專(zhuān)利名稱(chēng)：用于將液晶注入中空纖維的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向中空纖維或平板波導(dǎo)管中注入液晶的設(shè)備及其方法，且更特別地，涉及一種裝置及其方法，用于在使長(zhǎng)中空纖維成真空之后向中空光纖注入液晶，以克服由液晶和中空纖維內(nèi)表面的表面張力而產(chǎn)生阻力。
背景技術(shù)：
由于液晶是一種液體狀態(tài)且具有電各向異性的大尺寸分子，所以液晶具有根據(jù)分子的排布形式而改變的可變雙折射特性。因此，液晶廣泛地使用，不僅是用于諸如電視或計(jì)算機(jī)顯示器這樣的顯示裝置，還用于各種光學(xué)裝置，這些光學(xué)裝置利用偏振波諸如偏光器和四分之一波延遲器。
一種光學(xué)通信系統(tǒng)和光纖傳感器系統(tǒng)通常會(huì)采用Bulk Optic作為液晶光學(xué)組件?；旧?，光從光纖射出且所射出的光被準(zhǔn)直。該準(zhǔn)直光經(jīng)過(guò)小尺寸的薄膜或箱體，且隨后該經(jīng)過(guò)的光重新射入光纖。由于使用Bulk Optic的液晶技術(shù)射出并重新射入光，所以光的入射損失不可避免。還有，使用BulkOptic的液晶技術(shù)受溫度變化和外部環(huán)境的影響很大，因?yàn)槠湫枰诳臻g域排布光束的機(jī)械裝置。
近來(lái)，由許多進(jìn)行中的研究，旨在開(kāi)發(fā)一種使用液晶的裝置，用于補(bǔ)償偏振模式散射(PMD)，偏振模式散射為限制高于10Gbps的高速光傳輸?shù)闹饕蛩?。例如，如果PMD補(bǔ)償單元使用液晶光纖實(shí)施，則可顯著降低光的入射損失，因?yàn)镻MD補(bǔ)償單元基本上為一種光纖。此外，安裝在液晶光纖和光傳輸線(xiàn)之間的偏光器可以包括相同的液晶光纖。因而，PMD補(bǔ)償單元的形狀可以簡(jiǎn)單化。而且，由于不需要用于光準(zhǔn)直的機(jī)械裝置，所以裝置的可靠性可以改善，且制造成本降低。
在使用液晶光纖的PMD補(bǔ)償單元的情況下，用于PMD補(bǔ)償單元中的光纖長(zhǎng)度根據(jù)要補(bǔ)償?shù)腜MD最大值以及液晶類(lèi)型來(lái)確定。眾所周知，液晶光纖的長(zhǎng)度必須為數(shù)米或數(shù)十米，以補(bǔ)償數(shù)十ps的PMD。
為了將液晶注入導(dǎo)中空光纖中，光纖的一段浸泡在具有液晶的容器中，而光纖另一端直立或略微傾斜。隨后，液晶通過(guò)毛細(xì)作用自然地注入到中空光纖中。
盡管這種使用毛細(xì)作用的注入方法非常簡(jiǎn)單，但光纖的長(zhǎng)度限制在數(shù)厘米，且要花費(fèi)數(shù)天才能將液晶注入到光纖中。因此，不可能將液晶注入到數(shù)米或數(shù)十米長(zhǎng)的中空光纖中。也不可能制造需要數(shù)米或數(shù)十米長(zhǎng)中空光纖的PMD補(bǔ)償裝置。
如上所述，液晶注入到長(zhǎng)的中空光纖中是將液晶光纖應(yīng)用于PMD補(bǔ)償裝置的主要因素。
將液晶注入到長(zhǎng)的中空光纖中的一個(gè)困難是動(dòng)力學(xué)變化。在液晶流入具有數(shù)微米直徑的管子中時(shí)就會(huì)發(fā)生動(dòng)力學(xué)變化。即，流入數(shù)微米的管子中的液晶流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性，與流入數(shù)厘米或數(shù)米直徑的管子中的液晶流動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性完全不同。這種動(dòng)力學(xué)變化稱(chēng)為微觀(guān)流體動(dòng)力學(xué)。通過(guò)液晶分子，該液晶分子為電偶極子和管子表面的相互作用會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)變化。如果管子的直徑比液晶分子直徑大數(shù)倍，則動(dòng)力學(xué)變化將不可忽視。