CN115551816A - 多光纤光导、具有多光纤光导的装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种多光纤光导(1)，其包括多根光导光纤(3)，每根光纤(3)包括：细长玻璃芯(5)，其中所述芯(5)被玻璃包层(7)包围，使得所述包层(7)与所述芯(5)形成刚性连续的玻璃元件(9)，并且其中所述芯(5)具有比所述包层(7)更高的折射率，使得光能够沿所述玻璃芯(5)通过全反射被引导，并且其中所述多光纤光导(1)的玻璃元件(9)具有两个邻接面(10、11)，所述芯(5)终止于所述两个邻接面(10、11)，使得光能够沿着所述芯(5)从一个邻接面(10)被引导到另一个邻接面(11)，并且其中所述芯(5)和所述包层(7)的玻璃含有碱金属离子，并且其中所述玻璃的碱金属离子在每个邻接面(10、11)处至少部分地被离子交换层(13)内的较高原子序数的碱金属离子交换，所述离子交换层(13)内交换的碱金属离子在所述邻接面(10、11)处施加压应力。

Description

多光纤光导、具有多光纤光导的装置及其制造方法
技术领域
本公开一般涉及光纤光导。具体而言，本公开涉及具有多根熔合的光导光纤的光纤装置。
背景技术
一种由熔合的光纤组成的光纤光导是光纤面板。US 2008/0069505 A1公开了一种覆盖有光纤面板的像素显示器，该光纤面板安装在距像素一定距离处。此外，US 2006/0008220 A1描述了一种使用光纤面板的光学低通滤波器。
在显示器前面使用的光纤板可用于增大或减小视角，或者通常用于相对于显示器移动图像平面。在面板中，单一光纤熔合在一起，使得光纤的纵向方向横向于面板的表面。由于光纤在垂直于面板表面的方向上熔合在一起，所以熔合区域可以提供横向延伸穿过板的弱化区。此外，选择用于光纤光导的玻璃是因为它们的光学特性。因此，就机械稳定性而言，合适的玻璃不一定是最强的玻璃。因此，刚性多光纤光导易于在机械应力下、尤其是在冲击或震动下断裂。
发明内容
因此，本公开的一个目的是提供一种具有改进的机械稳定性以避免断裂的多光纤光导。该目的通过独立权利要求的主题来实现。从属权利要求定义了有利的改进。
因此，本公开提供了一种多光纤光导，其包括多根光导光纤，每根光纤包括细长的玻璃芯。芯被玻璃包层包围，使得包层与芯形成刚性连续的玻璃元件。芯具有比包层更高的折射率，因此光能够沿玻璃芯通过全反射被引导。多光纤光导的玻璃元件(9)具有两个邻接面，芯终止于两个邻接面，使得光能够沿着芯从一个邻接面被引导到另一个邻接面。此外，芯和包层的玻璃含有碱金属离子。玻璃的碱金属离子在每个邻接面处至少部分地被离子交换层内的较高原子序数的碱金属离子交换。这样，离子交换层内交换的碱金属离子在邻接面处产生压应力。因此，提供了一种具有化学钢化的邻接面的多光纤光导。已经令人惊讶地发现，尽管芯和包层的玻璃的化学成分不同，但可以在邻接面处形成具有压应力的连续层。
离子交换层延伸到芯、包层和/或围绕芯和包层的壳的玻璃中。有利地，离子交换层穿透玻璃芯、玻璃包层和/或玻璃壳。有利的是，离子交换层在玻璃芯中的穿透深度是不同的，尤其是小于离子交换层在玻璃包层中的穿透深度。壳提供了额外的机械稳定性，以抵抗来自多光纤光导外部的应力，尤其是抵抗横向引起的应力。
根据一个实施例，形成多光纤光导的玻璃元件分别是板或盘。在具有板状或盘状玻璃元件的该实施例中，光导的邻接面通常比玻璃元件的最长横向尺寸更靠近。因此，盘或板的厚度小于最长横向尺寸。由于盘的厚度定义了光纤的长度，类似地，光导光纤的长度小于最长的横向尺寸。这种类型的多光纤光导将被称为面板。优选地，该条件也适用于盘或板的最短横向尺寸。因此，优选地，板的厚度或光纤或芯的长度小于盘的最短横向尺寸。
