专利名称：制造光子晶体光纤的预制棒的方法 典型地，通过将锗或磷添加到玻璃中来制造限定了光纤的纤芯构件的单模光纤。例如，如图1所示，光子晶体光纤(PCF)由诸如熔化的石英玻璃的透明材料1制成。沿纵向贯穿透明材料1形成规则排列的空气孔2，从而空气孔2沿光纤的轴平行地延伸。在PCF中，利用空气层和石英玻璃层之间的介电常数的差别来制造光子过渡层。按照与半导体中的电子带间隙相同的方式，这样的光子过渡层具有针对指定波长或光传播方向的光子阻带。即，只有满足光子过渡层要求的光才能通过该光子过渡层。由光子带间隙效应和有效指标效应来实现光在PCF中的传播，并且在T.A.Birks等人所写的Electronic Letters，Vol.31(22)p.1941(1995年10月)和由J.C.Knight等人所写的OFC，Vol.4p.114(1999年2月)中详细地公开了该技术。PCF具有要在光通信领域中使用的许多所需的技术特性。例如，PCF支持贯穿宽波长内的单模，并且具有较大的模式区域，结果，使PCF能够传送具有较高的光功率并且在1.55微米的波长处表现出高相位分离的信号。此外，PCF增加/减少了非线性，因此可以用作偏振光调节设备。因此，值得期待的是，具有上述特性的PCF将广泛地应用于光通信领域。在制造预制棒以制造PCF的传统技术中，将毛细玻璃管和玻璃棒堆叠并绑成具有所需形状的束，来制造光预制棒。然而，传统技术需要工人手工地将元件装配到预制棒上，趋向于产生了污染物，并且需要反复的清洗步骤。而且，当从预制棒中拉伸具有多孔结构的PCF时，相对于设置在预制棒的内部区域的空气孔，设置在预制棒的外部区域的空气孔显著地减少或阻塞。相对较大尺寸的内部空气孔变形为椭圆孔。这主要是由于预制棒区域的内部和外部的导热性的差别，设置在预制棒的外部区域的管状构件比设置在预制棒内部的管状构件熔化得更快。当从预制棒拉伸PCF时，所产生的空气孔的上述变形导致了难以连续地制造大量具有多孔结构的PCF。根据另一传统技术，对圆柱状的石英玻璃进行穿孔，从而形成了通过石英玻璃的空气孔。该技术的缺点在于石英玻璃具有较高的硬度，从而难以通过石英玻璃来形成空气孔。
因此，考虑到上述问题而提出了本发明，并且通过提出一种制造预制棒以制造光子晶体光纤的方法，提供了附加的优点，并且该改进的方法防止了污染物，并且简化了预制棒中的空气孔的排列。
本发明的另一方面提出了一种制造预制棒以制造光子晶体光纤的方法，并且所述方法防止了当拉伸光纤时所产生的空气孔的变形和尺寸减小。
在一个实施例中，一种用于制造用来生产光子晶体光纤(PCF)的预制棒的方法包括步骤(A)通过对混合单体和二聚体而获得的石英稀浆进行模制，并干燥所述稀浆，形成了具有圆柱状的干胶体；以及(B)形成通过干胶体的、具有预定尺寸和排列的空气孔。
优选地，所述步骤(A)包括子步骤(a)通过将单体和二聚体混合到去离子水中来准备预混溶液；(b)通过将气相石英和扩散剂添加到预混溶液中来形成溶胶；(c)从溶胶中去除气泡并使溶胶成熟；(d)将成熟的溶胶注入具有预定形状的模具中，并且通过将聚合引发剂和催化剂添加到溶胶中，使溶胶成为胶体；(e)使胶体成熟，从而增加胶体的强度；(f)从模具中分离通过完成胶体化而获得的湿胶体；以及(g)通过对从模具中分离的湿胶体进行干燥来形成干胶体。
更优选地，所述方法还可以包括步骤(C)通过烧结干胶体，使具有空气孔的干胶体玻璃化。


从结合附图所采用的以下详细描述中，本发明的上述特征和其他优点将得到更为清楚地理解，其中，图1是示出了光子晶体光纤的传统预制棒的结构的视图；以及图2是示出了根据本发明的实施例，制造光子晶体光纤的预制棒的过程的流程图。

