專利名稱：塑料光纖、塑料光纖預制棒以及用于制造預制棒的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過拉制光纖預制棒而制造的光纖，更具體地，涉及一種能夠容易地調整折射率分布的塑料光纖、一種塑料光纖預制棒以及一種用于制造該預制棒的方法。
背景技術：
可以將用于通信的光纖分為單模光纖和多模光纖。大多數用于長距離和高速通信的光纖是使用石英玻璃作為基礎材料的階躍折射率單模光纖。玻璃光纖的直徑大約是125微米，且包括纖芯，典型地，光信號的傳輸區域直徑只有8到10微米。由于其尺寸的原因，對準并連接玻璃光纖是非常困難而昂貴的。
相比而言，可以將纖芯直徑大于單模光纖的多模玻璃光纖用于諸如局域網(以下稱為LAN)之類的短距離通信。但是，制造多模玻璃光纖的成本較高且多模玻璃光纖易碎。同樣地，沒有廣泛使用多模玻璃光纖。相反，諸如雙絞線或同軸電纜之類的金屬線路被頻繁用于范圍在200米之內的短距離通信中。但是，由于金屬線路具有150Mbps的最大信息傳輸速度或傳輸帶寬，因此不能滿足近來的異步傳送模式(ATM)標準，該標準需要625Mbps的傳輸速度。
因此，焦點轉移到可以用于諸如LAN之類短距離通信的、由高分子制成的光纖上。例如，塑料光纖的直徑是0.5到1.0毫米，寬于玻璃光纖，因此其對準和連接容易。此外，由高分子通過擠壓模塑工藝制成塑料連接器，并且可以采用傳統的對準和連接方法。因此，可以預見塑料光纖能夠大量地減少制造成本。
同時，塑料光纖具有其中折射率沿半徑方向以階躍的形式變化的階躍折射率(以下稱為SI)結構和其中折射率沿著半徑方向逐漸變化的漸變折射率(以下稱為GI)結構。由于具有SI結構的塑料光纖具有較大的模式離散，因此信號不能具有比金屬線路快的傳輸速度。但是，由于較小的模式離散效應，具有GI結構的高分子光纖具有較高的信息傳輸速度，并且可以減少制造成本。因此，這種高分子光纖非常適用于短距離且高速的通信介質。
圖1a和1b分別示出了具有普通GI結構的傳統光纖和示出了光纖中折射率變化的曲線圖。該光纖10包括纖芯11以及圍繞纖芯11的包層12(見圖1a)，并且沿著方向“a”的折射率分布與沿著方向“b”的折射率分布相同(見圖1b)。如圖所示，該分布在距光纖中心距離相等的位置具有相同的折射率，而與圓周的位置無關。
可以將涉及具有GI結構的傳統塑料光纖的制造工藝分為以下兩種類型。
在第一種工藝中，將單體原料或高分子注入用于制造光纖預制棒的旋轉管子或反應器中，并進行聚合，同時形成包層，該包層沿著從管子或反應器的壁面的中心方向具有恒定的折射率。按照相同的方式，將具有與包層不同折射率的纖芯材料放入管子或反應器中，由此獲得了具有不同折射率分布的塑料光纖，其中從其外圍到纖芯中心折射率逐漸增大或減小。
在第二種涉及連續擠壓的工藝中，將具有不變折射率的、將會成為包層的材料以及具有與包層不同折射率的、將會成為纖芯的材料連續的提供給管子或反應器，從而在擠壓期間，在纖芯和包層的界面區域會產生擴散，由此實現了折射率的逐漸變化。
但是，在聚合工藝中，選擇性地調整用于所述分布的折射率分布并且實現連續增大或減小的折射率分布并不容易。此外，在實際的擠壓期間，難以在短時間內引起逐漸改變折射率的擴散。因此，難以制造其中從包層到纖芯，折射率的分布連續增大或減小的光纖。
發明內容
因此，本發明是為了解決現有技術中存在的上述問題做出的，并且通過提供一種能夠調整有效折射率分布的塑料光纖、塑料光纖預制棒及制造該預制棒的方法，提供了附加的優點。
在一個實施例中，提供了一種塑料光纖預制棒，包括具有一個或多個孔的基材，以及一種或多種用于折射率調整的材料，將所述材料填充在所述孔中，并且所述材料由具有與構成基材的材料的折射率不同折射率的材料制成，其中通過形成在基材中的孔的排列類型、分布和數目以及所述材料的折射率來調整光纖預制棒的折射率分布。
優選地，將用于折射率調整的材料插入所述孔中。
更優選地，所述塑料光纖預制棒具有橫截平面，每一個平面包括塑料光纖預制棒的中心軸，所述平面具有彼此不同的折射率分布。
在另一個實施例中，提供了一種用于制造塑料光纖預制棒的方法，包括以下步驟a)形成具有一個或多個孔和恒定折射率的包層基材；b)利用用于折射率調整的、具有與所述包層基材不同折射率的材料并將所述材料插入所述孔中，形成光波導；c)將用于折射率調整的所述材料插入包層基材中；以及d)去除包層基材和用于折射率調整的材料之間的縫隙，其中通過形成在包層基材中的孔的排列類型、分布和數目以及所述材料的折射率來調整光纖預制棒的折射率分布。
優選地，包層基材是由一種或多種單體聚合的、具有恒定折射率的基礎高分子件。
