包含孔隙的微结构光纤的制备方法技术

一种制备微结构光纤的方法。在基材上沉积二氧化硅玻璃基烟炱，形成至少一部分光纤预制体，具体过程是使烟炱沉积燃烧器以大于３ｃｍ／ｓ的横移速度相对于所述基材横向移动，燃烧器多次通过基材，每次通过都沉积厚度小于２０μｍ的烟炱层。在炉子内固结所述至少一部分烟炱预制体，将挟带在所述烟炱预制体内的空气除去５０％以上，所述固结发生在包含氪气、氮气或其混合气的气氛中，所用条件可有效地在所述固结步骤将至少一部分所述气氛挟带在所述预制体中，从而形成一种固结预制体，从其横截面看时，它里面至少有５０个孔隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及光纤，更具体地，涉及微结构光纤和制备微结构光纤的方法。
技术介绍
由玻璃材料形成的光纤在商业上的应用已超过20年。虽然这种光纤代表了电信领域的一个巨大飞跃，但是对替代性光纤设计的研究仍在继续。 一类有前景的替代性光纤是微结构光纤(microstructured叩tical fiber),它包含沿纤维轴线纵向延伸的孔洞(hole)或孔隙(void)。孔洞一般内含空气或惰性气体，但也可内含其他材料。多数微结构纤维具有多个位于纤芯周围的孔洞，其中孔洞沿着光纤长度方向延续较长距离(例如几十米或更长)，而且通常是沿着整个光纤长度延伸。 一般情况下，这些包覆孔洞多数还有规则地周期性排列在光纤芯周围。换句话说，若沿着光纤长度方向截取光纤横截面，同一单个孔洞基本上可以在彼此相对的同一周期性孔洞结构中找到。这种微结构纤维的例子包括美国专利第6243522号所述的微结构纤维。微结构光纤经设计可具有许多性质，可用于许多应用。例如，人们已经构建出这样的微结构光纤，它具有实心玻璃芯和多个位于玻璃芯周围的包覆区内的孔洞。孔洞的位置和尺寸经设计后，可产生色散值在很大负值到很大正值范围内的微结构光纤。这种纤维可用于例如色散补偿。实芯微结构光纤经设计也可在宽波长范围内属于单模形式。多数实芯微结构光纤通过全内反射机制传导光；孔洞的低折射率所起的作用是降低设置有孔洞的包覆区的有效折射率。20 微结构光纤一般通过所谓的"堆拉"(stack-and-draw)法制造，其中一个二氧化硅棒和/或管阵列按密堆积方式堆叠起来，形成预制体，然后用常规拉丝塔装置将其拉制成光纤。堆拉法有几个缺点。组装几百根非常细的坯棒(cane)(由棒或管限定)比较棘手，堆叠和拉制圆柱形坯棒时也可能产生间隙型空穴，这些问题会带来可溶的微粒杂质和不利界面，并引发起始孔洞再成形或变形，从而极大地影响光纤的衰减。不仅如此，较低的产率和高成本使此方法不太适合工业生产。
技术实现思路
本专利技术一方面涉及制备光纤的方法，它包括在基材上沉积二氧化硅玻璃基烟炱(soot)，形成至少一部分光纤预制体，具体过程是使烟炱沉积燃烧器以大于3cm/s的横移速度相对于所述基材横向移动，在燃烧器多次通过基材的过程中，每次通过都沉积厚度小于20um的烟炱层；在炉子内固结所述至少一部分烟炱预制体，将挟带在所述烟炱预制体内的空气除去50%以上，所述固结发生在包含氪气、氮气或其混合气的气氛中，所用条件可有效地在所述固结步骤将至少一部分所述气氛挟带在所述预制体中，从而形成一种固结预制体，从其横截面看时，它里面至少有50个孔隙。在一个实施方式中，将氮气和任选的氦气用作所述气氛。在另一个实施方式中，将氪气和任选的氦气用作所述气氛。或者，所述气氛可包含氮气和氪气以及任选的氦气的混合气。烟炱预制体在一定条件下，在包围预制体的气氛中固结，所用条件可有效地在所述固结步骤中将至少一部分所述气氛挟带在所述预制体中，从而在固结预制体中形成非周期性分布的孔洞或孔隙，每个孔洞对应于至少一份挟带在固结玻璃预制体内的固结气所在区域。所述沉积步骤中燃烧器的横移速度优选大于4cm/s，更优选大于5cm/s，甚至更优选大于7 cm/s，甚至更优选大于10 cm/s，且沉积步骤包括燃烧器多次通过基材，每次通过都沉积一层烟炱，其厚度大于0，更优选大于1 U m，但小于20 n m，更优选小于15 y m，最优先小于15 U m。较佳的是，在固结步骤之后和将预制体拉制成光纤的步骤之前，将含孔隙的固结预制体拉制成坯棒，从而将含孔固结预制体的直径减小为预制体外径，该外径优选小于.75，更优选小于.66，但仍大于5mm，该操作所用条件可有效地使5所述孔隙的直径在再拉步骤中扩大。然后，利用含孔固结预制体制备光纤。