CN111279125B - 沿着扩散长度具有均匀照明的光扩散光纤及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

光扩散光纤包括：芯体，围绕芯体的包层，外表面，以及位于芯体、包层或者芯体和包层二者内的多个散射结构。所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约650nm的波长的光包括约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围。

Description

沿着扩散长度具有均匀照明的光扩散光纤及其形成方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2017年10月24日提交的系列号为62/576,229的美国申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
技术领域
本公开一般涉及光扩散光纤及其生产方法。更具体地，本公开涉及包括散射结构的光扩散光纤，所述散射结构用于沿着光扩散光纤的扩散长度提供多个波长的均匀照明。
背景技术
光纤用于需要将光从光源传递到远处的各种应用。光通信***例如依靠光纤网络将光从服务提供商传输到***终端用户。
通信光纤被设计用于在800nm至1675nm范围内的近红外波长下操作，在该波长中，仅具有相对较低水平的吸收和散射导致的衰减。这允许注入到光纤一端的大部分光从光纤的相对端离开，并且只有少量的光通过光纤的侧面从***离开。
由于光纤通常被设计成在长距离内将光有效地从光纤的一端传递到光纤的另一端，因此极少的光从典型的光纤侧面逸出，因此，光纤被认为不是非常适合用于形成扩展的照明源。然而，有许多应用，例如特种照明、标牌或生物应用，包括细菌生长和光生物能源和生物质燃料的生产，其需要以有效的方式向指定区域提供一定量的光。对于生物质生长，需要开发将光能转化成生物质基燃料的方法。对于特种照明，光源需要薄、挠性并且易于改变成各种不同形状。
因此，需要沿着长度具有均匀照明的光扩散光纤，以及制造沿着长度具有均匀照明的光扩散光纤的改进方法。
发明内容
根据本公开的主题，一种光扩散光纤包括：芯体，围绕芯体的包层，外表面，以及位于芯体、包层或者芯体和包层二者内的多个散射结构。所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约650nm的波长的光包括约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围。
根据本公开的另一个实施方式，一种用于生产光扩散光纤的方法包括：沿着拉制路径，从拉制炉中的光纤预制件拉制光扩散光纤。拉制光扩散光纤包括：在拉制炉中，在拉制温度下加热光纤预制件，以及向光扩散光纤施加拉制张力。光扩散光纤包括：芯体，围绕芯体的包层，外表面，以及位于芯体、包层或者芯体和包层二者内的多个散射结构。所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约560nm的波长的光包括约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围以及约2700K至约8000K的相关色温。
根据本公开的另一个实施方式，一种方法包括：以第一拉制速度，沿着拉制路径，从拉制炉中的光纤预制件拉制第一光扩散光纤。拉制第一光扩散光纤包括：在拉制炉中，在第一拉制温度下加热光纤预制件，以及向第一光扩散光纤施加第一拉制张力。第一光扩散光纤包括：芯体，围绕芯体的包层，外表面，以及位于芯体、包层或者芯体和包层二者内的多个充气空隙。所述多个充气空隙包括第一空隙体积分数和第一平均截面尺寸。所述方法还包括：将光从光源引导到第一光扩散光纤中，以使得一部分的光扩散通过第一光扩散光纤的外表面；测量扩散通过第一光扩散光纤的外表面的光的光谱衰减百分比相对范围；以及以第二拉制速度，沿着拉制路径将来自光纤预制件的第二光扩散光纤拉制到拉制炉中。拉制第二光扩散光纤包括：在拉制炉中，在第二拉制温度下加热光纤预制件，以及向第二光扩散光纤施加第二拉制张力。第二光扩散光纤包括：芯体，围绕芯体的包层，外表面，以及位于芯体、包层或者芯体和包层二者内的多个散射结构。所述多个散射结构包括第二空隙体积分数和第二平均截面直径，并且其被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着第二光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约560nm的波长的光包括约15％或更小的第二光谱衰减百分比相对范围，并且其小于第一光扩散光纤的光谱衰减百分比相对范围。
虽然本文主要参考沿着长度具有均匀照明的光扩散光纤描述了本公开的构思，但是应理解，这些构思将适用于任何光扩散光纤。
附图说明
当结合以下附图阅读时，可对下文本公开的具体的实施方式的详细描述有最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：
图1根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性地描绘了一个示例性光扩散光纤的截面侧视图；
图2A根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性地描绘了沿着方向2A-2A观察的图1的光扩散光纤的截面；
图2B根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性地描绘了沿着方向2B-2B观察的图2A的光扩散光纤的截面；
图3根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图示了沿着光扩散光纤传输的一定波长范围的引导光的散射诱导的衰减损耗；
图4根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，图示了CIE u'v'图，该图示出了具有+10％至-10％范围的光谱衰减的光扩散光纤的模拟结果；
图5根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性地图示了光扩散光纤的色度距离与光谱衰减散布的关系；
图6根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性例示了用于生产光扩散光纤的光纤生产***；
图7是根据本文所述的一个或多个实施方式，描绘了用于调节拉制过程的方法，所述拉制过程用于生产光谱衰减百分比相对范围为约15％或更小的光扩散光纤；以及
图8根据本文所述的一个或多个实施方式，图示了由于不同拉制张力得到的两条光谱曲线。
具体实施方式
现在参考图1、2A和2B，其示意性示出了光扩散光纤100，所述光扩散光纤包括：第一端112，与第一端112相对的第二端114，芯体110，围绕芯体110的包层120，外表面130，以及位于芯体110、包层120或者芯体110和包层120二者内的多个散射结构115。具体地，图1描绘了光扩散光纤100的一区段的侧视示意图，并且描绘了光扩散光纤100的中心轴线16(“中心线”)，图2A描绘了沿着图1所示的方向2A-2A观察的光扩散光纤100的截面示意图，并且图2B描绘了沿着图2A的方向2B-2B观察的光扩散光纤100的另一截面示意图。进一步地，光扩散光纤100例如可以是具有散射结构化光纤区域的各种类型的光纤中的任何一种，所述散射结构化光纤区域具有周期性或非周期性布置的散射结构115，例如，充气空隙。
