RU2530477C2 - Method of producing microstructured fibre light guides - Google Patents

Method of producing microstructured fibre light guides Download PDF

Info

Publication number
RU2530477C2
RU2530477C2 RU2013102366/28A RU2013102366A RU2530477C2 RU 2530477 C2 RU2530477 C2 RU 2530477C2 RU 2013102366/28 A RU2013102366/28 A RU 2013102366/28A RU 2013102366 A RU2013102366 A RU 2013102366A RU 2530477 C2 RU2530477 C2 RU 2530477C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
light guides
workpiece
microstructured
preform
Prior art date
Application number
RU2013102366/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013102366A (en
Inventor
Евгений Михайлович Дианов
Александр Николаевич Денисов
Сергей Львович Семенов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр волоконной оптики Российской академии наук (НЦВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр волоконной оптики Российской академии наук (НЦВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр волоконной оптики Российской академии наук (НЦВО РАН)
Priority to RU2013102366/28A priority Critical patent/RU2530477C2/en
Publication of RU2013102366A publication Critical patent/RU2013102366A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2530477C2 publication Critical patent/RU2530477C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/029Furnaces therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C03B37/02781Hollow fibres, e.g. holey fibres

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to fibre-optic engineering and can be used in producing microstructured fibre light guides used in optical amplifiers, lasers, spectral filters and telecommunication networks. A method of producing microstructured fibre light guides from a workpiece in which the upper end is sealed. The light guides are drawn from the lower heated end of the workpiece. To control and vary structural and physical parameters of the obtained microstructured fibre light guides, temperature of the upper part of the workpiece from the sealed end to the entrance of the furnace is controlled by an additional heater. To obtain microstructured fibre light guides with a constant external diameter, but with optical parameters which vary according to a given law along the light guide, temperature of the additional heater is varied according to a given law when drawing the light guide or a given constant temperature profile is created in the light guide.
EFFECT: wider field of use of the method owing to the possibility of producing long light guides with stable internal structural parameters, high reproducibility, easy monitoring and control of parameters of the light guides and producing a light guide structure with openings of different sizes.
3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к оптоволоконной технике и может быть использовано в производстве микроструктурированных волоконных световодов, используемых в оптических усилителях, лазерах, спектральных фильтрах и телекоммуникационных сетях.The invention relates to fiber optic technology and can be used in the production of microstructured fiber optical fibers used in optical amplifiers, lasers, spectral filters and telecommunication networks.

Известны способы изготовления микроструктурированных волоконных световодов, в которых заготовка для световода имеет две группы продольных отверстий, каждая из которых соединена с отдельным независимым источником газа, создающим избыточное давление в отверстиях. Избыточные давления, создаваемые в этих группах отверстий, могут изменяться и контролироваться независимо друг от друга, обеспечивая в итоге требуемую геометрию отверстий в получаемых микроструктурированных волоконных световодах (Патенты США № US6888992В2, G02В6/02, 2005 и № US20030230118А1, С03В37/07, 2003).Known methods for the manufacture of microstructured optical fibers, in which the preform for the fiber has two groups of longitudinal holes, each of which is connected to a separate independent gas source, creating excess pressure in the holes. The excess pressures created in these groups of holes can be varied and controlled independently of each other, ultimately providing the desired geometry of the holes in the resulting microstructured fiber optical fibers (US Patent Nos. US6888992B2, G02B6 / 02, 2005 and No. US20030230118A1, C03B37 / 07, 2003) .

Недостатком известных способов является высокая чувствительность размеров получающихся в микроструктурированном волоконном световоде отверстий от температуры и скорости вытяжки световода, что приводит к низкой стабильности геометрических и физических параметров этих световодов. Также недостатком известных способов является высокая чувствительность размеров получающихся в микроструктурированном волоконном световоде отверстий от создаваемого в них давления, что требует равенства размеров отверстий в пределах каждой группы и ограничивает набор размеров отверстий числом источников давления.A disadvantage of the known methods is the high sensitivity of the dimensions of the openings obtained in the microstructured optical fiber from the temperature and the drawing speed of the optical fiber, which leads to low stability of the geometric and physical parameters of these optical fibers. Another disadvantage of the known methods is the high sensitivity of the sizes of the openings obtained in the microstructured fiber waveguide from the pressure created in them, which requires equal hole sizes within each group and limits the set of hole sizes to the number of pressure sources.

