用于对多孔光纤预制棒钻孔的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种制造具有至少一个沿其纵向延伸的孔的多孔光纤预制棒的方法，包括形成疏松预制棒（１２１），如通过火焰水解形成的玻璃烟炱预制棒或凝胶预制棒；然后通过钻孔（３０５）疏松预制棒而形成至少一个孔，该孔沿纵向延伸贯穿疏松预制棒。可通过将多孔疏松预制棒送入固结工序之后拉丝该多孔疏松预制棒而制造多孔光纤。本发明专利技术还涉及一种包括用于支承、保持、定位和钻孔疏松预制棒的装置的用于钻孔疏松预制棒的设备。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for drilling a porous optical fiber preform

The invention relates to a manufacturing method with at least one porous optical fiber preform along its longitudinal extension hole rod, including the formation of the porous preform (121), such as a glass soot preform or gel formed by flame hydrolysis of prefabricated rod; then through hole (305) porous preform to form at least one hole and the hole extends longitudinally through the porous preform. A porous optical fiber can be fabricated by drawing the porous preform into a consolidation process after drawing the porous preform into the consolidation process. The invention also relates to an apparatus for drilling a loose prefabricated bar, including a device for supporting, retaining, positioning and drilling loose preforms.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及光纤制造领域，更特别涉及多孔光纤制造的领域。光纤大量用于光无线通讯系统。普通光纤具有一个在操作光波长下被折射率相对低的实心包层包围的折射率相对高的实心纤芯。由于包层的折射率比纤芯的折射率低而产生的称为全内反射(TIR)的机理，沿光纤传播的光基本上被限制在纤芯内。近年来，提出并研究了一类新光纤。由于包含了沿整个光纤长度延伸的气孔细小阵列，这些新光纤通常被称为多孔光纤。多孔光纤有时也被称作微结构光纤、光子晶体光纤(PCFs)、光子带隙(PBG)光纤、孔辅助光纤。大致说来，可确认两种主要类型的多孔光纤。第一种多孔光纤包括具有高折射率纤芯和由光子晶体制成的包层的波导光纤；在这些光纤中，与普通光纤类似，光通过全内反射传导。第二种多孔光纤包括具有被光子晶体包层包围的低折射率纤芯的PBG光纤；在这些光纤中，光通过PBG效应传导。多孔光纤已被证实以独特的光学性能为特色，这在光无线通讯领域尤为有用，并且不能通过普通光纤获得；多孔光纤的独特性能的例子有高度的非线性、无休止单模传送、高数值孔径。到目前为止，已提出了几种制造多孔光纤的方法。生产多孔光纤最常用的技术之一可定义为“堆积和拉丝”，该技术的一个实施方式被例如US 5802236所公开。根据这一技术，大量实心和空心的二氧化硅棒(二氧化硅毛细管)以复制出最终光纤所需获得孔分布的紧密堆积空间排列方式被堆积在中空的玻璃圆柱内。然后，将堆积的二氧化硅棒熔结在一起，将所得光纤预制棒送入普通拉丝炉中并用普通预制棒拉丝方法拉丝。尽管有报道说已用这种方法生产出了性能优良的微结构光纤，但申请人已经注意到堆积-拉丝技术实际上受到几种缺点的影响。例如，适当定位和组装大量(高达数百)很细的二氧化硅管是一项困难的工作。另外，当使用一般圆柱管时，管之间不可避免存在的隙间空隙引进不希望的界面和杂质，并由于物质从管向隙间空隙转移而导致孔变形；所有这些显著地影响最终光纤的衰减。此外，用这种技术生产的光纤很难复制。由于使管紧密堆积排列在一起的难度，几乎不可能制造出具有任意孔格结构的多孔光纤。另一种生产微结构光纤的已知技术，例如EP 1172339 A1中描述的，采用了溶胶-凝胶法。普通圆柱形模子设有贯穿其中的大量细长元件，然后将含二氧化硅的溶胶注入模子，随后促成或使得溶胶成为凝胶。将所得凝胶体移出模子并从凝胶体中除去细长元件(根据细长元件的性质，通过机械脱除或者可能的话，通过化学反应或高温分解)。然后将凝胶体干燥并烧结。最后，通过拉丝烧结体获得微结构光纤。不同于堆积-拉丝技术，这种溶胶-凝胶技术允许生产具有任意孔排列(即具有任意孔格结构)的微结构光纤；另外，溶胶-凝胶法受再现性问题的影响较小，并且看起来适于大规模生产。