DE102008009139A1 - Laterally emitting step index fiber for e.g. contour illumination of ship, has scattering zone located between core and jacket, where particles are embedded in zone that includes refractive index differing from refractive index of jacket - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft seitenemittierende Stufenindexfasern, Preformen und Verfahren zu deren Herstellung sowie seitenemittierende Stufenindexfasern beinhaltende Faserbündel sowie Flächengebilde und deren Anwendungen.The The invention relates to side-emitting step index fibers, preforms and methods of making the same and side-emitting step index fibers containing fiber bundles and fabrics and their applications.
Als Stufenindexfasern werden lichtleitende Fasern verstanden, wobei die Lichtleitung in dem Faserkern durch Totalreflektion des in dem Kern geleiteten Lichts an dem den Faserkern entlang der Faserachse umschließenden Mantel erfolgt. Die Totalreflektion tritt dann auf, wenn der Mantel einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als der das Licht leitende Faserkern. Allerdings ist die Bedingung der Totalreflektion nur bis zu einem Grenzwinkel des auf den Mantel treffenden Lichts möglich, der von den Brechungsindices von Kern und Mantel abhängig ist. Der Grenzwinkel βMin, d. h. der kleinste Winkel, bei dem noch die Totalreflektion auftritt, kann berechnet werden durch sin(βMin) = n2/n1, wobei βMin von einer Ebene senkrecht zur Faserachse gemessen wird, n1 den Brechungsindex des Faserkerns und n2 den Brechungsindex des Mantels repräsentiert.As step index fibers are understood to be light-conducting fibers, wherein the light conduction in the fiber core by total reflection of the guided light in the core takes place at the fiber core along the fiber axis enclosing jacket. The total reflection occurs when the cladding has a lower refractive index than the light-conducting fiber core. However, the condition of total reflection is possible only up to a critical angle of the light striking the cladding, which depends on the refractive indices of the core and cladding. The critical angle β Min , ie the smallest angle at which the total reflection occurs, can be calculated by sin (β Min ) = n 2 / n 1 , where β min is measured from a plane perpendicular to the fiber axis, n 1 is the refractive index of the Fiber core and n 2 represents the refractive index of the cladding.
Im allgemeinen wird eine möglichst gute Führung des Lichts in der Faser angestrebt, d. h. es soll möglichst wenig Licht bei der Einkopplung in die Faser und bei dem Transport in der Faser verloren gehen. Eine seitenemittierende Stufenindexfaser ist eine Stufenindexfaser, bei der absichtlich Licht aus dem Faserkern und aus der Faser ausgekoppelt wird. Im allgemeinen ist eine gleichmäßige Auskopplung erwünscht, welche eine seitenemittierende Stufenindexfaser im Idealfall als ein gleichmäßig leuchtendes Band oder Linie erscheinen lassen. Dies macht sie für mannigfaltige Anwendungen insbesondere in der Beleuchtungstechnik interessant.in the general, the best possible guidance of the Light in the fiber, d. H. it should as possible little light when coupled into the fiber and during transport get lost in the fiber. A side-emitting step index fiber is a step index fiber, intentionally emitting light from the fiber core and is decoupled from the fiber. In general, is a uniform Decoupling is desired, which is a side-emitting step index fiber ideally as a uniformly luminous band or line. This makes them for varied Applications especially in lighting technology interesting.
Seitenemittierend im Sinne der Erfindung heißt, dass die Faser in der Lage ist, Licht seitlich zu emittieren, unabhängig davon, ob sie im Betrieb ist, d. h. ob tatsächlich eine Lichtquelle angeschlossen und das Licht eingeschaltet ist.Seitenemittierend in the sense of the invention means that the fiber is capable of is to emit light sideways, regardless of whether she is in operation, d. H. whether actually a light source connected and the light is on.
Die
Fasern werden wie allgemein bekannt mit Hilfe von Faserziehprozessen
hergestellt, wobei zumindest die Preform des Faserkerns bis zur
Erweichungstemperatur des Materials der Preform bzw. des Faserkerns
oder darüber hinaus erwärmt und eine Faser ausgezogen
wird. Die Prinzipien des Faserziehprozesses sind beispielsweise
in den deutschen Patenten
Vielfältige Methoden zum Erzeugen des Effekts der Seitenemission sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine bekannte Methode ist, für eine Lichtauskopplung im Faserkern zu sorgen.diverse Methods for generating the effect of the page emission are from the Known in the art. A well-known method is, for to provide a light extraction in the fiber core.
Die
japanische Offenlegungsschrift
Eine
weitere Methode, das Licht aus dem Faserkern auszukoppeln, wird
in der
Unter Skalierbarkeit im Sinne der vorliegenden Offenbarung wird die Möglichkeit des gezielten Einstellens des Seitenemissionseffekts über die Länge der Faser verstanden. Dies ist notwendig, weil Faserlängen für verschiedene Anwendungen sehr stark variieren können, aber eine möglichst gleichmäßige Intensität des Leuchtens über die gesamte Faserlänge erzielt werden soll.Under Scalability in the sense of the present disclosure becomes the possibility the selective adjustment of the side emission effect understood the length of the fiber. This is necessary because Fiber lengths for different applications very much can vary greatly, but as even as possible Intensity of illumination over the entire fiber length should be achieved.
Alternativ
zur Auskopplung des Lichts direkt aus dem Faserkern können
seitenemittierende Eigenschaften bei Fasern auch durch Effekte in
der Grenzfläche zwischen Faserkern und Mantel oder im Mantel selbst
verursacht werden. So ist es aus dem Stand der Technik bekannt,
dass Kristallisationsreaktionen zwischen Kern- und Mantelgläsern
unerwünscht sind, da die Kristallite in der Grenzfläche
zwischen Kern und Mantel als Streuzentren dienen können,
so dass Licht aus der Faser auskoppelt und somit ihre Lichtleitfähigkeit
herabsetzt. Dieser Effekt ist bei Lichtleitfasern im allgemeinen
unerwünscht, und Glasfasern werden wie in dem deutschen
Patent
Zur
Erzeugung seitenemittierender Eigenschaften aufgrund von Streuzentren
in der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel wird gemäß der
Patentschrift
Die
Ein schwerwiegender Nachteil bei allen beschriebenen Lösungen, die Kunststoff enthalten, ist ferner, dass die beschriebenen Kunststoffmäntel allesamt brennbar sind. Daher sollten solche Fasern allgemein unerwünscht sein. Davon abgesehen können sie zumindest in Bereichen mit erhöhten Brandschutzbestimmungen, beispielsweise innerhalb von Flugzeugkabinen, nicht zugelassen werden.One serious disadvantage in all described solutions, which contain plastic is further that the described plastic shells all are flammable. Therefore, such fibers should generally be undesirable be. That being said, they can at least be in areas with increased fire safety regulations, for example within of aircraft cabins, are not allowed.
Glasfasern sind als solche nicht brennbar. Seitenemittierende Glasfasern sind allerdings ebenfalls bereits bekannt. Die etablierte Methode zur Herstellung von Glasfasern mit seitenemittierenden Eigenschaften sieht vor, die Preform des Faserkerns durch Schleifen oder Sandstrahlen aufzurauhen. Durch diese Bearbeitungsprozesse werden auf der Umfangsfläche des Faserkerns in den Faserkern hineinragende Strukturen geschaffen, welche das geleitete Licht auskoppeln sollen. Auch hier hat sich gezeigt, dass der Prozeß zum Erzeugen der Seitenemission ineffizient und auch nur schwer skalierbar ist. Darüber hinaus ist das Bearbeiten von Preformen, insbesondere wenn diese aus Glas bestehen, oftmals teuer und aufwendig. Die in den Faserkern hineinragenden Strukturen stellen darüber hinaus Verletzungen des Faserkerns dar, von denen bei Biegebelastungen Belastungsspitzen und dadurch Risse ausgehen können, wodurch solche Fasern unter einer verminderten Bruchfestigkeit leiden. Auch deshalb erscheint diese Technik verbesserungswürdig.glass fibers are not flammable as such. Side emitting fibers are but also already known. The established method for Production of glass fibers with side-emitting properties sees before, the preform of the fiber core by grinding or sandblasting roughen. Through these machining processes are on the peripheral surface created the fiber core in the fiber core protruding structures, which should disengage the guided light. Here too shown that the process of generating the page emission inefficient and difficult to scale. About that In addition, editing of preforms, especially if these Made of glass, often expensive and expensive. The in the fiber core In addition, structures pose injuries of the fiber core, of which at bending loads load peaks and thereby cracks can occur, causing such fibers suffer from a reduced breaking strength. That's why it appears this technique needs improvement.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine seitenemittierende Stufenindexfaser bereit zu stellen, die wirtschaftlich zu produzieren ist, die effizient das Licht zur Seite auskoppelt, wobei der Effekt leicht skalierbar sein soll, und welche darüber hinaus nicht brennbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eben solcher seitenemittierenden Fasern bereitzustellen, sowie Faserbündel beinhaltend solche seitenemittierende Fasern und deren Anwendungen.Against this background, it is an object of the invention to provide a side-emitting step index fiber that is economical to produce that efficiently decouples the light to the side, the Effect should be easily scalable, and which is also not flammable. Another object of the invention is to provide a method for producing such side-emitting fibers, as well as fiber bundles including such side-emitting fibers and their applications.
Die Aufgabe und/oder die Teilaufgaben werden gelöst durch die unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Task and / or subtasks are solved by the independent claims. Preferred embodiments emerge from the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße seitenemittierende Stufenindexfaser beinhaltet einen lichtleitenden Kern aus einem Glas mit dem Brechungsindex n1 und einen den Kern entlang der Faserachse umschließenden transparenten und/oder transluzenten Mantel aus einem Glas mit dem Brechungsindex n2, wobei sich zwischen Kern und Mantel zumindest ein Streubereich befindet, der aus einem Glas gebildet wird, welches im wesentlichen den gleichen Brechungsindex n1 wie der Kern aufweist und in welches Streupartikel eingelagert sind. Eine erfindungsgemäße seitenemittierende Stufenindexfaser kann flexibel oder auch starr sein.A side-emitting step index fiber according to the invention comprises a light-conducting core made of a glass with the refractive index n 1 and a transparent and / or translucent cladding made of a glass with the refractive index n 2 enclosing the core along the fiber axis, at least one scattering region being present between the core and the cladding, which is formed from a glass which has substantially the same refractive index n 1 as the core and in which scattering particles are embedded. A side-emitting step index fiber of the invention may be flexible or rigid.
Der Mantel umschließt wie bei Fasern üblich sowohl den Kern aber auch den oder die Streubereiche entlang der Faserachse vollständig. Der oder die Streubereiche liegen demnach auf der Oberfläche des Faserkerns, geschützt von dem Mantel.Of the Sheath encloses both as usual with fibers the core but also the or the scattering regions along the fiber axis Completely. The or the scattering areas are accordingly on the surface of the fiber core, protected by the coat.
Der Effekt der Seitenemission wird bei der vorliegenden Erfindung durch Streuung des in dem Kern geleiteten Lichts in einem im Verhältnis zum Kerndurchmesser dünnen Bereich zwischen Kern und Mantel erzeugt. Dazu befindet sich zwischen Kern und Mantel in unmittelbarem Kontakt zwischen beiden ein Streubereich, in welchem die Streuung stattfindet. Verantwortlich für die Streuung sind Streupartikel, welche in den Streubereich eingelagert sind. Im Sinne der Erfindung sind Streupartikel alle Partikel, gleich welcher Form, welchen Materials und/oder welcher Größe, die das geleitete Licht streuen können. Streupartikel können durch klassische Streuung, insbes. Rayleigh- und/oder Mie-Streuung, ebenso wie durch Beugung und/oder Reflektion sowie Mehrfachprozessen dieser Mechanismen untereinander ihre streuende Wirkung entfalten. Ihre Aufgabe ist lediglich, individuell oder in ihrer Summe auftreffendes Licht abzulenken.Of the Side emission effect is achieved in the present invention Scattering of the light guided in the nucleus in a ratio to the core diameter thin area between core and cladding generated. This is located between core and mantle in immediate Contact between both a scattering area in which the scattering takes place. Responsible for the scattering are scattering particles, which are stored in the scattering area. Within the meaning of the invention scattering particles are all particles, of whatever shape, of which material and / or what size, which is the conducted light can scatter. Stray particles can be replaced by classic ones Scattering, especially Rayleigh and / or Mie scattering, as well as by Diffraction and / or reflection as well as multiple processes of these mechanisms unfold their scattering effect among each other. Your task is merely to distract light incident individually or in their totality.