Известны способы изготовления микроструктурированных волоконных световодов, в которых избыточные давления, создаваемые в отверстиях, могут изменяться в процессе вытяжки световода, что позволяет получать световоды с постоянным внешним диаметром, но изменяющейся по длине структурой, т.е. с изменяющимися по заданному закону оптическими параметрами (например, величиной дисперсии) вдоль световодов (Патенты Японии № JP2004238246А, G02В6/032, 2004 и № JP2005084201А, G02В6/02, 2005). Однако эти способы имеют те же самые недостатки, что и вышеупомянутые способы.Known methods for the manufacture of microstructured optical fibers, in which the excess pressure created in the holes, can vary during the drawing of the fiber, which allows to obtain fibers with a constant outer diameter, but varying in length structure, i.e. with optical parameters that vary according to a given law (for example, the dispersion value) along the optical fibers (Japanese Patents No. JP2004238246A, G02B6 / 032, 2004 and No. JP2005084201A, G02B6 / 02, 2005). However, these methods have the same disadvantages as the above methods.

Известен способ изготовления микроструктурированных волоконных световодов, в котором заготовка для световода нагревается в процессе вытяжки двумя нагревателями, что позволяет контролировать градиент температуры и механических напряжений в зоне перетяжки заготовки и тем самым расширить диапазон материалов, применяемых для изготовления световодов (Патент Германии № DЕ102011103686А1, G02В6/00, 2011). Однако этот способ не позволяет устранить недостатки, присущие вышеупомянутым способам.A known method of manufacturing microstructured optical fibers, in which the preform for the fiber is heated in the process of drawing two heaters, which allows you to control the temperature gradient and mechanical stresses in the zone of hauling the preform and thereby expand the range of materials used for the manufacture of optical fibers (German Patent No. DE102011103686A1, G02B6 / 00, 2011). However, this method does not eliminate the disadvantages inherent in the above methods.

Известен также способ изготовления микроструктурированных волоконных световодов, выбранный в качестве прототипа, в котором верхний конец заготовки запаян, а вытяжка световода производится со стороны нижнего нагреваемого конца заготовки, при этом отверстия в световоде могут иметь разные размеры, которые устанавливаются в процессе вытяжки световода благодаря достижению равновесия между силами поверхностного натяжения расплавленного материала заготовки и ростом внутреннего давления в отверстиях при уменьшении их диаметра (Патент США № US005802236, G02В6/22, 1998).There is also a known method of manufacturing microstructured optical fibers, selected as a prototype, in which the upper end of the preform is sealed and the fiber is drawn from the lower heated end of the preform, while the holes in the fiber can have different sizes that are established during the drawing of the fiber due to equilibrium between the surface tension forces of the molten workpiece material and the increase in internal pressure in the holes with a decrease in their diameter (US Patent A No. US005802236, G02B6 / 22, 1998).

Недостатком известного способа является неопределенность в степени трансформации геометрической структуры заготовки по мере ее вытягивания в световод (например, изменение соотношений между размерами отверстий и расстояниями между отверстиями) и неопределенность в зависимости этой степени трансформации от длины световода. Приведенные в известном способе (Патент США № US005802236, G02В6/22, 1998) примеры изготовления световода показывают практически пропорциональное изменение размеров отверстий и расстояний между ними, что не соответствует реальным световодам, получаемым с использованием этого способа (S. L. Semjonov, А. N. Denisov, and Е. М. Dianov, "Fabrication of Microstructured Fibers Using an Effect of Pressure Self-Regulation in Sealed Holes," in Specialty Optical Fibers, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2012), paper STu1 D.4). Вследствие этой неопределенности отсутствует возможность контроля и управления структурными и физическими параметрами (например, величиной дисперсии) изготавливаемых микроструктурированных волоконных световодов, что ограничивает область практического применения известного способа.The disadvantage of this method is the uncertainty in the degree of transformation of the geometric structure of the workpiece as it is pulled into the fiber (for example, a change in the relationship between the size of the holes and the distances between the holes) and the uncertainty depending on this degree of transformation on the length of the fiber. Given in a known method (US Patent No. US005802236, G02B6 / 22, 1998), examples of manufacturing a fiber show a practically proportional change in the size of the holes and the distance between them, which does not correspond to the actual fibers obtained using this method (SL Semjonov, A. N. Denisov , and E. M. Dianov, "Fabrication of Microstructured Fibers Using an Effect of Pressure Self-Regulation in Sealed Holes," in Specialty Optical Fibers, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2012), paper STu1 D.4). Due to this uncertainty, it is not possible to control and control the structural and physical parameters (for example, the dispersion value) of the fabricated microstructured optical fibers, which limits the practical application of the known method.