在操作时，所述多个散射结构115被构造用于散射引导的光(例如，由光源输出的光，所述光源例如包括发光二极管(LED)、激光二极管、多模激光二极管、单模激光二极管、SiP激光二极管、VCSEL激光二极管或另一种类型的半导体激光二极管)，所述引导的光沿着光扩散光纤100向着光扩散光纤100的外表面130传输，以使得一部分引导的光沿着光扩散光纤100的扩散长度扩散通过外表面130。如本文所使用的，“扩散长度”是沿着光扩散光纤100的长度从光扩散光纤100的第一端112(或者从接收输入光的任何端)延伸到某个位置的光扩散光纤100的长度，其中，90％的引导光从光扩散光纤100扩散。如本文所用的术语“光扩散”意为光散射沿着光扩散光纤100的至少一部分长度基本上是空间连续的，即，没有显著的跳跃或间断，例如没有与离散(例如，点)散射相关的那些。因此，本公开中阐述的基本上连续的光发射或基本上连续的光散射的概念是指空间连续性。另外，如本文所用，诸如“水平”、“垂直”、“前”、“后”等之类的术语，以及笛卡尔坐标(Cartesian Coordinates)的使用是为了参考附图以及易于描述，并且其不旨在将说明书或权利要求书严格限制到绝对取向和/或方向。
现在参考图2A和2B，其描绘了光扩散光纤100的一个实施方式的示例性截面图，所述光扩散光纤100包括芯体110、围绕芯体110的包层120，外表面130以及多个散射结构115。芯体110可以包括玻璃芯体，例如，二氧化硅、氧化锗掺杂的二氧化硅、氟掺杂的二氧化硅。进一步地，芯体110包括折射率n。在一些实施方式中，芯体110的折射率可以是约1.3至约1.55，例如，1.35、1.4、1.42、1.44、1.45、1.458、1.46、1.48等。进一步地，芯体110的半径可以为约10μm至约600μm。在一些实施方式中，芯体110的半径为约30μm至约400μm。在另一些实施方式中，芯体110的半径为约125μm至约300μm。在另一些实施方式中，芯体110的半径为约50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、120μm、140μm、160μm、170μm、180μm、200μm、220μm、240μm或250μm。在另一些实施方式中，芯体110的半径为约250μm至约2.5mm。任选地，芯体110的半径为约1mm至约2.5mm。任选地，芯体110的半径为约1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm或2.5mm。进一步地，包层120可以是玻璃包层或聚合物包层，所述玻璃包层例如，纯二氧化硅、F掺杂的二氧化硅或者F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅。在一个实施方式中，包层120包括低折射率聚合材料，例如可UV或热固化的含氟丙烯酸酯，例如，购自SSCP有限公司(SSCP Co.Ltd.)的PC452，韩国京畿安山MOKNAE的403-2或者硅酮。在另一些实施方式中，包层120包括氨基甲酸酯丙烯酸酯，例如，伊利诺伊州埃尔金的帝斯曼迪索公司(DSM Desotech)制造的CPC6。在一些实施方式中，包层120包括高模量涂层。
如图2A和2B所示，包层120围绕芯体110并与芯体110直接接触。包层120一般从芯体110的外半径延伸。在本文所述的一些实施方式中，包层的半径宽度大于约10μm、大于约20μm、大于约50μm或者大于约70μm。在一些实施方式中，包层120的厚度为约10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。包层120一般具有折射率，其小于芯体110的折射率以促进沿着芯体110传输的光的全内反射。在一些实施方式中，芯体110、包层120或者芯体110和包层120二者可以包括正掺杂剂或负掺杂剂。如本文所用的“正掺杂剂”是相对于纯的未掺杂的二氧化硅，倾向于升高折射率的掺杂剂，而“负掺杂剂”是相对于纯的未掺杂的二氧化硅，倾向于降低折射率的掺杂剂。例如，包层120包括二氧化硅玻璃，其被负掺杂剂(例如，氟)负掺杂。进一步地，光扩散光纤100将可以包含长度(例如，第一端112与第二端114之间的长度)，所述长度为约0.1m至约100m，例如，约100m、75m、50m、40m、30m、20m、10m、9m、8m、7m、6m、5m、4m、3m、2m、1m、0.75m、0.5m、0.25m、0.15m或0.1m。
在一些实施方式中，光扩散光纤100的芯体110包括玻璃基质(“玻璃”)117并且在其中具有多个周期性或非周期性设置的散射结构115(例如“空隙”)，例如，图2A的放大插图中详细示出的示例性空隙。散射结构115包括充气空隙、散射颗粒，例如陶瓷材料、掺杂剂等。散射结构115可以出现在整个芯体110中(如图2A和2B所示)，或者可以出现在芯体110和包层120的界面(例如，芯体-包层边界)附近，或者可以出现在芯体110中的环状圈中。具有排列随机且尺寸随机的空隙(也被称为“随机空气线”或“纳米结构”或“纳米尺寸的结构”或“散射结构”)的光扩散光纤的一些实例描述于第7,450,806号美国专利以及系列号为12/950,045、13/097,208和13/269,055的美国专利申请，所述文献通过引用全文纳入本文。或者，光扩散光纤100可以具有“粗糙化”芯体110，其中，在芯体-包层边界处的芯体110的表面上的不规则造成光散射。也可以采用其他类型的光扩散光纤。在操作时，光扩散光纤100可能经历散射诱导的衰减(即，由于光通过光扩散光纤100的外表面130而损耗，但不是由于芯体110中的散射颗粒的吸收而损耗所导致的衰减)，该衰减在照明波长(例如，发射辐射的波长)下为约50dB/km或更大，例如约100dB/km至约60000dB/km。
在散射结构115包括充气空隙的实施方式中，充气空气可以随机或有组织的图案来排列，并且可以平行于光扩散光纤100的长度或者可以是螺旋的(即，沿着光扩散光纤100的长轴旋转)。虽然不旨在受理论限制，但是光的散射取决于散射颗粒的尺寸，其中，散射颗粒的尺寸具有强的波长依赖性，例如，蓝光比红光散射得更强[例如，瑞利(Rayleigh)散射、米氏(Mie)散射]。然而，如本文所述，控制空隙的形状和分布获得了平坦或均匀的光谱衰减曲线。
进一步地，光扩散光纤100可以包括大量充气空隙，例如，在光纤的正交截面中具有超过50个、超过100个或超过200个空隙。如本文中所使用的“正交截面”是指沿着光扩散光纤的长度截取并且与引导光的传输方向(例如，如图2B所示的引导光的传输方向10)正交的任何任意截面。在光扩散光纤100的任何正交截面处的散射结构115(例如，充气空隙)包括空隙体积分数。如本文所用的“空隙体积分数”是指存在于光扩散光纤100的正交截面中的散射结构115(例如充气空隙)的总面积与玻璃基质117的总面积的比值。光扩散光纤100的任意正交截面的空隙体积分数可以为约1:1000至约1:5，例如约1:100至约1:10(例如，约0.5％至约20％，例如约1％至约10％，例如，2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％等)。在操作时，来自光扩散光纤100的光的散射诱导的衰减根据“空隙体积分数”和空隙的平均截面尺寸而变化，其中，较大的空隙导致较大的散射诱导的衰减。
充气空隙例如可以包含SO2、Kr、Ar、CO2、N2、O2或其混合物。在一些实施方式中，散射结构115可以包括含有真空并且基本上无气体的空隙。然而，无论是否存在任何气体，由于存在空隙，因此包括多个散射结构115的芯体110、包层120或者芯体-包层边界的区域中的平均折射率有所降低。进一步地，多个散射结构115(例如空隙)可以随机或非周期性地被设置在芯体110、包层120或者芯体-包层边界中；但是，在另一些实施方式中，空隙可以是周期性设置的。
