专利名称：制造微结构光纤的工艺以及在线控制微结构光纤的方法和系统的制作方法
技术领域：
由于多孔纤维或光子晶体纤维的性质与常规纤维由很大不同，近几年来已经对其进行了研究。多孔纤维通常完全由单一材料制造，典型地由块熔石英制造。通过向包层中掺入光子晶体状结构使光纤芯层和包层间的折射率出现差异。孔的结构，典型地为充气的， 导致折射率的有效降低。由于仅有少部分的透射光穿过包层，纯石英芯纤维可基本上保持纯石英的低损失。可以通过多种不同的方法来制造多孔或光子晶体纤维。称为“堆积拉制法”的一种方法包括在中空玻璃圆柱体内部紧密堆积石英毛细管，将管焊接在一起，然后以常规纤维预制棒拉制方法拉制所得到的预制棒。美国专利US6243522公开了一种用于制备光子晶体纤维的预制棒，该预制棒具有由多个包层棒形成的包层环绕的芯体。包层棒具有由折射率较大的层环绕的中央部分。根据一个实施方案，通过将置于周期性阵列的包层棒和芯棒插入到中空玻璃管中来构造预制棒。美国专利申请US20080138022公开了一种由单一的未掺杂材料基体，优选为纯石英制得的微结构光纤，其具有纵向的孔，围绕芯层形成二或三个环，其中，孔间的平均距离为至少6微米。所述光纤据称适用于远距离通讯，由于包层内瑞利散射和辐射渗漏间的优化平衡，其具有明显减小的信号损失。近年来，开发出一类不同的微结构光纤，该光纤包括由含孔隙石英包层包围的固体中芯层，其中孔隙以随机或非周期性空间分布进行设置。专利申请W02008005233公开了一种包括芯层区域和包围芯层区域的包层区域的光纤，该包层区域包括由非周期性设置的孔隙组成的环形含孔隙区域。芯层区域和包层区域据称提供改善的抗弯性能并且在波长大于或等于1500nm处(在一些实施方案中在大于 1260nm处)提供单模工作。TO2008005233的优选实施方案公开了含孔隙区域，其与光纤的芯层分开但是并不完全延伸至光纤的外围。专利申请W02007055881公开了一种制备微结构光纤的方法，包括通过化学气相沉积(CVD)操作形成含烟灰的光纤预制棒。烟灰预制棒在围绕预制棒的气体气氛下固结， 固结条件足以在所述固结步骤中在预制棒中捕获部分气体气氛，从而在固结预制棒中形成非周期性分布的孔隙或空隙，每个孔隙相应于固结玻璃预制棒内至少一个捕集的固结气体区域。至少部分在固结步骤中形成于光纤预制棒中的孔隙保留在拉制后的光纤中。在制备光纤的众所周知的方法中，一旦完成预制棒的制造，预制棒以较低的速度送入炉中，预制棒通常在2000°c-220(rc的温度下在炉中的热区域内熔融，从而预制棒的纤维下端形成所谓的颈缩区域，在该处玻璃软化，纤维的横截面积收缩至所需的面积。从该颈缩区域的底部末端可以被机械装置夹紧的地方形成光纤。光纤技术需要在由预制棒拉制纤维的过程中表征和控制各种纤维性能。特别是纤维性能严格取决于几何均勻性以及纤维芯层和包层的尺寸。通常在拉制过程中监控这些纤维参数而不干扰纤维或工艺。通常在形成纤维后马上在一个点上测量纤维的外径(直接在颈缩区域下)。美国专利US3982816公开了一种通过使用相干单色辐射光束照射纤维产生远场散射图样来测量光纤外径的方法。远场散射图样的一部分由纤维外表面反射的射线和穿过纤维并主要被外包层折射的射线产生。计算散射图样特定部分底部散射角和顶部散射角之间条纹的数量。然后根据条纹的数量计算纤维的外径。
美国专利US4280827描述了一种纤维直径测量回路，包括源、用以检测干涉条纹存在的检测器，其中检测器信号经由通过各自的与源连接的延时回路与两个信号比较装置相连。结合并计算信号比较装置的输出以产生连续的代表所处理纤维连续轴向部分的直径的读数。当纤维被拉至或接近其目标直径时，每个条纹的位置是可预测的。据此，通过检查预定的用户可设定长度上条纹的遗失顺序可探测到孔隙。美国专利US5185636描述了一种基于那些用以测量纤维直径的不同参数来探测光纤中缺陷的方法和装置。一项公开的技术包括产生所检测图样的空间频谱(即快速傅立叶变换)，其含有纤维外径的直线分量。当纤维含有缺陷时，谱会含有第二分量，其频率(或分裂时的多个频率)小于相应于外径的直线分量的频率。在美国专利US6313909中，过滤散射光信号，所产生的信号与探伤阙值相比较来确定在散射光信号中与缺陷相关的分量的存在。过滤器去除散射光信号中第一和第二分量产生改变的散射光信号，其中第一分量相应于纤维直径测量系统，第二分量相应于纤维的外径；缺陷灵敏度调节器提供探伤阙值，其中该探伤阙值相应于参考信号的一部分；比较仪比较改变的散射光信号与检测阙值来确定与缺陷相关的分量是否存在，与缺陷相关分量的存在代表纤维中缺陷的存在。美国专利申请US20030231296公开了一种用于确定在纤维中缺陷的检测装置。该装置包括三个带通过滤器常规的空气管路过滤器，包层直径过滤器和芯层空气管路过滤器。散射光通过过滤器产生三个相应的信号。比较常规空气管路和包层直径信号产生规范化常规空气管路信号；比较芯层空气管路信号和包层直径信号产生规范化芯层空气管路信号。规范化常规空气管路信号强度的变化表示在包层区域中存在缺陷，规范化芯层空气管路信号强度的变化表示芯层区域中存在缺陷。例如在美国专利US3982816中所描述的，在线光纤检测基于由被单色光横向照射的光纤所反射和折射光产生的远场光干涉图样的分析，当纤维的折射率、特别是纤维包层的折射率基本恒定时，在线光纤检测提供纤维外径和条纹数量间直接的联系。在此情况下， 穿过给定角度范围的干涉图样的条纹数量乘以经验转换系数得到外径，经验转换系数主要取决于测量系统所设定的参数。申请人:观察到下述情况。如美国专利US5185636所述的测量方法当用以在纤维拉制过程中在线监控时通常设定用于探测纤维结构中的结构缺陷，例如空隙作为异常物。由于微结构光纤包括故意引入的通常为沿着纤维轴纵向扩展空隙的缺陷，采用计数所探测的远场干涉图样条纹的方法似乎不适合于监测微结构纤维的外径。具有低密度区域并含有非周期性、通常为随机分布的空隙(即空隙在区域内其位置是不规则的)的光纤可提供单模传输和强抗弯性能，低密度区域置于纤维芯层周围，优选在纤维外部包层中。本文中，术语空隙可指代空的孔，含有捕集于其中的气体的充气孔或泡，通常为折射率明显小于周围基质的缺陷，一般情况下折射率等于或接近1。包含低密度区域 并具有随机空隙分布的光纤可有利地通过烧结法在形成预制棒的过程中进行制造，其中在形成纤维材料、通常为石英基材料中具有低溶解度的气体被捕捉并形成空隙。可以在两个主要的步骤中制造预制棒首先通过沉积和固化制造含有预制棒芯层的玻璃芯棒，优选不含空隙；然后通过沉积随后固化在玻璃芯棒周围形成预制棒外部包层以在预制棒外部包层中形成空隙。所产生的固化预制棒通常具有包含随机空隙分布的环形低密度区域，其起始于芯棒和外包层的界面并且在外包层内部呈放射状扩展至一定的厚度。低密度环状区域(下文也称为含空隙环)的密度以及环内局部空隙密度的厚度取决于烧结工艺条件变化较大，烧结工艺条件例如固结时间、炉中的温度梯度以及固结过程中低溶解性气体的体积百分比。形成预制棒后的下拉工艺中预制棒玻璃由最初的预制棒横截面面积变为所需要的纤维的横截面面积，该工艺不可避免地会对空隙产生影响，预期会发生的一个主要影响是空隙沿着所拉制纤维的纵轴扩展。申请人:注意到拉制条件，例如颈缩区域的温度和牵引张力，会使预制棒中的部分空隙收缩或甚至破裂，和/或使邻近的空隙联结。因而断定在预制棒中进行的结构分析对于表征微结构光纤并不充分。此外，实际的环厚度和局部空隙密度沿着纤维长度方向会发生变化，这是由于沿纤维长度上的不均勻性，例如预制棒上不同的纵向部分会经历不同的热历史，和/或由于拉制条件。
