МНОГОСЕРДЦЕВИННОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО С ПОНИЖЕННЫМ ОБРАЗОВАНИЕМ ПУЗЫРЬКОВ Российский патент 2024 года по МПК G02B6/36 

Притязание на приоритет

[0001] Настоящая заявка претендует на преимущество приоритета предварительной заявки на патент США с серийным № 62/943352, озаглавленной "MULTI-CORE OPTICAL FIBER WITH REDUCED BUBBLE FORMATION", поданной 4 декабря 2019 г., авторами изобретения которой являются Алиреза Мирсепасси и Дин Ричардсон, и которая полностью включена в данный документ посредством ссылки, как если бы она была целиком и полностью изложена в данном документе.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] В самых разных медицинских процедурах лазерное излучение используется для содействия процедуре и воздействия на тело пациента. Например, при лазерной фотокоагуляции используется лазерный зонд для прижигания кровеносных сосудов в местах лазерного прижигания сетчатки. Некоторые типы лазерных зондов прижигают несколько точек одновременно, что может привести к более быстрой и эффективной фотокоагуляции. Некоторые из этих многоточечных лазерных зондов разделяют один лазерный луч на несколько лазерных лучей, которые имеют конфигурацию лазерного пятна, и направляют лучи в массив оптических волокон, которые имеют соответствующую конфигурацию волокон. Как правило, волокна должны быть плотно упакованы вместе, чтобы конфигурация волокон соответствовала конфигурации лазерного пятна. Кроме того, конфигурация лазерного пятна должна быть точно выровнена с конфигурацией волокон.

[0003] Волокна могут содержать внешнюю оболочку и множество сердцевин, составляющих многосердцевинное оптическое волокно (MCF). Сердцевины, внешняя оболочка или и то, и другое могут быть выполнены таким образом, чтобы компоненты волокна передавали свет. Для создания MCF во внешней оболочке обычно просверливают отверстия, и в просверленных отверстиях закрепляют сердцевины. Часто к сердцевинам и внешней оболочке добавляют легирующие примеси, такие как фтор или германий, поскольку легирующие примеси создают требуемый профиль показателя преломления для поддержания светопроводящих свойств MCF. В конечном итоге, внешнюю оболочку вытягивают при повышенной температуре до требуемых диаметра и длины, в результате чего получают MCF.

[0004] Одним из недостатков MCF является то, что легирующие примеси могут диффундировать от внешней оболочки к сердцевине и наоборот, что существенно изменяет оптические свойства компонентов MCF. Кроме того, градиенты легирующей примеси могут вызывать диффузию легирующей примеси, и при высоких температурах при изготовлении MCF могут образовываться пузырьки газа по направлению к границам раздела между сердцевинами и внешней оболочкой. Пузырьки газа снижают выход MCF и ослабляют MCF, что приводит к хрупкости волокон. Кроме того, пузырьки газа ухудшают оптические характеристики MCF.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Согласно одному варианту осуществления настоящее изобретение относится к многосердцевинному оптическому волокну, содержащему множество сердцевин, содержащих первый материал, внешнюю оболочку, окружающую сердцевины, внешнюю оболочку, содержащую первый материал, и элемент уменьшения диффузии, при этом элемент уменьшения диффузии уменьшает миграцию первой легирующей примеси между внешней оболочкой и другим элементом в MCF.

[0006] Другой вариант осуществления направлен на многосердцевинное оптическое волокно, включающее стержень, содержащий первый материал, внутреннюю оболочку стержня, окружающую стержень, при этом стержень содержит первый материал и первую легирующую примесь, множество сердцевин, содержащих первый материал, множество внутренних оболочек, окружающих сердцевины, при этом внутренние оболочки содержат первый материал и первую легирующую примесь, причем первая часть каждой из внутренних оболочек состыкована с частью внутренней оболочки стержня, и внешнюю трубку, содержащую первый материал и первую легирующую примесь, при этом вторая часть каждой из внутренних оболочек состыкована с частью внешней трубки.

