專利名稱：側(cè)發(fā)光階躍型光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及側(cè)發(fā)光階躍型光纖、其制備方法和它們的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
階躍型光纖被理解為這樣的光導(dǎo)光纖，通過在芯中傳導(dǎo)的光在包封纖芯的包層處 的全反射，光沿著光纖軸在纖芯中傳導(dǎo)。只要包層的折射率低于傳導(dǎo)光的纖芯的折射率就 會(huì)發(fā)生全反射。然而，全反射的條件可能僅僅至多為照射到(striking)包層的光的極限 角，所述角是芯和包層的折射率的函數(shù)。極限角β Min(也就是仍發(fā)生全反射時(shí)的最小角) 可由sin(i3Min) =η2/ηι計(jì)算，其中β Min由垂直于光纖軸的平面來(lái)測(cè)定，Ii1表示纖芯的折射 率，并且H2表示包層的折射率。通常，目標(biāo)是盡可能良好地在光纖中傳導(dǎo)光，也就是說在耦合輸入光纖的過程和 在光纖中傳輸?shù)倪^程中光的損失盡可能小。側(cè)發(fā)光階躍型光纖是這樣的階躍型光纖，在該 情況下有意地將光從纖芯和光纖中耦合輸出。通常期望的是均勻的耦合輸出，在理想情況 下這使得側(cè)發(fā)光階躍型光纖看起來(lái)為均勻發(fā)光的帶或線。這使得其為多種應(yīng)用所關(guān)注，特 別是在照明工程中。就本發(fā)明的意義而言，側(cè)發(fā)光意味著光纖能夠側(cè)面發(fā)光，而不論其是否在操作中， 也就是說是否實(shí)際連接光源和接通光。如通常知道的那樣，借助于光纖拉制方法而制備光纖，其中至少纖芯的預(yù)制件被 加熱至最高達(dá)或超過預(yù)制件或纖芯材料的軟化溫度，并拉拔光纖。光纖拉制方法的原理 (例如)在德國(guó)專利DE 103 44 205 B4和DE 103 44 207 B3中詳細(xì)描述。由現(xiàn)有技術(shù)已知各種方法來(lái)產(chǎn)生側(cè)發(fā)光效果。一種已知方法是確保纖芯中的光耦 合輸出。日本特許公開申請(qǐng)JP 9258028 A2公開了一種側(cè)發(fā)光階躍型光纖，在該情況下光 通過非圓形芯而耦合輸出。當(dāng)光以小于全反射極限角β_的角度下照射在纖芯和包層之 間的界面時(shí)，進(jìn)行耦合輸出。所述非圓形芯的幾何構(gòu)造(例如正方形、三角形或星形)在芯 的幾何形狀區(qū)域(其中否則通過全反射傳導(dǎo)的光可耦合輸出)中形成。然而，通過這種芯 的幾何構(gòu)造產(chǎn)生的側(cè)發(fā)光光纖伴隨下列問題在該情況下光的耦合輸出非常低效。光在光 纖中以基本上非常平的入射角傳導(dǎo)至包層，并且所述芯的幾何形狀沿著光纖軸延伸。因此， 幾乎沒有任何其中未達(dá)到預(yù)定點(diǎn)(undershot)的區(qū)域。此外，利用JP 9258028 A2中 描述的芯的幾何形狀用于由玻璃制成的光纖是非常復(fù)雜的，因?yàn)榉浅ｋy以制備合適的預(yù)制 件，例如光纖拉制所需的預(yù)制件。此外，準(zhǔn)確地說在玻璃光纖的情況下，這種光纖的最終強(qiáng) 度隨著非圓形纖芯直徑而大大降低。據(jù)推測(cè)出于該原因，該公開文獻(xiàn)也僅僅公開了由聚合 物制成的光纖。使光從纖芯中耦合輸出的另外的方法在US 4，466，697中有所描述，根據(jù)該專利， 反射和/或散射光的顆?；旌显诶w芯中。此處的困難在于制備具有均勻的側(cè)發(fā)光性能的相 對(duì)較長(zhǎng)的光纖，因?yàn)楣庠谛局械膫鲗?dǎo)由于芯中加入的顆粒的吸收(因?yàn)闆]有顆粒完全散射
4入射光，只有一些顆粒散射幾乎全部入射光)而降低。因?yàn)樵陬w粒均勻分布在芯中的情況 下，在芯中傳導(dǎo)的光照到這種顆粒的可能性非常高，所以吸收的可能性也非常高，即使在顆 ?？倲?shù)量較小的情況下也是如此。因此，非常難以調(diào)節(jié)(scaled)耦合輸出效果，并且至少 對(duì)于長(zhǎng)度超過3m的光纖，至少在目的為制備玻璃光纖的情況下，這使得在光纖拉制中產(chǎn)生 可重復(fù)的結(jié)果成為非常復(fù)雜的問題，甚至接近不可能。就本公開的意義而言，可調(diào)節(jié)性(scalability)被理解為在光纖的長(zhǎng)度上定向設(shè) 定側(cè)發(fā)光效果的能力。這是需要的，因?yàn)閷?duì)于不同的應(yīng)用，光纖長(zhǎng)度可能變化非常大，而目 的是在整個(gè)光纖長(zhǎng)度上對(duì)于發(fā)光可能獲得最均勻的強(qiáng)度。作為使光直接從纖芯中耦合輸出的可選擇的方式，側(cè)發(fā)光性能也可以由這樣的光 纖情況下的效果引起，所述效果為纖芯和包層之間的界面中的效果或包層本身中的效果。 因此，由現(xiàn)有技術(shù)已知在芯玻璃和包層玻璃之間的結(jié)晶反應(yīng)是不期望的，因?yàn)樾竞桶鼘又?間的界面中的微晶可起到散射中心的作用，使得光從光纖中耦合輸出，因而降低其光電導(dǎo) 率。該效果通常在光波導(dǎo)的情況下是不期望的，如德國(guó)專利DE 102 45 987 B3中所述，通 常目標(biāo)是開發(fā)這樣的玻璃光纖，使得在芯和包層之間不發(fā)生結(jié)晶。然而，目標(biāo)可能是利用芯 和包層之間的結(jié)晶以產(chǎn)生側(cè)發(fā)光性能。在芯和包層彼此熔合并光纖再次冷卻時(shí)，在光纖拉 制過程中發(fā)生結(jié)晶。然而，試驗(yàn)中出現(xiàn)在光纖拉制過程中難以設(shè)定和控制結(jié)晶過程，因此到 目前為止，在可重復(fù)和可分級(jí)地制備側(cè)發(fā)光玻璃光纖(其側(cè)發(fā)光性能基于芯和包層之間的 界面中存在的微晶)方面仍未成功工業(yè)化。為了產(chǎn)生基于芯和包層之間的界面中的散射中心的側(cè)發(fā)光性能，依照專利說明書 LV 11644 B，提出對(duì)于二氧化硅玻璃光纖，向拉長(zhǎng)的二氧化硅玻璃光纖施加含有散射顆粒 的涂層。隨后可以在二氧化硅玻璃光纖周圍施加保護(hù)性外包層。對(duì)于二氧化硅玻璃光纖， 通常散射層和外包層的涂層都由塑料構(gòu)成。這樣的缺點(diǎn)在于拉長(zhǎng)的纖芯不得不經(jīng)歷另外的 涂覆步驟，并且在該步驟中是不受保護(hù)的。在芯和涂層之間沉積的污垢顆粒導(dǎo)致可能的破 裂和/或具有強(qiáng)的光耦合輸出的點(diǎn)。同樣在任何情況下，因?yàn)椴牧系脑?，二氧化硅玻璃?纖本身已經(jīng)而非常昂貴，然而在該公開文獻(xiàn)中需要的復(fù)雜的制備方法另外使得它們更加昂
蟲
貝οUS 2005/0074216 Al公開了一種側(cè)發(fā)光光纖，其具有由塑料制成的透明芯，首先 所述透明芯具有透明的第一包層，之后是第二包層，兩個(gè)包層同樣由塑料制成。散射顆粒嵌 入第二包層(其是外包層)中。該方法只對(duì)具有非常大的光纖直徑(4mm或更大)的光纖 是可行的，因?yàn)樵诶w芯中傳導(dǎo)的光必須通過在芯和第一包層之間的非常大的界面中必需存 在的不均勻性而耦合輸出。在該情況下具有嵌入散射顆粒的第二包層的作用是使得所有立 體角下耦合輸出的光均質(zhì)化。然而，具有這樣大的芯直徑的光纖撓性較差，因此可能難以鋪 設(shè)。這些實(shí)施方式只能從玻璃制成剛性光導(dǎo)棒，并且其是完全非撓性的。此外，所述包括塑料的所有方案的嚴(yán)重缺點(diǎn)在于，所述的所有塑料包層都是可燃 性的。因此，通常這些光纖應(yīng)該是不期望的。除此以外，它們至少在具有更嚴(yán)格的防火規(guī)定 的區(qū)域(例如航空器客艙內(nèi))中是不能被允許的。玻璃光纖本身不是可燃性的。然而，側(cè)發(fā)光玻璃光纖同樣是已知的。制備具有側(cè) 發(fā)光性能的玻璃光纖的公認(rèn)方法提供纖芯的預(yù)制件，通過研磨或噴砂而使其粗糙化。這些 處理過程在纖芯的外周表面上形成凸入纖芯的結(jié)構(gòu)，并且旨在使傳導(dǎo)的光耦合輸出。此處，
5還出現(xiàn)下列情況形成側(cè)發(fā)光的方法是低效的，并且也難以調(diào)節(jié)。此外，預(yù)制件的處理、特別 是當(dāng)它們由玻璃構(gòu)成時(shí)的處理通常是昂貴和復(fù)雜的。此外，凸入纖芯的結(jié)構(gòu)形成對(duì)纖芯造 成損害的例子，這可導(dǎo)致負(fù)荷峰，因此在彎曲負(fù)荷的情況下產(chǎn)生破裂，結(jié)果是這些光纖受最 終強(qiáng)度降低的影響。出于該原因，該技術(shù)似乎也需要進(jìn)行改善。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)所述背景技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供這樣的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，所述光纖可 經(jīng)濟(jì)地制備，并且以高效的方式將光從側(cè)面耦合輸出，針對(duì)所述效果的目的在于容易地調(diào) 節(jié)，此外，所述光纖是不可燃性的。本發(fā)明的其他目的是提供這種側(cè)發(fā)光光纖的制備方法、 以及包括這種側(cè)發(fā)光光纖的光纖束、及其應(yīng)用。所述目的和/或部分目的通過獨(dú)立權(quán)利要求而實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施方式得自從屬權(quán) 利要求。同樣在本說明書中提到了可選擇的實(shí)施方式。本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖包括導(dǎo)光芯，其由具有折射率Ii1的玻璃制成；和沿 著光纖軸包封所述芯的透明和/或半透明包層，其由具有折射率H2的玻璃制成，在該情況 下至少一個(gè)散射區(qū)域位于芯和包層之間，所述散射區(qū)域由具有基本相同折射率Il3的玻璃制 成，并且其中具有嵌入的散射中心，其中該玻璃的折射率H3基本上不同于包層玻璃的折射
率n2。本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖可以是撓性或剛性的。對(duì)于光纖，通常包層沿著光纖軸完全包封芯和一個(gè)或多個(gè)散射區(qū)域。因此，一個(gè)或 多個(gè)散射區(qū)域以受到包層保護(hù)的方式位于纖芯的表面上。在本發(fā)明的情況中，側(cè)發(fā)光效果是由在芯中傳導(dǎo)的光在芯和包層(與纖芯直徑相 比其是薄的)之間的區(qū)域中的散射而形成的。為此，發(fā)生散射的散射區(qū)域以在兩者之間以 直接接觸的方式位于芯和包層之間。負(fù)責(zé)散射的是嵌入散射區(qū)域中的散射中心。在本發(fā)明 的意義上，散射中心是所有可散射傳導(dǎo)的光的顆粒、和/或材料團(tuán)塊、和/或不均勻區(qū)域，而 無(wú)論其形狀、材料和/或尺寸如何。散射中心可通過經(jīng)典散射(特別是Rayleigh和/或 Mie散射)、以及通過衍射和/或反射(包括這些機(jī)理中彼此間的多個(gè)過程)來(lái)發(fā)揮它們的 散射作用。它們的功能僅在于使單獨(dú)或全部的入射光轉(zhuǎn)向。通過合適地選擇折射率ηι、n2和n3的值，側(cè)發(fā)光階躍型光纖的耦合輸出行為可適 應(yīng)于各種要求。因此，就本發(fā)明的意義而言，為了能夠以經(jīng)濟(jì)的方式將散射中心完全應(yīng)用于 芯，還需要將散射中心嵌入由玻璃制成的基質(zhì)中。包層玻璃的折射率H2優(yōu)選不同于嵌入散 射中心的玻璃的折射率。因此，折射率n3基本上不同于n2。在沿著光纖軸完全包封芯的至少一個(gè)散射區(qū)域位于芯和包層之間時(shí)，可以獲得最 佳的側(cè)發(fā)光效果。這意味著散射區(qū)域在纖芯的整個(gè)外周表面上延伸。在該情況下，就包層而 言優(yōu)選進(jìn)而包封由芯和散射區(qū)域構(gòu)成的整個(gè)結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施方式中，散射中心優(yōu)選均勻地 分布在散射區(qū)域中。在本發(fā)明的意義上，當(dāng)通過熔合由玻璃材料(其中嵌入散射中心)構(gòu) 成的多個(gè)鑲?cè)氚舳乒饫w時(shí)產(chǎn)生這種散射區(qū)域。拉制方法和鑲?cè)氚魧⒃诮Y(jié)合對(duì)預(yù)制件和 本發(fā)明的制備方法的說明進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。由于鑲?cè)氚舻氖褂煤屯ㄟ^鑲?cè)氚舻娜酆隙o 密圍繞芯形成散射區(qū)域，因此可以使用用于制備預(yù)制件(其用于光纖拉制)的管來(lái)分配散 射區(qū)域。這是有利的，因?yàn)檫@樣不需要通過拉制其中嵌入散射中心的玻璃的管而制備所述預(yù)制件。然而，使用具有嵌入的散射中心的玻璃管可以作為可選擇的方式為本發(fā)明所涵蓋， 但其可能比通過鑲?cè)氚舻闹苽渥凅w形式更為昂貴，因?yàn)槠湫枰獙ｉT用于制備這些設(shè)置有散 射顆粒的預(yù)制件的管拉制設(shè)備，這是由于散射中心通常在也用于常規(guī)玻璃管的管拉制設(shè) 備中是不期望的，并且它們的加入將污染整個(gè)設(shè)備，例如以散射顆粒作為散射中心的情況。 