決めされているときに、構造要素の長手方向軸の平行性及び垂直方向の位置合わせを更に支援する。
一実施形態は、反共振要素が奇数対称性で中空コアの周りに配置されていることを特徴とする。
一実施形態は、方法が、
・被覆管内孔の前側端部の少なくとも部分的な閉鎖によって被覆管クロージャを形成するステップを有することを特徴とする。
この方法ステップの一部として、被覆管クロージャを形成するために、反共振要素プリフォームの前側端部の少なくとも1つが部分的に閉鎖される。本発明によるプリフォームは、より大きな外径によって特徴付けられる。プリフォームの外径が大きくなるにつれて、ファイバ線引き中に利用可能な絶対幾何誤差がより大幅に縮小されるという事実により、中空コアファイバのより正確な製造が一般に可能になる。しかしながら、プリフォーム外径のいかなる拡大も、より正確な中空コアファイバを自動的にもたらさないが、中空コアファイバの壁厚において3.5%の最大相対形状誤差を維持するために、以下の手段が有用であることが示されている。すべての反共振要素プリフォーム又は少なくとも一部が中空ダクトを形成し、一般的に両側が開いている。中空ダクトの自由内径は小さく、通常、プリフォームにおいて数ミリメートルの範囲にある。熱間成形プロセスの間、プリフォームは外側から暖められ、その結果、半径方向の温度勾配がプリフォーム体積に生じる。他の点では同一のプロセス条件の場合、生じる温度差、したがって生じる粘度差は、プリフォームが厚くなるほど大きくなる。表面張力の結果として、及び局所的な温度の関数として、中空ダクトが異なって収縮するリスクがある。このリスクは、半径方向の温度勾配が大きく、プリフォームが厚いほど高くなる。対照的に、温度勾配は、中心中空コアに対して有意な影響を有さない。この効果に対処するために、本発明による比較的厚いプリフォームの場合、コア領域(中空コア)は、長手方向軸の垂直配向でファイバ線引きプロセス中に開いたままであるが、別の状況で開いている上端は、反共振要素プリフォームの少なくとも一部の場合、被覆管クロージャによって少なくとも部分的に閉鎖される。
上述の目的はまた、先行する実施形態のいずれか1つに従って製造されたプリフォームから、中空コアファイバを線引きすることができる二次プリフォームを製造する方法によって解決され、方法は以下、
・プリフォームを二次プリフォームに更に加工するステップを有し、
更なる加工が、以下の熱間成形プロセス、
i.)延伸することと、
ii.)圧潰することと、
iii.)圧潰し、同時延伸することと、
iv.)追加の被覆材料を加えることと、
v.)追加の被覆材料を加え、続いて延伸することと、
vi.)追加の被覆材料を加え、同時に延伸することと、のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実施を含む。
プリフォームは、反共振中空コアファイバの製造のための出発点である。本発明による方法では、プリフォームは、1つ又は複数の熱間成形プロセスを実施することによって二次プリフォームに更に加工される。
延伸の間、プリフォームは延伸される。延伸は、同時に圧潰することなく行うことができる。延伸は、例えば一次プリフォームの構成要素又は構成部品の形状及び配置が延伸された最終製品に反映されるように、一定の縮尺で行うことができる。しかしながら、延伸中に、一次プリフォームは、縮尺通りに延伸されなくてもよく、その幾何学的形状は変更されてもよい。圧潰中に、内孔が狭められるか、又は管状構成要素間のリング間隙が閉鎖若しくは狭められる。圧潰は、一般に延伸と関連付けられる。このようにして製造された二次プリフォームは、既に中空コアファイバを線引きするために設計され、適していることができる。二次プリフォームは、任意選択的に、それが例えば延伸されるか、又は追加の被覆材料がそれに加えられるという点で更に処理され得る。
上述の目的はまた、先行する実施形態のいずれか1つに従って製造されたプリフォームから反共振中空コアファイバを製造する方法により解決され、方法は、
・プリフォームを反共振中空コアファイバに更に加工するステップを有し、更なる加工が、以下の熱成形プロセス、
i.)延伸することと、
ii.)圧潰することと、
iii.)圧潰し、同時延伸することと、
iv.)追加の被覆材料を加えることと、
v.)追加の被覆材料を加え、続いて延伸することと、
vi.)追加の被覆材料を加え、同時に延伸することと、のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実行を含む。
プリフォームは、反共振中空コアファイバの製造のための出発点である。反共振中空コアファイバは、高温熱処理によって、特にプリフォームを延伸することにより生成される。
延伸の間、プリフォームは延伸される。延伸は、例えば一次プリフォームの構成要素又は構成部品の形状及び配置が延伸された最終製品に反映されるように、一定の縮尺で行うことができる。しかしながら、延伸中に、一次プリフォームは、縮尺通りに延伸されなくてもよく、その幾何学的形状は変更されてもよい。圧潰中に、内孔が狭められるか、又は管状構成要素間のリング間隙が閉鎖若しくは狭められる。
