專利名稱：一種制造包括納米顆粒的光纖的方法以及用于制造該光纖的預(yù)制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造光纖的預(yù)制件，以及一種使用該預(yù)制件制造光纖 的方法。
背景技術(shù)：
在無線電通信領(lǐng)域，已知如何通過同時(shí)處理光信號(hào)，而4吏用平板光導(dǎo) 或者光纖傳輸這些信號(hào)。
例如，光纖可放大所傳輸?shù)墓庑盘?hào)。為此，此類放大光纖包括用來放 大所傳輸?shù)墓庑盘?hào)的強(qiáng)度的芯、以及圍繞該芯的覆層，所述芯由透明材料、
活性元素或者通常由例如Er離子的稀土材料制成的摻雜劑構(gòu)成，所^ 層用于將大部分光信號(hào)保持在光纖的芯中。
通過在光纖的芯中填充納米顆粒可改善該類光纖的^f吏用，所述納米顆 粒包括活性元素和其他可能改善所述活性元素功能的混合物。其中，在美 國專利申請(qǐng)US 2003/175,003中，描述了所述納米顆粒的概要以及使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，即，在通常的光纖制造方法中，可填充在平板光導(dǎo)中的 納米顆粒不能被填充在光纖中。
實(shí)際上，光纖的制造包括首先制造預(yù)制件，其在光纖形成步驟中被拉 伸以獲得光纖。在光纖形成步驟實(shí)現(xiàn)的預(yù)制件通常具有柱狀條的形式，其 通過由Si02硅石形成的大塊材料制成。為了制造預(yù)制件，通常在旋轉(zhuǎn)硅酸 鹽管中使用改良化學(xué)氣相沉積(MCVD)方法，沉積轉(zhuǎn)化成硅玻璃的氧化 物顆粒。為了獲得固體預(yù)制件，在該方法中獲得的條是熱收縮的。在文獻(xiàn)US 2004/187,524中，描述了根據(jù)此技術(shù)的一個(gè)特定實(shí)施例。另一已知的方 法(稱為OVD，即外部氣相沉積)包括將基于珪石的顆粒沉積到例如管子 的部分的外表面上，以生成多孔玻璃的疊層。然后拉伸所述管子，并且所 述條是熱收縮的，以獲得固體預(yù)制件，所述條將用于光纖形成步驟中。在 文獻(xiàn)WO-00/20346中，描述了才艮據(jù)此4支術(shù)的一個(gè)特定實(shí)施例。制造光纖要求熱處理預(yù)制件，所述預(yù)制件在現(xiàn)有情況下可包含納米顆 粒。然而，進(jìn)行熱處理的溫度高于500。C,并且通常高于1000。C。這樣的 高溫會(huì)導(dǎo)致這些納米顆粒的組成成分和/或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而其屬性發(fā)生 變化。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)，在高溫時(shí)納米顆粒的改變主要是因?yàn)樗闹辽僖粋€(gè)成 分的氧化，例如硅或鍺，它們的氧化形態(tài)是穩(wěn)定的。這是本發(fā)明的制造光纖的方法所涉及的，其包括以下步驟形成預(yù)制件，其包含負(fù)載活性元素的納米顆粒，所述預(yù)制件在所述納 米顆粒的至少一部分的附近包括至少一個(gè)槽；通過將非氧化氣體引入所述槽，從而限制所述預(yù)制件中的所述納米顆 粒氧化的4幾會(huì)，而將所述預(yù)制件形成為纖維。在一個(gè)實(shí)施例中，所述非氧化氣體是還原氣體和/或者中性氣體。在一個(gè)特定實(shí)施例中，所述非氧化氣體是包括氫氣和例如氦的中性氣 體的混合氣體，其在高溫下不爆炸。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述預(yù)制件的制造中，利用改良的化學(xué)氣相沉積 方法、擴(kuò)散浸漬或者溶膠-凝膠方法將納米顆粒引入所述預(yù)制件中。在一個(gè)實(shí)施例中，在用于制造所述預(yù)制件的所述方法的至少一個(gè)步驟 中，將非氧化氣體引入所述預(yù)制件的槽，從而在進(jìn)行對(duì)所述預(yù)制件的熱處 理時(shí)，所述預(yù)制件中包括所述氣體。本發(fā)明也包括用于光纖制造方法的光纖制造步驟中的預(yù)制件，所述預(yù) 制件在摻雜區(qū)域中包括負(fù)載活性元素的納米顆粒。