[0007] Еще один вариант осуществления направлен на многосердцевинное оптическое волокно, включающее стержень, содержащий первый материал, множество сердцевин, содержащих первый материал и первую легирующую примесь, множество диффузионных барьеров, окружающих сердцевины, при этом диффузионные барьеры, содержат первый материал, причем первая часть каждого из диффузионных барьеров состыкована с частью стержня, и внешняя трубка, содержащая первый материал, вторая часть каждого из диффузионных барьеров состыкована с частью внешней трубки.

[0008] Различные варианты осуществления настоящего изобретения также могут включать один или несколько из следующих признаков. Концентрация первой легирующей примеси во внешней оболочке снижена по сравнению с MCF без элемента уменьшения диффузии. Градиент концентрации легирующей примеси между внешней оболочкой и другим элементом уменьшен по сравнению с MCF без элемента уменьшения диффузии. MCF дополнительно содержит множество внутренних оболочек, окружающих сердцевины, при этом множество внутренних оболочек содержит первый материал и первую легирующую примесь. Элемент уменьшения диффузии содержит множество диффузионных барьеров, окружающих внутренние оболочки, при этом диффузионные барьеры содержат первый материал. Элемент снижения диффузии содержит высоколегированную область множества внутренних оболочек, легированных первой легирующей примесью, слаболегированную область множества внутренних оболочек, легированных первой легирующей примесью, где концентрация легирующей примеси в слаболегированной области ниже, чем концентрация легирующей примеси в высоколегированной области, при этом слаболегированная область окружает высоколегированную область. Числовая апертура (NA) высоколегированной области по отношению к сердцевине составляет от приблизительно 0,18 до приблизительно 0,28, и числовая апертура слаболегированной области по отношению к сердцевине составляет от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,18. Первая легирующая примесь содержит фтор (F), бор (B) или хлор (Cl). Элемент уменьшения диффузии содержит внешнюю оболочку с концентрацией первой легирующей примеси. Концентрация первой легирующей примеси во внешней оболочке меньше, чем концентрация первой легирующей примеси во множестве внутренних оболочек. Элемент уменьшения диффузии содержит множество диффузионных барьеров, окружающих сердцевины, и диффузионные барьеры содержат первый материал. Множество сердцевин легировано первой легирующей примесью, и другой элемент представляет собой множество сердцевин. Первая легирующая примесь увеличивает показатель преломления первого материала. Первая легирующая примесь содержит германий (Ge) или фосфор (P). Градиент концентрации первой легирующей примеси между внешней трубкой и стержнем уменьшен по сравнению с MCF без внутренней оболочки стержня. Градиент первой легирующей примеси между внешней трубкой и множеством сердцевин уменьшен по сравнению с MCF без множества диффузионных барьеров.

[0009] Сердцевины окружены различными оболочками и диффузионными барьерами. Оболочки и диффузионные барьеры уменьшают и замедляют миграцию примесей и последующее образование пузырьков. Оболочки и диффузионные барьеры уменьшают градиент легирующей примеси в MCF, увеличивая выход MCF на количество материала и давая в результате MCF с улучшенными свойствами материала и оптическими свойствами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0010] Для более полного понимания настоящей технологии, ее признаков и преимуществ обратимся к следующему описанию вместе с прилагаемыми графическими материалами, на которых:

[0011] На фиг. 1A изображен вид в перспективе дальнего конца многосердцевинного оптического волокна (MCF) согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

