侧发光阶跃型光纤制造技术

本发明专利技术涉及侧发光阶跃型光纤、预制件、及其制备方法、以及包括侧发光阶跃型光纤的光纤束、片材和它们的应用。在芯（１）和包层（２）之间，侧发光阶跃型光纤具有确保光从光纤中耦合输出的散射中心（３）。侧发光阶跃型光纤由含有镶入棒的预制件来制备，所述镶入棒中嵌入散射中心，并且在光纤拉制过程中施加至纤芯的外部区域。可选择地，可以使用至少一个镶入管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及侧发光阶跃型光纤、其制备方法和它们的应用。
技术介绍
阶跃型光纤被理解为这样的光导光纤，通过在芯中传导的光在包封纤芯的包层处 的全反射，光沿着光纤轴在纤芯中传导。只要包层的折射率低于传导光的纤芯的折射率就 会发生全反射。然而，全反射的条件可能仅仅至多为照射到(striking)包层的光的极限 角，所述角是芯和包层的折射率的函数。极限角β Min(也就是仍发生全反射时的最小角) 可由sin(i3Min) =η2/ηι计算，其中β Min由垂直于光纤轴的平面来测定，Ii1表示纤芯的折射 率，并且H2表示包层的折射率。通常，目标是尽可能良好地在光纤中传导光，也就是说在耦合输入光纤的过程和 在光纤中传输的过程中光的损失尽可能小。侧发光阶跃型光纤是这样的阶跃型光纤，在该 情况下有意地将光从纤芯和光纤中耦合输出。通常期望的是均勻的耦合输出，在理想情况 下这使得侧发光阶跃型光纤看起来为均勻发光的带或线。这使得其为多种应用所关注，特 别是在照明工程中。就本专利技术的意义而言，侧发光意味着光纤能够侧面发光，而不论其是否在操作中， 也就是说是否实际连接光源和接通光。如通常知道的那样，借助于光纤拉制方法而制备光纤，其中至少纤芯的预制件被 加热至最高达或超过预制件或纤芯材料的软化温度，并拉拔光纤。光纤拉制方法的原理 (例如)在德国专利DE 103 44 205 B4和DE 103 44 207 B3中详细描述。由现有技术已知各种方法来产生侧发光效果。一种已知方法是确保纤芯中的光耦 合输出。日本特许公开申请JP 9258028 A2公开了一种侧发光阶跃型光纤，在该情况下光 通过非圆形芯而耦合输出。当光以小于全反射极限角β_的角度下照射在纤芯和包层之 间的界面时，进行耦合输出。所述非圆形芯的几何构造(例如正方形、三角形或星形)在芯 的几何形状区域(其中否则通过全反射传导的光可耦合输出)中形成。然而，通过这种芯 的几何构造产生的侧发光光纤伴随下列问题在该情况下光的耦合输出非常低效。光在光 纤中以基本上非常平的入射角传导至包层，并且所述芯的几何形状沿着光纤轴延伸。因此， 几乎没有任何其中未达到预定点(undershot)的区域。此外，利用JP 9258028 A2中 描述的芯的几何形状用于由玻璃制成的光纤是非常复杂的，因为非常难以制备合适的预制 件，例如光纤拉制所需的预制件。此外，准确地说在玻璃光纤的情况下，这种光纤的最终强 度随着非圆形纤芯直径而大大降低。据推测出于该原因，该公开文献也仅仅公开了由聚合 物制成的光纤。使光从纤芯中耦合输出的另外的方法在US 4，466，697中有所描述，根据该专利， 反射和/或散射光的颗粒混合在纤芯中。此处的困难在于制备具有均勻的侧发光性能的相 对较长的光纤，因为光在芯中的传导由于芯中加入的颗粒的吸收(因为没有颗粒完全散射4入射光，只有一些颗粒散射几乎全部入射光)而降低。因为在颗粒均勻分布在芯中的情况 下，在芯中传导的光照到这种颗粒的可能性非常高，所以吸收的可能性也非常高，即使在颗 粒总数量较小的情况下也是如此。因此，非常难以调节(scaled)耦合输出效果，并且至少 对于长度超过3m的光纤，至少在目的为制备玻璃光纤的情况下，这使得在光纤拉制中产生 可重复的结果成为非常复杂的问题，甚至接近不可能。就本公开的意义而言，可调节性(scalability)被理解为在光纤的长度上定向设 定侧发光效果的能力。这是需要的，因为对于不同的应用，光纤长度可能变化非常大，而目 的是在整个光纤长度上对于发光可能获得最均勻的强度。作为使光直接从纤芯中耦合输出的可选择的方式，侧发光性能也可以由这样的光 纤情况下的效果引起，所述效果为纤芯和包层之间的界面中的效果或包层本身中的效果。 