诸如充气空隙之类的空隙(或者其他散射颗粒)的截面尺寸(例如直径)可以是约50nm至约100μm，并且长度可以在约1mm至约100m变化(即，几毫米至几米)。在一些实施方式中，空隙(或者其他散射颗粒)的截面尺寸为约100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。在一些实施方式中，空隙的长度为约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1m、2m、3m、4m、5m、10m、20m或50m。另外，散射结构115可以包括非球形的锥形形状。非球形的锥形形状可以沿着光扩散光纤100的长度随机开始和停止，以产生高的散射效率和期望的波长依赖性。充气空隙的截面尺寸和长度取决于所用的气体、固结条件和拉制工艺条件。在实施方式中，在光扩散光纤100的任何正交截面处测量的充气空隙的平均截面尺寸(例如平均直径)可以为约50nm至约100μm，例如，约250nm至约50μm、约500nm至约10μm、约1μm至约5μm等。
仍然参考图2A和2B，光扩散光纤100还可以包括一个或多个另外的层，例如，涂层、护套等。例如，如图2A和2B所示，光扩散光纤100可以包括第一涂层122和次级散射层124。第一涂层122可以包括围绕芯体110和包层120的基本透明的层，以易于机械处理，例如，第一涂层122是聚合物涂层。在一些实施方式中，第一涂层122可以包括散射颗粒，而次级散射层124可以不含散射颗粒。进一步地，次级散射层124可以围绕芯体110、包层120定位，并且在一些实施方式中围绕第一涂层122定位。次级散射层124可以包括基础材料(例如聚合物)和位于基础材料中的散射材料。在操作时，次级散射层124可以促进在大的角范围内(例如，40至120°、或30°至130°、或15°至150°)有均匀的角散射。例如，光扩散光纤100被构造成由于散射而提供基本均匀的照明，使得对于约40度至约120度的所有观看角，最小散射照明强度与最大散射照明强度之间的差小于50％的最大散射照明强度。
在一些实施方式中，次级散射层124包括基础材料(例如聚合物)和位于基础材料中的散射材料(例如，散射剂)。在一些实施方式中，基础材料包括聚合物，例如，液体聚合物或预聚物材料，散射剂可被添加到其中，例如，基于丙烯酸酯的物质，例如，伊利诺伊州埃尔金的帝斯曼迪索公司制造的CPC6，或者基于硅酮的聚合物。另外，在制造期间，次级散射层124可以作为液体施涂于光扩散光纤100，然后在施涂于光扩散光纤100后转换成固体。
散射材料包括某种材料，其具有区别于次级散射层124的基础材料(例如，基础聚合物)的折射率差，例如，大于0.05的折射率差(例如，基础材料与散射材料之间的折射率差大于0.05)。在一些实施方式中，基础材料与散射材料之间的折射率差为至少0.1。也就是说，次级散射层124的散射材料的折射率可以比基础材料(例如，聚合物或其他基质材料)的折射率大至少0.1。在操作时，散射材料提供了从光扩散光纤100的芯体110散射的光的与角度无关的分布。
散射材料可以是固体颗粒(例如有机或无机固体颗粒)、液滴或气体气泡。示例性的固体有机颗粒包括颜料、聚合物或者可作为粉末被包含到基础材料中的任何有机材料。如果散射材料是无机的，则散射颗粒例如可以是颜料、氧化物或矿物填料。有机和无机散射颗粒可通过对固体进行研磨来生成，或者可以包括初始小颗粒(例如，来自乳液聚合或溶胶凝胶)。在一些实施方式中，固体散射颗粒是无机氧化物，例如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化铈(CeO2)、二氧化锡(SnO2)和氧化锑(Sb2O3)。例如，基于二氧化钛的散射颗粒可以是白色油墨。经研磨的玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷也可用作散射颗粒。经研磨的硅酸盐或矿物填料，例如石英、滑石、莫来石、堇青石、粘土、霞石正长石、碳酸钙、氢氧化铝、硫酸钡、硅灰石、云母、长石、叶蜡石、硅藻土、珍珠岩和方石英可作为散射材料用于次级散射层124。
进一步地，散射材料可以通过结晶和/或相分离原位生成，例如，聚乙烯、聚丙烯、间同立构聚苯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酮和聚氨酯，其中，氨基甲酸酯官能团在固化期间对齐并结晶。例如，在成为次级散射层124的材料的固化或凝固期间，可以形成晶体，该晶体起到光散射位点的功能。进一步地，当次级散射层124固化和/或凝固时，散射层的材料(例如基础材料和散射材料)可以变得不相容，造成材料相分离，从而形成可散射光的液滴或颗粒，并因此形成散射位点。这些的实例可以是但不限于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯中的聚甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
散射材料的平均直径可以是约200nm至约10μm，例如，300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或者其间的直径。在散射材料包括散射颗粒的实施方式中，次级散射层124中的散射颗粒的截面尺寸可以包括0.1λ至10λ，其中λ是传输通过光扩散光纤100的光的波长。在一些实施方式中，散射颗粒的截面尺寸大于0.2λ且小于5λ，例如，约0.5λ至约2λ。散射颗粒的量可以在约0.005重量％至70重量％变化，例如，0.01％至60％、0.02％至50％等。一般地，次级散射层124越薄，在次级散射层124中应存在的散射颗粒的量越大。
散射颗粒的浓度可以沿着光扩散光纤100的长度变化，或者可以是恒定的，并且可以是足以提供均匀(例如，与角度无关)的光散射的重量百分比。在一些实施方式中，次级散射层124中的散射颗粒的重量百分比包括约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。在一些实施方式中，散射材料可以包含位于次级散射层124中的亚层。例如，在一些实施方式中，所述亚层的厚度可以是约1μm至约5μm。
仍然参考图2A和2B，在操作时，次级散射层124可以促进在大的角范围内(例如，40°至120°、或30°至130°、或15°至150°)有均匀的角散射。例如，未经散射的引导光沿着光扩散光纤100在传输方向10上从光输出装置150传输。散射的光显示出以散射角θS在方向12上离开光扩散光纤100，所述散射角θS是沿着光扩散光纤100传输的引导光的传输方向10与散射光在离开光扩散光纤100时的方向12之间的角度差。在一些实施方式中，当散射角θS为约15°至约150°、或约30°至约130°时，光谱强度差异在±50％、±30％、±25％、±20％、±15％、±10％或±5％以内，其在峰值波长下测得。在一些实施方式中，当散射角θS为30°至130°或40°至120°内的所有角间时，光谱强度差异至少在±50％以内，例如，在±30％、±25％、±20％、±15％、±10％或±5％以内，其在峰值波长下测得。因此，光扩散光纤100被构造成由于散射而提供基本均匀的照明，使得对于在至少40度至110度之间的所有观看角(例如，传输方向10与观看者的观看位置之间的角)，例如，对于40度至120度之间的所有观看角，最小散射照明强度与最大散射照明强度之间的差小于50％的最大散射照明强度。根据一些实施方式，最小散射照明强度与最大散射照明强度之间的差不大于30％的最大散射照明强度。
在操作时，光扩散光纤100在550nm的波长下可以具有大于约0.2dB/m的散射诱导的衰减损耗。例如，在一些实施方式中，在550nm下，散射诱导的衰减损耗(由于散射结构115导致的衰减损耗)可以大于约0.5dB/m、0.6dB/m、0.7dB/m、0.8dB/m、0.9dB/m、1dB/m、1.2dB/m、1.4dB/m、1.6dB/m、1.8dB/m、2.0dB/m、2.5dB/m、3.0dB/m、3.5dB/m、或4dB/m、5dB/m、6dB/m、7dB/m、8dB/m、9dB/m、10dB/m、20dB/m、30dB/m、40dB/m或50dB/m另外，如下文详细所述，对于一定范围的波长的光，光扩散光纤100的散射诱导的衰减损耗基本上可以是均匀的，因此，对于各种不同波长，光扩散光纤100可以基本均匀的强度输出光。