[0012] На фиг. 1B изображен вид спереди дальнего конца MCF, показанного на фиг. 1A, согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0013] На фиг. 1C изображен вид спереди дальнего конца MCF с множеством внутренних оболочек согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0014] На фиг. 2A изображен вид спереди в разрезе MCF с множеством диффузионных барьеров и множеством внутренних оболочек согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0015] На фиг. 2B изображен вид спереди в разрезе MCF с множеством внутренних оболочек с разными областями согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0016] На фиг. 2C изображен вид спереди в разрезе MCF с множеством внутренних оболочек и легированной внешней оболочкой согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0017] На фиг. 2D изображен вид спереди в разрезе MCF с множеством диффузионных барьеров согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0018] На фиг. 2E изображен вид спереди в разрезе MCF со стеклянным стержнем и внутренней оболочкой стержня согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0019] На фиг. 2F изображен вид спереди в разрезе MCF со стеклянным стержнем согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0020] Для облегчения понимания по возможности использовались одинаковые номера позиций для обозначения идентичных элементов, которые являются общими для фигур. Предполагается, что элементы и признаки одного варианта осуществления могут быть преимущественно включены в другие варианты осуществления без дополнительного описания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] В последующем описании подробности изложены в качестве примера для облегчения понимания раскрытого объекта изобретения. Однако специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что раскрытые реализации являются примерными и не исчерпывающими всех возможных реализаций. Таким образом, следует понимать, что ссылка на описанный пример не предназначена для ограничения объема изобретения. Полностью предполагаются любые изменения и дальнейшие модификации описанных устройств, инструментов, способов и любое дальнейшее применение принципов настоящего изобретения, которые обычно могут прийти на ум специалисту в области техники, к которой относится изобретение. В частности, полностью предполагается, что признаки, компоненты и/или этапы, описанные в отношении одной реализации, могут быть объединены с признаками, компонентами и/или этапами, описанными в отношении других реализаций настоящего изобретения.

[0022] В некоторых вариантах осуществления термин «приблизительно» относится к отклонению +/- 10% от номинального значения. Следует понимать, что такое отклонение может быть включено в любое значение, представленное в данном документе.

[0023] Представленные в данном документе варианты осуществления обычно относятся к MCF с элементом уменьшения диффузии для уменьшения нежелательной миграции легирующих примесей.

[0024] На фиг. 1A-1C изображены различные примеры MCF. Более конкретно, на фиг. 1A и 1B изображено MCF без внутренних оболочек, тогда как на фиг. 1C изображен пример MCF, которое содержит внутреннюю оболочку. Следует отметить, что, хотя это и не показано, MCF обычно помещают в трубку из поливинилхлорида (PVC) для создания кабеля MCF.

[0025] На фиг. 1A изображен вид в перспективе дальнего конца MCF 100A. MCF 100A может иметь цилиндрическую форму, хотя возможны и другие формы.

[0026] На фиг. 1B изображен вид спереди дальнего конца MCF 100A, показанного на фиг. 1A. Как показано, MCF 100A содержит внешнюю оболочку 101 и множество сердцевин 102. Множество сердцевин 102 может быть изготовлено из любого прозрачного материала, такого как плавленый кварц или стекло. В примере по фиг. 1A и 1B, сердцевины 102 изготовлены из плавленого кварца с легирующими примесями. Например, сердцевины 102 могут быть изготовлены из плавленого кварца, легированного германием. Легирование сердцевины 102 германием или аналогичной легирующей примесью способствует увеличению показателя преломления сердцевины по сравнению с плавленым кварцем внешней оболочки 101 и, следовательно, созданию светопроводящих свойств внутри сердцевины.

[0027] На фиг. 1C изображен вид спереди дальнего конца MCF 100B, содержащего множество внутренних оболочек 103. Как показано, MCF 100B содержит внешнюю оболочку 101, множество сердцевин 102 и множество внутренних оболочек 103. В отличие от MCF 100A, показанном в примере на фиг. 1C, сердцевины 102 MCF 100B не легированы и изготовлены из плавленого кварца или аналогичного прозрачного материала. Каждая из сердцевин 102 окружена внутренней оболочкой 103. Внутренние оболочки 103 могут содержать легированный плавленый кварц. В некоторых вариантах осуществления внутренние оболочки 201 легированы легирующей примесью, которая снижает показатель преломления внутренних оболочек, такой как фтор (F), хлор (Cl) или бор (В), согласно некоторым вариантам осуществления. Внутренние оболочки 103, будучи легированными, имеют более низкий показатель преломления, чем сердцевины 102, тем самым создавая светопроводящие свойства внутри каждой сердцевины 102. Толщина внутренних оболочек 103 варьируется от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм при диаметре сердцевины от приблизительно 50 мкм до приблизительно 80 мкм.

