[发明专利]热力学扩散系统和方法

说明书

相关申请

本申请基于35USC119（e）要求2011年1月14日提交的美国临时专利申请61/432,697、名称为THERMAL MECHANICAL DIFFUSION SYSTEM AND METHOD的优先权。本申请可以被认为与2010年3月1日提交的美国专利申请第12/715,010号（美国公开2010-0226613A1）有关，其是于2010年3月2日授权的美国专利第7,670,065号的继续申请，其要求了2007年2月7日提交的美国临时专利申请60/888,691、2007年8月3日提交的60/953,803、以及2007年10月2日提交的60/976,859的优先权；以及与2010年1月15日提交的美国专利申请第12/688,849号（美国公开2010-0135621A1）有关，其是2010年3月2日授权的美国专利第7,670,065号的继续申请，其要求了2007年2月7日提交的美国临时专利申请60/888,691、2007年8月3日提交的60/953,803、以及2007年10月2日提交的60/976,859的优先权，在此上述每个文件都全部结合于此。

技术领域

本发明的概念涉及用于处理诸如光纤的材料的系统和方法的领域，例如，用于光纤束、线缆等等的切割、连结、拉锥、扩散、其他热处理等等的系统和方法。

背景技术

如本领域人员已知的，理想情况下，被连结在一起的两个纤维（即，光纤）应具有相同的数值孔径（“NA”）。即使纤维芯具有不同尺寸的情况下也是这样的。因此，NA是连结纤维时的关键参数。

通常，在光纤中，NA是无量纲数，表示光纤可以接收或发射光的角度范围，并且由以下公式给出：

NA=n11-n22,]]>

其中n1是光纤芯的折射率，以及n2是包层的光纤折射率。纤维芯和包层倾向于具有些许不同的组成，导致了不同的折射率。例如见图1。

选择性改变光纤的NA通常涉及改变芯的折射率和直径。这可以通过对固定光纤应用宽度大约为5mm-6mm的火焰来实现。纤维在其熔点温度被加热相当长时间，即几分钟或更长，直到包层和芯开始混合，从而通过将掺杂物扩散至其中来改变芯的折射率。纤维的一端也可以被牵拉，从而纤维的直径也选择性减小，也被称作“拉锥”。

加热部分在通常为高斯分布的热分布的中心被切割。因此，假设火焰具有大约5mm的宽度，则切割可以在距离热分布的每端大约2.5mm处发生。见图2。

对于单个纤维，该过程可以相对较好地进行。然而，因为使用这样的火焰花费数分钟或更多的时间来实现必要的扩散，所以这不能很快完成。慢扩散意味着低产出和高花费。

并且，具有固定火焰宽度的固定火焰对于能够被用于扩散的可达到的热分布存在很多限制。并且无论芯的直径，都使用相同的火焰。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种热力学扩散系统和方法。在纤维的一部分被加热时，纤维（或纤维束）的一端在应力下振动。纤维的至少一端的推拉迫使增加掺杂物在加热区中的纤维的该部分中的芯中扩散。因此，通过准确控制振动的幅度和频率，可以准确指示一个或多个纤维的扩散分布。同时，扩散可以比通常更快速地发生。例如，这可以对在将被连结的纤维中产生扩散锥非常有用，其中锥是纤维芯热扩散的结果。

根据本发明的一个方面，纤维（或纤维束）的第一和第二部分分别使用第一纤维座和第二纤维座固定。第一纤维座连接至振动机构。热源施加热至两个纤维座之间的纤维区域。振动机构导致第一纤维座的预设振动，纤维经受由第一纤维座导致的推和拉。因此，快速扩散发生在纤维芯中。

第二纤维座可以将纤维的第二部分保持在固定位置。

热源可以产生围绕纤维的基本相同的加热场。

热源可以是具有三个至更多电极的多电极热源。

热源可以是两个电极热源。

热源可以包括火焰。火焰可以直接应用于纤维，或应用于环绕纤维的熔炉。

热源可以是基本围绕纤维的丝状热源。丝状热源可以包括钨丝或石墨丝。