專利名稱：從預(yù)形件拉伸微結(jié)構(gòu)玻璃光學(xué)纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子晶體纖維領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)纖維廣泛應(yīng)用于通信等領(lǐng)域。標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)纖維通常完全由固體材料如玻璃制造，每個纖維沿其長度具有相同的橫截面結(jié)構(gòu)。橫截面一部分(通常在中部)的透明材料比橫截面其余部分的材料具有較高的折射率，并形成為一個光芯。光從環(huán)繞光芯的一個包覆區(qū)的材料通過全內(nèi)反射導(dǎo)入這個光芯。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)纖維都是由熔融二氧化硅玻璃并加入可控濃度的摻雜物制造，纖維的圓形外邊界直徑一般為125μm(微米)，標(biāo)準(zhǔn)纖維可以是單模式或多模式。
不同的纖維在一個系統(tǒng)中可提供不同的功能。例如，設(shè)計(jì)用于提供色散補(bǔ)償?shù)囊欢卫w維可插入多段標(biāo)準(zhǔn)纖維之間。同樣，一段纖維可以作為一個光放大器，或一個光耦合器，或一個傳感器，或任何廣范圍的其它器件。
纖維光學(xué)中的一個長久未解決的問題是如何實(shí)現(xiàn)從一種纖維類型到另一種類型的平穩(wěn)過渡，即“模式匹配”問題。成功過渡的要求是無明顯的損耗(最好小于0.1dB)，在立體模式或偏振模式之間沒有轉(zhuǎn)換(除非有要求)，沒有背反射，以及有高的拉伸強(qiáng)度。
傳統(tǒng)的解決辦法是把纖維加熱到其軟化溫度并拉伸為錐形。熱源可以是火焰或二氧化碳激光束。可以實(shí)現(xiàn)模式場的變換，在這種變換中，模式面積縮小或放大。一個相關(guān)的工藝包括加熱纖維而不拉細(xì)，這就使芯的摻雜物擴(kuò)散到包覆層，因此使導(dǎo)引模式面積放大。這個技術(shù)的缺點(diǎn)在于為了加工纖維必須洗提，然后再涂覆，這就弱化了纖維，并且這是一個長時(shí)和昂貴的工藝。
在過去幾年中，驗(yàn)證了一種新型光學(xué)纖維，即所謂的光子晶體纖維(PCF)，帶孔纖維，或微結(jié)構(gòu)纖維[J.C.Knight，等，Optics Letters(光學(xué)通訊)，21卷，203頁]。一般地說，一種微結(jié)構(gòu)纖維是由單固體材料如熔融硅玻璃制造，其中嵌有一組孔。這些孔通常是空氣孔，但也可以，例如是固體材料區(qū)(如摻雜夾雜物的二氧化硅，以改變其折射率)。這些孔平行于纖維軸布置，沿纖維整個長度延伸。大于鄰近這類區(qū)域的，處于孔之間的一個固體材料區(qū)可以作為一個波導(dǎo)纖維芯。光可以按類似于標(biāo)準(zhǔn)光導(dǎo)纖維中的全內(nèi)反射導(dǎo)引的方式導(dǎo)入這個芯。
在具有不同的斷續(xù)排列的孔的微結(jié)構(gòu)纖維中提供一個放大的實(shí)心區(qū)的一個途徑是從結(jié)構(gòu)中略去一個或更多的孔。然而，對于發(fā)生全內(nèi)反射導(dǎo)引來說，孔的排列不必是斷續(xù)的(盡管如此，仍可稱這樣一種纖維為一種光子晶體纖維)。
在微結(jié)構(gòu)纖維導(dǎo)引光的另一種機(jī)制是基于光子帶隙效應(yīng)而不是全內(nèi)反射。例如，通過適當(dāng)設(shè)計(jì)一組環(huán)繞芯的較小的孔，可以把光約束在一個空心芯(一個放大的空氣孔)內(nèi)[R.F.Cregan等，Science(科學(xué))，285卷，1537頁]。在標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)纖維中，空心芯的真制導(dǎo)是完全不可能的。
在宏觀尺度上經(jīng)過堆積玻璃元件(棍和管)形成有要求圖案和形狀的束，并在把它們?nèi)刍谝黄鸸潭ň臀痪涂梢灾瞥鑫⒔Y(jié)構(gòu)纖維。因此，采用從標(biāo)準(zhǔn)纖維預(yù)形件拉抻標(biāo)準(zhǔn)纖維的相同類型的纖維拉伸臺，就可以把這種原始預(yù)形件拉伸成一種纖維。例如，這種原始預(yù)形件可以從直徑約為0.8mm的熔融二氧化硅元件成形。
通過改進(jìn)的全內(nèi)反射形式或光子帶隙效應(yīng)，沿光子晶體纖維整個長度分布的微空氣通道可以提供在中心缺陷區(qū)導(dǎo)引光所要求的折射率分布圖。從現(xiàn)有技術(shù)可知，改變這些空氣孔的性能就可改變纖維性能。
從概念上講，控制光子晶體纖維中空氣孔尺寸的最簡單方法是形成一種接近所需結(jié)構(gòu)的較大尺度的預(yù)形件，例如，從具有不同的選擇的孔徑的毛細(xì)管形成的預(yù)形件。然而，在實(shí)際上，這樣做成本很高，而且很難制造具有不同內(nèi)徑的毛細(xì)管，很難預(yù)料這類結(jié)構(gòu)在拉伸時(shí)的行為。
國際專利申請NO.PCT/GB00/00599(University of Bath))說明，在光子晶體纖維已經(jīng)拉伸后，可對其一個區(qū)域進(jìn)行熱處理，以使熱處理區(qū)域的孔塌陷。
國際專利申請No.PCT/US99/18089(University of Bath)說明，光子晶體纖維的軸向性能可以通過改變拉伸時(shí)預(yù)形件的氣體壓力而變化。這種變化特別可用于產(chǎn)生在其不同部位交替出現(xiàn)正和負(fù)的色散的纖維，而在纖維整個長度上出現(xiàn)的凈色散為零。
國際專利申請NO.PCT/GB00/00600(University of Bath)說明了在拉伸時(shí)產(chǎn)生光子晶體纖維結(jié)構(gòu)可控變化的一種方法。這個申請說明的生產(chǎn)光子晶體纖維的工藝是把一組二氧化硅毛細(xì)管堆積在一個二氧化硅管內(nèi)；把這些管密封在一個可抽空的圓柱體內(nèi)，同時(shí)使一些或全部毛細(xì)管從圓柱體的每一端伸出；然后抽空管的內(nèi)部，并使一些或全部毛細(xì)管的內(nèi)部通向大氣，因此在拉伸時(shí)，它們長大。在一個特例中，這個申請指出用四個終端在圓柱體內(nèi)的毛細(xì)管生產(chǎn)一種較高的雙折射光子晶體纖維，因此，它們在拉伸時(shí)不長大，位伸的纖維具有雙重旋轉(zhuǎn)對稱。
我們意識到，以前的制造方法只能對拉伸的纖維結(jié)構(gòu)提供有限的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造光子晶體纖維的改進(jìn)方法，因而提供具有改進(jìn)功能性的光子晶體纖維。