即，液晶分子的動(dòng)力學(xué)受到管子表面的影響會(huì)很大。當(dāng)液晶流過(guò)具有數(shù)微米直徑的管子時(shí)，管子表面的拉力會(huì)比重力更大。由于管子表面強(qiáng)烈地拉動(dòng)液晶，所以很難使液晶流過(guò)管子。因此，非常需要開(kāi)發(fā)一種將液晶注入中空光纖的設(shè)備和方法，以克服液晶和光纖內(nèi)表面之間的相互作用，以便將液晶注入到具有數(shù)微米直徑的中空光纖中。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題因此，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備和一種方法，通過(guò)在注入液晶之前，使長(zhǎng)中空光纖的內(nèi)部成為真空，以便克服由液晶的表面張力和中空光纖的內(nèi)表面所產(chǎn)生的阻力，從而在短時(shí)間內(nèi)以一致的狀態(tài)將液晶注入到中空光纖中，而不會(huì)產(chǎn)生空氣泡。
技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備，包括第一保持器和第二保持器，二者的每一個(gè)都具有流體通路，用于保持住中空光纖的相應(yīng)的一端，以與該流體通路連通；容器，與管子連接并儲(chǔ)存液晶，該管子在第二保持器的流體通路處設(shè)置有閥門(mén)；空氣供應(yīng)裝置，其通過(guò)管子與第一保持器和容器連接，這些管子具有多個(gè)閥門(mén)，以選擇空氣通路，用于通過(guò)將空氣從中空光纖中吸出，從而使中空光纖成為真空，以及通過(guò)提供空氣壓力強(qiáng)迫地使液晶注入到中空光纖中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種利用一將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備將液晶注入到中空光纖中的方法，該方法包括的步驟是a)打開(kāi)空氣提供裝置，用空氣提供裝置將空氣從中空光纖中吸出，并使中空光纖成為真空；和d)用空氣提供裝置將空氣壓力提供給儲(chǔ)存液晶的容器，并利用空氣壓力將儲(chǔ)存在該容器中的液晶注入到真空的中空光纖中。
有益效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在注入液晶之前，使長(zhǎng)中空光纖的內(nèi)部成為真空，以便克服由液晶的表面張力和中空光纖的內(nèi)表面所產(chǎn)生的阻力，從而在短時(shí)間內(nèi)以一致的狀態(tài)將液晶強(qiáng)制注入到中空光纖中，而不會(huì)產(chǎn)生空氣泡。


結(jié)合所附附圖，對(duì)從以下優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明中，本發(fā)明的上述和其他目的以及特征將更加顯而易見(jiàn)，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備示意圖；圖2為圖1所示設(shè)備的保持器的示意圖；圖3為圖1中所示設(shè)備中用于液晶的容器示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，從以下實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其他目的和方面將更加顯而易見(jiàn)，附圖在后文中進(jìn)行闡述。
圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備的示意圖，圖2為圖1中所示設(shè)備的保持器示意圖，而圖3為圖1中所示設(shè)備的用于液晶的容器。
如圖1所示，將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備100包括第一保持器110，用于將中空光纖200的一端保持住，并與將空氣從中空光纖內(nèi)部吸出的管子相連接；第二保持器120，用于保持住光纖200的另一端，并與將液晶注入到中空光纖200中的管子相連接；用于存儲(chǔ)液晶的容器130；空氣泵140，用于將空氣從中空光纖吸出，以使中空光纖內(nèi)部成為真空，并向容器提供空氣壓力，以將液晶注入到中空光纖中；和，用于連接設(shè)備元件的管子。