根据另一实施例，多光纤光导具有细长形状。在该实施例中，光纤长度大于玻璃元件的最大横向尺寸。
下面结合附图对多光纤光导及其制造方法及包括该光导的装置进行详细说明。
附图说明
图1以剖视图示出了多光纤光导。
图2示出了多光纤光导的邻接面的照片图像。
图3和图4示出了具有吸光元件的光导的两个示例。
图5示出了具有圆周壳的多光纤光导。
图6示出了化学钢化光导与未钢化光导相比的透射图。
图7示出了具有多光纤光导的传感器装置。
图8示出了形状为牙科棒的多光纤光导。
图9至图12示出了生产多光纤光导的方法步骤。
图13示出了具有玻璃元件的组件。
具体实施方式
图1示出了具有盘状或板状形状的多光纤光导1的示例。在本实施例中，宽度w或其横向尺寸通常大于光导1的厚度d或长度。
通常，光导1包括多根光导光纤3。在不限于具体实施例的情况下，光纤3并排布置，使得它们的纵向方向大致相互平行。光纤3包括嵌入包层7的芯5。芯5和包层7的玻璃熔合在一起，使得芯5和包层7形成连续的刚性玻璃元件9。优选地，单根光纤具有微观尺寸，以实现具有高空间分辨率的光信号传输。根据不限于图1所示的具体示例的一个实施例，相邻光导光纤3的间距或中心至中心距离c为2μm至500μm、优选地至多200μm。优选地，芯5之间的包层7的宽度大于0.5μm、优选地大于1μm、优选地大于1.5μm。在某些情况下，芯5之间的包层7的宽度可以大于2μm。
光导光纤3终止于玻璃元件9的两个相对邻接面10、11。这样，当光纤3连接邻接面10、11时，光纤3引导在邻接面10、11之一处接收的光，并且在相应的相对邻接面11、10处发射光。一方面，玻璃元件9或多光纤光导1的直径可以大于5mm、优选大于15mm、优选大于25mm和/或小于50mm、优选小于40mm、优选小于30mm。另一方面，玻璃元件9或多光纤光导1的厚度可以大于0.3mm、优选大于0.6mm、优选地大于1mm和/或小于2mm、优选地小于1.6mm、优选地小于1.3mm。这样，玻璃元件9或多光纤光导1的直径与厚度之比可以在2和170之间、优选地在16和25之间。这样的尺寸提供了多光纤光导1的广泛应用领域，如电子设备的盖板玻璃，同时保证了足够的机械稳定性。
芯5和包层7之间的界面在横向方向延伸到邻接面10、11并且可以构成弱化区。为提高多光纤光导1的强度、尤其是弱化区的强度，使邻接面10、11进行离子交换过程，使得在邻接面10、11的表面形成离子交换层13。
为了获得连续的离子交换层，优选的是芯5和包层7的玻璃都具有碱金属氧化物的成分。优选地，芯5和/或包层7的玻璃的总碱含量(或者也可以是壳17的总碱含量)、尤其是组合的碱含量在3wt％以上、优选5wt％以上，尤其是在具有较小离子半径的碱金属离子的量超过具有较大离子半径的碱金属离子的量的情况下。有利地，具有较小离子半径的碱金属离子的量与具有较大离子半径的碱金属离子的量的摩尔％之比大于1.5、优选大于2、更优选大于2.2。在某些情况下，具有大离子半径的碱金属离子不存在，或者它们的量极低。由于碱含量高于5wt％，则可以实现充分、并且尤其是改进的化学交换，从而可以将足够量的压应力施加到芯5、包层7和/或壳17的玻璃中。理想地，芯5的玻璃具有比包层7的碱含量低的碱含量。这样，施加到芯5和/或包层7中的压应力可以针对特定应用和/或玻璃组成单独调整。