但是，申请人已注意到，由于不可避免存在嵌入的水和杂质，以及无规律的分子微观结构，这种方法生产的光纤可能会受到相对高损耗问题的影响。这一缺点，与成本相对较高一起，可能妨碍这种溶胶-凝胶技术的工业应用。多孔光纤也可采用例如US 5774779所描种述的基于挤出技术而形成。但是，这些通常只在采用聚合材料和软玻璃(即具有低玻璃态转化温度的玻璃)时才合适的技术由于包括污染、缺乏可再现性、高偏振模式色散等多种原因而不利。也提出了通过直接在实心玻璃棒上钻孔来制造多孔光纤。例如，WO 02/072489提到了一种包含用超声辅助机械钻孔在直径约30mm的实心玻璃棒上钻孔来制造多孔光纤的方法。所得多孔棒随后被磨铣外表面以得到六个平面，然后拉丝成六角形毛细管。最后，以紧密堆积方式堆积六角形毛细管以生产可拉丝成光纤的光纤预制棒。WO 02/072489在超声辅助机械钻孔通常给预制棒材料带来高污染和制造时间长方面批评了这种方法。注意到与多孔光纤不同的有关光纤制造中也提出了玻璃棒的钻孔和磨铣。例如，WO 01/38244公开了一种制造由包层边界的扰动或不规则制成的光纤的方法，包括在借助机械或超声辅助机械磨铣实心玻璃棒而形成的在包层材料内钻出大量的孔。申请人已注意到这些技术的缺陷在于使得它们在工业化、大规模制造多孔光纤的应用上不实用。事实上，由于玻璃的硬度，在其中钻孔是极其耗时的即便制一个孔就需要数小时。显然，随着需制孔数目增加，光纤制造时间的确激增。另外，当孔直径变小以及长度增加时，这些方法不能保证孔的精确度。此外，在孔打钻/磨铣过程中，会发生相对高的光纤污染。在WO 02/072489中公开了一种制造用于微结构光纤预制棒的方法，其中采用激光烧蚀或激光蚀刻在玻璃棒或管上形成细长通道(槽和/或缝)，然后将其按预先设定的排列组装以形成微结构光纤预制棒。申请人注意到，当需要制备具有相对复杂横切面设计的预制棒(例如，在纤芯周围具有多于一个孔环的预制棒)时，这一技术可能容易变得极其复杂而冗长。此外，需要若干嵌套步骤以获得复杂的横切面设计。而界面数目的提升增加了光纤的衰减。至少因为这些原因，这一限于实验室规模制造的技术还不适用于大规模生产。鉴于前面所述的现有技术状况，申请人已认识到从工业适用性角度来看，已知的多孔光纤制造方法是不实用的，由于不同的原因而不适合低成本、大规模生产低损耗多孔光纤。因此，本专利技术的目的是提供一种制造多孔光纤的新方法，该方法不表现出已知制造方法的问题。特别地，本专利技术的目的是提供一种用于可以以低成本生产低损耗光纤的多孔光纤的生产方法，该方法可重复且稳定并且适于大规模生产。另外，本专利技术的一个目的是提供一种能以简单方式实现光纤中孔的精确结构的方法。考虑这些以及其它目的，申请人直觉到专利技术一个制造多孔光纤新方法的良好起点可能是制造普通即无孔光纤所广泛使用的火焰水解法(用行话来说，即烟炱(soot)法)，在大规模生产和光纤性能两方面，该方法早已被证明是优秀的技术。火焰水解法包括现有技术已知的气相沉积法。申请人已认识到，在使在由已知烟炱法获得的相对柔软的玻璃烟炱体固结前，通过在该相对柔软的玻璃烟炱体上钻孔可相当容易地形成孔。从结果看，这种方法比在已经玻璃化的棒上钻孔简单得多、快得多、并且也更好。申请人还认识到，在适合转化成玻璃化预制棒的其它任何种类的疏松预制棒(例如凝胶疏松预制棒)上应用机械钻孔技术可获得同样的优势。因此，根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造多孔光纤预制棒的方法，包括形成具有纵向的疏松预制棒，和在沿其纵向上形成延伸贯穿疏松预制棒的至少一个孔，其中所述至少一个孔通过钻孔疏松预制棒而形成。必须指出，为本专利技术目的，用“钻孔”意指现有技术中已知的任何种类的机械钻孔，包括超声钻孔。为确保至少一个孔的几何形状在本方法的后续步骤中不改变，疏松预制棒的密度至少在其中要形成至少一个孔的区域“基本恒定”。为本专利技术目的，当该区域内密度的最大变化为±2％，更优选为±1％，甚而更优选为±0.5％时，预定区域的密度被视为“基本恒定”。例如在JP.4367536 A2中，报道了在径向获得体密度±0.5％变化的可能性。该方法还包括在所述钻孔后将疏松预制棒送入固结工序，从而提高疏松预制棒的密度。在钻孔后，疏松预制棒还进入脱水工序。在本专利技术的一个实施例中，疏松预制棒是通过火焰水解，特别是采用任何适当的化学气相沉积法，甚至更特别是制造普通无孔光纤所采用的成熟方法(如外气相沉积(OVD)法和轴向气相沉积(V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造多孔光纤预制棒的方法，包括：形成具有纵向方向（１１３）的疏松预制棒（１２１）；和形成沿所述纵向方向延伸贯穿该疏松预制棒的至少一个孔（３４９），其中通过对该疏松预制棒钻孔（３０５）而形成所述至少一个孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴国钧，斯特凡诺索利纳斯，弗兰科韦罗内利，马尔科阿里蒙蒂，
申请(专利权)人：普雷斯曼电缆及系统能源有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]