專利名稱：制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光子(photonic)晶體纖維(PCF)，尤其涉及一種制造光子(photonic)晶體纖維預(yù)制棒(preform)的裝置。
背景技術(shù)：
光子晶體纖維由透明的玻璃材料制成。它具有多個(gè)在光子晶體纖維的縱向方向延伸的孔。由于光子的能帶間隙(band gap)效應(yīng)和有效折射率，在光子晶體纖維中傳播光學(xué)信號(hào)是可能的。更多的背景信息，參見T.A.Birks et.al.，“Electronic letters”，Vol.31(22)，p.1941(October，1995)，和J.C.Knight et.al.，“Proceeding of OFC”，PD3-1(February，1996)。
有幾種制造光子晶體纖維預(yù)制棒(preform)的方法，例如，玻璃堆疊法、玻璃鉆孔法和溶膠-凝膠法。
在玻璃堆疊法中，多個(gè)玻璃管被堆疊成想要的形狀，并被粘接(bound)和拉伸。該過(guò)程被重復(fù)很多次，以制造光子晶體纖維預(yù)制棒。
在玻璃鉆孔法中，通過(guò)鉆孔，穿過(guò)玻璃棒確定了多個(gè)孔。
在熔膠-凝膠方法中，使用了具有多個(gè)銷(pin)的中空的圓柱形模具。液體溶膠被注入到模具中，使得溶膠能夠自由地滴入模具。在溶膠已經(jīng)膠凝后，凝膠被從模具中取出。隨即，通過(guò)對(duì)凝膠實(shí)行干燥、低溫?zé)崽幚砗蜔Y(jié)過(guò)程，得到了光子晶體纖維預(yù)制棒。通過(guò)熔化光子晶體纖維預(yù)制棒得到的光子晶體纖維的特性由纖芯(core)的尺寸、孔的直徑和代表相鄰孔的中心距(節(jié)距)與孔的直徑的比率的空氣填充因數(shù)(AFF)決定。
如上所述，在傳統(tǒng)的制造光子晶體纖維預(yù)制棒的溶膠-凝膠方法中，溶膠自由地從模具頂部滴落進(jìn)入模具。然而，由于這個(gè)事實(shí)，氣泡會(huì)被捕獲在熔膠中，因?yàn)樵谌苣z的凝膠化過(guò)程中，它們沒有被排放到外面。因此，這種方式制造的凝膠，甚至在實(shí)施熱處理過(guò)程之后，仍舊含有氣泡。結(jié)果，由于光子晶體纖維預(yù)制棒含有氣泡，它遭受光學(xué)損失，降低了光學(xué)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種能夠最小化溶膠填充過(guò)程中的氣泡產(chǎn)生的制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對(duì)一種制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置，所述光子晶體纖維預(yù)制棒具有多個(gè)在光子晶體纖維預(yù)制棒的縱向方向延伸的孔。該裝置包括外殼，用于接收用于光子晶體纖維預(yù)制棒的原材料；第一支撐部分，布置在外殼的上部；第二支撐部分，布置在外殼的下部；多個(gè)銷，所述多個(gè)銷由第一和第二支撐部分支撐，使得至少每個(gè)銷的一部分位于外殼中；真空泵，用于把外殼的內(nèi)部抽成真空；第一導(dǎo)管，其與外殼的下部連接，用于將原材料引入外殼中；和第一閥，其安裝在第一導(dǎo)管上，用于打開和關(guān)閉第一導(dǎo)管。


通過(guò)以下結(jié)合附圖的具體描述，本發(fā)明的上述和其它方面、特點(diǎn)和實(shí)施例將變得更加明顯，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光子晶體纖維預(yù)制棒；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置；和圖3是圖2中所示的裝置的平面圖，其中銷被去除。
具體實(shí)施例方式
此后，將參考附圖，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。文中包括的已知功能和構(gòu)造的詳細(xì)描述將被省略，以免使得本發(fā)明的主題模糊不清。
