专利名称：一种制造包括纳米颗粒的光纤的方法以及用于制造该光纤的预制件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造光纤的预制件，以及一种使用该预制件制造光纤 的方法。
背景技术：
在无线电通信领域，已知如何通过同时处理光信号，而4吏用平板光导 或者光纤传输这些信号。
例如，光纤可放大所传输的光信号。为此，此类放大光纤包括用来放 大所传输的光信号的强度的芯、以及围绕该芯的覆层，所述芯由透明材料、
活性元素或者通常由例如Er离子的稀土材料制成的掺杂剂构成，所^ 层用于将大部分光信号保持在光纤的芯中。
通过在光纤的芯中填充纳米颗粒可改善该类光纤的^f吏用，所述纳米颗 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 国专利申请US 2003/175,003中，描述了所述纳米颗粒的概要以及使用。
发明内容
本发明发现，即，在通常的光纤制造方法中，可填充在平板光导中的 纳米颗粒不能被填充在光纤中。
实际上，光纤的制造包括首先制造预制件，其在光纤形成步骤中被拉 伸以获得光纤。在光纤形成步骤实现的预制件通常具有柱状条的形式，其 通过由Si02硅石形成的大块材料制成。为了制造预制件，通常在旋转硅酸 盐管中使用改良化学气相沉积(MCVD)方法，沉积转化成硅玻璃的氧化 物颗粒。为了获得固体预制件，在该方法中获得的条是热收缩的。在文献US 2004/187,524中，描述了根据此技术的一个特定实施例。另一已知的方 法(称为OVD，即外部气相沉积)包括将基于珪石的颗粒沉积到例如管子 的部分的外表面上，以生成多孔玻璃的叠层。然后拉伸所述管子，并且所 述条是热收缩的，以获得固体预制件，所述条将用于光纤形成步骤中。在 文献WO-00/20346中，描述了才艮据此4支术的一个特定实施例。制造光纤要求热处理预制件，所述预制件在现有情况下可包含纳米颗 粒。然而，进行热处理的温度高于500。C,并且通常高于1000。C。这样的 高温会导致这些纳米颗粒的组成成分和/或结构发生变化，从而其属性发生 变化。本发明还发现，在高温时纳米颗粒的改变主要是因为它的至少一个成 分的氧化，例如硅或锗，它们的氧化形态是稳定的。这是本发明的制造光纤的方法所涉及的，其包括以下步骤形成预制件，其包含负载活性元素的纳米颗粒，所述预制件在所述纳 米颗粒的至少一部分的附近包括至少一个槽；通过将非氧化气体引入所述槽，从而限制所述预制件中的所述纳米颗 粒氧化的4几会，而将所述预制件形成为纤维。在一个实施例中，所述非氧化气体是还原气体和/或者中性气体。在一个特定实施例中，所述非氧化气体是包括氢气和例如氦的中性气 体的混合气体，其在高温下不爆炸。在一个实施例中，在所述预制件的制造中，利用改良的化学气相沉积 方法、扩散浸渍或者溶胶-凝胶方法将纳米颗粒引入所述预制件中。在一个实施例中，在用于制造所述预制件的所述方法的至少一个步骤 中，将非氧化气体引入所述预制件的槽，从而在进行对所述预制件的热处 理时，所述预制件中包括所述气体。本发明也包括用于光纤制造方法的光纤制造步骤中的预制件，所述预 制件在掺杂区域中包括负载活性元素的纳米颗粒。用于本发明的方法中的 预制件包括在纳米颗粒的至少一部分的附近包括至少一个槽。以该方式，用与本发明一致的方式使用预制件的方法使得能够保存设置在该预制件中的纳米颗粒，并且在预制件的光纤形成步骤中将它们保留 在非氧化环境中。通过在它们附近的气体产生该环境，大大限制了它们的 氧化和消失、或者还原、在光纤的芯中纳米颗粒的改变。并且，如果在预制件的光纤形成步骤中，这些纳米颗粒受到的环境并 没有不利，则在光纤制造中可填充多种纳米颗粒。因为这个原因，能够开 发出新光纤的用途。在一个实施例中，预制件包括纵向轴，并且所述槽与所述预制件的纵 向轴同轴，这有利于在光纤形成步骤中，还原气体在预制件的整个长度上 流动。在一个实施例中，预制件包括与所述预制件的所述轴同轴的多个槽， 这能够另外将非氧化气体引入到预制件中的多个掺杂区域附近。在一个实施例中，预制件包括多个槽，所述槽形成的圓和/或者圆弧相 对于所述预制件的所述轴是同心的，所述实施例允许以简单方式制造所述 预制件。在一个实施例中，至少两个形成圆和/或者圆弧的槽由不含纳米颗粒的 区域隔开。本发明还包括使用根据上述实施例之一的方法所获得的包括含活性元 素的纳米颗粒的光纤。
