具有非圆形纤芯的光导体的预成型件的制作方法
【专利说明】具有非圆形纤芯的光导体的预成型件
【背景技术】
[0001] 光导体在下面同样都指的是光导纤维和光导棒。在这类光导体中使用非圆形纤 芯，以便例如改进模式混合。这可被用于使光束轮廓（Strahlprofil)均匀化，或者也用于 提高栗浦光进入有源激光纤维的耦合效率。不过使用非圆形的纤芯形状，也随之带来了一 些不足。这些不足主要由模式混合造成。这就导致，主要在纤芯的边缘区域内传导的确定 的模式组具有提高的衰减。当芯棒的角倒圆（Eckenverrundung)最小时，这种效果尤其强 烈地出现。此外，除了提高的衰减以外，随之而来的还有数值孔径的下降。概念"数值孔径" 在下面被缩写为NA。
[0002] 在许多应用中非常重要的是，达到一个确定的NA。光导体的NA的大小原则上可通 过纤芯区域与包层区域之间的折射率差来调节。对于圆形纤芯而言能够由该折射率差确定 光导体的NA。如果例如使用非掺杂的芯材并且包层区域掺杂有氟，就可由所需要的折射率 差来计算包层区域内所必需的氟浓度，并且在制造预成型件时加以调节。
[0003] 然而在非圆形纤芯几何形状的情况下，这种简单的做法基于开头所述的由于模式 混合的额外损耗而无法成功。
[0004] 由现有技术已知各种用于制造非圆形纤芯的方法。
[0005] 在US4,859,223中说明了一种方法，在该方法中，首先制造纤芯区域，并且然后 通过机械方式剥蚀外面的部分，以便制成非圆形的纤芯。接着，施加包层区域，并且使预成 型件变型为纤维。由此就在获得特定模式的偏振方面达到所期望的特性。
[0006]US5, 566, 267说明了一种用于制造具有与激光源相匹配的纵横比的纤维的方法， 以便达到特别高的耦合效率。另外，也实现了提高的功率密度。在所使用的等离子沉积法 中说明了，优选在长的边缘上而绝不在角区域上进行沉积。
[0007]DE10 2009 004 756Al说明了这样一种方法，在其中以套管围绕矩形芯棒。由此 降低热负荷并且获得更好的棱角性。
[0008] 在DE10 2013 202 589Al中说明了一种用于制造具有非圆形纤芯的预成型件的 方法，在其中借助热沉积来施加包层区域。在此，角区域由此变成圆形，从而在一个另外的 流程步骤中需要重新机械改直。
[0009]US8, 655, 130说明了一种用于制造具有非圆形纤芯和非常小角倒圆的预成型件 的方法。在该处通过使用基于等离子的改进的内沉积来实现。由此能够制造具有非常好棱 角性的纤维。但由于非常好的棱角性，一定部分的光能从纤芯中耦出，从而由此造成提高的 衰减。
[0010] 在WO14023799Al中说明了一种方法，在该方法中，包层区域内尽可能均匀的掺 杂浓度通过如下方式实现，即：在第一种沉积条件下，沉积第一包层，以用于填上棱角之间 的凹陷区域。然后，预成型件在周围被磨削，并且准备好进行第二包层的沉积。然后，在沉 积条件下施加该第二包层，该第二包层可以、但并非必须与第一包层相同。要力求第二包层 内的掺杂浓度与第一包层内的掺杂浓度相同。
[0011] 不过在所有这些制造方法中，都还存在如下问题，即，确定用于制造光导体的预成 型件在各个子层内的掺杂浓度方面由于稍后在光导体内在纤芯的几何条件下所出现的光 学效应、尤其是模式混合而通常不能确保光导体所需要的数值孔径。
【发明内容】
[0012] 因此，本发明的目的在于，这样来制造一种具有非圆形纤芯的光导体的预成型件， 使得由此能够达到确保由所述预成型件制成的光导体的预定的NA，并且还给出一种相应的 制造方法。另外还存在如下目的，即，给出一种用于光导体的预成型件，利用所述预成型件 实现在制成的光导体内精确调节所需要的NA。
[0013] 上述目的利用一种具有权利要求1所述的特征的、用于制成光导体制造用的预成 型件的方法以及利用一种具有权利要求12所述特征的用于光导体的预成型件得以实现， 所述预成型件包括具有非圆形几何形状的纤芯和至少一个包层。各项从属权利要求包含了 所述方法或者要求保护的预成型件的符合目的或者有利的实施方案。
[0014] 在所述用于制成光导体制造用的预成型件的方法中，所述预成型件包括包层区域 和具有非圆形、尤其是多边形横截面的预成型纤芯，预定数值孔径（NA)的值，要制造的光 导体必须具有所述数值孔径的值。
[0015] 所述方法包含以下方法步骤：
[0016] 首先，由所预定的数值孔径来确定用于要制造的光导体的包层区域的有效掺杂浓 度。
[0017] 在第二方法步骤中，对标称掺杂浓度加以调节，以制造包层区域。在此，由有效掺 杂浓度根据描述光导体纤维结构的参数来确定标称掺杂浓度。这些参数包括光导体的所设 定的纤芯几何形状和/或要制造的光导体的纤维结构的机械参数。
[0018] 在第三方法步骤中，制造具有预成型件的横截面的所设定的几何形状的预成型纤 芯。接着，以具有标称掺杂浓度的包层区域进行预成型纤芯的包覆。
[0019] 在第一实施形式中，所述标称掺杂浓度相对于有效掺杂浓度提高，其中，为了确定 有效掺杂浓度提高至标称掺杂浓度的程度，对描述非圆形横截面的角倒圆V的参数进行分 析。
[0020] 已经证明的是，特别是角倒圆的参数对于光导体的数值孔径并因此对于相应所需 要的标称掺杂浓度具有明显的影响。
[0021] 在另一种实施形式中，所述标称掺杂浓度相比于有效掺杂浓度得到提高，附加于 角倒圆V的参数以外，掺杂浓度的提高还由角数量N以及参数C和S来确定，这些参数描述 所设置的涂层（参数C)和隔离层（参数S)的影响。由此可进行标称掺杂浓度的进一步的 精细适配。
[0022] 在所述方法的一种符合目的的实施方式中，所述隔离层的影响的参数S由要制造 的光导体的隔离层材料的热膨胀系数CTEs和覆层的热膨胀系数CET^来确定。
[0023] 在所述方法的一种实施方式中，角倒圆的参数V由三个描述性的特性参数得出， 即，非圆形纤芯的内接非圆形横截面的外直径Ad、在非圆形横截面中内接的内直径Id和角 数N。
[0024] 在所述方法的一种实施方式中，在制造预成型件时，将具有适配于预成型纤芯的 横截面几何形状的包层横截面的包层区域这样施加到非圆形的预成型纤芯上，使得在预成 型件在整个横截面上的纤芯-包层比是恒定的。
[0025] 由此考虑到，光导体的数值孔径在并非不重要的程度上由所谓的纤芯-包层比确 定。在预成型件的整个横截面上到处恒定的纤芯-包层比意味着，预成型件的包层区域也 具有如下的横截面，所述横截面与预成型件的纤芯的横截面至少是相似的。这尤其是意味 着，所述包层区域的横截面同样是非圆形的。
[0026] 在所述方法的另一种实施形式中，所述预成型纤芯以所需要的横截面几何形状制 成，其中，紧接着进行具有标称掺杂浓度的套管的皱缩（Aufkollabieren)。由此可非常简单 地实现在预成型件横截面上的所提到的恒定的纤芯-包层比。