发明内容
申请人:观察到发现一种能够沿着纤维长度快速简单测量有关空隙的结构特征的方法和系统是有利的，从而可以控制并有可能调节纤维的微结构。特别有利的是在拉制过程中监控关于光纤空隙的结构特性。可以为许多用户提供宽带通信服务的光纤接入网络、特别是光纤入户(FTTH)网络通常需要使用单模光纤，其在光学信号通过光纤传输时具有低弯曲损耗。抗弯纤维，即具有低宏弯损耗的纤维通常用于这些应用中。申请人:观察到在具有随机空隙分布的微结构光纤中，含孔隙区域的厚度和空隙的局部密度主要决定光纤的抗弯性能。需要注意的是，抗弯性能似乎与局部空隙密度和含孔隙区域的面积的乘积直接相关。因此，为了确保光纤具有需要的光学弯曲性能，控制含孔隙区域的形态和尺寸非常重要。申请人:观察到由穿过微结构纤维的射线产生的远场干涉图案可以对于一些纤维的相关结构性能提供有用的信息。尤其是，包含在条纹周期中的条纹增量的数量Na与纤维的结构性能相关，该数量可以在由微结构光纤产生的干涉图案中探测到的信号中直接数出。通过比较条纹增量的数量队和条纹增量的参考数值ν/、或更通常与参考数量的数量范围比较可以控制纤维的微结构，其中参考数量(范围)与纤维中一些所需的纤维结构有关， 因而与一些所需的弯曲性能有关。包含在参考数量范围内的参考数量小于与外径相关的条纹增量的数量Nd。在一些实施方 案中，分析乘积K -Na是有利的，K是长度单位转换系数，其通常为经验值，该乘积提供一个长度单位内的尺寸值，其表示微结构的长度值或“表观”直径dA。将微结构长度值与参考微结构长度值d/，更通常与该值的范围相比(后者小于纤维(实际) 外径d)，从而可以确定微结构光纤是否具有所需的纤维结构，进而确定是否具有所需的弯曲性能。在本发明说明书和权利要求中，术语“微结构参数”可以指条纹增量的数量Na或微结构长度值dA。有利的是，可以在纤维拉制过程中使用上述微结构测量方法来监控所处理纤维微结构的均勻性/变化，和/或使微结构符合所需的光学性能，例如宏弯。根据一个方面，本发明涉及一种制造微结构光纤的方法，如权利要求1。根据另一个方面，本发明涉及一种控制微结构光纤的方法，如权利要求16。根据又一个方面，本发明涉及一种微结构光纤的控制系统，如权利要求17。有利的是，参考范围的参考微结构长度值d/(或N/)被选择为外径d(ND)的 0. 6-0. 9倍，优选为外径d (Nd)的0. 64-0. 84倍，更优选为外径d (Nd)的0. 7-0. 8倍。已经观察到在给定的优选范围内，在确保在波长大于约1250-1260nm处能够进行单模传输的同时，可以获得改善的微结构光纤的弯曲性能，例如宏弯损耗小于0. 5dB (优选小于0. 2dB)。对于具有芯层区域和包括含空隙环状区域(环)的外包层区域的光纤，已经发现在从纤维收到的干涉图中数出的检测的条纹增量的数量Na，以及因而源自Na的纤维微结构长度值与环厚度和环内局部空隙密度的乘积直接相关。根据一些实施方案，在纤维拉制过程中进行外径的测量。在一些优选的实施方案中，通过分析源自微结构纤维的相同的干涉图来测量和/或控制纤维的外径，这被用来控制光纤的形态。优选地，通过电过滤与干涉图相应的检测信号来进行外径的测量，从而切断由于空隙的存在所产生的检测信号的信号贡献并获得基本未受干扰的干涉图信号，其中条纹增量的计数数字Nd与纤维外径d相关，d = K · ND，K为转换系数。需要注意拉制对于空隙最终的分布和尺寸的影响也存在于通常包括周期性的孔的阵列的多孔或光子光纤中，其由其它方法制造，例如堆积拉制法。因此，本发明的制造工艺、方法和系统可用以控制和监控多孔或光子光纤。对于本发明的说明书和权利要求，除非另有所指，表示数、量、百分比等的数字在任何情况下都应被理解为用术语“约”所修饰。同样，所有的范围包括所公开的最大和最小值的任意组合，也包括其中任意中间范围，本文中已经对其进行或未进行具体列举。定义在说明书中，下述参数根据本领域中常规使用来定义，具体来说_单模纤维的截止波长是纤维仅在其上传播基模时的波长。在截止波长以下，纤维将传递超过一种模态。-光缆截止波长(λJ是根据IEC-60793-1-44标准所述的标准22米纤维截止测试方法(方法A)测得的截止波长值。也就是说，该方法规定在22米未铺设的纤维跨度上进行测量，其中纤维中央20米的部分缠绕在直径280毫米的心轴上，两个1米长的两侧部分每个一圈缠绕在直径80毫米的心轴上。-MAC数定义为在1310nm处测得的模场直径(NFD)(微米)与光缆截止波长(λ cc) (微米)之间的比值。-宏弯损耗(dB)是在直径为15mm的心轴上缠绕一圈的纤维测得的在1625nm处的
衰减增量。-相对折射率定义为Ai= 100X(ni2-nQ2)/2ni2的百分比值，其中Iii是在i区域的最大折射率值，no是纯石英(SiO2)的折射率。
下面对本发明优选实施方案加以详细说明，其实施例如附图所示。图1的示意图描述了通常用于测量光纤外径的远场干涉散射的原理。图2的框图描述了用以根据远场散射图测量外径的装置。图3是源自无缺陷光纤的未受干扰干涉图(a)和源自含有低密度缺陷光纤的受干扰的干涉图(b)的一小部分的略图。图4是根据本发明的一个实施方案的微结构控制系统的框图。图5是根据本发明的另一个实施方案的微结构控制系统的框图。图6 (a)至6 (c)是不含有空隙的125微米标准纤维(a)和包括含空隙区域的125 微米微结构纤维(b)在60度的散射角内的远场干涉图的示例性频谱。在(c)中，应用于检测信号的示例性高通滤波器和带通滤波器(右侧曲线)的传递函数(TF)与(b)中微结构纤维的频谱(左侧曲线)相比较。图7是根据本发明一个方面的原理的光纤制造工艺中的拉丝塔。图8示意性地表示了根据本发明地一些实施方案，微结构光纤的横截面，微结构控制系统可应用于其上。图9是图8中纤维的可能的相对折射率曲线的示意图。图10是局部空隙密度(Ivd)为2-4%的微结构光纤在拉制过程中测量的表观直径 (dA)相对于时间的曲线图。图11是局部空隙密度为8-10%的四种不同微结构光纤在拉制过程中测量的表观直径相对于时间的曲线图。图12是显示了两个范围局部空隙密度下的表观直径与环厚度关联的曲线图。图13是宏弯损耗(MBL)与MAC数之间的关系图，在图中分别对应于无空隙的标准单模光纤(实线)，具有局部空隙密度为2-4%的环并且环厚度为约10微米的微结构光纤 (短划线)，以及具有局部空隙密度为8-10%的环并且环厚度为约4-5微米的微结构光纤 (虚线)。图14是表观直径范围为85-105微米的多个光纤(圆圈)的宏弯损耗(MBL)与 MAC数的关系图。图15是MAC数在7. 0和7. 5之间的多个光纤的宏弯损耗(MBL)与表观直径的关系图，每个圆圈代表多个光纤中的一个。
图16是表观直径在85-105微米之间、MAC数在7. 0-7. 5之间的光纤(圆圈)的宏弯损耗(MBL)与含孔隙环状区域内径与MFD的比值ID/MFD的关系图。
