專利名稱：制造光子晶體光纖預(yù)制件的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子晶體光纖，尤其涉及用于制造光子晶體光纖預(yù)制件的裝置。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖從透明的玻璃材料所制造并具有在縱向方向上延伸的多個(gè)孔。在這樣的光子晶體光纖中光信號(hào)的傳播通過(guò)光子帶隙效應(yīng)和有效折射率所發(fā)生，其由T.A.Birks等在Electronic Letters，Vol.31(22)P.1941(1995年10月)以及J.C.Knight等在Proceeding of OFC，PD3-1(1996年2月)中進(jìn)行了詳細(xì)的討論。
在現(xiàn)有技術(shù)中，玻璃疊置方法，玻璃鉆孔(drilling)方法、溶膠凝膠方法等可被獲得作為用于制造光子晶體光纖預(yù)制件的方法。玻璃疊置方法涉及通過(guò)重復(fù)地執(zhí)行疊置、捆綁以及拉長(zhǎng)多個(gè)玻璃管的步驟來(lái)制造光子晶體光纖預(yù)制件。玻璃鉆孔方法需要在玻璃棒中通過(guò)鉆孔形成多個(gè)孔。溶膠凝膠方法包括步驟將多個(gè)銷定位在中空?qǐng)A柱形模具中，將液化的溶膠澆到模具中，將溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)，然后從模具釋放凝膠。然后，包括干燥過(guò)程、低溫?zé)崽幚磉^(guò)程以及燒結(jié)過(guò)程的一系列過(guò)程來(lái)對(duì)被釋放的凝膠來(lái)執(zhí)行以獲得光子晶體光纖預(yù)制件。這樣的通過(guò)熔化預(yù)制件所獲得的光子晶體光纖預(yù)制件的特征主要通過(guò)空氣填充因子(AFF)來(lái)確定，所述空氣填充因子(AFF)指示孔的直徑和相鄰孔的中心之間的距離的比率。
但是，由于傳統(tǒng)的溶膠凝膠方法利用了具有恒定的直徑的銷，用于形成光子晶體光纖預(yù)制件的開(kāi)口，缺點(diǎn)在于難于隨意地設(shè)置各孔的直徑和孔之間的壁厚(即，難于隨意地設(shè)置AFF)。此外，凝膠的形狀經(jīng)常在移除銷的過(guò)程中坍塌，如果孔太靠近安置的話，或者孔之間的壁厚太薄的話。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明用于解決上述在現(xiàn)有技術(shù)中所出現(xiàn)的問(wèn)題并提供了額外的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)提供一種用于制造光子晶體光纖預(yù)制件的裝置，所述裝置允許孔的直徑被隨意地設(shè)置并且其中凝膠很容易釋放。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種制造用于具有多個(gè)在縱向方向上延伸的孔的光子晶體光纖用的預(yù)制件的裝置，包括用于容納用于制造光子晶體光纖的原材料的殼體；安置在殼體的一端上的第一支撐部件；安置在殼體的另外一端上的第二支撐部件；以及分別通過(guò)第一和第二支撐部件所支撐的多個(gè)管以至少部分地安置在殼體之內(nèi)，其中多個(gè)管中的每個(gè)具有一個(gè)開(kāi)口端，殼體之內(nèi)安置的管的部分直徑根據(jù)通過(guò)管的開(kāi)口端澆鑄的流體的壓力而可變化。


本發(fā)明的這些和/或者其它方面將從下述實(shí)施例并結(jié)合附圖的說(shuō)明變得顯而易見(jiàn)并更容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光子晶體光纖預(yù)制件的橫截面視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造光子光纖的裝置的垂直橫截面視圖；圖3是在其中第一和第三澆鑄管單元被移除的狀態(tài)中圖2的制造裝置的俯視圖；圖4是其中第一澆鑄管單元被連接到第一支撐板的狀態(tài)中圖2的制造裝置的俯視圖；圖5是第一澆鑄管單元的透視圖；圖6是其中第二澆鑄管單元被連接到第一支撐板的狀態(tài)中圖2中所示的裝置的俯視圖；圖7是其中第三澆鑄管單元被連接到第一板的狀態(tài)中圖2中所示的裝置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