[0028] Хотя в проиллюстрированных примерах показаны четыре сердцевины 102, объем изобретения этим не ограничивается. Вернее, в других реализациях MCF 100A-100B могут содержать меньшее количество сердцевин 102 или более четырех сердцевин 102. В некоторых вариантах осуществления диаметр каждой сердцевины 102 может составлять от приблизительно 50 мкм до приблизительно 80 мкм. В некоторых вариантах осуществления центры любых двух сердцевин 102 могут находиться на расстоянии от приблизительно 100 мкм до приблизительно 150 мкм друг от друга.

[0029] В некоторых вариантах осуществления MCF 100A-100B представляют собой неосвещающие MCF. В таких вариантах осуществления, хотя каждая из сердцевин 102 приспособлена для проведения света, например, лазерного излучения, внешняя оболочка 101 не обеспечивает проведение света. В некоторых других вариантах осуществления MCF 100A-100B вместо этого могут быть освещающими MCF. Освещающее MCF представляет собой оптическое волокно, в котором свет для общего освещения, в отличие от направленного лазерного излучения для лечения, передается через внешнюю оболочку 101 MCF с целью обеспечения общего освещения в месте лечения. Таким образом, внешняя оболочка 101 может использоваться для передачи света вдоль нее для обеспечения общего освещения, в то время как сердцевина 102 используется для передачи лазерного излучения для лечения в месте лечения.

[0030] Во время изготовления MCF 100A-100B в некоторых случаях во внешней оболочке 101 или других частях MCF, таких как сердцевины 102, внутренняя оболочка 103 и/или на границе раздела внешней оболочки 101, сердцевины 102 и/или внутренней оболочки 103, могут образовываться пузырьки. Образование пузырьков вызывает нестабильность во время вытягивания волокна, что в конечном итоге приводит к снижению выхода волокна и снижению функциональности MCF 100A-100B. Что касается MCF 100B, то одной из причин образования пузырьков является то, что концентрации легирующих примесей во внешней оболочке 101 и во внутренних оболочках 103 различны, а градиент концентрации заставляет легирующие примеси перемещаться к внешней оболочке 101 и создавать пузырьки. Например, если внутренняя оболочка 103 MCF 100B содержит кремнезем, легированный фтором (SiO_3/2F), кремнезем, легированный фтором, может самопроизвольно разлагаться на диоксид кремния (SiO₂) и газообразный тетрафторид кремния (SiF₄). Затем тетрафторид кремния может образовывать пузырьки во внешней оболочке 101 и/или на границе раздела между внешней оболочкой 101 и внутренней оболочкой 103. Кроме того, шероховатая поверхность границы раздела между внешней оболочкой 101 и каждой из сердцевин 102 может вызвать образование пузырьков на соответствующей границе раздела.

[0031] Что касается MCF 100A, пузырьки могут образовываться из-за разницы в концентрации легирующей примеси между внешней оболочкой 101 и сердцевинами 102. Например, легированные германием сердцевины 102 MCF 100A могут содержать диоксид германия, который может разлагаться на оксид германия (GeO) и газообразный кислород (O₂). Газообразный кислород может затем образовывать пузырьки во внешней оболочке 101 и/или на границе раздела между внешней оболочкой 101 и сердцевиной 102. Подобно MCF 100B, в MCF 100A шероховатая граница раздела между внешней оболочкой 101 и каждой из внутренних оболочек 103 также может вызывать образование пузырьков на соответствующей границе раздела.

[0032] В любом случае желательно уменьшить количество этих пузырьков с целью увеличения выхода MCF и улучшения его свойств материала и оптических свойств. Поэтому желательно уменьшить градиент легирующей примеси и диффузию легирующей примеси между внешней оболочкой 101 и внутренней оболочкой 103 в случае MCF 100B. Также желательно уменьшить градиент легирующей примеси и диффузию легирующей примеси между внешней оболочкой и сердцевинами 102 MCF 100A.