具体实施例方式图1是描述了通常用于测量光纤外径的远场干涉散射原理的示意图。可由光源、 例如激光源(未显示)产生的射线束10照射到光纤1上，其在图中显示为垂直于穿过纤维中央的纤维主纵轴22的横截面。激光源优选在入射波长处产生单色和相干光。光束10的入射方向3横穿过纤维轴22，优选与其垂直，并在距纤维一定距离的参考面23上产生远场散射图，干涉图由被纤维外表面反射的射线和被纤维折射的射线之间的干涉产生。散射光的强度是相对于入射射线正向测得的散射角的函数，其形成干涉图。特别地，距纤维轴22的距离为Cl1的入射光线11在纤维内部沿光线13折射并在光纤外部沿光线14折射，所述距离Cl1小于纤维半径。折射光线14与反射光线16发生干涉， 反射光线16是由入射到纤维外表面的光线15反射的。干涉是相长的还是相消的取决于折射光线光程(其给定为光程11、13和14之和)的和反射光线光程(其给定为光程15和16 之和)的差。示例性的折射光线14和反射光线16具有相同的方向18，其特征在于具有散射角19。干涉图2可以在检测器(图1中未示出)上在一定的角度范围Δ θ = ( θ max- θ min) 内得到，该范围是从称为θ min的下部散射角20到称为θ ma的上部散射角21的范围，检测器例如为光电二极管阵列、或液晶显示器(LCD)摄像机的屏或CCTV摄像机的屏，检测器产生待处理的信号。在纤维中无明显缺陷或孔隙存在，即外包层折射率基本恒定的情况下，已知在下部散射角20和上部散射角21之间计数的条纹数量与纤维直径成比例。，图2的框图描述了用于测量光纤外径的装置30。通过检测器31，例如IXD或CCTV 摄像机收集如同图1中所示的干涉图2。由检测器31产生的电检测信号，例如CCTV摄像机采集的视频信号，优选与自动增量控制(AGC)电路32相连以在整个图上获得基本恒定的振幅，即，使由散射光强度决定的散射角变平。均衡化的振幅信号送入计数电路33，计数电路33可以包括电子相位比较器、信号整形器、加法器和计数器，所有这些本身都是已知的， 但是并不需要这些都存在于计数电路中。计数电路33计算与干涉图相应的检测信号的条纹周期的数量(可选地振幅被均衡)。为了增强分辨率，计数电路优选计算构成条纹周期一部分的条纹增量。在本实施方案中，计数电路的分辨率为可计数每个条纹周期的1/4，换句话说即1/4条纹周期的条纹增量。例如，对于直径为125微米的标准单模光纤，约Nd = 7501/4的条纹(条纹增量)出现在角度范围在约θ min = 20度和约θ max = 80度之间的典型“未受干扰”干涉图中。图3(a)显示了一小部分由未受干扰干涉图的检测产生的示例性电检测信号35。 检测信号可以为模拟或数字电信号，通常包括多个信号波条纹周期。例如，检测器31输出模拟输出信号，其通过模数转换器(图2中未示出)进行数字化以产生数字检测信号。在图中所示实施例中，检测信号35近似为正弦波形。计数电路33响应于信号水平高于或低于来自线36表示的参考位置处某阙值所产生的变化，为简化起见，该处可表示为零。从而， 计数器响应于信号的过零并能够计算干涉图1/4条纹增量的数量Nd。在未受干扰的图35 中，条纹解析良好，每个条纹周期算作四个1/4条纹，即AD、DB、BE和EC部分。条纹周期T可被定义为完成一个条纹周期的间隔，即参考线36的点A到点C。假定被入射光束照射的光纤的折射率基本恒定，其实际上对于单模光纤而言意味着纤维外包层折射率基本恒定，并且入射光束具有给定的波长，计数的条纹增量的数量Nd 乘以经验常数K得到纤维外径d，即d = K · Nd。经验常数K是长度单位的转换系数，其通常取决于测量装置的设定，例如角度收集范围的范围，例如该常数可为约0. 167微米。图3(b)示意性的表示了通过检测“受干扰的”干涉图产生的电检测信号37(仅表示了一小部分)，其含有通过检测光纤内部空隙缺陷产生的“不完全”条纹周期。在图3(b) 的实施例中，C点处的第一条纹元素的信号没有返回到参考线36。在这种情况下，计数电路无法区分中央的1/4条纹增量，因为其没有检测到相对于参考位置的信号水平的足够大的变化，因此那些中央条纹增量在计数中会被遗漏。因此，在“受干扰”干涉图信号处计数的条纹增量的数目小于Nd。申请人:认识到源自包含低密度区域的光纤的干涉图可以提供有关纤维结构性能的相关信息，该性能直接与纤维的弯曲性能相关联。特别是，申请人认识到可以通过控制从纤维接收的干涉图中出现的条纹数量来控制微结构纤维相关的光学参数，例如宏弯性能。如图2所示的测量系统可以提供条纹增量的数目NA，其在从微结构光纤接收的受干扰干涉图中计数得到，从而可以提供关于其微结构的相关信息。所确定的条纹增量的数目可以与条纹增量的参考(或目标)数目N/相比较，其相应于一些所需的光纤微结构性能，并且因而相应于一些所需的弯曲性能。条纹增量的参考数目N/与和纤维外径有关的条纹增量数量Nd具有关系并小于Nd。更一般来说，可以通过控制条纹增量数量Na在条纹增量参考数量N/的参考数量范围之内来控制光纤的微结构，参考数量范围小于ND，即参考数量范围中的最大参考数量小于Nd。在一些实施方案中，限定微结构长度值dA是有利的，其是与微结构光纤相关的长度单位的尺寸值。在本说明书中，为简洁起见，微结构长度值也称作微结构纤维的“表观”直径。使用术语“表观”是因为该值并不具有真实纤维直径的几何意义。实际上，“表观”直径的值dA等于d = K · Na，其中K是测量系统特有的转换系数，并且将提供纤维的外径的是所检测的未受干扰的干涉图(即特别是，基本上没有遗漏的条纹增量)。表观直径的测量值可以与长度单位的参考值(即参考微结构长度值)比较，或更一般地与微结构长度值的参考范围比较，以获得结构信息，所述参考范围与实际(真实)的纤维外径相关。可以理解在本发明中所确定的干涉条纹增量的数量或所确定的表观直径可以与单一的相关参考值或参考值范围比较，参考值范围也就是从最低到最高参考值的范围，从而控制所确定的值是否在范围内。特别是，已经发现对于包括芯层区域和外包层区域并在含有空隙的外包层区域内含有环状区域(环)的光纤，所检测的条纹增量的数量Na(以及因而《)与环厚度与环内局部空隙密度的乘积直接相关。尽管优选计数构成条纹周期一部分的条纹增量来改善控制方法的分辨率，例如 1/4条纹周期的条纹增量，但是本发明还可包括一种方法和系统，其中可以取条纹增量相应于条纹周期。图4是根据本发明的一个实施方案的微结构控制系统的框图。类似的数字用于标识具有与图2所示部件相同或相似功能的类似部件。 在微结构控制系统40中，通过检测器31收集从微结构纤维接收的干涉图2。在 AGC32的输出处，例如通过分离器38将从检测器31检测到的均衡化振幅信号分为两个信号送入第一计数电路45中的第一检测信号43和通过电滤波器41然后送入到第二计数电路42中的第二检测信号。电滤波器41及其在控制系统40中的功能在下文中详述。
