DE60005486T2

DE60005486T2 - Doppelbrechende photonische kristallfasern und methoden zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE60005486T2
Application number: DE60005486T
Authority: DE
Inventors: St. John Philip RUSSELL; Adam Timothy BIRKS; Cave Jonathan Wellow KNIGHT
Original assignee: Blazephotonics Ltd
Current assignee: Crystal Fibre AS
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: CN1178079C; CA2362997C; ATE316516T1; JP4761624B2; US6954574B1; DE60025766T2; WO2000049436A1; KR20010113696A; AU771646B2; EP1340725B1; ATE250772T1; DE60005486D1; AU2565000A; EP1153325B1; CA2362997A1; DE60005486T3; EP1153325A1; JP2002537575A; EP1153325B2; US6888992B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft photonische Kristallfasern und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Eine photonische Kristallfaser ist eine spezielle Form einer optischen Faser. Optische Fasern werden auf vielen Anwendungsgebieten eingesetzt, wie bei der Telekommunikation, der Laserbearbeitung und dem Laserschweißen, bei der Laserstrahl- und Leistungsabgabe, bei Laserfasern, in Sensoren, in der medizinischen Diagnostik und der Chirurgie. Sie werden typischerweise vollständig aus transparenten Feststoffen, wie. z. B. Glas, hergestellt und jede Faser weist über ihre Länge typischerweise dieselbe Querschnittsstruktur auf. Das durchsichtige Material weist in einem Teil seines Querschnitts (gewöhnlich der Mitte) einen höheren Brechungsindex auf als der Rest und bildet einen optischen Kern, in welchem das Licht über vollständige innere Reflexion geleitet wird. Eine solche Faser wird in der vorliegenden Beschreibung als Standardfaser bezeichnet.
Optische Single-Mode-Fasern sind wegen ihrer überlegenen Eigenschaften beim Transport von Wellen in vielen Anwendungen bevorzugt. Selbst sog. optische Single-Mode-Fasern bieten jedoch im allgemeinen keine Kontrolle über die Polarisation von sich fortpflanzendem Licht. Eine Single-Mode-Faser wird so bezeichnet, weil sich in ihr bei einer aktuellen Frequenz nur eine räumliche Mode ausbreiten kann, aber diese räumliche Mode kommt nur in zwei Polarisationszuständen vor, nämlich zwei entartete Mode, welche in senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen polarisiert sind. In wirklichen Fasern zerstören Ungenauigkeiten die Entartung solcher Moden und Modendoppelbrechung tritt auf; d. h. die Modenausbreitungskonstanteß der jeweiligen orthogonalen Moden unterscheiden sich geringfügig voneinander. Weil die Modendoppelbrechung von statistisch verteilen Ungenauigkeiten herrührt, verändern sich längs der Faser die Ausbreitungskonstanten mit einer Zufallsverteilung. Im allgemeinen pflanzt sich in die Faser eingekoppeltes Licht in beiden Moden fort und wird durch kleine Krümmungen und Verwindungen vom einen auf den anderen gekoppelt. Bei der Ausbreitung entlang der Faser wird linear polarisiertes Licht in einen willkürlichen Polarisationszustand aufgespalten.
Um die Polarisation eines Mode in einer Standardfaser beizubehalten, lässt sich eine Doppelbrechung absichtlich in die Faser einkoppeln (so dass die effektiven Brechzahlen der beiden Polarisationszustände unterschiedlich sind), um die Einflüsse kleiner Fehler unbedeutend zu machen. Wird Licht in paralleler Richtung zu einer der optischen Achsen der Faser linear polarisiert, behält das Licht seine Polarisation. Wird es unter irgend einem anderen Winkel linear polarisiert, ändert sich bei Ausbreitung des Lichts entlang der Faser die Polarisation von linear nach elliptisch nach linear (nicht parallel zur Anfangspolarisation) nach elliptisch und wieder zurück nach linear, mit einer als Schwebungslänge L_B bekannten Periode, wobei
und β_x und β_y die Ausbreitungskonstanten der orthogonalen Moden sind. Diese Variation ist die Folge einer Phasendifferenz zwischen zwei senkrecht aufeinander stehenden Komponenten des Mode, was aus dem Unterschied ihrer Ausbreitungskonstanten herrührt. Je kürzer die Schwebungslänge, umso nachgiebiger ist die Faser gegenüber einer unregelmäßigen Ausbreitung der Polarisation. Typischerweise weist eine herkömmliche polarisationserhaltende Faser eine Schwebungslänge in der Größenordnung eines Millimeters auf. Die Stärke der Doppelbrechung lässt sich auch durch den Parameter
wobei
(wobei λ die Wellenlänge ist) und n_x und n_y die bei senkrecht aufeinanderstehenden Moden ermittelten Brechzahlen sind, angeben.
In jüngster Zeit wurde eine vom Standardtyp abweichende optische Faser vorgestellt, die sog. photonische Kristallfaser (PCF). Diese ist typischerweise aus einem einzigen festen und im wesentlichen transparenten Material gefertigt, in welchem eine periodische Gruppierung von Luftlöchern eingebettet ist, welche parallel zur Faserachse verlaufen und sich über die gesamte Länge der Fasern erstrecken. Ein Fehler in Form eines einzelnen fehlenden Luftlochs innerhalb der regelmäßig angeordneten Gruppierung bildet einen Abschnitt mit erhöhter Brechzahl, in welchem Licht analog der Leitung in Standardfasern mit totaler Innenreflexion geleitet wird. Ein weiterer Mechanismus zur Lichtleitung beruht eher auf den Effekten einer photonischen Bandlücke als auf totaler Innenreflexion. Eine auf photonischer Bandlücke beruhende Leitung kann durch geeigneten Aufbau der Gruppierung von Luftlöchern erreicht werden. Licht mit besonderen Ausbreitungskonstanten kann auf den Kern begrenzt werden und sich darin fortpflanzen.
Photonische Kristallfasern lassen sich herstellen, indem Glasröhrchen, von denen einige Kapillaren im makroskopischen Maßstab sind, zu einer gewünschten Form gebündelt werden, und sie dann an Ort und Stelle gehalten werden, während sie zusammengeschmolzen und zu einer Faser ausgezogen werden. Eine PCF weist ungewöhnliche Eigenschaften auf, wie die Fähigkeit, Licht in einem Single-Mode über einen sehr breiten Wellenlängenbereich zu leiten, und Licht von einem relativ breiten Spektrum von Moden zuleiten, welches ein Single-Mode bleibt.