因此，由现有技术已知在芯玻璃和包层玻璃之间的结晶反应是不期望的，因为芯和包层之 间的界面中的微晶可起到散射中心的作用，使得光从光纤中耦合输出，因而降低其光电导 率。该效果通常在光波导的情况下是不期望的，如德国专利DE 102 45 987 B3中所述，通 常目标是开发这样的玻璃光纤，使得在芯和包层之间不发生结晶。然而，目标可能是利用芯 和包层之间的结晶以产生侧发光性能。在芯和包层彼此熔合并光纤再次冷却时，在光纤拉 制过程中发生结晶。然而，试验中出现在光纤拉制过程中难以设定和控制结晶过程，因此到 目前为止，在可重复和可分级地制备侧发光玻璃光纤(其侧发光性能基于芯和包层之间的 界面中存在的微晶)方面仍未成功工业化。为了产生基于芯和包层之间的界面中的散射中心的侧发光性能，依照专利说明书 LV 11644 B，提出对于二氧化硅玻璃光纤，向拉长的二氧化硅玻璃光纤施加含有散射颗粒 的涂层。随后可以在二氧化硅玻璃光纤周围施加保护性外包层。对于二氧化硅玻璃光纤， 通常散射层和外包层的涂层都由塑料构成。这样的缺点在于拉长的纤芯不得不经历另外的 涂覆步骤，并且在该步骤中是不受保护的。在芯和涂层之间沉积的污垢颗粒导致可能的破 裂和/或具有强的光耦合输出的点。同样在任何情况下，因为材料的原因，二氧化硅玻璃光 纤本身已经而非常昂贵，然而在该公开文献中需要的复杂的制备方法另外使得它们更加昂虫贝οUS 2005/0074216 Al公开了一种侧发光光纤，其具有由塑料制成的透明芯，首先 所述透明芯具有透明的第一包层，之后是第二包层，两个包层同样由塑料制成。散射颗粒嵌 入第二包层(其是外包层)中。该方法只对具有非常大的光纤直径(4mm或更大)的光纤 是可行的，因为在纤芯中传导的光必须通过在芯和第一包层之间的非常大的界面中必需存 在的不均勻性而耦合输出。在该情况下具有嵌入散射颗粒的第二包层的作用是使得所有立 体角下耦合输出的光均质化。然而，具有这样大的芯直径的光纤挠性较差，因此可能难以铺 设。这些实施方式只能从玻璃制成刚性光导棒，并且其是完全非挠性的。此外，所述包括塑料的所有方案的严重缺点在于，所述的所有塑料包层都是可燃 性的。因此，通常这些光纤应该是不期望的。除此以外，它们至少在具有更严格的防火规定 的区域(例如航空器客舱内)中是不能被允许的。玻璃光纤本身不是可燃性的。然而，侧发光玻璃光纤同样是已知的。制备具有侧 发光性能的玻璃光纤的公认方法提供纤芯的预制件，通过研磨或喷砂而使其粗糙化。这些 处理过程在纤芯的外周表面上形成凸入纤芯的结构，并且旨在使传导的光耦合输出。此处，5还出现下列情况形成侧发光的方法是低效的，并且也难以调节。此外，预制件的处理、特别 是当它们由玻璃构成时的处理通常是昂贵和复杂的。此外，凸入纤芯的结构形成对纤芯造 成损害的例子，这可导致负荷峰，因此在弯曲负荷的情况下产生破裂，结果是这些光纤受最 终强度降低的影响。出于该原因，该技术似乎也需要进行改善。
技术实现思路
针对所述
技术介绍
，本专利技术的目的是提供这样的侧发光阶跃型光纤，所述光纤可 经济地制备，并且以高效的方式将光从侧面耦合输出，针对所述效果的目的在于容易地调 节，此外，所述光纤是不可燃性的。本专利技术的其他目的是提供这种侧发光光纤的制备方法、 以及包括这种侧发光光纤的光纤束、及其应用。所述目的和/或部分目的通过独立权利要求而实现。优选的实施方式得自从属权 利要求。同样在本说明书中提到了可选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧发光阶跃型光纤，其包括：导光芯（１），其由具有折射率ｎ↓［１］的玻璃制成；和沿着光纤轴（Ａ）包封所述芯的透明和／或半透明包层（２），其由具有折射率ｎ↓［２］的玻璃制成，其特征在于，至少一个散射区域（３）位于所述芯和所述包层之间，所述散射区域由基本上具有折射率ｎ↓［３］的玻璃形成，并且其中具有嵌入的散射颗粒，且因而ｎ↓［３］基本上不同于ｎ↓［２］。

【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：西蒙莫尼卡里特尔，因卡亨策，德特勒夫沃尔夫，约亨阿尔克马佩尔，贝恩特霍佩，贝恩特舒尔特海斯，阿克塞尔科德特，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]