可通過分配這種管狀預(yù)制件而以特別經(jīng)濟(jì)的方式制備本發(fā)明的側(cè)發(fā)光光纖。進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式提供位于芯和罩層之間的至少一個(gè)散射區(qū)域，所述散射區(qū) 域沿著光纖軸在子區(qū)域中包封芯的整個(gè)外周。換句話說，這意味著散射中心僅嵌入部分基質(zhì)玻璃中，這些部分以環(huán)狀方式包封 芯。如果存在散射中心的區(qū)域和不存在散射中心的區(qū)域之間的間距足夠大，可以以定向的 方式制備側(cè)發(fā)光光纖，所述光纖在許多區(qū)域中表現(xiàn)出發(fā)光效果，但在其余區(qū)域中則沒有。這 種光纖可是有利的，以獲得合適的設(shè)計(jì)效果，或者首先在損失盡可能小的情況下引導(dǎo)光通 過沒有側(cè)發(fā)光效果的區(qū)域，并達(dá)到發(fā)生側(cè)發(fā)光的位置。這能夠使耦合輸入光纖中的光源和 發(fā)光位置分開。當(dāng)使用這樣的鑲?cè)氚艋虿ＡЧ軙r(shí)可制備這種類型的光纖，所述鑲?cè)氚艋虿?璃管其中只在沿著其軸的子區(qū)域中嵌入散射中心。然而，在光纖拉制的過程中，未摻雜散射 中心的鑲?cè)氚艉?或玻璃管的區(qū)域也和纖芯熔合，使得在不具有嵌入的散射中心和具有嵌 入的散射顆粒的情況下，芯直徑之和的量以及散射區(qū)域厚度之和的量在整個(gè)光纖長(zhǎng)度上優(yōu) 選保持基本上相同。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，側(cè)發(fā)光階躍型光纖在芯和包層之間具有至少一個(gè)離散 的散射區(qū)域，所述散射區(qū)域沿著光纖軸在芯外周的子區(qū)域上延伸，這意味著在該情況下，至 少一個(gè)散射區(qū)域沿著光纖軸或光纖軸的子區(qū)域延伸，但是并未完全包封光纖。當(dāng)在光纖拉 制過程中鑲?cè)氚舾旧蠜]有彼此熔合或彼此熔合不完全時(shí)可以形成這種散射區(qū)域。這種離 散的散射區(qū)域的形成可通過使用的鑲?cè)氚舻臄?shù)量、和/或直徑、和從而的體積來(lái)設(shè)定。因而 得出結(jié)論，在該實(shí)施方式中，在芯的外周表面上存在至少一個(gè)區(qū)域，所述區(qū)域沿著光纖軸延 伸，并且也沒有被否則嵌入散射中心的材料所占據(jù)。然而，當(dāng)然如參照上述實(shí)施方式所描述 的那樣，還可能的是沿著光纖軸延伸的離散的散射區(qū)域具有沿著光纖軸的其中未嵌入散射 中心的區(qū)域，使得在該情況下，本發(fā)明的光纖并不在其整個(gè)長(zhǎng)度上表現(xiàn)出側(cè)發(fā)光效果，因此 通過舉例的方式，存在交替方式的連續(xù)的具有側(cè)發(fā)光的區(qū)域和不具有側(cè)發(fā)光的區(qū)域。所述側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光的耦合輸出優(yōu)選可由基本上沿著光纖軸延伸的離散 的散射區(qū)域的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)。由于通常期望的是光以高效的方式從光纖的側(cè)面耦合輸出， 因此特別優(yōu)選的是，本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖在纖芯和包層之間具有多個(gè)離散的散射區(qū) 域，所述散射區(qū)域分別沿著光纖軸在纖芯外周的子區(qū)域上延伸。離散的散射區(qū)域的數(shù)量?jī)?yōu) 選為1至50個(gè)，特別優(yōu)選為1至10個(gè)。優(yōu)選的是可在玻璃中嵌入散射顆粒作為散射中心，或通過玻璃的不均勻區(qū)域來(lái)形 成散射中心(其中它們是嵌入的)。在使用散射顆粒作為散射中心的情況下，優(yōu)選使用熔融溫度高于它們所嵌入的玻 璃的熔融溫度的散射顆粒。由于在該情況下至少散射顆粒的散射性能在制備過程中不變 化，因此有利于散射顆粒的選擇，并且它們可相應(yīng)地購(gòu)買作為原料。散射顆粒的直徑優(yōu)選在IOnm至5000nm之間，特別優(yōu)選在IOOnm至1200nm之間。 就本發(fā)明的意義而言，對(duì)于非圓形散射顆粒，它們最大的長(zhǎng)度被理解為直徑。
散射顆?？蛇x自多種材料。它們優(yōu)選基本上由下列物質(zhì)構(gòu)成=SiO2和/或BaO和 /或MgO和/或BN和/或AlN和/或SiN和/或和/或Y2O3和/或Al2O3和/或TiO2 和/或Ru和/或Os和/或Rh和/或Ir和/或Ag和/或Au和/或Pd和/或Pt和/或 類金剛石碳和/或玻璃_陶瓷顆粒。由各種材料、化合物構(gòu)成的散射顆粒的混合物、和/或 這些散射顆粒的聚集物、或彼此熔合和/或燒結(jié)的那些同樣也是可想到的，并為本發(fā)明所 涵蓋，并且上述金屬成分的氧化物和氮化物也同樣是如此。如果使用散射顆粒作為散射中心，Ii3優(yōu)選具有和芯玻璃的Ii1大致相等的值。其中 嵌入散射顆粒的基質(zhì)材料的折射率n3基本上不同于Ii1將導(dǎo)致基質(zhì)材料本身將產(chǎn)生影響光 在芯中的傳導(dǎo)的效果。例如，如果n3基本上小于H1，在芯中傳導(dǎo)的光將被基質(zhì)而不是散射 中心的材料反射，因此在散射中心處可能只發(fā)生非常少的散射，甚至不發(fā)生散射。這樣的光 纖將只耦合輸出少量的光到側(cè)面。相反，如果基質(zhì)材料的折射率H3基本上高于H1,在芯中 傳導(dǎo)的光將非常迅速地到達(dá)外部，光纖將在非常短的長(zhǎng)度內(nèi)就損失其全部光強(qiáng)度，使得只 有非常短的光纖長(zhǎng)度是可行的。相反，如果在散射區(qū)域的基質(zhì)材料的折射率H3基本上等于 芯的折射率H1的情況下，在芯中傳導(dǎo)的光最多經(jīng)基質(zhì)材料的非實(shí)質(zhì)性干擾作用，因此在芯 中傳導(dǎo)的光可照到散射顆粒，而不會(huì)受到基質(zhì)材料的妨礙。因此，通過選擇散射顆粒在散射 區(qū)域中的濃度，有效控制側(cè)發(fā)光是可能的。除了取決于作為固有參數(shù)的散射顆粒的散射性能，光從散射區(qū)域、進(jìn)而從光纖中 耦合輸出的效率還是散射顆粒在散射區(qū)域本身中濃度的函數(shù)。因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供由散射顆粒形成的散射中心，散射顆粒在散射 區(qū)域中的濃度為IOppm至lOOOppm，優(yōu)選為20ppm至lOOppm。在該情況下規(guī)定，單位為ppm的濃度與散射顆粒相對(duì)于在其中嵌入散射顆粒的玻 璃組分的質(zhì)量份數(shù)的比例相關(guān)。如果散射區(qū)域的基質(zhì)玻璃的不均勻區(qū)域起到散射中心的作用，在本發(fā)明的可選擇 的實(shí)施方式中這導(dǎo)致下列情況優(yōu)選通過它們所嵌入的玻璃的玻璃成分的相分離和/或反 混合(demixing)來(lái)形成不均勻區(qū)域。由不均勻區(qū)域形成的散射中心的直徑優(yōu)選在IOnm至IOOOnm之間，特別優(yōu)選在 IOOnm 至 800nm 之間。這些散射中心特別優(yōu)選為球形。就本發(fā)明的意義而言，對(duì)于非球形散射中心，它們 的最大長(zhǎng)度被理解為直徑。其中嵌入不均勻區(qū)域作為散射中心的玻璃可優(yōu)選由含有As和Pb的硅酸鹽玻璃構(gòu) 成。在該情況下，與周圍的玻璃基質(zhì)相比，散射中心優(yōu)選具有增加的Pb和/或As含量?？蛇x擇地，其中嵌入不均勻區(qū)域作為散射中心的玻璃可由含氟的Ca-Zn硅酸鹽玻 璃構(gòu)成。則與周圍的玻璃基質(zhì)相比，散射中心優(yōu)選具有增加的氟含量。嵌入散射中心的玻璃的折射率Ii3優(yōu)選高于包層玻璃的折射率n2，也就是說優(yōu)選滿 足條件n3 > n2。此外，特別優(yōu)選其中嵌入散射中心的玻璃的折射率113至少等于或大于纖芯玻璃的 折射率Il1，也就是說還特別優(yōu)選滿足條件Il3 > Il1。如散射顆粒的情況那樣，除了取決于作為固有參數(shù)的不均勻區(qū)域本身的散射性 能，在不均勻區(qū)域作為散射中心的情況下光從光纖中耦合輸出的效率也是不均勻區(qū)域在圍繞它們的玻璃中的濃度的函數(shù)。已經(jīng)確定，不均勻區(qū)域在散射區(qū)域中的濃度為至80% 時(shí)能夠進(jìn)行高效的耦合輸出，優(yōu)選地不均勻區(qū)域在散射區(qū)域中的濃度為10%至50%。此處，單位為％的濃度與不均勻區(qū)域相對(duì)于在其中嵌入不均勻區(qū)域的玻璃組分的
重量百分?jǐn)?shù)相關(guān)。全面考慮，可優(yōu)選設(shè)定、進(jìn)而控制側(cè)發(fā)光效果的參數(shù)為沿著光纖軸的離散的散射 區(qū)域的數(shù)量、使用的散射中心的散射性能及其濃度、以及折射率!^、 和Ii3的選擇。通過適 當(dāng)組合這些參數(shù)，可以制備長(zhǎng)度顯著不同的側(cè)發(fā)光光纖，它們對(duì)人眼顯現(xiàn)出較大均勻性，使 得首次的多種應(yīng)用成為可能。然而，除了側(cè)發(fā)光的效率和均勻性，本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖還必須盡可能良 好地承受機(jī)械負(fù)荷。如果光纖是過于機(jī)械敏感的，容易發(fā)生光纖斷裂，使光纖無(wú)效。特別地， 本發(fā)明的光纖必須能夠重復(fù)彎曲而不會(huì)斷裂。評(píng)價(jià)光纖的最終強(qiáng)度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是所謂的環(huán) 線試驗(yàn)。在該情況下，由光纖形成拉緊的環(huán)線。在光纖斷裂時(shí)環(huán)線直徑越小，其抗斷裂性越 強(qiáng)?？赏ㄟ^預(yù)張緊的光纖來(lái)產(chǎn)生合適的最終強(qiáng)度。對(duì)于本發(fā)明的光纖，這意味著芯玻 璃的熱膨脹系數(shù)優(yōu)選大于包層玻璃的熱膨脹系數(shù)。從相反方向，這意味著包層玻璃優(yōu)選具 有比芯玻璃更小的熱膨脹系數(shù)和更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。由于包層玻璃具有相對(duì)于芯玻 璃更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的事實(shí)，因此在光纖的拉制過程中包層玻璃比芯玻璃更迅速地冷 卻，因此在玻璃光纖中產(chǎn)生應(yīng)力，這使玻璃光纖機(jī)械穩(wěn)定。這種預(yù)加應(yīng)力的光纖通常比未預(yù) 加應(yīng)力的光纖具有基本上更強(qiáng)的抗斷裂性。當(dāng)然，除了所述熱預(yù)加應(yīng)力法，其他用于產(chǎn)生應(yīng) 力的方法也是可行的。例如，光纖還可以在制備過程中或之后進(jìn)行化學(xué)預(yù)加應(yīng)力處理。在 該情況下，將負(fù)責(zé)產(chǎn)生應(yīng)力的離子優(yōu)選通過用于化學(xué)預(yù)加應(yīng)力的已知方法來(lái)加入包層中。在本發(fā)明優(yōu)選的側(cè)發(fā)光階躍型光纖中，芯的直徑優(yōu)選為10 μ m至300 μ m,至少一 個(gè)散射區(qū)域的厚度為IOOnm至3μπι，包層的厚度為500nm至15μπι。無(wú)論使用散射顆粒還 是不均勻區(qū)域作為散射中心，均是如此。如果側(cè)發(fā)光階躍型光纖被拉長(zhǎng)使得其直徑約大于0. 5mm，其不是撓性而是剛性的。 則其表示光導(dǎo)棒，也就是所謂的單芯棒。當(dāng)然，本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖在大多數(shù)情況下不是用作單獨(dú)光纖，而是和其 他側(cè)發(fā)光階躍型光纖一起、或和其他不具有側(cè)發(fā)光效果的光導(dǎo)光纖一起作為光纖束使用， 因此這同樣為本發(fā)明所涵蓋。就大多數(shù)情況而言，這種光纖束優(yōu)選被由塑料構(gòu)成的保護(hù)性外包層所圍繞。所述 包層可通過已知方法在光纖束周圍擠出。同樣光纖束或單獨(dú)光纖可以管狀布置在由塑料 制成的包層中。這種光纖還可以作為光纖束和/或作為設(shè)置有保護(hù)性包層的光纖束，單獨(dú) 插入一種電纜通道中，通過舉例的方式，所述電纜通道可由注塑部件制備，并且包含矩形輪 廓，其上固定有蓋子。塑料優(yōu)選是透明和/或半透明的，至少在子區(qū)域中是這樣。與具有相同直徑的單獨(dú)光纖相比，光纖束的優(yōu)點(diǎn)在于它們具有更大的撓性，并且 可以更小的彎曲半徑鋪設(shè)。包括上述側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束同樣為本發(fā)明所涵蓋。就本發(fā)明的意義而言，也不需要光纖束必須具有撓性；同樣光纖束可設(shè)計(jì)為剛性 光纖棒，其通過后續(xù)成形(例如彎曲和/或壓制)而形成其最終形狀。光纖棒內(nèi)的光纖的 直徑優(yōu)選為10 μ m至300 μ m。和上述上述光導(dǎo)棒不同，光纖棒包括多個(gè)單獨(dú)光纖，因此也稱
