[发明专利]侧发光阶跃型光纤

说明书

技术领域

本发明涉及侧发光阶跃型光纤、其制备方法和它们的应用。

背景技术

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(β_Min)＝n₂/n₁计算，其中β_Min由垂直于光纤轴的平面来测定，n₁表示纤芯的折射率，并且n₂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。通常期望的是均匀的耦合输出，在理想情况下这使得侧发光阶跃型光纤看起来为均匀发光的带或线。这使得其为多种应用所关注，特别是在照明工程中。

就本发明的意义而言，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_Min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β_Min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匀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。因为在颗粒均匀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匀的强度。