在离子交换过程中，玻璃的碱金属离子部分地被具有较大离子半径的较重的碱金属离子交换。这样，离子向离子交换层13内的玻璃施加压应力。根据离子交换过程，Na离子由于扩散而从芯5和/或包层7的玻璃中浸出。通常，根据交换过程所用的时间，具有较大原子半径的碱性离子(主要是K离子)会渗透到芯5和/或包层7的玻璃中，以形成离子交换层13。芯5和/或包层7的玻璃中原子半径较大的碱性离子的穿透深度在离子交换10小时后优选地大于2μm、更优选大于2.5μm。20小时后，尤其是在离子交换超过20小时后，穿透深度可在3μm至35μm之间或更高。为了在表面产生足够高的压应力并允许随后的抛光步骤，优选穿透深度大于1.5μm。较大的碱性离子在芯5中的穿透深度以及因此DoL(离子交换层的深度)可能大于包层7的穿透深度。有利的是，具有较大原子半径的碱性离子在芯5中的穿透深度小于该较大原子半径的碱性离子在包层7中的穿透深度。优选地，较大原子半径的碱性离子在芯5和包层7中的穿透深度的差值或者在芯和包层中的DoL的差值分别在2倍与20倍之间、尤其是在20或30小时后至少为10倍。
这样，由于离子交换对光学特性的影响，例如芯5的玻璃的应力双折射可能非常低甚至不存在，使得芯5的期望光学特性可以在离子交换过程期间和之后得以保持。在施加压应力的同时，包层至少能够得到增强的机械稳定性。这样，可以防止或至少减少可能通过包层7并且尤其是在芯5或光纤之间生长和/或传播或者甚至横向传播通过整个玻璃元件9或多光纤光导1的裂纹。此外，由于芯5和包层7的不同水平的压应力和/或玻璃成分，裂纹的传播可能在它们的界面处受到阻碍。通常，如果通过将玻璃元件完全浸入盐浴中来制备离子交换层13，则离子交换发生在玻璃元件9的整个表面上。因此可以实现玻璃元件9的连续横向压缩。此外，芯5与包层7在表面或离子交换层13之间的交叉扩散是可能的。这可能会导致深度压缩的梯度，该梯度可能会从更深的玻璃区域到面(10，11)有所增加。因此，优选地，面(10、11)处的深度压缩比更深的玻璃区域中的强。通常，根据优选实施例，离子交换层13还沿着连接并在两个邻接面10、11之间延伸的外圆周表面或壳17延伸。
图2示出了多光纤光导1的邻接面10、11的照片图像。通常，如图2的示例中，芯5可以具有六边形横截面。此外，在通常不受芯5的横截面形状的限制的情况下，芯5可以布置成六边形图案。这些特征在几个方面可能是有利的。如果将像素显示器的图像从一个邻接面传递到相对面，则六边形图案可能有助于避免光射出的邻接面上出现莫尔条纹。此外，芯5和包层之间的界面的蜂窝状结构可以提高机械稳定性。
根据同样在图2的示例中实现的另一实施例，包层7的玻璃可以至少部分地吸收光。这通常有利于减少光纤3之间的串扰或光浸出。根据同样在图2的实施例中实现的一个实施例，包层7的玻璃是黑色玻璃。然而，玻璃也可能像有色玻璃一样具有部分吸收性。在这种情况下，玻璃具有光谱相关的和光谱变化的吸收。例如，玻璃可以是棕色、红色或紫色的。
减少光纤3之间的串扰的另一种可能性是在玻璃元件9内提供额外的吸收光纤，这些吸收光纤位于光导光纤的芯5之间。这些实施例的两个示例在图3和图4中示出。图3示出了单个光导光纤3的堆叠，吸光光纤15位于光导光纤3之间的空隙中。该堆叠的光纤3、15可以熔合在一起形成刚性棒。然后可以通过从该棒切割所需尺寸的部分来生产多光纤光导1。
图4示出了多光纤光导1的示例，其中光纤熔合在一起以形成刚性连续的玻璃元件9。在该示例中，芯5以正方形图案排列。在四个芯5的每隔一个交叉处布置吸光光纤15。芯5和吸光光纤15都被包层7包围。刚性玻璃元件9内的额外吸光光纤15提供了壁外吸收，以减少串扰或阻挡倾斜穿透多光纤光导1的光。