Die Erfinder haben erkannt, dass der Effekt der Seitenemission am besten skalierbar ist, wenn die Streuung hauptsächlich an den Streupartikeln selbst erfolgt. Dazu muss das in dem Kern geführte Licht erst einmal zu diesen gelangen können. Deshalb ist der Brechungsindex des Materials, in welchem die Streupartikel eingelagert sind, im wesentlichen gleich dem Brechungsindex n1 des Kerns. Die Einlagerung der Streupartikel in einer Matrix aus Glas ist deshalb im Sinne der Erfindung notwendig, um sie überhaupt erst auf wirtschaftliche Weise auf dem Kern aufbringen zu können. Ein wesentlich von n1 abweichender Brechungsindex des Matrixmaterials würde dazu führen, dass das Matrixmaterial selbst die Lichtleitung im Kern beeinflussende Effekte bewirken würde. Wäre der Brechungsindex beispielsweise wesentlich kleiner als n1, würde das in dem Kern geführte Licht eher von dem Material der Matrix als durch die Streupartikel reflektiert, so dass nur wenig bis keine Streuung an den Streupartikeln erfolgen könnte. Eine solche Faser würde nur wenig Licht zur Seite auskoppeln. Wäre dahingegen der Brechungsindex des Materials der Matrix wesentlich größer als n1, würde das in dem Kern geleitete Licht sehr schnell nach außen gelangen und die Faser auf sehr kurzer Länge ihre gesamte Lichtintensität verlieren, so dass nur sehr kurze Faserlängen möglich wären. Ist der Brechungsindex des Matrixmaterials hingegen im wesentlichen gleich dem Brechungsindex n1 des Kerns, wird das in dem Kern geführte Licht von dem Matrixmaterial höchstens unwesentlich gestört, so dass das in dem Kern geführte Licht von dem Matrixmaterial ungehindert auf die Streupartikel auftreffen kann. Somit ist über die Wahl der Konzentration der Streupartikel im Streubereich eine effiziente Skalierung der seitlichen Emission möglich.The inventors have recognized that the effect of the side emission is best scalable if the scattering occurs mainly on the scattering particles themselves. For this purpose, the light guided in the core must first be able to reach it. Therefore, the refractive index of the material in which the scattering particles are incorporated is substantially equal to the refractive index n 1 of the core. The incorporation of the scattering particles in a matrix of glass is therefore necessary in the context of the invention in order to be able to apply it in the first place in an economical manner to the core. A refractive index of the matrix material deviating significantly from n 1 would lead to the matrix material itself causing effects on the light conduction in the core. For example, if the refractive index were significantly less than n 1 , the light guided in the core would be reflected from the material of the matrix rather than from the scattering particles, so that little to no scattering could occur on the scattering particles. Such a fiber would only couple out a little light to the side. If, on the other hand, the refractive index of the material of the matrix were significantly greater than n 1 , the light conducted in the core would be very quickly released to the outside and the fiber would lose its entire light intensity over a very short length, so that only very short fiber lengths would be possible. Is the refractive index of the matrix material, however, is substantially equal to the refractive index n 1 of the core, guided in the core light is disturbed at most insignificantly from the matrix material, so that the run in the core of light can be incident from the matrix material without hindrance to the scattering particles. Thus, the choice of the concentration of the scattering particles in the scattering range, an efficient scaling of the lateral emission is possible.
Der größte Effekt der Seitenemission lässt sich erzielen, wenn sich zwischen Kern und Mantel zumindest ein Streubereich befindet, der den Kern entlang der Faserachse vollständig umschließt. Dies bedeutet, dass sich der Streubereich über die gesamte Umfangsfläche des Faserkerns erstreckt. Der Mantel umschließt in diesem Fall seinerseits bevorzugt wiederum das gesamte Gebilde aus Kern und Streubereich. Bevorzugt sind in dieser Ausführungsform die Streupartikel homogen im Streubereich verteilt. Ein solcher Streubereich wird im Sinne der Erfindung beim Faserzug durch das Verschmelzen mehrerer Inlaystäbe erzeugt, welche aus dem Matrixmaterial bestehen, in welches die Streupartikel eingelagert sind. Das Ziehverfahren und die Inlaystäbe werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der Preform und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens näher erläutert. Durch die Verwendung der Inlaystäbe und der resultierenden Bildung eines um den Kern geschlossenen Streubereichs durch Verschmelzung von Inlaystäben kann auf die Verwendung eines Rohrs zur Herstellung der für den Faserzug verwendeten Preform für den Streubereich verzichtet werden. Dies ist vorteilhaft, weil somit diese Preform nicht durch einen Rohrzug eines Glases hergestellt werden muß, in welches Streupartikel eingelagert sind. Ein solcher wäre nachteilhaft, weil eine Rohrzuganlage ausschließlich für das Herstellen dieser mit Streupartikel versehenen Preformen benötigt würde, da in auch für übliche Glasrohre eingesetzten Rohrzuganlagen Streupartikel üblicherweise unerwünscht wären und deren Zusatz die gesamte Anlage kontaminieren würde. Durch den Verzicht auf eine solche rohrförmige Preform ist die erfindungsgemäße seitenemittierende Faser somit wirtschaftlicher herzustellen.The greatest effect of the side emission can be achieved if there is at least one scatter zone between the core and the cladding, which completely surrounds the core along the fiber axis. This means that the scattering area extends over the entire circumferential surface of the fiber core. In turn, the jacket in turn encloses the entire structure of core and scattering area in turn. In this embodiment, the scattering particles are preferably distributed homogeneously in the scattering area. Such a scattering area is generated in the context of the invention during the fiber drawing by the fusion of several inlay bars, which consist of the matrix material into which the scattering particles are incorporated. The drawing method and the inlay bars are explained in more detail in connection with the description of the preform and the production method according to the invention. The use of the inlay bars and the resulting formation of a scattering area closed by the core by fusion of inlay bars makes it possible to dispense with the use of a tube to produce the scattering preform used for the fiber draw. This is advantageous because thus this preform does not have to be made by a tube of a glass in which scattering particles are incorporated. Such would be disadvantageous because a Rohrzuganlage would only needed for the production of these provided with scattering particles preforms, as in also for üb Liche glass pipes used Rohrzuganlagen scattering particles would usually be undesirable and their addition would contaminate the entire system. By dispensing with such a tubular preform, the side-emitting fiber according to the invention is thus more economical to produce.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sich zwischen Kern und Mantel zumindest ein Streubereich befindet, der den Kern in einem Teilbereich entlang der Faserachse vollumfänglich umschließt. Die bedeutet in anderen Worten, dass die Streupartikel nur in Teilen des Matrixglases eingelagert sind, wobei diese Teile den Kern ringförmig umschließen. Ist der Abstand zwischen Bereichen, in denen Streupartikel vorliegen und solchen, die keine Streupartikel aufweisen ausreichend groß, kann gezielt eine seitenemittierende Faser hergestellt werden, welche in manchen Bereichen den Emissionseffekt zeigt und in anderen Bereichen nicht. Eine solche Faser kann vorteilhaft sein, um einen entsprechenden Designeffekt zu erzielen, oder aber das Licht erst einmal mit möglichst wenig Verlust durch den Bereich ohne den Seitenemissionseffekt zu dem Ort zu leiten, an dem die Seitenemission stattfinden soll. Dies ermöglicht die Trennung von Lichtquelle, welche in die Faser eingekoppelt werden soll, und dem Beleuchtungsort. Fasern dieses Typs können hergestellt werden, wenn Inlaystäbe verwendet werden, in die nur in Teilbereichen entlang ihrer Achse Streupartikel eingelagert sind. Beim Faserzug verschmilzt allerdings auch der nicht mit Streupartikeln dotierte Bereich der Inlaystäbe mit dem Faserkern, so dass der Betrag der Summe aus Kerndurchmesser und Dicke des Streubereichs ohne eingelagerte Streupartikel und mit eingelagerten Streupartikeln über die gesamte Faserlänge im wesentlichen gleich bleibt.A Another preferred embodiment provides that between core and shell at least one scattering area is located, the the core in a partial area along the fiber axis fully encloses. In other words, that means the scattering particles embedded only in parts of the matrix glass, these parts enclose the core in a ring shape. Is the distance between areas where scattering particles are present and such which have no scattering particles sufficiently large, can specifically a side-emitting fiber are produced, which shows the emission effect in some areas and in other areas Not. Such a fiber may be advantageous to a corresponding Design effect to achieve, or the light once with as possible little loss through the area without the side emission effect too to direct the place where the page emission is to take place. This allows the separation of light source, which in the Fiber is to be coupled, and the lighting location. fibers of this type can be made when inlay bars be used in the only partial areas along its axis Stray particles are stored. However, the fiber rope merges also the area of the inlay bars not doped with scattering particles with the fiber core, so that the amount of the sum of core diameter and Thickness of the scattering area without embedded scattering particles and with embedded scattering particles over the entire fiber length remains essentially the same.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die seitenemittierende Stufenindexfaser zumindest einen diskreten Streubereich zwischen Kern und Mantel auf, der sich auf einem Teilbereich des Kernumfangs entlang der Faserachse erstreckt. Dies bedeutet, dass sich in diesem Fall zumindest ein Streubereich entlang der Faserachse oder Teilbereichen der Faserachse entlang erstreckt, aber die Faser nicht vollständig umschließt. Solche Streubereiche können erzeugt werden, wenn die Inlaystäbe beim Faserzug überhaupt nicht oder nicht vollständig miteinander verschmelzen. Die Erzeugung solcher diskreter Streubereiche lässt sich durch die Anzahl und/oder den Durchmesser und somit dem Volumen der verwendeten Inlaystäbe einstellen. In dieser Ausführungsform existiert demnach zumindest ein sich entlang der Faserachse erstreckender Bereich auf der Umfangsfläche des Kerns, welcher auch nicht mit dem Material belegt ist, in welches ansonsten die Streupartikel eingelagert sind. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass der oder die entlang der Faserachse erstreckenden diskreten Streubereiche wie bzgl. der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben entlang der Faserachse Bereiche aufweisen, in denen keine Streupartikel eingelagert sind, so dass die erfindungsgemäße Faser in diesem Fall nicht über ihre gesamte Länge den Seitenemissionseffekt aufweist, so dass beispielsweise alternierend Bereiche mit Seitenemission auf Bereiche ohne Seitenemission folgen.In In a particularly preferred embodiment, the page-emitting Step index fiber at least a discrete range between Core and coat on, located on a portion of the core circumference extending along the fiber axis. This means that in this At least one scattering area along the fiber axis or partial areas extends along the fiber axis but does not completely surround the fiber. Such scattering areas can be generated when the inlay bars not at all or not completely at the fiber pull merge together. The generation of such discrete scattering areas can be determined by the number and / or diameter and thus adjust the volume of the used Inlaystäbe. Accordingly, at least one exists in this embodiment extending along the fiber axis region on the peripheral surface the core, which is not occupied with the material, in which otherwise the scattering particles are embedded. Of course But it is also possible that the or the along the Fiber axis extending discrete scattering areas as with respect to the preceding Embodiment described along the fiber axis regions in which no scattering particles are incorporated, so that the Fiber according to the invention in this case not over their entire length has the side emission effect, so that, for example, alternate areas with side emission to follow areas without page emissions.