按照本發(fā)明，一種制造微結(jié)構(gòu)纖維的改進(jìn)方法包括(i)設(shè)置一種具有多個長孔的預(yù)形件；(ii)至少有一個孔與一種連接器嚙合，以便把這些孔與外部壓力控制器連接；(iii)在控制與壓力控制器相連的孔內(nèi)氣體壓力時(shí)，把預(yù)形件拉伸成纖維。
術(shù)語“外部壓力控制器”是指能把孔內(nèi)壓力從大氣壓改變到另一選定值的任何合適的裝置，例如，包括借助一個活塞施加一個靜態(tài)增壓和一個靜態(tài)減壓，而在拉伸時(shí)封住孔以保持一個壓差。
因此，在拉伸纖維時(shí)，各個孔的尺寸可以根據(jù)每個孔在預(yù)形件中的位置并改變其孔內(nèi)壓力而控制。如果幾個孔同時(shí)定位，那么，在拉伸過程中，實(shí)際纖維中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)可能改變。纖維性能發(fā)生重要變化是可能的。例如，可以創(chuàng)建沿單段纖維拉伸，并在每個鏈之間絕熱過渡的不同的器件。由包含均勻排列孔的一種預(yù)形件可以產(chǎn)生復(fù)雜排列的器件。
拉伸纖維橫截面不同部分形成的孔可以加壓到不同的值。例如，拉伸的纖維可以包含一個環(huán)繞芯區(qū)的包覆區(qū)，形成鄰接芯區(qū)的包覆區(qū)的最內(nèi)環(huán)的孔可以加壓到相互不同的壓力值。
一般地說，在拉伸纖維時(shí)，較大的孔傾向于長的更大，較小的孔的長大趨勢較小。例如在包覆區(qū)的最內(nèi)環(huán)，加壓(包括卸壓)可用于抵消這些傾向。
預(yù)形件優(yōu)選地包括多個并列排列成束的長形元件，這些長形元件是管，每個管限定預(yù)形件中的一個孔。
另外，預(yù)形件包括一種限定這些孔的基體材料。
外部壓力控制器可以提高孔內(nèi)壓力超過大氣壓。此外，外部壓力控制器可以降低孔內(nèi)壓力到低于大氣壓。在拉伸纖維的整個過程中，孔內(nèi)壓力可以保持恒定。另一方面，拉伸時(shí)孔內(nèi)壓力可以變化。因此，沿拉制纖維的長度，孔的橫截面積可以變化。這種壓力可以是周期脈沖。
如前所述，壓力控制器可以是任何提供靜壓或變化壓力的適宜裝置。例如，壓力控制器可以是一個葉片泵，一個蠕動泵或一個圓筒活塞泵。
與連接器嚙合的孔可以形成為拉伸纖維包覆區(qū)的一個孔。與連接器嚙合的孔可以形成為拉伸纖維芯區(qū)的一個孔；拉伸纖維芯區(qū)可以是一個孔。芯區(qū)這個孔可以加壓到比包覆區(qū)孔較低的一個壓力。
最好是多個孔連接到外部壓力控制器。
這種方法可以包括對更多的組加壓到一個第二壓力或不同的壓力的步驟，其中每組至少包括一個孔。加壓例如通過把它們連接到更多的外部壓力控制器。例如，這種方法最好包括把至少一個孔(最好是多個孔)連接到一個第二外部壓力控制器，同時(shí)，這種方法最好包括把至少一個孔(最好是多個孔)連接到一個第三外部壓力控制器。
這種方法最好包括通過隨時(shí)改變施加在一個孔或幾個孔的壓力而產(chǎn)生沿光子晶體纖維軸向排列的許多器件的步驟。這些器件的每一個可能是相同的；這就提供了一種批量生產(chǎn)沿單纖維間隔排列的大量特殊器件的方法；在生產(chǎn)后，這些器件可以分離(例如切開纖維)。另一方面，這些器件可以是不同的；因此，可以在一種單纖維中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的光學(xué)效應(yīng)，如信號處理。
這種方法可以包括隨時(shí)改變從預(yù)形件拉伸纖維的速率的步驟。
這種方法可以包括隨時(shí)改變預(yù)形件進(jìn)給速率的步驟。對于短的時(shí)間周期，預(yù)形件進(jìn)給速率甚至可能是負(fù)值，因此，在與拉伸纖維方向相反的方向牽引預(yù)形件。
這種方法可以包括隨時(shí)改變爐溫的步驟。
這種加壓最好導(dǎo)致在一部分橫截面積與另一部分橫截面積不相同的拉伸纖維中形成至少一個長形孔。在纖維的一個長度上至少有一個孔完全塌陷。這樣一種結(jié)構(gòu)可以用于在纖維的一個特定長度上產(chǎn)生和破壞局部的芯。同樣，產(chǎn)生和破壞鄰近一個芯區(qū)的孔可以用于產(chǎn)生具有放大或縮減的芯的纖維長度。
這種加壓最好至少導(dǎo)致一部分介電基體區(qū)，這種基體區(qū)的纖維的一部分橫截面積不同于另一部分橫截面積。
這種加壓在拉伸的纖維橫截面中導(dǎo)致許多同心區(qū)，在這當(dāng)中，交替的相鄰區(qū)域分別具有較高的和較低的有效折射率。
這種加壓可以導(dǎo)致拉伸的纖維至少在其一部分長度上是W剖面纖維。
這種加壓可以導(dǎo)致包括一種長周期光柵的拉伸纖維。
壓力的變化可以導(dǎo)致纖維對稱性的變化，因此，纖維的一部分是雙折射的。
纖維的兩個部分最好是雙折射的，但是，經(jīng)過加壓的變化，它們的主偏振軸是相互轉(zhuǎn)動的。
按照本發(fā)明，提供了一種光子晶體纖維，這種纖維包括一個芯區(qū)和一個具有許多長孔的包覆區(qū)；這種纖維在其長度上包括一個第一區(qū)，其孔按第一種花樣排列并最多具有雙重旋轉(zhuǎn)對稱，因此纖維在第一區(qū)具有一個快速偏振軸和一個慢速偏振軸；這種纖維在其長度上包括一個第二區(qū)，其孔按第二種花樣排列并最多具有雙重旋轉(zhuǎn)對稱，因此纖維在第二區(qū)具有一個快速偏振軸和一個慢速偏振軸，第二區(qū)偏振軸相對于第一區(qū)偏振軸相互旋轉(zhuǎn)；這種纖維還包括一個處于第一區(qū)和第二區(qū)之間的過渡區(qū)，在過渡區(qū)至少有一個孔的橫截面發(fā)生變化，因此，第一花樣變?yōu)榈诙印?br> 因此，具有低雙折射的一種光子晶體纖維可以絕熱地轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N具有高雙折射的纖維。通過拉伸以局部方式簡單改變孔內(nèi)壓力分布，可以制造一種扭轉(zhuǎn)補(bǔ)償相匹配(PM)纖維鏈(設(shè)計(jì)為零微分群延時(shí))，以便使慢速軸變?yōu)榭焖佥S，反之亦然。
這種纖維的更多部分可以是雙折射的，并具有轉(zhuǎn)動偏振。任何適當(dāng)?shù)墓庾泳w結(jié)構(gòu)都可用于提供雙折射；例如，這種結(jié)構(gòu)以一種正方格子為基礎(chǔ)。
加壓的變化可以導(dǎo)致拉伸纖維芯尺寸的變化，因此，至少有一個器件包括具有較大芯區(qū)的一個纖維部分，至少有一個器件包括具有較小芯區(qū)的一個纖維部分；因此，例如，提高環(huán)繞的孔的壓力和塌陷，一個大的芯可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€小的芯，交變拉伸張力可以產(chǎn)生類似效應(yīng)。
按照本發(fā)明，提供了一種光子晶體纖維，這種纖維包括一個芯區(qū)和一個具有許多長形孔的包覆區(qū)；這種纖維在其長度上包含一個區(qū)，與其鄰接的長度相比，在這個區(qū)內(nèi)，鄰接芯區(qū)的孔具有較大的橫截面積，而芯區(qū)具有較小的橫截面積，因此，在使用中，這個區(qū)的纖維對導(dǎo)入光有增大的非線性響應(yīng)。