9為多芯棒。另外，光纖棒本身可以優(yōu)選被包層玻璃和/或由塑料制得的包層圍繞，以保護(hù)光 導(dǎo)光纖和/或本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖、和/或增加光纖棒的表面質(zhì)量。為了使得側(cè)發(fā) 光效果可見，圍繞光纖棒的包層玻璃和/或塑料包層優(yōu)選是透明和/或半透明的，至少在子 區(qū)域中是這樣。同樣為本發(fā)明所涵蓋的撓性光纖束包括多個(gè)玻璃光纖和沿著光纖束軸完全包封 所述多個(gè)玻璃光纖的外部包層，玻璃光纖包括多個(gè)上述本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，并且 外包層是沿著光纖束軸透明和/或半透明的，至少在子區(qū)域中是這樣。外包層透明和/或 半透明是必需的，使得單獨(dú)光纖側(cè)面發(fā)出的光也可離開光纖束，從而為觀察者所見。如果使 用半透明外包層而不是透明外包層，可以使單獨(dú)光纖側(cè)面發(fā)出的光均勻化。當(dāng)然，對(duì)于所述 光導(dǎo)棒也是如此。本發(fā)明的光纖束通?？删哂?00至10 000個(gè)單獨(dú)光纖，數(shù)量由光纖束直徑和單獨(dú) 光纖的直徑?jīng)Q定，并且通?？紤]0. 8至0. 9的填充系數(shù)。為了確保涉及光纖束的阻燃性的非常高的要求，光纖束的外包層優(yōu)選由阻燃性塑 料和/或玻璃光纖組織構(gòu)成。然而，同樣可以通過用一個(gè)或多個(gè)玻璃光纖纏繞多個(gè)玻璃光 纖而產(chǎn)生外包層。還可以彼此旋轉(zhuǎn)光纖束的單獨(dú)光纖，使得產(chǎn)生不再需要單獨(dú)包層的纜型 和/或線型光纖束。本發(fā)明使得可以提供具有高效的側(cè)發(fā)光的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，在該情況下也可以 依照要求非常有效地控制側(cè)發(fā)光效果，結(jié)果為可在光纖長(zhǎng)度內(nèi)有效地設(shè)定耦合輸出的光的量。因而，本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖還可以和其他光波導(dǎo)、和/或其他側(cè)發(fā)光階躍 型光纖、和/或紡織纖維一起結(jié)合以形成片材。因此，本發(fā)明應(yīng)用的優(yōu)選形式是包括多個(gè)本 發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的片材。就本發(fā)明的意義而言，片材是就其厚度而言具有更大面積的物體。按照這種方式， 可以在本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的基礎(chǔ)上制備發(fā)光的扁平片材，所述片材可以均勻分布 的方式在表面上發(fā)光。這種片材優(yōu)選被構(gòu)造為使得當(dāng)片材在運(yùn)行中時(shí)，也就是說當(dāng)光耦合 輸入片材的側(cè)發(fā)光階躍型光纖中時(shí)，觀察者感覺到其是均勻發(fā)光的表面。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，側(cè)發(fā)光階躍型光纖基本上彼此平行地布置在這種片材中。 然而，當(dāng)然同樣可依照發(fā)光特性，按照其他方式將側(cè)發(fā)光階躍型光纖布置在片材內(nèi)。優(yōu)選這樣的片材，其中側(cè)發(fā)光階躍型光纖被固定在支撐元件上，以形成由支撐元 件和側(cè)發(fā)光階躍型光纖構(gòu)成的復(fù)合元件。同樣支撐元件優(yōu)選是平的，但可具有期望的任意 形狀和曲度。支撐元件可有助于穩(wěn)定片材?？蛇x擇地，下列情況的片材是優(yōu)選的其中側(cè)發(fā)光階躍型光纖嵌入支撐元件中，以 形成由支撐元件和側(cè)發(fā)光階躍型光纖構(gòu)成的復(fù)合元件。該復(fù)合元件可通過注塑法來(lái)制得，其中透明塑料優(yōu)選構(gòu)成光導(dǎo)光纖和/或側(cè)發(fā)光 階躍型光纖的封裝。為此可使用熱塑料，例如聚碳酸酯、PVC、熱塑性彈性體或硅膠。然而，優(yōu)選通過縫制和/或紡織而將側(cè)發(fā)光階躍型光纖固定在支撐元件上。同樣 還可以將階躍型光纖彼此縫制和/或縫制到支撐元件。再次的，紡織用紗和玻璃光纖可用 作縫制用線。片材還可優(yōu)選產(chǎn)生自下列方式例如通過粘結(jié)、層壓_(和箔一起)、和/或其他合適的方法(如果合適)，使本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖連接至合適的支撐元件。特別優(yōu)選的是，其上和/或其中固定有側(cè)發(fā)光階躍型光纖的本發(fā)明的片材的支撐 元件是透明和/或半透明的，使得可由階躍型光纖發(fā)射的光可通過支撐元件。支撐元件可 被著色以獲得顏色效果。為了進(jìn)一步穩(wěn)定片材，還提供了進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，其中由支撐元件和側(cè)發(fā) 光階躍型光纖構(gòu)成的復(fù)合元件連接至穩(wěn)定元件。特別優(yōu)選的是，穩(wěn)定元件被布置為使得側(cè)發(fā)光階躍型光纖位于支撐元件表面和穩(wěn) 定元件表面之間。因此，穩(wěn)定元件還可有助于保護(hù)階躍型光纖。優(yōu)選在后面布置為箔或剛 性板形式的覆蓋層，支撐元件優(yōu)選是透明和/或半透明的。為了增加光輸出，面向側(cè)發(fā)光階躍型光纖的支撐元件和/或穩(wěn)定元件的側(cè)面優(yōu)選 被設(shè)計(jì)為使得其可反射由側(cè)發(fā)光階躍型光纖發(fā)出的光。這意味著面向階躍型光纖的支撐元 件或穩(wěn)定元件的側(cè)面可為白色，或設(shè)計(jì)為反射的方式。通過舉例的方式，當(dāng)鋁箔用作穩(wěn)定 元件時(shí)這能特別容易地實(shí)現(xiàn)。在該情況下，支撐元件優(yōu)選由透明和/或半透明塑料(例如 Plexiglas)構(gòu)成。當(dāng)然，還可以使另外的穩(wěn)定元件連接至復(fù)合元件。為了耦合輸入光，可通過使光波導(dǎo)成束的方式而結(jié)合光導(dǎo)光纖，其中通過套圈和/ 或粘合劑帶而結(jié)合光波導(dǎo)，通常是粘結(jié)的，且末端表面被研磨和拋光，使得可以最佳地耦合 輸入光。為了增加發(fā)光表面的發(fā)光，光導(dǎo)光纖還可以在兩端結(jié)合，使得可以在兩端耦合輸入 光。為了運(yùn)行本發(fā)明的片材，光可耦合輸入到光導(dǎo)光纖、進(jìn)而輸入側(cè)發(fā)光階躍型光纖 中。為了最佳的光輸出，作為光源，優(yōu)選使用點(diǎn)光源按照這樣的方式通過輔助光學(xué)設(shè)備來(lái)聚 焦光，即使得光在光導(dǎo)光纖所明確規(guī)定的接收角內(nèi)輻射。LED、特別尤其優(yōu)選白光LED或RGB LED被建議用于光的耦合輸入，因?yàn)樗鼈兙哂芯o湊的設(shè)計(jì)和相對(duì)高的光輸出。為了能夠?qū)⒐鈧鲗?dǎo)到本發(fā)明的片材中，所述片材優(yōu)選具有用于連接至少一個(gè)LED 作為光源的措施(measures)。特別優(yōu)選的是所述片材具有用于將至少一個(gè)LED連接至片材的相對(duì)邊緣的措施， 使得光可以在階躍型光纖的兩端處耦合輸入到末端表面。由于在本發(fā)明的側(cè)發(fā)光光纖中產(chǎn)生散射區(qū)域構(gòu)成嚴(yán)重的問題，因此在所述制備方 法中使用的預(yù)制件同樣是本發(fā)明的必不可少的部分，并且為本發(fā)明所涵蓋。術(shù)語(yǔ)“預(yù)制件” 是光纖拉制領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的。其包括由其拉制光纖的結(jié)構(gòu)。用于制備不具有 側(cè)發(fā)光性能的玻璃光纖的常規(guī)預(yù)制件通常包含由玻璃制成的芯棒；和在所述芯棒周圍同 軸布置的由玻璃制成的封套管?？赏ㄟ^將玻璃傾入模具中而制得芯棒。通過舉例的方式，對(duì) 于大部分需要進(jìn)行再加工，例如通過研磨或火拋光來(lái)進(jìn)行。封套管可產(chǎn)生自管的拉制。制 備玻璃管的方法是充分熟知的。在預(yù)制件被拉長(zhǎng)以形成光纖時(shí)，封套管和芯棒熔合，纖芯由 芯棒形成，并且包層由封套管形成。光纖的直徑小于預(yù)制件數(shù)倍，并且按照這種方式可由單 一預(yù)制件拉制數(shù)千米的光纖。制備側(cè)發(fā)光階躍型光纖的預(yù)制件的實(shí)施方式包括芯棒，其由具有折射率Ii1的玻 璃制成；封套管，其由具有折射率n2的玻璃制成，封套管沿著芯棒軸包封芯棒，其中在芯棒 和封套管之間以基本上平行于芯棒軸的方式布置其中嵌入散射中心的至少一個(gè)鑲?cè)氚艋?鑲?cè)牍?其由基本上具有折射率H3的玻璃制成)。優(yōu)選H2和H3彼此不同。
在由鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍芾乒饫w的過程中形成散射區(qū)域。如所述，散射中心可由散 射顆?；虿痪鶆騾^(qū)域形成。本發(fā)明的預(yù)制件優(yōu)選在芯棒和封套管之間具有1至100個(gè)鑲?cè)氚?，所述鑲?cè)氚粢?基本上平行于芯棒軸的方式布置。特別優(yōu)選有1至50、1至20、1至10和1至5個(gè)鑲?cè)氚?。如果產(chǎn)生自鑲?cè)氚舻纳⑸鋮^(qū)域在光纖拉制過程中沒有彼此熔合，鑲?cè)氚舻臄?shù)量對(duì) 應(yīng)于本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的芯上離散的散射區(qū)域的數(shù)量。然而，如已經(jīng)描述的那樣， 部分熔合或完全熔合是可能的，使得離散的散射區(qū)域的數(shù)量不必對(duì)應(yīng)于預(yù)制件中的鑲?cè)氚?的數(shù)量。鑲?cè)氚艨刹贾脼楸舜酥g具有基本上相同的間距。然而，鑲?cè)氚粼陬A(yù)制件中的確 切布置對(duì)于所述光纖束之后的外觀而言并不一定是非常重要的，因?yàn)橛捎诠饫w束中存在的 多個(gè)側(cè)發(fā)光光纖，所以源自不準(zhǔn)確布置的不均勻性彼此抵消。對(duì)于預(yù)制件，優(yōu)選采用直徑為0. 2mm至2mm、特別優(yōu)選為0. 3mm的鑲?cè)氚?。這與鑲 入棒所嵌入的玻璃中的散射中心類型無(wú)關(guān)。鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍苤猩⑸渲行牡闹睆娇蓛?yōu)選為IOnm至2000nm，特別優(yōu)選為IOOnm至 1200nm。如果使用嵌入鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍艿牟牧现械纳⑸漕w粒作為散射中心，它們優(yōu)選包括 SiO2、和 / 或 SiNdn / 或 BaOjn / 或 MgOjP / 或 ZnOjP / 或 Al2O3、和 / 或 AlNjP / 或 Ti02、 和/或ZrO2、和/或Y2O3、和/或僅這些氧化物的金屬、和/或ΒΝ, Ρ /或B2O3、和/或Ru、和 /或Os、和/或Rh、和/或Ir、和/或Ag、和/或Au、和/或Pd、和/或Pt、和/或類金剛石 碳、和/或玻璃-陶瓷顆粒。散射顆粒在至少一個(gè)鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍苤械臐舛葍?yōu)選為IOppm至lOOOppm，特別優(yōu) 選為 20ppm 至 lOOppm。如果鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍艿牟ＡУ牟痪鶆騾^(qū)域用作散射中心，不均勻區(qū)域在至少一個(gè) 鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍苤械臐舛葍?yōu)選為至80%，特別優(yōu)選為10%至50% (體積％ )。優(yōu)選通過它們所嵌入的玻璃的玻璃成分的相分離和/或反混合而形成鑲?cè)氚艋?鑲?cè)牍艿牟痪鶆騾^(qū)域。也就是說通過舉例的方式，可在具有折射率113的玻璃中形成具有折 射率n4的液滴狀反混合區(qū)，所述反混合區(qū)由具有折射率n3的堿性玻璃的一部分玻璃組分形 成。因此，這些具有折射率Ii4的反混合區(qū)具有不同于具有折射率Ii3的玻璃的組成，因 而也可具有其他物理性能，例如甚至另一種折射率和/或另一種膨脹系數(shù)。其中嵌入不均 勻區(qū)域作為散射中心的鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍艿牟Ａ?yōu)選由含As-Pb的硅酸鹽玻璃構(gòu)成。這種玻 璃是包含Pb和As的硅酸鹽玻璃。