Die Lichtauskopplung der seitenemittierenden Stufenindexfaser lässt sich durch die Anzahl der sich im wesentlichen entlang der Faserachse erstreckenden diskreten Streubereiche hervorragend skalieren. Da in der Regel eine effiziente seitliche Auskopplung aus der Faser gewünscht wird, weist eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße seitenemittierende Stufenindexfaser zwischen Kern und Mantel mehrere diskrete Streubereiche auf, die sich jeweils auf einem Teilbereich des Kernumfangs entlang der Faserachse erstrecken. Bevorzugt beträgt die Zahl der diskreten Streubereiche von 5 bis 100, besonders bevorzugt von 10 bis 50.The Lichtauskopplung the side-emitting step index fiber leaves characterized by the number of substantially along the fiber axis Scaling outstanding discrete scattering areas. There usually an efficient lateral extraction from the fiber is desired, has a particularly preferred inventive Side-emitting step index fiber between core and cladding several discrete scattering areas, each on a subarea of the core perimeter along the fiber axis. Preferred is the number of discrete scattering ranges from 5 to 100, particularly preferred from 10 to 50.
Üblicherweise werden bei der erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfaser Streupartikel verwendet, deren Schmelztemperatur größer ist als die Schmelztemperatur des Glases, in welches sie eingebettet sind. Weil die Streupartikel in diesem Fall zumindest ihre streuenden Eigenschaften beim Herstellungsprozeß nicht verändern, wird ihre Auswahl erleichtert und sie können entsprechend als Rohmaterial eingekauft werden.Usually be in the inventive page-emitting Step index fiber scattering particles used their melting temperature greater than the melting temperature of the glass, in which they are embedded. Because the scattering particles in this At least their scattering properties in the manufacturing process not change, their choices are facilitated and they can be purchased as raw material accordingly.
Bevorzugt weisen die Streupartikel einen Durchmesser zwischen 10 nm und 5000 nm auf, besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 1200 nm. Für nicht runde Streupartikel wird als Durchmesser im Sinne der Erfindung ihre maximale Ausdehnung verstanden.Prefers the scattering particles have a diameter between 10 nm and 5000 nm, more preferably between 100 nm and 1200 nm not round scattering particles is considered as diameter in the sense of the invention understood their maximum extent.
Die Streupartikel können aus einer Vielzahl von Materialen ausgewählt sein. Bevorzugt bestehen sie im wesentlichen aus SiO2 und/oder BaO und/oder MgO und/oder BN und/oder AlN und/oder SN und/oder ZrO2 und/oder Y2O3 und/oder Al2O3 und/oder TiO2 und/oder Ru und/oder Os und/oder Rh und/oder Ir und/oder Ag und/oder Au und/oder Pd und/oder Pt und/oder diamantartiger Kohlenstoff und/oder Glaskeramik-Partikel. Mischungen von Streupartikeln aus verschiedenen Materialien, Verbindungen und/oder Konglomerate aus diesen oder auch miteinander verschmolzene und/oder gesinterte Streupartikel sind ebenfalls denkbar und von der Erfindung umfasst ebenso wie die metallischen Komponenten der vorgenannten Oxide und Nitride alleine.The scattering particles may be selected from a variety of materials. They preferably consist essentially of SiO 2 and / or BaO and / or MgO and / or BN and / or AlN and / or SN and / or ZrO 2 and / or Y 2 O 3 and / or Al 2 O 3 and / or TiO 2 and / or Ru and / or Os and / or Rh and / or Ir and / or Ag and / or Au and / or Pd and / or Pt and / or diamond-like carbon and / or glass-ceramic particles. Mixtures of scattering particles made of different materials, compounds and / or conglomerates of these or fused together and / or sintered scattering particles are also conceivable and of the invention comprises as well as the metallic components of the aforementioned oxides and nitrides alone.
Die Effizienz der Auskopplung aus dem Streubereich und damit aus der Faser ist neben der streuenden Eigenschaft der Streupartikel als intrinsischem Parameter auch von der Konzentration der Streupartikel im Streubereich abhängig. Es wurde festgestellt, dass Konzentrationen der Streupartikel im Streubereich zwischen 10 ppm und 1000 ppm eine effiziente Auskopplung ermöglichen, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 20 ppm und 100 ppm liegt. Die Konzentrationsangabe in ppm bezieht sich hierbei auf den Anteil der Streupartikel im Verhältnis zu den Masseanteilen der Bestandteile des Glases, in welchem die Streupartikel eingelagert sind. Die Parameter, mit welchen bevorzugt der Seitenemissionseffekt eingestellt und somit skaliert werden kann sind somit die Anzahl der diskreten Streubereiche entlang der Faserachse, die Streueigenschaften der verwendeten Streupartikel und deren Konzentration. Durch die geeignete Kombination dieser Parameter wird es möglich, für das menschliche Auge weitgehend homogen erscheinende seitenemittierende Fasern unterschiedlichster Länge herzustellen, so dass eine Vielzahl von Anwendungen überhaupt erst möglich werden.The Efficiency of decoupling from the scattering area and thus from the Fiber is next to the scattering property of the scattering particles as intrinsic parameter also on the concentration of scattering particles depending on the spread. It was found that concentrations the scattering particles in the scattering range between 10 ppm and 1000 ppm enable efficient decoupling, with the preferred Range is between 20 ppm and 100 ppm. The concentration information in ppm refers to the proportion of scattering particles in Ratio to the mass fractions of the constituents of the glass, in which the scattering particles are embedded. The parameters, with which preferably sets the side emission effect and thus Thus, the number of discrete scattering areas can be scaled along the fiber axis, the scattering properties of the scattering particles used and their concentration. By the suitable combination of these Parameters will be possible for the human Eye largely homogeneous appearing side-emitting fibers of different Length manufacture, so a variety of applications at all only possible.
Neben der Effizienz und Homogenität der Seitenemission müssen die erfindungsgemäßen Fasern aber auch möglichst gut mechanischen Belastungen widerstehen. Sind die Fasern mechanisch zu empfindlich, treten leicht Faserbrüche auf, welche die Faser unbrauchbar machen können. Insbesondere müssen die erfindungsgemäßen Fasern wiederholt gebogen werden können, ohne dass sie brechen. Ein Kriterium, um die Bruchfestigkeit von Fasern zu beurteilen, ist der sogenannte Schlingentest. Dabei wird aus einer Faser eine Schlinge gebildet, welche zugezogen wird. Je kleiner der Durchmesser der Schlinge ist, bei dem die Faser bricht, desto bruchfester ist sie.Next the efficiency and homogeneity of the page emission but also the fibers of the invention as possible resist mechanical loads well. Are the fibers mechanical? Too sensitive, fiber breaks occur easily, which the Make fiber unusable. In particular, need the fibers of the invention repeatedly bent can be without breaking. A criterion to To judge the breaking strength of fibers is the so-called Loop test. A loop is formed from a fiber, which is drawn. The smaller the diameter of the sling, where the fiber breaks, the more break-proof it is.
Angemessene Bruchfestigkeiten lassen sich durch vorgespannte Fasern erzeugen. Dies bedeutet für die erfindungsgemäßen Fasern, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kernglases größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Mantelglases. Beim Herstellungsprozeß der Faser wird somit der Mantel während des Abkühlens auf den Kern und/oder den Streubereich gezogen, so dass der Mantel eine Spannung auf den Kern und/oder den Streubereich ausübt. Solche vorgespannten Fasern sind in der Regel erheblich bruchfester als nicht vorgespannte Fasern. Neben der beschriebenen thermischen Vorspannung sind natürlich auch andere Methoden zum Erzeugen der Spannung möglich. Beispielsweise könnte die Faser während des Herstellungsprozesses oder danach auch chemisch vorgespannt werden. Dabei würden durch bekannte Prozesse zum chemischen Vorspannen bevorzugt Ionen in den Mantel eingebracht, welche für den Aufbau der Spannung verantwortlich wären.Appropriate Breaking strengths can be produced by prestressed fibers. This means for the invention Fibers that the thermal expansion coefficient of the core glass greater than the thermal expansion coefficient of the jacket glass. In the manufacturing process of the fiber is Thus, the coat during cooling on the Core and / or the spreading area pulled, so that the coat a tension to the core and / or the spreading area. Such preloaded Fibers are usually much more resistant to breakage than unbiased ones Fibers. In addition to the described thermal preload are natural Other methods for generating the voltage possible. For example, the fiber could be during the manufacturing process or be chemically tempered afterwards. It would preferably by known processes for chemical toughening ions placed in the mantle, which is used to build up the tension responsible.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfaser beträgt der Durchmesser des Kerns von 10 μm bis 150 μm, der zumindest eine Streubereich weist eine Dicke von 100 nm bis 2 μm auf und der Mantel ist zwischen 500 nm und 2 μm dick.at a preferred side-emitting according to the invention Step index fiber is the diameter of the core of 10 microns to 150 microns, the at least one scattering range has a thickness of 100 nm to 2 μm and the cladding is between 500 nm and 2 μm thick.
Selbstverständlich werden die erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfasern in den seltensten Fällen als einzelne Fasern eingesetzt, sondern zusammen mit anderen seitenemittierenden Stufenindexfasern oder zusammen mit anderen Lichtleitfasern, welche keinen Seitenemissionseffekt aufweisen, in Faserbündeln. Das Faserbündel ist seinerseits üblicherweise von einem schützenden äußeren Mantel umgeben, der in den meisten Fällen aus Kunststoff besteht. Faserbündel haben gegenüber einer Einzelfaser mit gleichem Durchmesser den Vorteil, dass sie viel flexibler sind und in kleineren Biegeradien verlegt werden können. Aus diesem Grund finden fast nur Faserbündel einen kommerziellen Einsatz in Beleuchtungsanwendungen. Aufgrund dieser Gegebenheit sind auch Faserbündel, welche die zuvor beschriebene seitenemittierende Stufenindexfaser beinhalten, Gegenstand dieser Erfindung.Of course become the page-emitting Step index fibers in the rarest cases as single Fibers used but along with other side-emitting Step index fibers or together with other optical fibers, which have no side emission effect, in fiber bundles. The fiber bundle is itself usually from a protective outer coat surrounded, which consists in most cases of plastic. Fiber bundles have compared to a single fiber with the same diameter the advantage that they are much more flexible and can be installed in smaller bending radii. Out For this reason, almost only fiber bundles find a commercial Use in lighting applications. Because of this fact are also fiber bundles, which are the previously described side-emitting Step index fiber include, subject of this invention.
Auch das Faserbündel muss im Sinne der Erfindung nicht zwangsläufig flexibel sein, es ist ebenso möglich, dass das Faserbündel als starrer Faserstab ausgeführt ist, der durch späteres Umformen, beispielsweise Biegen und/oder Pressen, in seine endgültige Form gebracht wird.Also The fiber bundle does not necessarily have to be in the sense of the invention be flexible, it is also possible that the fiber bundle is designed as a rigid fiber rod, by later Forming, such as bending and / or pressing, in its final Shape is brought.
Ein erfindungsgemäßes Faserbündel beinhaltet eine Vielzahl von Glasfasern und einen diese Vielzahl von Glasfasern entlang der Faserbündelachse vollständig umschließenden äußeren Mantel, wobei die Glasfasern eine Vielzahl der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfasern beinhalten und der äußere Mantel zumindest in Teilbereichen entlang der Faserbündelachse transparent und/oder transluzent ist. Die Transparenz und/oder Transluzenz des äußeren Mantels ist deshalb notwendig, damit das von den einzelnen Fasern seitlich emittierte Licht das Faserbündel auch verlassen kann und somit für den Betrachter sichtbar wird. Wird anstelle eines transparenten äußeren Mantels ein transluzenter äußerer Mantel verwendet, ist es möglich, das seitlich emittierende Licht der Einzelfasern zu homogenisieren.One includes fiber bundle according to the invention a variety of glass fibers and a variety of glass fibers along the fiber bundle axis completely enclosing outer Cloak, wherein the glass fibers have a variety of the previously described side-emitting step index fibers of the invention include and the outer jacket at least in Partial areas along the fiber bundle axis transparent and / or translucent. The transparency and / or translucency of the outer Mantels is therefore necessary for that of the individual fibers laterally emitted light also leave the fiber bundle can and therefore becomes visible to the viewer. Will be in place a transparent outer shell a translucent outer shell used, it is possible the side emitting light to homogenize the individual fibers.