プリフォームから反共振中空コアファイバを延伸して生成するために、プリフォームは、炉を通って垂直に案内され得る。それによって、そこから反共振中空コアファイバが円錐の形態で線引きされるプリフォームの下端が線引き温度まで温められ、線引きされたファイバは、その後、線引き方向と反対に向けられたガス流によって線引き温度から冷却される。
一実施形態では、反共振中空コアファイバは接着促進剤でコーティングされ、このステップは、ガラスファイバ製造中の線引きプロセス中に実施され、その後、第2の後続ステップにおいて、反共振中空コアファイバはプラスチックでコーティングされる。この第2のステップは、ガラスファイバ製造の線引きプロセスから時間的に切り離されるように行うことができる。コーティングのために使用されるプラスチックは、以下の物質:ポリウレタンアクリレート、アクリレート、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン)、ポリエーテル、ポリウレタンモノアクリレート、フルオロアルキルアクリル酸メチル、又はポリイミドのうちの1つ又はいくつかであり得る。
プリフォームの構成部品は、被覆管と、その中に配置された反共振要素プリフォームと、例えば1つ又は複数のオーバーレイシリンダの形態で提供され、プリフォーム上に圧潰される追加の被覆材料とを含む。ドーピングは、張力を回避又は低減するために、隣接するプリフォーム部品の熱膨張係数の適合を提供する。フッ素、塩素及び/又はヒドロキシル基は、好ましくは、石英ガラスの粘度を低下させるドーピング剤として使用される。ドーピングは、隣接する構成部品の安定性に有利になるように構成部品の熱安定性を低減するために使用することもできる。
一実施形態は、-10~-300mbar、特に-50~-250mbarの範囲の相対内部圧力(周囲大気圧と比較した負圧)が、個々の構成部品を完成プリフォームに延伸する間にコア領域において設定されることを特徴とする。この圧力窓は、OD/ID比(被覆管の内径に対する外径の比)が延伸の一部として小さくなりすぎないことを保証する。
一実施形態は、0.05mbar~20mbarの範囲の相対内部圧力(周囲大気圧と比較して正圧)が、プリフォームを反共振中空コアファイバに延伸する間にコア領域に設定されることを特徴とする。相対内部圧力が0.05mbar未満である場合、反共振要素プリフォームが過度に膨張することが起こり得る。逆に、コア領域における相対内圧が20mbarを超えると、反共振要素プリフォームの中空ダクト内のガス圧が十分でなくなるため、熱間成形プロセスにおいて中空ダクトが十分に広がることがある。
熱間成形プロセス中の加熱ゾーンの温度は、可能な限り一定であるべきである。有利には、したがって、熱間成形プロセス中に温度制御された加熱要素が使用され、その目標温度は正確に+/-0.1℃に保持される。したがって、熱間成形プロセスにおける温度変動を+/-0.5℃未満に制限することができる。
一実施形態の場合、ステップa)による準備は、被覆管内孔上の目標位置への反共振要素プリフォームの配置を含み、反共振要素プリフォームの配置は、非晶質SiO2粒子含有封止又は結合化合物を使用する固定手段及び/又は封止手段を含む。封止又は固定のために使用される封止化合物又は結合化合物は、SiO2粒子を含有し、特に少なくとも60重量%のSiO2粒子を含有し、これは例えば分散液中に受容される。この化合物は、それぞれ接続又は封止される表面間に塗布され、使用時には一般にペースト状である。低温での乾燥の間に、分散液は部分的に又は完全に除去され、化合物は固化する。封止化合物又は結合化合物、特に、乾燥後に得られる固化したSiO2含有封止化合物又は結合化合物は、固定及び封止のための要件を満たす。この目的のために必要とされる300℃未満の低温は、プリフォームの寸法安定性への付着を促進し、負の熱作用を回避する。
例えばプリフォームを中空コアファイバに延伸する間に、より高い温度まで加熱することによって、封止又は結合化合物は、不透明又は透明ガラスを形成するのにも適している。これは、焼結又はグレージングによって行われ、不透明ガラスへの焼結は、完全な透明性へのグレージングよりも比較的低い温度及び/又は短い加熱期間を必要とする。したがって、封止化合物又は結合化合物は、加熱によって圧縮することができ、熱間成形プロセス中の加熱によってグレージングすることができる。
熱間成形プロセスの間、封止化合物又は結合化合物は分解せず、汚染物質をほとんど放出しない。したがって、熱間成形プロセス中の熱安定性及び純度によって特徴付けられ、異なる熱膨張係数の結果としての変形を回避する。
本明細書に開示された特徴は、特許請求の範囲に記載された発明の様々な設計に対して、別々にも、互いに任意に組み合わせても重要であり得る。プリフォーム、又は反共振中空コアファイバについて開示された特徴は、本方法についても開示されており、その逆も同様である。