Поставленная задача состоит в создании способа изготовления микроструктурированных волоконных световодов, обеспечивающего изготовление длинных световодов со стабильными внутренними структурными параметрами, обладающих высокой воспроизводимостью, легкостью контроля и управления параметрами световодов, и позволяющего изготавливать структуры световодов с отверстиями разных размеров.The task is to create a method of manufacturing microstructured fiber optical fibers, which provides the production of long optical fibers with stable internal structural parameters, with high reproducibility, ease of monitoring and control of optical fiber parameters, and allows fabrication of fiber structures with openings of different sizes.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления микроструктурированных волоконных световодов, в котором верхний конец заготовки запаян, а вытяжка световода производится со стороны нижнего нагреваемого конца заготовки, используется дополнительный нагреватель для поддержания определенной контролируемой температуры верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь, обеспечивающей требуемую степень трансформации геометрической структуры заготовки при ее вытягивании в световод.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing microstructured optical fibers, in which the upper end of the preform is sealed, and the fiber is drawn from the lower heated end of the preform, an additional heater is used to maintain a certain controlled temperature of the upper part of the preform from the sealed end to the entrance to the furnace, providing the required degree of transformation of the geometric structure of the workpiece when it is pulled into the fiber.

Используя малоинерционный дополнительный нагреватель, который позволяет изменять температуру верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь в процессе вытяжки световода, можно получать микроструктурированные волоконные световоды с постоянным внешним диаметром, но изменяющейся по длине структурой, т.е. с изменяющимися оптическими параметрами (например, величиной дисперсии) вдоль световодов.Using a low-inertia additional heater, which allows you to change the temperature of the upper part of the preform from the sealed end to the entrance to the furnace during the drawing of the optical fiber, it is possible to obtain microstructured optical fibers with a constant external diameter, but a structure that varies in length, i.e. with varying optical parameters (for example, the magnitude of the dispersion) along the optical fibers.

Еще одним путем изменения температуры верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь с помощью дополнительного нагревателя является создание профиля температуры в нем, что приводит к изменению средней температуры этой части заготовки по мере ее опускания в печь в процессе вытяжки световода. Этот путь также позволяет получать микроструктурированные волоконные световоды с постоянным внешним диаметром и изменяющейся по длине структурой, т.е. с изменяющимися параметрами вдоль световодов.Another way to change the temperature of the upper part of the preform from the sealed end to the entrance to the furnace using an additional heater is to create a temperature profile in it, which leads to a change in the average temperature of this part of the preform as it is lowered into the furnace during the drawing of the fiber. This path also allows one to obtain microstructured optical fibers with a constant external diameter and a structure varying in length, i.e. with changing parameters along the optical fibers.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показаны поперечные сечения простой заготовки с одним отверстием и вытянутого из нее микроструктурированного волоконного световода.Figure 1 shows the cross-section of a simple preform with one hole and elongated from it microstructured fiber.

На фиг.2 приведен пример поперечного сечения заготовки для микроструктурированного волоконного световода с 60 отверстиями.Figure 2 shows an example of a cross-section of a workpiece for a microstructured fiber optic fiber with 60 holes.

На фиг.3 изображена общая схема вытяжки микроструктурированных волоконных световодов.Figure 3 shows the General drawing of the microstructured fiber optic fibers.

На фиг.4 приведен график изменения внешнего диаметра вытянутого простого микроструктурированного волоконного световода с одним отверстием по мере опускания заготовки в печь.Figure 4 shows a graph of the change in the outer diameter of an elongated simple microstructured fiber with one hole as the workpiece is lowered into the furnace.

На фиг.5 показаны фотографии поперечного сечения вытянутого микроструктурированного волоконного световода с 60 отверстиями при разных положениях заготовки в печи.Figure 5 shows photographs of a cross section of an elongated microstructured optical fiber with 60 holes at different positions of the workpiece in the furnace.

На фиг.6 изображена схема вытяжки микроструктурированных волоконных световодов с дополнительным нагревателем для регулировки температуры части заготовки от запаянного конца до входа в печь.Figure 6 shows a drawing scheme of the microstructured optical fibers with an additional heater to adjust the temperature of the part of the workpiece from the sealed end to the entrance to the furnace.