现在参考图3，其图示了沿着光扩散光纤100传输的一定波长范围的引导光的散射诱导的衰减损耗。更具体地，图3图示了具有约3％的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤100的散射诱导的衰减损耗。如本文所用的“光谱衰减百分比相对范围”定义了在特定的波长范围内，从最小衰减损耗到最大衰减损耗的百分比差(例如，单位为dB/m)。在一些实施方式中，对于约450nm至约650nm的波长，光谱衰减百分比相对范围为约15％或更小、约14％或更小、约13％或更小,12％或更小、约11％或更小,10％或更小、约9％或更小、8％或更小、约7％或更小、约6％或更小、约5％或更小、约4％或更小、约3％或更小、约2％或更小、或者约1％或更小。约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围可以被认为是“均匀”的。如本文所用的“均匀的照明”是指沿着光扩散光纤100的长度的照明，其中，对于多个波长，从光扩散光纤100发射的光的强度在规定长度内变化不超过15％。作为一个说明性实例，光扩散光纤100的波长为约500nm的光的散射诱导的衰减损耗与波长为约600nm的光的散射诱导的衰减损耗可以相差约15％以内。据此，光扩散光纤100可以相似的强度输出在这些波长中的每个波长下的光(同时输出或以不同的时间输出)，使得观看者可以觉察到这些波长中的每个波长具有基本上相同的亮度。
虽然不旨在受理论限制，但是包含大致平坦的光谱衰减的光扩散光纤100还可以改进从光扩散光纤100散射出的光的色度(例如，色度点、彩点或感觉色)的维持(例如均匀性)。如本文所用的“色度”是指光的色彩的品质，其与亮度无关。色度是颜色中色相和饱和度的组合，其中色相是指观看者感知的颜色(例如红色、橙色、绿色、蓝色等)，而饱和度是指颜色的鲜艳度或暗淡度，例如，颜色与灰色或纯色相之间的接近程度。虽然不旨在受理论限制，但是沿着光扩散光纤100的色度的维持是指通过限定了沿着光扩散光纤100的长度的初始色度的一个或多个输入波长(例如，通过光学耦合到光扩散光纤100的光源输入到光扩散光纤中的波长)所产生的色相和饱和度的改变或其缺失。因此，对于多个波长，在规定长度内具有大致平坦的光谱衰减(例如，光谱衰减百分比相对范围为约15％或更小)的光扩散光纤100将能够沿着光扩散光纤100的扩散长度维持产生初始色度的一个或多个波长的特定组合。通过维持所述一个或多个波长的组合，沿着光扩散光纤100的色度可以得到维持，使得观看者可以觉察不到色度的改变。类似地，对于多个波长，在规定长度内具有大致平坦的光谱衰减的光扩散光纤100也可以沿着光扩散光纤100的相同长度，在一个或不止一个不同的色度下，以均匀照明来扩散，但不会有显著的色度变化差异。观看者的感知或色度的不明显变化可以通过麦克亚当椭圆430(MacAdam ellipse 430)来量化，这将在下面更详细地描述。
另外，可以在色度空间上绘制色度，例如，CIE 1931色度空间或CIE 1976色度空间(如图4所示)。虽然不旨在受理论限制，但是CIE 1931色度空间使用色度坐标x和y来描绘色度，所述色度坐标x和y基于标准三刺激值(XYZ)，如国际照明委员会(CIE)所设置的，参见T.Smith和J.Guild,The C.I.E.Colorimetric Standards and Their Use(CIE色度标准及其用途),33TRANS.OP.SOC.73-134(1931)，所述文献通过引用全文纳入本文。虽然不旨在受理论限制，但是三刺激值是一种数学构造，其唯一表示可感知的色相，并且是从原色的相对强度得出的。另外，虽然不旨在受理论限制，但是三刺激值可以被转换成色度坐标x和y以使用CIE 1931色度空间以二维坐标来描绘色度。
进一步地，CIE 1976色度空间(图4示出了其中的一部分)使用坐标u'和v'来描绘色度，其代表了感知色度(例如，观看者所感知的色度)的差异。u'和v'坐标可以从CIE 1931色度空间的x和y坐标得出，并且可以用于显示色度根据几何距离的差异。因此，u'和v'坐标可以用于从空间上表示一个色度与另一个色度的不同。CIE 1976色度空间更详细地见述于《比色法》(Colorimetry)，第二版：CIE出版物15.2，维也纳：CIE中央局，1986年，该文献通过引用全文纳入本文。
虽然不旨在受理论限制，但是CIE 1931色度空间和CIE 1976色度空间均描述了“普朗克(Planckian)轨迹”，其代表了当黑体在一定的温度范围内被加热时，由该黑体发射的光的色度。在图4所示的部分的CIE 1976色度空间中，普朗克轨迹410由分量号410表示。如下所述，普朗克轨迹410提供了色度空间中的白光和近白光的参比位置。虽然不旨在受理论限制，但是“黑体”是指吸收所有电磁辐射(包括照射黑体的一定范围的波长，例如可见光的波长)的理论物体。由于黑体吸收电磁辐射，因此黑体在高于绝对零度(例如，高于0开尔文(K))的温度下也发射电磁辐射。
进一步地，由黑体发射的电磁辐射是白色或近白色的，并且该发射的白色或近白色电磁辐射的具体色度和光谱分布取决于黑体的温度。黑体发射的温度被称为“色温”，并且每个色温限定了位于普朗克轨迹410上的光的色度(例如，每个色温限定了位于普朗克轨迹410上的光的特定白色或近白色色度)。虽然不旨在受理论限制，但是随着黑体的温度升高，光谱分布向着更短的波长位移，因此，对于较高的温度，色度向着蓝色相位移，而对于较低的温度，色度向着红色相位移。
另外，虽然色温限定了位于普朗克轨迹410上的光的色度，但是其他色度也可以由“相关色温”(CCT)限定，其是当使用CIE 1976色度空间的u'-v'坐标绘制普朗克轨迹410(例如，因为u'-v'坐标在空间上代表了色度根据几何距离的差异)时，最接近关注色度的普朗克轨迹410上的点的色温。另外，如本文所用的，在CIE 1976色度空间上的位于关注色度与普朗克轨迹410上的最接近关注色度的点之间和/或穿过它们的线(例如，与普朗克轨迹410上的最接近关注色度的点处的切线垂直延伸的线)被称为“等温线”。沿着等温线的每个色度点具有相同的CCT。一般来说，CCT是描述“白”光的颜色外观的一种方式。例如，对于可见光谱中的波长，色温的改变表现为输入的可见波长的“更暖”或“更冷”的形式。暖光一般具有低的CCT值(例如，2700K至3000K)，而冷光具有高的CCT值(例如4000K至6500K)。
如本文所用的，在色度空间(例如CIE 1931色度空间或CIE 1976色度空间)上的两个色度点之间的无量纲距离被称为“色度距离”。例如，当在光扩散光纤100的规定长度下，将初始或测得的色度与目标色度或另一个测得的色度进行比较时，色度距离可以用于限定在CIE 1931色度空间或CIE 1976色度空间上的初始或测得的色度与目标色度或另一个测得的色度之间的距离。一个示例性的色度距离是关注的色度与最接近关注的色度的普朗克轨迹410上的点之间的距离(例如，沿着等温线测得的距离)，其在本文及本领域中被称为u-v距离或“Duv”。Duv是正或负的无量纲数，其中，正Duv是指在CIE 1976色度空间上的普朗克轨迹410上方的点，而负Duv是指在CIE 1976色度空间上的普朗克轨迹410下方的点。虽然Duv是一种示例性的色度距离，但是应理解，色度距离可以指色度空间上的任何两点之间的距离，或者色度空间上的点与色度空间400上的线(例如等温线)之间的距离。作为一个非限制性实例，色度距离可以在单个色度点与表示具体的色坐标温度的等温线之间测量(例如，色度点与沿着等温线的任何位置之间的最短距离)。作为另一个非限制性实例，色度距离可以在两个单独的色度点之间测量。