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光子晶體纖維預(yù)制棒100。光子晶體纖維預(yù)制棒100具有圓棒形結(jié)構(gòu)，由玻璃制成，并具有多個(gè)圓形孔110，圓形孔110沿著光子晶體纖維預(yù)制棒100的縱向延伸?？?10圍繞著中心區(qū)域120排列，中心區(qū)域120是在光子晶體纖維預(yù)制棒100的中心部分形成的，以確定多個(gè)層。
在這個(gè)實(shí)施例中，孔110圍繞中心區(qū)域120排列以確定三層，每層具有規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu)。第一層130圍繞中心區(qū)域120，包括6個(gè)孔110；第二層140圍繞第一層，包括12個(gè)孔110；第三層150圍繞第二層140，包括18個(gè)孔110。各層中孔的數(shù)量和層的數(shù)量必要時(shí)可以改變。必要時(shí)，各個(gè)層也可以具有不同的結(jié)構(gòu)，例如，四邊形結(jié)構(gòu)。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置。裝置200起到在溶膠-凝膠過(guò)程中使用的模塑裝置的作用。裝置200包括外殼210、第一和第二支撐部分220和230、多個(gè)銷240、真空泵260、第一至第三導(dǎo)管212、214和216，以及第一至第三閥252，254和256。
當(dāng)整體觀察時(shí)，外殼210的形狀是圓管形，它的兩端敞開。外殼210能夠接收作為光子晶體纖維預(yù)制棒100的原材料的溶膠270。外殼210的下部具有第一導(dǎo)管212，上部具有第二和第三導(dǎo)管214和216。第一至第三導(dǎo)管212、214和216在它們的開口端與外殼210的內(nèi)部連通，可以具有圓形的或者其它的截面形狀。溶膠270通過(guò)第一導(dǎo)管212被引入到外殼210中，以從下到上地填充外殼210。由于第一導(dǎo)管212位于外殼210的下部這一事實(shí)，引入溶膠270到外殼210中時(shí)產(chǎn)生的氣泡能夠被減小到最小。
第一閥252被安裝在第一導(dǎo)管212上，用于打開和關(guān)閉第一導(dǎo)管212。
第一支撐部分220定位于敞開的外殼210的上部。第一支撐部分220具有限定了多個(gè)圓形孔222的盤狀。第一支撐部分220封閉外殼210的打開的上端。第一支撐部分220的孔222以與圖1中所示的孔110相同的方式排列。
圖3是裝置200的平面圖，其中銷240被去除。如圖3所示，第一支撐部分220具有多個(gè)孔222。孔222圍繞中心區(qū)域排列，該中心區(qū)域是在第一支撐部分210的中心部分形成，以確定多個(gè)層224、226和228。
在這個(gè)實(shí)施例中，孔222圍繞著中心區(qū)域排列，以確定三層，每個(gè)層具有規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu)。第一層224圍繞著中心區(qū)域，包括6個(gè)孔222；第二層226圍繞著第一層224，包括12個(gè)孔222；第三層228圍繞著第二層226，包括18個(gè)孔222。
再次參考圖2，第二支撐部分230定位在敞開的外殼210的下部。第二支撐部分230具有限定了多個(gè)圓形孔235的盤狀。第二支撐部分230具有和第一支撐部分220相同的形狀，第二支撐部分230的孔235分別與第一支撐部分220的孔222對(duì)齊。由于第二支撐部分230封閉外殼210的打開的下部這一事實(shí)，通過(guò)第一導(dǎo)管212進(jìn)入外殼210的溶膠270被保存在外殼210中，如圖所示。