[0033] Соответственно, в различные варианты осуществления настоящего изобретения включена элемент уменьшения диффузии для уменьшения нежелательной миграции легирующих примесей во внешнюю оболочку. В некоторых вариантах осуществления элемент уменьшения диффузии снижает диффузию легирующих примесей между сердцевиной и/или внутренней оболочкой к внешней оболочке. Таким образом, в таких вариантах осуществления концентрация легирующей примеси во внешней оболочке снижается по сравнению с MCF без элемента уменьшения диффузии. В некоторых вариантах осуществления элемент уменьшения диффузии уменьшает градиент концентрации легирующей примеси между внешней оболочкой и сердцевиной и/или внутренними оболочками. Таким образом, в таких вариантах осуществления градиент концентрации легирующей примеси между внешней оболочкой и сердцевиной и/или внутренними оболочками уменьшается по сравнению с MCF без элемента уменьшения диффузии.

[0034] На фиг. 2A-2F изображены различные элементы уменьшения диффузии. Как описано в отношении фиг. 2A, некоторые варианты осуществления относятся к уменьшению диффузии легирующих примесей между внутренней и внешней оболочками, например MCF 100B на фиг. 1C. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 2A, элемент уменьшения диффузии содержит диффузионные барьеры. Как описано в отношении фиг. 2D, некоторые варианты осуществления относятся к уменьшению диффузии примесей между сердцевиной и внешней оболочкой, например MCF 100A на фиг. 1B. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 2D элемент уменьшения диффузии содержит диффузионные барьеры. Как описано в отношении фиг. 2B и 2C, некоторые варианты осуществления относятся к уменьшению градиента легирующей примеси между внешней оболочкой и внутренней оболочкой MCF, например MCF 100B на фиг. 1C. В вариантах осуществления на фиг. 2B и 2C, элемент уменьшения примеси может содержать слаболегированные внутренние области оболочки, сильнолегированные внутренние области оболочки и/или легированную внешнюю оболочку. Как описано в отношении фиг. 2E, некоторые варианты осуществления относятся к уменьшению градиента легирующей примеси между внутренней оболочкой и трубкой. В этих вариантах осуществления элемент уменьшения диффузии может включать легированную трубку и внутреннюю оболочку стержня. Как описано в отношении фиг. 2F, некоторые варианты осуществления относятся к уменьшению диффузии легирующих примесей между сердцевинами и трубкой. В этих вариантах осуществления элемент уменьшения диффузии может содержать диффузионные барьеры.

[0035] На фиг. 2A изображен вид спереди в разрезе MCF 200A с множеством диффузионных барьеров 202 и множеством внутренних оболочек 103 согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. В примере, показанном на фиг. 2A, внешняя оболочка 101 и сердцевина 102 содержат нелегированный плавленый кварц, тогда как внутренние оболочки 103 содержат легированный плавленый кварц (например, плавленый кварц, легированный фтором). Диффузионные барьеры 202 по меньшей мере частично окружают внутренние оболочки 103. Диффузионные барьеры 202 содержат плавленый кварц. В некоторых вариантах осуществления толщина диффузионных барьеров 202 варьируется от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм. В этом варианте осуществления элемент уменьшения диффузии содержит диффузионные барьеры 202. Диффузионные барьеры 202 снижают миграцию легирующих примесей между внутренними оболочками 103 и внешней оболочкой 101, уменьшая градиент легирующей примеси между внутренними оболочками 103 и внешней оболочкой 101, тем самым уменьшая миграцию пузырьков.

[0036] На фиг. 2B изображен вид спереди в разрезе MCF 200B с множеством внутренних оболочек 103 с разными областями согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. Каждая из внутренних оболочек 103 содержит высоколегированную область 103h и слаболегированную область 103l. Высоколегированная область 103h имеет более высокую концентрацию легирующих примесей (например, легирующих примесей F), чем слаболегированная область 103l. Слаболегированная область 103l легирована так, что числовая апертура (NA) слаболегированной области по отношению к сердцевине 102 составляет от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,18, и сильнолегированная область 103h легирована так, что числовая апертура высоколегированной области по отношению к сердцевине составляет от приблизительно 0,18 до приблизительно 0,28, согласно некоторым вариантам осуществления. NA определяется уравнением:

[0037]

[0038] где n_core - показатель преломления сердцевины, а n_region - показатель преломления области. Показатель преломления n зависит от концентрации легирующей примеси в материале.