加壓的變化可以導(dǎo)致芯尺寸的變化，因此，至少有一個器件是一個非線性纖維部分，包括一個充分小的芯區(qū)，以便在使用中發(fā)生明顯的非線性效應(yīng)。因此，在其他中等芯纖維鏈的中心可以產(chǎn)生超小芯纖維，這可使它具有有效的非線性功能而無縫地裝入通信系統(tǒng)。因?yàn)閷w維沒有洗提和重新涂覆的要求，其抗拉強(qiáng)度未削弱。
拉伸的纖維可以包括許多芯區(qū)，這種變化最好導(dǎo)致至少把兩個芯分離并壓縮到纖維的一個區(qū)中，因此，至少有一個器件包含一個具有壓縮的分離區(qū)的光耦合器。這些器件最好包含兩個光耦合器，以形成一個Mach-Zehnder干涉儀。因此，經(jīng)過一個簡單的工藝，即降低沿雙芯長度兩點(diǎn)的兩個芯之間的空氣孔尺寸，可以在線生產(chǎn)Mach-Zehnder干涉儀。
這些器件最好包括由許多耦合器形成的切換和/或?yàn)V光器網(wǎng)格。
按照本發(fā)明，提供了一種光子晶體纖維，這種纖維包括至少三個芯區(qū)和一個具有許多長形孔的包覆區(qū)；這種纖維在第一對芯區(qū)之間至少有一個耦合器，在不同的第二對芯區(qū)之間至少有一個耦合器，每個耦合器包含纖維的一個區(qū)，在這個區(qū)中，耦合芯之間的孔的橫截面積小于纖維鄰接長度中的孔的橫截面積，因此，使這些芯更加靠近。
這樣一種結(jié)構(gòu)對于拉伸的后加工具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性，對選定的孔進(jìn)行熱處理而又保持其他的孔不受影響是很難的(甚至是不可能的)。在線制造使得耦合器在任何組的芯(兩個或多個)之間產(chǎn)生，而使其他的不受影響；而且，這種纖維耦合器可以在不同的芯之間產(chǎn)生。
這種纖維可以包括兩個以上的芯。這種變化最好導(dǎo)致把這些芯分離而壓縮到纖維的若干部分，以在多于兩個的每個芯之間形成光耦合器。因此，可以產(chǎn)生更復(fù)雜的器件網(wǎng)。
在每個光學(xué)器件之間形成的過渡區(qū)最好是充分平穩(wěn)而絕熱。此外，這種變化可以是急劇的。因此，在一次拉伸中，可以生產(chǎn)沿其長度不同位置具有不同性能的一種纖維，所有各段都是無縫低損耗過渡連接。
拉伸狀態(tài)可以在形成過渡區(qū)的兩種狀態(tài)之間振蕩，第一種狀態(tài)與光學(xué)器件一種第一模式匹配，第二種狀態(tài)與光學(xué)器件一種第二模式匹配，例如，一種狀態(tài)可安排匹配一種單模式纖維，另一種狀態(tài)可安排匹配一種特殊纖維，如一種色散補(bǔ)償纖維(DCF)，一種放大器纖維或一種高非線性纖維。
按照本發(fā)明，提供一種包括有一個芯區(qū)和一個具有許多長形孔的包覆區(qū)的光子晶體纖維；這種纖維含有一個第一長度區(qū)，其中的孔按第一橫向花樣排列并提供第一功能；這種纖維含有一個第二長度區(qū)，其中的孔按第二種橫向花樣排列提供第二功能；這種纖維還含有一個過渡長度區(qū)，沿其長度至少有一個孔按橫截面積振蕩，這樣，這個孔就在第一花樣和第二花樣之間振蕩，因此，在使用中，光在按第一長度導(dǎo)入的模式和按第二長度導(dǎo)入的模式之間的過渡長度中耦合。
同樣，這種方法可以包括經(jīng)由沿拉伸纖維長度反復(fù)周期性(周期可能是幾米)振蕩其結(jié)構(gòu)而制造扭轉(zhuǎn)補(bǔ)償無微分群延時(shí)纖維的步驟。由于周期必須是整數(shù)，因此很容易精確截?cái)嚅L度，實(shí)現(xiàn)無微分群延時(shí)工作。實(shí)際分散的精確度在所要求值的100×dL/L％以內(nèi)。
同樣，至少有一個孔在第一值和第二值之間振蕩，因此，這個孔在第一花樣和第二花樣之間振蕩，因此基本上避免了不需要的相匹配狀態(tài)。
按照本發(fā)明，提供了一種包括一個芯區(qū)和一個具有許多長形孔的包覆區(qū)的光子晶體纖維，這種纖維的一段長度上，至少有一個孔的橫截面積在一個第一值和一個第二值之間振蕩，因此，這個孔在一個第一花樣和一個第二花樣之間振蕩，這就基本上避免了不需要的相匹配狀態(tài)。
這種方法可以包括生產(chǎn)具有分級性能的一種色散補(bǔ)償纖維的步驟，這種性能與通信光帶中的標(biāo)準(zhǔn)通信纖維的色散曲線一致(色散，斜率，曲率，曲率斜率等)。這可通過沿纖維長度適當(dāng)選擇函數(shù)形式而實(shí)現(xiàn)。可以計(jì)算色散曲線對幾何形狀的相關(guān)性，并用于解所需鏈性能的一個積分方程，由積分內(nèi)的一個函數(shù)給出所要求的長度相關(guān)性。
在制造時(shí)，可以經(jīng)過對拉伸纖維直接測量的反饋(例如一個孔或多個孔的直徑)而控制拉伸參數(shù)，以生產(chǎn)所需要的結(jié)構(gòu)。
這個方法最好包括校正拉伸參數(shù)和被拉伸纖維參數(shù)之間關(guān)系的步驟。
這個方法最好還包括按照校正結(jié)果改變拉伸參數(shù)以生產(chǎn)具有選擇結(jié)構(gòu)的纖維。因此，拉伸參數(shù)，如壓力、溫度、拉伸速率和纖維參數(shù)，如孔尺寸、間距之間的關(guān)系最好在以前的校正運(yùn)行中確定。例如，經(jīng)過大量的試驗(yàn)拉伸，以及在任何時(shí)候測量改變一個或多個參數(shù)的結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)這類校正。
施加到每個孔的壓力最好由一個數(shù)字信號控制；就是說，可以按一種爆發(fā)式的方式，或一個固定壓力的脈沖，或在一個給定的時(shí)間間隔施加更多的脈沖而施加壓力，以便有效地施加更高的壓力(當(dāng)然，可以使用另一種模擬系統(tǒng)的連續(xù)變化的信號)。
可以按照拉伸纖維所要求的結(jié)構(gòu)選擇預(yù)形件的元件。例如，預(yù)形件的所有元件都可以是管子，它們排列成為拉伸纖維中的一種孔的三角形格子。預(yù)形件中至少有一個元件是實(shí)心桿，使用這樣一種桿，經(jīng)在拉伸纖維中提供比毛細(xì)管可提供的更大區(qū)域的實(shí)心介電材料，可以制造更復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的纖維。這種預(yù)形件還可以包括一個環(huán)繞這些管束的一種更大的管，以形成拉伸纖維的外殼區(qū)。
拉伸的微結(jié)構(gòu)纖維可以安排經(jīng)過光子帶隙制導(dǎo)而把光導(dǎo)入一個芯。此外，這種拉伸的微結(jié)構(gòu)纖維可以安排經(jīng)過折射率制導(dǎo)把光導(dǎo)入一個芯；例如，這種芯可以從預(yù)形件的實(shí)心桿拉伸。