Das erfindungsgemäße Faserbündel kann typischerweise von 100 bis 10000 Einzelfasern aufweisen.The Fiber bundles according to the invention may typically from 100 to 10000 individual fibers.
Um höchste Ansprüche bzgl. der Brandsicherheit des erfindungsgemäßen Faserbündels sicherzustellen, besteht der äußere Mantel des Faserbündels bevorzugt aus flammfesten Kunststoffen oder aus einem Gewebe von Glasfasern. Es ist aber ebenfalls möglich, dass der äußere Mantel durch das Umwickeln der Vielzahl von Glasfasern mit einer oder einer Vielzahl von Glasfasern hergestellt wird. Auch ist es möglich, die einzelnen Fasern des Bündels miteinander zu verspinnen, so dass eine Art Seil und/oder Garn entsteht, die keines separaten Mantels mehr bedarf.Around highest demands regarding the fire safety of the to ensure fiber bundles according to the invention consists of the outer shell of the fiber bundle preferably made of flame-resistant plastics or of a fabric of Glass fibers. But it is also possible that the outer Coat by wrapping the plurality of glass fibers with one or a variety of glass fibers is produced. It is too possible, the individual fibers of the bundle together to spin, so that a kind of rope and / or yarn is produced, the no separate coat more needed.
Durch die Erfindung wird es möglich, seitenemittierende Stufenindexfasern mit einer effizienten Seitenemission bereitzustellen, bei denen der Seitenemissionseffekt auch entsprechend den Anforderungen sehr gut skalierbar und damit die Menge des ausgekoppelten Lichts über die Faserlänge gut einstellbar ist. Dadurch wird es möglich, die erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfasern auch zusammen mit anderen Lichtleitern und/oder anderen seitenemittierenden Stufenindexfasern und/oder Textilfasern zu einem Flächengebilde zu verbinden. Ein Flächengebilde ist im Sinne der Erfindung ein Objekt, welches im Verhältnis zu seiner Dicke eine große Fläche aufweist. Auf diese Weise kann auf der Basis der erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfasern ein selbst leuchtendes, flächiges Gebilde erzeugt werden, welches Licht homogen über die Fläche verteilt emittieren kann. Ein solches Flächengebilde ist bevorzugt so ausgestaltet, dass ein Betrachter es als homogen leuchtende Fläche wahrnimmt, wenn das Flächengebilde in Betrieb ist, d. h. wenn Licht in die seitenemittierenden Stufenindexfasern des Flächengebildes eingekoppelt wird.By the invention makes possible side-emitting step index fibers with an efficient side emission where: the side emission effect also very good according to the requirements scalable, and thus the amount of decoupled light over the fiber length is easily adjustable. This will make it possible the side-emitting step index fibers of the invention also together with other light guides and / or other side emitting Step index fibers and / or textile fibers into a sheet connect to. A sheet is within the meaning of the invention an object, which in relation to its thickness one has large area. That way you can up the basis of the page-emitting invention Step index fibers a self-luminous, flat structure be generated, which light is homogeneous over the surface can emit distributed. Such a sheet is preferably designed so that a viewer it as a homogeneous luminous Surface perceives when the sheet is in operation is, d. H. when light enters the side-emitting step index fibers of the fabric is coupled.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die seitenemittierenden Stufenindexfasern in einem solchen Flächengebilde im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Entsprechend der Abstrahlcharakteristik andersartig angeordnete seitenemittierende Stufenindexfasern innerhalb des Flächengebildes sind aber selbstverständlich ebenso möglich.In In a preferred embodiment, the page-emitting Step index fibers in such a sheet substantially are arranged parallel to each other. According to the radiation characteristic differently arranged side-emitting step index fibers within of the fabric are but of course equally possible.
Um ein stabiles Flächengebilde zu erhalten, sind die seitenemittierenden Stufenindexfasern bevorzugt auf einem Trägerelement fixiert. Auf diese Weise wird ein Verbundelement aus Trägerelement und seitenemittierenden Stufenindexfasern gebildet. Das Trägerelement ist bevorzugt ebenfalls flächig, kann aber beliebige Formen und Wölbungen aufweisen.Around to obtain a stable sheet are the side-emitting Step index fibers preferably fixed on a carrier element. In this way, a composite element of carrier element and side-emitting step index fibers. The carrier element is preferably also flat, but can be any shapes and have bulges.
Alternativ zu der Fixierung der seitenemittierenden Stufenindexfasern auf dem Trägerelement können diese auch in das Trägerelement eingebettet sein und auf diese Weise ein Verbundelement aus Trägerelement und seitenemittierenden Stufenindexfasern bilden. Dies kann durch einen Spritzgießprozess erfolgen, bei dem bevorzugt transparenter Kunststoff eine Einkapselung der Lichtleitfasern darstellt. Dazu können thermoplastische Kunststoffe, z. B. Polycarbonat, PVC, thermoplastische Elastomere oder Silikone verwendet werden.alternative on the fixation of the side-emitting step index fibers on the Carrier element, these can also be in the carrier element be embedded and in this way a composite element of support element and form side-emitting step index fibers. This can be done by a Injection molding process, in which preferably transparent Plastic represents an encapsulation of the optical fibers. To can thermoplastic materials, eg. Polycarbonate, PVC, thermoplastic elastomers or silicones are used.
Bevorzugt werden die seitenemittierenden Stufenindexfasern auf dem Trägerelement durch Vernähen und/oder Verweben fixiert. Ebenso ist es möglich, die Stufenindexfasern auch miteinander und/oder mit dem Trägerelement zu vernähen. Als Nähgarn können sowohl textile Garne als auch wiederum Glasfasern verwendet werden.Prefers become the side-emitting step index fibers on the support element fixed by sewing and / or weaving. It is the same possible, the step index fibers also together and / or to sew with the support element. As sewing thread Both textile yarns and glass fibers can be used be used.
Generell kann das Flächengebilde auch durch das Verbinden der erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfasern mit einem geeigneten Träger erfolgen, beispielsweise durch Verkleben, Laminieren gegebenenfalls zusammen mit einer Folie und/oder andere geeignete Verfahren.As a general rule The sheet can also by connecting the invention side-emitting step index fibers with a suitable carrier take place, for example by gluing, laminating if necessary together with a film and / or other suitable methods.
Besonders bevorzugt ist das Trägerelement des erfindungsgemäßen Flächengebildes, auf dem und/oder in dem die seitenemittierenden Stufenindexfasern fixiert sind, transparent und/oder transluzent, damit das Licht durch die Stufenindexfasern emittierbare Licht durch das Trägerelement hindurchtreten kann. Zur Erzielung von Farbeffekten kann das Trägerelement eingefärbt sein.Especially preferred is the carrier element of the invention Sheet, on and / or in the side-emitting Step index fibers are fixed, transparent and / or translucent, so that the light through the step index fibers emits light through the carrier element can pass. To achieve Color effects can be colored the carrier element be.
Zur weiteren Stabilisierung des Flächengebildes ist es in einer weiteren erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform auch vorgesehen, dass das Verbundelement aus Trägerelement und seitenemittierenden Stufenindexfasern mit einem Stabilisierungselement verbunden ist.to further stabilization of the fabric is in one another preferred embodiment of the invention also provided that the composite element of carrier element and side-emitting step index fibers having a stabilizing element connected is.
Besonders bevorzugt wird das Stabilisierungselement so angeordnet, dass sich die seitenemittierenden Stufenindexfasern zwischen einer Oberfläche des Trägerelements und einer Oberfläche des Stabilisierungselements befinden. Das Stabilisierungselement kann damit auch zum Schutz der Stufenindexfasern beitragen. Bevorzugt wird es rückseitig als eine Deckschicht in Form einer Folie oder einer starren Platte angeordnet.Especially Preferably, the stabilizing element is arranged so that the side emitting step index fibers between a surface the carrier element and a surface of the stabilizing element are located. The stabilizing element can thus also for protection contribute to the step index fibers. It is preferred on the back as a cover layer in the form of a film or a rigid plate arranged.
Zur Steigerung der Lichtausbeute ist die den seitenemittierenden Stufenindexfasern zugewandte Seite des Trägerelements und/oder des Stabilisierungselements vorzugsweise so ausgebildet, dass sie das von den seitenemittierenden Stufenindexfasern ausgestrahlte Licht reflektieren kann. Dies bedeutet, dass die den Stufenindexfasern zugewandte Seite des Trägerelements oder des Stabilisierungselements weiß eingefärbt sein kann oder spiegelnd ausgebildet ist. Dies lässt sich beispielsweise besonders einfach erreichen, wenn als Stabilisierungselement Aluminiumfolie verwendet wird. Das Trägerelement besteht in diesem Fall bevorzugt aus einem transparenten und/oder transluzenten Kunststoff wie zum Beispiel Plexiglas. Selbstverständlich ist es auch möglich, weitere Stabilisierungselemente mit dem Verbundelement zu verbinden.To increase the luminous efficacy, the side facing the side-emitting step index fibers is Preferably, the carrier element and / or the stabilization element is designed such that it can reflect the light emitted by the side-emitting step index fibers. This means that the side of the carrier element or the stabilizing element facing the step index fibers can be dyed white or formed in a mirror-like manner. This can be achieved particularly easily, for example, if aluminum foil is used as the stabilizing element. The carrier element in this case preferably consists of a transparent and / or translucent plastic such as Plexiglas. Of course, it is also possible to connect further stabilization elements with the composite element.
Zur Lichteinkopplung sind die Lichtleitfasern mittels einer Lichtleiterbündelung zusammengefasst, wobei die Lichtleiter mittels Endhülsen und/oder Klebebändern zusammengefasst, in der Regel verklebt und die Endflächen geschliffen und poliert sind, so dass eine optimale Lichteinkopplung erfolgen kann. Zur Steigerung der Leuchtdichte der Abstrahlfläche können die Lichtleitfasern auch beidseitig zusammengefasst sein, so dass eine beidseitige Lichteinkopplung realisiert werden kann.to Lichteinkopplung are the optical fibers by means of an optical fiber bundling summarized, wherein the light guides by means of end sleeves and / or adhesive tapes combined, usually glued and the end surfaces are ground and polished so that an optimal light coupling can take place. To increase the Luminance of the radiating surface can be the optical fibers Also be summarized on both sides, so that a two-sided Lichteinkopplung can be realized.
Zum Betreiben des erfindungsgemäßen Flächengebildes kann Licht in die Lichtleitfasern und damit die seitenemittierenden Stufenindexfasern eingekoppelt werden. Als Lichtquelle zum werden bevorzugt punktförmige Lichtquellen verwendet, die zur optimalen Lichtausbeute das Licht mittels einer Vorsatzoptik derart fokussieren, dass das Licht innerhalb des für die Lichtleitfasern spezifischen Akzeptanzwinkels eingestrahlt wird. Aufgrund ihrer kompakten Bauart und vergleichsweise hohen Lichtausbeute werden insbesondere LEDs, besonders bevorzugt Weißlicht-LEDs oder RGB-LEDs zur Lichteinkopplung vorgeschlagen. Um Licht in das erfindungsgemäße Flächengebilde einleiten zu können, verfügt es bevorzugt über Maßnahmen zum Anschließen von zumindest einer LED als Lichtquelle. Besonders bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes Flächengebilde Maßnahmen zum Anschließen von zumindest einer LED an entgegengesetzten Kanten des Flächengebildes vor, so dass das Licht in die Stirnflächen auf beiden Seiten der Stufenindexfasern einkoppeln kann.To the Operating the sheet according to the invention can emit light into the optical fibers and thus the side-emitting Step index fibers are coupled. As a light source to be preferably uses punctiform light sources, the optimal light output, the light by means of a lens attachment in such a way Focus that light within for the optical fibers specific acceptance angle is radiated. Because of your compact design and comparatively high light output in particular LEDs, particularly preferably white light LEDs or RGB LEDs proposed for light coupling. To light in the inventive To initiate the fabric it prefers measures for connection of at least one LED as a light source. Particularly preferred an inventive sheet Measures to connect at least one LED at opposite edges of the sheet before, leaving the light in the faces on both sides the step index fibers can couple.