此后，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。出于簡(jiǎn)潔和簡(jiǎn)化的目的，公知的功能和結(jié)構(gòu)將被省略，因?yàn)樗鼈儗⑹沟帽景l(fā)明的發(fā)明主體變得不清楚。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光子晶體光纖預(yù)制件。如圖所示，預(yù)制件100通常以圓柱形棒形狀從玻璃材料所形成并具有通過(guò)其中在縱向方向上延伸的多個(gè)孔110?？?10圍繞安置在預(yù)制件的中心上的芯部區(qū)域所安置。特別地，孔110被安置在圍繞芯部區(qū)域的三層安置中，其中各層具有規(guī)則的六邊形形式。圍繞芯部區(qū)域的第一層130包括六個(gè)孔110，圍繞第一層130的第二層140包括12個(gè)孔110，圍繞第二層140的第三層150包括18個(gè)孔110?？?10的層的數(shù)目可以可選地增加或者減小，并且各層可以是矩形的形狀。
圖2顯示了用于制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光子晶體光纖預(yù)制件的裝置。如圖所示，制造裝置200包括在根據(jù)溶膠凝膠方法的制造的過(guò)程中用于在凝膠的過(guò)程中使用的模制裝置。特別地，制造裝置200包括殼體210、第一和第二支撐部件220、230、多個(gè)管240，以及第一一第三澆鑄管單元250、260、270。
殼體210是具有圓柱形管形狀，所述管形狀具有開(kāi)口的相對(duì)端并容納溶膠290，所述溶膠290是光子晶體光纖預(yù)制件的原材料。殼體210具有溶膠澆鑄噴口215，所述溶膠噴口215位于其上部部分上用于從外部接收溶膠290。溶膠噴口215具有圓柱形管的肘部形狀，其中噴口的一個(gè)開(kāi)口端向外暴露并且另外的開(kāi)口端被暴露在殼體210之內(nèi)。溶膠290通過(guò)溶膠澆鑄噴口215填充到殼體210的底部。
第一支撐部件220被安置在殼體210的開(kāi)口頂端并是具有多個(gè)圓柱形孔222的圓板的形式。第一支撐部件220關(guān)閉殼體的頂部開(kāi)口端，并且孔222的布置與圖1中所示的孔110的布置相同。
圖3是其中第一至第三澆鑄管單元250、260、270被移除的狀態(tài)中顯示制造裝置200的俯視圖。如圖所示，第一支撐部件220具有多個(gè)圍繞安置在第一支撐部件220的中心上的芯部區(qū)域的孔222以形成多層224、226、228。特別地，孔222被安置為圍繞芯部區(qū)域的三層布置，各層具有六邊形形狀。圍繞芯部區(qū)域的第一層224包括六個(gè)孔222，圍繞第一層224的第二層226包括12個(gè)孔222，第三層228包括18個(gè)孔222。必須注意圖3中孔的數(shù)目被顯示用于說(shuō)明的目的。這樣，孔的數(shù)目沒(méi)有限制本發(fā)明的范圍。
回到圖2，第二支撐部件230被安置在殼體210的底部開(kāi)口端上并是具有多個(gè)圓柱形孔235的圓板形狀。第二支撐部件230具有與第一支撐部件220相同的形式，并且第二支撐部件230中的孔230與第一支撐部件220中的孔222垂直對(duì)齊。由于第二支撐部件230覆蓋殼體210的底部開(kāi)口端，通過(guò)溶膠澆鑄端口215流入到殼體210的內(nèi)部的溶膠被容納在殼體中。
多個(gè)管可以是圓柱形管，例如，圓柱形的橡膠管，每個(gè)從很容易變形和直徑可膨脹并可收縮的材料所形成。各管240通過(guò)相對(duì)端上第一和第二支撐部件220、230中的對(duì)應(yīng)的一對(duì)垂直對(duì)齊孔所插入和支撐。為了方便釋放凝膠，各管240的頂端可以在第一支撐部件220中連接到對(duì)應(yīng)孔的內(nèi)周同時(shí)管240的下端可以插入到第二支撐部件230中的對(duì)應(yīng)孔中。管240可以安置為圍繞芯部區(qū)域的三層布置，其與第一支撐板220和第二支撐板230中的孔的布置相似，每層具有六邊形形式。
