本发明专利技术揭示了一种用来形成用于环境传感器的空心开缝光子带隙（ＰＢＧ）光纤的预成形件，以及使用所述预成形件形成这种光纤的方法。所述预成形件包括包围开缝的空心ＰＢＧ中杆的开缝的包层管。所述包层管和ＰＢＧ中杆中的狭缝沿纵向形成，基本上互相对准。在拉制预成形件的时候，所述狭缝熔合，在制得的空心ＰＢＧ光纤中形成细长的侧面开口或狭缝。在一种情况下，所述狭缝在拉制的时候到达所述空心，在另一种情况下，采用第二步骤，使得狭缝延伸至与空心相连。所述光纤用来形成环境传感器，用来检测环境中是否存在目标物质。所述光纤的ＰＢＧ区域中形成的狭缝形成了脊形波导，其中一部分的不然会以受限制方式被限制在空心的光在狭缝中传播。所述目标物质影响光纤内传播的光，由此便于检测目标物质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及形成用于环境传感器的光波导的方法，具体涉及用于环境传感器 的空心开缝的光子带隙(PBG)光纤的预成形件，还涉及使用所述预成形件形成所述光纤的 方法。专利技术
技术介绍
现有技术中已知具有空心的光纤形式的环境传感器。用于所述传感器的光纤的空 心通常通过包围所述空心的光子带隙(PBG)结构传导光。该PBG结构产生了对应于通过所 述光纤传输的波长的"禁阻频率范围"，尽管对于特定波长范围通过全内反射(TIR)传导 光的空心光纤也是已知的。所述传感器用来检测“目标物质”的存在，所述目标物质是例如 环境中存在的特定气体或液体。例如，所述目标物质可以是环境空气中有可能指示火灾或 者其它灾害情况的二氧化碳的阈值量。在一种现有技术的设计中，使得光纤的一端或两端都将该光纤的空心暴露于环境 大气，使得环境大气的气体能够连续地流入所述空心。在操作中，将具有会被特定待测气体 组合物吸收的波长的激光连续地传导通过所述光纤的空心。当所述气体从环境大气中引入 光纤的开放端的时候，气体开始流过空心。由于所述气体会吸收光，传输通过空心的激光的 波幅会降低。在前文所述的二氧化碳的情况，可以使用特定的阈值衰减产生信号，触发火警 电路。所述环境传感器可以用来检测很多种目标物质，例如气氛中的不同的气体组成， 有机和无机的微粒或蒸气液滴，以及当所述光纤浸没在液体的时候，甚至可以检测不同的 液体组成。因此，所述传感器用途广，不仅可以作为燃烧产物或者污染物或者可能有毒物质 的检测器，而且可以在需要对特定气体或液体的组成进行控制的工业生产工艺中作为控制 或者监控的传感器。题为“光波导环境传感器及其制造方法(Optical waveguideenvironmental sensor and method of manufacture) ”的美国专利第7，；343，074号揭示了一种光波导环境 传感器，其包括细长的侧面开口，将空心直接暴露于环境，该专利共同转让给本申请人，参 考结合于此。在现有技术中，将这种细长侧面开口的形式称作“光脊形波导”。光脊形波导 通常包括一种或多种材料的狭窄的脊，该脊位于第二种(或相同的)材料的厚板顶上。较 低折射率的第三种材料(通常是空气)包围着所述脊和厚板的顶面，从而提供折射引导机 构。所述厚板的厚度通常与脊相同，位于提供另外的垂直限制的较低折射率的基材上。由于光脊形波导易于制造，因此很有吸引力。该种材料结构以平面层的形式制造，然后通过在选定的区域除去材料层，留下初始结构的脊，从而限定出波导。大部分脊形波导 是平面型器件，用光刻法限定，然后使用半导体工业众所周知的技术蚀刻而形成。但是，在 基于光纤的波导中形成这样的结构要困难得多，特别是对于依靠细长的侧面开口使得光纤 的空心暴露于环境的基于光纤的环境传感器。例如，一种在光纤中形成细长的侧面开口“或 狭缝”的方法是使用激光加工。不幸的是，当使用激光在光纤中切割狭缝的时候，会对光纤 的强度造成负面影响。另外，使用激光加工或机械加工形成长的狭缝是一项困难的任务。因此，人们需要一种能够形成空心、开缝的PBG光纤的方法，该方法无需在拉制光 纤之后进行机械加工以形成狭缝。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面涉及一种用来形成开缝的光子带隙(PBG)光纤的预成形件。 所述预成形件包括圆筒形包层管，该包层管具有第一中心轴，前端，后端，限定开放的内部 的内表面，以及外表面。所述包层管具有形成于外表面内、直通内表面、并具有前端和后端 的第一纵向狭缝。所述预成形件还包括中杆(cane)，所述中杆包括第二中心轴；PBG区域， 该PBG区域沿着所述第二中心轴设置并包括基本以所述第二中心轴为中心的空心；和实心 外部区域，该实心外部区域包围所述PBG区域并具有外表面。所述中杆具有形成于实心区 域外表面内的第二纵向狭缝。在所述第一中心轴和第二中心轴基本对准，所述第一和第二 纵向狭缝基本对准的情况下将所述中杆设置在包层管内部。