用于本發(fā)明的方法中的 預(yù)制件包括在納米顆粒的至少一部分的附近包括至少一個(gè)槽。以該方式，用與本發(fā)明一致的方式使用預(yù)制件的方法使得能夠保存設(shè)置在該預(yù)制件中的納米顆粒，并且在預(yù)制件的光纖形成步驟中將它們保留 在非氧化環(huán)境中。通過在它們附近的氣體產(chǎn)生該環(huán)境，大大限制了它們的 氧化和消失、或者還原、在光纖的芯中納米顆粒的改變。并且，如果在預(yù)制件的光纖形成步驟中，這些納米顆粒受到的環(huán)境并 沒有不利，則在光纖制造中可填充多種納米顆粒。因?yàn)檫@個(gè)原因，能夠開 發(fā)出新光纖的用途。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)制件包括縱向軸，并且所述槽與所述預(yù)制件的縱 向軸同軸，這有利于在光纖形成步驟中，還原氣體在預(yù)制件的整個(gè)長(zhǎng)度上 流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)制件包括與所述預(yù)制件的所述軸同軸的多個(gè)槽， 這能夠另外將非氧化氣體引入到預(yù)制件中的多個(gè)摻雜區(qū)域附近。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)制件包括多個(gè)槽，所述槽形成的圓和/或者圓弧相 對(duì)于所述預(yù)制件的所述軸是同心的，所述實(shí)施例允許以簡(jiǎn)單方式制造所述 預(yù)制件。在一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)形成圓和/或者圓弧的槽由不含納米顆粒的 區(qū)域隔開。本發(fā)明還包括使用根據(jù)上述實(shí)施例之一的方法所獲得的包括含活性元 素的納米顆粒的光纖。


根據(jù)下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他屬性和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，所述描述是示例性的而不是限制性的，其中 圖l是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的光纖形成方法的示圖； 圖2a、 2b、 2c和2d是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制件的橫截面；以及 圖3a和3b是使用根據(jù)本發(fā)明的光纖形成方法獲得的光纖橫截面。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的從預(yù)制件10形成纖維的方法獲得光纖18，即，通過將例如還原氣體的非氧化氣體11引入到與預(yù)制件10的軸13同軸 的槽14中，將所述氣體保持在預(yù)制件10的摻雜區(qū)域12的附近。以該方式，在利用加熱所述預(yù)制件的裝置15從預(yù)制件10形成光纖的 步驟中，通過包括所述非氧化氣體11防止在預(yù)制件10的材料16的摻雜區(qū) 域12中包括的納米顆粒氧化。通過這些方法，可大大限制摻雜區(qū)域12中的納米顆粒的組成和/或結(jié) 構(gòu)的改變。換言之，納米顆粒所面對(duì)的條件較少地變?yōu)椴焕?，這樣，在預(yù) 制件10中，以及隨后從該預(yù)制件10獲得的光纖18中，能夠使用具有不同 組成的納米顆粒。在一個(gè)實(shí)施例中，非氧化氣體11是包括氫氣和例如氦的中性氣體的混 合氣體，其在高溫下不爆炸。例如，可使用Air Liquide公司出售的名為 NOXAL的氣體。圖2a中示出了用于圖1所示的方法中的預(yù)制件10的橫截面，其以新 的角度示出了預(yù)制件10的摻雜區(qū)域12的附近中包括的槽14。通?？墒褂靡环N或多種已知的技術(shù)，例如改良化學(xué)氣相沉積 (MCVD )、擴(kuò)散浸漬或溶膠-凝膠方法，來具體實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制件。