專利名稱：低衰減光纖及其在mcvd中的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括光電導(dǎo)芯和包層的光纖，更具體地涉及一種低衰減光纖，所述光纖在與MFD(模場直徑)對應(yīng)的芯區(qū)和部分包層區(qū)中具有非常低的羥基濃度。
背景技術(shù)：
MCVD(改進(jìn)化學(xué)氣相沉積)是用于制造光纖的方法之一。在MCVD中，首先形成包層然后在包層中形成芯。
參考圖1以更為具體地描述傳統(tǒng)的MCVD，將石英管1放置在車床的頭座上，然后將諸如SiCl4、GeCl4和POCl3等煙炱形成性氣體與氧氣一同引入管1中，同時(shí)使管1旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，用于提供高于1600℃的溫度的焰炬2沿管1的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而使引入管1的煙炱形成性氣體可以充分反應(yīng)。
只要焰炬1往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在管1中被加熱至反應(yīng)溫度的區(qū)域就可以如下列反應(yīng)式1所述引發(fā)鹵化物氣體的氧化反應(yīng)，從而生成微細(xì)的玻璃顆粒(以下稱作‘煙炱’)3。當(dāng)焰炬2移動(dòng)時(shí)，利用與用焰炬2加熱的區(qū)域相比具有相對較低的溫度的區(qū)域的熱泳使煙炱3沉積在管1的內(nèi)表面上。
反應(yīng)式1
將沉積在管1內(nèi)表面上的煙炱3層用緊緊跟隨的焰炬2的熱量進(jìn)行燒結(jié)并變成透明的玻璃層。該過程持續(xù)反復(fù)進(jìn)行從而在管1的內(nèi)側(cè)形成多個(gè)包層，隨后再在包層上形成多個(gè)芯層。圖2顯示了由前述方法制造的光纖預(yù)型體的截面。在圖2中，附圖標(biāo)記5表示芯，6表示包層，7表示管，8表示芯的直徑，9表示包層的直徑。
然而，在傳統(tǒng)MCVD中，當(dāng)形成多個(gè)包層和芯層時(shí)，存在羥基(OH)包含在其中作為雜質(zhì)的問題。事實(shí)上，流入管1的煙炱形成性氣體通常包含少量的水分作為雜質(zhì)，在高溫下該水分被吸附在形成在管1內(nèi)側(cè)的沉積層的表面上，然后在分散至沉積層中，由此導(dǎo)致Si與OH的結(jié)合。圖3顯示了在采用MCVD的傳統(tǒng)的光纖預(yù)型體的制造方法中燒結(jié)的煙炱沉積層的原子間鍵結(jié)構(gòu)。參考圖3，將發(fā)現(xiàn)大量的羥基(OH)與Si在其中結(jié)合。
然而，由于在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MCVD中，煙炱3的沉積和燒結(jié)是使用焰炬2基本上同時(shí)完成的，因此除非單獨(dú)實(shí)施脫水過程，否則基本上不可能除去包層或芯層中所包含的作為雜質(zhì)的羥基(OH)。這是因?yàn)楸M管在高溫下實(shí)施MCVD過程，但煙炱3中所包含的作為雜質(zhì)的羥基(OH)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)與Si穩(wěn)定地結(jié)合，因此留在煙炱3中。
同時(shí)，作為光纖的最重要的特征的光損耗包括由于光纖預(yù)型體的密度和構(gòu)造不同所導(dǎo)致的瑞利(Rayleigh)散射損耗、根據(jù)原子水平中的電子躍遷能量吸收的紫外吸收損耗、根據(jù)晶格振動(dòng)時(shí)能量吸收的紅外吸收損耗、由于羥基(OH)振動(dòng)導(dǎo)致的羥基吸收損耗和宏觀彎曲損耗。
為確保信號(hào)通過光纖可靠的傳輸應(yīng)當(dāng)降低光損耗。光纖在波長范圍為1100nm～1700nm之間的光損耗通常低于預(yù)定水平，因而兩個(gè)波長1310nm和1550nm通常用作用于光通信的主要波長范圍。另外，由于羥基(OH)吸收導(dǎo)致的光損耗在波長為1385nm處而非其他波長是要被特別考慮的重要因素，并且由于羥基(OH)吸收所導(dǎo)致的高光損耗所以目前仍未使用該波長。因此，為了使用從1310nm至1550nm之間的所有波長，在波長1385nm處由于光纖中的羥基(OH)導(dǎo)致的平均光損耗應(yīng)當(dāng)?shù)陀谠?310nm處的光損耗(平均為0.34dB/Km)。由于由二氧化鍺與二氧化硅構(gòu)成的芯的瑞利損耗(由于芯材自身的密度和構(gòu)造不同導(dǎo)致)約為0.28dB/Km，因此僅當(dāng)由于羥基(OH)所導(dǎo)致的光損耗控制在0.06dB/Km以下時(shí)，可以在1310nm～1550nm的波長范圍內(nèi)使用該光纖。鑒于此，也應(yīng)當(dāng)控制光纖預(yù)型體的制造以使光纖中羥基(OH)的濃度不大于0.8ppb。然而，當(dāng)正好有兩個(gè)羥基存在于直徑為0.1μm的顆粒的表面上時(shí)，羥基的濃度達(dá)到30ppb，該濃度可以轉(zhuǎn)化成光損耗甚至達(dá)到0.75dB/Km。該事實(shí)表明在傳統(tǒng)MCVD中非常難以將光纖預(yù)型體中包含的作為雜質(zhì)的羥基(OH)的濃度控制在不大于0.8ppb的水平上。