[0039] Толщина областей составляет от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм при диаметре сердцевины от приблизительно 50 мкм до приблизительно 80 мкм. В примере, показанном на фиг. 2B, высоколегированная область 103h каждой внутренней оболочки 103 способствует уменьшению количества лазерного излучения, выходящего из соответствующей сердцевины 102. В этом варианте элемент уменьшения диффузии содержит слаболегированную область 103l и высоколегированную область 103h, и комбинация слаболегированной и высоколегированной области каждой оболочки 103 также способствует уменьшению образования пузырьков из соответствующей внутренней оболочки 103, поскольку существует более плавный градиент легирующей примеси между высоколегированной областью 103h, слаболегированной областью 1031 и внешней оболочкой 101.

[0040] На фиг. 2C изображен вид спереди в разрезе MCF 200C с множеством внутренних оболочек 103 и легированной внешней оболочкой 201 согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. Внешняя оболочка 201 легирована легирующей примесью, содержащей фтор (F), бор (B) или хлор (Cl). В некоторых вариантах осуществления легированная внешняя оболочка 201 имеет более низкую концентрацию легирующей примеси по сравнению с внутренней оболочкой 103, что уменьшает градиент легирующей примеси между легированной внешней оболочкой и внутренней оболочкой. В таких вариантах числовая апертура легированной внешней оболочки 201 по отношению к сердцевине 102 составляет от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,18, и числовая апертура внутренней оболочки 103 по отношению к сердцевине 102 составляет от приблизительно 0,18 до приблизительно 0,28. В этом варианте осуществления элемент уменьшения диффузии содержит легированную внешнюю оболочку 201. Уменьшенный градиент легирующей примеси между легированной внешней оболочкой 201 и внутренними оболочками 103 уменьшает миграцию пузырьков между легированной внешней оболочкой 201 и внутренними оболочками 103.

[0041] На фиг. 2D изображен вид спереди в разрезе MCF 200D с множеством диффузионных барьеров 202 согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. В примере, показанном на фиг. 2D, сердцевины 102 легированы легирующей примесью, которая увеличивает показатель преломления сердцевин, тем самым обеспечивая светопроводящие свойства внутри сердцевин 102. Легирующая примесь включает любые примеси, которые увеличивают показатель преломления сердцевин 102, например германий (Ge) или фосфор (P), согласно некоторым вариантам осуществления. Таким образом, в примере, показанном на фиг. 2D, внутренние оболочки 103 не требуются, так как легированные сердцевины 102 способны создавать градиент показателя преломления с окружающим материалом (например, внешней оболочкой 101) и тем самым обеспечивают светопроводящие свойства сердцевин. В этом варианте осуществления элемент уменьшения диффузии содержит диффузионные барьеры 202. В примере, показанном на фиг. 2D, внешняя оболочка 101 может содержать плавленый кварц. Следовательно, чтобы предотвратить образование пузырьков во внешней оболочке 101, в вариантах осуществления по фиг. 2D, диффузионные барьеры 202, изготовленные из того же материала, что и внешняя оболочка 101, используются для создания диффузионного барьера легирующей примеси и уменьшения образования пузырьков на границе раздела с внешней оболочкой 101.

[0042] На фиг. 2E изображен вид спереди в разрезе MCF 250A со стержнем 210 и внутренней оболочкой 230 стержня согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. В примере, показанном на фиг. 2E, каждая из сердцевин 102 содержит плавленый кварц или подобный материал, и внутренние оболочки 103 содержат плавленый кварц, легированный легирующей примесью, содержащей F, B или Cl. Стержень 210 окружен внутренней оболочкой 230 стержня, и стержень содержит плавленый кварц, стекло или подобный материал. Первая часть 211 каждой из внутренних оболочек 103 состыкована с внутренней поверхностью трубки 251, окружающей всю сердцевину 102. Кроме того, вторая часть 212 каждой из внутренних оболочек 103 состыкована с внутренней оболочкой 230 стержня. В примере, показанном на фиг. 2E, с целью уменьшения градиента легирующей примеси между внешней оболочкой 101 и внутренними оболочками 103 трубка 251 легирована легирующей примесью, содержащей F, B или Cl. Кроме того, с целью уменьшения градиента легирующей примеси между стеклянным стержнем 210 и внутренними оболочками 103 на вторых частях 212, как показано, внутренняя оболочка 230 стержня также окружает стержень 210. Поскольку внутренняя оболочка 230 стержня изготовлена из того же материала, что и внутренние оболочки 103, которые окружают сердцевины 102, вероятность образования пузырьков в стержне 210 снижается. Напротив, если вокруг стержня 210 не используется внутренняя оболочка 230 стержня, в стержне 210 могут образовываться пузырьки из-за градиента легирующей примеси между стержнем 210 и внутренними оболочками 103. В этом варианте осуществления элемент уменьшения диффузии содержит легированную трубку 251 и внутреннюю оболочку 230 стержня.