在圖3a中以橫截面示出的光纖18d，通過從圖2a中的預(yù)制件形成光 纖的步驟獲得，其包括含摻雜區(qū)域12d的玻璃結(jié)構(gòu)16a。可使用其他凈支術(shù)。在該方式中，在圖2b、2c和2d中示出的預(yù)制件10a、 10b和10c可通過利用溶膠-凝膠方法或者擠制的玻璃裝配方法獲得。并且，應(yīng)注意到，可在預(yù)制件制造方法的開始和/或者結(jié)束時(shí)形成摻雜 區(qū)域。例如，可在制造預(yù)制件10b之前，從結(jié)合到玻璃結(jié)構(gòu)16b的摻雜管 狀元件獲得圖2c中預(yù)制件10b的摻雜區(qū)域12b，也可在制造預(yù)制件10b的 玻璃結(jié)構(gòu)16b之后，通過例如使用MCVD方法、使用浸潰步驟或者使用 溶膠-凝膠層方法增加一個(gè)或多個(gè)摻雜區(qū)域12b，獲得圖2c中預(yù)制件10b 的摻雜區(qū)域12b。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明使用MCVD方法制造預(yù)制件10時(shí)，需要在預(yù)制件10 的摻雜區(qū)域12的附近保留一個(gè)槽，所述槽允許非氧化氣體11循環(huán)。圖2b所示的變化顯示在預(yù)制件10a上，四個(gè)槽14a包圍單個(gè)摻雜區(qū)域 12a，而圖2c顯示在另一預(yù)制件10b上，四個(gè)槽14b分別圍繞四個(gè)摻雜區(qū) 域12b。應(yīng)注意到，在實(shí)施本發(fā)明中通常不要求這些圖中的摻雜區(qū)域的明 顯的對(duì)稱性。在一個(gè)變化中，實(shí)現(xiàn)了與預(yù)制件10c的軸13c同軸的多個(gè)槽14c，所述 槽14c相對(duì)于預(yù)制件10c的所述軸13c對(duì)稱地^:置。該變化通過圖2d示出，其示出根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制件10c，包括六個(gè)形 成圓弧的槽14c，該圓弧相對(duì)于預(yù)制件10c的軸13c是同心且對(duì)稱的，所述 槽14c由材料16c的不含納米顆粒的層隔開。在這個(gè)預(yù)制件的例子中，相 對(duì)預(yù)制件10c的軸，摻雜區(qū)域12c的圓柱對(duì)稱性使得能夠獲得具有相同屬 性的光纖。圖3b示出了光纖18e的橫截面，其包括包括納米顆粒摻雜區(qū)域12e和 中心、常規(guī)摻雜以用于導(dǎo)光(鍺、磷等)的區(qū)域13f的玻璃結(jié)構(gòu)16e。例如， 可通過從圖2c中的預(yù)制件10b形成光纖的步驟獲得此光纖。利用本發(fā)明的所述方法，還可以制造包括孔的光子晶體光纖(PCF)， 其通過從預(yù)制件形成光纖獲得，所述預(yù)制件通過玻璃裝配方法獲得。為了 制造這種PCF光纖，應(yīng)該用非氧化氣體進(jìn)行光纖形成，所述非氧化氣體具 有與大氣壓數(shù)量iM目同或略高的氣壓。當(dāng)在槽中使用低于大氣壓的非氧化 氣體形成光纖時(shí)，可獲得前面所述的光纖。應(yīng)注意到，所述不含納米顆粒的材料可以由硅形成的玻璃或者其他類 型的玻璃，并且所述摻雜區(qū)域包括負(fù)載有活性元素和/或者例如鉺(Er)、 鐿(Yb)、銩(Tm)、銪(Eu)、鈰(Ce)、鉻(Cr)、錳(Mn)、 鉍(Bi)、銻(Sb)、碲(Te)、鉭(Ta)、鋯石(Zr)、鈮(Nb)、 釩(V)、鉛(Pb)、鴒(W)、銦(In)、鎵(Ga)、錫(Sn)、鉬(Mo)、 硼(B)、砷(As)、鈦(Ti)或鋁(Al)的成分的納米顆粒。特別是， 對(duì)于,放大光纖，使用硅納米顆粒是有利的。吸收所述納米顆粒的實(shí)際 截面實(shí)際比鉺的截面高三個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得能夠更有效率地將光能傳送給 鉺離子。由于在才艮據(jù)本發(fā)明的預(yù)制件中，可實(shí)現(xiàn)多種不同的納米顆粒，所以此類光纖的用途也是非常不同的。例如，包括下面的應(yīng)用用于放大器或者 光學(xué)激光器的稀土摻雜光纖、用于放大器或者光學(xué)激光器的拉曼光纖、極 不線性的光纖、飽和吸收光纖和/或者偏振光纖。本發(fā)明可以以多種變化實(shí)現(xiàn)。例如，可以在制造所述預(yù)制件的不同步 驟將非氧化氣體引入到預(yù)制件中。