计数电路45对检测器31检测到的干涉图的条纹周期的条纹增量数量计数，可选地对检测信号进行振幅均衡。由于微结构、特别是含有空隙的低密度区域的存在，在源自干涉图的信号中计数得到的条纹增量的数量Na不能与光纤外径相关。然而，在纤维中存在含空隙区域的情况下，条纹的位置及其间距保持与纤维的外径相关，至少对于平均尺寸明显小于纤维外径的空隙。图6(a)显示了示例性的频谱，表示为源自不含缺陷光纤的散射光信号的检测功率(P，任意单位)与条纹/度的关系，即具有图3(a)所示类型的干涉图。可以通过应用检测信号(通常为用快速扫描重现率、例如几毫秒下获得的数个信号之间的平均)的快速傅里叶变换(FFT)来获得频谱。图6 (a)的谱72仅显示了以约为3.1条纹/度的“基”频率 fD为中心的一个强峰。在实施例中所考虑的实验性设置中，频率峰值为在60度的收集角度范围Δ θ内187个计数条纹周期N(相当于对于1/4条纹周期的计数增量Nd = 750)的结果，即fD = N/A θ。功率峰值以及因而频率fD与纤维外径d相关。为了完全起见，频谱可包括由检测器收集的图像扫描重现率下产生的第二区别功率峰(图6中未显示)。然而，该第二峰通常位于更低的频率上，并且其功率比外径产生的功率低得多，从而在本发明目的范围内，可以认为图6(a)的频谱具有单一的强功率峰。图6(b)显示了来自包括含空隙区域的光纤的散射光信号的示例性频谱。由于空隙的存在，在频谱73中出现附加的谱成分。特别是，除了在与纤维外径相关的3. 1条纹/度的基频处的明显区别的峰，频谱在比基频低的频率处具有其它的峰。对于包含平均直径不超过约2-3微米的空隙并且纤维整个横截面上空隙百分含量不超过约10%的微结构，“基” 峰通常出现在谱中的最强峰处。申请人:已经了解通过在图6(b)的频谱中移除由缺陷产生的谱成分，可以利用对干涉谱的直接分析来测量纤维的外径，例如无需计算检测信号的傅里叶变换。与缺陷相关的谱成分通常位于比基频低的频率处，它们可以利用高通电滤波器去除。在图6(c)中，记录了图6(b)中的频谱73 (左侧曲线)，曲线74表示高通滤波器的电传递函数(TF，右侧曲线，任意单位)，该高通滤波器的_3dB截止频率被选择为可以基本移除在低于与外径相关的频率的频率处产生的谱成分。在一些实施方案中，高通滤波器的_3dB截止频率为与外径相关的峰的基频值fD 的约80% -约90%的值。接近于基频值的截止频率值，即fD和截止频率的差值在一些实施方案可能较不优选因为在纤维拉制过程中可能发生例如因为纤维外径的波动使基频微小变化(几个百分点)。优选地，电滤波器的_3dB截止频率为与外径相关的峰的基频值的 80% -86%。在一些实施方案中，在频率至少比基频小30%之处高通滤波器的功率衰减至少 30dB。通过恰当选择本领域中已知的具有陡峭截止边缘的电传递函数的滤波器可以获得相对急剧的功率衰减。在图6(a)至图6(c)记载的实施例中，其中基频为3.1条纹/度，高通滤波器_3dB切割频率为约2. 7条纹/度，对于不超过2. 0条纹/度的频率，功率衰减为-40dB。或者，为了从微结构纤维频谱中移除与缺陷相关的谱成分，可以使用带通电滤波器。图6(c)显示了示例性的带通电滤波器的传递函数75(右侧曲线)。相对于散射光线频谱定位对应正斜率的传递函数的通带边缘，使得具有正斜率的边缘(即通带左边缘)上的_3dB点为基频值的80-90%，优选80-86%。在一个实施方案中，选择通带的中央频率近似对应于基频。在此情况下，优选选择带通滤波器的_3dB带宽(或半最大值全宽)使具有正斜率的通带边缘位于0. 8fD和0. 9fD 之间。通常，滤波器带宽应当选择为允许信号的基峰在不受干扰的情况下通过。图6 (c)记载的示例性电传递函数74和75显示出彼此相对移动，以及相对于频谱沿着纵坐标移动，从而改善图的清晰度。在空间域内，为了去除由于空隙存在产生的频率部分而进行的对于从微结构纤维检测的信号的电滤波产生由分辨率良好的条纹构成的信号，虽然平均强度小于未滤波检测信号的强度。从过滤的检测信号中可以推断条纹增量的数量ND，其与外径相关。实际上，选择合适的用于外径测量的电滤波器的一个方式是由散射信号的频谱计算以Hz表示的从由单位为条纹/度的值得到基频值。两个单位之间的转换主要取决于用于干涉图的取样的电子参数。例如，在取样率为500Hz(或取样时间间隔为2毫秒)的情况下记录187个条纹周期。在取样时间间隔内，对于常规电子控制存在等于0.4毫秒的死时间。因而在实际取样间隔为1. 6毫秒的情况下进行187个条纹周期的读取，其相应于约 117kHz的频率。在这种情况下，可以选择例如中心在115kHz并且_3dB带宽为30kHz的有源八阶模拟带通巴特沃斯滤波器作为电滤波器41。在不大于70kHz并且不小于180kHz的频率处，巴特沃斯滤波器的衰减至少为40dB，而在不大于90kHz并且不小于145kHz的频率处的衰减至少为20dB。回到图4中，计数电路42计数过滤的信号的条纹数量，因而基本上没有与缺陷相关频率成分的信号的条纹数量，导致分辨率良好条纹的干涉图中的空间域穿过参考线。因此，计数电路42输出的条纹增量数量Nd提供纤维外径d的测量，其由乘积K -Nd得到，其中 K为转换系数。值得注意的是，Nd值(或d值)提供与具有被分析微结构纤维相同外径的参考纤维相关的参考信号，但是其为实心的，即不含有空隙。图4中的系统允许测量Na和Nd，或者dA和d，进而得到Na/Nd或dA/d。假定Nd值以及因而d值基本恒定，例如125士 1微米，表观直径《(或Na)的值提供有关含空隙区域形态的直接信息。《和(1的测量可同时进行，因为这两种测量都源自相同的干扰图的采集。根据一个实施方案，与条纹增量数量Na和Nd相关的数据被提供给控制单元(图4 中未显示)，例如常规处理器，其处理第一和第二计数器输出的数据。特别是，控制单元控制条纹增量数量NA(或源自Na的表观直径值)处于与Nd(或纤维外径d)有特定关系的值的参考范围之内。图5是根据本发明的另一个实施方案的表示微结构控制系统的框图。类似的数字用于标识具有与图2和图4所示部件相同或相似功能的类似部件。在图5的实施方案中， 采用具有两个控制系统的系统来进行Na和Nd的测量，这两个系统一个为微结构控制系统 48a，另一个为外径控制系统48b。微结构控制系统48a包括第一检测器46，其检测自微结构光纤接收的干涉图2并输出第一检测信号，该信号可选地用AGC34均衡振幅后通过计数电路45来计数条纹增量数量Na，如图4所示。外径控制系统48b包括第二检测器47，其与第一检测器46 —样检测自微结构光纤接收的干涉图2并输出第二检测信号，该信号通过电滤波器41，可选地通过AGC39均衡振幅后被送入计数电路42中以确定条纹增量数量ND。用以确定光纤性能的常规纤维弯曲损耗测量(例如纤维横截面成像)是耗时的并且仅能在通常为几米长的有限光纤跨度上进行。有利的是，本发明的方法和系统可以快速、 可靠地测量和控制与纤维的弯曲性能相关的含空隙区域的形态，并且不干扰纤维。已经观察到具有125微米的标准外径、且包括在外包层中延伸的含空隙区域并且表观直径dA在80微米和110微米之间的微结构光纤具有改善的抗宏弯性，同时在波长 1250-1260nm上保持单模传输。优选85微米彡dA ( 105微米，更优选90微米彡dA ( 100 微米。一般来说，表观直径与纤维外径的比率dA/d (或Na/Nd)值在0. 6禾Π 0. 9之间、优选在0. 64和0. 84之间、更优选在0. 7和0. 8之间时，可获得改善的抗弯曲性。在一些实施方案中，可以依据微结构光纤的几何参数、例如芯层与包层之比，在上述范围内，来选择适合的屯或队值，下文中对此加以更详细说明。根据一个实施方案，对于芯层包层之比在约030至0.36之间的光纤，dA/d优选在0.7至0.8之间。根据另一个实施方案，对于芯层包层之比大于约0. 36且小于约0. 5的光纤，dA/d优选在0. 64至0. 84之间·可以在拉制过程中沿纤维纵向在不同的纵向位置处进行光纤微结构的控制，从而可以监测沿纤维长度的低密度区域的均勻性/变化和/或调整一些拉制参数以使纤维的微结构具有所需的弯曲性能。