Doppelbrechung lässt sich mit verschiedenen Mechanismen hervorrufen. Sie lässt sich durch die anisotrope Natur der Polarisierbarkeit eines Materials erzeugen, d. h. durch Anisotropie im atomaren Maßstab. Sie lässt sich durch die Anordnung von materiellen Strukturelementen mit größerer als atomarer Struktur hervorrufen; diese Erscheinung ist als Formdoppelbrechung bekannt. Sie kann auch durch Einwirkung einer mechanischen Spannung erzeugt werden; diese Erscheinung ist bekannt als Spannungsdoppelbrechung oder photoelastischer Effekt. In Standardfasern wird Formdoppelbrechung durch Veränderung der Form des Faserquerschnitts erreicht, z. B. indem der Kern oder der Mantel el liptisch gemacht wird. Die Doppelbrechung in einer schwach leitenden Faser ist im allgemeinen ziemlich schwach (B ~ 10^–6). Spannungsdoppelbrechung kann erzielt werden, indem Stäbe aus Borosilikatglas auf entgegengesetzten Seiten des Faserkerns in die Vorform der Faser eingebracht werden. Eine Veränderung in Lage und Form der Borosilikatstäbe kann unterschiedliche Grade von Doppelbrechung hervorrufen. Mit spannungsinduzierter Doppelbrechung erreicht man B ~ 10^–4.
Die zur Erzeugung von Doppelbrechung in Standardfasern eingesetzten Verfahren, und somit zur Erzeugung von polarisationserhaltenden Standardfasern, sind im allgemeinen nicht direkt zur Verwendung bei photonischen Kristallfasern geeignet.
Das US-Patent 5,802,236 beschreibt nicht-periodische mikrostrukturierte optische Fasern, welche die Strahlung mittels Indexführung leiten. In einem Beispiel weist eine Faser einen festen Siliciumoxid-Kern auf, der von einem inneren Mantelbereich und einem äußeren Mantelbereich umgeben ist. Die Mantelbereiche weisen in axialer Faserrichtung verlaufende Kapillarporen auf, wobei die Poren im äußeren Mantelbereich einen größeren Durchmesser aufweisen als die im inneren Mantelbereich, so dass die effektive Brechzahl des äußeren Mantelbereichs größer als die des inneren Mantelbereichs ist.
Das US-Patent 4,551,162 beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Faser aus einem einzigen charakteristischen Glas. Eine Anzahl länglicher Startröhrchen werden thermisch erhitzt, damit sie entlang von Kontaktflecken zusammenschmelzen. Die zusammengeschmolzene Startröhrchengruppierung wird in ein hohles Hüllrohr plaziert. Die Röhrchen werden sodann zusammengepresst und erhitzt, um Stege zu bilden, welche den Kern relativ zur Umhüllung stützen. Die erhaltene optische Faserstruktur wird sodann erhitzt und in einer oder mehreren Ziehstufen ausgezogen, um die fertige optische Faser zu bilden. Eine nach einem solchen Verfahren hergestellte Faser weist einen Kern, eine Außenumhüllung sowie Stege auf, die den Kern relativ zur Umhüllung stützen und Öffnungen bilden, welche Luft enthalten, die als eine Hülle wirkt.
Eine erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine photonische Kristallfaser zur Verfügung zu stellen, die doppelbrechend ist, so dass sich die Faser als polarisationserhaltende Faser verwenden lässt.
Erfindungsgemäß wird eine photonische Kristallfaser zur Verfügung gestellt, welche ein Grundmaterial mit einer Anordnung von länglichen Löchern und einen Führungskern umfasst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Faser eine zweifache und höchstens eine zweifache Symmetrie um eine Längsachse (d. h. jede Längsachse) der Faser aufweist, wobei als Ergebnis dieser Symmetrie die Faser doppelbrechend ist.
Außer dem Kernbereich kann die Anordnung der Löcher im wesentlichen periodisch sein.
Vorteilhafterweise ist die Doppelbrechung so, dass in der Faser sich ausbreitendes Licht mit einer Wellenlänge von 1,5 μ eine Schwebungslänge unter 1 cm aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Faser sich ausbreitendes Licht mit einer Wellenlänge von 1,5 μ eine Schwebungslänge unter 5 mm aufweist. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Faser sich ausbreitendes Licht mit einer Wellenlänge von 1,5 μ eine Schwebungslänge unter 1 mm, vorzugsweise unter 0,5 mm, aufweist. Solche kurzen Schwebungslängen lassen sich im allgemeinen mit Standardfasern nicht erhalten. Natürlich mag eine individuelle Faser Licht nicht mit einer Wellenlänge von 1,5 μ leiten; in diesem Fall lässt sich die Schwebungslänge einer geführten Wellenlänge leicht nach oben oder unten auf eine 1,5 μ äquivalente Schwebungslänge skalieren. Beispielsweise ist eine Schwebungslänge von 1 mm bei einer Wellenlänge von 1,55 μ einer Schwebungslänge von 0,41 mm bei einer Wellenlänge von 633 nm äquivalent, und eine Schwebungslänge von 0,5 mm bei einer Wellenlänge von 1,55 μ ist einer Schwebungslänge von 0,21 mm bei einer Wellenlänge von 633 nm äquivalent.
Selbstverständlich sind in einer realen Faser unvermeidlich kleinere Strukturanomalien enthalten, was bedeutet, dass keine Faser eine wie auch immer geartete absolute Symmetrie aufweist; es ist leicht zu erkennen, dass bei herkömmlichen photonischen Kristallfasern eine reale Faser über ein beträchtliches Maß an Rotationssymmetrie verfügt (am verbreitetsten eine sechszählige Rotationssymmetrie) und dass die Symmetrie genügend groß ist, um das Verhalten der Faser dem einer theoretischen Faser mit absoluter Symmetrie anzugleichen. Wenn daher auf eine Faser mit höchstens zweifacher Rotationssymmetrie Bezug genommen wird, soll dies auf ähnliche Weise bedeuten, dass die Faser genaugenommen nicht nur über keine höhere Symmetrie verfügt, sondern dass sie sich auch nicht so verhält, wie es eine Faser tun würde, die über ein beträchtliches Maß an höherer Symmetrie verfügt.
Im weitesten Sinne betrifft die Erfindung das Fehlen einer höheren als eine zweizählige Rotationssymmetrie in jeder Erscheinungsform der Faser. Ganz typisch ergibt sich das Fehlen von Symmetrie aus Gegebenheiten der inneren Mikrostruktur der Faser und ganz allgemein aus der Anordnung der Löcher, während die gesamte Querschnittsform der Faser kreisförmig sein kann und somit Kreissymmetrie aufweist; es liegt mit im Umfang der Erfindung, dass die Anordnung der Löcher mehr als eine zweizählige Rotationssymmetrie haben kann, die Faser aber in einem anderen Sinn über keine über eine zweizählige Rotationssymmetrie hinausgehende Symmetrie verfügt. Beispiele für solche Anordnungen werden weiter unter angegeben.