以下、図面を参照して本発明を例示的に更に説明する。本発明は、図面に限定されない。

反共振中空コアファイバの部分長手方向断面図である。 反共振中空コアファイバの部分断面図である。 本発明によるプリフォームの第1の実施形態の部分長手方向断面図である。 本発明によるプリフォームの第1の実施形態の部分断面図である。 本発明によるプリフォームの第2の実施形態の部分長手方向断面図である。 本発明によるプリフォームの第2の実施形態の部分断面図である。 単位体積を含む本発明によるプリフォームの図を示す。 プリフォームを製造する方法のフローチャートである。 反共振中空コアファイバを製造する方法のフローチャートを示す。
図面の説明
図1は、反共振中空コアファイバ2400の長手方向断面を示す。図2は、図1に示される反共振中空コアファイバ2400の断面を示す。図示されているのは、2つの切断線A-AとB-Bとの間の反共振中空コアファイバ2400の断面である。反共振中空コアファイバ2400は、被覆2450を有する。反共振中空コアファイバ2400の図示された実施形態では、被覆2450は、細長い被覆管200及び細長い被覆材料2452からなる。被覆材料2452及び被覆管材料200が、図示される実施形態において同一の材料であるように設計されるという事実のために、図2における2つの材料間の遷移は、破線によってのみマークされる。反共振中空コアファイバ2400は、中空コア2470を有する。電磁波は、中空コア2470を通って伝搬することができる。図示の実施形態では、2つの反共振要素2410が中空コア2470の内部に配置されている。それらは、被覆2450の内面2480に物質間結合によって接続される。反共振要素2410は、AREファイバ外管2420とAREファイバ内管2430とを有する。AREファイバ内管2430は、AREファイバ外管2420内に配置される。反共振要素2410は、反共振中空コアファイバ2400の長手方向軸2460に平行に配置される。
図2は、図1に示される反共振中空コアファイバ2400の断面を示す。この図2は、中空コア2470を制限する内面2480上の反共振要素2410の配置を明確にしている。反共振要素2410は管状に構成されており、AREファイバ内管2430は物質間結合によってAREファイバ外管2420に接続されている。
図示されたAREファイバ内管2430及び/又はAREファイバ外管2420は、0.2~2μmの範囲の壁厚を部分的に有することができる。図示された被覆管2450は、少なくとも1mの長さで90~250mmの範囲の外径を有することができる。中空コア2470の内径は、好ましくは10~50ミリメートルである。
図示された反共振中空コアファイバ2400は、以下でより詳細に説明されるプリフォーム100から製造される。プリフォーム100からの反共振中空コアファイバ2400の製造は、特に、以下の熱間成形プロセス:延伸2300、圧潰2100、追加の被覆材料の追加2200、のうちの1つ又は複数の1回又は繰り返しの実行によって行われる。
図3及び図4は、本発明による反共振中空コアファイバ2400のプリフォーム100の本発明による第1の実施形態の断面を示す。プリフォーム100は、被覆管200を有する。被覆管200は管状に形成されており、20mm~150mm、特に30mm~130mmの範囲内の厚さ211を有する被覆管壁210を含む。反共振要素プリフォーム300は、被覆管200の内側215に配置されている。これにより、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300は、コアモードが最終中空コアファイバ2400の中心中空コア2470内を伝搬できることを保証する。
反共振要素プリフォーム300は、ARE外管310とARE内管320とを含んでおり、これらは共に管状に設計されている。ARE外管310及び/又はARE内管320は、0.1~2mmの範囲の壁厚を有することができる。ARE内管320は、物質間結合によってARE外管310に接続することができる。この結合は、特に複数の反共振要素プリフォーム300の準備1200の一部として行うことができる熱的付着によって行われる。準備1200のこのステップの一部として、ARE外管310及びARE内管320などの入れ子にされたいくつかの管状構造要素を組み立てることができる。
準備1200の一部としての熱的付着は、被覆管200の外側及び/又は内側で行うことができる。特に図4から明らかなように、反共振要素プリフォームは、ARE外管310と、その中に挿入されたARE内管320とを含む。熱付着は、ARE外管310の内側へのARE内管320の物質間結合をもたらすことができる。その管状形状によって特定されるARE内管320の長手方向軸は、それによって、その形状によって特定されるARE外管310の長手方向軸に平行に位置する。したがって、ARE外管310とARE内管320との組合せは、入れ子式の管状構造要素を形成し、この管状構造要素は、それ自体の構造要素長手方向軸を有する。