特别是当在纤维拉制过程中使用时，本发明的方法和系统可确保沿整个纤维长度保持合适的含空隙区域的形态。图7显示了用于将预制棒拉制成光纤并且已经根据本发明的一个实施方案进行制造工艺的拉丝塔。拉丝塔50包括多个基本在垂直拉制方向上排列的部件(因此称为 “塔”)。执行拉制工艺步骤时选择垂直方向可以利用重力从而可以由玻璃预制棒52获得熔融材料，光纤阳由此拉制而成。详细来说，拉丝塔50包括用以支撑和供应预制棒52的装置51，对预制棒52下部、即颈缩区域进行可控熔融的熔融炉53。支撑装置51可包括预制棒位置传感器59，提供指示预制棒52的即时熔融的部分的标准化纵坐标的信号。拉丝塔50进一步包括用以从预制棒52中拉出纤维55的牵引装置56，以及用以围绕卷筒68缠绕纤维55的装置57。玻璃预制棒52含有含空隙的环状区域，空隙优选位于预制棒外包层中，从而制造含有环状含空隙区域的微结构光纤。炉53上可装有温度传感器58，用以产生表示炉内部温度的信号。炉温通常在 2000-22000C的范围内，该工艺参数在拉制过程中可以有微小变化，从而改变拉制张力。在炉53的出口处，张力监控装置M用以产生表示纤维55张力的信号。装置M也可以沿着塔50设置在不同位置，特别是在炉53和牵引装置56之间的任意位置上。拉制的光纤为微结构光纤。根据本发明的一个实施方案，拉丝塔50包括在炉53出口处的微结构控制系统60，其基于源自微结构光纤55的远场干涉图产生的散射信号。在图中的实施方案中，微结构控制系统60位于张力监控装置M下方，但是其可以位于炉53和牵引装置56之间的任意位置，特别是在炉和涂敷装置之间，下文加以详述。在一个实施方案中，控制系统60是图4或图5中的类型，因而可以对纤维微结构和纤维外径进行测量和控制。根据另一个实施方案，微结构测量系统60包括用以检测干涉图的检测器和提供队值或表观直径dA值的计数电路(例如图2中的系统)。利用不同的监控设备(图中未显示)可以进行纤维外径的测量，例如基于已知的阴影技术。然而需要注意的是，例如图4中所示的系统具有附加的优点，即在拉丝塔中实现简单，并且可以通过分析相同的控制信号、即从检测器31输出的检测信号同时测量纤维直径和纤维微结构。回到图7中，冷却装置61可设置在微结构测量装置60下方，例如其可以具有使冷却气流通过的冷却腔。冷却装置61相对于拉制方向同轴设置，使得离开炉52的纤维55可以从中穿过。冷却装置61可装有温度传感器(未显示)，其用以指示冷却腔中的温度。由于光纤拉制速度通常相对较高，冷却装置61通常将纤维55快速冷却至适于后续工艺步骤的温度，特别是适于在纤维外表面施加涂层。在示例性的拉丝塔50中，第一和第二涂敷装置63，64沿垂直的拉丝方向置于冷却装置61下方，并且用于在纤维通过时在纤维55上分别沉积第一保护涂层和覆盖第一保护涂层的第二保护涂层。每个涂敷装置63，64包括，特别是，用以将预定量的树脂施加到纤维 55上的各自的施加单元63a，64a,以及用于固化树脂的各自的固化单元63b，64b，例如紫外线灯烤箱，从而形成稳定的涂层。在拉丝塔中也可设计提供例如制造单层涂层的单涂敷装置。牵引装置56置于涂敷装置63，64下方。在图示的实施方案中，牵引装置56包括围绕其轴旋转的电动绞盘65，用以沿垂直拉丝方向牵引涂敷的纤维。在拉丝过程中绞盘65 的旋转速度以及因而纤维55的拉丝速度是拉丝过程中可变的工艺参数。当在拉丝过程中纤维55的微纤维结构参数(dA或Na)出现不希望的变化时，可使用控制信号自动改变纤维55的拉丝速度，即绞盘65的旋转速度，从而使微结构参数值处于预定范围内。例如，在拉丝过程中，如果微结构参数减少到低于预定阙值(例如与预定范围的最小值相应的d/或N/值)，则拉丝速度减少量与表观直径的减少成比例，而如果表观直径增加到高于另一个预定阙值(可以相应于预定范围的最大值)，则拉丝速度增加量与表观直径的增长成比例。或者，或另外，改变表观直径(或Na)可以通过作用于不同的拉制参数来实现，例如变化熔炉温度、炉内气体(例如He)流量以及下料速度中的至少一个参数，下料速度即预制棒在熔炉中下降的速度。在一些优选的实施方案中，纤维制造工艺包括控制光纤外径的步骤从而拉制出外径近似恒定的微结构光纤。优选地，在改变至少第一拉制参数以调整微结构 参数的测量值的情况下，调整至少第二拉制参数以保持纤维外径值基本为恒定值。根据一个实施方案，拉制条件适于保持外径值为125微米士 1微米。在一个优选的实施方案中，在微结构参数被确定处于预定长度值范围之外的情况下，则改变拉制速度使微结构参数值回到预定范围内，同时调整下料速度以保持外径为目标值d。在一些优选的实施方案中，纤维制造工艺包括控制纤维拉制张力的步骤从而以基本恒定的张力来拉制微结构光纤，基本恒定的张力可以是具有给定公差(例如10-20%)的平均张力值，这是由于拉制张力的明显变化会影响纤维的光学性能。根据一个实施方案，拉制条件适于保持拉制张力值为90g士20g。例如，在确定的微结构参数处于预定的长度值范围之外的情况下，则改变拉制速度使微结构参数值回到预定范围之内，并且调整炉温以使拉制张力保持在目标值。根据一个优选的实施方案，在改变至少第一拉制参数来调整测量的微结构参数的情况下，可以彼此相互独立地调节第二和第三拉制参数来保持基本恒定的纤维外径值和基本恒定的拉制张力值。优选地，通过改变炉温来进行调节拉制张力的步骤，通过改变下料速度来进行调节外径的步骤。根据一个实施方案，微结构控制系统60是图4或图5所述的类型。提供预定值Na 和Nd作为控制单元70的输入数据。在控制单元70内，计算微结构参数值并将其与预定的参考值范围比较，例如d/的范围为目标直径值的0. 8到0. 9倍。此外，在控制单元70内， 由预定的数量Nd计算纤维外径并将其与目标值比较。如果微结构参数的预定值处于预定范围之外，则产生第一输出信号来调整至少一个拉制参数从而修正微结构长度值。如果预定值d与目标值不同，则产生第二输出信号来调节至少一个第二拉制参数从而修正直径。控制单元70可以接受通过张力监控装置M测量的作为输入的拉制张力值。如果由于第一和第二拉制参数中至少一个发生变化，使测量的拉制张力值不同于目标值(范围)，则产生第三输出信号来调节至少一个第三拉制参数从而修正拉制张力。如果通过作用于至少一个第一拉制参数进行的微结构参数的调节导致外径和/ 或拉制张力发生显著的变化，则通过作用于至少一个拉制参数来补偿外径和/或拉制张力的变化从而恢复目标值。优选地，通过作用于至少两个拉制参数来进行外径和拉制张力二者的补偿。控制单元70沿着塔50与传感器和检测器电连接，尤其是与可以从外部进行控制的微结构控制系统60和张力监控装置M电连接。拉丝塔50还可包括在牵引装置56下游的用以调节纤维张力的装置67。装置67 用以均衡绞盘65和缠绕装置57之间纤维张力的任何变化，并使张力保持稳定。缠绕装置 57包括卷筒68和用以支撑和移动卷筒68的电动装置69。卷筒68具有轴68a，并且限定出用于涂敷的光纤的圆柱形支撑面。缠绕装置57还包括纤维进料滑轮66。在纤维的缠绕过程中，通过滑轮66的可控运动来完成纤维的螺旋缠绕。根据一些优选的实施方案，在拉丝过程中可以“标记”那些经监控未满足选择的表观直径值dA条件的纤维长度部分，优选通过改变缠绕装置57的线圈间距进行，从而在后续的重缠绕步骤中从光纤中去除那些长度部分。这样可以获得在几乎100%的纤维长度上具有所需弯曲性能的光纤。