在该示例中，多光纤光导1包括三种不同的玻璃，即芯5的玻璃、包层7的玻璃和吸光光纤15的玻璃。吸光光纤15的玻璃可以类似于其他玻璃之一，但包括吸光颜料或染料，例如着色离子。
图5示出了多光纤光导1的另一个实施例。该光导包括圆周壳17，其围绕光纤3的中心布置延伸。具体地，如果该壳17也由玻璃制成是有利的，则壳17形成了光导1的玻璃元件9的整体部分。因此，玻璃元件9包括玻璃壳17，其分别包围成束的光纤3或嵌入有芯5的包层7。这样，壳也形成了邻接面10、11的外圆周部分。
根据改进，该壳17的玻璃、尤其是壳17的玻璃组成、优选地壳17的碱含量可以不同于芯5和包层3的玻璃、玻璃组成和/或碱含量。因此，在该实施例中，玻璃元件9包括三种不同的玻璃，即芯5、包层7和壳17的玻璃。此外，如果玻璃壳17类似于芯5和包层7被化学钢化是有利的，则可以通过离子交换在邻接面10、11处形成离子交换层13，该离子交换层13优选在整个表面上连续延伸、尤其是在玻璃元件9或多光纤光导1的整个邻接面10、11上连续延伸。
为了至少提高玻璃元件9或多光纤光导1的横向机械强度，有利地，壳17的宽度大于包层7的宽度、尤其大于是芯5之间的包层7的宽度。优选壳的宽度比玻璃元件9或多光纤光导1的总外径大1％、优选大2％、优选大4％和/或小10％、优选地比玻璃元件9或多光纤光导1的总外径小8％、优选地小6％。在一些特殊情况下，例如在研磨玻璃元件9的情况下，壳17的宽度可以比玻璃元件9的外径小1％。
通过落球试验研究了面板形式的多光纤光导的改进的机械强度。将化学钢化面板的面板样品与未经化学钢化的面板进行比较。所有样品的直径约为13毫米。将样品放置在没有阻尼材料的钢板上。使钢球垂直落到样品上。随着钢球重量的增加，重复该测试，直到样品破裂。结果如下表所示：
未钢化样品 钢化样品
球的平均重量[g] 3.6 6.2
球重的标准偏差[g] 3.0 3.3
钢球最小重量[g] 1 1
钢球最大重量[g] 7 14
测试样品 47 29
1g钢球打碎的样品数 27 6
7g钢球打碎的样品数 20 21
14g钢球打碎的样品数 0 2
1g钢球打碎的样品的百分比 57.4％ 20.7％
7g钢球打碎的样品的百分比 42.6％ 72.4％
14g钢球打碎的样品的百分比 0.0％ 6.9％
从上表可以看出，通过化学钢化显著提高了抗冲击或震动的机械强度。近80％的化学钢化样品经受住了1g落球测试，而超过一半的未钢化样品在1g重量下已经破裂。
此外，用于化学钢化的离子交换也不会对多光纤光导的光学特性产生不利影响。
图6示出了化学钢化光导与未钢化光导相比的透射图。为了比较，在钢化之前测量了多光纤光导的透射率。然后对光导进行了20小时的离子交换。在此离子交换过程和化学钢化之后，重复透射率测量。分别地，曲线(b)是离子交换前的透射率，曲线(a)代表离子交换过程或化学钢化后的透射率。从曲线可以看出，透射率几乎没有受到影响。令人惊讶的是，在离子交换之后，透射率甚至略高，这可能归因于离子交换层13中的折射率变化。
根据本公开的多光纤光导1特别适合作为光学传感器的窗口。因此，根据一个实施例，提供了一种光学传感器装置，其包括传感器元件，例如光电二极管，其中传感器元件被封装在壳体中，该壳体包括根据本公开的多光纤光导。多光纤光导布置成将来自壳体外部的光引导至传感器元件。如果传感器装置还包括用于探测和照亮将由传感器感测的物体的光源，则使用多光纤光导作为窗口是特别有利的。在这种情况下，光导可以有效地抑制从光源到传感器的直接信号路径，该路径是由窗口外邻接面处的内反射引起的。这种抑制允许对光源和传感器二者使用单个公共窗口。因此，在该实施例的改进中，传感器装置包括光源、优选地是半导体光源，例如壳体内的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)，其中光源和传感器元件相对于多光纤光导定位成使得光源能够发射光通过多光纤光导并且传感器元件通过同一多光纤光导接收光。