再次参考图4，其图示了具有普朗克轨迹410的CIE 1976色度空间400，以显示了光扩散光纤100具有+10％至-10％的光谱衰减(即，光谱衰减百分比相对范围为约20％)的示例性模拟结果。
另外，在CIE 1976色度空间400上还示出了麦克亚当椭圆430。麦克亚当椭圆430是在CIE图(例如，CIE 1976色度空间400)上的区域，其限定了一些色度，每个色度具有色彩，这些色彩对于普通的人眼来说不能与麦克亚当椭圆430的中心处的色彩相区别。类似地，沿着麦克亚当椭圆430的轮廓(例如，周界或边界)捕捉的色彩代表人眼对色度的“刚好可明显的差异”。麦克亚当椭圆430被描述为具有“阶数”，其相当于标准偏差σ。如果使用大群体样品，并且如果经过训练的观察者可以可靠地重复他的观察，则该阶数将如下转化为一般群体的概率：1σ/1阶是68.268％；2σ/2阶是95.449％；3σ/3阶是99.730％；4σ/4阶是99.993％；并且5σ/5阶是99.999％的一般、色彩正常群体。围绕目标绘制的“1阶”椭圆的轮廓上的任何点代表与目标的一个标准偏差——1σ。换言之，从轮廓上的点出发绘制的线通过中心点435并与轮廓上的相对点相交，然后，这两点彼此相距2σ。图4所示的麦克亚当椭圆430是5阶麦克亚当椭圆430。
仍然参考图4，其使用白色LED源模拟了具有约20％至约0％的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤的色度结果。色度针对的每个光扩散光纤100在+/-2％阶数中具有20％至约0％的光谱衰减百分比相对范围，也就是说，例如，光扩散光纤100的光谱衰减百分比相对范围为约0％，约4％(约+/-2％的光谱衰减)、约8％(约+/-4％的光谱衰减)、约12％(约+/-6％的光谱衰减)、约16％(约+/-8％的光谱衰减)和约20％(约+/-10％的光谱衰减)。每个得到的色度在CIE 1976色度空间400上用三角形表示。得到的色度(即各个三角形)一起被称为色度散布420。例如，在图4中，色度散布420针对的是被输入到每个光扩散光纤100中的白色LED源，所述光扩散光纤100在+/-2％阶数中具有20％至约0％的光谱衰减百分比相对范围，也就是说，光扩散光纤100的光谱衰减百分比相对范围分别为约0％，约4％(+/-2％)、约8％(+/-4％)、约12％(+/-6％)、约16％(+/-8％)和约20％(+/-10％)。
应对具有约0％的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤100应用麦克亚当椭圆430(例如，5阶麦克亚当椭圆430)以及目标(即，椭圆中心)，曲线显示约50％的色度散布420(即，由三角形所指示的)在麦克亚当椭圆430内侧。虽然不旨在受理论限制，但是这提示了具有约8％(即+/-4％)的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤100不会提供人类观察者能够注意到的色度差异。从图5绘制的相同结果可以更容易地量化得到约8％的光谱衰减百分比相对范围值。
参考图5，其示出了图4中的从麦克亚当椭圆430的中心点435到色度散布420的每个色度的色度距离与光谱衰减的关系。通过构造框510来捕捉图4所示的麦克亚当椭圆430中的色度散布420，可观察到，具有约8％(即，±4％的光谱衰减)的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤100不具有显著的色度差异。框510还限定了色度距离变化为约±0.0055。该色度距离的变化与优良的色度均匀性相关联。在一些实施方式中，约±0.006或更小、或约±0.005或更小、或约±0.004或更小、或约±0.003或更小、或约±0.002或更小、或者约±0.001或更小的色度距离(例如，Duv)的变化与沿着光扩散光纤100的长度(例如，扩散长度)具有优良的色度均匀性一致。虽然图4和图5描绘了白色LED源的模拟结果，但是类似的分析可以用于其他色彩。另外，虽然不旨在受理论限制，但是±0.006或更小的色度距离对应于7阶麦克亚当椭圆，并且是美国国家标准(ANSI C78.377)的可接受的色彩坐标改变的定义。由于具有小于±4％的光谱衰减变化，因此应该观察不到色彩差异。
在非白光光源的情况中，一般地，可采用相同的彩点变化目标，即，色度距离小于或等于约±0.006。然而，对于非白光，人眼对色彩变化不那么敏感，因此，取决于实现均匀或不显著的色度变化的彩点，可使用更加宽松的目标色度距离，例如小于或等于约±0.01或±0.013。然而，在非白光的情况中，发射源的光谱范围可能更窄，因此，在对白光光源调整时，可能已经考虑了更窄的光谱范围内的光谱变化。例如，如果满足白光的光谱要求，则它们最有可能满足非白光光源的光谱要求。
另外，虽然不旨在受理论限制，但是色度的变化还可以转换成沿着光扩散光纤100的CCT的变化。再次参考图4，观察到被麦克亚当椭圆430界定的色度散布420的部分上的CCT变化(ΔCCT)为约±420K，并且平均相关色温为约5580K。如上所述，CCT是描述色度的颜色外观的一种方式。ΔCCT影响色度表现出的暖或冷的程度。如果光扩散光纤100沿着光扩散光纤100的扩散长度影响ΔCCT，则将特定色度输入到光扩散光纤100中的光源沿着扩散长度可以变得更暖或更冷，从而改变沿着扩散长度从光扩散光纤100发射的光的色度外观。虽然特定光源的ΔCCT的显著差异取决于色度，但是较小的ΔCCT一般不那么显著，例如，小于±500K、±450K、±400K、±350K、±300K、±250K、±200K、±150K、±100K或±50K。如图所示，显著的差异可与平均CCT相关。例如，不作为限制，在图4中，在麦克亚当椭圆430中，与CCT为5580K的中心点435的ΔCCT为约±420K。结果，与中心点435限定的色度为约±420K的ΔCCT使得沿着具有约8％(即，±4％的光谱衰减)的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤100的扩散长度不会有显著的色度外观差异。
现在参考图6和7，通过在光扩散光纤的形成期间控制拉制速度，例如，使用被构造用于生产光扩散光纤610的光纤生产***600来形成光纤，可以在光扩散光纤中实现约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围。因此，制造光扩散光纤610，以使得该光扩散光纤610包括约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围的方法包括以下步骤：在拉制过程期间控制光扩散光纤610的拉制温度、拉制张力和拉制速度中的至少一种，如下文有所描述。进一步地，使用下述制造方法形成的光扩散光纤610还包括沿着光扩散光纤610的扩散长度的均匀的CCT和从光扩散光纤610发射的光的色度距离。另外，应理解，图6所示的光扩散光纤610可以包括上述光扩散光纤100的任何实施方式。
如图6所示，光纤生产***600包括拉制炉620、光纤收集单元670和任选的光纤涂覆单元680。拉制路径602从拉制炉620延伸到光纤收集单元670，并且其是生产期间光扩散光纤610沿着行进的路径，例如，在拉制方向601上行进。如图6所示，光纤预制件605被放置在拉制炉620中。光纤预制件605可以由适于光纤制造的任何玻璃或材料构成。在操作时，拉制炉620可以加热光纤预制件605，以使得可以从光纤预制件605拉制光扩散光纤610。拉制炉620可以沿着拉制路径602(其可以是垂直路径)取向，使得从光纤预制件605拉制出的光扩散光纤610在拉制方向601(其可以是向下方向)上沿着拉制路径602离开拉制炉620。通过使拉制炉620以垂直方向取向，可以在光纤预制件605因为拉制炉620的温度而软化时，利用光纤预制件605的重量由光纤预制件605拉制成光扩散光纤610，在一些实施方式中，通过光纤收集单元670施加于光扩散光纤610的张力，并由此施加于光纤预制件605，由光纤预制件605拉制成光扩散光纤610。