[0043] На фиг. 2F изображен вид спереди в разрезе MCF 250B со стержнем 210 согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. В примере, показанном на фиг. 2F, каждая из сердцевин 102 содержит плавленый кварц или подобный материал, легированный первой легирующей примесью, которая увеличивает показатель преломления сердцевин, такой как германий (Ge) или фосфор (P). Диффузионные барьеры 202 содержат плавленый кварц и окружают сердцевины. Первая часть 214 каждого из диффузионных барьеров 202 состыкована с внутренней поверхностью трубки 251. Кроме того, вторая часть 213 каждого из диффузионных барьеров 202 состыкована со стержнем 210. В примере, показанном на фиг. 2F, с целью уменьшения градиента легирующей примеси между трубкой 251 и сердцевинами 102 диффузионные барьеры 202 имеют тот же состав, что и внешняя оболочка. В примере, показанном на фиг. 2F, трубка 251 может содержать плавленый кварц. Следовательно, чтобы предотвратить образование пузырьков в трубке 251, в вариантах осуществления, показанных на фиг. 2F, диффузионные барьеры 202 изготовлены из того же материала, что и трубка 251, для уменьшения градиента легирующей примеси между легированными сердцевинами 102 и трубкой 251. В этом варианте осуществления элемент уменьшения диффузии содержит диффузионные барьеры 202.

[0044] Как описано выше, MCF содержит одну или несколько из множества сердцевин, внешнюю оболочку, диффузионные барьеры, оболочки и примеси. Диффузионные барьеры и оболочки по меньшей мере частично окружают сердцевину. Диффузионные барьеры и оболочки выполнены таким образом, чтобы уменьшить нежелательную миграцию легирующих примесей из внутренних оболочек во внешние оболочки или в трубку. Уровнями легирования различных компонентов MCF можно управлять с целью уменьшения миграции легирующей примеси. В некоторых вариантах осуществления внутренняя оболочка не легирована, а вместо этого легирована сердцевина, что устраняет необходимость легирования внутренней оболочки.

[0045] Уменьшение градиентов легирующих примесей уменьшает миграцию легирующих примесей и возможность образования пузырьков на границах раздела между сердцевинами и внешней оболочкой или трубкой. Кроме того, оболочки и диффузионные барьеры помогают замедлить и уменьшить миграцию примесей между разными компонентами MCF. Тип легирующей примеси и профиль легирующей примеси могут быть подстроены для поддержания требуемых свойств материала и оптических свойств MCF.

[0046] Указанный выше объект изобретения следует рассматривать как иллюстративный, а не ограничительный, и прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата всех таких модификаций, улучшений и других вариантов осуществления, которые соответствуют истинному духу и объему настоящего изобретения. Таким образом, в той мере, которая максимально допускается законом, объем настоящего раскрытия следует определять посредством самой широкой допустимой интерпретации нижеследующей формулы изобретения и ее эквивалентов, и его не следует ограничивать предшествующим подробным описанием.