根据下面参考附图对本发明的一个实施例的描述，本发明的其他属性和优点将显而易见，所述描述是示例性的而不是限制性的，其中 图l是实现本发明的光纤形成方法的示图； 图2a、 2b、 2c和2d是根据本发明的预制件的横截面；以及 图3a和3b是使用根据本发明的光纤形成方法获得的光纤横截面。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的从预制件10形成纤维的方法获得光纤18，即，通过将例如还原气体的非氧化气体11引入到与预制件10的轴13同轴 的槽14中，将所述气体保持在预制件10的掺杂区域12的附近。以该方式，在利用加热所述预制件的装置15从预制件10形成光纤的 步骤中，通过包括所述非氧化气体11防止在预制件10的材料16的掺杂区 域12中包括的纳米颗粒氧化。通过这些方法，可大大限制掺杂区域12中的纳米颗粒的组成和/或结 构的改变。换言之，纳米颗粒所面对的条件较少地变为不利，这样，在预 制件10中，以及随后从该预制件10获得的光纤18中，能够使用具有不同 组成的纳米颗粒。在一个实施例中，非氧化气体11是包括氢气和例如氦的中性气体的混 合气体，其在高温下不爆炸。例如，可使用Air Liquide公司出售的名为 NOXAL的气体。图2a中示出了用于图1所示的方法中的预制件10的横截面，其以新 的角度示出了预制件10的掺杂区域12的附近中包括的槽14。通常可使用一种或多种已知的技术，例如改良化学气相沉积 (MCVD )、扩散浸渍或溶胶-凝胶方法，来具体实施根据本发明的预制件。在图3a中以横截面示出的光纤18d，通过从图2a中的预制件形成光 纤的步骤获得，其包括含掺杂区域12d的玻璃结构16a。可使用其他净支术。在该方式中，在图2b、2c和2d中示出的预制件10a、 10b和10c可通过利用溶胶-凝胶方法或者挤制的玻璃装配方法获得。并且，应注意到，可在预制件制造方法的开始和/或者结束时形成掺杂 区域。例如，可在制造预制件10b之前，从结合到玻璃结构16b的掺杂管 状元件获得图2c中预制件10b的掺杂区域12b，也可在制造预制件10b的 玻璃结构16b之后，通过例如使用MCVD方法、使用浸溃步骤或者使用 溶胶-凝胶层方法增加一个或多个掺杂区域12b，获得图2c中预制件10b 的掺杂区域12b。当根据本发明使用MCVD方法制造预制件10时，需要在预制件10 的掺杂区域12的附近保留一个槽，所述槽允许非氧化气体11循环。图2b所示的变化显示在预制件10a上，四个槽14a包围单个掺杂区域 12a，而图2c显示在另一预制件10b上，四个槽14b分别围绕四个掺杂区 域12b。应注意到，在实施本发明中通常不要求这些图中的掺杂区域的明 显的对称性。在一个变化中，实现了与预制件10c的轴13c同轴的多个槽14c，所述 槽14c相对于预制件10c的所述轴13c对称地^:置。该变化通过图2d示出，其示出根据本发明的预制件10c，包括六个形 成圆弧的槽14c，该圆弧相对于预制件10c的轴13c是同心且对称的，所述 槽14c由材料16c的不含纳米颗粒的层隔开。在这个预制件的例子中，相 对预制件10c的轴，掺杂区域12c的圆柱对称性使得能够获得具有相同属 性的光纤。图3b示出了光纤18e的横截面，其包括包括纳米颗粒掺杂区域12e和 中心、常规掺杂以用于导光(锗、磷等)的区域13f的玻璃结构16e。例如， 可通过从图2c中的预制件10b形成光纤的步骤获得此光纤。利用本发明的所述方法，还可以制造包括孔的光子晶体光纤(PCF)， 其通过从预制件形成光纤获得，所述预制件通过玻璃装配方法获得。