多個(gè)銷240具有圓棒形結(jié)構(gòu)。各個(gè)銷240的兩端分別安裝到第一和第二支撐部分220和230對(duì)齊的一對(duì)孔中。為了使凝膠容易地從外殼210中取出，各個(gè)銷240的上端被固定到第一支撐部分220的相應(yīng)的孔222的內(nèi)圓周表面上，各個(gè)銷240的下端被可移除地插入到第二支撐部分230的相應(yīng)的孔235中。當(dāng)然，能夠設(shè)想各個(gè)銷240的下端被固定到第二支撐部分230的相應(yīng)的孔235的內(nèi)圓周表面上，各個(gè)銷240的上端被可移除地插入到第一支撐部分220的相應(yīng)的孔222中。如第一和第二支撐部分220和230的情況一樣，銷240圍繞著中心區(qū)域排列以限定三層，每個(gè)層具有規(guī)則的六邊形結(jié)構(gòu)。第一層圍繞著中心區(qū)域，包括6個(gè)銷240；第二層圍繞著第一層，包括12個(gè)銷240；第三層圍繞第二層，包括18個(gè)銷240。當(dāng)銷240被安裝在外殼210上時(shí)，能夠得到具有多個(gè)具有預(yù)定直徑的孔的凝膠。這樣得到的凝膠具有與圖1中所示的光子晶體纖維預(yù)制棒100相同的結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)凝膠進(jìn)行干燥、低溫?zé)崽幚砗蜔Y(jié)過(guò)程，得到圖1中所示的光子晶體纖維預(yù)制棒100。
真空泵260與第二導(dǎo)管214的另一端連接，起到調(diào)節(jié)外殼210中的壓力的作用。常規(guī)真空泵可以被用作真空泵260。常規(guī)真空泵根據(jù)抽真空水平被分成低真空泵，真空范圍為760～1×10-3托；高真空泵，真空范圍為1×10-3～1×10-8托；和超高真空泵，真空度范圍小于1×10-8托。
作為低真空泵，可以使用旋轉(zhuǎn)泵。在這種泵中，吸氣室的氣密性和潤(rùn)滑通過(guò)油來(lái)維持。通過(guò)組件的旋轉(zhuǎn)，流體被排放到泵的外面。油擴(kuò)散泵起到高真空泵作用，在常規(guī)大氣條件下不工作。在使用另外的泵例如旋轉(zhuǎn)泵把大部分空氣排放之后，油擴(kuò)散泵在10-3托時(shí)開始工作。如果氣壓高，由于會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，即油分子與氣體分子擠壓幾次從而在它們的運(yùn)動(dòng)中停止，入口壓力必須低于10-3托。作為超高真空泵，可以使用鈦升華泵、離子泵、非蒸發(fā)性的泵，等等。由于使用的真空泵不需要高的真空水平，使用旋轉(zhuǎn)泵作為低真空泵就足夠了。
第二真空泵254被安裝在第二導(dǎo)管214上，起到打開和關(guān)閉第二導(dǎo)管214的作用。
第三真空泵256被安裝在第三導(dǎo)管216上，起到打開和關(guān)閉第三導(dǎo)管216的所用，這樣，外殼210的內(nèi)部能夠或者不能與大氣連通。當(dāng)?shù)谌婵毡?56被打開時(shí)，外殼210的內(nèi)部壓力和大氣壓力相同。
現(xiàn)在，將描述使用裝置200的凝膠形成和取出過(guò)程。
首先，在銷240安裝在外殼210上的情況下，第一和第三閥252和256被關(guān)閉，第二閥254被打開。
第二，開動(dòng)真空泵260，把外殼210的內(nèi)部抽成真空。隨著外殼210的內(nèi)部達(dá)到預(yù)定的真空度，第二閥254被關(guān)閉，真空泵260的工作被中斷。
第三，第一閥252被打開，溶膠270通過(guò)第一導(dǎo)管212被引入到外殼210中，因此，溶膠270從底部填充外殼210直到達(dá)到預(yù)定的高度。
第四，在溶膠270的引入完成的狀態(tài)下，第一閥252被關(guān)閉。然后，第三閥256被打開，使外殼210的內(nèi)部壓力與大氣壓力相等。
第五，當(dāng)溶膠270被完全膠凝后，銷240被去除。
第六，通過(guò)提升外殼210，凝膠被從外殼210分離。
此后，通過(guò)對(duì)凝膠實(shí)行干燥、低溫?zé)崽幚砗蜔Y(jié)，得到了如圖1中所示光子晶體纖維預(yù)制棒100。
由上所述顯而易見，在制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置200中，第一導(dǎo)管被定位于外殼的下部，因此，在溶膠填充的過(guò)程中，氣泡的產(chǎn)生能夠被減少到最少。