Die Rotationssymetrie richtet sich vorzugsweise nach einer durch den Kern verlaufenden Achse. Weist eine Faser eine mehr als zweizählige Rotationssymmetrie auf, dann hätte linear polarisiertes Licht dieselbe Ausbreitungskonstante β, wenn es parallel zu zwei oder mehr (nicht notwendigerweise senkrecht aufeinander stehender) Achsen polarisiert ist. Fehler in der Faser ergeben eine Leistungsübertragung zwischen parallel zu jeder dieser Achsen polarisierter Moden, wie dies in einer realen Faser mit Kreissymmetrie der Fall ist. Ursprünglich linear polarisiertes Licht regt folglich zusätzliche Moden an und wird schnell regellos polarisiert.
Der Kern kann ein Loch enthalten. Der Kern kann mit einem anderen Stoff als Luft gefüllt sein. Alternativ kann der Kern auch kein Loch aufweisen.
Die Anordnung der Löcher kann eine zweizählige und höchstens zweizählige Rotationssymmetrie parallel zur Längsachse der Faser aufweisen. Alternativ dazu kann die Anordnung der Löcher eine größer als zweizählige Rotationssymmetrie zu einer parallel zur der Faserlängsachse verlaufenden Achse haben. Die Rotationssymmetrie kann um eine durch den Kern verlaufende Achse auftreten.
Die zweifache Rotationssymmetrie kann zumindest teilweise von einer Änderung, über den Querschnitt der Faser, in den folgenden Parametern herrühren: der Mikrostruktur des Kerns, dem Durchmesser der Löcher, dem Grundmaterial, dem in den Löchern enthaltenen Material, der Form der Löcher. Die Formänderung kann auf einer Deformation beruhen, die von Spannungen in der Faser beim Ausziehen herrührt. Die zweizählige Rotationssymmetrie kann von einer über den Querschnitt der Faser erfolgenden Änderung eines der folgenden Parameter, in Kombination mit einem oder mehreren anderen Parametern oder von einer Änderung in einem anderen Parameter herrühren: der Mikrostruktur des Kerns, dem Durchmesser der Löcher, dem Grundmaterial, dem in den Löchern enthaltenen Material, der Form der Löcher.
Die doppelbrechende Faser zeigt Formdoppelbrechung und/oder Spannungsdoppelbrechung. Obwohl eine Formdoppelbrechung in Standardfasern nicht genügt, um die erforderliche kurze Schwebungslänge hervorzurufen, kann der potentiell viel größere Brechzahlkontrast in photonischen Kristallfasern eine starke Formdoppelbrechung ergeben. Ein neuer, bei Standardfasern nicht möglicher Effekt wird gefunden, wenn das Spannungsmuster in der Faser während des Ausziehprozesses bestimmte, den Faserkern längs einer Achse umgebende Luftlöcher verzerrt, was zu einer zusätzlichen Doppelbrechung führt.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer doppelbrechenden photonischen Kristallfaser vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Bilden eines Bündels von Röhrchen, von denen mindestens einige Kapillaren sind, wobei das Bündel Röhrchen enthält, die so angeordnet sind, dass sie in der Faser einen Kernbereich bilden, sowie Röhrchen, die so angeordnet sind, dass sie in der Faser einen Mantelbereich bilden; und
(b) Ziehen des Röhrchenbündels zu einer Faser, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine zweifache und höchstens eine zweifache Rotationssymmetrie um eine Längsachse der Faser aufweist, so dass als Ergebnis der Symmetrie die Faser doppelbrechend wird.

Doppelbrechung wird somit eingeführt, indem das zur Herstellung der Vorform der photonischen Kristallfaser angewandte Verfahren abgewandelt wird. Die Abwandlung des Herstellungsverfahrens kann darin bestehen, die Materialsymmetrie auf zweifache und höchstens zweifache symmetrische Merkmale im periodischen Röhrchenbündel, welcher die Vorform umfasst, zu beschränken. Solche Strukturen verändern im allgemeinen sowohl die Form des geführten Mode als auch das Spannungsmuster in der photonischen Kristallstruktur.
Ein Weg zur Einführung von Doppelbrechung besteht darin, an zweizähligen symmetrischen Paaren von Gitterstellen verschiedene Kapillaren einzuschließen. Solche Einschlüsse können nahe am Kern erfolgen, so dass sich die Form des geführten Mode verändert („Formdoppelbrechung"), oder sie können in einiger Entfernung vom Kern erfolgen, aber aus einem Material mit unterschiedlichen Eigenschaften, um so das Spannungsmuster im Faserkern zu verändern („Spannungsdoppelbrechung"). Die Vorform kann so strukturiert sein, dass eine Doppelbrechung eingeführt wird, indem wesentliche Teile der Faservorform mit unterschiedlichen Kapillartypen gebildet werden, was wiederum zu sowohl Spannungs- als auch Formdoppelbrechung führt. Das periodische Grundgerüst, welches das Hüllmaterial für die Wellenführung bildet, könnte eine einfache dichtgepackte Gruppierung von Kapillaren mit nominal identischem Außendurchmesser sein, oder es könnte eine Gruppierung von Kapillaren mit unter schiedlichen Eigenschaften sein, welches auch unterschiedliche periodische Strukturen bildet. Ein quadratisches Gitter kann aus Kapillaren und Stäben mit unterschiedlichen Durchmesser gebildet sein. Quadratische und rechteckige Gitter lassen sich zur Herstellung von natürlich doppelbrechenden Kristallstrukturen für die Hülle verwenden, was den Aufbau von polarisationserhaltenden photonischen Kristallfasern vereinfacht.
Das Fehlen einer höheren Rotationssymmetrie kann zumindest teilweise von über den Bündelquerschnitt betrachteten Veränderungen beim Kapillarinnendurchmesser, beim Material, aus dem die Röhrchen gefertigt sind, beim Material, mit welchem die Röhrchen gefüllt sind und/oder beim Außendurchmesser der Röhrchen herrühren.