Weil die Erzeugung des Streubereichs in der erfindungsgemäßen seitenemittierenden Faser ein schwerwiegendes Problem darstellt, ist ebenfalls die Preform, welche im Herstellungsverfahren eingesetzt wird, ein wesentlicher Teil der Erfindung. Der Begriff "Preform" ist dem Fachmann auf dem Gebiet des Faserzugs wohlbekannt. Er umfasst das Gebilde, aus welchem die Faser gezogen wird. Eine konventionelle Preform, welche zum Herstellen von Glasfasern ohne seitenemittierende Eigenschaften verwendet wird, besteht in der Regel aus einem Kernstab aus Glas, um den Koaxial ein Hüllrohr aus einem Glas angeordnet ist. Der Kernstab kann durch das Giessen des Glases in eine Form erzeugt werden. Meistens ist eine Nachbearbeitung durch beispielsweise durch Schleifen oder Feuerpolieren notwendig. Das Hüllrohr kann einem Rohrzug entstammen. Verfahren zum Herstellen von Glasrohren sind hinlänglich bekannt. Beim Ausziehen der Preform zur Faser verschmilzt das Hüllrohr mit dem Kernstab, wobei aus dem Kernstab der Faserkern und aus dem Hüllrohr der Mantel gebildet wird. Die Faser weist einen um ein vielfaches kleineren Durchmesser als die Preform auf und aus einer einzigen Preform können auf diese Weise viele Kilometer Faser gezogen werden.Because the generation of the scattering range in the inventive side emitting fiber is a serious problem, is also the preform used in the manufacturing process, an essential part of the invention. The term "preform" is the One skilled in the art of fiber drawing. He includes that Structure from which the fiber is drawn. A conventional one Preform, which is used to produce glass fibers without side-emitting Properties used is usually a core bar made of glass, around the coaxial a cladding made of a glass is. The core rod can be made by pouring the glass into a mold be generated. Mostly a post-processing is for example by grinding or fire polishing necessary. The cladding tube can come from a pipe train. Method of making glass tubes are well known. When pulling the preform to the fiber merges the cladding tube with the core rod, leaving the Core rod of the fiber core and out of the cladding of the coat is formed. The fiber has a much smaller one Diameter than the preform on and off a single preform can In this way many kilometers of fiber are pulled.
Eine erfindungsgemäße Preform zum Herstellen einer seitenemittierenden Stufenindexfaser beinhaltet einen Kernstab aus Glas mit dem Brechungsindex n1 und ein Hüllrohr aus einem Glas mit dem Brechungsindex n2, wobei das Hüllrohr den Kernstab entlang der Kernstabachse umschließt. Zwischen Kernstab und Hüllrohr ist parallel zur Kernstabachse zumindest ein Inlaystab aus einem Glas angeordnet, das im wesentlichen den Brechungsindex n1 aufweist und in welches Streupartikel eingelagert sind. Aus den Inlaystäben werden während des Faserziehens die Streubereiche gebildet.A preform according to the invention for producing a side-emitting step index fiber includes a core rod of glass of refractive index n 1 and a cladding of a glass of refractive index n 2 , wherein the cladding surrounds the core rod along the core rod axis. Between core rod and cladding tube at least one inlay rod made of a glass is arranged parallel to the core rod axis, which essentially has the refractive index n 1 and in which scattering particles are embedded. From the Inlaystäben the scattering areas are formed during fiber drawing.
Bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Preform zwischen Kernstab und Hüllrohr 5 bis 100 Inlaystäbe auf, die parallel zur Kernstabachse angeordnet sind. Die Inlaystäbe können im wesentlichen mit gleichen Abständen zueinander angeordnet sein. Allerdings ist die genaue Positionierung der Inlaystäbe in der Preform nicht unbedingt wesentlich für das spätere Erscheinungsbild des beschriebenen Faserbündels, da sich durch ungenaue Positionierung ergebene Inhomogenitäten durch die Vielzahl der in dem Faserbündel vorliegenden seitenemittierenden Fasern gegenseitig aufheben.Prefers has a preform according to the invention between core rod and cladding tube 5 to 100 inlay bars, which are parallel are arranged to the core rod axis. The inlay bars can arranged substantially at equal distances from each other be. However, the exact positioning of the inlay bars in the preform not necessarily essential for the later Appearance of the fiber bundle described, since due to inaccurate positioning resulting inhomogeneities by the plurality of side-emitting ones present in the fiber bundle Pick up fibers each other.
Bevorzugt werden für die Preform Inlaystäbe verwendet, deren Durchmesser von 0,2 mm bis 2 mm beträgt.Prefers are used for the preform inlay bars whose Diameter of 0.2 mm to 2 mm.
Der Durchmesser der Streupartikel in einem Inlaystab kann bevorzugt von 10 nm bis 2000 nm betragen, besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 1200 nm.Of the Diameter of the scattering particles in an inlay bar may be preferred from 10 nm to 2000 nm, more preferably between 100 nm and 1200 nm.
Die Streupartikel, welche in das Material des Inlayrohres eingelagert sind, beinhalten bevorzugt SiO2 und/oder SiN und/oder BaO und/oder MgO und/oder ZnO und/oder Al2O3 und/oder AlN und/oder TiO2 und/oder ZrO2 und/oder Y2O3 und/oder die Metalle dieser Oxide alleine und/oder BN und/oder B2O3 und/oder Ru und/oder Os und/oder Rh und/oder Ir und/oder Ag und/oder Au und/oder Pd und/oder Pt und/oder diamantartigem Kohlenstoff und/oder Glaskeramik-Partikel.The scattering particles incorporated in the material of the inlay tube preferably include SiO 2 and / or SiN and / or BaO and / or MgO and / or ZnO and / or Al 2 O 3 and / or AlN and / or TiO 2 and / or ZrO 2 and / or Y 2 O 3 and / or the metals of these oxides alone and / or BN and / or B 2 O 3 and / or Ru and / or Os and / or Rh and / or Ir and / or Ag and / or Au and / or Pd and / or Pt and / or diamond-like carbon and / or glass-ceramic particles.
Ihre Konzentration in dem zumindest einen Inlaystab beträgt bevorzugt zwischen 10 ppm und 1000 ppm, besonders bevorzugt zwischen 20 ppm und 100 ppm.Your Concentration in the at least one inlay bar is preferably between 10 ppm and 1000 ppm, more preferably between 20 ppm and 100 ppm.
Zum Herstellen der erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfaser wird zunächst zumindest eine zuvor beschriebene Preform als Zwischenprodukt hergestellt. Dazu wird ein Kernstab aus einem Glas mit dem Brechungsindex n1 bereitgestellt, um den Kernstab herum wird zumindest ein Inlaystab aus einem Glas mit dem Brechungsindex n1 parallel zu der Kernstabachse angeordnet. In das Glas des Inlaystabes und/oder der Inlaystäbe sind die zuvor beschriebenen Streupartikel eingelagert. Um Kernstab und Inlaystäbe herum wird daraufhin ein Hüllrohr aus einem Glas mit dem Berechungsindex n2 angeordnet, so dass sich der Kernstab und der Inlaystab und/oder die Inlaystäbe innerhalb des Hüllrohres befinden. Es ist allerdings auch möglich, den oder die Inlaystäbe nach der Anordnung von Kernstab und Inlaystab in dem Zwischenraum zwischen Kernstab und Hüllrohr anzuordnen. Die so erhaltene Preform wird anschließend in einem Heizaggregat befestigt, in diesem erwärmt und in dem Fachmann bekannter Weise zu einer Glasfaser ausgezogen.To produce the side-emitting step index fiber according to the invention, at least one preform described above is first prepared as an intermediate product. For this purpose, a core rod made of a glass with the refractive index n 1 is provided, and around the core rod at least one inlay rod made of a glass with the refractive index n 1 is arranged parallel to the core rod axis. In the glass of Inlaystabes and / or the Inlaystäbe the scattering particles described above are stored. Then, around the core rod and inlay rods, a cladding tube made of a glass with the calculation index n 2 is arranged so that the core rod and the inlay rod and / or the inlay rods are located inside the cladding tube. However, it is also possible to arrange the or the inlay bars after the arrangement of core rod and inlay rod in the space between the core rod and cladding. The preform thus obtained is then fixed in a heating unit, heated in this and pulled out in a manner known to those skilled in the art to a glass fiber.
Während des Faserzugs verschmelzen der Kern, und der jeweilige Inlaystab an der Grenzfläche zwischen Kern und Inlaystab. Der Inlaystab wird dabei auch umgeformt, d. h. falls er in der Preform einen runden Durchmesser aufwies, bildet er nach dem Faserzug einen flachen, leicht gewölbten Bereich auf der Kernumfangsfläche. Sind in diesem Bereich die Streupartikel eingelagert, wird so ein entlang der Faserachse ausgedehnter Streubereich erzeugt. Die Streupartikel werden auf diese Weise sozusagen auf bestimmten Bereichen der Kernumfangsfläche verteilt. Verschmelzen mehrere Inlaystäbe miteinander, ist es möglich, dass der Streubereich den Kern der Faser vollumfänglich, d. h. auf seiner gesamten Umfangsfläche, umschließt.While of the fiber strand merge the core, and the respective inlay bar at the interface between core and inlay rod. The inlay bar is also transformed, d. H. if he has a round diameter in the preform showed, he forms after the fiber train a flat, slightly curved Area on the core perimeter area. Are in this area the scattering particles incorporated, so a along the fiber axis generated extensive spread. The scattering particles are on this way, so to speak, on certain areas of the core peripheral surface distributed. Merge several inlay bars together, It is possible that the scattering area is the core of the fiber in full, d. H. on its entire peripheral surface, encloses.
Die Temperatur, bei welcher der Faserzug erfolgt, wird Ziehtemperatur genannt und liegt oberhalb der Erweichungstemperatur des Glases, aus welchem das Hüllrohr besteht. Üblicherweise werden für den Kern Gläser verwendet, welche eine niedrigere Erweichungstemperatur aufweisen als das Glas des Hüllrohres, damit während der Erwärmung im Heizaggregat auch im Kernstab eine Temperatur erreicht wird, welche oberhalb der Erweichungstemperatur des Glases des Kernstabs liegt. Allerdings sind auch Heizverfahren bekannt, welche es ermöglichen, dass die Erweichungstemperatur des Kernstabs oberhalb der des Hüllrohrs liegen kann. Bevorzugt liegt die Ziehtemperatur auch über der Erweichungstemperatur des höchstschmelzenden Glases, welches in der Preform Verwendung findet. Über das Einstellen der Ziehtemperatur wird die Viskosität des Glases während des Faserzugs so beeinflusst, dass im Zusammenspiel mit der Ziehgeschwindigkeit eine Faser der gewünschten Dicke erhalten werden kann.The Temperature at which the fiber pull occurs is drawing temperature called and lies above the softening temperature of the glass, from which the cladding tube consists. Usually are used for the core glasses, which is a have a lower softening temperature than the glass of the cladding tube, so that during heating in the heating unit also in the core rod, a temperature is reached, which is above the softening temperature the glass of the core rod lies. However, heating methods are also known, which allow the softening temperature of the core rod can be above the cladding tube. Prefers the drawing temperature is also above the softening temperature of the refractory glass used in the preform place. About setting the drawing temperature is the Viscosity of the glass during the fiber tension so influences that in conjunction with the pulling speed of a fiber the desired thickness can be obtained.