被覆管200の形状は、管状及び/又は円筒状であり、被覆管長手方向軸230を有する。被覆管200の内側には、被覆管内孔220が設けられている。内側215及び外側216によって制限される被覆管壁210は、長手方向軸230に沿って延びる。被覆管200は、被覆管クロージャ214によって端部側で少なくとも部分的に閉じることができる。
更なるステップにおいて、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300が、第1のステップにおいて提供された(1100)被覆管200内に配置される(1300)。続いて、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300の被覆管壁210への熱固定1500が、入熱によって行われる。例えば、被覆管壁210の領域851を熱的に加熱する水素トーチなどの熱源850は、この入熱を生成するように機能することができる。内側215との反共振要素プリフォーム300の物質間結合が、熱加熱の目標である。一実施形態では、暖められた領域851において、被覆管200との反共振要素プリフォーム300の部分的な物質間結合のみが行われる。したがって、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300は、点ごとにのみ被覆管200に接続される。この点接合は、反共振要素プリフォーム300の長さに沿って5箇所、特に3箇所、特に2箇所で行うことができる。
図示の実施形態では、被覆管200及び少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300は、光ファイバの動作光に対して透明な材料、例えばガラス、特にドープされた又はドープされていない石英ガラス(SiO2)を有する。一実施形態において、被覆管200及び反共振要素プリフォーム300は、ドープされた又はドープされていない石英ガラス(SiO2)からなる。
開示された方法は、熱固定1500の間被覆管200から反共振要素プリフォーム300への熱流を減速させるために、及び/又は熱流によって引き起こされる反共振要素プリフォーム300の温度の上昇を減速させるために、ステップd)において接触要素400が反共振要素プリフォーム300の熱吸収質量を増加させるように、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300にそれぞれ接触要素400を導入するステップ1400を含む。
接触要素400は、反共振要素プリフォーム300の熱吸収質量を増加させる目的を果たす。図3に示すように、熱流は、熱源850から被覆管200の壁210の方向に放出される。図3において、熱源850は、被覆管の壁に対して本質的に直角に配置される。代替例では、熱源850は、反共振要素プリフォームの近傍で被覆管の前面を加熱することもできる。この熱流は、被覆管壁200の温度上昇をもたらし、最終的には反共振要素プリフォーム300にも到達する。内側215の到達温度が非常に高くなり、及び/又は温度上昇の速度が非常に速くなり、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300に熱損傷が生じ、及び/又は少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300が被覆管壁210の内側215に正確に及び/又は張力なしに固定されないというリスクがある。しかしながら、無張力及び/又は精密でない反共振要素プリフォーム300の固定は、結果として、得られる反共振中空コアファイバ2400が必要な減衰特性を有さないことをもたらす。
産業プロセスにおいて被覆管壁210への反共振要素プリフォーム300の確実かつ再現可能な固定を保証するために、接触要素400の使用が提供され、これは、反共振要素プリフォーム300の熱吸収質量を増加させる。接触要素400によって、反共振要素プリフォーム300は、反共振要素プリフォーム300と被覆管壁210との物質間結合が行われる領域において、より熱的に不活性になる。
接触要素400の設計の場合、2つの相反する特性がバランスされる必要がある。
i.)一方では、可能な限り大きい接触要素400は、反共振要素プリフォーム300の熱吸収質量の著しい増加をもたらし、したがって、反共振要素プリフォーム300の熱破壊又は変形のリスクが低減されることを確実にする。したがって、可能な限り大きくて重い接触要素400が有利であると思われる。