在該情況下，與鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍苤車牟ＡЩ|(zhì)相比，不 均勻區(qū)域可具有增加的Pb和/或As含量?？蛇x擇地，其中嵌入不均勻區(qū)域散射中心的鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍艿牟Ａ?yōu)選由含氟的 Ca-Zn硅酸鹽玻璃構(gòu)成。則與鑲?cè)氚艋蜩側(cè)牍苤車牟ＡЩ|(zhì)相比，不均勻區(qū)域可具有增加 的氟含量。為了制備本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，首先制備至少一個(gè)上述預(yù)制件作為中間產(chǎn) 物。為此，提供由具有折射率H1的玻璃制成的芯棒，并且圍繞芯棒以平行于芯棒軸的方式布 置至少一個(gè)由具有折射率Il3的玻璃制成的鑲?cè)氚簟Ｇ笆錾⑸渲行那度腓側(cè)氚艉?或鑲?cè)氚舻牟Ａе?。折射率n3優(yōu)選不同于n2。圍繞芯棒和鑲?cè)氚舨贾糜删哂姓凵渎?12的玻璃制 成的封套管，使得芯棒和一個(gè)或多個(gè)鑲?cè)氚粑挥诜馓坠軆?nèi)。然而，還可以在布置芯棒以及芯 棒和封套管之間的間隙中的鑲?cè)氚糁盎蛑蟛贾描側(cè)氚?。隨后這樣獲得的預(yù)制件固定在 加熱裝置中，并在其中加熱和拉長(zhǎng)，以按照本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的方式形成玻璃光纖。同樣可以處理一個(gè)或多個(gè)同軸布置的鑲?cè)牍芏嬉粋€(gè)或多個(gè)鑲?cè)氚?。在光纖拉制過程中，芯和各鑲?cè)氚艋蚋麒側(cè)牍茉谛竞丸側(cè)氚艋蜩側(cè)牍苤g的界面 處熔合。在該情況下，鑲?cè)氚粢彩亲冃蔚模簿褪钦f如果其在預(yù)制件中具有圓形直徑，其優(yōu) 選在拉制光纖后在纖芯外周表面上形成平且略弧形的區(qū)域。如果散射中心嵌入該區(qū)域中， 因此制得沿著光纖軸延伸的散射區(qū)域。散射中心可以說以這樣的方式分布在芯外周表面的 特定區(qū)域上。如果多個(gè)鑲?cè)氚舯舜巳酆?，散射區(qū)域可以包封光纖芯的整個(gè)外周，也就是說其 整個(gè)外周表面。光纖拉制時(shí)的溫度稱為拉制溫度，其高于構(gòu)成封套管的玻璃的軟化溫度。通常使 用軟化溫度低于封套管的玻璃的軟化溫度的玻璃芯，使得在加熱裝置中加熱的過程中，芯 棒中達(dá)到的溫度也高于芯棒玻璃的軟化溫度。然而，加熱方法也是已知的，其能夠使芯棒的 軟化溫度高于封套管的軟化溫度。拉制溫度還優(yōu)選高于預(yù)制件中使用的最高熔點(diǎn)的玻璃的 軟化溫度。通過設(shè)定拉制溫度，在光纖拉制過程中影響玻璃的粘度，使得通過和拉制速度的 相互作用可以獲得期望厚度的光纖。如上所述，其中嵌入散射顆粒作為散射中心的鑲?cè)氚艉?或鑲?cè)牍軆?yōu)選具有和芯 棒相同的折射率。通過使用相同玻璃用于芯棒和鑲?cè)氚艉?或鑲?cè)牍?，可以最容易地?shí)現(xiàn) 這點(diǎn)。當(dāng)然，由玻璃制備中的變化，會(huì)發(fā)生芯棒和鑲?cè)氚艉?或鑲?cè)牍艿恼凵渎势x、因此 發(fā)生纖芯和散射區(qū)域的基質(zhì)玻璃的折射率偏離，這同樣也為本發(fā)明所涵蓋。為了獲得上述沿著光纖軸延伸但沒有完全包封芯外周表面的離散的散射區(qū)域，設(shè) 想在本發(fā)明的方法中，在拉長(zhǎng)預(yù)制件時(shí)，至少一個(gè)鑲?cè)氚艉托景羧酆稀Ｈ绻褂枚嘤谝粋€(gè)的 鑲?cè)氚?，它們被布置為使得它們不能彼此完全熔合。然而，還可以布置鑲?cè)氚簦沟盟鼈冎?的一些彼此熔合，而其他則不熔合。按照這種方式，可以制備沿著光纖軸的具有不同寬度的 離散的散射區(qū)域。然而，還可以旨在制備沿著光纖軸包封芯的整個(gè)外周的散射區(qū)域。那么散射區(qū)域 可以說占據(jù)了整個(gè)芯外周表面。在使用多個(gè)鑲?cè)氚舨⑶覍⑺鼈儾贾迷陬A(yù)制件中、使得在拉 長(zhǎng)預(yù)制件時(shí)它們和芯棒以及彼此熔合時(shí)，通過本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了這點(diǎn)。在該情況下散射 區(qū)域的厚度可通過鑲?cè)氚舻臄?shù)量和直徑來(lái)設(shè)定。然而，在熔合過程中當(dāng)獨(dú)立的鑲?cè)氚艟哂?足夠的體積以包封芯外周表面時(shí)，這也是可能的。在其中拉長(zhǎng)光纖時(shí)優(yōu)選對(duì)預(yù)制件施加負(fù)壓，也就是說在預(yù)制件間隙中產(chǎn)生這樣的 壓力，該壓力低于圍繞預(yù)制件的介質(zhì)的壓力。這在拉制過程中提供支持，以將封套管或包層 應(yīng)用于芯棒、或纖芯和/或鑲?cè)氚艉?或鑲?cè)牍埽M(jìn)而應(yīng)用于散射區(qū)域。在光纖拉制的過程 中，所述方法的方面支持將包層應(yīng)用于散射區(qū)域和/或芯，進(jìn)而有助于在拉長(zhǎng)的光纖中避 免不期望的間隙。在本發(fā)明的方法的優(yōu)選改進(jìn)形式中，使用玻璃封套管，其熱膨脹系數(shù)低于使用的 芯玻璃的熱膨脹系數(shù)。芯玻璃是構(gòu)成芯棒、進(jìn)而構(gòu)成纖芯的玻璃。如上所述，這樣的結(jié)果是 包層對(duì)于纖芯和/或散射區(qū)域施加應(yīng)力，使得所得光纖具有增強(qiáng)的最終強(qiáng)度。
本發(fā)明的方法特別優(yōu)選用在多光纖拉制設(shè)備中。在多光纖拉制設(shè)備中，同時(shí)從多 個(gè)預(yù)制件拉制合適數(shù)量的光纖?？梢赃@種方式高效地制備光纖束。通過舉例的方式，多光纖 拉制設(shè)備在德國(guó)專利DE 103 44 205 B4和DE 103 44 207 B3中有詳細(xì)地描述。大體上， 在該情況下多個(gè)預(yù)制件在多光纖拉制設(shè)備的加熱裝置中彼此相鄰布置，并且多個(gè)側(cè)發(fā)光階 躍型光纖在多光纖拉制設(shè)備中同時(shí)拉長(zhǎng)，使得獲得包括側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束。這樣獲得的光纖束可進(jìn)一步加工，或進(jìn)一步加工以和另外的具有或不具有側(cè)發(fā)光 性能的光纖束形成更大的光纖束。為了保護(hù)光纖束，本發(fā)明的方法的特別優(yōu)選的改進(jìn)形式 提供由至少在子區(qū)域中為透明和/或半透明的塑料構(gòu)成的外包層，其在光纖束周圍被擠 出。使用的塑料優(yōu)選是防火的?？蛇x擇地，光纖束可被在所述光纖束周圍形成至少在子區(qū)域中為透明和/或半透 明的不燃性外包層的玻璃光纖圍繞。這可以通過用其他玻璃光纖包裝或使用布或玻璃光纖 折疊來(lái)進(jìn)行。本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖優(yōu)選和其他光波導(dǎo)和/或其他側(cè)發(fā)光階躍型光纖一 起用在光纖束中，如上所述，所述光纖束被透明和/或半透明外包層圍繞。為了制備剛性光纖束，預(yù)制件不是像在撓性光纖束的情況下那樣被拉長(zhǎng)以形成直 徑通常為50 μ m至150 μ m的光纖，而是形成直徑約為0. 5mm至Imm的剛性側(cè)發(fā)光階躍型光 纖。此后，將約200至10 000個(gè)這樣的剛性單個(gè)光纖緊塞在直徑可約為IOmm至60mm的包 層管中，并且拉長(zhǎng)以形成直徑約為0. 5mm至20mm的剛性光纖束。該光纖束具有基本上和撓 性光纖束相同的側(cè)發(fā)光性能。首先，這導(dǎo)致可能使用通常最高達(dá)約2m的長(zhǎng)度以進(jìn)行精確地 直線照明。通過熱成形(例如彎曲和/或壓制)可由直光纖棒產(chǎn)生二維或三維物體。這些 可以是所有下面所提到的照明方案或特征等。還可以制備扁平光纖棒或通常非圓形的剛性 光纖棒或板。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)光纖束涵蓋了由剛性單個(gè)光纖和撓性光纖構(gòu)成的光 纖束。本發(fā)明的光纖束可用于建筑物的內(nèi)部空間和/或外觀的著重照明。在該情況下優(yōu) 選沿著內(nèi)部空間組件(例如通道、支撐元件)的輪廓、建筑物外形等來(lái)安裝光纖束，并使它 們連接至合適的光源。因此，可以通過具有側(cè)發(fā)光光纖的光纖束來(lái)調(diào)整建筑物或建筑物部 分的輪廓，以補(bǔ)充線光源。特別優(yōu)選使用包括本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束用于交通工具(特別是 機(jī)動(dòng)車、航空器、輪船和/或火車)的內(nèi)部空間的著重照明。在該情況下，光纖束可安裝在 任何期望的點(diǎn)處，或鋪設(shè)在這些內(nèi)部空間的輪廓中。如果光耦合輸入到光纖束中，優(yōu)選沿著 這些輪廓顯現(xiàn)出發(fā)光帶或發(fā)光線。因?yàn)楣饫w束可被構(gòu)造為使得其僅包含阻燃材料，因此其 本身可滿足非常嚴(yán)格的防火安全規(guī)定。這使得其特別適用于所有種類的交通工具中。本發(fā) 明的光纖束在機(jī)動(dòng)車中優(yōu)選的安裝位置可以是(例如)門內(nèi)襯，其中可以按照這種方式強(qiáng) 調(diào)開門裝置中的凹陷的輪廓、扶手、襯里材料中的過渡部分等。在航空器和輪船的情況下， 可沿著帶形窗、手提行李隔間等來(lái)完成安裝；同樣可以是位于座位和/或桌子元件上的座 位或襯里的輪廓照明。本發(fā)明的光纖束可有利地用在航空器和輪船中以標(biāo)記疏散路線。同樣優(yōu)選使用本發(fā)明的光纖束作為家具(特別是座椅家具)、交通工具座位、室內(nèi) 設(shè)計(jì)(design interior)和/或廚房的部件。如果光纖束(例如)引入座椅家具(例如扶 手椅子、沙發(fā)、椅子等)的縫隙中，在光纖束照亮?xí)r，可作為發(fā)光帶突出這些家具部件的輪廓。通過整合到架子、柜櫥中，可以按照這種方式形成具有特定照明效果的整個(gè)室內(nèi)設(shè)計(jì)。特別在機(jī)動(dòng)車構(gòu)造中，前燈也日益用于通過特殊的照明裝置來(lái)產(chǎn)生制造商的重復(fù) 的識(shí)別值。因此，一些機(jī)動(dòng)車前燈具有圍繞短焦距光的停車燈環(huán)，在燈打開時(shí)顯現(xiàn)為均勻的 大發(fā)光環(huán)。其他制造商利用例如在它們前燈中的LED條帶。本發(fā)明的光纖束優(yōu)選在前燈中 使用，特別是每種類型的交通工具前燈，特別優(yōu)選在機(jī)動(dòng)車的前燈中。本發(fā)明的光纖束使得 其可以在前燈中產(chǎn)生任何期望的優(yōu)選均勻地發(fā)光結(jié)構(gòu)。出于各種原因，LED也日益用在機(jī) 動(dòng)車前燈中。和布置為條帶的LED相比之下，本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)在于少數(shù)LED即足以產(chǎn) 生發(fā)光。此外，和由LED構(gòu)成的條帶相比之下，未觀察到單個(gè)的光點(diǎn)，這出于設(shè)計(jì)原因也是 優(yōu)選的。再次地，一個(gè)或多個(gè)LED可耦合到本發(fā)明的光纖束的端面。本發(fā)明的應(yīng)用范圍中 包括在前燈內(nèi)起到位置燈的作用，進(jìn)而包括(通過舉例的方式)作為停車燈和/或白天航 行燈的應(yīng)用。本發(fā)明的光纖束的其他優(yōu)選的應(yīng)用是交通工具(特別是機(jī)動(dòng)車、航空器、輪船和/ 或火車)的輪廓照明。對(duì)于合適的交通工具，所述輪廓照明視情況可以代替或取代規(guī)定的 位置燈，因此有助于道路安全。也優(yōu)選使用本發(fā)明的光纖束用于照明空中交通工具(例如航空器、直升飛機(jī)、飛 船等)的跑道。迄今為止，跑道被成行布置的多個(gè)白熾燈照亮。它們具有有限的使用壽命， 由于該原因，在機(jī)場(chǎng)管理中需要一直更換這樣的行中失效的白熾燈。如果本發(fā)明的光纖束 沿著跑道布置和/或也在其中間布置，形成線性發(fā)光結(jié)構(gòu)，其在黑暗和/或較差觀察條件下 標(biāo)記跑道的位置。光源可以在少數(shù)中心點(diǎn)(其甚至無(wú)需直接鄰近跑道設(shè)置)處將光耦合輸 入光纖束。本發(fā)明的光纖束盡可能地?zé)o需維護(hù)，因此這種跑道照明的維護(hù)僅僅限于使用的 少數(shù)光源。通過舉例的方式，可按照這種方式標(biāo)記機(jī)場(chǎng)的起飛和起落跑道，還可以標(biāo)記航空 母艦、直升機(jī)升降坪和其他空中交通工具的那些。本發(fā)明所述和所涵蓋的片材的優(yōu)選應(yīng)用是顯示器的背景照明。顯示器可以是任何 類型的指示裝置，但優(yōu)選為平面屏幕，例如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、平面屏幕電視機(jī)、以及移動(dòng)電話 和PDA(個(gè)人數(shù)字助理)的顯示器。迄今為止，需要背景照明的大尺寸顯示器被布置在顯示 器邊緣處或在顯示器的顯示器表面后方的熒光燈管照亮。為了盡可能均勻地照亮顯示器表 面，出于這種原因通常在熒光燈管和顯示器表面之間設(shè)置漫射器板，其將由熒光燈管發(fā)出 的光均勻化。光還可以從側(cè)面耦合輸入漫射器板，例如在熒光燈管布置在顯示器的邊緣處 時(shí)就是如此。然而，此時(shí)漫射器板起到光波導(dǎo)的作用。對(duì)于相對(duì)小的顯示器，例如手機(jī)和/ 或PDA的顯示器，光通常從LED側(cè)面耦合輸入漫射器板。近年來(lái)，已經(jīng)更頻繁地將LED照明 應(yīng)用于相對(duì)較大的顯示器，因?yàn)槠浔扔脽晒鉄艄苷彰鞒杀靖行?。使用LED的問題是進(jìn)而 能夠?qū)崿F(xiàn)足夠均勻地照亮發(fā)光的表面。本發(fā)明的側(cè)發(fā)光光纖束可以提供補(bǔ)救辦法。如果它 們?cè)O(shè)置在顯示器表面后的合適的結(jié)構(gòu)中，取決于漫射器板(或沒有漫射器板)后的要求， LED可以將光耦合輸入光纖束的端面，使得具有側(cè)發(fā)光性能的光纖束確保顯示器的背景照 明。如果光纖束的布置方式和側(cè)面發(fā)出的光的強(qiáng)度特性相匹配，進(jìn)而還可以獲得用于顯示 器的成本有效的大面積均勻的背景照明。借助于這種片材，所有上述應(yīng)用同樣是可行的。特別地，這種片材還可以被設(shè)計(jì)為 座椅家具的座椅區(qū)域的一部分，并且還可被設(shè)計(jì)為衣服和所有紡織業(yè)已知應(yīng)用的一部分。