根据一个实施方案，可以使用标记来区分具有不同微结构特征的光纤的不同长度部分，因而其可以用在不同的应用上。在一个实施方案中，可以通过使用公制计长器并且在处理器中登记缠绕卷筒上不同长度部分的位置来标记光纤的长度部分。在一些优选的实施方案中，本发明特别适合于控制包括被外包层区域包围的芯层区域的微结构光纤，外包层区域包括含空隙环状区域(环)。图8示意性的显示了包括芯层区域85的微结构光纤80的横截面，芯层区域85由芯层81和围绕芯层81的内包层82形成。芯层区域85被包括含空隙环状区域(环)83的外包层84围绕。环83优选位于内包层82附近，使得环状区域83的内径(ID)对应于内包层82的外径。空隙以非周期性或随机布置的方式分布在环83中。优选地，芯层区域85是实心的，即不含空隙。图9是根据 一个实施方案描述了微结构光纤相对折射率分布与距纤维中心(R = 0)的径向距离R的关系图。假定用于传输的单模光纤的外包层通常由纯(未掺杂)石英制得，相对折射率分布取外包层的折射率作参考。在图9的实施方案中，外包层区域84为纯石英，Δ^ = 0。纤维芯层81优选由掺杂了可增加折射率的掺杂元素(例如锗)的石英制成，从而形成具有正的相对折射率A1的步进(st印)折射度分布。在一些实施方案中，A1 在0. 30%和0. 35%之间，优选在0. 31%和0. 34%之间。在一些实施方案中，芯层81可由具有正的相对折射率的多个段制成。内包层82优选由制造外包层区域的相同材料制成，其优选为纯石英。环状区域或环83在外包层区域内部从内包层83的外半径径向延伸至径向宽度，其在本文中称为环状区域(或环)的厚度。环内空隙的存在降低了折射率，产生绝对值为Δ3的平均负相对折射率，其大小取决于局部空隙密度。已经观察到相对折射率的平均削弱或环厚度与局部空隙密度的乘积与纤维的表观直径(或条纹增量的数量Na)直接相关。在图9中，标出了从纤维中心到内包层环边界的含空隙环的内半径(IR = ID/2)。 表示从低密度环到芯层径向距离的几何参数为芯层包层直径(半径)比，定义为芯层外径 (半径)与环的内径(半径)的比率。通常预制棒的芯层包层比在拉制的光纤中是保持不变的。在一些实施方案中，微结构纤维的局部空隙密度在约到10%之间。局部空隙密度(即在含空隙区域中)在本文中定义为当光纤取与纤维纵轴垂直的横截面观看时区域中空隙的总面积与区域的总面积的比率。在一些实施方案中，环厚度在2微米到20微米之间，优选在约3微米到10微米之间。实施例1根据下述工艺(下文中称为工艺Α)制备光纤预制棒。通过外部气相沉积(OVD) 方法将约1000克石英烟灰(silica soot)沉积到掺杂GeO2的石英玻璃棒上，芯层的步进折射度分布A1等于约0.31%，芯层包层直径比为约0.31。在固结炉1490°C的热区域中和 50% He-50% N2(体积比)的气氛下以10°C /min的升温速度通过向下驱动来烧结烟灰包层。然后通过相同的热区域和50% He-50% N2 (体积比)的气氛下以5°C/min的升温速度将组装体第二次向下驱动烧结。然后将预制棒在含氩气氛下的1000°C的炉中放置24小时。 大约6000克的石英烟灰随后沉积到预制棒上并在He气氛下以标准方式烧结，从而在含空隙环外形成外包层部分。根据工艺A制造的预制棒置于装有如图4所示微结构控制系统的拉丝塔中。通过监控过滤的散射信号使拉制纤维的纤维外径保持在125 士 1微米。图10是通过拉制根据工艺A获得的预制棒制造微结构光纤的拉制过程中测得的表观直径和拉制时间的关系图。在图中记录的拉制时间间隔内(其相当于拉制长度为 150km的纤维的时间)，表观直径并不是恒定的，但是可以看出其初始是降低的，然后在一定的拉制时间后开始增加。预制棒沿其纵向的微结构的非均勻性可导致表观直径的变化， 例如由于烧结条件(例如预制棒不同部分的热历史)，和/或拉制条件，例如拉制速度、牵引张力和炉温。在拉制工艺完成后离线测量若干跨度长度的拉制光纤。通过将待检测光纤切割成长度约为2米的部分并利用显微镜或电视摄像机观察其横截面来检测光纤内部结构，尤其是环状区域的厚度和环状区域内的局部空隙密度。特别是，使用Wioton Kinetics公司生产的1 2400测量设备，其中根据欧洲标准IEC-793-1-A2规定的测量程序将源自光源的 633nm处的光汇聚于纤维的芯层上。对应于图中所示拉制时间得到的纤维跨度长度中取出的两个横截面图像作为插入部分记录在图10的关系图中。从光纤离线结构测量中可以观察到工艺A生产的光纤具有2%-4%的局部空隙密度。预制棒的非均勻性以及环中空隙的随机特性可使在给定范围内产生波动。空隙平均直径为约1 士 0.9微米。在该局部空隙范围内，表观直径的变化主要与环厚度的变化相关。纤维中与较低表观直径值有关的部分中低密度环具有较大的厚度(左侧图)，而纤维中与较高表观直径值有关的部分中低密度环具有较小的厚度(右侧图)。 实施例2根据下述工艺，下文中称为工艺B，制备几个光纤预制棒。通过OVD方法将200 到300克石英烟灰沉积到掺杂GeA的石英玻璃棒中，其芯层的步进折射率分布A1等于约 0.31%，芯层包层直径比为约0.31。在固结炉1490°C的热区域中和100% N2 (体积比)的气氛下以100°C /min的升温速度通过向下驱动来烧结烟灰包层。然后通过相同的热区域在 100%队(体积比)的气氛下以50°C /min的升温速度将组装体第二次驱动。然后通过该热区域以/min的升温速度将组装体第三次驱动，随后以13°C /min的升温速度进行第四次向下驱动。然后通过该热区域以7。C /min的升温速度将组装体第五次驱动。然后通过该热区域以3. 5°C /min的升温速度将组装体进行第六次驱动。然后将预制棒在含氩气氛下的 1000°C的炉中放置M小时。大约7000克的石英烟灰随后沉积到预制棒上并在氦气气氛下以标准方式烧结。每个根据工艺B制造的预制棒置于装有如图4所示微结构控制系统的拉丝塔中。 使拉制纤维的纤维外径保持在125 士 1微米。图10是微结构光纤在拉制过程中测量的表观直径相对于时间的曲线图，所述微结构光纤通过拉制四个根据工艺B制造的预制棒制得并且编号为#1_#4。如实施例1所述的离线测量给出了通过拉制根据工艺B获得的预制棒而制得的纤维中的平均局部空隙密度在约8%至10%之间。空隙平均直径为约1 士0.9微米。图11中最上部曲线代表光纤#1，其表观直径值保持在110微米的值以上，并且稳定在约113微米至115微米的值的范围内。对于8-10%的局部空隙密度，观察到环厚度不大于约3微米(图顶部右侧的插入图像)。纤维#1的宏弯损耗可能大于约ldB，如果纤维用于FTTP应用时，该值是无法接受的。图11所示光纤#2的表观直径在拉制过程中在经历了初期相对大的值后，变为约 100微米。不局限于理论，初期宏弯损耗的高值可能是由于预制棒末端部分在固结工艺中的非均勻性。光纤#3和#4平均来讲表现直径小于光纤#2，光纤#4的值(最下部的曲线)是最低的。插入到图中底部右侧的小图像是纤维#4的截面图。平均环厚度为5-6微米(图中底部右侧的插入图像)。纤维#4的宏弯损耗不大于0. ldB。图12是两个范围局部空隙密度、即2-4%和8-10%下的表观直径4与环厚度关联的曲线图。通过取若干个跨度长度的光纤并形成每个跨度长度末端横截面的图像来测量环厚度，如实施例1所更详细描述的。