例如，圍繞芯部區(qū)域的第一層包括六個(gè)管240，圍繞第一層的第二層包括12個(gè)管240，圍繞第二層的第三層包括18個(gè)管240。各管在下端上通過(guò)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)器280所密封。安置在通過(guò)孔所支撐的其相對(duì)端之間的管的一部分，即安置在殼體210之內(nèi)的部分直徑可以根據(jù)通過(guò)開(kāi)口上端引入的流體的壓力而變化。
通過(guò)在其中管240的直徑改變到預(yù)設(shè)的直徑的狀態(tài)中固化(curing)容納在殼體210中的溶膠290，就可以獲得具有多個(gè)孔的凝膠，每個(gè)具有預(yù)設(shè)的直徑。因此，就可以任意地設(shè)置各形成在凝膠中的孔的直徑和孔之間的壁厚。此外，在釋放管240的過(guò)程中，施加到孔之間的壁的應(yīng)力可以通過(guò)利用從自由可彎曲的材料所形成的管240來(lái)最小化。此外，就可以減小壁厚。凝膠的形狀與圖1中所示的預(yù)制件的形狀相同，并接著對(duì)凝膠執(zhí)行干燥過(guò)程，低溫?zé)崽幚磉^(guò)程和燒結(jié)過(guò)程，這就可以獲得如圖1所示的預(yù)制件100。
第一至第三澆鑄管單元250、260、270被固定到第一支撐部件220的頂部表面，這樣它們?cè)诘谝恢尾考?20中連接到孔222，并且流體通過(guò)第一至第三澆鑄管單元250、260、270供給到管240。第一至第三澆鑄管單元250、260、270分別包括圓柱形管形狀澆鑄噴口252、262、272以及徑向延伸以與圓柱形管形狀的澆鑄噴口252、262、272相連通的肘部形狀的圓柱形管254、264、274。管254、264、274連接到并與澆鑄噴口252、262、272相連通，并且管254、264、274的尖端分別連接到第一支撐部件20中對(duì)應(yīng)的孔222以與對(duì)應(yīng)的管240相連通。
圖4是第一澆鑄管單元250連接到第一支撐板220的狀態(tài)的俯視圖，圖5是顯示了第一澆鑄管單元250的透視圖。如圖所示，第一澆鑄管單元250的六個(gè)管254的尖端連接到第一板220中的第一層224的孔222。第一澆鑄管單元250的各管254在澆鑄噴口252的直徑方向上延伸然后在澆鑄噴口252的縱向方向上向下彎曲。
圖6第二澆鑄管單元260連接到第一支撐板220的狀態(tài)的俯視圖。如圖所示，第二澆鑄管單元260的12個(gè)管264的尖端連接到第一支撐板220中的第二層226的孔222。盡管在圖6中未示出，第二澆鑄管單元260覆蓋第一澆鑄管單元250。
圖7是顯示第三澆鑄管單元270的連接的俯視圖。如圖所示，第三澆鑄管單元270的18個(gè)管274的尖端連接到第一支撐板220中的第三層228的孔222。盡管圖7中未示出，第三澆鑄管單元270覆蓋第二澆鑄管單元260。
現(xiàn)在，使用制造裝置200形成凝膠并釋放凝膠的過(guò)程此后將參照?qǐng)D2進(jìn)行說(shuō)明。
首先流體被澆鑄到第一至第三澆鑄管單元250、260、270的澆鑄噴口252、262、272中以將各管240膨脹到預(yù)定的直徑。此時(shí)，通過(guò)可選地調(diào)整澆鑄到第一至第三澆鑄管單元250、260、270中的流體的量，就可以讓第一至第三層的管240具有彼此不同的直徑，或者讓任一層的管240具有與剩余的管不同的直徑。
接著，凝膠290被澆鑄到溶膠澆鑄噴口215以從殼體210的底部填充在殼體210之內(nèi)至預(yù)定的高度。
然后，如果溶膠290的凝膠過(guò)程完成，管240中的流體通過(guò)第一至第三澆鑄管單元250、260、270的澆鑄噴口252、262、272被移除，由此允許管240收縮到在膨脹之前的狀態(tài)。
然后，連接到管240的下端的制動(dòng)器280被移除。
然后，殼體210向上提升以從殼體210釋放凝膠。
此后，通過(guò)對(duì)被釋放的凝膠執(zhí)行干燥過(guò)程，低溫?zé)崽幚磉^(guò)程、燒結(jié)過(guò)程等，可以獲得如圖1所示的預(yù)制件100。
如上所述，用于制造光子晶體光學(xué)預(yù)制件的發(fā)明裝置的優(yōu)點(diǎn)在于形成在凝膠中的孔的直徑和孔之間的壁厚(AFF)可以通過(guò)利用可膨脹和可收縮的管來(lái)任意設(shè)置，并且在于孔之間的壁厚與現(xiàn)有技術(shù)相比可以通過(guò)最小化在孔和管之間所形成的應(yīng)力而被減小。