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下面將借助附圖來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中圖Ia 示出現(xiàn)有技術(shù)的非側(cè)發(fā)光階躍型光纖沿著光纖軸的縱剖面。圖Ib 示出現(xiàn)有技術(shù)的非側(cè)發(fā)光階躍型光纖的橫截面。圖2a 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖沿著光纖軸的縱剖面，所述光纖具有包封 芯的整個(gè)外周的散射區(qū)域。圖2b 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的橫截面，所述光纖具有包封芯的整個(gè)外 周的散射區(qū)域。圖3a 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖沿著光纖軸的縱剖面，所述光纖具有沿著 光纖軸在子區(qū)域中包封芯的整個(gè)外周的散射區(qū)域。圖3b 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的橫截面，所述光纖具有沿著光纖軸在子 區(qū)域中包封芯的整個(gè)外周的散射區(qū)域。圖4a 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖沿著光纖軸的縱剖面，所述光纖具有沿著 光纖軸在芯外周的子區(qū)域上延伸的離散的散射區(qū)域。圖4b 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的橫截面，所述光纖具有沿著光纖軸在芯 外周的子區(qū)域上延伸的離散的散射區(qū)域。圖5a 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖沿著光纖軸的縱剖面，所述光纖具有沿著 光纖軸分別在子區(qū)域的芯外周的子區(qū)域上延伸的離散的散射區(qū)域。圖5b 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的橫截面，所述光纖具有沿著光纖軸分別 在子區(qū)域的芯外周的子區(qū)域上延伸的離散的散射區(qū)域。圖6a 用于制備本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的預(yù)制件，其包括嵌入散射中心的鑲 入棒。圖6b 示出包括側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束。圖6c 用于制備本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的預(yù)制件，其包括嵌入散射中心的鑲?cè)牍?。圖7 示出多光纖拉制設(shè)備的示意圖。圖8 示出在本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖固定在支撐元件和穩(wěn)定元件之間的情況 下，與穿過片材的光纖軸呈橫向的截面。圖9 示出在本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖嵌入支撐元件的情況下，與穿過可選擇 的片材的光纖軸呈橫向的截面。圖10 示出在本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖作為光纖束被固定在支撐元件上、并且 所述結(jié)構(gòu)被囊封于殼內(nèi)的情況下，與穿過片材的光纖軸呈橫向的截面。圖11 示出具有連接光源的措施的片材。圖12 示出穿過包括片材樣元件的顯示器的示意剖面，所述元件具有本發(fā)明的側(cè) 發(fā)光階躍型光纖以用于顯示器的背景照明。圖13 示出對(duì)應(yīng)于圖11的片材，但其具有在側(cè)發(fā)光階躍型光纖的兩個(gè)端面連接光 源的措施。圖14 示出應(yīng)用具有側(cè)發(fā)光性能的光纖束的航空器內(nèi)部。圖15a 示出包括具有側(cè)發(fā)光性能的光纖束的機(jī)動(dòng)車前燈。
圖15b 示出包括具有側(cè)發(fā)光性能的光纖束的另一種機(jī)動(dòng)車前燈。圖16 示出具有通過照明突出頂端的建筑物。圖17 示出具有發(fā)光跑道標(biāo)記的機(jī)場(chǎng)的跑道。圖18 示出球形散射顆粒在含Pb玻璃中的SEM/EDX照片。圖19 示出具有不均勻尺寸分布的球形散射顆粒在含Pb玻璃中的SEM/EDX照片。圖20 示出包括側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束的照片，所述光纖的散射中心由嵌入 的Pt顆粒產(chǎn)生。圖21 示出包括側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束的照片，所述光纖的散射中心通過相 分離和/或反混合來(lái)產(chǎn)生。圖22 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的亮度分布作為光纖長(zhǎng)度的函數(shù)的測(cè)定 曲線。圖23 示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的亮度分布作為光纖長(zhǎng)度的函數(shù)的測(cè)定 曲線。圖24 示出穿過剛性形式的包括本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的剛性光纖棒的橫 截面。所有圖都是示意性地，它們?cè)闹睆讲皇浅杀壤?，此外所有元件彼此之間的 尺寸的相對(duì)比例可不同于真實(shí)物體中的圖。圖Ia示出現(xiàn)有技術(shù)的階躍型光纖沿著光纖軸(A)的縱剖面。這種階躍型光纖由 具有折射率Ii1的芯(1)構(gòu)成。所述芯的整個(gè)外周被具有折射率Ii2的包層(2)圍繞。由于 折射率n2更小，在包層⑵處發(fā)生全反射，入射光⑷在所述芯⑴中傳導(dǎo)。然而，全反射 的條件可能僅最高達(dá)照到包層的光的極限角，所述角取決于芯和包層的折射率的值。極限 角3Min可由sin(i3Min) =η2/ηι計(jì)算，其中β Min由垂直于光纖軸的平面來(lái)測(cè)定。纖芯和圍繞其的包層的折射率同樣決定于接收角aMax，其由光纖軸(A)測(cè)定，其 描述了可以耦合輸入光纖中的光照到光纖端面時(shí)的最大角。光纖的數(shù)值孔徑Na可用作光 纖耦合偏斜的入射光的能力的量度。其通過Na = η sin ( aMax) = - 》^來(lái)計(jì)算，其中 η表示在耦合輸入光纖中之前光橫向穿過的介質(zhì)的折射率。圖Ib示出圖Ia的光纖的橫截面，也就是橫向于光纖軸(A)的截面。圖Ia和Ib 中示出的光纖不具有側(cè)發(fā)光性能，因?yàn)樗鼈儾缓⑸鋮^(qū)域。圖2a示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖沿著光纖軸(A)的縱剖面。這種光纖具有由 玻璃制成的區(qū)域(3)，所述玻璃中通過反混合和/或相分離而產(chǎn)生的散射顆粒嵌入作為散 射中心，所述區(qū)域(3)位于光纖的芯(1)和包層(2)之間，并且包封芯(1)的整個(gè)外周。耦 合輸入到光纖中的光(4)通過這種區(qū)域(3)中的散射中心而從光纖中向外(也就是徑向) 耦合輸出，即使大于角βΜ η也是如此。在不存在散射中心(3)時(shí)，否則將滿足全反射的條 件，并且光纖將基本上在芯(1)中傳導(dǎo)光。在嵌入?yún)^(qū)域(3)中的散射中心上光(4)的散射 負(fù)責(zé)將光(4)耦合輸出。由于這種區(qū)域(3)的材料(其基質(zhì)中嵌入散射中心)優(yōu)選具有和 芯⑴的材料相同的折射率η1;因此光(4)可大部分到達(dá)散射顆粒，而不會(huì)受到基質(zhì)材料的 妨礙。通過和散射中心的單獨(dú)或多次相互作用，光可被散射中心從其初始入射角轉(zhuǎn)向，使得 照到到包層(2)上的角減小到小于β Min的程度，此時(shí)光可從光纖中耦合輸出。如果入射到 包層(2)上的角大于β Min，取決于照射和/或與散射中心的相互作用，返射發(fā)生在區(qū)域(3)
17或芯(1)中。如果光(4)在其穿過區(qū)域(3)的途中沒有偶然照到任何散射中心，其照到包層(2) 并且表現(xiàn)為如同不存在具有嵌入的散射中心的區(qū)域那樣。在該情況下這意味著如果光通 過區(qū)域(3)的角、因而其照到包層(2)上的角大于βΜ η，其被包層(2)再次回射到區(qū)域(3) 中。如上述情況中那樣，就此而言回射的光可再次照到散射中心，結(jié)果可產(chǎn)生這樣的光路， 其最后可導(dǎo)致光束耦合輸出光纖或在芯(1)中被傳導(dǎo)。在該示例性實(shí)施方式中，事實(shí)是從圖2b (其示出根據(jù)圖2a的光纖的橫截面)清楚 可見區(qū)域(3)包封所述芯的整個(gè)外周。在圖3a中，具有嵌入的散射中心的區(qū)域(3)被構(gòu)造為使得其具有嵌入散射中心的 交替區(qū)域，所述區(qū)域沿著光纖軸(A)延伸，并且根據(jù)如圖3b中的截面圖所示包封芯(1)的 整個(gè)外周，并和沿著光纖軸(A)但其中未嵌入散射中心的區(qū)域交替。如果在芯(1)中傳導(dǎo) 的光(4)照到具有嵌入的散射中心(3)的區(qū)域，則光(4)特別可能依照上述機(jī)理被徑向耦 合輸出。然而，如果在芯(1)中傳導(dǎo)的光(5)照到不含嵌入的散射中心的區(qū)域，其大部分未 受妨礙地通過這些區(qū)域，因?yàn)槿缤瑑?yōu)選的，它們具有和芯(1)相同的折射率H1，并且可通過 包層(2)處的全反射在光纖中傳導(dǎo)。耦合輸出的光的量可通過具有嵌入的散射中心的散射 區(qū)域(3)和不具有嵌入的散射中心的區(qū)域之間的間隔來(lái)定向設(shè)定。然而，如已經(jīng)描述的那 樣，其他參數(shù)也是影響耦合輸出效率的因素。圖4a示出本發(fā)明具有離散的區(qū)域(3)的階躍型光纖沿著光纖軸(A)的縱剖面，所 述光纖由玻璃制成，其中嵌入通過相分離和/或反混合而形成的散射中心，其沿著光纖軸 (A)延伸，但是只在芯外周的部分區(qū)域上。特別地，這還可借助于根據(jù)圖4b的橫截面圖而看 到。換句話說，在該情況下只有芯外周表面的部分區(qū)域被其中存在散射中心的區(qū)域(3)覆 蓋。因此，在該情況下，存在具有使光耦合輸出的功能的離散區(qū)域。如已經(jīng)描述的那樣，這 些離散的區(qū)域通過鑲?cè)氚艉托景舻娜酆隙纬桑鲨側(cè)氚粲善渲星度肷⑸渲行牡牟Ａ?gòu) 成。特別優(yōu)選散射中心通過玻璃本身的相分離和/或反混合而形成。然而，同樣可使用嵌 入的散射顆粒。圖4b中描述的形狀應(yīng)該純粹以示意性的方式來(lái)理解。具有嵌入的散射中 心的離散的區(qū)域(3)可以按任何期望的方式形成。基本上，熔合過程決定了這種離散的區(qū) 域(3)的實(shí)際形狀。如借助于圖2a所示的那樣，光(4)可穿過具有嵌入的散射中心的離散 的區(qū)域(3)從光纖中徑向耦合輸出。按照與依照?qǐng)D3a的示例性實(shí)施方式類似的方式，在存在其中嵌入散射中心的離 散的區(qū)域(3)情況下，依照?qǐng)D4a，還可以只在離散的區(qū)域(3)沿著光纖軸(A)的區(qū)域的部 分上提供有散射中心。沿著這種光纖的光纖軸(A)的縱剖面示于圖5a中，其橫截面示于圖 5b中。圖6a示出適于制備本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的預(yù)制件(10)，所述光纖具有包 封芯的整個(gè)外周的區(qū)域并且其具有嵌入的散射中心，或只在芯外周的子區(qū)域上包封芯的離 散的區(qū)域，其沿著光纖軸(A)延伸并且具有嵌入的散射中心。