图12中画出的椭圆用图像表明了对于给定局部空隙密度范围表观直径与环厚度的关系。图中用粗线画出了纤维的外径，其为125微米。申请人:已经认识到在标准外径为125微米并具有图8所示结构类型的光纤中，当表观直径dA在80微米和110微米之间，优选在85微米和105微米，更优选在90微米和100 微米之间时，可以获得改善的抗宏弯性能以及在大于1250纳米的波长下进行单模工作。需要强调表观直径(或Na)的测量非常易于实施并且获得迅速，无需系统使用对光纤横截面结构的冗长的离线分析。例如，参考图11，从在拉制工程中获得的表观直径可以知晓应当弃除纤维#2和#3的初始跨度长度以获得在几乎100%纤维长度上具有所需宏弯性能的最终产品。宏弯损耗通常与所谓的光纤MAC数相关，一般来说，这是因为MAC数的减少导致弯曲损耗的降低。图13的示意图记录了宏弯损耗与MAC数之间的关系，在图中分别对应于无空隙的标准单模光纤(实线)，具有局部空隙密度为2-4%的环并且环厚度为约10微米的微结构光纤(短划线)，相当于dA值为约115微米(图12)，以及具有局部空隙密度为8-10%的环并且环厚度为约4-5微米的微结构光纤(虚线)，相当于dA值为约95微米(图12)。纤维的MFD为8. 6士0. 4微米。特别是，对于dA不超过约95微米(虚线)、MAC数不超过约7. 2 的微结构纤维，可以获得不超过0. IdB的宏弯损耗。对于短划线所表示的纤维，低于0. IdB 的值需要MAC值低于6. 5，这是所不希望的。图14是在多个光纤中测得的宏弯损耗与MAC数的关系图，每个圆圈表示表观直径在为85-105微米范围内的一个光纤。直线是实验值的线性内插。纤维的MFD为8. 6士0.4 微米。线缆截止波长值范围为1150纳米至1300纳米。优选选择MAC数在6. 8和7. 5之间的纤维。小于约6. 8的MAC数意味着较大的截止波长，其在所考虑的工作波长范围内、例如 1550纳米或1310纳米无法确保单模传输。图15显示了多个光纤的宏弯损耗与表观直径的关系图，每个圆圈表示多个纤维中的一个纤维上的测量，其MAC数在7. 0至7. 5范围内，MFD中心在约8. 6微米处，λ。。小于1260纳米。直线是实验值的线性内插。对于不超过105微米的表观直径值，宏弯损耗小于0. 5dB。在一些实施方案中，选择表观直径值使得宏弯损耗小于约0. 2dB。小于80微米的表观直径值显示出良好的弯曲性能，然而其并不是优选的，这是因为这会使得更难以拉制光纤或难以通过干涉图分析控制纤维外径。此外，这些低表观直径值可能意味着相对大的截止波长值，这无法确保在1250-1260纳米以上的波长处进行单模工作。申请人:已经理解含空隙环状区域和芯层的径向距离会影响光学性能。对于具有如图8所示结构的微结构纤维，该径向距离主要由内包层的径向宽度决定。如前所述，表示从低密度环到芯层的径向距离的几何参数是芯层包层直径比。通常，较大的芯层包层比率值相应于较小的从环状区域到芯层外半径的径向距离。
申请人已经理解，尽管超过3. 6的芯层包层比率、例如等于0. 40-0. 43对于预制棒制造有利，其通常会产生较高的纤维产量，但是该相对高的芯层包层比率会使光纤更易受到光学活性杂质的影响，特别是因为预制棒烟灰中的吸水。已经观察到对于芯层包层比率为约0. 40或更大的微结构纤维，光传输在1380-1390纳米处显示出明显的OH峰，这会恶化纤维的光学性能，特别是由于传播光模衰减的增加。申请人:已经理解，一个将光纤的几何特征与某一些光学性能相关联的参数是环状区域的内径(ID)(参见例如图9)与MFD的比率。下文中称为ID/MFD。光模沿纤维的传播大部分限制在芯层的横截面区域，模态的衰减尾部在周围的包层中延伸。光模形状以及模态衰减尾部部分和贯穿深度除了取决于传播波长，还取决于芯层相对于包层的折射率(例如图9中的Δ》。通常，对于单模传输纤维，不超过大于 0.4-0.5%的A1值是有利的，因此在通讯中所考虑的工作波长处(例如1550纳米或1310 纳米)，基本光模态的衰减尾部通常在一定程度上贯穿围绕并邻近芯层的包层。申请人:已经理解，如果ID/MFD比率足够高，空隙的存在仅在存在弯曲时明显影响纤维的光学性能，因为基本光模主要仅沿纤维的弯曲部分贯穿含空隙区域。足够高的ID/ MFD值意味着含空隙环状区域距芯层的径向距离足够大使得基本光模可以沿着纤维的直线部分在基本不受干扰的情况下传输，反之其沿着纤维的弯曲部分被环状区域的空隙约束， 这是由于空隙导致折射率的下降。优选地，比率ID/MFD在2. 5和3. 2之间。在一些优选的实施方案中，比率ID/MFD 在2. 6和3. 0之间。优选地，芯层包层比在0. 30和0. 36之间。优选地，MFD在8微米和9微米之间，优选在8. 2微米和8. 8微米之间。图16是表观直径在85-105微米之间、MAC数在7. 0-7. 5之间的光纤(圆圈)的宏弯损耗与含孔隙环状区域内径与MFD的比值的关系图。实线是实验值的线性内插。需要注意的是，图16中记录的结果表示在ID/MFD值的大范围内，宏弯损耗基本与比率ID/MFD无关。因此有利的是，根据本发明一个方面的光纤具有基本不含与水相关衰减峰的光学传输特性，同时宏弯损耗明显小于ldB，例如小于约0. 5dB，优选小于0. 2dB。在一些优选的实施方案中，空隙的平均直径为1微米，最小直径为约0. 1微米，最大直径为约1.9微米。
权利要求
1.一种制造包括含空隙区域的微结构光纤的方法，所述光纤具有限定外径d的外表面，该方法包括如下步骤从加热的预制棒中沿纵向拉制出微结构光纤，其中光纤沿着纵向连续前进；将射线束导向在光纤的沿纵向的纵向位置处，从而产生干涉图；检测所述干涉图并产生相应于所述干涉图并包括多个信号条纹周期的至少一个电检测信号； 将第一检测信号送入第一计数电路；使用所述第一计数电路确定所述至少一个检测信号的所述多个信号波条纹周期中的干涉条纹增量的第一数量Na;确定所述光纤的所述外径d，以及在所述光纤前进过程中控制所述光纤的微结构，其中控制步骤包括至少一个选自以下的步骤(a)控制干涉条纹增量的所述第一数量Na处于干涉条纹增量的参考数量N/的参考数量范围内，所述参考数量N/小于干涉条纹增量的第二数量Nd，干涉条纹增量的所述第二数据Nd通过转换系数K与所述微结构光纤的所述外径d相关联，以及(b)将干涉条纹增量的所述第一数量Na乘以转换系数K计算微结构长度值dA，并控制所述微结构长度值dA的值处于参考微结构长度值d/的参考长度范围之内，所述参考微结构长度值小于所述微结构光纤的所述外径d。
2.如权利要求1的方法，在选自确定的干涉条纹增量的所述第一数量Na和确定的微结构长度值dA中的至少一个微结构参数不在相应参考范围内的情况下，进一步包括以下步骤改变选自下料速度、拉制速度、炉内气体流量以及炉温中的至少一个第一拉制参数使所述至少一个微结构参数处于所述相关参考范围内。
3.如权利要求2的方法，进一步包括以下步骤改变与所述第一拉制参数不同的、选自下料速度、拉制速度、炉内气体流量以及炉温中的至少一个第二拉制参数以保持所述外径为基本恒定的值。
4.如权利要求3的方法，进一步包括以下步骤改变与所述第一拉制参数和所述第二拉制参数不同的、选自下料速度、拉制速度、炉内气体流量以及炉温中的至少一个第三拉制参数以保持拉制张力为基本恒定的值。