ii.)他方、接触要素400が大きすぎる場合、反共振要素プリフォーム300の材料は、被覆管壁210との物質間結合を確実にするために十分に加熱することができない。熱源850による入熱の対応する増加によって、物質間結合は、緊急時に保証され得る。しかしながら、その場合に必要とされる熱源850による入熱は、領域851における被覆管壁210の破壊をもたらすほど大きい可能性がある。したがって、可能な限り小さく、質量が小さい接触要素400が有利であると思われる。大きすぎるように選択された接触要素の場合、追加的又は代替的に、熱固定1500中に反共振プリフォーム300が閉じられるリスクがある。したがって、更なる処理中に、反共振プリフォーム300内に圧力が蓄積される可能性があり、これは、反共振プリフォーム300の望ましくない変形及び/又は膨張をもたらす。
したがって、接触要素400のバランスのとれた寸法が必要とされる。
ステップd)の一部として、被覆管壁210の内側215に少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300を配置すること1300が行われる。一実施形態では、この配置1300は、非ポジティブクランプ要素及び/又はポジティブクランプ要素によって行うことができる。これにより、クランプ要素は、特に端部側において、被覆管200内に反共振要素プリフォーム300を保持することができる。別の実施形態では、被覆管200内に位置決めテンプレート800が配置されており、この位置決めテンプレートは、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300を所定の位置に非ポジティブ及び/又はポジティブに保持する。したがって、被覆管内孔220の内側215への反共振要素プリフォーム300の配置1300は、被覆管壁210の内側の目標位置への反共振要素プリフォーム300の配置を含むことができ、反共振要素プリフォーム300の配置1300は、被覆管内孔に導入され、目標位置に反共振要素プリフォーム300を位置決めするための保持要素を有する位置決めテンプレート800によって行われる。幾何学的形状及び材料の魅力的な選択によって、+/-5mmの再現可能な精度が、位置決めテンプレート800の助けによって、反共振要素プリフォーム300の位置決め中に達成され得る。グラファイトからなる位置決めテンプレート800が有利であることが判明している。
一実施形態では、ステップd)における熱固定1500は、ステップe)が、
/A-1./接触要素400を反共振要素プリフォーム300に接続するステップと、
/A-2./反共振要素プリフォーム300を被覆管200に接続するステップと、の連続ステップを含むことを特徴とすることができる。
代替的又は追加的に、ステップd)における熱固定1500は、ステップe)が、
/B-1./反共振要素プリフォーム300及び接触要素400からなるアセンブリへの入熱をするステップと、
/B-2./入熱の第1の部分によって、接触要素400を反共振要素プリフォーム300に第1の接続をするステップと、
/B-3./入熱の第2の部分によって、反共振要素プリフォーム300を被覆管200に第2の接続をするステップと、の連続ステップを含むことを特徴とすることができる。
図5及び図6は、開示された方法によって製造されるプリフォーム100’の実施形態を示す。図5及び図6による実施形態は、上記で説明され、図3及び図4に示された実施形態に大部分が対応しており、したがって、繰り返しを避けるために上記の説明が参照される。図3及び図4の説明から繰り返される構造は、同じ参照番号を有する。図3及び図4に示される構造と比較した構造の修正は、アポストロフィ(’)を伴う同じ参照番号を有する。
図5及び図6に示されるプリフォーム100’は、接触要素400の配置によって図3及び図4に示される実施形態と異なる。プリフォーム100’は、ARE外管310内に配置された接触要素400を有する。対照的に、図4及び図5に示される実施形態の場合、接触要素400は、ARE内管320内に配置された。特に図6で明らかにされるように、接触要素400は、三日月形構造を有することができ、少なくともいくつかの領域においてARE内管320を取り囲むことができる。この種の設計により、被覆管壁210の内側215から接触要素400への熱の最適化された流出が保証される。しかしながら、物質間結合を達成するために、十分な熱が、反共振要素プリフォーム300の外側と被覆管壁210の内側215との間の接触点に同時に到達する。
接触要素400の対応する寸法決めによって、熱固定1500の一部として、反共振要素プリフォーム300の幾何学的寸法が10%未満、特に5%未満、特に2%未満、特に1%未満だけ変化することが保証される。幾何学的寸法は、以下の変数のうちの少なくとも1つであると理解される:ARE内管320の半径、ARE外管310の半径、ARE内管320の壁厚、ARE外管310の壁厚、ARE内管を通る理想的な円形状からの偏差、ARE外管310を通る理想的な円形状からの偏差、ARE内管320の円形表面、及びARE外管310の円形表面。