而且，在填充溶膠到外殼的過(guò)程中，裝置200的外殼的內(nèi)部維持在真空狀態(tài)，抑制溶膠和空氣的接觸，因此，氣泡的產(chǎn)生能夠被減少到最少。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的一些實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，可以對(duì)它進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種各樣的改變，而不會(huì)背離由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置，所述光子晶體纖維預(yù)制棒具有多個(gè)在光子晶體纖維預(yù)制棒的縱向方向延伸的孔，該裝置包括具有上部和下部的外殼；布置在外殼的上部的第一支撐部分；布置在外殼的下部的第二支撐部分；多個(gè)銷，所述多個(gè)銷由第一和第二支撐部分支撐，使得每個(gè)銷的至少一部分被定位在外殼中；真空泵，用于把外殼的內(nèi)部抽成真空；第一導(dǎo)管，所述第一導(dǎo)管與外殼的下部連接，以將原材料引入外殼中；和第一閥，所述第一閥安裝在第一導(dǎo)管上，用于打開和關(guān)閉第一導(dǎo)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置，進(jìn)一步包括第二導(dǎo)管，用于連接外殼的上部與真空泵；和安裝在第二導(dǎo)管上的第二閥，用于打開和關(guān)閉第二導(dǎo)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置，進(jìn)一步包括連接到外殼的上部的第三導(dǎo)管；和安裝在第三導(dǎo)管上的第三閥，用于打開和關(guān)閉第三導(dǎo)管，以使外殼的內(nèi)部能夠或者不能夠與大氣連通。
4.一種光纖預(yù)制棒制造裝置，包括具有上部和下部的外殼；連接到外殼的至少一個(gè)支撐部分；多個(gè)銷，所述多個(gè)銷由所述至少一個(gè)支撐部分支撐，使得每個(gè)銷的至少一部分被定位在外殼中；第一接口裝置，其與外殼的下部連接，以將原材料引入到外殼中；和與第一接口裝置連接的第一閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的裝置，進(jìn)一步包括用于把外殼的內(nèi)部抽成真空的真空泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的裝置，進(jìn)一步包括第二接口裝置，用于連接外殼的上部與真空泵；和與第二接口裝置連接的第二閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的裝置，進(jìn)一步包括第三接口裝置，其與外殼的上部連接；和與第三接口裝置連接的第三閥，用于打開和關(guān)閉第三接口裝置，使得外殼的內(nèi)部能夠或者不能夠與大氣連通。
8.一種制造光子晶體纖維預(yù)制棒的方法，所述光子晶體纖維預(yù)制棒具有多個(gè)在光子晶體纖維預(yù)制棒的縱向方向延伸的孔，該方法包括以下步驟把外殼的內(nèi)部抽成預(yù)定的真空水平；將液體溶膠引入外殼中，使得溶膠從底部填充外殼，直到達(dá)到預(yù)定的高度；使外殼的內(nèi)部壓力等于大氣壓；使溶膠完全形成凝膠；和將外殼從凝膠化的溶膠分離。
全文摘要
一種制造光子晶體纖維預(yù)制棒的裝置，該光子晶體纖維預(yù)制棒具有多個(gè)在光子晶體纖維預(yù)制棒的縱向方向延伸的孔。該裝置包括外殼，用于接收光子晶體纖維預(yù)制棒的原材料；第一支撐部分，布置在外殼的上部；第二支撐部分，布置在外殼的下部；多個(gè)銷，其由第一和第二支撐部分支撐。每個(gè)銷的至少一部分被定位在外殼中。該裝置還包括真空泵，用于把外殼的內(nèi)部抽成真空；第一導(dǎo)管，其與外殼的下部連接，以將原材料引入外殼中；和第一閥，其安裝在第一導(dǎo)管上，用于打開和關(guān)閉第一導(dǎo)管。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1769230SQ20051011369
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者金淳載, 樸根德, 金鎮(zhèn)漢 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社