預(yù)形件中的孔可以以任何適當(dāng)?shù)耐緩竭B接不同的壓力；一些可能的結(jié)構(gòu)實(shí)例如下。
在預(yù)形件拉伸時(shí)，預(yù)形件的一部分可以保持不被拉伸，可以直接進(jìn)行各個連接，例如通過一個孔，從一個或幾個外部壓力控制器連接到待由這種壓力控制器加壓的各個孔或一些孔。
另外，可以提供一種連接器把這些孔連接到外部壓力控制器。
按照本發(fā)明，提供了一種連接器，用于把包含許多孔的微結(jié)構(gòu)纖維預(yù)形件連接到一個壓力源，這種連接器包括許多與一個或多個孔嚙合的元件，每一個元件可連接到一個壓力源。
最好不同的孔可以單個或成組連接到不同的壓力源。
最好預(yù)形件可以包括許多管，其元件是終接一個或多個管的腔。每個腔最好在流體中與可連通壓力源的一個通道連接。這個通道終接于一個閥門。
這些腔可以分布在連接器中，其一個面基本垂直于管子通過孔的方向；因此，這些腔可以并列在這個面內(nèi)。這些腔可與這些孔鄰接。這些腔最好在連接器一側(cè)是凹口。通道可以從這些腔通向頂蓋的相反一側(cè)。此外，這些通道可以通向頂蓋的另一側(cè)。凹口最好排列環(huán)繞這些管端而被封住。
這些腔可以在連接器中沿管扦入孔的方向而分布，因此，至少一個管可以通過一個或幾個腔，并在所通過的這些腔的通孔上由另外安排的一個腔中終結(jié)。這樣一種連接器設(shè)計(jì)用于接收兩個或多個不同長度的預(yù)形件管，因此，每種長度的管，或不同長度范圍的管，在不同的腔內(nèi)終結(jié)。
按照本發(fā)明，提供了一種制造微結(jié)構(gòu)纖維的方法，包括(i)設(shè)置一種包括許多成束并列安排的元件的預(yù)形件，這些元件就是管；(ii)通過把連接器連到管上，而至少把一個管連接到一種外部壓力控制器上；(iii)在控制與外部壓力控制器相連的管內(nèi)壓力的同時(shí)，把預(yù)形件拉伸為纖維。
按照本發(fā)明，提供一種連接器，用于把具有許多管的作為微結(jié)構(gòu)纖維的一個預(yù)形件連接到一個壓力源，這種連接器包括安排接收一個或多個管的端部的通孔，還包含許多腔，穿過通孔的一個或多個管在這些腔內(nèi)終結(jié)，并且每個腔都連接到一個壓力源。
按照本發(fā)明，提供了一種制造微結(jié)構(gòu)光學(xué)波導(dǎo)的方法，包括(i)設(shè)置一種有許多孔并列通過的一種預(yù)形件；(ii)把一種壓力控制器耦合到一個或多個孔，但不是所有的孔，以便控制這些孔的氣體壓力；(iii)在控制與壓力控制器耦合的孔內(nèi)壓力的同時(shí)，把預(yù)形件拉伸成一種光學(xué)波導(dǎo)。
按照本發(fā)明上述的一種方法還可以包括使連接器與預(yù)形件端部嚙合的步驟，因此，連接器的元件至少與一部分孔嚙合，把這些元件連接到一個或多個外部壓力控制器，在拉伸時(shí)，把這些孔加壓到一個或多個選定的壓力。
例如，如按照本發(fā)明前述的那樣，這種方法還可以包括把連接器安裝到預(yù)形件端部的步驟，因此，至少一些管的端部穿過通孔進(jìn)入腔內(nèi)，把腔連接到一個或幾個外部壓力控制器，在拉伸時(shí)把孔加壓到一個或多個選定壓力。
按照本發(fā)明，也提供一種前述的本發(fā)明的一種方法制造的微結(jié)構(gòu)纖維。


下面作為例子并參考

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明方法使用的一個預(yù)形件例子；圖2是對圖1預(yù)形件加壓的第一種結(jié)構(gòu)；圖3是對圖1預(yù)形件加壓的第二種結(jié)構(gòu)，其中(a)為垂直橫截面，(b)為底視圖；圖4是對圖1預(yù)形件加壓的第三種結(jié)構(gòu)；圖5是本發(fā)明的一種具有偏振軸的纖維，且偏振軸沿纖維長度絕熱變化；圖6是本發(fā)明的一種具有小型非線性芯的纖維；圖7是本發(fā)明的在芯與芯之間有Mach-Zehnder干涉儀網(wǎng)絡(luò)的一種纖維；圖8是本發(fā)明的使傳播光在兩種狀態(tài)間耦合的一種纖維；圖9是對本發(fā)明一種方法使用的第二例預(yù)形件的一種結(jié)構(gòu)；圖10是對圖9預(yù)形件加壓的第二種結(jié)構(gòu)；圖11是本發(fā)明的一種纖維，其一個芯沿纖維長度消失而又重新出現(xiàn)；圖12是本發(fā)明的一種纖維，具有一個折射率制導(dǎo)部分，和一個空心芯、光子帶隙制導(dǎo)部分。
具體實(shí)施例方式
由以前的技術(shù)可知，光子晶體纖維的一種典型預(yù)形件20(圖1)包含排列成三角形格子花樣并一起保持在大管5內(nèi)的一束薄管30。在預(yù)形件20的中心，設(shè)有一根實(shí)心棒15取代格子結(jié)構(gòu)中的一根管30。一種光子晶體纖維10按通常的途徑由預(yù)形件拉伸。在拉伸纖維10中，管30形成一層包含許多嵌在硅基體中的長形孔的包覆區(qū)。棒15在纖維內(nèi)形成一個實(shí)心長芯。大管5形成一種保護(hù)纖維的外殼區(qū)。在這個實(shí)例中，光經(jīng)過包覆區(qū)全內(nèi)反射而導(dǎo)入芯區(qū)，與芯區(qū)折射率相比，包覆區(qū)有效折射率較低。
在拉伸成纖維10(圖2)時(shí)，對預(yù)形件20的孔單獨(dú)加壓的第一種方法中，管30被安排從預(yù)形件20的外殼管5伸出。軟管40連接在選定的管30的伸出端。軟管40由O型環(huán)50保持定位。軟管40以其另一端與外部壓力控制器(圖中未示出)連接。
從預(yù)形件20拉伸纖維10時(shí)，管30內(nèi)的壓力，以及被拉伸的孔，均隨與軟管40相連的外部壓力控制器產(chǎn)生的壓力變化而變化。軟管40中的壓力隨時(shí)變化，在任何時(shí)候都以不同的壓力施加到軟管40的不同部分。因此，拉伸纖維10包覆區(qū)產(chǎn)生的孔的橫截面沿纖維長度是變化的，纖維的孔與孔之間的橫截面也是不同的。
在另一種方法(圖3)中，不是把軟管直接與預(yù)形件10連接，而使用一個中間連接器100。
連接器100是一個平盤，被切分為凹口110，115，120，125形式的若干腔。凹口110，115，120，125通過接收從預(yù)形件20伸出的管30端部而與這些管嚙合。每個凹口110容納一個管30的端部。每個凹口115容納兩個管30的端部。每個凹口120容納一組七個管30的端部(或六個管加一個實(shí)心棒15)。每個凹口125容納一組五個管30的端部。用一個墊板在凹口110，115，120，125封住管30。
通道130穿過連接器100到達(dá)閥門140。拉伸前，軟管40連到閥門140上。軟管40接到外部壓力控制器上。在這種結(jié)構(gòu)中，控制器產(chǎn)生的壓力通過改變凹口110，115，120，125的壓力而影響管30的壓力。因此，例如，每個凹口120中的所有七個管都被加壓到相同壓力，而凹口110的管的壓力則單獨(dú)變化。