Изобретение относится к многосердцевинному оптическому волокну (MCF). Заявленное многосердцевинное оптическое волокно (MCF) содержит: множество сердцевин, содержащих первый материал; внешнюю оболочку, окружающую сердцевины, при этом внешняя оболочка содержит первый материал; множество внутренних оболочек, окружающих сердцевины, при этом множество внутренних оболочек содержит первый материал и первую легирующую примесь, причем каждая сердцевина окружена внутренней оболочкой из множество внутренних оболочек; и элемент уменьшения диффузии. При этом элемент уменьшения диффузии уменьшает миграцию первой легирующей примеси от внутренних оболочек к внешним оболочкам, причем элемент уменьшения диффузии содержит множество диффузионных барьеров, окружающих внутренние оболочки. Диффузионные барьеры содержат первый материал, причем каждая внутренняя оболочка окружена диффузионным барьером из множества диффузионных барьеров. Технический результат – повышение оптических характеристик многосердцевинного оптического волокна (MCF). 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многосердцевинное оптическое волокно (MCF), содержащее:

множество сердцевин, содержащих первый материал;

внешнюю оболочку, окружающую сердцевины, при этом внешняя оболочка содержит первый материал;

множество внутренних оболочек, окружающих сердцевины, при этом множество внутренних оболочек содержит первый материал и первую легирующую примесь, причем каждая сердцевина окружена внутренней оболочкой из множество внутренних оболочек; и

элемент уменьшения диффузии, при этом элемент уменьшения диффузии уменьшает миграцию первой легирующей примеси от внутренних оболочек к внешним оболочкам, причем элемент уменьшения диффузии содержит множество диффузионных барьеров, окружающих внутренние оболочки, причем диффузионные барьеры содержат первый материал, причем каждая внутренняя оболочка окружена диффузионным барьером из множества диффузионных барьеров.

2. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что концентрация первой легирующей примеси во внешней оболочке снижена по сравнению с MCF без элемента уменьшения диффузии.

3. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что градиент концентрации легирующей примеси между внешней оболочкой и внутренними оболочками уменьшен по сравнению с MCF без элемента уменьшения диффузии.

4. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что элемент уменьшения диффузии содержит множество диффузионных барьеров, окружающих внутренние оболочки, при этом диффузионные барьеры содержат первый материал.

5. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что элемент уменьшения диффузии содержит:

высоколегированную область множества внутренних оболочек, легированную первой легирующей примесью; и

слаболегированную область множества внутренних оболочек, легированную первой легирующей примесью, причем концентрация легирующей примеси первой легирующей примеси слаболегированной области ниже, чем концентрация легирующей примеси первой легирующей примеси высоколегированной области, при этом слаболегированная область окружает высоколегированную область.

6. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 5, отличающаяся тем, что числовая апертура (NA) высоколегированной области по отношению к множеству сердцевин составляет от приблизительно 0,18 до приблизительно 0,28, и числовая апертура слаболегированной области по отношению к множеству сердцевин составляет от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,18.

7. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 6, отличающееся тем, что первая легирующая примесь содержит фтор (F), бор (В) или хлор (Cl).

8. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что элемент уменьшения диффузии содержит внешнюю оболочку с концентрацией первой легирующей примеси.

9. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 8, отличающееся тем, что концентрация первой легирующей примеси во внешней оболочке меньше, чем концентрация первой легирующей примеси во множестве внутренних оболочек.

10. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 1, в котором элемент уменьшения диффузии содержит множество диффузионных барьеров, окружающих сердцевины, при этом диффузионные барьеры содержат первый материал.

11. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 10, отличающееся тем, что множество сердцевин легировано первой легирующей примесью.

12. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 11, отличающееся тем, что первая легирующая примесь увеличивает показатель преломления первого материала.

13. Многосердцевинное оптическое волокно по п. 12, отличающееся тем, что первая легирующая примесь содержит германий (Ge) или фосфор (P).

14. Многосердцевинное оптическое волокно (MCF), содержащее:

стержень, содержащий первый материал;

внутреннюю оболочку стержня, окружающую стержень, при этом внутренняя оболочка стержня содержит первый материал и первую легирующую примесь;

множество сердцевин, содержащих первый материал;

множество внутренних оболочек, окружающих сердцевины, причем множество внутренних оболочек содержат первый материал и первую легирующую примесь, при этом первая часть каждой из множества внутренних оболочек состыкована с частью внутренней оболочки стержня; и

внешнюю трубку, содержащую первый материал и первую легирующую примесь, при этом вторая часть каждой из внутренних оболочек состыкована с частью внешней трубки.