結合附圖，下面的詳細說明會使本發明的上述特點及優點更加顯而易見，其中圖1a是示出了傳統塑料光纖結構的橫截面圖；圖1b是示出了圖1a中的折射率變化的曲線圖；圖2是示出了根據本發明實施例的塑料光纖預制棒的結構的橫截向圖；圖3是示出了沿圖2中的方向“a”的折射率變化的曲線圖；圖4是示出了沿圖2中的方向“d”的折射率變化的曲線圖；圖5是示出了根據本發明另一個實施例的塑料光纖預制棒的結構的橫截面圖；圖6是示出了沿圖5中的方向“a”的折射率變化的曲線圖；以及圖7是示出了沿圖5中的方向“d”的折射率變化的曲線圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖，對根據本發明的優選實施例進行說明。將相同的參考數字用于表示與其它附圖中的元件相同的元件。出于清楚和簡化的目的，當可能會使本發明的主題不清楚時，省略對這里所采用的已知功能和結構的詳細說明。
圖2是示出了根據本發明實施例的塑料光纖預制棒的結構的橫截面圖。
根據本發明實施例的塑料光纖預制棒100包括一個或多個獨立的孔111，這些孔具有圓形或多邊形形狀；由一種或多種單體聚合的、具有恒定折射率的基礎高分子件110；以及具有與基礎高分子件110不同折射率的一個或多個高分子件120，將高分子件120填充到用于實現折射率調整的孔111中。
根據本發明的技術，每一個孔111均限定了傳導光的纖芯部分，并且能夠不同地調整孔111的分布類型、分布以及數目，以便實現所需的有效折射率分布。
被定型為類似桿狀的每一個高分子件120具有與形成包層的基礎高分子件110不同的折射率，并將其插入并填充于在基礎高分子件110中形成的孔111中。這里，通過改變每一種高分子件120的折射率，可以選擇性地調整塑料光纖預制棒的折射率。例如，高分子件120的折射率可以沿著從預制棒100的中心到外圍的方向逐漸地減小，或沿著從預制棒100的中心到外圍的方向逐漸地增大，或沿著從預制棒100的中心到外圍的方向逐漸地減小然后逐漸地增大，或沿著從預制棒100的中心到外圍的方向逐漸地增大然后逐漸地減小。
圖3是示出了沿圖2中的方向“a”的折射率變化的曲線圖，而圖4是示出了沿圖2中的方向“d”的折射率變化的曲線圖。在圖3和4中，參考標記“X”表示預制棒的半徑，參考標記“c”表示預制棒的中心，參考標記“r”表示到預制棒中心的距離，以及參考標記“Δn”表示折射率的變化。
如圖3和4所示，沿著方向“a”的折射率分布與沿著方向“b”的折射率分布不等同。折射率根據形成于基礎高分子件110中的孔以及插入所述孔中的高分子件120的折射率來變化。
圖5是示出了根據本發明另一個實施例的塑料光纖預制棒的結構的橫截面圖。圖6是示出了沿圖5中的方向“a”的折射率變化的曲線圖，以及圖7是示出了沿圖5中的方向“d”的折射率變化的曲線圖。
參考圖5，與圖2所示的實施例相似，塑料光纖預制棒200包括一個或多個獨立的孔211，這些孔具有圓形或多邊形形狀；具有恒定折射率的基礎高分子件210；以及具有與基礎高分子件210不同折射率的一個或多個高分子件220，將高分子件220填充到具有桿狀形狀的、用于實現折射率調整的孔111中。
如圖6和7所示，孔211的分布沿著遠離預制棒200的中心“c”的方向漸進減小，且所插入的用于折射率調整的高分子件220具有彼此不同的折射率。在圖2的前一實施例中，孔111具有與到預制棒100的中心距離無關的恒定分布，并且高分子件的折射率彼此不同。
現在，將對具有根據本發明結構的塑料光纖預制棒200的制造方法進行說明。
首先，通過聚合反應器和成型工藝來形成用于折射率調整的每一個基礎高分子件和每一個高分子件。在所述基礎高分子件中形成具有圓形或多邊形形狀的孔，從而能夠傳導光從其中通過，如參考圖2-7所解釋的按壓，調整孔的分布和分布類型，從而實現有效折射率的預定分布。按照使其能夠插入每一個形成于基礎高分子件中的、具有圓形或多邊形形狀的孔中的方式形成用于折射率調整的高分子件。此外，用于折射率調整的高分子件具有與基礎高分子件不同的折射率。注意，用于折射率調整的高分子件可以具有彼此不同的折射率。
這里，表1示出了合適的高分子材料及其折射率，表2示出了用于折射率調整的合適材料及其折射率。注意，表1和表2所示的這些材料是出于示例性的目的；因此，它們并不傾向于對本發明的范圍進行限制。
表1可用的高分子材料及折射率
表2折射率調整的可用材料(摻雜物)
接下來，將用于折射率調整的高分子件插入基礎高分子件中，并且通過過套工藝(over-jacketing)(OJ)或拉制工藝，去除基礎高分子件和用于折射率調整的高分子件之間可能出現的縫隙。
在如上所述的本發明中，根據形成在用于形成包層的基礎高分子件中的孔的分布類型、分布和數目以及用于折射率調整的高分子件的折射率，能夠調整有效折射率。此外，根據本發明，與現有技術相比，能夠容易地制造具有較高傳輸特性(即，光損耗和光非線性效應非常低)的光纖，并且能夠實現具有多種光特性的光纖。