Die Inlaystäbe, in welche die Streupartikel eingelagert sind, müssen wie zuvor beschrieben im wesentlichen den gleichen Brechungsindex aufweisen wie der Kernstab. Dies ist am einfachsten dadurch zu erreichen, dass das gleiche Glas für Kernstab und Inlaystäbe verwendet wird. Abweichungen der Brechungsindices von Kernstab und Inlaystab und somit von Faserkern und Matrixglas des Streubereichs, die durch Variationen in der Produktion des Glases auftreten können, sind von der Erfindung selbstverständlich ebenfalls umfasst.The Inlaystäbe, in which the scattering particles are embedded, must be essentially the same as previously described Have refractive index as the core rod. This is the easiest by achieving that same glass for core rod and inlay bars is used. Deviations of the refractive indices of Core rod and inlay rod and thus of fiber core and matrix glass of the Scattering caused by variations in the production of the glass can occur, are of the invention of course also includes.
Um die vorgenannten diskreten, sich entlang der Faserachse erstreckenden, aber die Kernumfangsfläche nicht vollständig umschließenden Streubereiche zu erhalten, sieht es das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass beim Ausziehen der Preform zumindest ein Inlaystab mit dem Kernstab verschmilzt. Wird mehr als ein Inlaystab verwendet, werden sie so angeordnet, dass sie nicht vollständig miteinander verschmelzen können. Es ist allerdings auch möglich, dass die Inlaystäbe so angeordnet werden, dass manche miteinander verschmelzen, andere hingegen nicht. Auf diese Weise können unterschiedlich breite diskrete Streubereiche entlang der Faserachse erzeugt werden.Around the aforementioned discrete, extending along the fiber axis, but the core peripheral surface is not completely enclosing To get scattered areas, it sees the inventive Procedure before that when pulling out the preform at least one inlay bar merges with the core rod. If more than one inlay bar is used, they are arranged so that they are not completely together can merge. However, it is also possible that the inlay bars are arranged so that some with each other others merge, but not others. That way you can different width discrete scattering regions along the fiber axis be generated.
Es ist allerdings auch möglich, dass ein Streubereich erzeugt werden soll, der den Kern entlang der Faserachse vollumfänglich umschließt. Der Streubereich belegt dann sozusagen die gesamte Kernumfangsfläche. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch erreicht, wenn eine Mehrzahl von Inlaystäben verwendet und so in der Preform angeordnet wird, dass sie beim Ausziehen der Preform sowohl mit dem Kernstab als auch miteinander verschmelzen. Die Dicke des Streubereichs ist dabei durch Anzahl und Durchmesser der Inlaystäbe einstellbar.It However, it is also possible that generates a scattering area is to be, the full extent of the core along the fiber axis encloses. The scattered area then occupies the so to speak entire core perimeter area. This is achieved by the invention Method achieved when a plurality of Inlaystäben used and arranged in the preform so that they take off the preform merge both with the core rod and with each other. The thickness of the scattering area is by number and diameter the inlay bars adjustable.
Bevorzugt wird beim Ausziehen der Faser aus der Preform an diese ein Unterdruck angelegt, d. h. in den Zwischenräumen der Preform wird ein Druck erzeugt, der niedriger ist als der Druck des die Preform umgebenden Mediums. Dadurch wird beim Ziehprozeß das Anlegen des Hüllrohrs bzw. des Mantels an den Kernstab bzw. den Faserkern und/oder die Inlaystäbe bzw. den Streubereich unterstützt. Dieser Verfahrensaspekt unterstützt beim Faserzug das Anlegen des Mantels an Streubereich und/oder Kern und trägt somit dazu bei, in den ausgezogenen Fasern unerwünschte Zwischenräume zu vermeiden.Preferably, when the fiber is pulled out of the preform, a negative pressure is applied to it, ie a pressure is generated in the intermediate spaces of the preform which is lower than the pressure of the preform giving medium. As a result, the application of the cladding tube or of the jacket to the core rod or the fiber core and / or the inlay rods or the scattering area is assisted during the drawing process. This process aspect supports the application of the shell to the scattering area and / or core during the fiber draw and thus helps to avoid unwanted gaps in the drawn-out fibers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das Hüllrohr ein Glas verwendet wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des verwendeten Kernglases. Das Kernglas ist das Glas, aus welchem der Kernstab und somit der Faserkern bestehen. Wie zuvor beschrieben wird damit erreicht, dass der Mantel eine Spannung auf den Faserkern und/oder den oder die Streubereiche ausübt, so dass die resultierende Faser eine erhöhte Bruchfestigkeit aufweist.In a preferred embodiment of the invention Method is used for the cladding tube a glass whose thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the core glass used. The core glass is the glass from which the core rod and thus the Consist fiber core. As described above is achieved with that the sheath puts a tension on the fiber core and / or the one or the other Spreads exerts, so that the resulting fiber one has increased breaking strength.
Besonders
bevorzugt findet das erfindungsgemäße Verfahren
Anwendung in einer Vielfaserziehanlage. In einer Vielfaserziehanlage
werden aus einer Mehrzahl von Preformen gleichzeitig eine entsprechende Anzahl
von Fasern gezogen. Auf diese Weise lassen sich effizient Faserbündel
herstellen. Eine Vielfaserziehanlage ist beispielsweise in den deutschen
Patentschriften
Das so erhaltene Faserbündel kann entweder weiterverarbeitet oder mit weiteren Faserbündeln mit oder ohne seitenemittierende Eigenschaften zu einem größeren Faserbündel weiterverarbeitet werden. Zum Schutz des Faserbündels sieht es eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass um das Faserbündel ein äußerer Mantel aus einem transparenten und/oder transluzenten Kunststoff extrudiert wird. Bevorzugt ist der verwendete Kunststoff flammfest.The fiber bundles obtained in this way can either be further processed or with other fiber bundles with or without side-emitting Properties to a larger fiber bundle be further processed. To protect the fiber bundle looks it is a particularly preferred embodiment of the invention Procedure before that around the fiber bundle an outer Sheath made of transparent and / or translucent plastic is extruded. Preferably, the plastic used is flameproof.
Alternativ kann das Faserbündel mit Glasfasern umgeben werden, welche einen äußeren nicht-brennbaren transparenten und/oder transluzenten Mantel um das Faserbündel bilden. Dies kann durch das Umschlingen mit anderen Glasfasern oder das Umlegen mit einem Gewebe aus Glasfasern erfolgen.alternative The fiber bundle can be surrounded with glass fibers, which an outer non-combustible transparent and / or translucent coat to form the fiber bundle. This can by looping with other fibers or flipping with a fabric made of glass fibers.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße seitenemittierenden Stufenindexfaser zusammen mit anderen Lichtleitern und/oder anderen seitenemittierenden Stufenindexfasern in einem Faserbündel verwendet, welches wie zuvor beschrieben von einem äußeren transparenten und/oder transluzenten Mantel umgeben ist.Prefers becomes the page-emitting Step index fiber together with other light guides and / or others side-emitting step index fibers in a fiber bundle used, which as described above from an outer transparent and / or translucent coat is surrounded.
Um starre Faserbündel zu erzeugen, werden die Preformen nicht wie im Falle der flexiblen Faserbündel zu Fasern mit Durchmessern von typischerweise 50 μm bis 150 μm ausgezogen, sondern zu Faserstäben von etwa 0,5 mm bis 1 mm Durchmesser. Danach werden etwa 200 bis 10000 dieser Faserstäbe in ein Mantelrohr dicht gepackt, dessen Durchmesser von etwa 10 mm bis 60 mm betragen kann, und zu einem starren Faserbündel mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm bis 20 mm ausgezogen. Dieses Faserbündel weist im wesentlichen die gleichen seitenemittierenden Eigenschaften wie ein flexibles Faserbündel auf. Daraus ergeben sich vor allem Einsatzmöglichkeiten bis typischerweise etwa 2 m Länge für exakt gerade Beleuchtungen. Durch thermische Umformung, beispielsweise Biegen und/oder Pressen, können aus den geraden Faserstäben zweidimensionale oder dreidimensionale Objekte hergestellt werden. Diese können alle im folgenden genannten Beleuchtungslösungen sein, aber auch Schriftzüge o. ä.. Auch ist die Herstellung von flachen Faserstäben oder allgemein von unrunden starren Faserstäben oder Platten ist möglich. Sowohl Faserbündel aus Faserstäben als auch aus flexiblen Fasern sind im Sinne der Erfindung von dem Begriff Faserbündel umfasst.Around To produce rigid fiber bundles, the preforms are not as in the case of the flexible fiber bundles to fibers with diameters drawn from typically 50 microns to 150 microns, but to fiber rods of about 0.5 mm to 1 mm in diameter. Thereafter, about 200 to 10,000 of these fiber rods in a Jacket tube tightly packed, its diameter of about 10 mm 60 mm, and to a rigid fiber bundle with a diameter of about 0.5 mm to 20 mm pulled out. This fiber bundle has substantially the same side-emitting properties like a flexible fiber bundle. This results in above all application possibilities to typically about 2 m length for exactly straight lighting. By thermal deformation, such as bending and / or pressing, can from the straight fiber rods two-dimensional or three-dimensional Objects are produced. These can all be in the following be mentioned lighting solutions, but also lettering o. Ä .. Also, the production of flat fiber rods or generally non-round rigid fiber rods or plates is possible. Both fiber bundles of fiber rods as well as from flexible fibers are within the meaning of the invention of the Term fiber bundle includes.
Ein erfindungsgemäßes Faserbündel kann für die akzentuierte Beleuchtung von Innenräumen und/oder Fassaden in der Architektur verwendet werden. Bevorzugt werden dabei die Faserbündel entlang von Konturen von Innenraumbestandteilen, beispielsweise Durchgängen, Trägerelementen, Umrissen von Gebäuden etc. angebracht und an geeignete Lichtquellen angeschlossen. So ist es möglich, die Konturen eines Gebäudes oder Gebäudeteile durch das Faserbündel mit seitenemittierenden Fasern nachzustellen und eine linienförmige Lichtquelle zu realisieren.One Fiber bundle according to the invention can be used for the accent lighting of interiors and / or facades to be used in architecture. Preference is given to the Fiber bundles along contours of interior components, for example, passages, support elements, outlines of buildings etc. and attached to suitable light sources connected. So it is possible to see the contours of a building or building parts through the fiber bundle with side-emitting Imitate fibers and a linear light source to realize.
Besonders bevorzugt wird das Faserbündel beinhaltend die erfindungsgemäßen seitenemittierenden Fasern für die akzentuierte Beleuchtung von Innenräumen von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, Flugzeugen, Schiffen und/oder Zügen eingesetzt. Dabei kann das Faserbündel an beliebigen Stellen angebracht oder in Konturen dieser Innenräume eingelegt werden. Wird Licht in das Faserbündel eingekoppelt, erscheint dieses bevorzugt als leuchtendes Band oder leuchtende Linie entlang dieser Konturen. Dadurch, dass das Faserbündel so ausgestaltet werden kann, dass es nur flammfeste Stoffe beinhaltet, kann es selbst sehr strenge Brandsicherheitsbestimmungen erfüllen. Das macht es für den Einsatz in Fahrzeugen aller Art besonders geeignet. In Automobilen kann ein bevorzugter Anbringungsort eines erfindungsgemäßen Faserbündels beispielsweise eine Türinnenverkleidung sein, in welcher die Kontur der Vertiefungen der Türöffner, Armauflage, der Übergänge im Verkleidungsmaterial etc. auf diese Weise hervorgehoben werden können. Bei Flugzeugen und Schiffen bietet sich die Anbringung entlang der Fensterbänder, Handgepäckfächer etc. an. In Flugzeugen und Schiffen kann dass das erfindungsgemäße Faserbündel vorteilhaft zur Markierung von Fluchtwegen eingesetzt werden.Particularly preferably, the fiber bundle comprising the side-emitting fibers according to the invention is used for the accentuated illumination of interior spaces of vehicles, in particular of automobiles, aircraft, ships and / or trains. In this case, the fiber bundle can be attached anywhere or inserted in contours of these interiors. When light is coupled into the fiber bundle, it preferably appears as a luminous band or luminous line along these contours. As a result of that The fiber bundle can be designed so that it contains only flame-resistant materials, it can meet even very strict fire safety regulations. This makes it particularly suitable for use in vehicles of all kinds. In automobiles, a preferred mounting location of a fiber bundle according to the invention may be, for example, a door inner lining in which the contour of the recesses of the door opener, armrest, the transitions in the cladding material, etc. can be highlighted in this way. For airplanes and ships, the attachment along the window ribbons, hand luggage compartments, etc. offers. In aircraft and ships that the fiber bundle according to the invention can be used advantageously for marking escape routes.