Die Röhrchen können an den Eckpunkten eines Hüllrasters vorgesehen sein, welches eine höchstens zweifache Rotationssymmetrie um das Zentrum der zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen aufweist. Kapillaren von ausgewähltem Innendurchmesser können an den Eckpunkten eines Hüllrasters vorgesehen sein, welches eine höchstens zweifache Rotationssymmetrie um das Zentrum der zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen aufweist, wobei sich die ausgewählten Innendurchmesser der Kapillaren an den Eckpunkten des Hüllrasters von den Innendurchmessern der Kapillaren an anderen Stellen unterscheiden.
Eine wesentliche Anzahl von Hüllröhrchen in der Nähe der zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen können sich unterscheiden.
Doppelbrechung kann zumindest teilweise von Spannungen herrühren, die sich in der Faser beim Ausziehen bilden. Die Spannung lässt sich durch den Einschluss eines Röhrchens an Stellen mit mindestens zweifacher Rotationssymmetrie einführen, wobei das Röhrchen aus einem Material besteht, das sich von dem unterscheidet, aus welchem zumindest einige der anderen Röhrchen im Gitter gefertigt sind. An Stellen im Bündel mit einer höchstens zweifachen Rotationssymmetrie wird die Spannung durch Einschluss von Kapillaren einge führt, die eine Wanddicke aufweisen, welche sich von derjenigen von zumindest einigen der anderen Kapillaren unterscheidet.
Die Spannungen können zu Spannungen im Kern der ausgezogenen Faser führen und diese Spannungen können zu einer Doppelbrechung führen.
Die Spannungen können zu einer Deformation von den Kern der gezogenen Faser umgebenden Löchern führen und diese Deformation kann zu einer Doppelbrechung führen.
Die Rotationssymmetrie kann zumindest teilweise von einer Druckbeaufschlagung und/oder Vakuumbeaufschlagung von mindestens einer der Kapillaren beim Ziehen des Bündels herrühren.
Das Verfahren zur Herstellung einer photonischen Kristallfaser kann ferner die folgenden Schritte umfassen:

(a) zur Verfügung Stellen einer Anzahl von Langröhrchen mit jeweils einer Längsachse, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei mindestens einige der Röhrchen Kapillaren sind mit jeweils einem parallel zur Längsachse des Röhrchens und vom ersten Ende des Röhrchens bis zum zweiten Ende des Röhrchens verlaufenden Loch;
(b) Formen der Röhrchen zu einem Bündel, wobei die Röhrchen mit ihren Längsachsen im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Bündels angeordnet werden;
(c) Ausziehen des Bündels zu einer Faser, wobei das Loch von mindestens einer Kapillare unter einem ersten Druck in Verbindung mit einer Fluidquelle gehalten wird, während der Druck um die Kapillare unter einem zweiten Druck gehalten wird, welcher sich vom ersten Druck unterscheidet, wobei beim Ziehprozess das Loch unter dem ersten Druck eine Größe erhält, die sich von derjenigen unterscheidet, die es ohne den Druckunterschied bekommen hätte.

Im neuen Verfahren können beim Ausziehen der Faser wesentliche und kontrollierte Veränderungen in der Faserstruktur auftreten; beispielsweise kann es auch eine kontrollierte Ausdehnung der Löcher während des Ausziehens geben. Bei photonischen Kristallfasern im Stand der Technik wurde die erforderliche Mikrostruktur im makroskopischen Maßstab geschaffen und sodann im Maßstab verkleinert, indem zu einer Faser ausgezogen wurde.
Vorzugsweise umgibt ein Rohr das Bündel von Röhrchen über mindestens einen Teil ihrer Länge und das Innere des Rohrs wird unter dem zweiten Druck gehalten.
Der Ausdruck „Ausdehnung der Luftlöcher" bezieht sich auf das Herstellen von Luftlöchern mit einer Größe (im Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Kapillaren), die über der Größe liegt, welche die Luftlöcher ohne den Druckunterschied aufwiesen. In Wirklichkeit weist eine durch Ausziehen hergestellte Faser eine sehr viel kleinere Querschnittsfläche auf als die Vorform (hier das Faserbündel), aus der sie gemacht wird, und im allgemeinen werden sich, absolut betrachtet, die Luftlöcher daher erfindungsgemäß nicht „ausdehnen".
Veränderungen während des Ausziehens lassen sich somit auf zwei Arten kontrollieren: durch Einsatz einer an bestimmten Löchern angewandten Druckdifferenz und durch Einschluss der gesamten Vorform, vorzugsweise in einem Rohr, das vorzugsweise dickwandig ist, Siliciumdioxid enthalten kann und mit der fertigen Faser ausgezogen wird und einen Teil derselben bildet. Vorzugsweise unterliegt das Rohr keiner Deformation, die beträchtlich von der abweicht, welcher das Rohr ohne Druckdifferenz unterliegen würde.
Vorzugsweise begrenzt das Rohr die Ausdehnung von mindestens einem der Löcher beim ersten Innendruck.
Vorzugsweise weist das Röhrchenbündel eine zweifache und höchstens zweifache Rotationssymmetrie um jede der Längsachsen auf. Ein solches Bündel lässt sich beim Ausziehen einer doppelbrechenden Faser verwenden.
Vorzugsweise geschieht beim Ziehprozess folgendes:
das Rohr wird nahe dem ersten Ende an einem ersten Ende einer evakuierbaren Struktur befestigt und das zweite Ende des Rohres liegt in der evakuierbaren Struktur;
mindestens einige der Kapillaren treten durch die evakuierbare Struktur hindurch und werden an einem zweiten Ende davon befestigt;
und die evakuierbare Struktur wird im wesentlichen evakuiert, μm den zweiten Innendruck zu erzeugen.
Vorzugsweise ist die evakuierbare Struktur ein Metallrohr.
Lediglich als Beispiel wird nun eine erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben, wobei auf die anhängenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
1 ist ein Prinzipskizze eines Beispiels für eine Standardfaser.