因此，其被要求作為本發(fā)明的 側(cè)發(fā)光光纖的初級(jí)產(chǎn)物，因此其還用于本發(fā)明的光纖束。預(yù)制件(10)包括芯棒(11)，圍繞 其布置鑲?cè)氚?13)。芯棒(11)和鑲?cè)氚?13)被封套管(12)圍繞。在大多數(shù)情況下，芯 棒(11)和封套管(12)彼此同軸排列，也就是說芯棒(11)和封套管(12)的軸基本位于彼 此上，并且至少一個(gè)鑲?cè)氚?13)位于芯棒(11)和封套管(12)之間。鑲?cè)氚?13)的軸通常平行于芯棒(U)和封套管(12)的軸排列。芯棒由具有折射率Ii1的玻璃組成，封套管由具有折射率Ii2的玻璃組成。鑲?cè)氚粲?具有折射率n3的玻璃組成，其中嵌入散射中心。優(yōu)選鑲?cè)氚?13)的玻璃的折射率 大于 包層的折射率n2。特別優(yōu)選鑲?cè)氚?13)的玻璃的折射率Ii3恰好和所述芯的折射率Ii1 一樣 大或大于折射率n1;因?yàn)榘凑者@種方式在芯中傳導(dǎo)的光可有效地進(jìn)入其中存在散射中心的 區(qū)域，從而可以使得光高效地從光纖側(cè)面耦合輸出。更特別優(yōu)選兩種條件結(jié)合在一起使得 在Ii1 < ri3 > Ii2的情況下是有效的，其中特別優(yōu)選Ii1 > n2時(shí)也是有效的。為了獲得處于機(jī)械應(yīng)力下的光纖，如所述，優(yōu)選選擇封套管(12)的玻璃，使得其 熱膨脹小于芯棒(11)的玻璃的熱膨脹。在預(yù)制件(10)被拉長(zhǎng)時(shí)，芯棒(11)成為纖芯(1)，封套管(12)成為包層(2)。在 光纖拉制過程中，具有嵌入的散射中心的鑲?cè)氚?13)與芯棒(11)和封套管(12)熔合，并 且成為其中嵌入散射中心的區(qū)域(3)。同樣鑲?cè)氚?13)也可以在該過程中彼此熔合。如果 產(chǎn)生相應(yīng)地較強(qiáng)地熔合，和/或如果在預(yù)制件(10)中獲得足夠數(shù)量的鑲?cè)氚?13)，則在光 纖拉制過程中鑲?cè)氚?13)可形成具有嵌入的散射中心的區(qū)域(3)并且其包封纖芯(1)的 整個(gè)外周，如依照?qǐng)D2a至3b所示的那樣。如果鑲?cè)氚?13)彼此熔合不完全，則產(chǎn)生具有 嵌入的散射中心的離散的區(qū)域(3)，如依照?qǐng)D4a至5b所示的那樣。圖6b示出包括多個(gè)側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的光纖束(23)。在本形式中，其被外 包層(24)圍繞，所述外包層保護(hù)所述光纖束避免受到機(jī)械負(fù)荷的損害，并且如所述，其可 由塑料和/或玻璃光纖構(gòu)成。圖6c示出用于制備側(cè)發(fā)光階躍型光纖的預(yù)制件(10)，其同樣為本發(fā)明所涵蓋，所 述光纖包括由其中嵌入散射中心的玻璃制成的鑲?cè)牍?131)，所述散射中心優(yōu)選通過相分 離和/或反混合而形成。同樣可嵌入散射顆粒作為散射中心。同樣，預(yù)制件(10)包括芯 棒(11)，圍繞其布置鑲?cè)牍?131)。就其而言芯棒(11)和鑲?cè)牍?131)被封套管(12)圍 繞。在大多數(shù)情況下，芯棒(11)、鑲?cè)牍?131)和封套管(12)彼此同軸排列，也就是說芯棒 (11)、鑲?cè)牍?131)和封套管(12)的軸基本在彼此上，并且鑲?cè)牍?131)位于芯棒(11)和 封套管(12)之間。芯棒(11)由具有折射率Ii1的玻璃制成，封套管(12)由具有折射率Ii2的玻璃制 成。鑲?cè)牍?131)由具有折射率Ii3的玻璃制成，其中嵌入散射中心。借助于圖6a，優(yōu)選折 射率Ii1、n2和Ii3滿足所述關(guān)系。圖7示出在多光纖拉制設(shè)備中，由多個(gè)預(yù)制件(10)同時(shí)光纖拉制光纖(22)。預(yù) 制件(10)加入加熱裝置(20)中。至少預(yù)制件(10)的較低區(qū)域達(dá)到拉制溫度。加熱裝置 (20)通常包括多個(gè)加熱襯套，各個(gè)預(yù)制件(10)被分配加熱襯套。預(yù)制件(10)的加熱裝置 通常包含在加熱襯套中。依照拉制法，同時(shí)拉制多個(gè)光纖(22)，通過轉(zhuǎn)向輥(21)轉(zhuǎn)向，并且 卷繞在卷帶軸上。位于卷帶軸上的光纖束(23)在該情況下不被外包層圍繞。光纖束中光 纖的數(shù)量對(duì)應(yīng)于同時(shí)拉制的光纖(22)的數(shù)量。圖8示出依照本發(fā)明作為橫向于光纖束軸(A)的截面的片材的設(shè)計(jì)原理。此處單 個(gè)的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)作為單層粘結(jié)在透明支撐元件(71)上并進(jìn)而由此固定。由側(cè) 發(fā)光階躍型光纖(22)發(fā)出的光(4)通過支撐元件(71)，并且優(yōu)選沿著所有可能的空間方向 從此處發(fā)出。因此，避開階躍型光纖，支撐元件(71)的表面起到優(yōu)選均勻發(fā)光的發(fā)光表面
19的作用。穩(wěn)定元件(72)在后側(cè)連接到側(cè)發(fā)光階躍型光纖，使得它們與支撐元件(71)和穩(wěn) 定元件(72) —起形成夾層結(jié)構(gòu)。通過舉例的方式，可以通過粘結(jié)以簡(jiǎn)單方式固定的鋁箔可 用作穩(wěn)定元件(72)。圖9示出這樣的變體形式，在該情況下透明塑料擠出在主要平行排列的側(cè)發(fā)光階 躍型光纖(22)上，并按照這種方式形成支撐元件(71)。這可作為注塑法在截面中進(jìn)行，或 者作為擠出法以準(zhǔn)無(wú)限的方式(quasi endless fashion)進(jìn)行。在該情況下由階躍型光纖 發(fā)出的光(4)可優(yōu)選通過片材的兩個(gè)表面發(fā)出。然而，同樣可以提供具有反射層的片材的 表面，使得光僅可在一個(gè)方向上發(fā)出，盡管其強(qiáng)度增加。在圖10中，存在至少作為彼此隔開的光纖束(23)的組件的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，在 所述光纖束(23)中含有多個(gè)側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)。此處，在該例子中，光纖束(23)固 定在具有反射覆蓋層的支撐元件(71)上。整個(gè)布置方式優(yōu)選囊封。在該情況下由光纖束 (23)發(fā)出的光(4)通過囊殼(75)。所述囊殼可由透明塑料構(gòu)成。然而，其他能夠使得密封 地囊封片材的材料同樣是可行的。當(dāng)然，在該囊封方案的情況下，側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22) 也可代替光纖束(23)被固定在支撐元件(71)上。圖11示出片材，在該情況下側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)和/或包括側(cè)發(fā)光階躍型光 纖的光纖束(23)主要平行布置。在該情況下，階躍型光纖(22)和/或光纖束(23)可彼此 固定、和/或連接到支撐元件(71)和/或穩(wěn)定元件(72)(未示出)。光源(81)可以耦合至 本發(fā)明的階躍型光纖(22)和/或光纖束(23)的端面內(nèi)。為此，階躍型光纖(22)和/或光 纖束(23)通過光波導(dǎo)束(83)的方式結(jié)合，使得扁平布置方式轉(zhuǎn)化為耦合輸入表面(82)。 階躍型光纖(22)的端面優(yōu)選盡可能緊密地在耦合輸入表面(82)中結(jié)合。如果光通過耦合 輸入表面(82)從光源(81)耦合到階躍型光纖(22)和/或光纖束(23)、進(jìn)而耦合到片材 中，則所述光可以通過平行布置的階躍型光纖(22)和/或光纖束(23)側(cè)面耦合輸出并且 由所述區(qū)域發(fā)出。依照?qǐng)D13，片材還可以具有兩個(gè)耦合輸入表面(81，82)，使得光可以從兩個(gè)端面 耦合輸入光纖束(23)和/或側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)。然而，取決于光纖束(23)和/或側(cè) 發(fā)光階躍型光纖(22)的布置類型，更多數(shù)量的耦合輸入表面(81，82)也是可行的。圖12示出包括本發(fā)明的片材樣元件以用于顯示器的背景照明的顯示器的示意性 截面圖。在該情況下，顯示器裝置(91)通過多個(gè)光波導(dǎo)束(23)被從背后照亮，所述光波導(dǎo) 束彼此平行布置并且彼此分開，并分別具有多個(gè)側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)。光纖束(23)固定 在支撐元件(72)上，所述支撐元件(72)優(yōu)選在面向光纖束(23)的側(cè)面上被鍍銀。例如， 顯示器裝置(91)可以是TFT裝置，其具有兩個(gè)偏振板和它們之間的液晶。由光纖束(23) 發(fā)出的光(4)通過TFT裝置。在該應(yīng)用的例子中，特別優(yōu)選使用LED作為光源(81)。航空器內(nèi)部(例如載人航空器的機(jī)艙)示于圖14中。包括本發(fā)明的側(cè)發(fā)光光纖 的光纖束可用于航空器機(jī)艙中的多種應(yīng)用中。在光纖束的外包層由阻燃性材料形成時(shí)，光 纖束(否則含有玻璃)滿足負(fù)責(zé)許可載人航空器的官方許可條例和適用于生產(chǎn)商的要求。 在圖14中，側(cè)發(fā)光光纖束有時(shí)示出為寬帶的形式。該圖示不需要是真實(shí)比例的。通常，光 纖束被用作顯現(xiàn)為發(fā)光線形式的窄的光纖束。這種發(fā)光帶可以沿和/或圍繞航空器機(jī)艙的窗戶、沿和/或圍繞手提行李寄存室 的隔間、或者沿和/或圍繞內(nèi)部隔斷被作為輪廓照明(30)安裝。通常，各種形式的輪廓照明在航空器機(jī)艙內(nèi)都是可行的。側(cè)發(fā)光光纖束可以安裝在航空器機(jī)艙的地板中以標(biāo)記航空 器內(nèi)的道路(31)。該道路標(biāo)記(31)特別有利于標(biāo)記緊急出口的道路。同樣可以使用側(cè)發(fā) 光光纖束作為用于座位(33)的輪廓照明。取決于續(xù)航飛行天數(shù)或時(shí)間，借助于著色和/或 可調(diào)RGB光源，通過耦合輸入光可以獲得顏色相關(guān)的模式。除了裝飾效果，這些應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn) 在于可減少環(huán)境光以在機(jī)艙內(nèi)設(shè)定夜間條件，該條件被設(shè)定用于乘客以支持睡眠期，但仍 允許乘客找到他們的座位位置。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到通過引入睡眠期，對(duì)于長(zhǎng)途飛行的乘客而言，特 別地賦予旅程更小的壓力。對(duì)于不同飛行期的不同著色光相關(guān)的模式也同樣是如此，其中 例如光相關(guān)的模式被設(shè)定為乘客的生物節(jié)奏的函數(shù)。因此，對(duì)于合適的夜間設(shè)備和光相關(guān) 的模式(可通過航空器機(jī)艙內(nèi)的顏色設(shè)定)設(shè)置更高的值。如果側(cè)發(fā)光光導(dǎo)光纖以片材的形式使用(例如通過將它們和紡織纖維機(jī)織)，它 們可以整合到座套的織造織物中。然后不僅可以使用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)輪廓照明，而且可以以發(fā) 光的方式使區(qū)域(例如座位(32)的部分表面)變得時(shí)尚。圖15a示出機(jī)動(dòng)車前燈(40)，其中側(cè)發(fā)光光纖束承擔(dān)照明任務(wù)。在該例子中，它們 作為環(huán)(41)包封短焦距光(42)和/或長(zhǎng)焦距光(high beam) (42)。因此側(cè)發(fā)光光纖束可 在前燈(40)內(nèi)用作停車燈和/或白天航行燈。圖15b同樣示出機(jī)動(dòng)車前燈(40)，其中側(cè)發(fā)光光纖束(45)以股的形式布置在主前 燈(42)下方。在該例子中，除了裝飾功能，同樣可以實(shí)現(xiàn)作為停車燈和/或白天航行燈的 任務(wù)。本發(fā)明的光纖束(41，45)用在機(jī)動(dòng)車前燈(40)中是有利的，因?yàn)楣饫w束(41，45) 至少主要由玻璃構(gòu)成，并因此具有耐熱性和耐候性，所述熱和氣候的影響可能通過侵蝕性 物質(zhì)的作用而放大。和由塑料制成的側(cè)發(fā)光光纖束相比，由玻璃制成的本發(fā)明的光纖束對(duì) 于氣候和熱負(fù)荷更加不敏感。此外，和可耦合輸入由塑料制成的光纖束的情況相比，可將高 得多的功率耦合輸入由玻璃制成的光纖束中。同樣，特別地，LED尤其適用于耦合輸入側(cè)發(fā)光光纖束，因?yàn)樗鼈兊陌l(fā)光表面和白 熾燈或氣體放電燈相比更小，這使得能夠進(jìn)行有效的耦合輸入而不需要較大體積的光學(xué)系 統(tǒng)。因而在機(jī)動(dòng)車前燈的成本、重量和空間方面可以是經(jīng)濟(jì)的。