連接器的另一個形式示于圖4。在這個例子中，預(yù)形件20是這樣的結(jié)構(gòu)不同的管30從預(yù)形件20伸出不同的長度。中間連接器200包括堆積排列的三個腔210，220，230，分別與管30嚙合。每個腔都有一個與軟管40連接的閥門240。軟管40的另一端與外部壓力控制器相連接。
每個腔在其底部都有許多通孔(未示出)；每個孔封住或包括一個O型環(huán)，每個通孔通過一個管30。管30分為三種長度。最短的管30在堆積的底腔210終結(jié)。中等長度的管30穿過底腔210并在中腔220終結(jié)。最長的管30穿過腔210，220，并在腔230終結(jié)。
拉伸時(shí)，每個腔210，220，230加壓(或部分或全部抽空)到不同的壓力。最終纖維產(chǎn)生的每個孔的尺寸取決于形成這個孔的管30所終結(jié)的特定腔的壓力。
纖維10中的孔的橫截面，軸向形狀及分布取決于管30中管與管之間的壓力差如何及其隨時(shí)間的變化。在穩(wěn)定狀態(tài)，孔尺寸和孔壓力的關(guān)系按下式給定P=σr]]>式中，σ是二氧化硅基體材料的表面張力，r是孔半徑。
對于在纖維10待設(shè)置的任何特定器件來說，應(yīng)確定孔待放大或縮小的位置，并按上述關(guān)系式用計(jì)算機(jī)計(jì)算產(chǎn)生所需孔徑而要求的管30的壓力。計(jì)算機(jī)按所需橫向孔徑及其隨時(shí)間的變化編制程序。安排計(jì)算機(jī)按照上述關(guān)系式控制外部壓力控制器施加的壓力，以產(chǎn)生所需要的孔形狀。要進(jìn)行校正運(yùn)行，以確認(rèn)拉伸時(shí)所預(yù)測的纖維材料性能以及任何必要的參數(shù)調(diào)節(jié)模式。
圖5-8是可以經(jīng)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的器件的例子。
這種方法生產(chǎn)的一種纖維例子是基本上不顯示微分群延時(shí)(DGD)的光子晶體纖維300(圖5)。具有那樣性能的纖維在英國專利申請NO.O200603.9中(Blezephotonics有限公司)做了說明，在這里用國際專利申請PCT/GB2003/000060代替，該文件結(jié)合作為參考。在該專利申請中，提供了一個90°的扭轉(zhuǎn)，或沿光子晶體纖維形成半長的搖擺濾光板的一系列扭轉(zhuǎn)，以避免微分群延時(shí)，因此，傳播光的偏振模式和纖維偏振軸相互轉(zhuǎn)動。這樣，在纖維第一半程傳播光受到的任何微分群延時(shí)，在通過纖維第二半程傳播時(shí)被消除。
在圖5的纖維300中，拉伸時(shí)不必扭轉(zhuǎn)纖維就實(shí)現(xiàn)了相同的效應(yīng)。按照本發(fā)明在拉伸時(shí)改變孔中壓力，從而改變纖維300包覆區(qū)的孔尺寸，纖維300的偏振軸逐漸調(diào)動。纖維300包括在基體材料310中形成的排列為正方格子的孔320組成的一個包覆區(qū)，和一個實(shí)心二氧化硅芯區(qū)330。在橫向面A-A’(圖5ii)，孔320的正方格子花樣導(dǎo)致八個孔與芯330鄰接。在這八個孔中，正方形角上的四個孔的尺寸與孔320相同。芯區(qū)330相對兩側(cè)的孔340的尺寸大于孔320尺寸。剩余兩個孔350的橫截面積小于孔320的橫截面積。較大的孔340是在拉伸第一周期施加較高壓力到形成該孔的管30中而產(chǎn)生的；較小的孔350是施加較低的壓力到相應(yīng)的管30而產(chǎn)生的。因此，這種纖維具有一個通過放大孔340的快速偏振軸，以及一個在快速軸垂直方向的慢速偏振軸。
一旦具有圖5(ii)的孔形結(jié)構(gòu)的纖維300已拉伸到所需長度時(shí)，拉伸雖繼續(xù)進(jìn)行，但要降低孔340的壓力，提高孔350的壓力。孔340，350的尺寸逐漸變化，直到在纖維300的中心的B-B’面(圖5(iii))，它們的尺寸與孔320相同，使得包覆區(qū)是均勻的格子。施加的壓力繼續(xù)變化，因此，在C-C’面，孔340的尺寸是A-A’面的孔350的尺寸，而孔350的尺寸等于A-A’面的孔340的尺寸。剩余的纖維300長度采用固定壓力拉伸，因此，從C-C’面向前，纖維具有通過孔350的一個快速偏振軸，和通過孔340的一個慢速偏振軸。在纖維300中傳播光受到的微分群延時(shí)到B-B’面被消除，從B-B’面向前在纖維下一半程傳播時(shí)，偏振軸發(fā)生轉(zhuǎn)換。從A-A’面到B-B’和從B-B’面到C-C’面的距離約為1m，這對于提供無損耗(絕熱)過渡已足夠長。
這種方法生產(chǎn)的纖維的另一個例子是包括一種小型非線性芯區(qū)450的光子晶體纖維400(圖6)。在橫向面A-A’和C-C’(圖6(ii)，(iii))，這種纖維具有均勻的橫截面，包括一個由包覆區(qū)環(huán)繞的芯區(qū)430，包覆區(qū)由排列在三角形格子花樣基體材料410中的孔420構(gòu)成。芯區(qū)430直徑約5μm(微米)。纖維400拉伸時(shí)，超過面A-A’后，提高鄰接芯區(qū)430的六個孔440的壓力，使其高于孔420的壓力?？?40相對于孔420膨脹(圖6(iii))，這種膨脹迫使二氧化硅材料離開芯區(qū)，形成一種直徑約為2μm(微米)的小芯區(qū)450?？?40在面B-B’達(dá)到最大尺寸，然后再次降低壓力，因此，在C-C’面芯區(qū)返回到它在A-A’面時(shí)的尺寸。
大孔440把光集聚到小芯區(qū)450，非線性效應(yīng)(如自相調(diào)節(jié)和自聚焦)導(dǎo)致充分高的光強(qiáng)度。
本方法產(chǎn)生的纖維的另一個例子是光子晶體纖維500(圖7)，它包括在按本發(fā)明方法的芯之間形成的一對Mach-Zehnder干涉儀。這種纖維包括由嵌在二氧化硅基體的孔502的三角形格子形成的一個包覆區(qū)，和排列為正方形格子并使三角形格子中的一些孔消失而形成的九個芯區(qū)(圖7中只簡略示出三角形格子)。一個Mach-Zehnder干涉儀包括在芯520和530之間形成的一對耦合器540，542，另一個干涉儀則包括在芯510，520之間形成的一對耦合器550，552。在耦合器540，542之間的纖維530上形成一個長周期光柵545，另一個長周期光柵555在耦合器550，552之間的纖維510上形成。
每一個耦合器540，542是在拉伸時(shí)降低芯520和530之間的孔的壓力而形成的，因此，這些孔直徑降低，并帶動芯520，530更加靠近(圖7(iii))。同樣，每個耦合器是降低芯510，520之間的孔的壓力而形成的，因此這些孔直徑降低，并帶動芯510，520更加靠近(圖7(iV))。
在纖維500中以纖維芯的形式提供了多次波導(dǎo)，通過Mach-Zehnder干涉儀，信號可以很容易在芯510，520，530之間轉(zhuǎn)換。