已知如美國專利3,737,292、美國專利3,823,995和美國專利3,884,550中所披露的可以在OVD(外部氣相沉積)中制造無羥基的單模光纖，或如美國專利4,737,179和美國專利6,131,415中所披露的在VAD(氣相軸向沉積)中制造無羥基的單模光纖。
然而，與OVD和VAD不同的是，傳統(tǒng)的MCVD同時(shí)進(jìn)行沉積過程和燒結(jié)過程，以致在煙炱形成的同時(shí)，所述煙炱同時(shí)發(fā)生熔化和凝結(jié)。因此，在采用傳統(tǒng)MCVD制造的光纖中，因燒結(jié)而凝結(jié)的玻璃層中所包含的Si-OH在波長1385nm處導(dǎo)致嚴(yán)重的羥基(OH)吸收損耗。因而，由通過傳統(tǒng)MCVD制造的預(yù)型體拉出的光纖在可以使用的光通信波長范圍內(nèi)存在局限性。
日本特開昭63-315530號(hào)公報(bào)披露了一種制造光纖預(yù)型體的方法，該方法包括下述步驟在石英管的內(nèi)壁上累積包含SiO2的金屬氧化物微粒以形成多孔性累積層，使脫水劑流入具有多孔性累積層的石英管中以使多孔性累積層脫水，通過使所述脫水劑流入石英管中將多孔性累積層制成透明的玻璃，并使充有脫水劑的石英管冷凝。
特開昭63-315530號(hào)公報(bào)在包層和芯層都累積在石英管中之后進(jìn)行脫水過程，因而，如果沉積層(特別是芯層)很厚，則很難完全除去沉積層中存在的全部羥基(OH)。
即，特開昭63-315530號(hào)公報(bào)不適于制造具有較大預(yù)型體并且適于在1385nm處要求最低吸收損耗的普通光通信體系(特別是CWDM)的光纖。
另外，傳統(tǒng)脫水過程的目的是除去芯層中存在的羥基。然而，光不僅透過芯層還透過部分包層。因此，為了將由羥基造成的吸收損耗降至最低，需要對MFD(模場直徑)中的所有區(qū)域進(jìn)行脫水。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)采用如特開昭63-315530號(hào)公報(bào)中所披露的MCVD制造光纖預(yù)型體時(shí)，如果包層或芯層很厚則沉積層的內(nèi)部無法進(jìn)行充分的脫水反應(yīng)，由此使得存在于芯層中的羥基(OH)的除去效率劣化。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)至少一個(gè)芯層(或包層)沉積在石英管中，并且每當(dāng)沉積一個(gè)芯層(或包層)時(shí)獨(dú)立地進(jìn)行脫水過程時(shí)，芯層中的羥基(OH)基本上可以完全除去，從而解決上述問題。
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供使用MCVD制造光纖預(yù)型體的方法，該方法可以基本上除去存在于芯層或包層中的羥基(OH)而與石英管中沉積層的厚度無關(guān)。
本發(fā)明的另一目的是提供對基本上透過光線的MFD(模場直徑)中的區(qū)域進(jìn)行脫水的方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種光纖，在該光纖中存在于MFD區(qū)中的羥基(OH)可以被除去。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種光纖預(yù)型體的制造方法，其中存在于與光纖的MFD區(qū)對應(yīng)的相應(yīng)的預(yù)型體的MFD區(qū)中的羥基(OH)可以使用MCVD除去。
更為詳細(xì)的是，根據(jù)本發(fā)明的光纖預(yù)型體的制造方法包括(a)通過在石英管的內(nèi)壁上沉積包含SiO2和GeO2的煙炱而形成至少一個(gè)基體包層并在高溫下加熱沉積有所述煙炱的所述石英管；(b)通過將下述步驟重復(fù)至少一次形成至少一個(gè)具有與所述基體包層的折射率基本相同的折射率的脫水包層-累積步驟，所述步驟用于將煙炱形成性氣體與載氣一同引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至1000℃～1400℃的溫度以生成包含SiO2和GeO2的煙炱，然后使所述煙炱累積在所述基體包層上；-脫水步驟，所述步驟用于將脫水性氣體引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至600℃～1200℃的溫度以除去所述煙炱和石英管中的羥基(OH)和水分；和-燒結(jié)步驟，所述步驟用于在高于1700℃的溫度加熱沉積有所述煙炱的所述石英管的內(nèi)部以使所述煙炱燒結(jié)并玻璃化，