設(shè)備100進(jìn)一步包括第一閥161，設(shè)置在第一保持器110和空氣泵140之間，用于控制被空氣泵140吸出的空氣的路徑；第二閥162，設(shè)置在第二保持器120和空氣泵140之間，用于控制被空氣泵140泵出的空氣的路徑；和進(jìn)氣閥163和排氣閥164，設(shè)置在從/向空氣泵140吸出和排放空氣的管子處，用于阻擋空氣從外部向流入和流出。
用于保持中空光纖200兩端的第一保持器110和第二保持器120，可以分別制造。然而，通過(guò)使連接至中空光纖200的管子與第一保持器110和第二保持器120的不同部位相連結(jié)，第一保持器110和第二保持器120也可以整體制造。
后文中，對(duì)設(shè)備的組成元件的操作和關(guān)系進(jìn)行描述，該設(shè)備為根據(jù)本發(fā)明的用于將液晶注入到中空光纖中的。
如圖2所示，第一保持器110為由金屬或SiO2制成的長(zhǎng)方體塊，其具有很小的熱膨脹系數(shù)?？?11形成在保持器110的中心，以使其直徑略大于中空光纖200的直徑，以便從向上的方向上容納中空光纖200?？?11為二階梯狀孔，如圖2所示。即，孔111的下部具有的直徑小于孔111的上部所具有的直徑?？?11的下部具有的直徑略大于中空光纖200芯部210的直徑。因而，中空光纖200的一端插入，直至達(dá)到由較小直徑的下部所形成的極限。當(dāng)將中空光纖200插入孔111中時(shí)，中空光纖200的芯部210準(zhǔn)確地與下部的中心匹配。這種孔111為流體或空氣流動(dòng)的路徑。
孔111的下部通過(guò)第一管151與空氣泵140連接。因而，當(dāng)空氣泵140開(kāi)動(dòng)時(shí)，空氣泵140通過(guò)孔111將空氣從中空光纖200中吸出。當(dāng)從中空光纖200中將空氣吸出時(shí)，孔111可以保持住中空光纖200，有如氣動(dòng)卡盤(pán)那樣。
第二中空光纖保持器120形成為與第一中空光纖保持器110一樣的形狀和材料。中空光纖的另一端插入孔121中，該孔121形成在第二中空光纖保持器120中。即，孔212也是如孔111那樣的二階梯狀，該孔上部的直徑大于下部的直徑?？?12的下部通過(guò)第二管152與容器130連接。因此，容器130中的液晶通過(guò)第二管152和孔121注入到中空光纖200中。
如圖3所示，容器130具有密封結(jié)構(gòu)，用于儲(chǔ)存液晶。由硅石材料制成的容器130具有很強(qiáng)的強(qiáng)度和很低的熱膨脹系數(shù)。優(yōu)選地是，容器130由透明材料形成，以能看到儲(chǔ)存在容器130中的液晶液面高度。
容器130具有注射器形狀，且由玻璃制成。容器130包括用于容納液晶的柱體131，和活塞132，該活塞132使用空氣泵140而來(lái)的空氣壓力來(lái)加壓并推動(dòng)所儲(chǔ)存的液晶。柱體131為中空柱的形狀，其由透明硅石材料制成，柱體131的一端為錐形。即，柱體131的一端具有在長(zhǎng)度方向上漸窄的形狀。柱體131的錐形端與管子152連接，該管子152還與第二保持器120連接。
在柱體131的外表面具有刻度，用于讀出所儲(chǔ)存的液晶的液面高度，且?guī)萁z的孔(未示出)形成在柱體131的外表面中，以通過(guò)松開(kāi)孔的螺絲來(lái)從外部容器向柱體131提供液晶。柱體131的另一端與第三管153連接，該管子153與空氣泵140連接，以便將從空氣泵140泵出的空氣輸送至柱體131內(nèi)的活塞。
活塞132沿柱體131的內(nèi)壁移動(dòng)?；钊?32具有錐形或盤(pán)形的形狀?；钊?32受到從空氣泵140而來(lái)的空氣壓力，并將空氣壓力傳遞到液晶。即，活塞132用從空氣泵140而來(lái)的空氣壓力在第二管152的方向上推動(dòng)液晶。