2 ist ein Prinzipskizze einer herkömmlichen photonischen Kristallfaser mit einem Kerndefekt von hohem Index;
3 ist ein Prinzipskizze einer herkömmlichen photonischen Kristallfaser (einer photonischen Bandlückenfaser) mit einem Kerndefekt von niedrigem Index;
4 ist ein Prinzipskizze einer photonischen Kristallfaser-Vorform, welche teilweise zu einer Faser ausgezogen wurde;
5 ist ein schematisches Querschnittsbild einer ersten erfindungsgemäßen polarisationserhaltenden photonischen Kristallfaser, in welcher die Hülllöcher ein rechwinkliges Gitter bilden;
6 ist ein schematisches Querschnittsbild einer zweiten erfindungsgemäßen polarisationserhaltenden photonischen Kristallfaser, in welcher das Muster der Hülllöcher in der Nähe des Kerns eine zweizählige Symmetrie aufweisen;
7 ist ein schematisches Querschnittsbild einer dritten erfindungsgemäßen polarisationserhaltenden photonischen Kristallfaser, in welcher das Muster der Hülllöcher entfernt vom Kern eine zweizählige Symmetrie aufweisen;
8 ist ein schematisches Querschnittsbild einer vierten erfindungsgemäßen polarisationserhaltenden photonischen Kristallfaser, in welcher das Muster der dielektrischen Einschlüsse inden Kernen des Gitters eine zweizählige Symmetrie aufweisen;
9 ist ein schematisches Querschnittsbild einer Anordnung von Röhrchen zur Bildung einer photonischen Kristallfaser mit quadratischem Gitter;
10 ist ein schematisches Querschnittsbild eines Abschnitts einer photonischen Kristallfaser mit einem quadratischen Lochgitter, wobei jedes Loch einen von zwei unterschiedlichen Durchmessern aufweist;
11 zeigt eine photonische Kristallfaser mit quadratischem Gitter;
12 zeigt Röhrchen, die einen Teil eines Bündels für die Bildung einer photonischen Kristallfaser bilden;
13 zeigt eine aus einem wie in 12 gezeigten Bündel gebildete photonische Kristallfaser;
14 zeigt schematisch ein Kapillarenbündel, das für die Verwendung in einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist;
15 zeigt schematisch das mit dem Bündel gemäß 14 verwendete Gerät;
16a zeigt die Stirnfläche am aufgeschnittenen Ende einer aus einer Vorform ähnlich der von 14 und mit dem Gerät von 15 hergestellten photonischen Kristallfaser;
16b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Struktur nahe dem Kern der Faser von 16a;
17a zeigt eine mit dem Gerät von 15 hergestellte streng doppelbrechende Faser;
17b zeigt die bei einer Wellenlänge von 1550 nm in der Faser der 17a beobachtete Polarisationsschwebung.
Standardfasern, wie das in 1 gezeigte Beispiel, weisen in ihrer einfachsten Form im wesentlichen einen zylindrischen Kern 10 und einenkonzentrischen zylindrischenMantel 20 auf. Typischerweise sind sowohl der Kern als auch der Mantel aus dem gleichen Material, gewöhnlich Siliciumdioxid, gefertigt. aber jeder ist mit anderen Stoffen dotiert, um die Brechzahlen des Kerns 10 zu erhöhen und die Brechzahl des Mantels 20 zu senken. Licht geeigneter Wellenlänge wird im Kern 10 eingeschlossen und mittels totaler Innenreflexion an der Kern/Mantel-Grenze 15 darin geführt.
Eine in 2 gezeigte typische photonische Kristallfaser weist einen Zylinder aus transparentem Grundmaterial 30 (z. B. Siliciumoxid) mit einem Gitter zylindrischer Löcher 40 auf, welche über ihre Länge verlaufen. Die Löcher sind an den Ecken und den Mitten regulärer Sechsecke angeordnet, welche eine sechszählige Rotationssymmetrie aufweisen. Die Löcher weisen eine regelmäßige periodische Anordnung auf, welche durch das Fehlen eines Loches in der Nähe der Fasermitte unterbrochen ist. Der Bereich 50 der Faser, der die Stelle des fehlenden Loches umgibt, weist die Brechzahl des Grundmaterials 30 auf. Die Brechzahl des restlichen Fasermaterials richtet sich sowohl nach der Brechzahl des Grundmaterials 30 als auch nach der Brechzahl der Luft in den Löchern 40. Die Brechzahl von Luft ist niedriger als z. B. die Brechzahl von Siliciumoxid und folglich ist die „effektive Brechzahl" des Materials mit den Löchern niedriger als die des Bereichs 50, der das fehlende Loch umgibt. Die Faser kann daher Licht annähernd im Bereich 50 auf eine Weise einschließen, die der Wellenführung durch totale Innenreflexion bei Standardfasern analog ist. Der Bereich 50 wird daher als „Kern" der photonischen Kristallfaser bezeichnet.
In einer anderen Form einer photonischen Kristallfaser wirkt eine photonische Bandlücken-Führung, um Licht in den „Kern" der Faser einzuschließen. In dem in 3 gezeigten Beispiel für eine solche Faser befindet sich eine Matrix von Löchern 70 im Grundmaterial 30. Die Löcher sind an den Ecken (aber nicht in der Mitte, siehe 2) von regelmäßigen Sechsecken angeordnet, welche über eine sechsfache Rotationssymmetrie verfügen. Die Regelmäßigkeit der Matrix ist wieder von einem Defekt unterbrochen, aber dieser ist im gezeigten Beispiel ein zusätzliches Loch 60 in der Mitte eines der Sechsecke des Gitters, wobei dieses Sechseck nahe der Fasermitte liegt. Der das zusätzliche Loch 60 umgebende Bereich kann wieder als „Kern" der Faser bezeichnet werden, Lässt man (für den Augenblick) das Loch 60 außer Betracht, bewirkt die Periodizität der Löcher in der Faser, dass bei der Ausbreitungskonstante des Lichts eine Bandlücke entsteht, die sich in der Faser fortpflanzen kann. Der Zusatz des Lochs 60 schafft effektiv einen Bereich mit einer unterschiedlichen Periodizität, und dieser Bereich kann für Ausbreitungskonstanten sorgen, die die sich von denen im Rest der Faser unterscheiden. Falls einige der vom Bereich des Lochs 60 unterstützten Ausbreitungskonstanten in die Bandlücke für die im Rest der Faser verbotenen Ausbreitungskonstanten fällt, wird Licht mit diesen Ausbreitungskonstanten im Kern eingeschlossen und sich darin ausbreiten. Es ist zu beachten, dass, weil das Loch 60 ein Defekt mit niedrigem Index ist (was daher kommt, dass Luft an der Stelle ist, wo sonst Grundmaterial ist), die Wirkungen einer totalen Innenreflexion nicht für die Wellenführung im gezeigten Beispiel verantwortlich sind.