Рассмотрим для простоты процесс вытягивания заготовки из кварцевого стекла (для конкретизации параметров; в качестве материала для изготовления световодов используют подходящие для конкретной задачи материалы) с начальным внешним диаметром D 1 и одним отверстием диаметром d 1 в микроструктурированный волоконный световод с внешним диаметром D 2 и отверстием диаметром d 2 (см. фиг.1). Положим также, что скорость подачи заготовки в печь при вытягивании равна ν 1, а скорость вытягивания световода - ν 2. Общая схема рассматриваемого случая изображена на фиг.3. Верхний конец заготовки запаян и часть заготовки от этого конца до входа в печь находится при температуре Т 1. Таким образом, газ, содержащийся в отверстии, может двигаться только в сторону вытягиваемого световода. Температура в центре печи (в области перетяжки) равна Т 2. Из условия непрерывности течения кварцевого стекла при вытягивании следует:For simplicity, we consider the process of pulling a quartz glass preform (for specifying parameters; materials suitable for a particular task are used as material for the manufacture of optical fibers) with an initial external diameter D 1 and one hole with a diameter of d 1 into a microstructured optical fiber with an external diameter of D 2 and an opening diameter d 2 (see figure 1). We also assume that the feed rate of the preform into the furnace during drawing is ν 1 , and the drawing speed of the fiber is ν 2 . The general scheme of the case in question is depicted in FIG. 3. The upper end of the workpiece is sealed and part of the workpiece from this end to the entrance to the furnace is at a temperature T 1 . Thus, the gas contained in the hole can only move towards the drawn fiber. The temperature in the center of the furnace (in the waist area) is equal to T 2 . From the condition of continuity of the flow of quartz glass during stretching, it follows:

ν 1 ν 2 = S 2 S 1 = D 2 2 d 2 2 D 1 2 d 1 2 , ( 1 )

Figure 00000001
ν one ν 2 = S 2 S one = D 2 2 - d 2 2 D one 2 - d one 2 , ( one )
Figure 00000001

где S 1 и S 2 - площадь поперечного сечения кварцевого стекла в заготовке и в световоде.where S 1 and S 2 - the cross-sectional area of quartz glass in the workpiece and in the fiber.

Можно показать, что при типичных параметрах процесса вытяжки микроструктурированного волоконного световода в области заготовки и до конуса вытягивания давление газа Р успевает установиться и одинаково по всему объему полости заготовки (Р 1 = Р 2). Также можно показать, что течение газа относительно стенок световода в направлении движения пренебрежимо мало, так что в вытянутом световоде вещество газа связано со стенками и неподвижно относительно них. Далее, поскольку разные части заготовки поддерживаются при различной температуре, плотность газа ρ i в разных частях полости заготовки будет разной в соответствии с уравнением состояния идеального газа:It can be shown that with typical parameters of the process of drawing a microstructured fiber in the preform and up to the cone, the gas pressure P has time to establish the same throughout the volume of the preform ( P 1 = P 2 ). It can also be shown that the gas flow relative to the walls of the fiber in the direction of motion is negligible, so that in the elongated fiber, the gas substance is connected to the walls and motionless relative to them. Further, since different parts of the preform are maintained at different temperatures, the gas density ρ i in different parts of the preform cavity will be different in accordance with the equation of state of an ideal gas:

ρ i = P i μ R T i , ( 2 )

Figure 00000002
ρ i = P i μ R T i , ( 2 )
Figure 00000002

где i = 1 или 2, μ - молярная масса вещества газа, R - универсальная газовая постоянная.where i = 1 or 2, μ is the molar mass of the gas substance, R is the universal gas constant.

В стационарном (установившемся) случае из условия сохранения количества вещества газа следует:In a stationary (steady state) case, from the condition of conservation of the amount of gas substance it follows:

ρ 1 s 1 ν 1 = ρ 2 s 2 ν 2 , ( 3 )

Figure 00000003
ρ one s one ν one = ρ 2 s 2 ν 2 , ( 3 )
Figure 00000003

где s 1 и s 2 -площадь поперечного сечения воздушных отверстий в заготовке и в микроструктурированном волоконном световоде, соответственно. Тогда с учетом соотношения (2) получаем:where s 1 and s 2 are the cross-sectional area of the air holes in the preform and in the microstructured fiber, respectively. Then, taking into account relation (2), we obtain:

s 2 s 1 = ν 1 ν 2 × T 2 T 1 . ( 4 )

Figure 00000004
s 2 s one = ν one ν 2 × T 2 T one . ( four )
Figure 00000004

С учетом (1) это соотношение можно переписать в виде:In view of (1), this relation can be rewritten in the form:

s 2 S 2 = s 1 S 1 × T 2 T 1 . ( 5 )

Figure 00000005
s 2 S 2 = s one S one × T 2 T one . ( 5 )
Figure 00000005

Для простого случая с одним отверстием соотношение (4) приводится к виду:For a simple case with one hole, relation (4) is reduced to the form:

d 2 2 d 1 2 = ν 1 ν 2 × T 2 T 1 . ( 6 )