仍然参考图6，在一些实施方式中，光纤生产***600还包括光纤涂覆单元680，其沿着拉制路径602定位，例如，位于拉制炉620与光纤收集单元670之间。当光扩散光纤610穿过光纤涂覆单元680时，光纤涂覆单元680可以向光扩散光纤610施加一层或多层涂层。例如，光纤涂覆单元680可以施加以下中的一种或多种涂层：热塑性涂层，例如聚乙烯、聚丙烯、氟化乙烯聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯或类似的热塑性材料；可UV固化的涂层，例如可UV固化的丙烯酸酯涂层等。应理解，光纤涂覆单元680可以是适于向光纤施涂一层或多层涂层的任何合适的涂覆单元，如可以是本领域目前已知或随后待开发的涂覆单元。
仍然参考图6，在一些实施方式中，在光纤涂覆单元680中涂覆光扩散光纤610后，可通过光纤收集单元670将光扩散光纤610缠绕到光纤储存卷轴672上。光纤收集单元670利用拉制机构676和张紧轮674来促进将光扩散光纤610缠绕到光纤储存卷轴672上。当光扩散光纤610被拉制通过光纤生产***600时，张紧轮674可以向光扩散光纤610提供必要的张力。因此，光纤收集单元670可以直接接触光扩散光纤610，以便将光扩散光纤610缠绕到光纤储存卷轴672上，并且在沿着拉制路径602拉制光扩散光纤610时，例如拉制通过拉制炉620和光纤涂覆单元680时，在光扩散光纤610上提供所需的张力。
进一步地，在光扩散光纤610的制造期间，向光扩散光纤610施加的拉制温度、拉制张力以及拉制速度可以控制光扩散光纤610的所得到的光谱衰减百分比相对范围。具体地，改变拉制温度、拉制张力和拉制速度中的一种或多种可以改变光扩散光纤610中的散射结构115(例如充气空隙)的所得特征(例如，形状和分布)，并因此改变光扩散光纤610的所得到的光谱衰减百分比相对范围。
例如，在一个实施方式中，在拉制炉620中将光纤预制件605加热到约2100摄氏度(℃)的拉制温度，并且以约18米/分钟的拉制速度拉制。进一步地，在该示例性实施方式中，拉制机构676和光纤收集单元670的张紧轮674可以施加张力为约1克至约2克的拉制张力。在一些实施方式中，拉制温度可以包括1800℃至约2500℃，例如约1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃、2050℃、2100℃、2150℃、2200℃、2250℃、2300℃、2350℃、2400℃、2450℃等。拉制温度可以取决于拉制炉620的长度(例如，沿着Z轴)。作为一个实例，当拉制炉620包括大的长度时，较低的拉制温度可以是有利的，因为光纤预制件605或者在拉制炉620中花费更多的时间，或者在增加的拉制张力下拉制(例如，用于使光纤预制件605加速通过拉制炉620)。在一些实施方式中，拉制张力可以包括约0克至约200克，例如，1克、2克、3克、4克、5克、6克、7克、8克、9克、10克、20克、30克、40克、50克、60克、70克、80克、90克、100克、110克、120克、130克、140克、150克、160克、170克、180克、190克、或者小于或等于200克。进一步地，在一些实施方式中，拉制速度可以是约10米/分钟至约25米/分钟，例如，约12米/分钟、约14米/分钟、约16米/分钟、约18米/分钟、约20米/分钟、约22米/分钟、约24米/分钟等。
在散射结构115包括充气空隙的实施方式中，在拉制炉620中加热光纤预制件605改变了充气空隙的分布、体积、形状和长度，并且还造成相邻充气空隙的聚并(例如，融合)。包括具有各种形状和尺寸的充气空隙的散射结构115的分布控制光散射的光谱效率。对给定的玻璃预制件的充气空隙尺寸的分布进行调整还可以包括优化充气空隙开始的分布，这有助于控制光扩散光纤610的所得到的光谱衰减。进一步地，上述示例性拉制温度、拉制张力和拉制速度提供了并非全面的实例，并且在一些实施方式中，可以进行拉制温度、拉制张力和拉制速度的进一步调整，以实现生产具有约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围的光扩散光纤610的所需的拉制过程。
现在参考图7，其描绘了用于调节拉制过程的方法的流程图，所述拉制过程用于生产光谱衰减百分比相对范围为约15％或更小的光扩散光纤610。在步骤710，所述方法包括：使用例如如关于图6所述和所示的光纤生产***600，利用第一拉制张力、第一拉制速度和第一拉制温度拉制第一长度的光扩散光纤100。第一长度的光扩散光纤可以包括沿着光扩散光纤的扩散长度在选定截面处的充气空隙的第一空隙体积分数，并且沿着扩散长度在选定截面处的多个充气空隙可以包括第一平均截面尺寸。
在步骤720，测量被输入到光扩散光纤610的长度中的一定波长范围上的光谱衰减，例如，通过将光从光源引导到光扩散光纤610中并且测量通过光扩散光纤610的外表面扩散的光的光谱衰减百分比相对范围，以确定光扩散光纤610的光谱衰减百分比相对范围。接着，在步骤730，所述方法包括：确定光谱衰减百分比相对范围是否在期望的范围内(例如，小于或等于15％、12％、10％、8％、6％、5％、4％、3％、2％、1％等)。进一步地，如果测得的光谱衰减相对范围在期望的范围内，则所述方法进行到步骤760，并且使用第一拉制张力、第一拉制速度和第一拉制温度来形成另外的光扩散光纤610，例如，在光扩散光纤610的完整生产过程中形成。
或者，如果所确定的光扩散光纤100的光谱衰减百分比相对范围不在期望的范围内，则所述方法进行到步骤740，其包括：将拉制张力、拉制速度和拉制温度中的一者或多者调整到第二拉制张力、第二拉制速度和/或第二拉制温度中的一者或多者。第二拉制张力可以大于、小于或等于第一拉制张力。第二拉制速度可以大于、小于或等于第一拉制速度。第二拉制温度可以高于、低于或等于第一拉制速度。在一些实施方式中，取决于所确定的光谱衰减百分比相对范围是不是在期望的范围内，第二拉制张力、第二拉制速度和第二拉制温度中的至少一者不同于第一拉制张力、第一拉制速度和第一拉制温度。
接着，在步骤750，所述方法包括：拉制第二长度的光扩散光纤610。第二长度的光扩散光纤可以包括沿着光扩散光纤的扩散长度在选定截面处的充气空隙的第二空隙体积分数，并且沿着扩散长度在选定截面处的多个充气空隙可以包括第二平均截面尺寸。充气空隙的第二空隙体积分数和多个充气空隙的第二平均截面尺寸可以不同于充气空隙的第一空隙体积分数和多个充气空隙的第一平均截面尺寸。
一旦拉制出第二长度的光扩散光纤610，则重复步骤720，并且测量在被输入到光扩散光纤610的长度中的一定范围的波长上的光谱衰减，以确定光扩散光纤610的第二长度的光谱衰减百分比相对范围。接着，所述方法进行到步骤730，其包括：确定第二长度的光扩散光纤610的光谱衰减百分比相对范围是否在期望范围内。如果测得的第二长度的光扩散光纤610的光谱衰减相对范围在期望的范围内，则所述方法进行到步骤760，并且使用第二拉制张力、第二拉制速度和第二拉制温度来形成另外的光扩散光纤610。或者，如果所确定的第二长度的光扩散光纤610的光谱衰减百分比相对范围不在期望的范围内，则所述方法再次进行到步骤740然后750，并且针对另外的拉制张力、拉制速度和/或拉制温度重复所述过程。
在一些实施方式中，第一长度的光扩散光纤610和第二长度的光扩散光纤610的光谱衰减百分比相对范围、空隙体积分数或平均截面尺寸的测量可以沿着光扩散光纤100的扩散长度，在对应的位置处进行(即，所述测量可以在离光扩散光纤100的第一端112相同距离处进行)。在另一些实施方式中，第一长度的光扩散光纤610和第二长度的光扩散光纤610的光谱衰减百分比相对范围、空隙体积分数或平均截面尺寸的测量可以在沿着光扩散光纤610的扩散长度的任何位置处进行。