Photonische Kristallfasern lassen sich nach einem Verfahren herstellen, von dem ein Schritt in 4 gezeigt wird. In den (nicht gezeigten) ersten Schritten dieses Verfahrens wird ein Zylinder aus Grundmaterial (z. B. Siliciumoxid) gerändert, so dass er eine sechseckige Querschnittsform hat und längs seines Zentrums wird ein Loch gebohrt. Der Stab wird sodann unter Verwendung eines Faserausziehturms zu einem Röhrchen ausgezogen. Das Röhrchen wird in gleich lange Stücke zerschnitten und die erhaltenen kurzen Röhrchen 80 werden gebündelt, um eine Gruppierung von Röhrchen zu bilden, wie dies in 4 wiedergegeben ist. Das Röhrchen 100 im Zentrum der wiedergegebenen Gruppierung ist keine Kapillare, d. h. es hat kein Loch; Die wiedergegebene Gruppierung bildet eine Faser mit einer Führung durch effektiven Index. Die Gruppierung der Röhrchen 80 wird zusammengeschmolzen und sodann zur fertigen photonischen Kristallfaser 110 ausgezogen.
Die in 5 gezeigte Faser hat ein Gitter 120 von Löchern, welche an den Ecken von Rechtecken angeordnet sind, welche keine Quadrate darstellen. Die Periodizität des Gitters wird durch das Fehlen eines Loches im Bereich 125 nahe der Mitte des Faserquerschnitts unterbrochen. Der Abstand Mitte zu Mitte der Löcher (Pitch) parallel zur Achse x (Λ_x-Pitch) unterscheidet sich vom Pitch parallel zur Achse y (Λ_y). Die in 5 gezeigte Faser könnte hergestellt werden, indem ein Röhrchen verwendet wird, das auf einen rechtwinkligen Querschnitt gerändert wurde. Das Gitter von 5 weist einer zweizählige Rotationssymmetrie auf und ist daher doppelbrechend.
Die 6 und 7 zeigen photonische Kristallfasern, welche Fasern mit effektiver Indexführung mit sechseckigen Gitter ähnlich dem der Faser in 2 darstellen. Solche Gitter sind nicht an sich doppelbrechend. In den Gittern der 5 und 6 jedoch weisen die Löcher 140 einen größeren Durchmesser auf als die Löcher 130. Diese Anisotropie im Gitter bewirkt ein zweifach rotationssymmetrisches Muster von Löchern um den Bereich 135, wo ein Loch aus dem Gitter fehlt.
Das Muster der großen Löcher 140 in 6 hat eine der Formdoppelbrechung in Standardfasern analoge Wirkung. Die Änderung im Lochdurchmesser nahe dem „Kern" 135 bewirkt direkt eine Änderung in dem von einem geführten Mode gesehenen effektiven Index.
Das Muster der großen Löcher 140 in 7 verursacht Spannungen im Kern, welche auf die gleiche Weise wie in Standardfasern eine Doppelbrechung hervorrufen. Eine bei Standardfasern nicht mögliche neue Wirkung besteht darin, dass das Muster von Spannungen in der Faser während des Ausziehens einige der den Faserkern 135 längs einer Achse umgebenden Luftlöcher verzerren kann, was zu einer zusätzlichen Doppelbrechung führt.
Eine weitere in 8 wiedergegebene Alternative besteht darin, einige der Löcher 150 mit einem anderen Stoff als Luft zu befüllen (so dass sie eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante aufweisen). Die sechszählige Rotationssymmetrie des Gitters wird erneut auf eine zweizählige Rotationssymmetrie zurückgeführt.
Die in 9 gezeigten zu einem Bündel zusammengefassten Röhrchen bestehen aus drei Typen: Röhrchen mit großem Durchmesser 150, welche Kapillaren darstellen; Röhrchen mit kleinem Durchmesser 170 und kompakte Röhrchen 180 mit großem Durchmesser. Die Röhrchen sind so angeordnet, dass die Röhrchen mit großem Durchmesser 160 ein quadratisches Gitter bilden, das an zentraler Stelle von einem Defekt unterbrochen ist, wobei der Defekt ein kompaktes Röhrchen 180 mit großem Durchmesser ist. Dazwischenliegende Lücken, die von der nicht schachbtrettartigen Natur der ringförmigen Röhrchenquerschnitte 160 herrühren, sind mit Röhrchen von kleinem Durchmesser 170 ausgefüllt.
Eine photonische Kristallfaser mit zweifacher Symmetrie wird in 10 gezeigt. Die Faser weist eine Gitterstruktur auf, die sich aus einem Röhrchenbündel ergibt, das ähnlich angeordnet ist, wie das Bündel der 9. Das kompakte Röhrchen 180 stammt von einem Defekt ähnlich dem Defekt 210. In diesem Falle jedoch weisen alternierende Reihen von Löchern (190, 200) jeweils große und klein Durchmesser auf. Ein solcher Effekt könnte mit dem Gitter der 9 erreicht werden, indem alternierende Reihen von Röhrchen 160 mit großen und kleinen Innendurchmessern (jedoch mit konstantem Außendurchmesser) vorgesehen werden.
Wie ersichtlich weist die Faser der 11 ein ungefähr quadratisches Gitter auf, wie es aus dem Bündel der 9 hergestellt werden könnte.
12 zeigt ein Bündel von Röhrchen 220, die Kapillaren darstellen. Die Röhrchen sind in einem hexagonalen, in der Periodizität von einem kompakten Röhrchen 240 unterbrochenen Gitter angeordnet. Es ist anzumerken, dass eine Reihe von Röhrchen, etwa in halber Höhe der Photographie, Kapillaren mit dickeren Wänden 250 als die anderen Kapillaren aufweist. Wird eine Faser aus dem Faserbündel ausgezogen, ergibt eine solche Anordnung eine wie in 13 gezeigte Faser mit einer Reihe von Löchern 260 mit kleinerem Durchmesser als die anderen Löcher in der Faser.
Viele andere Muster von Kapillaren und Röhrchen, die in unterschiedlichen Parametern variieren, lassen sich auffinden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Faser wird in den 14 und 15 gezeigt. Ein Bündel mit einer regelmäßigen Gruppierung von Kapillaren 300 wird in ein dickwandiges Siliciumoxid-Rohr 310 plaziert (14). Das Glasrohr 310 aus Siliciumoxid bildet nach dem Ausziehen einen Teil der Faser, der als Ummantelung dient, um mechanische Festigkeit zu verleihen. Während des Ausziehens (15) wird das Innere des Rohrs 310 evakuiert, indem es innerhalb einer evakuierbaren Vorrichtung abgedichtet wird, während der Innenraum von einigen oder allen Kapillaren 300 unter einem unterschiedlichen und höheren Druck gehalten wird, indem sie beispielsweise gegenüber der Atmosphäre offen gelassen werden.
Die evakuierbare Vorrichtung ist ein Messingzylinder 320. Anfangs ist er an beiden Enden offen. Der Zylinder wird sodann zum Rohr 310 hin an einem Ende abgedichtet. Das Rohr endet innerhalb des Messingzylinders 320. Einige oder alle Kapillaren 300 reichen gerade durch den Messingzylinder 320 hindurch, der dann um solche Kapillaren abgedichtet wird, die gerade oben durch den Zylinder reichen. Während des Ausziehens wird der Messingzylinder 320 evakuiert.