図7は、開示された方法によって製造されるプリフォーム100’’の実施形態を示す。図7による実施形態は、上記で説明され、図3及び図4に示された実施形態に大部分が対応しており、したがって、繰り返しを避けるために上記の説明が参照される。図3及び図4の説明から繰り返される構造は、同じ参照番号を有する。図3及び図4に示される構造と比較した構造の修正は、2つのアポストロフィ(’’)を伴う同じ参照番号を有する。
図7に示すプリフォーム100’’の実施形態は、接触要素400が、適用されるものが、
C_被覆管>C_接触要素>C_反共振要素プリフォームとなるように設計されることを特徴とし、
ここで、
・C_被覆管は、単位体積410にわたって平均化された、被覆管200の固体材料の熱容量であり、
・C_接触要素は、単位体積410’’にわたって平均化された、接触要素400及び周囲空気の熱容量であり、
・C_反共振要素プリフォームは、単位体積410’’にわたって平均化された、反共振要素プリフォーム300及び周囲空気の熱容量であり、
単位体積は、接触要素400の体積よりも25体積%大きい。
被覆管200の平均熱容量「C_被覆管」は、被覆管200の固体材料の単位体積410にわたる平均化から得られる。したがって、平均熱容量は、被覆管200を構成する材料の比熱容量に対応する。したがって、接触要素400の体積よりも25体積%大きい体積は、単位体積と呼ばれる。
接触要素400の平均熱容量「C_接触要素」は、接触要素400の体積よりも25体積%大きい単位体積410’にわたる平均化から得られる。したがって、接触要素400が作られる材料の比熱容量、及びそれを取り囲む空気(DIN 1343による通常の条件下)にわたって、平均化が行われる。
反共振要素プリフォーム300の平均熱容量「C_反共振要素プリフォーム」を決定するために、単位体積410’’は、被覆管200の内壁に物質間結合によって接続されるべき部分を含むように設計されるべきである。これは、図7において、単位体積410’’が円筒形であり、ARE内管320及びARE外管310の一部を取り囲むように示されている。単位体積410’’の長手方向軸は、それによって、反共振要素プリフォーム300の仮想長手方向軸に平行に位置合わせされる。プリフォーム300の平均化された熱容量は、(DIN 1343による通常の条件下で)単位体積410’’に含まれる空気と同様に、反共振要素プリフォーム300を形成する管状構造310、320の部分にわたる平均化から得られる。
単位体積410、410’、410’’は、その形状が接触要素400の外形を本質的に反映するように選択することができ、その寸法は、接触要素400の体積よりも25体積%大きいように拡大されるだけである。円筒状に設計された接触要素400の場合、単位体積410、410’、410’’も同様に円筒状に設計することができる。接触要素400と比較して拡大された直径及びより長い長さは、25体積%だけ大きい体積を達成する。
一実施形態では、接触要素400は、光ファイバの動作光に対して透明な材料、例えばガラス、特にドープされた又はドープされていない石英ガラス(SiO2)を有する。一実施形態において、接触要素400は、光ファイバの動作光に対して透明な材料、例えばガラス、特にドープされた又はドープされていない石英ガラス(SiO2)からなる。
図8は、反共振中空コアファイバ2400のプリフォーム100を製造するための方法2000の一実施形態を示し、方法2000は以下の方法ステップを有する:
a.被覆管200を提供するステップ1000、被覆管200は、被覆管内孔220及び被覆管長手方向軸230を有し、被覆管長手方向軸230に沿って被覆管壁210が延び、被覆管壁210は、内側215及び外側216によって制限され、
b.いくつかの入れ子式管状構造要素からなり、ARE外管310とその中に挿入されたARE内管320とを含み、構造要素が構造要素長手方向軸を有する、いくつかの反共振要素プリフォーム300を準備するステップ1200、
c.被覆管壁210の内側に反共振要素プリフォーム300を配置するステップ1300、
d.入熱による被覆管壁210への反共振要素プリフォーム300の熱固定ステップ1500。
これにより、本方法は、
e.熱固定1500中の被覆管200から反共振要素プリフォーム300への熱流温度上昇を減速させるために、ステップd)において接触要素400が反共振要素プリフォーム300の熱吸収質量を増加させるように、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム300にそれぞれ接触要素400を導入するステップ1400を有して提供される。
図9は、以下のステップ、
・プリフォーム100を反共振中空コアファイバ2400に更に加工するステップ、を有する特に先行する方法ステップ1000~1500のいずれか1つに従って製造されたプリフォーム100から反共振中空コアファイバ2400を製造するための方法の一実施形態を示し、
更なる加工が、以下の熱間成形プロセス、
・圧潰2100、
・追加の被覆材料の追加2200、及び