Figure 00000006
d 2 2 d one 2 = ν one ν 2 × T 2 T one . ( 6 )
Figure 00000006

В типичном случае для кварцевого стекла Т 1 = 300 K и Т 2 2100 K, тогда Т 2/Т 1 = 7. Таким образом, из выражения (6) можно заключить что, по сравнению с пропорциональным вытягиванием имеет место значительное относительное раздувание отверстий: размеры отверстий при вытягивании в световод уменьшаются в 7 2,65

Figure 00000007
раз меньше, чем внешний диаметр световода (с учетом d 1<<D 1), что существенно отличается от приведенных в известном способе (Патент США № US005802236, G02В6/22, 1998) соотношений (~1,05). Это раздувание отверстий будет стабильным и постоянным до тех пор, пока поддерживается постоянной температура верхней части заготовки от ее запаянного конца до печи, т.е. пока запаянный конец заготовки не войдет в печь.In a typical case for quartz glass, T 1 = 300 K and T 2 2100 K, then T 2 / T 1 = 7. Thus, from expression (6) we can conclude that, in comparison with proportional stretching, there is a significant relative inflation of the holes: the size of the holes when pulled into the fiber decreases 7 2.65
Figure 00000007
times less than the outer diameter of the fiber (taking into account d 1 << D 1 ), which differs significantly from the ratios (~ 1.05) given in the known method (US Patent No. US005802236, G02B6 / 22, 1998). This inflating of the holes will be stable and constant as long as the temperature of the upper part of the workpiece is kept constant from its sealed end to the furnace, i.e. until the sealed end of the workpiece enters the oven.

Изменяя и контролируя температуру части заготовки от запаянного конца до входа в печь с помощью дополнительного нагревателя, можно легко контролировать и менять структуры получаемых микроструктурированных волоконных световодов. Например, изменение Т 1 в диапазоне от 300 K до 1200 K приводит к изменению степени раздувания отверстий ~2,65 до ~1,32.By changing and controlling the temperature of a part of the preform from the sealed end to the entrance to the furnace with the help of an additional heater, it is easy to control and change the structures of the obtained microstructured optical fibers. For example, a change in T 1 in the range from 300 K to 1200 K leads to a change in the degree of inflation of the holes ~ 2.65 to ~ 1.32.

Необходимо подчеркнуть, что при наличии в заготовке отверстий разных размеров (d 1i) их степени раздувания в типичных случаях (d 1i<<D 1) практически равны, а в общем случае могут быть точно учтены, что легко позволяет изготавливать структуры световодов с отверстиями разных размеров.It must be emphasized that if there are holes of different sizes ( d 1i ) in the preform, their degree of inflation in typical cases ( d 1i << D 1 ) is practically equal, but in the general case they can be precisely taken into account, which makes it easy to fabricate fiber structures with different holes sizes.

Некоторое уточнение приведенных выше соотношений, в частности выражения (5), требуется в случае достаточно больших отверстий (более 20 мкм) в изготавливаемых микроструктурированных волоконных световодах. В таком случае требуется учесть охлаждение световода после вытяжки до температуры Т 3 (около 300 K) и соответствующее уменьшение давления газа в нем, что приводит к образованию потока газа и некоторому уменьшению степени раздувания отверстий. В общем случае соотношение (5) можно представить в виде:Some refinement of the above relations, in particular, the expression (5), is required in the case of sufficiently large holes (more than 20 μm) in the fabricated microstructured optical fibers. In this case, it is necessary to take into account the cooling of the fiber after drawing to a temperature of T 3 (about 300 K) and a corresponding decrease in the gas pressure in it, which leads to the formation of a gas flow and some decrease in the degree of inflation of the holes. In the general case, relation (5) can be represented as:

s 2 S 2 = s 1 S 1 × T 2 T 1 × ( 1 θ × T 2 T 3 T 2 ) , ( 7 )

Figure 00000008
s 2 S 2 = s one S one × T 2 T one × ( one - θ × T 2 - T 3 T 2 ) , ( 7 )
Figure 00000008

где 0 < θ < 1. Параметр θ зависит от диаметра отверстий, от скорости вытяжки световода (в частности, θ~0 для d 2<20 мкм и ν 2>10 м/мин) и может быть оценен при более детальном рассмотрении процесса вытяжки либо определен экспериментально при конкретных параметрах вытяжки.where 0 < θ <1. The parameter θ depends on the diameter of the holes, on the drawing speed of the fiber (in particular, θ ~ 0 for d 2 <20 μm and ν 2 > 10 m / min) and can be estimated by a more detailed consideration of the drawing process or determined experimentally with specific drawing parameters.