空氣泵140將空氣從中空光纖200中吸出，以使中空光纖200的內(nèi)部成為真空。同時(shí)，空氣泵140泵出空氣，以使容器130增壓，以便將液晶注入到中空光纖200的內(nèi)部。帶有第一閥161的第一管151與空氣泵140的入口連接，而帶有第二閥162的第三管153與空氣泵140的出口連接。進(jìn)氣閥163通過(guò)在第一閥161和空氣泵140的入口之間、從該第一管151形成的分支管與形成在第一閥161和入口之間的第一管151連接，如圖1所示。同樣，排氣閥164通過(guò)在第二閥162和空氣泵140的出口之間、從第三管153形成的分支管，與形成在第二閥162和出口之間的第三管153連接，如圖1所示。因此，通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)161至165中的一個(gè)，空氣流動(dòng)路徑可以是選擇性的控制器。
由于中空光纖200的內(nèi)部容積很小，所以操作空氣泵140的時(shí)間非常短。因此，優(yōu)選地，還具有自動(dòng)控制器，用于自動(dòng)控制空氣泵140和閥門(mén)161至165，以選擇目標(biāo)空氣流動(dòng)路徑。即，根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制空氣泵140和閥門(mén)161至165中每一個(gè)的打開(kāi)和關(guān)閉操作，以便將空氣從中空光纖200中吸出，以便使中空光纖200的內(nèi)部成為真空?；?，自動(dòng)控制器自動(dòng)地控制空氣泵140和閥門(mén)161至165中每一個(gè)的打開(kāi)和關(guān)閉操作，以便將液晶注入到中空光纖200中。這種自動(dòng)控制器可用典型的方法來(lái)實(shí)施。
后文中，對(duì)使用如圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備將液晶注入到中空光纖中的方法進(jìn)行描述。
將液晶注入到中空光纖的方法主要包括的步驟是使中空光纖200的內(nèi)部成為真空，以及使用空氣壓力將液晶注入到中空光纖200中。
首先，下文中對(duì)使中空光纖200的內(nèi)部成為真空的步驟進(jìn)行描述。在剝出并夾住中空光纖200之后，中空光纖200被切割為具有正交的截面。隨后，中空光纖200的兩端插入到第一保持器110和第二保持器120中的孔111和121中，直到中空光纖200的端部達(dá)到形成在孔111和121內(nèi)部的臺(tái)階處。
為了將空氣從中空光纖200中吸出，進(jìn)氣閥163關(guān)閉且第一閥161打開(kāi)。此處，進(jìn)氣閥163與伸向外部的管子連接，而第一閥161連接在空氣泵140的入口和中空光纖110之間。還有，排氣閥164打開(kāi)而第二閥關(guān)閉。進(jìn)而，第三閥165關(guān)閉。在完成這些閥門(mén)161至165的打開(kāi)和關(guān)閉之后，空氣泵140打開(kāi)，以將空氣從中空光纖200中吸出。結(jié)果，中空光纖形成真空。
后文中，對(duì)將液晶注入到中空光纖200中的步驟進(jìn)行描述。在中空光纖200形成真空之后，閥門(mén)161至165被控制為向容器130提供空氣壓力，以便將儲(chǔ)存在容器130中的液晶注入到中空光纖200中。
即，進(jìn)氣閥163打開(kāi)，而第一閥161關(guān)閉。隨后，排氣閥162關(guān)閉，而第二閥162打開(kāi)。還有，第三閥165逐漸打開(kāi)。
在完成這些閥門(mén)161至165的操作之后，空氣泵140打開(kāi)?？諝獗猛ㄟ^(guò)進(jìn)氣閥163吸出空氣，并直接通過(guò)第三管153將空氣輸送給容器130的活塞132。
隨后，活塞132受到從空氣泵140而來(lái)的空氣壓力，并將儲(chǔ)存在柱體131中的液晶推動(dòng)至第二保持器120，該第二保持器120與中空光纖200連接。此處，液晶的流動(dòng)可以通過(guò)控制第二管152的長(zhǎng)度來(lái)控制，該第二管152與第二保持器120連接。在完成將液晶注入到中空光纖200之后，所打開(kāi)的閥門(mén)關(guān)閉，且關(guān)掉空氣泵140。隨后，充滿(mǎn)中空光纖200的液晶從第一保持器110和第二保持器120上分離。