Während des Ausziehens, bei dem das Rohr 310 und die Kapillaren 300 vom Messingzylinder weg nach unten gezogen werden, kollabiert das Außenrohr 310 nicht, obwohl es evakuiert ist, weil es dicke Wände aufweist. Im Gegensatz dazu kollabieren die zwischen den Kapillaren 300 gelegenen Löcher, die bereits kleiner sind und relativ dünne, durch die Kapillarwände definierte Grenzen aufweisen, schnell und tauchen in der fertigen Faser (erwünschterweise) nicht auf. Evakuierte Kapillaren kollabieren ebenso vollständig, falls um die Kapillare ein höherer Druck herrscht. Andererseits weiten sich mit Luft von Atmosphärendruck gefüllte Kapillaren auf.
Bei Einsatz des gerade beschriebenen Verfahrens ist es möglich, sehr regelmäßige und dünnwandige Strukturen zu bilden und Fasern mit sehr kleinen Führungskernen herzustellen. 16 zeigt eine solche Faser, welche eine Außenumhüllung 330 aufweist, die das Rohr 316 nach dem Ausziehen sowie eine innere, die Kapillaren 300 enthaltende Umhüllung 340 umfasst. Die Innenumhüllung hat einen Radius von ungefähr 10 μm und weist eine Bienenwabenstruktur mit aufgeweiteten Löchern auf. Die Löcher umgeben einen Führungskern 350 mit einem Durchmesser von ungefähr 1 μm, der aus einem länglichen Röhrchen, das keine Kapillare ist, gebildet wurde. Die in 16 gezeigte Faser ist so hergestellt worden, dass alle Kapillaren 300 gerade durch den Zylinder hindurchreichten und die Faser eine im wesentlichen vielfache Rotationssymmetrie aufweist; somit ist die Faser im wesentlichen nicht doppelbrechend.
Im Gegensatz dazu zeigt 17a eine Faser, die streng doppelbrechend gemacht wurde, indem dickwandige Kapillaren an bestimmten Stellen gebündelt wurden; an diesen Stellen bilden sich kleinere Luftlöcher 360 aus. Ein alternati ves Verfahren zur Herstellung der Faser könnte darin bestehen, vier ausgewählte Kapillaren innerhalb des Zylinders 320 enden zu lassen; die Löcher in diesen ausgewählten Kapillaren 300 würden sich während des Ausziehens nicht aufweiten und würden dadurch für die vier kleinen Löcher 360 sorgen. Die Faser der 17a ist streng doppelbrechend, weil sie nur eine zweizählige Symmetrie aufweist, die von den vier kleinen Löchern 360 stammt, welche entlang einem Innendurchmesser der Innenumhüllung zu beiden Seiten des Kerns liegen.
17b zeigt die Daten für die Polarisationsschwebung der Faser von 17a. Aus diesen Daten ergibt sich die Schwebungslänge der Faser zu 0,92 mm bei einer Wellenlänge von 1550 nm; solch eine Schwebungslänge ist genügend kurz, damit die Faser als polarisationserhaltende, photonische Single-Mode-Kristallfaserfungieren kann.

Claims

Photonische Kristallfaser, welche ein Grundmaterial mit einer Anordnung von länglichen Löchern (120) und einen Führungskern (135) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine zweifache und höchstens eine zweifache Symmetrie um eine Faserlängsachse aufweist, wobei die Symmetrie so angeordnet ist, dass die Faser doppelbrechend wird.
Photonische Kristallfaser nach Anspruch 1, in welcher die Anordnung der Löcher (120) mit Ausnahme des Kerns (135) im wesentlichen periodisch ist.
Photonische Kristallfaser nach Anspruch 1 oder 2, in welcher durch die Faseranordnung eine solche Doppelbrechung erfolgt, dass sich in der Faser fortpflanzendes Licht mit einer Wellenlänge von 1,5 μ eine Schwebungslänge von weniger als 5 mm aufweist.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die Rotationssymmetrie um eine durch den Kern (135) führende Achse ausgerichtet ist.
Photonische Kristallfaser nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher der Kern ein Loch aufweist.
Photonische Kristallfaser nach Anspruch 5, in welcher das Loch mit einem anderen Material als Luft gefüllt ist.
Photonische Kristallfaser nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher der Kern kein Loch aufweist.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die Anordnung der Löcher eine zweifache und höchstens eine zweifache Rotationssymmetrie um die Längsachse der Faser aufweist.
Photonische Kristallfaser nach jedem der Ansprüche 1 bis 7, in welcher die Anordnung der Löcher (120) eine höhere als eine zweifache Rotationssymmetrie um eine parallel zur Längsachse der Faser gelegene Achse aufweist.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher der Kern eine Mikrostruktur aufweist, die sich über den Querschnitt der Faser so ändert, dass die zweifache Rotationssymmetrie zumindest teilweise von dieser Änderung herrührt.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich der Durchmesser (130, 140) der Löcher über den Querschnitt der Faser so ändert, dass die zweifache Rotationssymmetrie zumindest teilweise von dieser Änderung herrührt.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich das Grundmaterial über den Querschnitt der Faser so ändert, dass die zweifache Rotationssymmetrie zumindest teilweise von dieser Änderung herrührt.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich das in den Löchern (130, 150) enthaltene Material über den Querschnitt der Faser so ändert, dass die zweifache Rotationssymmetrie zumindest teilweise von dieser Änderung herrührt.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich die Löcher in ihrer Form über den Querschnitt der Faser so ändern, dass die zweifache Rotationssymmetrie zumindest teilweise von dieser Änderung herrührt.
Photonische Kristallfaser nach Anspruch 14, in welcher die Formänderung auf einer von Spannungen in der Faser beim Ziehen herrührenden Deformation beruht.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher sich über den Querschnitt der Faser zusammen mit einer Änderung von einer oder mehreren der folgenden Parameter oder einer Änderung eines anderen Parameters einer der folgenden Parameter ändert, wobei die Änderungen so sind, dass sich die zweifache Rotationssymmetrie ergibt: die Mikrostruktur des Kerns, der Durchmesser der Löcher, das Grundmaterial, das in den Löchern enthaltene Material, die Form der Löcher.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die Faser eine Formdoppelbrechung zeigt.
Photonische Kristallfaser nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die Faser eine Spannungsdoppelbrechung zeigt.
