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EP-3766849-B1 - METHOD FOR PRODUCING A HOLLOW CORE FIBRE AND FOR PRODUCING A PREFORM FOR A HOLLOW CORE FIBRE

EP3766849B1EP 3766849 B1EP3766849 B1EP 3766849B1EP-3766849-B1

Inventors

  • ROSENBERGER, Manuel
  • TROMMER, MARTIN
  • WEIMANN, Steffen
  • HÜNERMANN, Michael
  • SCHUSTER, KAY

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20190717

Claims (14)

  1. A method for producing an anti-resonant hollow-core fiber which comprises a hollow core that extends along a fiber longitudinal axis and an inner casing region that surrounds the hollow core and comprises a plurality of anti-resonance elements, comprising the method steps of: (a) providing a cladding tube (1) which comprises a cladding tube inner bore and a cladding tube longitudinal axis along which a cladding tube wall (2) delimited by an inner face and an outer face extends, (b) providing a number of tubular anti-resonance element preforms (4), (c) arranging the anti-resonance element preforms (4) at target positions on the inner face of the cladding tube wall (2) to form a primary preform (3), which comprises a hollow core region and an inner casing region, wherein the primary preform (3) has an outer diameter in the range of 20 to 70 mm, (d) further processing the primary preform (3) to form a secondary preform, which has an outer diameter in the range of 20 to 70 mm and from which the hollow core fiber is drawn, wherein the further processing comprises elongation and performing the following hot-forming process a single time: collapsing additional casing material in the form of an overlay cylinder made of quartz glass and simultaneous elongation, and (e) drawing the secondary preform to form the hollow-core fiber.
  2. The method according to claim 1, characterized in that during elongation, a temperature-controlled heating element is used, the target temperature of which is kept to an accuracy of +/- 0.1°C.
  3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that during elongation, the primary preform (3) is continuously fed to a heating zone, with a feed rate being set such that a throughput of at least 0.8 g/min, preferably a throughput in the range of 0.8 g/min to 85 g/min, and particularly preferably a throughput in the range of 3.3 g/min to 85 g/min, and an average residence time in the heating zone of less than 25 min, preferably an average residence time in the range of 5 to 25 min, is achieved.
  4. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the drawdown ratio during elongation is set to a value in the range of 1.05 to 10, preferably to a value in the range of 1.05 to 5.
  5. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the arrangement of the anti-resonance element preforms (4) and/or the elongation of the primary preform (3) and/or the drawing of the hollow-core fiber comprises a fixing measure and/or a sealing measure using a sealing or bonding compound (5) containing amorphous SiO 2 particles.
  6. The method according to claim 5, characterized in that during elongation of the primary preform (3) and/or during drawing of the hollow-core fibers, open ends of the anti-resonance element preforms (4) and/or individual structural elements (4a; 4b) of the anti-resonance element preforms (4) and/or any annular gap between tubular elements are sealed by means of the sealing or bonding compound (5).
  7. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the cladding tube inner face and/or the cladding tube outer face and/or the inner face of the ARE outer tube and/or the outer face of the ARE outer tube is produced by machining, in particular by drilling, milling, grinding, honing and/or polishing.
  8. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the cladding tube inner face is provided, by machining in the region of the target positions, with a longitudinal structure that extends in the direction of the cladding tube longitudinal axis.
  9. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the upper endface ends of the structural elements are positioned at the target position by means of a positioning template.
  10. The method according to claim 9, characterized in that the positioning template is inserted in the region of one cladding tube end face, preferably in the region of both cladding tube end faces.
  11. The method according to any of the preceding claims, characterized in that during elongation of the primary preform (3) according to method step (d) and/or during drawing of the hollow-core fiber according to method step (e), a plurality of components of the preform (3) made of quartz glass are heated and softened together, the quartz glass of at least some of the preform components containing at least one dopant which lowers the viscosity of quartz glass.
  12. The method according to claim 11, characterized in that additional casing material is collapsed according to method step (d), and in that the quartz glass of the cladding tube (1) at a measuring temperature of 1250°C has a viscosity which is at least 0.5 dPa·s higher, preferably a viscosity which is at least 0.6 dPa·s higher, than the quartz glass of the additionally applied casing material (when the viscosity is given as a logarithmic value in dPa· s).
  13. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the provision of the primary preform (3) comprises arranging the anti-resonance element preforms (4) at target positions on the inner face of the cladding tube wall (2), the arrangement of the anti-resonance element preforms (4) and/or the drawing of the hollow-core fiber according to method step (d) comprising a fixing measure and/or a sealing measure using a sealing or bonding compound (5) containing amorphous SiO 2 particles.
  14. A method for producing a preform for an anti-resonant hollow-core fiber which comprises a hollow core that extends along a fiber longitudinal axis and an inner casing region that surrounds the hollow core and comprises a plurality of anti-resonance elements, comprising the method steps of: (a) providing a cladding tube (1) which comprises a cladding tube inner bore and a cladding tube longitudinal axis along which a cladding tube wall (2) delimited by an inner face and an outer face extends, (b) providing a number of tubular anti-resonance element preforms (4), (c) arranging the anti-resonance element preforms (4) at target positions on the inner face of the cladding tube wall (2) to form a primary preform (3), which comprises a hollow core region and an inner casing region, wherein the primary preform (3) has an outer diameter in the range of 20 to 70 mm, and (d) further processing the primary preform (3) to form a secondary preform for the hollow-core fiber, wherein the secondary preform has an outer diameter in the range of 20 to 70 mm, wherein the further processing comprises elongation and performing the following hot-forming process a single time: collapsing additional casing material in the form of an overlay cylinder made of quartz glass and simultaneous elongation.