现在，将参考附图来详细描述本发明的实施例。为了清楚和简化，由于其可能会使本发明的主题不清楚，省略了这里所包括的已知功能和结构的详细描述。
根据本发明的要用于制造光子晶体光纤(PCF)的预制棒的方法的特征在于将通过混合单体和二聚体获得的石英浆形成为圆柱状，然后，对其进行干燥以形成圆柱状的干胶体，从而通过诸如钻孔的机械处理，利用干胶体来形成具有所需尺寸和排列的空气孔。
图2是示出了根据本发明的实施例，用于制造光子晶体光纤的预制棒的过程的流程图。如图所示，所述方法包括步骤准备预混溶液(S100)，扩散(S200)，成熟(S300)，模制(S400)，使胶体成熟(S500)，脱模(S600)，干燥胶体(S700)，钻孔(S800)，热处理(S900)和烧结(S1000)。
在S100中，通过将诸如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或1乙烯基-2吡咯烷酮(1-vinyl-2-pyrrolidinone)的单体和诸如N、N’-亚甲基双丙烯酰胺的二聚体溶解在蒸馏水中来制造预混溶液。
在S200中，将气相石英201和扩散剂202与在S100中所准备的预混溶液混合/扩散，从而产生了稀浆。这里，气相石英201(例如，由DEGUSSA所制造的硅胶-OX50)在重量上具有40-60％的量，并且将四甲基铵氢氧化物(此后，被称为“TMAH”)用作扩散剂202。扩散剂202将所获得的混合物的碱性度(PH)调节为11到12，从而改善了气相石英201的扩散。
在步骤300，利用真空泵从处于扩散状态下所获得的溶胶中去除空气，并且使溶胶在指定时间内成熟(在大约15小时内)，从而使溶胶中的石英分子稳定。
在步骤400，将已经经过步骤S300的溶胶注入到具有预定形状的模具中，并且将聚合引发剂和催化剂401添加到溶胶中，从而将溶胶转换为胶体状态。聚合引发剂和催化剂401用于使添加到预混溶液中的单体和聚合体聚合。将过硫酸铵水溶液用作聚合引发剂，并且将N、N、N’、N’-四甲基乙烷基乙二胺(此后，被称为“TEMED”)用作催化剂401。
在步骤500中，在室温下使已经过了步骤S400的胶体成熟，从而强化胶体的强度。
在步骤600，从模具中取出所获得的湿胶体。这里，从模具的主体中取出模具的中央棒，然后，从模具的主体中取出湿胶体。
在步骤700中，在保持在20到50℃和RH 70到95％的条件下的热湿度调节器中将从模具的主体中所取出的湿胶体干燥一周，从而将其转换为干胶体状态。
在步骤800，利用车床或采用钻孔方法，通过干胶体形成了具有所需尺寸和排列的空气孔。
在步骤900中，在300到700℃的范围内的温度处对所获得的干胶体进行热处理，从而去除在干胶体中所剩余的湿气和有机混合物。之后，将氯气提供给胶体，然后，在300到1200℃的范围的温度下对胶体进行热处理，从而去除在干胶体中所剩余的OH自由基。
在步骤1000，在将氦气提供给干胶体的条件下或在真空的条件下，对干胶体进行热处理。由此，制造了无气泡的光子晶体光纤的高纯度的预制棒。
示例1将375cc的量的TMAH 25wt％的溶液混合到通过将108g的量的1-乙烯基-2-吡咯烷酮和12g的量的N、N’-亚甲基双丙烯酰胺混合于2.825g的量的去离子水中所获得的预混溶液中。然后，将3,000g的量的硅胶-OX50(由DEGUSSA)制造)引入到所获得的混合物中，并且扩散到高剪切混合仪中，从而在混合物中形成了稀浆。
将所获得的稀浆注入到具有124mm内径和500mm长度的SUS管模具中，从而进行模制。在一个小时内，使模制的稀浆成为胶体，然后，在5个小时内使其成熟。在成熟之后，从模具的主体中垂直向下地取出模具的中央棒，并且从SUS管模具中取出所获得的胶体，并且在保持为30℃的温度条件和70％的湿度条件下的热湿度调节器中将其干燥7天。之后，利用钻孔方法，通过干胶体形成具有4mm直径的空气孔。
为了去除在胶体中所包含的有机混合物，在50℃/小时的速率直到550℃下对胶体进行加热，并且将该胶体在550℃的温度下保持5小时。在相同的室中连续地进行上述用于去除湿气和有机混合物的步骤。然后，为了实现胶体的玻璃化，以100℃/小时的速率直到1000℃的温度对胶体进行加热，并且将其在1000℃的温度下保持5个小时。这里，通过利用氯气来调节气体，从胶体中去除了OH自由基。以100℃/小时直到1,500℃的温度，在He气的气体环境下对胶体进行烧结。结果，制造了高纯度的石英玻璃预制棒。
玻璃化的预制棒具有80mm的直径和270mm的长度。在预制棒中所形成的空气孔具有3mm的直径，并且在相邻空气孔之间的距离是4.5mm。
示例2在真空环境下对所获得的胶体进行烧结。这里，在1,500℃的温度下对胶体进行烧结，并且真空度为1Torr。示例2的其他步骤与示例1相同，从而省略了描述以避免重复。
从上述描述中显而易见，本发明提供了一种利用通过混合单体和聚合体获得的石英稀浆来制造光子晶体光纤的预制棒的方法，从而容易调节在预制棒中形成的空气孔的尺寸和排列进行调节，并且具有各种形状的预制棒。此外，根据本发明，能够制造大尺寸的预制棒而不会具有被污染的可能。
尽管已经详细描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将会意识到，在不脱离在所附权利要求中所公开的本发明的精神和范围的情况下，可以进行对特定元件的各种修改、添加和替换。


公开了一种制造光子晶体光纤(PCF)的预制棒的方法。所述方法包括步骤(A)通过形成混合单体和二聚体而获得的石英稀浆，并干燥所述稀浆，形成了具有圆柱状的干胶体；以及(B)形成通过干胶体的、具有预定尺寸和排列的空气孔，从而容易调节空气孔的尺寸和排列并制造各种形状的预制棒。