Ebenso bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Faserbündels als Teil von Möbeln, insbesondere von Sitzmöbeln, Fahrzeugsitzen, Wohnlandschaften und/oder Küchen. Wird das Faserbündel beispielsweise in die Nähte von Sitzmöbeln wie Sessel, Sofas, Stühle etc. eingearbeitet, können die Konturen dieser Möbel bei Beleuchtung des Faserbündels als leuchtendes Band akzentuiert werden. Bei der Integration in Regale, Schränke lassen sich auf diese Weise ganze Wohnlandschaften mit gezielten Lichteffekten gestalten.As well preferred is the use of the invention Fiber bundles as part of furniture, in particular of seating, vehicle seats, living spaces and / or Kitchens. If the fiber bundle, for example, in the seams of seating such as armchairs, sofas, chairs etc., the contours of this furniture can be incorporated when lighting the fiber bundle accentuated as a luminous band become. When integrating into shelves, let cabinets in this way entire living landscapes with targeted lighting effects shape.
Insbesondere im Automobilbau, werden zunehmend auch die Scheinwerfer dazu eingesetzt, durch besondere Beleuchtungseinrichtungen einen Wiedererkennungswert des Herstellers zu erzeugen. Daher weisen manche Automobilscheinwerfer Standlichtringe auf, welche das Abblendlicht umgeben und bei eingeschaltetem Licht als weitgehend homogen leuchtender Ring erscheinen. Andere Hersteller setzen beispielsweise ein Band von LEDs in ihren Scheinwerfern ein. Das erfindungsgemäße Faserbündel wird bevorzugt in Scheinwerfern eingesetzt, insbesondere von Fahrzeugscheinwerfer aller Art, besonders bevorzugt in Scheinwerfern von Automobilen. Das erfindungsgemäße Faserbündel ermöglicht es, beliebige bevorzugt homogen leuchtende Strukturen in Scheinwerfern zu erzeugen. Aus verschiedenen Gründen finden LEDs auch zunehmend Anwendungen in Automobilscheinwerfern. Gegenüber in Bändern angeordneten LEDs hat diese erfindungsgemäße Verwendung den Vorteil, dass wenige LEDs ausreichen, um die Beleuchtung herzustellen. Darüber hinaus sind gegenüber einem Band aus LEDs keine einzelnen Lichtpunkte sichtbar, was auch aus Designgründen bevorzugt werden kann. Auch können ein oder mehrere LEDs in die Stirnfläche des erfindungsgemäßen Faserbündels eingekoppelt werden. Im Sinne der erfindungsgemäßen Verwendung ist die Funktion als Positionslicht innerhalb von Scheinwerfern umfasst, welches wiederum beispielsweise die Anwendungen als Standlicht und als Tagfahrlicht beinhalten.Especially in the automotive industry, the headlamps are increasingly being used by special lighting devices a recognition value Produce the manufacturer. Therefore, some automotive headlights Parking light rings, which surround the low beam and with activated Light appear as largely homogeneously luminous ring. Other For example, manufacturers use a band of LEDs in their headlights one. The fiber bundle according to the invention is preferably used in headlamps, especially of vehicle headlights of all kinds, especially preferred in headlamps of automobiles. The fiber bundle according to the invention allows it, any preferred homogeneous luminous structures in headlights to create. For various reasons LEDs also find increasingly applications in automotive headlights. Across from arranged in bands LEDs has this use according to the invention the advantage that few LEDs are sufficient to produce the lighting. In addition, compared to a band of LEDs no single points of light visible, which also for design reasons can be preferred. Also, one or more LEDs in the face of the invention Fiber bundles are coupled. In the sense of the invention Use is the function as position light within headlights which, in turn, for example, the applications as a parking light and include as daytime running lights.
Eine weitere bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Faserbündels ist die Konturbeleuchtung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, Flugzeugen, Schiffen und/oder Zügen. Diese Konturbeleuchtung kann gegebenenfalls bei den entsprechenden Fahrzeugen die vorgeschriebenen Positionslichter ersetzen oder ergänzen und so zur Verkehrssicherheit beitragen.A further preferred use of the invention Fiber bundle is the contour lighting of vehicles, in particular of automobiles, aircraft, ships and / or trains. If necessary, this contour lighting can be applied to the corresponding Vehicles replace or supplement the prescribed position lights and thus contribute to traffic safety.
Bevorzugt ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Faserbündels zur Beleuchtung von Landebahnen für Luftfahrzeuge, beispielsweise Flugzeuge, Hubschrauber, Luftschiffe etc.. Bisher werden Landebahnen durch eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Glühlampen beleuchtet. Diese haben eine begrenzte Lebenszeit, weshalb in einer solchen Reihe immer wieder die ausgefallenen Glühlampen im laufenden Betrieb des Flughafens ersetzt werden müssen. Wird das erfindungsgemäße Faserbündel entlang der Landebahnen und/oder auch in deren Mitte angeordnet, wird eine linienförmige leuchtende Struktur erzeugt, welche die Lage der Landebahn bei Dunkelheit und/oder schlechten Sichtverhältnissen markiert. Die Beleuchtungsquelle kann das Licht in die Faserbündel an wenigen zentralen Stellen einkoppeln, die sich noch nicht einmal in unmittelbarer Nähe der Landebahn befinden müssen. Das erfindungsgemäße Faserbündel ist weitestgehend wartungsfrei, so dass sich die Wartung dieser Landebahnbeleuchtung auf die wenigen eingesetzten Lichtquellen beschränkt. Auf diese Weise können beispielsweise die Start- und Landepisten von Flughäfen markiert werden, aber auch die von Flugzeugträgern, Hubschrauberlandeplätzen und anderen Luftfahrzeugen markiert werden.Prefers is also the use of the invention Fiber bundles for the illumination of runways for Aircraft, such as airplanes, helicopters, airships etc .. So far, runways are covered by a variety of in one Row of arranged light bulbs lit. These have one limited lifetime, which is why in such a series again and again the failed light bulbs during operation of the airport must be replaced. Will the invention Fiber bundles along the runways and / or in their Centered, becomes a line-shaped luminous structure generates the location of the runway in the dark and / or bad Visibility conditions marked. The illumination source can the light into the fiber bundles at a few central points dock, which is not even in the immediate vicinity the runway must be located. The invention Fiber bundle is largely maintenance-free, so that itself the maintenance of this runway lighting on the few light sources used limited. In this way, for example the runways are marked by airports, but also of aircraft carriers, helipads and other aircraft.
Eine andere bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Flächengebildes ist die Hintergrundbeleuchtung von Displays. Displays können Anzeigeeinrichtungen aller Art sein, bevorzugt aber Flachbildschirme, beispielsweise Computermonitore, Flachbildfernseher und die Displays von Mobiltelefonen und PDAs (Personal Digital Assistants). Bisher werden großformatige Displays, welche eine Hintergrundbeleuchtung benötigen, von Leuchtstoffröhren beleuchtet, welche am Rand des Displays oder aber hinter der Anzeigefläche des Displays angeordnet sind. Eine möglichst homogene Ausleuchtung der Anzeigefläche wird erwünscht, weshalb sich zwischen Leuchtstoffröhren und Anzeigefläche üblicherweise eine Diffusorplatte befindet, welche das von den Leuchtstoffröhren emittierte Licht homogenisiert. In Diffusorplatten kann das Licht auch seitlich eingekoppelt werden, beispielsweise wenn die Leuchtstoffröhren am Rande des Displays angeordnet sind. Die Diffusorplatte wirkt dann als Lichtleiter. Bei kleineres Displays, beispielsweise Displays von Mobiltelefonen und/oder PDAs, wird üblicherweise Licht von LEDs seitlich in die Diffusorplatte eingekoppelt. Bei größeren Displays findet die LED-Beleuchtung bisher noch keine nennenswerte Anwendung, obwohl sie kostengünstiger wäre als die Beleuchtung mit Leuchtstoffröhren, weil damit bisher noch keine ausreichend homogen beleuchtete Leichtfläche realisiert werden konnte. Abhilfe können die erfindungsgemäßen seitenemittierenden Faserbündel schaffen. Werden sie in geeigneten Strukturen hinter der Anzeigefläche verlegt, je nach Bedarf hinter eine Diffusorplatte oder aber auch ohne, können LEDs Licht in die Stirnflächen der Faserbündel einkoppeln, so dass die oder das Faserbündel mit seitenemittierenden Eigenschaften für die Hintergrundbeleuchtung des Displays sorgt. Wird die Anordnung des Faserbündels mit dem Intensitätsverlauf des seitlich emittierten Lichts abgeglichen, lässt sich so kosteneffizient auch eine großflächige homogene Hintergrundbeleuchtung für Displays erzielen.Another preferred application of the sheet according to the invention is the backlighting of displays. Displays can be display devices of all types, but preferably flat-panel displays, for example computer monitors, flat-screen televisions and the displays of mobile telephones and PDAs (personal digital assistants). So far, large-format displays that require a backlight, illuminated by fluorescent tubes, which are located at the edge of the display or behind the display surface of the display. A possible homogeneous illumination of the display surface is desired, which is why between the fluorescent tubes and the display surface usually a diffuser plate is located, which homogenizes the light emitted from the fluorescent light. In diffuser plates, the light can also be coupled in laterally, for example when the fluorescent tubes are arranged at the edge of the display. The diffuser plate then acts as a light guide. For smaller displays, such as displays of mobile phones and / or PDAs, light from LEDs is usually coupled laterally into the diffuser plate. For larger displays, the LED lighting is still not a significant application, although it would be cheaper than the lighting with fluorescent tubes, because so far could not be realized sufficiently homogeneously illuminated light area. Remedy the page-emitting fiber bundles according to the invention can provide. If they are laid in suitable structures behind the display surface, behind or behind a diffuser plate as required, LEDs can couple light into the end faces of the fiber bundles, so that the fiber bundle or side emission features provide for the backlighting of the display. If the arrangement of the fiber bundle is matched with the intensity profile of the laterally emitted light, a large-area homogeneous background illumination for displays can be achieved in a cost-efficient manner.
Alle vorgenannten Anwendungen sind ebenso möglich mit einem solchen Flächengebilde. Insbesondere kann ein solches Flächengebilde auch als Teil der Sitzfläche von Sitzmöbeln ausgeführt werden, aber auch von Bekleidung und allen für Textilien bekannten Anwendungen.All The above applications are also possible with a such fabrics. In particular, such a sheet can also designed as part of the seat of seating furniture but also of clothing and all for textiles known applications.
Die Erfindung wird weiterhin anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:The The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings. They show:
Alle Figuren sind schematisch, die Durchmesser ihrer Elemente sind nicht Maßstäblich und auch die Größenverhältnisse aller Elemente untereinander können in den realen Gegenständen von den Zeichnungen abweichen.All Figures are schematic, the diameters of their elements are not To scale and also the proportions All elements can interact with each other in the real objects differ from the drawings.