На фиг. 1 показаны поперечные сечения простой заготовки с одним отверстием и вытянутого из нее микроструктурированного волоконного световода. Внешний диаметр заготовки равен D 1, а диаметр отверстия в ней - d 1. Микроструктурированный волоконный световод имеет внешний диаметр D 2 и отверстие диаметром d 2. Масштаб изображений существенно разный: на практике диаметр заготовки обычно составляет около 1 - 2 см, а диаметр стандартного световода - 125 мкм.In FIG. 1 shows cross-sections of a simple preform with one hole and a microstructured optical fiber elongated from it. The outer diameter of the workpiece is D 1 , and the diameter of the hole in it is d 1 . The microstructured optical fiber has an outer diameter D 2 and a hole with a diameter of d 2 . The scale of the images is significantly different: in practice, the diameter of the preform is usually about 1 - 2 cm, and the diameter of a standard fiber is 125 microns.

На фиг.2 приведен пример поперечного сечения заготовки для микроструктурированного волоконного световода с 60 отверстиями. Все отверстия имеют диаметр d и расположены на расстоянии Λ от ближайших отверстий. Отсутствующее в центре структуры отверстие служит для образования световедущей сердцевины микроструктурированного волоконного световода.Figure 2 shows an example of a cross-section of a workpiece for a microstructured fiber optic fiber with 60 holes. All holes have a diameter d and are located at a distance Λ from the nearest holes. The hole missing in the center of the structure serves to form the light guide core of the microstructured fiber.

На фиг.3 изображена общая схема вытяжки микроструктурированных волоконных световодов. Верхний конец заготовки 1 запаян и приварен к вспомогательному стержню 2, который закреплен в системе подачи заготовки. Часть заготовки от области сварки до входа в печь находится при комнатной температуре, то есть Т 1 ≈ 300 K. Система подачи обеспечивает при вытягивании подачу заготовки в печь со скоростью ν 1. Для нагрева заготовки до температуры вытяжки служит печь 3. Температура в центре печи в зоне перетяжки для кварцевого стекла составляет около 1800°С, то есть Т 2 ≈ 2100 K. Вытяжка микроструктурированного волоконного световода 4 производится со стороны нижнего конца заготовки с помощью приемного устройства, обеспечивающего вытяжку световода со скоростью ν 2.Figure 3 shows the General drawing of the microstructured fiber optic fibers. The upper end of the workpiece 1 is sealed and welded to the auxiliary rod 2, which is fixed in the feed system of the workpiece. Part of the workpiece from the welding area to the entrance to the furnace is at room temperature, that is, T 1 ≈ 300 K. The feed system provides, when drawn, the workpiece is fed into the furnace at a speed of ν 1 . The furnace 3 is used to heat the preform to the drawing temperature. The temperature in the center of the furnace in the waist zone for quartz glass is about 1800 ° C, i.e. T 2 ≈ 2100 K. The microstructured fiber optic fiber 4 is drawn from the lower end of the preform using a receiving device, providing the extraction of the fiber with a speed of ν 2 .

На фиг.4 приведен график изменения внешнего диаметра вытянутого простого микроструктурированного волоконного световода с одним отверстием по мере опускания заготовки в печь. Первый участок (область, отмеченная цифрой 1) соответствует процессу установления степени раздувания световода. В начальный момент под действием сил поверхностного натяжения в расплавленной заготовке отверстие полностью схлопывается. Затем, по мере погружения заготовки в печь, объем полости уменьшается и давление газа внутри заготовки начинает расти. Это приводит к появлению небольшого отверстия во внутренней полости вытягиваемого световода. Потом, когда это раздувание достигает величины, определяемой формулой (6), баланс количества вещества газа начинает выполняться и достигается стационарное состояние, поэтому давление и диаметр световода далее не растет (область, отмеченная цифрой 2). Постоянство геометрии обеспечивает до тех пор, пока верхний холодный конец заготовки имеет постоянную температуру Т 1. По мере уменьшения заготовки холодный конец приближается к печи и с некоторого расстояния начинается повышение Т 1. Это приводит к уменьшению раздувания в соответствии с формулой (6) (область, отмеченная цифрой 3).Figure 4 shows a graph of the change in the outer diameter of an elongated simple microstructured fiber with one hole as the workpiece is lowered into the furnace. The first section (the area marked by the number 1) corresponds to the process of establishing the degree of inflation of the fiber. At the initial moment, under the influence of surface tension forces in the molten billet, the hole completely collapses. Then, as the workpiece is immersed in the furnace, the volume of the cavity decreases and the gas pressure inside the workpiece begins to increase. This leads to the appearance of a small hole in the inner cavity of the drawn fiber. Then, when this inflation reaches the value determined by formula (6), the balance of the amount of gas substance begins to be fulfilled and a stationary state is reached, therefore, the pressure and diameter of the fiber does not increase further (the region marked by number 2). The constancy of geometry provides as long as the upper cold end of the workpiece has a constant temperature T 1 . As the workpiece decreases, the cold end approaches the furnace and a rise in T 1 begins from a certain distance. This leads to a decrease in inflation in accordance with the formula (6) (the area indicated by the number 3).