很容易理解，經(jīng)過沿纖維長度在不同的點(diǎn)上的九個芯區(qū)的其他幾個芯之間形成耦合器，可以在纖維500上形成其他更復(fù)雜的器件網(wǎng)絡(luò)。
這種方法產(chǎn)生的纖維的另一個例子是光子晶體纖維600(圖8)，它包括一段高雙折射纖維長度，一段非線性纖維長度，以及介于這兩段長度之間的區(qū)域，光可以在這兩種纖維類型之間的這個區(qū)域絕熱耦合。
圖8(ii)-(Vii)為在橫向面A-A’和橫向面B-B’之間1m(米)間隔內(nèi)的纖維600的橫截面。纖維600包括由包覆區(qū)環(huán)繞的一個芯區(qū)，包覆區(qū)包括嵌在二氧化硅基體610中的孔620(圖中只簡略示出包覆區(qū)結(jié)構(gòu))。
在圖8(ii)和(iii)中，纖維600有一種由與芯區(qū)630鄰接并位于該芯區(qū)相對兩側(cè)的放大孔640導(dǎo)致的高雙折射結(jié)構(gòu)，這種放大孔是在拉伸預(yù)形件時(shí)對形成這些孔的相應(yīng)管30加壓而產(chǎn)生的。
在圖8(vi)和(vii)中，纖維600具有由小型芯區(qū)650和六個鄰接的放大孔660導(dǎo)致的一種高非線性結(jié)構(gòu)(類似于圖6(iii)實(shí)施例的結(jié)構(gòu))。
在圖8(iv)，(v)和(vi)中，纖維600的結(jié)構(gòu)在高雙折射結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)之間振蕩。這種振蕩通過拉伸時(shí)改變與芯區(qū)鄰接的四個孔(但不包括孔640)的壓力而實(shí)現(xiàn)。沿纖維過渡長度，孔尺寸和芯尺寸的變化都是很平緩的，光的傳播基本上無損耗。
在纖維高雙折射長度無損耗傳播模式與纖維高非線性長度無損耗傳播(的不同)模式之間，光在纖維600中的傳播發(fā)生絕熱耦合。當(dāng)光沿這種振蕩結(jié)構(gòu)通過時(shí)，越來越多的光發(fā)生從高雙折射模式到高非線性區(qū)的模式耦合。
當(dāng)然，本發(fā)明的光子晶體纖維也可以從另外一種形式的預(yù)形件拉伸，例如圖9和10中的預(yù)形件750。預(yù)形件750中的孔760不由伸出的管30限定，而由基體材料770限定，因此，預(yù)形件750是一種整體式單件預(yù)形件。例如，它可在一塊玻璃上鉆孔760而制成。此外，它可由溶膠—凝膠制造。
連接器700(圖9)是把孔760連接到壓力源的一種連接器的例子。與連接器100一樣，這種連接器包括一個與軟管40連接的閥門740。軟管40另一端連接外部壓力控制器。然而，通道730穿過連接器700從閥門740通到孔塞710。孔塞710經(jīng)插入而與孔760嚙合。
連接器800(圖10)是把孔760連接到壓力源的連接器的第二個例子。這種連接器閥門840和通道830，相當(dāng)于連接器700中的閥門740和通道730。然而，這個連接器沒有孔塞710或凹口110，115，120；而是通道830通過直接連接與孔760嚙合，接合點(diǎn)用適當(dāng)?shù)拿芊鈩┟芊?如用密封膠)，連接器800和預(yù)形件750采用任何適當(dāng)方式(如夾具)保持定位。
很顯然，本發(fā)明特別有利于在具有不同性能的纖維長度之間提供過渡。例如，本發(fā)明一個實(shí)施例是一種模式濾光器；即，包括承受小量模式的一個第一段，和承受大量模式的一個第二段的纖維。逐漸變化纖維橫截面中孔的尺寸，就很容易在第一段和第二段(如需要可再返回)之間提供過渡。用相對短的段承受纖維中的小量模式，其他段承受大量的模式可充分消除那一段上過量的不需要的模式流。一個特別重要的例子是在第一段時(shí)只承受一個單模式的一段的時(shí)候。
本發(fā)明提供一個過渡的另一個例子是芯形狀間的過渡。一個實(shí)施例是在第一段具有第一形狀芯而在第二段具有第二形狀芯的一種纖維。逐漸改變纖維橫截面孔的尺寸可很容易在第一段和第二段間提供過渡(如需要可再返回)?？壮叽绲闹饾u變化在第一段和第二段導(dǎo)入相同數(shù)量的模式。這樣一種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了一種雙色纖維，在這種纖維中，光從二極管棒耦合到泵波導(dǎo)。
本發(fā)明另一個實(shí)施例是其芯區(qū)在纖維長度上的一個點(diǎn)消失或顯現(xiàn)的一種纖維。纖維900(圖11)就是這樣一種纖維。在橫截面上，它包括具有許多孔910(為便于說明，只示出四個孔)的一個包覆區(qū)，以便在一個所需傳播波導(dǎo)上提供一個光子帶隙。纖維900分為A，B，C，B’，和A’五個區(qū)。A和A’區(qū)是光子帶隙導(dǎo)引微結(jié)構(gòu)纖維的長度，在這個長度，波長在帶隙內(nèi)的光導(dǎo)入形成芯920的一個大空氣孔。B區(qū)包括一個長周期光柵，它把導(dǎo)入A區(qū)芯920的光的所需組分耦合到纖維900的包覆模式。傳播光的不需要的組分仍在芯920中。然而，在C區(qū)，纖維900沒有芯920，因此，消除了不需要的光。在B’區(qū)，經(jīng)過第二長周期光柵，所需要的光從包覆模式耦合返回到芯920。然后，光的所需組分繼續(xù)在A，區(qū)芯920中傳播。因?yàn)槔炖w維時(shí)，形成芯920的孔已塌陷，故C區(qū)沒有芯920。突變過渡區(qū)930保持，其中芯920的橫截面積降到零。
在另一個實(shí)施例中(未示出)，芯920是多芯纖維中的一個芯。
本發(fā)明另一個實(shí)施例是具有兩個區(qū)的一種纖維，第一區(qū)經(jīng)由全內(nèi)反射把光導(dǎo)入一個實(shí)心芯，第二區(qū)經(jīng)由光子帶隙制導(dǎo)把光導(dǎo)入一個長形孔兩個區(qū)由其長形孔已塌陷的一個過渡區(qū)連接。
這樣一種纖維的例子是纖維1000(圖12)。纖維1000包括具有許多嵌在二氧化硅基體材料的孔1010(為便于說明，只示出四個)的一個第一區(qū)A?？?010為在空氣中選定波長傳播的光提供帶隙。然而，在A區(qū)，光導(dǎo)入實(shí)心硅芯區(qū)1005；因?yàn)榭?010降低纖維1000包覆區(qū)有效折射率，從而發(fā)生制導(dǎo)，在芯區(qū)1005和含有孔1010的包覆區(qū)之間出現(xiàn)全內(nèi)反射。
另一方面，在B區(qū)，纖維1000包括一個長空氣孔1020形成的低折射率芯，孔1010提供的帶隙使得選定波長的光限定在孔1020內(nèi)。因?yàn)槔w維1000拉伸時(shí)，孔1020已經(jīng)塌陷，所以A區(qū)沒有空氣芯1020。存在一個突變過渡區(qū)1030，其中孔1020橫截面積降到零。