權(quán)利要求
1.一種制造光纖的方法，其特征在于，包括以下步驟形成預(yù)制件，其包含負(fù)載活性元素的納米顆粒，所述預(yù)制件在所述納米顆粒的至少一部分的附近包括至少一個(gè)槽；通過將非氧化氣體引入所述槽，從而限制所述預(yù)制件中的所述納米顆粒氧化的可能，而將所述預(yù)制件形成為光纖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，在用于制造所述預(yù)制件的所述方法 的至少一個(gè)步驟中，將非氧化氣體引入所述預(yù)制件的至少一個(gè)槽中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述非氧化氣體是還原氣體和/或者 中性氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3，其中所述非氧化氣體是包括氫氣和中性氣體的混 合氣體，其在高溫下不爆炸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，在所述預(yù)制件的制造中，利用改良 的化學(xué)氣相沉積方法、擴(kuò)散浸漬或者溶膠-凝膠方法將納米顆粒引入所述預(yù) 制件中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，在用于制造所述預(yù)制件的所述方法 的至少一個(gè)步驟中，將非氧化氣體引入所述預(yù)制件的槽，從而在進(jìn)行對(duì)所 述預(yù)制件的熱處理時(shí)，所述預(yù)制件中包括所述氣體。
7. —種光纖，其包括根據(jù)權(quán)利要求l的方法獲得的負(fù)載活性元素的納 米顆粒。
8. —種用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求l的方法的預(yù)制件，所述預(yù)制件在摻雜 區(qū)域中包括負(fù)載活性元素的納米顆粒，其特征在于，所述預(yù)制件在所述納 米顆粒的至少 一部分的附近包括至少 一個(gè)槽。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的預(yù)制件，其中所述槽與所述預(yù)制件的縱向軸同軸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的預(yù)制件，包括與所述預(yù)制件的縱向軸同軸的多 個(gè)槽。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的預(yù)制件，包括多個(gè)槽，所述槽形成的圃和/或者圓弧相對(duì)于所述預(yù)制件的縱向軸是同心的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的預(yù)制件，其中，至少兩個(gè)形成圓和/或者圓弧 的槽由不含納米顆粒的區(qū)域隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造光纖(18)的方法，包括以下步驟形成預(yù)制件(10)，其包含負(fù)載活性元素的納米顆粒，所述預(yù)制件在所述納米顆粒的至少一部分的附近包括至少一個(gè)槽；通過將非氧化氣體引入槽(14)，從而限制所述預(yù)制件中的納米顆粒(10)氧化的可能，而從預(yù)制件(10)拉出纖維。一種用于通過本發(fā)明方法制造光纖(18)的預(yù)制件(10)，包括在摻雜區(qū)域(12)中包含的負(fù)載有活性元素的納米顆粒和臨近摻雜區(qū)域(12)的至少一個(gè)槽(14)。
文檔編號(hào)C03B37/014GK101268022SQ200680034060
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者A·帕斯圖雷, C·思蒙諾, L·加斯卡, S·布朗尚丹 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊公司