На фиг.5 показаны фотографии поперечного сечения вытянутого микроструктурированного волоконного световода с 60 отверстиями при разных положениях заготовки в печи. На верхней фотографии показано поперечное сечение вытянутого световода, относящееся к стационарному режиму, когда раздувание достигло величины, определяемой формулой (4). На средней фотографии показано поперечное сечение вытянутого световода, относящееся к началу погружения заготовки в печь, когда раздувание слегка уменьшилось. На нижней фотографии показано поперечное сечение вытянутого световода, относящееся к концу заготовки, когда раздувание практически отсутствует.Figure 5 shows photographs of a cross section of an elongated microstructured optical fiber with 60 holes at different positions of the workpiece in the furnace. The top photo shows the cross section of the elongated fiber, related to the stationary mode, when the inflation reached the value determined by formula (4). The middle photo shows the cross section of the elongated fiber, referring to the beginning of the immersion of the workpiece in the furnace, when the inflation slightly decreased. The bottom photo shows the cross section of the elongated fiber, referring to the end of the workpiece when inflation is practically absent.

На фиг.6 изображена схема вытяжки микроструктурированных волоконных световодов с дополнительным нагревателем 5 для регулировки температуры верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь (остальные обозначения те же, что и на фиг.3). Изменяя и контролируя температуру этой части заготовки с помощью дополнительного нагревателя, можно легко контролировать и менять структуры получаемых микроструктурированных волоконных световодов. Например, изменение Т 1 в диапазоне от 300 K до 1200 K приводит к изменению степени раздувания отверстий от ~2,65 до ~1,32. Изменяя каким-либо путем температуру этой части заготовки в процессе вытяжки световодов, можно получать микроструктурированные волоконные световоды с постоянным внешним диаметром, но изменяющейся по длине структурой, т.е. с изменяющимися оптическими параметрами (например, величиной дисперсии) вдоль световодов.Figure 6 shows the drawing scheme of the microstructured optical fibers with an additional heater 5 for adjusting the temperature of the upper part of the workpiece from the sealed end to the entrance to the furnace (other designations are the same as in figure 3). By changing and controlling the temperature of this part of the preform with the help of an additional heater, it is easy to control and change the structures of the obtained microstructured optical fibers. For example, a change in T 1 in the range from 300 K to 1200 K leads to a change in the degree of inflation of the holes from ~ 2.65 to ~ 1.32. By varying in some way the temperature of this part of the preform during the drawing of optical fibers, it is possible to obtain microstructured optical fibers with a constant external diameter but a structure that varies in length, i.e. with varying optical parameters (for example, the magnitude of the dispersion) along the optical fibers.

Claims (3)

1. Способ изготовления микроструктурированных волоконных световодов, в котором верхний конец заготовки запаян, а вытяжка световодов производится со стороны нижнего нагреваемого конца заготовки, отличающийся тем, что для контроля и изменения структурных и физических параметров получаемых микроструктурированных волоконных световодов используется регулировка температуры верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь с помощью дополнительного нагревателя.1. A method of manufacturing a microstructured optical fiber, in which the upper end of the preform is sealed, and the optical fibers are drawn from the lower heated end of the preform, characterized in that for controlling and changing the structural and physical parameters of the obtained microstructured optical fiber, the temperature of the upper part of the preform from the sealed is used end to enter the furnace using an additional heater. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью дополнительного нагревателя в процессе вытяжки световодов изменяется температура верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь, что позволяет получать микроструктурированные волоконные световоды с постоянным внешним диаметром и изменяющейся по длине структурой, т.е. с изменяющимися параметрами вдоль световодов.2. The method according to claim 1, characterized in that with the help of an additional heater during the drawing of the optical fibers, the temperature of the upper part of the preform changes from the sealed end to the entrance to the furnace, which makes it possible to obtain microstructured fiber optical fibers with a constant external diameter and a structure varying in length, t .e. with changing parameters along the optical fibers. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью дополнительного нагревателя создается профиль температуры, что приводит к изменению средней температуры верхней части заготовки от запаянного конца до входа в печь по мере ее опускания в печь в процессе вытяжки световода и позволяет получать микроструктурированные волоконные световоды с постоянным внешним диаметром и изменяющейся по длине структурой, т.е. с изменяющимися параметрами вдоль световодов. 3. The method according to claim 1, characterized in that with the help of an additional heater a temperature profile is created, which leads to a change in the average temperature of the upper part of the workpiece from the sealed end to the entrance to the furnace as it is lowered into the furnace during the drawing of the fiber and allows you to get microstructured fiber optic fibers with a constant outer diameter and a varying length structure, i.e. with changing parameters along the optical fibers.
RU2013102366/28A 2013-01-18 2013-01-18 Method of producing microstructured fibre light guides RU2530477C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013102366/28A RU2530477C2 (en) 2013-01-18 2013-01-18 Method of producing microstructured fibre light guides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013102366/28A RU2530477C2 (en) 2013-01-18 2013-01-18 Method of producing microstructured fibre light guides