Verfahren zur Herstellung einer doppelbrechenden photonischen Kristallfaser nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bilden eines Bündels von Röhrchen, von denen mindestens einige Kapillaren sind, wobei das Bündel Röhrchen enthält, die so angeordnet sind, dass sie in der Faser einen Kernabschnitt bilden, sowie Röhrchen, die so angeordnet sind, dass sie in der Faser einen Hüllabschnitt bilden; und (b) Ziehen des Röhrchenbündels zu einer Faser, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser eine zweifache und höchstens eine zweifache Rotationssymmetrie um eine Längsachse der Faser aufweist, so dass als Ergebnis der Symmetrie die Faser doppelbrechend wird.
Verfahren nach Anspruch 19, in welchem die Röhrchen in dem Bündel so angeordnet sind, dass sie eine zweifache und höchstens zweifache Rotationssymmetrie um eine Längsachse des Bündels aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, in welchem der Innendurchmesser der Kapillaren (230, 250) sich über den Querschnitt des Bündels ändert, so dass das Fehlen einer höheren Symmetrie mindestens teilweise von dieser Änderung herrührt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 21, in welchem die Röhrchen aus einem sich über den Querschnitt des Bündels ändernden Material gefertigt sind, so dass das Fehlen einer höheren Symmetrie mindestens teilweise von dieser Änderung herrührt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 22, in welchem die Kapillaren mit sich über den Querschnitt des Bündels änderndem Material gefüllt sind, so dass das Fehlen einer höheren Symmetrie mindestens teilweise von dieser Änderung herrührt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 23, in welchem sich über den Querschnitt des Bündels der Außendurchmesser der Röhrchen ändert, so dass das Fehlen einer höheren Symmetrie mindestens teilweise von dieser Änderung herrührt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 24, in welchem Röhrchen an den Scheitelpunkten eines Hüllrasters vorgesehen sind, welches eine höchstens zweifache Rotationssymmetrie über das Zentrum der zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen aufweist.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 24, in welchem Kapillaren von ausgewähltem Innendurchmesser an den Scheitelpunkten eines Hüllrasters vorgesehen sind, welches eine höchstens zweifache Rotationssymmetrie über das Zentrum der zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen aufweist, wobei sich die ausgewählten Innendurchmesser der Kapillaren an den Scheitelpunkten des Hüllrasters von den Innendurchmessern der Kapillaren an anderen Stellen unterscheiden.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 26, in welchem eine wesentliche Anzahl von Hüllröhrchen in der Nähe der zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen sich von einer wesentlichen Anzahl von Hüllröhrchen entfernt von den zur Bildung des Kerns angeordneten Röhrchen unterscheiden.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 27, in welchem sich beim Ziehen Spannungen im Innern der Fasern ausbilden, so dass die Fasersymmetrie zumindest teilweise von diesen Spannungen herrührt.
Verfahren nach Anspruch 28, in welchem an Stellen im Bündel mit einer höchstens zweifachen Rotationssymmetrie die Spannung durch Einschluss eines Röhrchens eingeführt wird, das aus einem Material besteht, das sich von dem unterscheidet, aus welchem zumindest einige der anderen Röhrchen im Gitter gefertigt sind.
Verfahren nach Anspruch 28, in welchem an Stellen im Bündel mit einer höchstens zweifachen Rotationssymmetrie die Spannung durch Einschluss von Kapillaren eingeführt wird, die eine Wanddicke aufweisen, welche sich von derjenigen von zumindest einigen der anderen Kapillaren unterscheidet.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 28 bis 30, in welchem die den Kern der gezogenen Faser umgebenden Löcher deformiert sind und die Spannungen von diesen Deformationen herrühren.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 28 bis 30, in welchem im Kern der gezogenen Fasern Spannungen verursacht werden und dass die Spannungen, welche die Doppelbrechung verursachen, von jenen Spannungen herrühren.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 32, in welchem die Rotationssymmetrie zumindest teilweise von der Druckbeaufschlagung von mindestens einer der Kapillaren beim Ziehen des Bündels herrührt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 19 bis 32, in welchem die Rotationssymmetrie zumindest teilweise von der Vakuumbeaufschlagung von mindestens einer der Kapillaren beim Ziehen des Bündels herrührt.
Verfahren zur Herstellung einer photonischen Faser nach jedem der Ansprüche 19 bis 34 mit den weiteren Schritten: (a) zur Verfügung Stellen einer Anzahl von Langröhrchen mit jeweils einer Längsachse, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei mindestens einige der Röhrchen Kapillaren (300) sind mit jeweils einem parallel zur Längsachse des Röhrchens und vom ersten Ende des Röhrchens bis zum zweiten Ende des Röhrchens verlaufenden Loch; (b) Formen der Röhrchen zu einem Bündel, wobei die Röhrchen mit ihren Längsachsen im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Bündels angeordnet werden; (c) Ausziehen des Bündels zu einer Faser, wobei das Loch von mindestens einer Kapillare unter einem ersten Druck in Verbindung mit einer Fluidquelle gehalten wird, während der Druck um die Kapillare unter einem zweiten Druck gehalten wird, welcher sich vom ersten Druck unterscheidet, wobei beim Ziehprozess das Loch unter dem ersten Druck eine Größe erhält, die sich von derjenigen unterscheidet, die es ohne den Druckunterschied bekommen hätte.
Verfahren nach Anspruch 35, in welchem ein Rohr (310) das Bündel von Röhrchen über mindestens einen Teil ihrer Länge umgibt und das Innere des Rohrs unter dem zweiten Druck gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 36, in welchem das Rohr (310) die Expansion von mindestens einem der Löcher bei dem ersten Innendruck begrenzt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 35 bis 37, in welchem das Rohr (310) keiner Deformation unterliegt, welche sich deutlich von derjenigen unterscheidet, welche sie ohne den Druckunterschied erleiden würde.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 35 bis 38, in welchem beim Ziehprozess: das Rohr (310) nahe dem ersten Ende an einem ersten Ende einer evakuierbaren Struktur (320) befestigt wird und das zweite Ende des Rohres in der evakuierbaren Struktur (320) liegt; mindestens einige der Kapillaren (300) durch die evakuierbare Struktur (320) hindurchtreten und an einem zweiten Ende davon befestigt werden; die evakuierbare Struktur (320) im wesentlichen evakuiert wird, um den zweiten Innendruck zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 39, in welchem die evakuierbare Struktur (320) ein Metallrohr ist.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 35 bis 40, in welchem das Röhrchenbündel um jede der Längsachsen eine zweifache und höchstens zweifache Rotationssymmetrie aufweist.