5.如权利要求1的方法，在选自确定的干涉条纹增量的第一数量Na和确定的微结构长度值dA中的至少一个微结构参数不在沿所述光纤的长度部分的相应参考范围内的情况下， 进一步包标记所述长度部分的步骤。
6.如权利要求5的方法，进一步包括将前进的光纤按照线圈间距缠绕在支撑体上的步骤，其中通过改变相应于所述光纤的所述长度部分的线圈间距来进行标记的步骤。
7.如前述任意一项权利要求的方法，在检测干涉图步骤之后和送入至少一个检测信号步骤之前，进一步包括将所述至少一个检测信号分离为第一和第二信号的步骤，其中通过将所述第一信号送入所述第一计数电路来执行送入至少一个检测信号的步骤，并且其中确定所述光纤的所述外径d的步骤包括以下步骤电过滤所述第二信号从而从所述第二信号中去除与所述含空隙区域相关的信号成分，并产生具有基本上不受干扰的多个干涉条纹周期的过滤信号；将所述过滤信号送入第二计数电路；使用所述第二计数电路确定所述过滤信号的多个信号波条纹周期中的干涉条纹增量的第二数量Nd，并将干涉条纹增量的所述第二数量Nd乘以所述转换系数K计算所述外径d 的值。
8.如权利要求1-6任意一项的方法，其中所述至少一个检测信号至少为第一和第二信号，通过将所述第一信号送入所述第一计数电路来进行送入至少一个检测信号的步骤，并且其中确定所述光纤的所述外径d的步骤包括以下步骤电过滤所述第二信号从而从所述第二信号中去除与所述含空隙区域相关的信号成分， 并产生具有基本不受干扰的多个干涉条纹周期的过滤信号；将所述过滤信号送入第二计数电路；使用所述第二计数电路确定所述过滤信号的多个信号波条纹周期中的干涉条纹增量的第二数量Nd，并将干涉条纹增量的所述第二数量Nd乘以所述转换系数K计算所述外径d 的值。
9.如权利要求7或8的方法，其中电过滤所述第二信号的步骤包括去除干涉图频谱中频率小于与所述微结构光纤的所述外径d相关的基频(fD)的信号成分的步骤。
10.如权利要求9的方法，其中使用_3dB截止频率为所述基频的80%-90%的高通电滤波器进行电过滤的步骤。
11.如权利要求9的方法，其中使用带通电滤波器进行电过滤的步骤，该滤波器的通带具有在低频边缘上的_3dB位置，通带的正斜率为所述基频的80% -90%。
12.如前述任意一项权利要求的方法，其中所述参考数量和所述参考微结构长度值分别为干涉条纹增量所述第二数量Nd和所述外径d的0. 6-0. 9倍。
13.如权利要求1-10任意一项的方法，其中所述参考数量和所述参考微结构长度值分别为干涉条纹增量的所述第二数量Nd和所述外径d的0. 64-0. 84倍。
14.如前述任意一项权利要求的方法，其中所述微结构光纤包括芯层区域和围绕所述芯层区域的外包层区域，其中所述含空隙区域为包含在所述外包层区域内的环状区域。
15.如前述任意一项权利要求的方法，其中所述干涉图是由从所述微结构光纤的所述外表面反射的射线和由所述光纤折射的射线之间的干扰产生的远场散射图。
16.一种控制包括含空隙区域的微结构光纤的方法，所述光纤具有限定外径d并沿纵向延伸的外表面，该方法包括如下步骤将射线束导向在所述光纤的纵向位置处，从而产生干涉图；检测所述干涉图并产生相应于所述干涉图并包括多个信号条纹周期的至少一个电检测信号；将所述至少一个检测信号送入计数电路；使用所述计数电路确定所述至少一个检测信号的多个信号波条纹周期中的干涉条纹增量的第一数量Na，并且控制所述光纤的微结构，其中控制步骤包括至少一个选自以下的步骤(a)控制干涉条纹增量的所述第一数量Na处于干涉条纹增量的参考数量N/的参考数量范围内，所述参考数量小于干涉条纹增量的第二数量Nd，干涉条纹增量的所述第二增量Nd通过转换系数K与所述微结构光纤的所述外径d相关联，以及(b)将干涉条纹增量的所述第一数量Na乘以转换系数K计算微结构长度值dA，并控制所述微结构长度值dA的值处于参考微结构长度值d/的参考长度范围之内，所述参考微结构长度值小于所述微结构光纤的所述外径d。
17.—种控制沿纵向延伸的微结构光纤的微结构控制系统，所述微结构光纤具有限定外径d的外表面并包括含空隙区域，所述控制系统包括光源，用于产生要导向所述微结构光纤的纵向位置上的射线束，从而形成干涉图；至少一个检测器，用于检测所述干涉图并产生与所述干涉图相应的第一和第二电检测信号，第一和第二检测信号中的每一个包括多个信号条纹周期；第一计数电路，用于接收所述第一检测信号，所述第一计数电路适于确定所述第一检测信号的多个信号波条纹周期中的干涉条纹增量第一数量Na ；电滤波器，用于过滤所述第二检测信号，并适于从所述第二检测信号中去除与所述含空隙区域相关的信号成分并产生具有基本未受干扰的多个干涉条纹周期的过滤信号；第二计数电路，用于接收所述过滤信号，所述第二计数电路适于确定所述过滤信号的多个信号波条纹周期中的干涉条纹增量的第二数量ND，所述第二数量与所述微结构光纤的所述外径d相关。
18.如权利要求17的系统，进一步包括控制单元，其适于接收干涉条纹增量的第一和第二数量并控制干涉条纹增量的所述第一数量Na处于与所述光纤的微结构相关的干涉条纹增量的参考数量N/的参考数量范围内，所述参考数量N/小于干涉条纹增量的所述第二数量Nd。
19.如权利要求17的系统，进一步包括控制单元，其适于接收干涉条纹增量的第一和第二数量并控制通过将干涉条纹增量的所述第一数量Na乘以转换系数K获得的微结构长度值dA处于参考微结构长度值d/的参考长度范围内，所述参考值小于通过将干涉条纹增量的所述第二数量Nd乘以所述转换系数K获得的所述微结构光纤的所述外径d。
20.如权利要求17-19任意一项的系统，其中所述至少一个检测器包括不超过一个检测器，并进一步包括在所述检测器下游布置的用于将从所述检测器输出的信号分离为所述第一和第二信号的分离器。
21.如权利要求17-20任意一项的系统，其中所述电滤波器是高通电滤波器，其-3dB截止频率为基频的80% -90%。
22.如权利要求17-20任意一项的系统，其中所述电滤波器是带通电滤波器，其通带具有在低频边缘上的_3dB位置，所述通带的正斜率为基频的80% -90%。
全文摘要
本发明涉及一种包括含空隙区域的微结构纤维的制造工艺，该工艺包括如下步骤从加热的预制棒中沿纵向拉制出微结构光纤，其中光纤沿着纵向连续前进；将射线束导向在光纤纵向上的纵向位置上，从而产生干涉图；检测干涉图并产生至少一个相应于干涉图并包括多个信号条纹周期的电检测信号；将第一检测信号送入第一计数电路；使用第一计数电路确定至少一个检测信号的多个信号波条纹周期中的第一干涉条纹增量的数量NA；确定光纤的外径d，以及在光纤前进过程中控制光纤的微结构，其中控制步骤包括至少一个以下步骤(a)控制第一干涉条纹增量的数量NA处于干涉条纹增量的参考数量NAt的参考数量范围内，参考数量NAt小于第二干涉条纹增量的数量ND，其通过转换系数K与微结构光纤的外径d相关联，以及(b)将第一干涉条纹增量的数量NA乘以转换系数K计算微结构长度值dA，并控制微结构长度值dA处于参考微结构长度值dAt的参考范围之内，参考微结构长度值小于微结构光纤的外径d。
文档编号C03B37/03GK102159510SQ200880131197
公开日2011年8月17日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者A·克拉罗, A·埃迪哥拉特, A·法劳迪, F·科基尼, F·迪马泰奥, P·鲁索 申请人:普睿司曼股份公司