本专利技术的第二个方面涉及一种形成空心开缝的PBG光纤的方法。该方法包括提供 预成形件，所述预成形件包括包层，包层具有第一纵向狭缝并包围中杆。所述中杆具有实心 外部区域，该外部区域包围中心PBG区域，所述中心PBG区域具有中央的空心。所述中杆还 可以具有形成于所述外部区域内的第二纵向狭缝。所述第一和第二纵向狭缝基本对准。该 方法还包括对所述预成形件进行拉制，形成空心PBG光纤，所述光纤中形成有纵向的狭缝。本专利技术的第三个方面涉及一种形成用于空心开缝的PBG光纤的预成形件的方法。 所述方法包括提供圆筒形包层管，所述包层管具有第一中心轴，前端，后端，限定开放的内 部的内表面，以及外表面。所述方法还包括提供中杆(cane)，所述中杆包括第二中心轴； PBG区域，该PBG区域沿着所述第二中心轴设置并包括基本以所述第二中心轴为中心的空 心；实心外部区域，该实心外部区域具有外表面并包围所述PBG区域。所述方法还包括在所 述包层管的外表面内形成第一纵向狭缝，该狭缝贯穿所述内表面；以及在中杆外表面内形 成第二纵向狭缝，该第二纵向狭缝延伸到实体外部区域中。该方法还包括在所述第一中心 轴和第二中心轴基本对准，所述第一和第二狭缝基本对准的情况下将所述中杆设置在包层 管内部。所述方法任选包括在将所述中杆置于包层管内之后，使用单一的形成狭缝的方法 形成第一和第二狭缝。所述狭缝还可以分别形成，然后将包层管和中杆组合，使得狭缝基本 对准。在以下的详细描述中提出了本专利技术的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的普通技术人员而言根据所作描述就容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、 权利要求书以及附图在内的本文所述的本专利技术而被认识。应理解，前面的一般性描述和以 下的详细描述都是本专利技术的示例性实施方式，用来提供理解要求保护的本专利技术的性质和特 性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，并被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本专利技术的各种实施方式，并与详细说明 一起用来说明本专利技术的原理和操作。附图简要说明参照附图，阅读本专利技术的以下详细描述，可以更好地理解本专利技术的这些方面、特征 和优点以及其他的方面、特征和优点，附图中附图说明图1是用来形成空心开缝的PBG光纤的示例性光子带隙(PBG)预成形件的透视 图；图2是图1的PBG预成形件的第一示例性截面图，其中PBG中杆的狭缝未到达PBG 区域；图3是图1的PBG预成形件的第二示例性截面图，其中PBG中杆的狭缝延伸到PBG 区域中；图4是图1的PBG预成形件的第三示例性截面图，其中PBG中杆的狭缝延伸到空 心PBG区域中；图5是包层管和PBG中杆在使用一种示例性的方法组合形成预成形件之前的透视 图，其中狭缝是在将PBG中杆设置在包层管中之前形成的；图6是图1的PBG预成形件的第四示例性截面图，其中PBG中杆的狭缝比包层管 的狭缝宽；图7是图1的PBG预成形件的第五示例性截面图，其中对预成形件进行加工，消除 了包层管和PBG中杆之间的界面；图8是适合由本专利技术的PBG预成形件形成空心开缝的PBG光纤的常规光纤拉制设 备的示意图；图9A是一种使用PBG预成形件形成的示例性的空心开缝的PBG光纤的截面照片， 其中两个预成形件狭缝都是通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用来形成开缝的光子带隙（ＰＢＧ）光纤的预成形件，该预成形件包括： 圆筒形包层管，该包层管具有第一中心轴，前端，后端，限定开放的内部的内表面，以及外表面，所述包层管具有形成于所述外表面内、直到所述内表面、并具有前端和后端的第一纵向狭缝；中杆，该中杆包括：第二中心轴；ＰＢＧ区域，该ＰＢＧ区域沿着所述第二中心轴设置并包括基本以所述第二中心轴为中心的空心；以及实心外部区域，所述实心外部区域包围所述ＰＢＧ区域并具有外表面；所述中杆具有形成于所述实心区域外表面内的第二纵向狭缝；其中，在第一中心轴和第二中心轴基本对准，所述第一和第二纵向狭缝基本对准的情况下将所述中杆设置在包层管内部。
【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：J·P·卡伯里，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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