虽然不旨在受理论限制，但是对于沿着光扩散光纤传输的较短波长的光，拉制张力的减小可以导致更高的衰减，并且对于沿着光扩散光纤传输的较长波长的光，拉制温度的升高可导致更高的衰减。换言之，拉制温度和拉制张力成相反关系。另外，拉制速度和拉制温度具有直接关系，因此，当一者增加时，另一者增加，而当一者减小时，另一者减小。另外，散射结构115的开始和停止的出现使得沿着光扩散光纤100的长度得到了更高的散射效率和均匀的波长依赖性，其可以如本文所述通过低的拉制温度和低的拉制张力来实现。
例如，图8图示了两种光扩散光纤的光谱曲线，每种光纤在相同的拉制速度和相同的拉制温度下，以不同的拉制张力(即，90克和355克)来拉制。如图所示，当拉制速度和拉制温度恒定，但是拉制张力不同时，即，一个比另一个大，用更高拉制张力拉制的光扩散光纤包括更低的光谱曲线。在由图8的结果表示的实例中，拉制炉设置为1900℃的拉制温度并且拉制速度为10m/s。通过保持拉制张力恒定而改变拉制温度(例如，在不同的温度下拉制这两种光扩散光纤)可实现类似的效果。例如，不作为限制，将拉制温度从1900℃变化到约2200℃，同时将拉制速度保持在约1m/s，而拉制张力保持在约1克至约2克增加了散射损耗(即，散射诱导的衰减)。然而，当拉制速度从约1m/s增加到约5m/s时，以更高的拉制速度拉制的光扩散光纤的光谱响应比以更低的拉制速度拉制的光扩散光纤的光谱响应更加平坦(即，包括更小的光谱衰减相对范围)。
本公开的方面(1)涉及一种光扩散光纤，其包括：芯体；围绕芯体的包层；外表面；以及位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个散射结构，其中，所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约650nm的波长的光包括约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围。
方面(2)涉及如方面(1)所述的光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的光谱衰减百分比相对范围包括约8％或更小。
方面(3)涉及如方面(1)或方面(2)所述的光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的光谱衰减百分比相对范围包括约3％或更小。
方面(4)涉及如方面(1)至(3)中任一方面所述的光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的相关色温包括约2500K至约8000K。
方面(5)涉及如方面(1)至(4)中任一方面所述的光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的相关色温包括约5160K至约6000K。
方面(6)涉及如方面(1)至(5)中任一方面所述的光纤，其中，所述多个散射结构包括多个充气空隙。
方面(7)涉及如方面(6)所述的光纤，其中，所述多个充气空隙包括非球形的锥形形状。
方面(8)涉及如方面(6)所述的光纤，其中，所述多个充气空隙包括约50nm至约10μm的截面尺寸。
方面(9)涉及如方面(6)所述的光纤，其中，所述多个充气空隙包括约1mm至约100m的长度。
方面(10)涉及如方面(1)至(9)中任一方面所述的光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的强度变化不超过约30％。
方面(11)涉及如方面(1)至(10)中任一个方面所述的光纤，其中，所述多个散射结构被构造用于将一部分引导光散射向光扩散光纤的外表面，使得一部分引导光沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过光扩散光纤的外表面，从而提供约50dB/km或更大的散射诱导的衰减。
方面(12)涉及如方面(1)至(11)中任一个方面所述的光纤，其中，所述光扩散光纤还包括围绕芯体和包层的次级散射层；并且所述次级散射层包括基础材料和散射材料，且所述次级散射层被构造成使得对于约40度至约120度的所有观看角，最小散射照明强度与最大散射照明强度之间的差小于50％的最大散射照明强度。
本公开的方面(13)涉及一种用于生产光扩散光纤的方法，所述方法包括：沿着拉制路径，从拉制炉中的光纤预制件拉制光扩散光纤，其中拉制光扩散光纤包括：在拉制炉内，在拉制温度下加热光纤预制件；以及向光扩散光纤施加拉制张力以使得光扩散光纤包括：芯体；围绕芯体的包层；外表面；以及位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个散射结构，其中，所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约560nm的波长的光包括约15％或更小的光谱衰减百分比相对范围，以及约2700K至约8000K的相关色温。
方面(14)涉及如方面(13)所述的方法，其中，拉制温度为约1800℃至约2300℃。
方面(15)涉及如方面(13)或方面(14)所述的方法，其中，拉制张力为约1克至约200克。
方面(16)涉及一种方法，所述方法包括：沿着拉制路径，以第一拉制速度从拉制炉中的光纤预制件拉制第一光扩散光纤，其中拉制第一光扩散光纤包括：在拉制炉内，在第一拉制温度下加热光纤预制件；以及向第一光扩散光纤施加第一拉制张力以使得第一光扩散光纤包括：芯体；围绕芯体的包层；外表面；以及位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个充气空隙，其中，所述多个充气空隙包括第一空隙体积分数和第一平均截面尺寸；引导光从光源进入到第一光扩散光纤中，使得一部分光扩散通过第一光扩散光纤的外表面；测量扩散通过第一光扩散光纤的外表面的光的光谱衰减百分比相对范围；将沿着拉制路径，以第二拉制速度将来自光纤预制件的第二光扩散光纤拉制到拉制炉中，其中，拉制第二光扩散光纤包括：在拉制炉内，在第二拉制温度下加热光纤预制件；以及向第二光扩散光纤施加第二拉制张力以使得第二光扩散光纤包括：芯体；围绕芯体的包层；外表面；以及位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个散射结构，其中，所述多个散射结构包括第二空隙体积分数和第二平均截面直径，并且其被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着第二光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含约450nm至约560nm的波长的光包括的第二光谱衰减百分比相对范围为约15％或更小，并且小于第一光扩散光纤的光谱衰减百分比相对范围。
方面(17)涉及如方面(16)所述的方法，其中，第一拉制张力与第二拉制张力不同，并且第一拉制温度与第二拉制温度不同。
方面(18)涉及如方面(16)或方面(17)所述的方法，其中，第二拉制张力和第二拉制温度中的至少一者低于分别的第一拉制张力和第一拉制温度。
方面(19)涉及如方面(16)至方面(18)中任一方面所述的方法，其中，第二拉制张力和第二拉制温度中的至少一者高于分别的第一拉制张力和第一拉制温度。
方面(20)涉及如方面(16)至方面(19)中任一个方面所述的方法，其中，沿着第二光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的第二光的第二光谱衰减百分比相对范围包括约8％或更小。
为了描述和定义本技术，应注意，本文提到的变量是参数或另一变量的“函数”并不意味着该变量仅是所列参数或变量的函数。相反，本文提到的变量是所列参数的“函数”旨在开放式的，因此变量可以是单个参数或多个参数的函数。