在图7中，示出了具有多光纤光导1的这种传感器装置。传感器装置包括壳体22。优选为面板形式的多光纤光导1形成了壳体22的一部分，使得光能够在壳体内部传输，反之亦然。传感器装置20包括传感器元件24。在优选实施例中，还包括光源26。传感器元件24和光源26安装在面对多光纤光导1的共同印刷电路板28上。如图所示，光学传感器装置20还可以包括多于一个的光源26。在所示示例中，传感器元件22布置在两个光源26之间。
为了说明面板作为传感器元件24和光源26的窗口的效果，画出了两条光线30、31。如果壳体22中的窗口是一个简单的透明板，那么光线31将是一条可能的路径。这样，光线31可以在窗口的外表面被反射，然后可以直接照射到传感器元件24上，而不在外部相互作用区32内相互作用。如果改为使用多光纤光导1作为窗口，则光线31在光导光纤3内被引导到外邻接面。即使光线会在外表面被反射，它也会在光纤3内被引导回，因此不能到达传感器元件。这样，不需要的背景信号被最小化。在从传感器装置22发射之后，光线可以与外部相互作用区32相互作用，通过光导1重新进入壳体22并最终到达传感器元件24。
为了避免由光线30引起的背景噪声，需要为光源26和传感器元件24使用单独的窗口。相比之下，对于多光纤光导，具有足够大直径的单个窗口就足够了，并且允许在相同区域内更高的传感器和/或光源密度。这在光学传感方面带来了更高的集成度。
通常，传感器装置20的一个优选实施例是光学心率监测器。此外，传感器装置20可以是可穿戴设备，例如智能手表。在可穿戴设备的情况下，例如在带有光学心率监测器的手表形式中，壳体通常通过窗口或面板分别固定到身体上，接触皮肤。可穿戴设备特别容易受到冲击，例如，如果设备被取下并放置在坚硬的表面上。然而，由于化学钢化的邻接面，降低了由于冲击应力导致外表面破损或至少碎裂的可能性。与经常用于可穿戴设备的塑料窗相比，根据本公开的具有玻璃元件9的多光纤光导也显著更耐用。这些塑料窗会随着时间的推移而退化，并且在防水、耐用性和美观方面存在性能问题。
在上述示例中，多光纤光导1是板状的。然而，也考虑使用细长的光导，其中光导光纤3的长度大于玻璃元件9的最大横向尺寸。一个示例是牙科棒(dental rod)。这些棒用于将光引导到治疗区，例如以便于固化可光聚合的填料用于牙科治疗。
图8中示出了作为多光纤光导1的另一个实施例的牙科棒35。牙科棒35被成形为细长光导，使得光导光纤3的长度大于玻璃元件9的最大横向尺寸。在图中，单根光导光纤3被绘制为阴影线，以说明光导光纤的取向和排列。由于多光纤光导1的邻接面10、11和壳17都进行了化学钢化，所以玻璃元件9变得稳定以承受冲击震动。例如，如果带有牙科棒的工具意外掉落，则钢化可能有助于避免破损。
此外，图8的实施例是多光纤光导1的进一步改进的示例。根据第一改进，两个邻接面10、11的横截面可以不同。这种差别可包括邻接面10、11的表面积和形状或轮廓中的至少一个。在示例中，横截面的表面积不同，邻接面11的表面积小于相对邻接面10的表面积。因此，多光纤光导1可以是锥形的，如在所描绘的示例中也实现的那样。