本發(fā)明提供了經(jīng)用于微結(jié)構(gòu)纖維的兩種不同制導(dǎo)機(jī)制很容易在纖維區(qū)域之間進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的一種結(jié)構(gòu)。這種纖維可以得益于每一種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)；例如，只可能在折射率導(dǎo)引的器件可以在線結(jié)合到其他光子帶隙導(dǎo)引的纖維中。在圖12的例子中，孔1010即使在A區(qū)都保持光子帶隙制導(dǎo)的周期性。當(dāng)然，在另一個實(shí)施例中，折射率導(dǎo)引區(qū)如A區(qū)中的孔可以經(jīng)選定的加壓而轉(zhuǎn)換為保持芯區(qū)有效折射率所需的任何形狀。
以上所述是本發(fā)明一種方法可以生產(chǎn)的器件的一些例子?？梢灶A(yù)料，由于微結(jié)構(gòu)纖維預(yù)形件選定孔的控制加壓，纖維可能的結(jié)構(gòu)范圍很廣，因此，本發(fā)明這種方法也可以生產(chǎn)許多其他器件。同時(shí)，上述器件也可以不按本發(fā)明方法制造，例如，可由微結(jié)構(gòu)纖維的后處理(例如熱處理)制造。
權(quán)利要求
1.一種制造微結(jié)構(gòu)纖維的方法，包括(i)提供一個含有多個長形孔的預(yù)形件；(ii)使至少一個孔與一個連接器配合，以便把這些孔連接到一個外部壓力控制器；(iii)在控制與壓力控制器相連的孔的氣體壓力的同時(shí)，把預(yù)形件拉伸成纖維。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這種預(yù)形件包括多個并列排列成束的長形元件，多個長形元件是管，每個管限定了預(yù)形件中的一個孔。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這種預(yù)形件包括限定這些孔的一種基體材料。
4.按照權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于外部壓力控制器提高孔內(nèi)壓力超過大氣壓力。
5.按照權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于外部壓力控制器降低孔內(nèi)壓力低于大氣壓力。
6.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在纖維整個拉伸期間，孔內(nèi)壓力保持恒定。
7.按照權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于拉伸時(shí)孔內(nèi)壓力是變化的。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于壓力是周期脈沖的。
9.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述的多個孔都與外部壓力控制器連接。
10.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于這種方法包括把更多的組加壓到一個第二壓力或幾個壓力的步驟，其中每個組至少有一個孔。
11.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于這種方法包括隨時(shí)改變從預(yù)形件拉伸纖維速率的步驟。
12.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于這個方法包括隨時(shí)改變預(yù)形件進(jìn)給速率的步驟。
13.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于這種方法包括隨時(shí)改變爐溫的步驟。
14.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓導(dǎo)致在拉伸纖維中至少形成一個長孔，這種纖維一部分的橫截面積不同于其另一部分的橫截面積。
15.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓導(dǎo)致至少一部分介電基體區(qū)，這種纖維一部分的橫截面積不同于其另一部分的橫截面積。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于至少有一個孔在纖維的一個長度上完全塌陷。
17.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓在拉伸的纖維的橫截面內(nèi)導(dǎo)致多個同心區(qū)，其中交替鄰近的區(qū)域分別具有較高和較低的有效折射率。
18.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓導(dǎo)致拉伸的纖維至少在一部分長度上呈現(xiàn)W形剖面纖維。
19.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于這種方法包括經(jīng)隨時(shí)改變施加在一個孔或幾個孔的壓力，產(chǎn)生多個沿光子晶體纖維軸向排列的器件的步驟。
20.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓導(dǎo)致拉伸的纖維包括一個長周期光柵。
21.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓的變化導(dǎo)致纖維幾何形狀的變化，使得纖維的一部分是雙折射的。
22.按照權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于經(jīng)過加壓的變化，纖維的兩個部分是雙折射的，并且該兩部分的主偏振軸相互相對轉(zhuǎn)動。
23.按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于通過拉伸部分路徑改變孔內(nèi)壓力分布，因此使慢速軸變?yōu)榭焖佥S，反之亦然。
24.按照權(quán)利要求21-23中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于纖維的另外部分可以是雙折射，并具有轉(zhuǎn)動偏振。
25.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓的變化導(dǎo)致拉伸纖維芯尺寸的變化，因此，這種纖維包括一個具有大芯區(qū)的纖維部分，和一個具有小芯區(qū)的纖維部分。
26.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加壓的變化導(dǎo)致芯尺寸的變化，因此這種纖維包括一個非線性纖維部分，它的一個芯區(qū)足夠小，以在使用中發(fā)生明顯的非線性效應(yīng)。