盡管參考特定的優選實施例示出并說明了本發明，但本領域的技術人員可以理解，在不脫離由所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍的前提下，可以進行多種形式和細節上的修改。
權利要求
1.一種塑料光纖預制棒，包括具有一個或多個孔的基材；以及設置在所述孔中的一種或多種用于折射率調整的材料，所述材料具有與基材不同的折射率，其中，通過設置形成在基材中的孔的數目的不同排列和分布以及通過改變用于折射率調整的所述材料的折射率來選擇性地調整所述光纖預制棒的折射率分布。
2.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料是桿形。
3.根據權利要求2所述的預制棒，其特征在于每一個桿具有圓形或多邊形的橫截面。
4.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地減小。
5.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地增大。
6.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地減小，然后逐漸地增大。
7.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地增大，然后逐漸地減小。
8.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述基材是由一種或多種單體聚合成的、具有恒定折射率的基礎高分子件。
9.根據權利要求1所述的預制棒，其特征在于所述基材是圓柱形。
10.一種塑料光纖預制棒，包括具有一個或多個孔的基材；以及一種或多種用于折射率調整的材料，將所述材料填充到基材的部分或所有孔中，所述材料具有與基材不同的折射率，其中，通過操縱形成于基材中的孔的數目的排列和分布以及改變用于折射率調整的所述材料的折射率，來選擇性地調整所述光纖預制棒的折射率分布。
11.根據權利要求10所述的預制棒，其特征在于所述塑料光纖預制棒具有橫截的平面，每一個平面包括塑料光纖預制棒的中心軸，從而沿著中心軸的折射率分布彼此不同。
12.根據權利要求10所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料是桿形。
13.根據權利要求10所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地減小。
14.根據權利要求10所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地增大。
15.根據權利要求10所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地減小，然后逐漸地增大。
16.根據權利要求11所述的預制棒，其特征在于所述用于折射率調整的材料的折射率沿著遠離所述光纖預制棒中心的方向逐漸地增大，然后逐漸地減小。
17.一種用于制造塑料光纖預制棒的方法，所述方法包括以下步驟a)形成具有一個或多個孔的包層基材，所述包層基材具有恒定的折射率；b)利用用于折射率調整的材料在孔中形成光波導，所述用于折射率調整的具有與所述包層基材不同的折射率；以及c)去除包層基材和用于折射率調整的材料之間的縫隙。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于還包括步驟通過選擇性地調整形成在所述包層基材中的孔的數目的排列和分布以及改變用于折射率調整的所述材料的折射率，操縱所述光纖預制棒的折射率的分布。
19.根據權利要求17所述的方法，其特征在于所述包層基材是由一種或多種單體聚合成的、具有恒定折射率的基礎高分子件。
20.根據權利要求17所述的方法，其特征在于所述用于折射率調整的材料是桿形。
21.根據權利要求17所述的方法，其特征在于通過過套工藝(OJ)或拉制工藝去除所述縫隙。
全文摘要
本發明提供了一種能夠容易地調整其折射率分布的塑料光纖以及一種制造塑料光纖預制棒的方法。所述塑料光纖預制棒包括具有一個或多個孔的基材，以及設置在所述孔中的一種或多種用于折射率調整的材料。通過調整形成在基材中的孔的排列類型、分布和數目以及用于折射率調整的材料的折射率來控制所述光纖預制棒的折射率分布。
文檔編號G02B6/02GK1621870SQ200410045728
公開日2005年6月1日 申請日期2004年5月24日 優先權日2003年11月27日
發明者吳成國, 李載昊, 李丞熙 申請人:三星電子株式會社