・延伸2300、のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実施を含む。
別段の指定がない限り、特許請求の範囲、明細書、及び図面において指定される物理的変数のすべては、DIN 1343に従って通常の条件下で決定される。「通常の条件下」という記載は、DIN 1343に従う条件下での測定を指す。本特許請求の範囲、明細書、及び図面に開示された特徴は、特許請求の範囲に記載された発明の様々な実施形態に対して、別々にも、互いに任意に組み合わせても重要であり得る。デバイス、特にプリフォーム、二次プリフォーム、又は反共振中空コアファイバに関して開示される特徴は、方法に関しても開示され、逆もまた同様である。
以下、図面を参照する。
100 反共振中空コアファイバのプリフォーム
200 被覆管
210 被覆管壁
211 被覆管壁の厚さ
215 被覆管壁の内側
216 被覆管壁の外側
220 被覆管内孔
230 被覆管長手方向軸
240 被覆管クロージャ
300 反共振要素プリフォーム
310 ARE外管
320 ARE内管
400 接触要素
410、410’、410’’ 単位体積
800 位置決めテンプレート
850 サーマル熱源
851 暖機領域
1000 被覆管を提供する。
1100 被覆管クロージャを作成する
1200 多数の反共振要素プリフォームを準備する
1300 反共振要素プリフォームを配置する
1400 接触要素をそれぞれ導入する
1500 反共振要素プリフォームの熱固定
2000 方法ステップ1000~1500
2100 圧潰
2200 追加の被覆材料を加える
2300 延伸
2400 反共振中空コアファイバ
2410 反共振要素
2420 AREファイバの外管
2430 AREファイバの内管
2450 反共振中空コアファイバの被覆
2452 反共振中空コアファイバの被覆における前被覆材料の部分
2460 反共振中空コアファイバの長手方向軸
2470 反共振中空コアファイバの中空コア
2480 内面

Claims (15)

  1. 反共振中空コアファイバ(2400)のプリフォームを製造する方法であって、
    a)被覆管(200)を提供するステップ(1000)であって、前記被覆管は、被覆管内孔(220)及び被覆管長手方向軸(230)を有し、前記被覆管長手方向軸に沿って、内側面(215)及び外側面(216)によって制限される被覆管壁(210)が延びる、ステップと、
    b)いくつかの入れ子式管状構造要素からなり、ARE外管(310)と、その中に挿入されたARE内管(320)とを含み、前記構造要素が構造要素長手方向軸を有する、いくつかの反共振要素プリフォーム(300)を準備するステップ(1200)と、
    c)前記被覆管壁(210)の内側に前記反共振要素プリフォーム(300)を配置するステップ(1300)と、
    d)入熱によって前記被覆管壁(210)に前記反共振要素プリフォーム(300)を熱固定するステップ(1500)と、
    を含み、前記方法は、
    e)前記熱固定(1500)中に前記被覆管(200)から前記反共振要素プリフォーム(300)への熱流を減速させるために、接触要素(400)が、ステップd)において前記反共振要素プリフォーム(300)の熱吸収質量を増加させるように、少なくとも1つの反共振要素プリフォーム(300)内にそれぞれ前記接触要素(400)を導入する(1400)ステップを有することを特徴とする、方法。
  2. ステップe)は、
    /A-1./前記接触要素(400)を前記反共振要素プリフォーム(300)に接続するステップと、
    /A-2./前記反共振要素プリフォーム(300)を前記被覆管(200)に接続するステップと
    の連続ステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. ステップe)は、
    /B-1./反共振要素プリフォーム(300)及び接触要素(400)からなるアセンブリへの入熱をするステップと、
    /B-2./前記入熱の第1の部分によって、前記接触要素(400)を前記反共振要素プリフォーム(300)に第1の接続をするステップと、
    /B-3./前記入熱の第2の部分によって、前記反共振要素プリフォーム(300)を前記被覆管(200)に第2の接続をするステップと、の連続ステップを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記接触要素(400)は、適用されるものがC_被覆管>C_接触要素>C_反共振要素プリフォームとなるように設計され、
    ・C_被覆管は、単位体積(410、410’、410’’)にわたって平均化された、被覆管(200)の固体材料の熱容量であり、
    ・C_接触要素は、前記単位体積(410、410’、410’’)にわたって平均化された前記接触要素(400)及び周囲空気の熱容量であり、