Description

Technischer Hintergrund Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Antiresonanten Hohlkernfaser, die einen sich entlang einer Faser-Längsachse erstreckenden Hohlkern und einen den Hohlkern umgebenden Mantelbereich, der eine Anzahl von Antiresonanzelementen umfasst, mit den Verfahrensschritten: (a) Bereitstellen eines Hüllrohres, das eine Hüllrohr-Innenbohrung und eine Hüllrohr-Längsachse aufweist, entlang der sich eine von einer Innenseite und einer Außenseite begrenzte Hüllrohr-Wandung erstreckt,(b) Bereitstellen einer Anzahl von rohrförmigen Antiresonanzelement-Vorformlingen,(c) Anordnen der Antiresonanzelement-Vorformlinge an Soll-Positionen der Innenseite der Hüllrohr-Wandung unter Bildung einer primären Vorform, die einen hohlen Kernbereich und einen inneren Mantelbereich aufweist,(d) Weiterverarbeitung der primären Vorform zu einer sekundären Vorform, aus der die Hohlkernfaser gezogen wird, wobei die Weiterverarbeitung ein Elongieren und eine einmalige Durchführung von dem folgenden Heißformprozess umfasst: Aufkollabieren von zusätzlichem Mantelmaterial in Form eines Überfangzylinders aus Quarzglas und gleichzeitiges Elongieren, und(e) Ziehen der sekundären Vorform zu der Hohlkernfaser, wobei beim Elongieren eine primäre Vorform eingesetzt wird, die einen Außendurchmesser im Bereich von 20 bis 70 mm aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine Antiresonante Hohlkernfaser, die einen sich entlang einer Faser-Längsachse erstreckenden Hohlkern und den Hohlkern umgebenden Mantelbereich aufweist, der mehrere Antiresonanzelemente umfasst, mit den Verfahrensschritten: (a) Bereitstellen eines Hüllrohres, das eine Hüllrohr-Innenbohrung und eine Hüllrohr-Längsachse aufweist, entlang der sich eine von einer Innenseite und einer Außenseite begrenzte Hüllrohr-Wandung erstreckt,(b) Bereitstellen einer Anzahl von rohrförmigen Antiresonanzelement-Vorformlingen,(c) Anordnen der Antiresonanzelement-Vorformlinge an Soll-Positionen der Innenseite der Hüllrohr-Wandung unter Bildung einer primären Vorform, die einen hohlen Kernbereich und einen inneren Mantelbereich aufweist, und(d) Weiterverarbeitung der primären Vorform zu einer sekundären Vorform für die Hohlkernfaser, wobei die Weiterverarbeitung ein Elongieren und eine einmalige Durchführung von dem folgenden Heißformprozess umfasst: Aufkollabieren von zusätzlichem Mantelmaterial in Form eines Überfangzylinders als Quarzglas und gleichzeitiges Elongieren, wobei beim Elongieren eine primäre Vorform eingesetzt wird, die einen Außendurchmesser im Bereich von 20 bis 70 mm aufweist. Herkömmliche Monomode-Lichtleitfasern aus Vollmaterial haben einen Kernbereich aus Glas, der von einem Mantelbereich aus Glas mit niedrigerem Brechungsindex umgeben ist. Die Lichtleitung beruht dabei auf Totalreflexion zwischen Kern- und Mantelbereich. Die Wechselwirkungen des geführten Lichtes mit dem Vollmaterial sind jedoch mit einer erhöhten Latenz bei der Datenübertragung und relativ niedrigen Schädigungsschwellen gegenüber energiereicher Strahlung verbunden. Diese Nachteile vermeiden oder verringern "Hohlkernfasern", bei denen der Kern einen evakuierten, mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten Hohlraum umfasst. In Hohlkernfasern ist die Wechselwirkung des Lichtes mit dem Glas geringer als in Vollkernfasern. Der Brechungsindex des Kerns ist kleiner als der des Mantels, so dass eine Lichtleitung durch Totalreflexion nicht möglich ist und das Licht normalerweise aus dem Kern in den Mantel entweichen würde. In Abhängigkeit vom physikalischen Mechanismus der Lichtleitung werden Hohlkernfasern unterteilt in "photonische Bandlückenfasern" und "Antiresonanz-Reflexionsfaser". Bei "photonischen Bandlückenfasern" ist der hohle Kernbereich von einem Mantel umgeben, in dem kleine Hohlkanäle periodisch angeordnet sind. Die periodische Struktur der Hohlkanäle im Mantel bewirkt den in Anlehnung an die Halbleitertechnologie als "photonische Bandlücke" bezeichneten Effekt, wonach an den Mantelstrukturen gestreutes Licht bestimmter Wellenlängenbereiche aufgrund von Braggreflexion im zentralen Hohlraum konstruktiv interferiert und sich nicht transversal im Mantel ausbreiten kann. Bei der als "Antiresonante Hohlkernfaser" ("antiresonant hollow-core fibers"; AR-HCF) bezeichneten Ausführungsform der Hohlkernfaser ist der hohle Kernbereich von einem inneren Mantelbereich umgeben, in dem sogenannte "antiresonante Elemente" (oder "Antiresonanzelemente"; kurz: "AREs") angeordnet sind. Die um den Hohlkern gleichmäßig verteilten Wandungen der Antiresonanzelemente können als in Antiresonanz betriebene Fabry-Perot-Kavitäten wirken, die das auftreffende Licht reflektieren und durch den Faserkern leiten. Diese Fasertechnologie verspricht eine niedrige optische Dämpfung, ein sehr breites Transmissionsspektrum (auch im UV- oder IR-Wellenlängenbereich) und eine geringe Latenz bei der Datenübertragung. Potentielle Anwendungen der Hohlkernfasern liegen auf dem Gebiet