盡管已以某些優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可作各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備，包括第一保持器和第二保持器，二者的每一個(gè)都具有流體通路，用于保持中空光纖的對(duì)應(yīng)的一端，以與該流體通路連通容器，與管子連接并儲(chǔ)存液晶，該管子在所述第二保持器的流體通路處設(shè)置有閥門(mén)空氣供應(yīng)裝置，其通過(guò)管子與所述第一保持器和所述容器連接，這些管子具有多個(gè)閥門(mén)，以選擇空氣通路，用于通過(guò)將空氣從中空光纖中吸出，從而使中空光纖成為真空，以及通過(guò)提供空氣壓力強(qiáng)迫地使液晶注入到中空光纖中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括自動(dòng)控制器，用于通過(guò)自動(dòng)地控制空氣供應(yīng)裝置和閥門(mén)來(lái)選擇空氣通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一保持器和所述第二保持器的流體路徑為一個(gè)二階梯狀的孔，該孔分為上部孔和下部孔，該上部孔的直徑大于中空光纖的直徑，而該下部孔的直徑大于中空光纖芯部的直徑，以容納并保持中空光纖的一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述保持器包括用于儲(chǔ)存液晶的柱體，以及活塞，該活塞用于接受從所述空氣提供裝置而來(lái)的空氣壓力并推動(dòng)儲(chǔ)存在所述柱體中的液晶。
5.一種使用將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備將液晶注入到中空光纖中的方法，該方法包括a)打開(kāi)空氣提供裝置，用空氣提供裝置將空氣從中空光纖中吸出，并使中空光纖成為真空；和d)用空氣提供裝置將空氣壓力提供給儲(chǔ)存液晶的容器，并用空氣壓力將儲(chǔ)存在該容器中的液晶注入到真空的中空光纖中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中用于注入液晶的設(shè)備包括第一保持器和第二保持器，二者的每一個(gè)都具有流體通路，用于保持住中空光纖的對(duì)應(yīng)的一端，以與該流體通路連通容器，與管子連接并儲(chǔ)存液晶，該管子在所述第二保持器的流體通路處設(shè)置有閥門(mén)空氣供應(yīng)裝置，其通過(guò)管子與所述第一保持器和所述容器連接，這些管子具有多個(gè)閥門(mén)，以選擇空氣通路，用于通過(guò)將空氣從中空光纖中吸出，從而使中空光纖成為真空，以及通過(guò)提供空氣壓力強(qiáng)迫地使液晶注入到中空光纖中。
全文摘要
提供一種用于將液晶注入到中空光纖中的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括第一保持器和第二保持器，二者的每一個(gè)都具有流體通路，用于保持中空光纖的對(duì)應(yīng)的一端，以與該流體通路連通；容器，與管子連接并儲(chǔ)存液晶，該管子在第二保持器的流體通路處設(shè)置有閥門(mén)；空氣供應(yīng)裝置，其通過(guò)管子與第一保持器和容器連接，這些管子具有多個(gè)閥門(mén)，以選擇空氣通路，用于通過(guò)將空氣從中空光纖中吸出，從而使中空光纖成為真空，以及通過(guò)提供空氣壓力強(qiáng)迫地使液晶注入到中空光纖中。
文檔編號(hào)G02B6/00GK101057167SQ200580038447
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者李英旭, 李慵基 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Kt