    ・C_反共振要素プリフォームは、前記単位体積(410、410’、410’’)にわたって平均化された、前記反共振要素プリフォーム(300)及び周囲空気の熱容量であり、
    前記単位体積は、前記接触要素(400)の体積よりも25体積%大きいことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. ステップd)における前記熱固定は、火炎ベースのプロセスによって行われることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記接触要素(400)は、ロッド状に設計され、特に、前記接触要素(400)は、
    長さが[5;50]mmであり、特に[10;40]mm、特に[12;30]mmであり、
    直径が[0.5;10]mmであり、特に[07;7]mm、特に[1;5]mmであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記接触要素(400)が、前記少なくとも1つの反共振要素プリフォーム(300)の前記ARE外管(310)内に導入されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記接触要素(400)が、前記少なくとも1つの反共振要素プリフォーム(300)の前記ARE内管(320)内に導入されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記被覆管内孔の内側に前記反共振要素プリフォーム(300)を配置することは、前記被覆管壁の内側の目標位置に前記反共振要素プリフォーム(300)を配置することを含み、前記反共振要素プリフォーム(300)の前記配置は、前記被覆管内孔に挿入され、前記反共振要素プリフォーム(300)を前記目標位置に位置決めするための保持要素を有する位置決めテンプレートを用いて行われることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記被覆管内孔は、機械加工によって、特に穿孔、フライス加工、研削、ホーニング加工、及び/又は研磨によって形成されることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記被覆管(200)が、65~300mm、特に90~250mmの範囲の外径を有し、特に少なくとも1mの長さを有することを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. ・前記被覆管内孔(220)の前側端部の少なくとも部分的な閉鎖によって被覆管クロージャ(240)を形成するステップ(1100)を有する
    ことを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 二次プリフォームの製造方法であって、請求項1から12のいずれか一項に従って製造されたプリフォーム(100)から、中空コアファイバを線引きすることができ、
    ・前記プリフォーム(100)を前記二次プリフォームに更に加工するステップを有し、
    前記更なる加工が、以下の熱間成形プロセス、
    i.)延伸する(2300)ことと、
    ii)圧潰する(2100)ことと、
    (iii)圧潰し(2100)、同時延伸する(2300)ことと、
    iv.)追加の被覆材料を加える(2200)ことと、
    v.)追加の被覆材料を加え(2200)、続いて延伸する(2300)ことと、
    vi.)追加の被覆材料を加え(2200)、同時に延伸する(2300)ことと、
    のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実施を含む、方法。
  14. 請求項1から12のいずれか一項に従って製造されたプリフォーム(100)から反共振中空コアファイバ(2400)を製造する方法であって、
    ・前記プリフォーム(100)を前記反共振中空コアファイバ(2400)に更に加工するステップを有し、
    前記更なる加工が、以下の熱間成形プロセス、
    i.)延伸する(2300)ことと、
    ii)圧潰すること(2100)と、
    (iii)圧潰し(2100)、同時延伸する(2300)ことと、
    iv.)追加の被覆材料を加える(2200)ことと、
    v.)追加の被覆材料を加え(2200)、続いて延伸する(2300)ことと、
    vi.)追加の被覆材料を加え(2200)、同時に延伸する(2300)ことと、
    のうちの1つ又はいくつかの1回又は繰り返しの実施を含む、方法。
  15. 前記コア領域における前記延伸(2300)中に、0.05mbar~20mbarの範囲の相対内部圧力が設定されることを特徴とする、請求項13又は14に記載の方法。
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