和安裝以帶的形式布置的 LED的情況相比，在機(jī)動(dòng)車前燈(40)中使用側(cè)發(fā)光光纖束(41，45)具有下列優(yōu)點(diǎn)光均勻 地發(fā)出，使得不會(huì)產(chǎn)生單獨(dú)發(fā)光點(diǎn)的美學(xué)上不吸引人的印象，不會(huì)使其他交通用戶因多個(gè) 發(fā)光點(diǎn)而不悅，發(fā)光效果很大程度上不依賴于角，并且LED的數(shù)量減少，從而當(dāng)使用前燈時(shí) 能夠節(jié)省能量，這進(jìn)而可降低交通工具的燃料消耗，并因此降低其CO2排放。圖16示出建筑物(50)部分的輪廓照明(51)。在本例子中，所述建筑物是高層建 筑物，由于安裝于其中的側(cè)發(fā)光光纖束，對(duì)于觀察者而言，圓屋頂?shù)耐庑物@現(xiàn)為發(fā)光的。圖17示出本發(fā)明的具有側(cè)發(fā)光性能的光纖束用作航空器(60)的跑道標(biāo)記的應(yīng) 用。如上所述，可有利地通過本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖而實(shí)現(xiàn)側(cè)面標(biāo)記(61)和中間條帶 (62)。圖18示出玻璃的SEM/EDX照片，所述玻璃可優(yōu)選用于鑲?cè)氚?13)和/或鑲?cè)牍?(131)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常知道的那樣，SEM表示掃描電子顯微鏡的縮寫。則其功 能原理是基于使用細(xì)的電子束來(lái)掃描問題。在該過程中，同時(shí)檢測(cè)到從物體中發(fā)出或反向 散射的電子、或其他信號(hào)。記錄的電流確定了分配像素的強(qiáng)度值。EDX表示能量彌散χ-射線分析法，其同樣是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的。該方法特別適用于在μm范圍內(nèi)對(duì)表面 進(jìn)行化學(xué)分析。圖18中示出的整個(gè)圖像表示約7μπι寬的區(qū)域的玻璃樣品。在該情況下，使用該 方法檢測(cè)了 Na-Al-K-As-Pb硅酸鹽玻璃、并因此檢測(cè)含Pb玻璃。圓形光點(diǎn)表示嵌入玻璃中 的散射中心，此處所述光點(diǎn)具有大致相同的尺寸分布并且事實(shí)上是球形的。它們的直徑為 約IOOnm至600nm。EDX光譜的評(píng)價(jià)結(jié)果為，就質(zhì)量而言，球形散射中心具有和圍繞它們的 Na-Al-K-As-Pb硅酸鹽玻璃相同的組成，但是表現(xiàn)出相當(dāng)高的As和Pb的含量。因此推測(cè)， 散射中心為反混合產(chǎn)物。它們?cè)诠饫w拉制之前已經(jīng)存在于玻璃中，這是該玻璃顯現(xiàn)出不透 明白色的原因。圖19同樣示出另一種Na-Al-K-As-Pb硅酸鹽玻璃的SEM/EDX照片，其和圖18具 有相同的比例。此處明顯的特征是存在混合的兩種不同尺寸級(jí)別的散射中心。此處在EDX 光譜的基礎(chǔ)上還推測(cè)這些散射顆粒具有提高的As和Pb的含量，并且作為圍繞它們的玻璃 基質(zhì)的反混合產(chǎn)物而形成。圖20示出包括側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束的照片，所述光纖的散射中心是通過 嵌入Pt顆粒作為散射中心而形成的。如圖20中所看到的那樣，這種光纖在示出的光纖束 長(zhǎng)度上表現(xiàn)出有效的側(cè)面耦合輸出，同時(shí)具有非常均勻的亮度特性，還表現(xiàn)出光的單個(gè)的 強(qiáng)發(fā)光點(diǎn)。取決于應(yīng)用，這些強(qiáng)發(fā)光點(diǎn)是期望的或不期望的。圖21示出包括本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的本發(fā)明的光纖束(23)的照片， 如所述，所述光纖的散射中心通過相分離和/或反混合而產(chǎn)生。通過和圖20比較，明顯的 特征是示出的本發(fā)明的光纖束在光纖束長(zhǎng)度上具有非常均勻的亮度特性，此外，其非常均 勻地發(fā)光，也就是說未觀察到光的單獨(dú)的明亮發(fā)光點(diǎn)，因此光纖束(23)顯現(xiàn)為均勻發(fā)光條
市ο圖22示出測(cè)得的本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(90，91，92)的側(cè)面發(fā)光的亮度相對(duì) 于與光纖端面的距離作圖。曲線(92)表示本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，在該情況下散射中 心是通過加入Pt顆粒而不是通過反混合和/或相分離而形成的。作為距離函數(shù)的亮度測(cè) 定值給出側(cè)發(fā)光光纖的亮度分布特性。期望大部分應(yīng)用在盡可能長(zhǎng)的距離上具有盡可能高 的亮度。以任意單位說明圖22中的亮度值。曲線(90)示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的 亮度分布特性，所述光纖由具有3個(gè)直徑為300 μ m的鑲?cè)氚舻念A(yù)制件拉長(zhǎng)，鑲?cè)氚粲蛇@樣 的玻璃構(gòu)成，其中源自相分離和/或反混合的不均勻區(qū)域被作為散射中心嵌入。相反，曲線 (91)示出本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，在該情況下所述預(yù)制件由如用于曲線(90)的相同 鑲?cè)氚魳?gòu)成，但是只使用2個(gè)鑲?cè)氚?。如可認(rèn)識(shí)到的，側(cè)發(fā)光階躍型光纖(90，91)的亮度以 及由此的耦合輸出效率明顯不同。相對(duì)大量的鑲?cè)氚魰?huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的耦合輸出，在遠(yuǎn)離光源 處亮度特性更快地降低，輸入強(qiáng)度也是如此。因此，耦合輸出效率可由鑲?cè)氚舻臄?shù)量以簡(jiǎn)便 的方式進(jìn)行控制。用于曲線(92)測(cè)定的側(cè)發(fā)光階躍型光纖由具有30個(gè)鑲?cè)氚舻念A(yù)制件制備，鑲?cè)?棒中的散射中心為直徑尺寸分布為150nm至450nm的Pt顆粒。曲線(90)和(91)(散射中 心是通過相分離和/或反混合而形成的)與曲線(92)(散射中心由Pt顆粒表示)的比較表 明下列情況與基于曲線(92)通過使用鑲?cè)氚舻那闆r相比，借助于基于曲線(90)和(91) 的鑲?cè)氚簦谇€(90)的情況下可以使用更少材料和基本上更低成本來(lái)獲得更高的耦合輸出效率。然而，相對(duì)于曲線(90)和(91)，曲線(92)的強(qiáng)度的相對(duì)降低基本上更小。因此觀察到，耦合輸出效率可通過下列情況依照各種要求來(lái)設(shè)定通過選擇鑲?cè)?棒的數(shù)量、和由此通過選擇光纖中散射中心的量，和通過選擇散射中心本身。特別地，還可 以在一個(gè)預(yù)制件中混合具有不同散射中心的不同的鑲?cè)氚簦岳美绾杏蒔t顆粒制 成的散射中心和通過相分離和/或反混合而形成的散射中心的鑲?cè)氚?。如圖22中的情況那樣，圖23進(jìn)而將測(cè)得的本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(95)的側(cè) 發(fā)光的亮度相對(duì)于與光纖端面的距離作圖，但與圖22不同的是，在兩端都耦合輸入的情況 下。圖23中的亮度值同樣以任意單位給出。曲線(95)表示與曲線(90)所述相同的側(cè)發(fā) 光階躍型光纖，曲線(96)表示與曲線(92)所述相同的側(cè)發(fā)光階躍型光纖。比較圖22和23 容易認(rèn)識(shí)到，從兩端進(jìn)行耦合輸入會(huì)在光纖的中部精確地提高強(qiáng)度，因此優(yōu)選于多種應(yīng)用 中從兩端進(jìn)行耦合輸入。曲線(95)表示比曲線(96) —貫更高的強(qiáng)度，但是更強(qiáng)烈地表示出曲線(96)中的 亮度降低。當(dāng)然，在從兩端進(jìn)行耦合輸入的情況下，上述用于控制側(cè)發(fā)光效果的可能性也是 可行的。圖24示出穿過剛性形式的包括多個(gè)本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的剛性光纖 棒(220)的橫截面、和穿過本發(fā)明的剛性側(cè)發(fā)光階躍型光纖的示意性橫截面的放大圖。光 纖棒(220)被由玻璃制成的包層(120)圍繞，在其內(nèi)部設(shè)置側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)。可選擇 地，包層(120)還可由塑料制得。如已經(jīng)描述的那樣，其優(yōu)選是透明和/或半透明的(至少 在子區(qū)域中是這樣)，使得光可在這些區(qū)域中從光纖棒(220)耦合輸出，并且可被觀察者所 察覺。單個(gè)的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)可在它們接觸表面處彼此熔合。對(duì)于具有包層(120) 的單個(gè)側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的接觸表面也是同樣的情況。包層(120)主要起到將側(cè)發(fā) 光階躍型光纖(22)保持在一起和/或保護(hù)避免受到外部影響的作用。特別地，包層(120) 可防止顆?；蚱渌镔|(zhì)能夠滲入單獨(dú)側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)之間的空隙中。此外，由于包 層(120)，光纖棒(220)具有基本上光滑的表面，這對(duì)于某些要求是有利的。此外，以放大的方式在圖24中示出的是穿過單個(gè)側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的示意 性橫截面。這基本上對(duì)應(yīng)于圖4b中示出的橫截面。側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)由被包層(2) 圍繞的芯(1)構(gòu)成。在拉制中兩個(gè)散射區(qū)域(3)位于兩者之間。它們?cè)诶浦幸渣c(diǎn)狀方式 示出，但旨在代表它們是通過和芯(1)熔合的兩個(gè)鑲?cè)氚?13)形成的。同樣散射區(qū)域(3) 也可以彼此熔合，使得它們沿著芯外周表面包封芯(1)。為了產(chǎn)生本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的優(yōu)選的實(shí)施方式，具有火拋光表面的芯棒 (11)與鑲?cè)氚?13)和封套管一起被拉長(zhǎng)，以依照所述方法形成光纖。芯棒的直徑為30mm。 封套管(12)的外徑為35mm，內(nèi)徑為33. 5mm。芯棒(11)插入封套管(12)中并在一端上熔 合，在它們之間的間隙中設(shè)置1至100個(gè)鑲?cè)氚?13)，所述鑲?cè)氚?13)由具有和芯棒(11) 相同組成的玻璃制成，被以熔體的形式加入其中，然而，納米微細(xì)鋯顆?；蚣{米微細(xì)貴金屬 顆粒的濃度在Ippm至IOOppm的范圍內(nèi)。鑲?cè)氚舻闹睆皆?. Imm至2mm之間。這樣獲得的 預(yù)制件(10)的封閉端移動(dòng)到已知拉制設(shè)備的加熱裝置(20)中，同時(shí)在纖芯棒(11)和封 套管(12)之間的預(yù)制件的開放端施加低壓，并加熱至拉制溫度。拉制溫度通常在800°C至 1100°C之間。在預(yù)制件(10)的末端軟化后，將預(yù)制件從加熱裝置(20)向下拉出，從而逐漸 變細(xì)以形成光纖。該過程極大地軟化了鑲?cè)氚?13)，使得它們變形并最終在光纖(22)的芯