27.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于拉伸的纖維包括多個芯區(qū)。
28.按照權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征在于壓力的變化導(dǎo)致壓縮在纖維一個區(qū)的至少兩個芯的分離，使得該纖維包括一個壓縮的分離區(qū)的光學(xué)耦合器。
29.按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于這種纖維包括形成Mach-Zehnder干涉儀的兩個這樣的光學(xué)耦合器。
30.按照權(quán)利要求28或29所述的方法，其特征在于這種纖維包括由多個這樣的耦合器形成的開關(guān)和/或?yàn)V光器網(wǎng)絡(luò)。
31.按照權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于這種纖維包括兩個以上的芯。
32.按照權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于壓力變化導(dǎo)致壓縮在纖維多個部分的芯的分離，以在多個芯中的每個芯之間形成光學(xué)耦合器。
33.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在多個光學(xué)器件的每個器件之間形成的一個過渡區(qū)充分逐漸地變?yōu)榻^熱。
34.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于拉伸條件是在兩個狀態(tài)間隨時(shí)間振蕩，第一狀態(tài)與纖維內(nèi)包括的第一光學(xué)器件模式匹配，第二狀態(tài)與纖維內(nèi)包括的第二光學(xué)器件模式匹配。
35.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該方法包括經(jīng)沿拉伸纖維長度反復(fù)周期性振蕩其結(jié)構(gòu)而制造扭轉(zhuǎn)補(bǔ)償無微分群延時(shí)的步驟。
36.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于經(jīng)過環(huán)繞一種所需要的結(jié)構(gòu)振蕩其纖維結(jié)構(gòu)，使之滿足一種不需要的相匹配狀態(tài)，因而拉伸時(shí)振蕩其壓力，以避免不需要的非線性效應(yīng)。
37.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該方法包括生產(chǎn)具有分級色散補(bǔ)償纖維的步驟，這種性能與通信光帶中的標(biāo)準(zhǔn)通信纖維的色散曲線匹配。
38.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該方法包括校正拉伸參數(shù)和拉伸纖維參數(shù)之間關(guān)系的步驟。
39.按照權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于該方法還包括按照校正結(jié)果改變拉伸參數(shù)，以生產(chǎn)具有選定結(jié)構(gòu)的纖維。
40.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于施加到一個孔或每個孔的壓力由一個數(shù)字信號控制。
41.按照以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在拉伸纖維時(shí)，預(yù)形件的一部分保持不被拉伸，直接進(jìn)行各自的連接，例如經(jīng)過一個孔，即從一個或幾個外部壓力控制器連接到待用壓力控制加壓的每一個孔或一些孔。
42.按照權(quán)利要求1-40中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于設(shè)置一種連接器把孔連接到外部壓力控制器。
43.一種把預(yù)形件連接到壓力源的連接器，該預(yù)形件用于拉伸微結(jié)構(gòu)纖維并具有多個孔，所述的連接器包括多個與一個或多個孔嚙合的元件，每個元件都可連接到一個壓力源上。
44.按照權(quán)利要求43所述的連接器，其特征在于不同的元件可以單獨(dú)或成組連接到不同的壓力源。
45.按照權(quán)利要求43或44所述的連接器，其特征在于該預(yù)形件包括多個管，所述的元件是腔，一個或多個管都以所述的腔為終點(diǎn)。
46.按照權(quán)利要求45所述的連接器，其特征在于每個腔與可連接到壓力源的一個通道該流體連通。
47.按照權(quán)利要求45或46所述的連接器，其特征在于所述的腔分布在連接器中，在一個基本上垂直于管要通過通孔的方向的平面中。
48.按照權(quán)利要求47所述的連接器，其特征在于所述的腔鄰接通孔。
49.按照權(quán)利要求48所述的連接器，其特征在于所述的腔是在連接器的一側(cè)的凹口。
50.按照權(quán)利要求43-48中任一項(xiàng)所述的連接器，其特征在于所述的腔沿管通過通孔的方向分布在連接器內(nèi)。
51.按照權(quán)利要求1-42中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于還包括把權(quán)利要求41-50任何一項(xiàng)所述的連接器與預(yù)形件一端嚙合的步驟，這步驟使連接器的元件至少與一些孔嚙合；把這些元件連接到一個或多個外部壓力控制器上的步驟，及在拉伸時(shí)把所述的孔加壓到一個或多個選定的壓力。
52.一種制造微結(jié)構(gòu)光學(xué)波導(dǎo)的方法，包括(i)設(shè)置一個有多個孔并列排列在其中的預(yù)形件；(ii)耦合一個壓力控制器到一個或多個孔，但不是全部的孔，以控制這些孔的氣體壓力；(iii)在控制與壓力控制器耦合的孔內(nèi)壓力的同時(shí)，把預(yù)形件拉伸成波導(dǎo)。
53.按照權(quán)利要求1-43，51或52中的任何一項(xiàng)制造的一種纖維。
全文摘要
制造微結(jié)構(gòu)纖維的方法包括提供一種具有多個長孔的預(yù)形件；至少有一個孔，但不是所有的孔，與一個連接器嚙合，以便使這些孔與外部壓力控制器連接；在控制與壓力控制器連接的孔內(nèi)氣體壓力的同時(shí)，拉伸預(yù)形件。還提供了一種連接器。
文檔編號C03B37/027GK1649801SQ03809798
公開日2005年8月3日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者菲利普·圣約翰·拉塞爾, 布賴恩·J·曼根, 喬納森·C·奈特, 伊恩·P·基爾布賴德, 蒂莫西·A·伯克斯 申請人:晶體纖維公司