此外，通常，多光纤光导1可以包括至少一个弯曲部。上述特征也可以用板状多光纤光导实现，但通常对于细长光导1更有效。玻璃元件9的弯曲部和锥部都可以通过热成型产生。通过加热和轴向拉伸玻璃元件产生锥部。这样，光纤3的数量保持不变。然而，光纤的直径沿锥部减小。
独立于如本文所讨论的光导1的各种形状，多光纤光导可以使用始于适当的预制件的拉制工艺来生产。通过反复拉伸，光纤直径依次减小，直到获得具有小、尤其是微观横向尺寸的光纤。
具体地，多光纤光导1可以采用包括以下步骤的方法来生产，这些步骤也参照图9至图12进行说明：
-提供具有第一玻璃的至少一个棒41和折射率低于第一玻璃的至少一个第二玻璃的玻璃元件43的预制件40，预制件40被组装为使得棒41被第二玻璃围绕；
-加热预制件并将棒41熔合至至少一个玻璃元件43；以及
-拉制预制件40，以增加其长度并减小棒41的横向尺寸；
-将拉制的预制件40切割成部分47；以及
-组装部分，以形成另一预制件40，其中将部分47组装成新预制件、拉制新预制件和将拉制的预制件40切割成部分47的步骤优选至少重复一次；
-从预制件40切割出部分47，以获得如本文所述的玻璃元件9，包括多根光导光纤3，第一玻璃的芯被第二玻璃的包层包围；
-将玻璃元件浸入含有碱金属离子的盐浴50中，以便与玻璃元件9的玻璃中的碱金属离子进行离子交换，并在玻璃元件表面形成离子交换层13，该离子交换层对玻璃施加压应力。
优选地，第一玻璃、尤其是所需芯5的玻璃的热膨胀系数(CTE)不同于第二玻璃、尤其是包层7的所需玻璃的CTE。为了防止失配，尤其是如果在另外的步骤中产生拉伸应力，则优选第一玻璃、尤其是所需芯5的玻璃的CTE小于第二玻璃、尤其是包层7的所需玻璃的CTE。有利地，在尤其是为了产生至少轻微的压缩，第一玻璃、尤其是所需芯5的玻璃的CTE大于第二玻璃、尤其是包层7的所需玻璃的CTE。第一玻璃的CTE和第二玻璃的CTE的差值被指定为CTE(包层/芯)＝CTE第二玻璃-CTE第一玻璃的差值。根据该规定，CTE(包层/芯)的差值在+3.5ppm/K和-1ppm/K之间是优选的。正值会导致包层7的玻璃的压缩，而负值则会导致包层7的玻璃的拉伸性增加。
为了实现足够的压缩，CTE(包层/芯)的差值低于3ppm/K是优选的。在玻璃元件9包括壳17的情况下，为了防止失配、尤其是拉伸应力，优选的是包层7的玻璃的CTE小于壳17的玻璃的CTE。有利地，在尤其是为了产生至少轻微的压缩，壳17的玻璃的CTE大于包层7的玻璃的CTE。因此，壳17的玻璃的CTE不同于包层7的玻璃的CTE。壳玻璃的CTE与包层玻璃的CTE之差指定为CTE(壳/包层)的差值＝CTE壳17的玻璃-CTE包层7的玻璃。根据本规范，在+5ppm/K和-1ppm/K之间的CTE(壳/包层)差值是优选的。正值导致壳17在包层7上的压缩，而负值则导致壳17的拉伸性增加。
图9以截面图示出了预制件40。玻璃元件43可以是其中具有通孔的单个元件，棒41***其中。或者，可以使用多个玻璃元件43，它们布置在棒41之间并覆盖棒41的面向外的侧面。
棒41与该一个或多个玻璃元件43熔合，并且拉制预制件40，以增加其长度并减小棒41的横向尺寸。熔合尤其可以通过拉制步骤来实现，拉制步骤也需要加热以软化玻璃。图10示出了拉制的预制件。预制件40的端部45仍然具有原始横向尺寸，因为预制件在其端部被夹紧以施加拉力。然后将拉制的部件切割成部分47。将这些部分放在一起以形成另一预制件48，如图11所示。组装和拉制预制件40以及将拉制的预制件40切割成部分47的步骤可以重复，直到达到所需的光纤尺寸。然后，如上所述，从拉制的预制件中切割出作为玻璃元件9的部分47。部分47可以是薄片，其形成如图1或图7示例性所示的面板，或者可以如图8的示例中那样是细长的。最后，如图12所示，将玻璃元件9浸入容器51内的盐浴50中。适合钢化具有含钠玻璃的玻璃元件的是包含熔融硝酸钾的熔融盐浴。