Die Brechungsindices des Faserkerns und des ihn umgebenden Mantels sind ebenso für den Akzeptanzwinkel αMax maßgeblich, welcher gemessen von der Faserachse (A) den maximalen Winkel des auf die Endfläche der Faser treffenden Lichts beschreibt, welches in die Faser einkoppeln kann. Als Maß für die Fähigkeit der Faser, schräg einfallendes Licht einzukoppeln, ist die numerische Aperatur NA der Faser gebräuchlich. Sie berechnet sich zu NA = n sin(αMax) = (n1 2 – n2 2)1/2, wobei n den Brechungsindex des Mediums repräsentiert, welches das Licht vor dem Einkoppeln in die Faser durchläuft.The refractive indices of the fiber core and of the surrounding cladding are also relevant for the acceptance angle α Max , which, measured from the fiber axis (A), describes the maximum angle of the light striking the end face of the fiber which can couple into the fiber. As a measure of the ability of the fiber to introduce obliquely incident light, the numerical N A operation of the fiber is in use. It is calculated as N A = n sin (α Max ) = (n 1 2 -n 2 2 ) 1/2 , where n represents the refractive index of the medium that passes through the light before coupling into the fiber.
Trifft
das Licht (
Dass
der Streubereich (
In
Analog
zu dem Ausführungsbeispiel nach
In
Der
Kernstab besteht aus einem Glas mit dem Brechungsindex n1 und das Hüllrohr aus einem Glas mit
dem Brechungsindex n2. Die Inlaystäbe
bestehen ebenfalls aus einem Glas mit dem Brechungsindex n1, in das die Streupartikel eingelagert sind.
Wie beschrieben wird es bevorzugt, wenn das Glas der Inlaystäbe (
Beim
Ausziehen der Preform (
In
In
Entsprechend
In
Ein
solches Leuchtband kann als Konturbeleuchtung (
Werden
die seitenemittierenden Lichtleitfasern in Form eines Flächengebildes
verwendet, beispielsweise indem sie mit Textilfasern verwoben werden,
können sie in das Gewebe der Sitzbezüge integriert
werden. Dann ist es mit den Fasern nicht nur möglich, Konturbeleuchtungen
zu realisieren, sondern auch Flächen wie Teile der Oberfläche
der Sitze (
In
Die
Anwendung des erfindungsgemäßen Faserbündels
(
Ebenso
eignen sich insbesondere LEDs zur Einkopplung in seitenemittierende
Faserbündel besonders gut, da ihre im Vergleich zu Glühlampen
oder Gasentladungslampen geringe Abstrahlfläche eine effiziente
Einkopplung ohne eine grußvolumige Optik ermöglicht.
So lassen sich in einem Automobilscheinwerfer u. a. Kosten, Gewicht
und Platz sparen. Gegenüber dem Anbringen von bandförmig
angeordneten LEDs hat die Verwendung eines seitenemittierenden Faserbündels
(
Anhand
In
Kurve
(
Bei
der Faser, welche durch Kurve (
Durch
einen Vergleich der Kurven der erfindungsgemäßen
seitenemittierenden Stufenindexfasern (
Ein
weiterer Beleg für die Skalierbarkeit des Seitenemissionseffekts
durch die Zahl der Inlaystäbe kann
Kurve
(
Die
Kurven (
Der
Vergleich der Transmissionen der Fasern, die aus Preformen mit 15
Inlaystäben gezogen wurden (Kurven (
Zum
Erzeugen einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
seitenemittierenden Stufenindexfaser wurde ein Kernstab (
Vorteilhaft
können als Materialien für den Kernstab (
Kernglas
Variante 1 mit Brechungsindex n1 von 1,65
bis 1,75, beinhaltend (in Mol% auf Oxidbasis)
Kernglas Variante 2 mit Brechungsindex n1 von 1,65 bis 1,75, beinhaltend (in Mol% auf Oxidbasis)
- SiO2 54,5 bis 65
- ZnO 18,5 bis 30
- Summe der Alkalioxide 8 bis 20
- La2O3 0 bis 3
- ZrO2 2 bis 5
- HfO2 0,02–5
- ZrO2 + HfO2 2,02 bis 5
- BaO 0,4 bis 6
- SrO 0 bis 6
- MgO 0 bis 2
- CaO 0 bis 2
- Summe der Erdalkalioxide 0,4 bis 6
- Li2O 0,5 bis 3, jedoch nicht mehr als 25 Mol% der Summe der Alkalioxide SbO + ZrO2 + HfO2 > 58,5
- Verhältnis ZnO:Summe der Erdalkalioxide > 3,5:1
- SiO 2 54.5 to 65
- ZnO 18.5 to 30
- Sum of alkali oxides 8 to 20
- La 2 O 3 0 to 3
- ZrO 2 2 to 5
- HfO 2 0.02-5
- ZrO 2 + HfO 2 2.02 to 5
- BaO 0.4 to 6
- SrO 0 to 6
- MgO 0 to 2
- CaO 0 to 2
- Sum of alkaline earth oxides 0.4 to 6
- Li 2 O 0.5 to 3, but not more than 25 mol% of the sum of the alkali oxides SbO + ZrO 2 + HfO 2 > 58.5
- ZnO ratio: sum of alkaline earth oxides> 3.5: 1
Kernglas
Variante 3 mit Brechungsindex n1 von 1,58
bis 1,65, beinhaltend (in Mol% auf Oxidbasis)
Kernglas Variante 4 mit Brechungsindex beinhaltend (in Gew.-% auf Oxidbasis)
- SiO2 42 bis 53
- ZnO 30 bis 38
- Na2O < 14
- K2O < 12
- Na2O + K2O ≥ 2
- BaO < 0,9
- SiO 2 42 to 53
- ZnO 30 to 38
- Na 2 O <14
- K 2 O <12
- Na 2 O + K 2 O ≥ 2
- BaO <0.9
Kernglas Variante 5 mit Brechungsindex beinhaltend (in Gew.-% auf Oxidbasis)
- SiO2 30 bis 45
- B2O3 < 12
- ZnO < 10
- BaO 25 bis 40
- Na2O < 10
- K2O < 2
- Al2O3 < 1
- La2O3 < 10
- SiO 2 30 to 45
- B 2 O 3 <12
- ZnO <10
- BaO 25 to 40
- Na 2 O <10
- K 2 O <2
- Al 2 O 3 <1
- La 2 O 3 <10
Mantelglas
Variante 1 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
Mantelglas
Variante 2 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
Mantelglas Variante 3 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
- SiO2 75 bis 85
- Al2O3 1 bis 5
- B2O3 10 bis 14
- Na2O 2 bis 8
- K2O 0 bis 1
- SiO 2 75 to 85
- Al 2 O 3 1 to 5
- B 2 O 3 10 to 14
- Na 2 O 2 to 8
- K 2 O 0 to 1
Mantelglas Variante 4 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
- SiO2 62 bis 70
- B2O3 > 15
- Li2O > 0.1
- Na2O 0 bis 10
- K2O 0 bis 10
- MgO 0 bis 5
- CaO 0 bis 5
- SrO 0 bis 5
- BaO 0 bis 5
- ZnO 0 bis 5
- F 0 bis 1
- SiO 2 62 to 70
- B 2 O 3 > 15
- Li 2 O> 0.1
- Na 2 O 0 to 10
- K 2 O 0 to 10
- MgO 0 to 5
- CaO 0 to 5
- SrO 0 to 5
- BaO 0 to 5
- ZnO 0 to 5
- F0 to 1
Mantelglas Variante 5 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
- SiO2 60 bis 72
- B2O3 < 20
- Al2O3 < 10
- Na2O < 18
- K2O < 15
- Li2O < 5
- F ≤ 1
- SiO 2 60 to 72
- B 2 O 3 <20
- Al 2 O 3 <10
- Na 2 O <18
- K 2 O <15
- Li 2 O <5
- F ≤ 1
Mantelglas Variante 6 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
- SiO2 72–78
- B2O3 5 bis 15
- Al2O3 5 bis 10
- Na2O < 10
- K2O < 10
- Li2O < 5
- F ≤ 1
- SiO 2 72-78
- B 2 O 3 5 to 15
- Al 2 O 3 5 to 10
- Na 2 O <10
- K 2 O <10
- Li 2 O <5
- F ≤ 1
Mantelglas Variante 7 (in Gew.-% auf Oxidbasis), beinhaltend
- SiO2 70–80
- B2O3 < 5
- Al2O3 < 10
- La2O3 < 2
- Na2O < 10
- K2O < 10
- ZrO2 < 2
- SiO 2 70-80
- B 2 O 3 <5
- Al 2 O 3 <10
- La 2 O 3 <2
- Na 2 O <10
- K 2 O <10
- ZrO 2 <2
Wie
beschrieben können alle für die Kerngläser
verwendeten Gläser im Sinne der Erfindung auch für das
Glas der Inlaystäbe (
Die
auf diese Weise erhaltene Glasfaser weist eine hervorragende Bruchfestigkeit
auf. Durchgeführte Schlingentests ergaben für
seitenemittierende Stufenfasern, welche aus den vorgenannten Gläsern
bei einer Ziehtemperatur von 1040°C gezogen wurden, folgende
Werte im Schlingentest:
Die Streupartikel bestanden dabei hauptsächlich aus Pt. Nl bezeichnet die Anzahl der verwendeten Inlaystäbe in der Preform, FF den Formfaktor, gleichbedeutend den Durchmesser der Streupartikel. FF = 150–450 symbolisiert demnach das Vorliegen von Streupartikeln in einer Korngrößenverteilung mit den Durchmessern 150 nm bis 450 nm. FF = 500–1200 dementsprechend Streupartikel in einer Korngrößenverteilung mit den Durchmessern 500 nm bis 1200 nm. Für jede Kombination aus Nl und FF wurden je 25 Schlingetests durchgeführt. dMin gibt den kleinsten Durchmesser der Schlinge in mm an, bei welchem die Faser bricht, dMax den größten Durchmesser der Schlinge in mm, bei welcher ein Faserbruch zu beobachten war. dBruch ist der arithmetische Mittelwert der Einzelergebnisse der jeweils 25 Schlingentests in mm.The scattering particles consisted mainly of Pt. N l denotes the number of used inlay bars in the preform, FF the form factor, equivalent to the diameter of the scattering particles. FF = 150-450 thus symbolizes the presence of scattering particles in a particle size distribution with the diameters 150 nm to 450 nm. FF = 500-1200 accordingly scattering particles in a particle size distribution with the diameters 500 nm to 1200 nm. For each combination of N l and FF 25 loop tests were carried out. d Min indicates the smallest diameter of the loop in mm at which the fiber breaks, d Max the maximum diameter of the loop in mm, at which a fiber break was observed. d Break is the arithmetic mean of the individual results of each 25 loop tests in mm.
Anhand der Tabelle ist ersichtlich, dass die Vergrößerung der Durchmesser der Streupartikel wegen der Abnahme von dBruch zu einer leichten Verbesserung der Bruchfestigkeit zu führen scheint. Eine Erhöhung der Anzahl der Inlaystäbe scheint die Bruchfestigkeit allerdings geringfügig herabzusetzen. Der Vergleich zu einer Glasfaser ohne die erfindungsgemäßen Streubereiche, welche einen Wert von dBruch = 1,25 mm aufweist, belegt allerdings, dass die erfindungsgemäßen seitenemittierenden Stufenindexfasern immer noch eine sehr gute Bruchfestigkeit gewährleisten. Seitenemittierende Stufenindexfasern mit unrunden Kerndurchmessern, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, brechen in den Schlingentests bedeutend früher.From the table it can be seen that the increase of the diameter of the scattering particles seems to lead to a slight improvement of the breaking strength due to the decrease of d fracture . An increase in the number of inlay bars, however, seems to slightly reduce the breaking strength. However, the comparison to a glass fiber without the scattering regions according to the invention, which has a value of d break = 1.25 mm, proves that the side-emitting step index fibers according to the invention still guarantee a very good breaking strength. Side-emitting step index fibers with non-round core diameters, as known in the art, break much earlier in the loop tests.
Gegenüber
den aus dem Stand der Technik bekannten seitenemittierenden Stufenindexfasern
haben die erfindungsgemäßen seitenemittierenden
Stufenindexfasern darüber hinaus den Vorteil, dass sie
effizienter das Licht seitwärts auskoppeln, dass der Effekt
der Seitenemission durch die Verwendung der Inlaystäbe
(
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