23(1)和包層(2)之間形成散射區(qū)域(3)。在加熱裝置(20)中加入預(yù)制件(10)使得能夠進(jìn) 行連續(xù)的光纖拉制過程，從而導(dǎo)致形成直徑為5 μ m至300 μ m并且長(zhǎng)度為數(shù)千米的側(cè)發(fā)光 階躍型光纖。為了產(chǎn)生本發(fā)明的側(cè)發(fā)光階躍型光纖的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，將具有火拋光表 面的芯棒(11)與鑲?cè)氚?13)和封套管一起拉長(zhǎng)，以依照所述方法形成光纖。芯棒的直徑 為30mm。封套管(12)的外徑為35mm，內(nèi)徑為33. 5mm。芯棒(11)插入封套管(12)中并在 一端上熔合，在它們之間的間隙中設(shè)置1至30個(gè)鑲?cè)氚?13)，所述鑲?cè)氚?13)由含As-Pb 的硅酸鹽玻璃制成，在所述玻璃中嵌入散射中心，所述散射中心含有增加的Pb含量并且通 過相分離和/或反混合而形成。這種玻璃可作為著色玻璃商購(gòu)自各生產(chǎn)商。如上所述，直 徑為數(shù)毫米的可利用的玻璃棒被拉長(zhǎng)以產(chǎn)生在約IOOym至Imm之間的典型厚度。具有1至20個(gè)鑲?cè)氚?13)(其由著色玻璃制成，并且直徑為0. Imm至0. 5mm)的 預(yù)制件(10)被拉長(zhǎng)至厚度為Imm至20mm，優(yōu)選3mm至10mm，以制備上述光導(dǎo)棒，所述光導(dǎo) 棒基本上由被封套玻璃圍繞的剛性側(cè)發(fā)光階躍型光纖構(gòu)成。嵌入著色玻璃中的散射中心通 過著色玻璃的不均勻區(qū)域形成，并且從開始就包含在著色玻璃中。按照這種方式獲得的側(cè) 發(fā)光階躍型光纖由于該直徑而是剛性的。在所述光導(dǎo)棒的情況下，鑲?cè)氚?13)可以以環(huán)繞分布的方式布置，或者可以以集 中到一側(cè)上的方式來(lái)布置，從而可以就其發(fā)光特性而安排側(cè)面發(fā)光效果。嵌入著色玻璃中的散射中心通過著色玻璃的不均勻區(qū)域形成，并且從開始就包含 在著色玻璃中。按照這種方式獲得的側(cè)發(fā)光階躍型光纖由于該直徑而是剛性的。拉長(zhǎng)預(yù)制件以制備含有多個(gè)剛性側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的所述的剛性光纖棒 (220)，所述預(yù)制件由下列物質(zhì)構(gòu)成通常500至2000、優(yōu)選800至1200個(gè)單個(gè)的剛性側(cè)發(fā) 光階躍型光纖(22)，其直徑為0. 5mm至Imm ；和厚度為至多Imm至20mm、優(yōu)選3mm至IOmm 的封套管。如上所述，單個(gè)的剛性側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)通過拉長(zhǎng)包含芯棒(11)、鑲?cè)氚?(13)和封套管(12)的預(yù)制件(10)而制備。因此，剛性光纖棒(220)的制備可以說是前面 制備的側(cè)發(fā)光階躍型光纖(22)的再拉制過程。在另外的加工步驟中，所述光導(dǎo)棒和所述光纖棒(220)可以在二維以及三維的方 向上通過熱成形方法來(lái)彎曲和/或壓制，以例如改變其橫截面幾何形狀和/或使其形狀適 應(yīng)于要求。


具有下面列出的組成的玻璃可有利地用作芯棒(11)的材料，并從而用于芯(1) 折射率Ii1為1. 65至1. 75的芯玻璃的變體形式1，含有(摩爾％，基于氧化物)
SiO2
B2O3
CaO
SrO
BaO
La2O3
25 至 45 13 至 25 0至16 0至8 17 至 35 2 至 12。
Ta2O5 0. 1 至 6 ZrO20. 1 至 8
ZnO0. 1 至 8
CaO+SrO+BaO+ZnO > 33 Al2O3 0 至 5
折射率Ii1為1. 65至1. 75的芯玻璃的變體形式2，含有(摩爾％，基于氧化物) SiO2 54. 5 至 65 ZnO 18. 5 至 30
24堿金屬氧化物的和8至20 La2O3 0 至 3 ZrO2 2 至 5 HfO2 0. 02 至 5 Zr02+Hf02 2 . 02 至 5 BaO 0. 4 至 6 SrO 0 至 6 MgO 0 至 2 CaO 0 至 2
堿土金屬氧化物的和0.4至6
Li2O 0. 5至3，但不超過堿金屬氧化物的和的25摩爾％ Si0+Zr02+Hf02 > 58. 5
ZnO的比例堿土金屬氧化物的和> 3. 5 1。
折射率Ii1為1. 58至1. 65的芯玻璃的變體形式3，含有(摩爾％，基于氧化物)SiO250 至 60Nb2O5 0 至 4
B2O30至15La203+Y203+Nb205 0 至 4
BaO10 至 35Na2O 4. 5 至 10
SrO0至18K2O 0. 1 至 1
Sr+Ba10 至 35Rb2O 至 1. 5
ZnO0至15Cs2O 0 至 1. 5
Sr+Ba+Zn 10 至 40Rb2CHCs2O 0 至 1. 5
Β203+Ζη0 5 至 35堿土金屬氧化物的和4. 8-11
Al2O30. 1 至 1. 9MgO 0 至 6
ZrO20至4CaO 0 至< 5
La2O30至4
Y2O30至4。
具有折射率的芯玻璃的變體形式4，含有(重量％，基于氧化物)
SiO2 42 至 53
ZnO 30 至 38
Na2O < 14
K2O < 12
Na2CHK2O 彡 2
BaO <0.9。
具有折射率的芯玻璃的變體形式5，含有(重量％，基于氧化物)
SiO2 B2O3 ZnO BaO
Na2O
30 至 45 < 12 < 10 25 至 40 < 10K2O
< 2
Al2O3 < 1
La2O3
< IOc
包層玻璃的變體形式1(重量％，基于氧化物)包含
SiO2 70 至 78MgO 0 至 1
Al2O3 至 10CaO 0 至 2
B2O3 5 至 14SrO 0 至 1
Na2O 0 至 10BaO 0 至 1
K2O 0 至 10F 0 至 1
以及基本上沒有Li20。
包層玻璃的變體形式2 (重量％，基于氧化物)包含
SiO2 63 至 75MgO 0 至 5
Al2O3 1 至 7CaO 1 至 9
B2O3 0 至 3BaO 0 M 5
Na2O 8 至 20F 0 至 1
K2O 0 至 6
以及基本上沒有Li20。
包層玻璃的變體形式3 (重量％，基于氧化物)含有
SiO2 75 至 85
Al2O3 1 至 5
B2O3 10 至 14
Na2O 2 至 8
K2O 0 至 1
以及基本上沒有Li2O和MgO。
包層玻璃的變體形式4 (重量％，基于氧化物)含有SiO262 至 70
B2O3> 15
Li2O> 0. 1
Na2O0至10
K2O0至10
MgO0至5
CaO0至5
SrO0至5
BaO0至5
ZnO0至5
F0至1。
包層玻璃的變體形式5 (重量％，基于氧化物)含有
SiO2 B2O3
60 至 72 < 20
26
Al2O3< 10Na2O< 18K2O<15Li2O< 5F^ I0包層玻璃的變體形式6 (重量％，基于氧化物)含有SiO272-78B2O35 至 15Al2O35 至 10Na2O< 10K2O< 10Li2O< 5F^ I0包層玻璃的變體形式7 (重量％，基于氧化物)含有SiO270-80B2O3< 5Al2O3< 10La2O3< 2Na2O< 10K2O<10ZrO2< 2。如所述，在本發(fā)明的意義上，用于芯玻璃的所有玻璃也可以用于鑲?cè)氚?13)的玻 璃，因此由于在玻璃中嵌入散射顆粒的事實(shí)(特別是當(dāng)散射顆粒用作散射中心時(shí))而作為 用于制備散射區(qū)域(3)的基質(zhì)玻璃。按照這種方式獲得的玻璃光纖具有優(yōu)異的最終強(qiáng)度。進(jìn)行環(huán)線試驗(yàn)，在側(cè)發(fā)光階 躍型光纖的環(huán)線試驗(yàn)中提供下列數(shù)值，其中所述光纖在1040°C的拉制溫度下由上述玻璃拉 制
權(quán)利要求
一種側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其包括導(dǎo)光芯(1)，其由具有折射率n1的玻璃制成；和沿著光纖軸(A)包封所述芯的透明和/或半透明包層(2)，其由具有折射率n2的玻璃制成，其特征在于，至少一個(gè)散射區(qū)域(3)位于所述芯和所述包層之間，所述散射區(qū)域由基本上具有折射率n3的玻璃形成，并且其中具有嵌入的散射顆粒，且因而n3基本上不同于n2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，至少一個(gè)散射區(qū)域(3)位于所述芯(1)和所述包層(2)之間，所述散射區(qū)域沿著所述 光纖軸(A)包封所述芯的整個(gè)外周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，至少一個(gè)離散的散射區(qū)域(3)位于所述芯(1)和所述包層(2)之間，所述離散的散射 區(qū)域在沿著所述光纖軸(A)的所述芯外周的子區(qū)域上延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，多個(gè)離散的散射區(qū)域(3)位于所述芯(1)和所述包層(2)之間，所述離散的散射區(qū)域 分別在沿著所述光纖軸(A)的子區(qū)域上的芯外周的子區(qū)域上延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，所述散射中心由散射顆粒形成，所述散射顆粒優(yōu)選包括SiO2和/或SiN和/或BaO和 /或MgO和/或ZnO和/或Al2O3和/或AlN和/或TiO2和/或&02和/或Y2O3和/或僅 僅這些氧化物的金屬和/或BN和/或B2O3和/或Ru和/或Os和/或Rh和/或Ir和/ 或Ag和/或Au和/或Pd和/或Pt和/或類金剛石碳和/或玻璃-陶瓷顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，所述散射中心由它們所嵌入的玻璃的不均勻區(qū)域形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，所述不均勻區(qū)域通過它們所嵌入的玻璃的玻璃成分的相分離和/或反混合而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6至7中至少一項(xiàng)所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，其中嵌入所述散射中心的玻璃是含As-Pb的硅酸鹽玻璃，并且所述不均勻區(qū)域比它們 所嵌入作為散射中心的所述玻璃基質(zhì)具有增加的Pb和/或As含量。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖，其特征在于，所述光導(dǎo)芯(1)的直徑大于0.4mm，并且所述側(cè)發(fā)光階躍型光纖被設(shè)計(jì)為剛性導(dǎo)光棒。
10.一種側(cè)發(fā)光階躍型光纖的制備方法，包括下列步驟-提供芯棒(11)，其由具有折射率。的玻璃制成，-布置由具有折射率n2的玻璃制成的封套管(12)，使得所述芯棒(11)位于所述封套 管(12)內(nèi)，并且獲得預(yù)制件(10)，-加熱所述預(yù)制件(10)，-拉長(zhǎng)所述預(yù)制件(10)以形成玻璃光纖(22)或?qū)Ч獍簦涮卣髟谟?，此外，為了獲得所述預(yù)制件(10)，將至少一個(gè)鑲?cè)氚?13)以基本上平行于所述芯棒軸 的方式布置在所述封套管(12)和所述芯棒(11)之間，所述鑲?cè)氚?13)由具有折射率Ii3的 玻璃制成，散射中心被嵌入所述鑲?cè)氚?13)的玻璃中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述預(yù)制件(10)被拉長(zhǎng)時(shí)，至少一個(gè)鑲?cè)氚?13)和所述芯棒(11)熔合，以形成沿 著所述光纖軸(A)至少在所述纖芯(1)的一部分外周上延伸的離散的散射區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求10至11中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)制件(10)包括多個(gè)鑲?cè)氚?13)，在所述預(yù)制件(10)被拉長(zhǎng)時(shí)，所述鑲?cè)氚?(13)不僅和所述纖芯棒(11)熔合而且彼此之間熔合，以形成沿著所述光纖軸(A)包封所述 纖芯(1)的整個(gè)外周的至少一個(gè)散射區(qū)域(3)。
13.至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖與其他光波導(dǎo) 一起和/或與其他根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)所述的側(cè)發(fā)光階躍型光纖一起用于光纖 束的用途。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用途，其用作剛性光纖棒。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用途，其用在撓性光纖束中，圍繞所述撓性光纖束優(yōu)選擠 出塑料，所述塑料至少在子區(qū)域中是透明和/或半透明的，和/或所述撓性光纖束被管狀鋪 設(shè)或松弛地插入在透明和/或半透明的塑料外形中。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中至少一項(xiàng)所述的用途，其用在片材中。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中至少一項(xiàng)所述的用途，其用于交通工具的輪廓照明、和/ 或用作交通工具內(nèi)襯(30)的一部分，所述交通工具特別是機(jī)動(dòng)車、航空器、輪船和/或火 車。
全文摘要
本發(fā)明涉及側(cè)發(fā)光階躍型光纖、預(yù)制件、及其制備方法、以及包括側(cè)發(fā)光階躍型光纖的光纖束、片材和它們的應(yīng)用。在芯(1)和包層(2)之間，側(cè)發(fā)光階躍型光纖具有確保光從光纖中耦合輸出的散射中心(3)。側(cè)發(fā)光階躍型光纖由含有鑲?cè)氚舻念A(yù)制件來(lái)制備，所述鑲?cè)氚糁星度肷⑸渲行?，并且在光纖拉制過程中施加至纖芯的外部區(qū)域?？蛇x擇地，可以使用至少一個(gè)鑲?cè)牍堋?br> 文檔編號(hào)G02B6/00GK101946197SQ200980105142
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月14日
發(fā)明者因卡·亨策, 德特勒夫·沃爾夫, 約亨·阿爾克馬佩爾, 西蒙·莫尼卡·里特爾, 貝恩特·舒爾特海斯, 貝恩特·霍佩, 阿克塞爾·科德特 申請(qǐng)人:肖特公開股份有限公司