还应注意，本文所述的“至少一个”组件、元件等不应用于建立冠词“一个”或“一种”的替代用法应限于单一一个组件、元件等的推论。
应注意，本文中对以特定方式“构造”的本公开的部件的描述是为了具体表现特定的性质，或者以特定的方式起作用，这样的描述是结构性的描述，而不是对预期使用的描述。更具体而言，本文所述的将部件“构造成”的方式表示该部件现有的物理条件，因此可以将其看作该组件的结构特征的限定性描述。
出于描述和定义本技术的目的，应注意，本文用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其他表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用术语“基本上”和“约”表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致论述的主题的基本功能改变。
在详细描述了本公开的主题并且通过参考其具体的实施方式之后，应注意，本文中公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为本文所述的各个实施方式的基本组件的要素，即使在每个说明书附图中示出了具体要素的情况下也如此。进一步地，显而易见的是，可进行修改和变动而不会偏离本公开的范围，这包括但不限于所附权利要求书限定的实施方式。更具体地，虽然本公开的一些实施方式在本文中被确定为优选或特别有利的，但是应预期本公开不必限于这些方面。
应注意，所附一项或多项权利要求使用术语“其中”为作为连接词。出于限定本技术的目的，应注意，该术语是作为开放式连接词被引入到权利要求中，其用于引出对结构的一系列特征的描述，并且应以更常用的开放式引导术语“包括”类似的方式来理解。

Claims (20)

1.一种光扩散光纤，其包括：
芯体；
围绕芯体的包层；
外表面；和
位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个散射结构，其中，所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含450 nm至650 nm的波长的光包括14%或更小的光谱衰减百分比相对范围。
2.如权利要求1所述的光扩散光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的光谱衰减百分比相对范围包括8%或更小。
3.如权利要求1所述的光扩散光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的光谱衰减百分比相对范围包括3%或更小。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光扩散光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的相关色温包括2500 K至8000 K。
5.如权利要求1-3中任一项所述的光扩散光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的相关色温包括5160 K至6000 K。
6.如权利要求1-3中任一项所述的光扩散光纤，其中，所述多个散射结构包括多个充气空隙。
7.如权利要求6所述的光扩散光纤，其中，所述多个充气空隙包括非球形的锥形形状。
8.如权利要求6所述的光扩散光纤，其中，所述多个充气空隙包括50 nm至10 μm的截面尺寸。
9.如权利要求6所述的光扩散光纤，其中，所述多个充气空隙包括1 mm至100 m的长度。
10.如权利要求1-3中任一项所述的光扩散光纤，其中，沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的光的强度变化不超过30%。
11.如权利要求1-3中任一项所述的光扩散光纤，其中，所述多个散射结构被构造用于将一部分引导的光散射向光扩散光纤的外表面，使得一部分引导的光沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过光扩散光纤的外表面，从而提供50 dB/km或更大的散射诱导的衰减。
12.如权利要求1-3中任一项所述的光扩散光纤，其中：
光扩散光纤还包括围绕芯体和包层的次级散射层；并且
所述次级散射层包括基础材料和散射材料，且所述次级散射层被构造成使得对于40度至120度的所有观看角，最小散射照明强度与最大散射照明强度之间的差小于50%的最大散射照明强度。
13.一种生产光扩散光纤的方法，所述方法包括：
沿着拉制路径，以10米/分钟至25米/分钟的拉制速度从拉制炉中的光纤预制件拉制光扩散光纤，其中拉制光扩散光纤包括：
在拉制炉内，在拉制温度下加热光纤预制件；以及
向光扩散光纤施加拉制张力以使得光扩散光纤包括：
芯体；
围绕芯体的包层；
外表面；和
位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个散射结构，其中，所述多个散射结构被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含450 nm至560 nm的波长的光包括14%或更小的光谱衰减百分比相对范围，以及2700 K至8000 K的相关色温。
14.如权利要求13所述的生产光扩散光纤的方法，其中，拉制温度为1800 ºC至2300 ºC。
15.如权利要求13或权利要求14所述的生产光扩散光纤的方法，其中，拉制张力为1克至200克。
16.一种生产光扩散光纤的方法，所述方法包括：
沿着拉制路径，以10米/分钟至25米/分钟的第一拉制速度从拉制炉中的光纤预制件拉制第一光扩散光纤，其中，拉制第一光扩散光纤包括：
在拉制炉内，在第一拉制温度下加热光纤预制件；以及
向第一光扩散光纤施加第一拉制张力以使得第一光扩散光纤包括：
芯体；
围绕芯体的包层；
外表面；和
位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个充气空隙，其中，所述多个充气空隙包括第一空隙体积分数和第一平均截面尺寸；
引导光从光源进入到第一光扩散光纤中，使得一部分光扩散通过第一光扩散光纤的外表面；
测量扩散通过第一光扩散光纤的外表面的光的光谱衰减百分比相对范围；
沿着拉制路径，以10米/分钟至25米/分钟的第二拉制速度将来自光纤预制件的第二光扩散光纤拉制到拉制炉中，其中，拉制第二光扩散光纤包括：
在拉制炉内，在第二拉制温度下加热光纤预制件；以及
向第二光扩散光纤施加第二拉制张力以使得第二光扩散光纤包括：
芯体；
围绕芯体的包层；
外表面；和
位于芯体、包层或芯体和包层二者内的多个散射结构，其中，所述多个散射结构包括第二空隙体积分数和第二平均截面直径，并且其被构造用于将引导的光散射向外表面，使得沿着第二光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的包含450 nm至560 nm的波长的光包括的第二光谱衰减百分比相对范围为14%或更小，并且小于第一光扩散光纤的光谱衰减百分比相对范围，
其中，第一拉制速度与第二拉制速度不同。
17.如权利要求16所述的生产光扩散光纤的方法，其中，第一拉制张力与第二拉制张力不同，并且第一拉制温度与第二拉制温度不同。
18.如权利要求16或17所述的生产光扩散光纤的方法，其中，第二拉制张力和第二拉制温度中的至少一者低于分别的第一拉制张力和第一拉制温度。
19.如权利要求16-17中任一项所述的生产光扩散光纤的方法，其中，第二拉制张力和第二拉制温度中的至少一者高于分别的第一拉制张力和第一拉制温度。
20.如权利要求16-17中任一项所述的生产光扩散光纤的方法，其中，沿着第二光扩散光纤的扩散长度扩散通过外表面的第二光的第二光谱衰减百分比相对范围包括8%或更小。
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