[发明专利]包含孔隙的微结构光纤的制备方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2007年5月8日提交的美国临时专利申请第60/928165号的权益和优先权，其全部内容构成本发明的依据，并通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及光纤，更具体地，涉及微结构光纤和制备微结构光纤的方法。

背景技术

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 optical 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。

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。

发明内容

本发明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。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7cm/s，甚至更优选大于10cm/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1μm，但小于20μm，更优选小于15μm，最优先小于15μm。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所述孔隙的直径在再拉步骤中扩大。