盡管對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，普通技術(shù)人員可以理解在不背離本發(fā)明的精神和原則的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改和變化，其范圍由所附權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種制造具有多個(gè)在縱向方向上延伸的孔的光子晶體光纖用的預(yù)制件的裝置，包括用于容納用于制造光子晶體光纖的原材料的殼體；在殼體的一端上在基本水平的取向上設(shè)置的第一支撐部件；在殼體的另外一端上在基本水平的取向上設(shè)置的第二支撐部件；以及通過(guò)第一和第二支撐部件所支撐的多個(gè)管以至少部分地安置在殼體之內(nèi)，其中多個(gè)管中的每個(gè)具有一個(gè)開(kāi)口端，殼體之內(nèi)安置的管的部分的直徑根據(jù)通過(guò)管的開(kāi)口端澆鑄的流體的壓力而可變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一個(gè)澆鑄管單元，其連接到形成在第一支撐部件中的開(kāi)口以將流體供給到管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，澆鑄單元包括用于容納液體的澆鑄噴口；以及多個(gè)管，所述多個(gè)管從澆鑄噴口延伸以與澆鑄噴口相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和第二支撐部件分別提供垂直對(duì)齊的多對(duì)開(kāi)口，這樣管被插入到并通過(guò)相對(duì)端上的對(duì)應(yīng)開(kāi)口對(duì)所支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，第一和第二部件分別包括以多層布置安置的多個(gè)開(kāi)口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括多個(gè)分別連接到對(duì)應(yīng)層的開(kāi)口的澆鑄管單元以將流體供給到管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，各澆鑄管單元包括用于引入流體的澆鑄噴口；以及多個(gè)徑向從澆鑄噴口延伸以與澆鑄噴口相連通的管。
8.一種制造用于產(chǎn)生具有多個(gè)在縱向方向上延伸的孔的光子晶體光纖的預(yù)制件用的方法，所述方法包括步驟在殼體中基本垂直的取向中提供多個(gè)可膨脹管；可選地將流體澆鑄到可膨脹管中以將各管膨脹到預(yù)定的直徑；提供溶膠至殼體中并執(zhí)行溶膠的凝膠過(guò)程；從可膨脹管中移除流體；以及移除殼體以釋放凝膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，澆鑄到可膨脹管中的流體的量可選地被調(diào)整以控制各膨脹管的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)被釋放的凝膠執(zhí)行干燥過(guò)程、低溫?zé)崽幚磉^(guò)程、燒結(jié)過(guò)程以獲得預(yù)制件。
全文摘要
公開(kāi)了一種制造用于具有多個(gè)在縱向方向上延伸的孔的光子晶體光纖用的預(yù)制件的裝置。所述裝置包括用于容納用于制造光子晶體光纖的原材料的殼體；安置在殼體的一端上的第一支撐部件；安置在殼體的另外一端上的第二支撐部件；以及分別通過(guò)第一和第二支撐部件所支撐的多個(gè)管以至少部分地安置在殼體之內(nèi)，其中多個(gè)管的每個(gè)的直徑可以可選地根據(jù)通過(guò)管的開(kāi)口端澆鑄的流體的壓力而可變化。
文檔編號(hào)C03B37/012GK1769229SQ200510109948
公開(kāi)日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者金淳載, 樸根德 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社