根据该方法的变型，多光纤光导1可以在化学钢化之前进行进一步加工。具体地，可以将多光纤光导1密封在插座或底座中，从而得到将多光纤光导1固定在插座中的组件。密封后，将具有多光纤光导1的组件与插座进行碱金属离子交换和化学钢化处理。具有插座53和密封在其中的多光纤光导1的复合件55如图13所示。当然，根据替代实施例，多光纤光导1的化学钢化也可以在生产组件之前进行。如果多光纤光导1在被密封在插座53中时被化学钢化，则离子交换可以在多光纤光导的被密封到插座53并因此被覆盖的部分中被抑制。反之亦然，如果使用具有碱金属氧化物含量的玻璃焊料，则玻璃焊料也可以进行离子交换过程，从而使玻璃焊料呈现出离子交换层。因此，可以从组件55验证多光纤光导1是在化学钢化之前还是之后被密封到插座53上的。
插座53可以是金属、优选地是不锈钢、陶瓷或其他玻璃。在一个实施例中，插座53为金属环。然而，插座53也可以是壳体部件，例如，用于可穿戴电子设备的壳体。根据也在所描绘的示例中实现的另一实施例，多光纤光导1被焊接到插座53。多光纤光导1和插座53之间的焊料57可以是玻璃焊料。
附图标记列表
Figure BDA0003917495510000111
Figure BDA0003917495510000121

Claims (15)

1.一种多光纤光导(1)，其包括
-多根光导光纤(3)，每根光纤(3)包括：
-细长玻璃芯(5)，其中
-所述芯(5)被玻璃包层(7)包围，使得
-所述包层(7)与所述芯(5)形成刚性连续的玻璃元件(9)，并且
-其中所述芯(5)具有比所述包层(7)更高的折射率，使得光能够沿所述玻璃芯(5)通过全反射被引导，并且其中，所述多光纤光导(1)的玻璃元件(9)具有两个邻接面(10、11)，所述芯(5)终止于所述两个邻接面(10、11)，使得光能够沿着所述芯(5)从一个邻接面(10)被引导到另一个邻接面(11)，其中
-所述芯(5)和所述包层(7)的玻璃含有碱金属离子，并且其中
-所述玻璃的碱金属离子在每个邻接面(10、11)处至少部分地被离子交换层(13)内的较高原子序数的碱金属离子交换，所述离子交换层(13)内交换的碱金属离子在所述邻接面(10、11)处施加压应力。
2.根据前一项权利要求所述的多光纤光导(1)，其中，所述多光纤光导(1)包括以下特征中的至少一个：
-所述离子交换层(13)还沿着所述玻璃元件(9)的壳(12)延伸，所述壳在两个邻接面(10、11)之间延伸；
-所述离子交换层(13)在所述玻璃芯中的穿透深度与所述离子交换层(13)在所述玻璃包层中的穿透深度不同；
-所述芯(5)的热膨胀系数(CTE)与所述包层(7)的CTE不同；以及
-所述壳(17)的玻璃的CTE与所述包层(7)的玻璃的CTE不同。
3.根据前述权利要求中任一项所述的多光纤光导(1)，其特征在于，所述玻璃元件为盘，所述盘的厚度小于所述盘的最短横向尺寸。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的多光纤光导(1)，其中，所述多光纤光导(1)具有细长形状，并且所述光导光纤(3)的长度大于所述玻璃元件(9)的最大横向尺寸。
5.根据前一项权利要求所述的多光纤光导(1)，包括以下特征中的至少一个：