为了 制造这种PCF光纤，应该用非氧化气体进行光纤形成，所述非氧化气体具 有与大气压数量iM目同或略高的气压。当在槽中使用低于大气压的非氧化 气体形成光纤时，可获得前面所述的光纤。应注意到，所述不含纳米颗粒的材料可以由硅形成的玻璃或者其他类 型的玻璃，并且所述掺杂区域包括负载有活性元素和/或者例如铒(Er)、 镱(Yb)、铥(Tm)、铕(Eu)、铈(Ce)、铬(Cr)、锰(Mn)、 铋(Bi)、锑(Sb)、碲(Te)、钽(Ta)、锆石(Zr)、铌(Nb)、 钒(V)、铅(Pb)、鴒(W)、铟(In)、镓(Ga)、锡(Sn)、钼(Mo)、 硼(B)、砷(As)、钛(Ti)或铝(Al)的成分的纳米颗粒。特别是， 对于,放大光纤，使用硅纳米颗粒是有利的。吸收所述纳米颗粒的实际 截面实际比铒的截面高三个数量级，这使得能够更有效率地将光能传送给 铒离子。由于在才艮据本发明的预制件中，可实现多种不同的纳米颗粒，所以此类光纤的用途也是非常不同的。例如，包括下面的应用用于放大器或者 光学激光器的稀土掺杂光纤、用于放大器或者光学激光器的拉曼光纤、极 不线性的光纤、饱和吸收光纤和/或者偏振光纤。本发明可以以多种变化实现。例如，可以在制造所述预制件的不同步 骤将非氧化气体引入到预制件中。
权利要求
1.一种制造光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤形成预制件，其包含负载活性元素的纳米颗粒，所述预制件在所述纳米颗粒的至少一部分的附近包括至少一个槽；通过将非氧化气体引入所述槽，从而限制所述预制件中的所述纳米颗粒氧化的可能，而将所述预制件形成为光纤。
2. 根据权利要求l的方法，其中，在用于制造所述预制件的所述方法 的至少一个步骤中，将非氧化气体引入所述预制件的至少一个槽中。
3. 根据权利要求1的方法，其中所述非氧化气体是还原气体和/或者 中性气体。
4. 根据权利要求3，其中所述非氧化气体是包括氢气和中性气体的混 合气体，其在高温下不爆炸。
5. 根据权利要求l的方法，其中，在所述预制件的制造中，利用改良 的化学气相沉积方法、扩散浸渍或者溶胶-凝胶方法将纳米颗粒引入所述预 制件中。
6. 根据权利要求l的方法，其中，在用于制造所述预制件的所述方法 的至少一个步骤中，将非氧化气体引入所述预制件的槽，从而在进行对所 述预制件的热处理时，所述预制件中包括所述气体。
7. —种光纤，其包括根据权利要求l的方法获得的负载活性元素的纳 米颗粒。
8. —种用于实施根据权利要求l的方法的预制件，所述预制件在掺杂 区域中包括负载活性元素的纳米颗粒，其特征在于，所述预制件在所述纳 米颗粒的至少 一部分的附近包括至少 一个槽。
9. 根据权利要求8的预制件，其中所述槽与所述预制件的纵向轴同轴。
10. 根据权利要求9的预制件，包括与所述预制件的纵向轴同轴的多 个槽。
11. 根据权利要求10的预制件，包括多个槽，所述槽形成的圃和/或者圆弧相对于所述预制件的纵向轴是同心的。
12.根据权利要求11的预制件，其中，至少两个形成圆和/或者圆弧 的槽由不含纳米颗粒的区域隔开。
全文摘要
本发明涉及一种制造光纤(18)的方法，包括以下步骤形成预制件(10)，其包含负载活性元素的纳米颗粒，所述预制件在所述纳米颗粒的至少一部分的附近包括至少一个槽；通过将非氧化气体引入槽(14)，从而限制所述预制件中的纳米颗粒(10)氧化的可能，而从预制件(10)拉出纤维。一种用于通过本发明方法制造光纤(18)的预制件(10)，包括在掺杂区域(12)中包含的负载有活性元素的纳米颗粒和临近掺杂区域(12)的至少一个槽(14)。
文档编号C03B37/014GK101268022SQ200680034060
公开日2008年9月17日 申请日期2006年8月28日 优先权日2005年9月16日
发明者A·帕斯图雷, C·思蒙诺, L·加斯卡, S·布朗尚丹 申请人:阿尔卡特朗讯公司