在固结期间形成于光纤预制体中的至少一些孔洞保留在拉制的光纤中。通过将含孔区设计成与光纤包覆层相对应，可使制得的这些光纤具有芯区和包覆区，所述芯区具有第一折射率，所述包覆区具有低于光纤芯折射率的第二折射率，较低的折射率至少部分缘于包覆层中存在孔洞。作为替代情形或除此之外的情形，本文所披露的方法可用来在包覆层内提供含孔区，从而提高光纤的弯折性能。例如，利用本文所披露的纤维设计和方法，有可能产生这样的光纤，当将其绕10mm心轴弯折时，它在1550nm处的衰减增大程度小于20dB/圈，更优选小于15dB/圈，甚至更优选小于10dB/圈。类似地，利用本文所披露的纤维设计和方法，有可能产生这样的光纤，当将其绕20mm心轴弯折时，它在1550nm处的衰减增加程度小于3dB/圈，更优选小于ldB/圈，甚至更优选小于.5dB/圈，最优先小于.25 dB/圈。本文所述方法和纤维设计既可用于制备在1550nm处的单模纤维，也可用于制备在1550nm处的多模纤维。孔隙优选基本上、更优选完全位于光纤的包覆层中，这样它们就将纤芯包围在含孔隙的区域里，并且纤芯区域优选基本上不含孔隙。在一些优选实施方式中，孔隙位于含孔隙的区域中，这些区域与光纤芯隔开。例如， 一个较薄的(例如径向宽度小于40"m，更优选小于30um)含孔隙的区域环与光纤芯隔开，但没有完全延伸到光纤外周。将含孔隙的区域与纤芯隔开有助于降低光纤在1550nm处的衰减。采用薄环有利于使光纤在1500nm处呈单模形式。光纤可包含或不含氧化锗或氟，同样用于调节光纤的纤芯和/或包覆层的折射率，但也可避免使用这些掺杂剂，代之以单独用孔隙调节包覆层相对于纤芯的折射率，从而沿纤芯传导光。利用上述固结技术可形成光纤，孔隙在所述光纤的横截面上呈非周期性分布。我们所用的"非周期性分布"是指，若看光纤横截面，孔隙随机地或非周期性地沿着一部分光纤分布。沿光纤长度方向上不同点截取的横截面具有不同的横截面孔隙图案，即各横截面具有稍微不同的随机取向的孔洞图案、分布和尺寸。这些孔洞沿着光纤长度方向(即平行于纵轴)伸展(拉伸)，但不是在整个光纤的整个长度上延伸。虽然无意受限于理论，但是据信，孔洞沿光纤长度方向延伸的距离短于几米，在许多情况下短于1米。6利用本文所披露的产生孔隙的固结技术，有可能制得这样的光纤，其包覆区的总光纤孔隙面积百分数(孔隙的总横截面积除以光纤的总横截面积x100)大于.01%,更优选大于.025%，甚至更优选大于0.05%，甚至更优选大于.1°/。，甚至更优选大于约0.5%。已经制成总孔隙面积百分数大于约1%，实际上甚至大于约5%、甚至10%的光纤。然而，据信视光纤的设计情况，总孔隙面积百分数小于1%、甚至小于.7。/。可极大地改善弯折性能。在一些优选实施方式中，所述光纤的总孔隙面积百分数小于20%,更优选小于15%，甚至更优选小于10%，最优选小于5%。在其他优选实施方式中，所述光纤的总孔隙面积百分数小于0.7%而大于0.01%。这种含孔隙的包覆区可用于相对于纤芯降低折射率，从而形成使光沿光纤芯传导的包覆区。通过选择如下文所述的合适的烟炱固结条件，可得到多种有用的光纤设计。例如，通过选择包覆层中的最大孔隙尺寸，使其小于将要传输的光的波长(例如，对于某些电信系统，小于1550nm)，优选小于将要沿光纤传输的光的半波长，可以在不使用昂贵的掺杂剂的情况下制得低衰减光纤。因此，对于许多应用来说，宜形成这样的孔洞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备光纤的方法，它包括：　通过以下方式在基材上沉积二氧化硅玻璃基烟炱，形成至少一部分光纤预制体：使烟炱沉积燃烧器以大于３ｃｍ／ｓ的横移速度相对于所述基材横向移动，燃烧器多次通过基材的过程中，每次通过都沉积厚度小于２０μｍ的烟炱层； 在炉子内固结所述至少一部分烟炱预制体，将挟带在所述烟炱预制体内的空气除去５０％以上，所述固结发生在包含氪气、氮气或其混合气的气氛中，固结所用的条件可有效地在所述固结步骤将至少一部分所述气氛挟带在所述预制体中，从而形成一种固结预制体，从其横截面观察，该预制体中至少有５０个孔隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DC布克班德，RB德索里齐，MA麦克德莫特，P坦登，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]