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013102366A RU2013102366A (en) 2014-07-27
RU2530477C2 true RU2530477C2 (en) 2014-10-10

Family

ID=51264604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013102366/28A RU2530477C2 (en) 2013-01-18 2013-01-18 Method of producing microstructured fibre light guides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2530477C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1744675A1 (en) * 1989-05-31 1992-06-30 Одесский Электротехнический Институт Связи Им.А.С.Попова Fiber-optical light guide and method
US5802236A (en) * 1997-02-14 1998-09-01 Lucent Technologies Inc. Article comprising a micro-structured optical fiber, and method of making such fiber
US7832234B2 (en) * 2004-06-01 2010-11-16 Schott Ag Hot formed articles and method and apparatus for hot-forming
RU2437129C1 (en) * 2010-03-24 2011-12-20 Закрытое акционерное общество "Профотек" Method of making birefringent microstructured optical fibre

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1744675A1 (en) * 1989-05-31 1992-06-30 Одесский Электротехнический Институт Связи Им.А.С.Попова Fiber-optical light guide and method
US5802236A (en) * 1997-02-14 1998-09-01 Lucent Technologies Inc. Article comprising a micro-structured optical fiber, and method of making such fiber
US7832234B2 (en) * 2004-06-01 2010-11-16 Schott Ag Hot formed articles and method and apparatus for hot-forming
RU2437129C1 (en) * 2010-03-24 2011-12-20 Закрытое акционерное общество "Профотек" Method of making birefringent microstructured optical fibre

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013102366A (en) 2014-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Harun et al. Theoretical analysis and fabrication of tapered fiber
Barton et al. Fabrication of microstructured polymer optical fibres
US9484706B1 (en) Tapered core fiber manufacturing methods
CN109362229B (en) Method for manufacturing optical fiber
US20050126227A1 (en) Process for determining the drawing tension in the manufacturing of an optical fibre
US11091385B2 (en) Method for manufacturing optical fiber
RU2116269C1 (en) Furnace for spinning of optical fibers and method of joining of intermediate products of optical fibers
US20050072192A1 (en) Process for manufacturing a micro-structured optical fibre
EP3207352B1 (en) Apparatus and method for preform or tube drawing based on its viscosity
RU2530477C2 (en) Method of producing microstructured fibre light guides
US9422186B2 (en) Method for drawing grin lens fiber
Wynne A fabrication process for microstructured optical fibers
WO2016198125A1 (en) Method of manufacturing preforms for optical fibres having low attenuation loss
US20200024178A1 (en) Hollow Core Optical Fiber With Controlled Diameter Hollow Regions And Method Of Making The Same
JP2004191947A (en) Holey fiber drawing method
Yu et al. Investigation of fused tapering with inner pressurized air for microcapillary-based optical sensor
JP2003048732A (en) Method for forming precision glass tube
CN110174724A (en) A kind of low-loss single-mode optical fiber and preparation method thereof
Tian et al. Design and fabrication of embedded two elliptical cores hollow fiber
JP2004507783A (en) Optical fiber structure
Semjonov et al. Fabrication of microstructured fibers from preforms with sealed top-end holes
JP2005164938A (en) Optical fiber, producing method of optical fiber, producing apparatus of optical fiber and optical connector
JP6402471B2 (en) Optical fiber manufacturing method
Ivanov et al. Enlarging and sintering of the two ends sealed capillaries in capillary stacks for microstructured optical fibers
Dambul Characterisation of Drawing Parameters for Fabrication of Flat Fibers

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20201127