-所述邻接面(10、11)的表面积不同；
-所述邻接面(10、11)的形状不同；以及
-所述玻璃元件(9)包括至少一个弯曲部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的多光纤光导(1)，其特征在于以下特征的至少一个：
-所述芯(5)排列成六边形图案；
-所述包层(7)的玻璃是吸光的；
-所述多光纤光导(1)的玻璃元件(9)包括吸光光纤(15)；以及
-相邻光导光纤(3)的中心至中心距离为2μm至500μm、优选最多200μm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多光纤光导(1)，其中，所述玻璃元件(9)包括玻璃壳(17)，所述玻璃壳(17)包围具有嵌入的芯(5)的所述包层(7)。
8.一种组件(53)，其包括根据前述权利要求中的一项所述的多光纤光导(1)，所述多光纤光导被密封到插座(53)中。
9.根据前一项权利要求所述的组件(53)，其中，所述多光纤光导(1)被密封在所述插座(53)中的同时被化学钢化。
10.一种光学传感器装置(20)，其包括传感器元件(24)，所述传感器元件(24)被封装在壳体(22)中，所述壳体包括根据前述权利要求1至7中任一项所述的多光纤光导(1)，以将来自所述壳体(22)外部的光引导至所述传感器元件(24)。
11.根据前一项权利要求所述的光学传感器装置(20)，其还包括光源(26)，优选地是所述壳体(22)内的半导体光源，其中所述光源(26)和所述传感器元件(24)相对于所述多光纤光导(1)被定位成使得所述光源(26)发射光通过所述多光纤光导，并且所述传感器元件通过同一多光纤光导接收光。
12.根据前述两项权利要求中的任一项所述的光学传感器装置(20)，其中，所述光学传感器装置(20)是光学心率监测器。
13.根据前述三项权利要求中的任一项所述的光学传感器装置(20)，其中，所述光学传感器装置(20)是可穿戴设备。
14.一种用于生产根据权利要求1至7中任一项所述的多光纤光导(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供具有第一玻璃的至少一个棒(41)和折射率低于所述第一玻璃的第二玻璃的至少一个玻璃元件(43)的预制件(40)，所述预制件(40)被组装成使得所述棒(41)被所述第二玻璃包围；
-加热所述预制件并将所述棒(41)熔合至所述至少一个玻璃元件(43)；以及
-拉制所述预制件(40)，以增加其长度并减小所述棒(41)的横向尺寸；
-将拉制的预制件(40)切割成部分(47)；以及
-组装上述部分以形成另一预制件(40)，其中将所述部分(47)组装成新的预制件、拉制所述新的预制件(40)和将拉制的预制件(40)切割成部分(47)的步骤优选地至少重复一次；
-从所述预制件(40)切割出部分(47)以获得玻璃元件(9)，包括多根光导光纤(3)，其中所述第一玻璃的芯(5)被所述第二玻璃的包层(7)包围；以及
-将所述玻璃元件浸入含有碱金属离子的盐浴(50)中，以便与所述玻璃元件(9)的玻璃中的碱金属离子进行离子交换，并在所述玻璃元件(9)的表面形成对所述玻璃施加压应力的离子交换层(13)。
15.根据前一项权利要求所述的方法，其中，所述多光纤光导(1)被密封到插座(53)中，并且其中，具有所述多光纤光导(1)和所述插座的组件(55)在密封之后被化学钢化。
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