(c)通過將下述步驟重復(fù)至少一次而在所述包層上形成至少一個(gè)具有相對較高折射率的芯層-累積步驟，所述步驟用于將煙炱形成性氣體與載氣一同引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至1000℃～1400℃的溫度以生成煙炱，然后使所述煙炱累積在脫水包層上；-脫水步驟，所述步驟用于將脫水性氣體引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至600℃～1200℃的溫度以除去所述煙炱和石英管中的羥基(OH)和水分；和-燒結(jié)步驟，所述步驟用于在高于1700℃的溫度加熱沉積有所述煙炱的所述石英管的內(nèi)部以使所述煙炱燒結(jié)并玻璃化。
此時(shí)，由脫水包層和芯層構(gòu)成的脫水區(qū)優(yōu)選包括與光纖的MFD區(qū)對應(yīng)的相應(yīng)的預(yù)型體的MFD(模場直徑)區(qū)，更優(yōu)選脫水區(qū)基本上是與光纖的MFD區(qū)對應(yīng)的相應(yīng)的預(yù)型體的MFD區(qū)。
在本發(fā)明的另一方面中，還提供了一種光纖的制造方法，該方法包括壓制(collapsing)采用權(quán)利要求1中所定義的方法制備的光纖預(yù)型體以形成預(yù)型體棒；和將所述預(yù)型體棒拉成光纖。
在本發(fā)明的再一方面中，還提供一種單模光纖，所述單模光纖包括配置在中心軸處用于光電導(dǎo)的芯，和依次被覆于所述芯上的脫水包層和基體包層，其中所述脫水包層和所述基體包層具有基本相同的折射率，所述芯的折射率比所述脫水包層和所述基體包層的折射率大，其中所述脫水包層的羥基濃度與所述基體包層相比相對較低，其中由所述芯和所述脫水包層構(gòu)成的區(qū)域包括所述光纖的MFD區(qū)，并且其中所述光纖的MFD區(qū)中的羥基(OH)濃度小于0.8ppb。


下面將參考附圖在下列詳細(xì)說明中對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的上述這些以及其他特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更全面的說明。在附圖中圖1是圖解使用傳統(tǒng)MCVD(改進(jìn)化學(xué)氣相沉積)制造光纖預(yù)型體的方法的圖；
圖2顯示了由圖1的方法制造的光纖預(yù)型體的截面圖；圖3顯示了根據(jù)圖1的方法水分被吸附在所沉積的煙炱上的圖；圖4a顯示了僅有芯被脫水的傳統(tǒng)光纖的結(jié)構(gòu)，圖4b顯示了根據(jù)本發(fā)明的、其與MFD(模場直徑)對應(yīng)的部分包層也被脫水的光纖的結(jié)構(gòu)；圖5a～5e是圖解根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的包層的形成方法的圖；圖6a～6f是圖解根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的芯層的形成方法的圖；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的中空預(yù)型體的截面圖，其中包層和芯層沉積在石英管的內(nèi)部；和圖8是為了對比，用于顯示分別由現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明所制造的光纖芯層相對于波長范圍的吸收損耗的圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行更充分的說明。然而，這里使用的術(shù)語和詞匯不應(yīng)限于一般意義和字典意義，而是在所述原理的基礎(chǔ)上基于根據(jù)本發(fā)明的精神和范圍的意義與概念，從而允許發(fā)明人為進(jìn)行最佳說明而將術(shù)語限定為適宜概念的含義。因而，這里的說明不應(yīng)當(dāng)被理解為對本發(fā)明的范圍的限制而僅僅是提供對本發(fā)明的目前一些優(yōu)選的實(shí)施方案的描述。應(yīng)當(dāng)理解可以對本發(fā)明進(jìn)行其他各種改進(jìn)和變化而不會(huì)脫離其精神和范圍。
在單模光纖中，光不僅可以透過芯傳播還可以透過部分包層傳播。將光基本可以透過而進(jìn)行傳播的上述區(qū)域稱作MFD(模場直徑)。
以下表1顯示了由不同制造者制造的光纖的芯與MFD之間的相互關(guān)系。
表1

從上面表1可知，在約為0.4μm～1.0μm的芯區(qū)的范圍內(nèi)，光也可以透過部分包層。因此，為了使在1385nm處由羥基導(dǎo)致的吸收損耗最小，應(yīng)當(dāng)注意應(yīng)使與MFD對應(yīng)的部分包層區(qū)與芯區(qū)一同脫水。
圖4a顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的僅有芯層被脫水的傳統(tǒng)光纖，圖4b顯示了與MFD對應(yīng)的芯層和部分包層都被脫水的光纖。
正如圖4a中所示，光除了透過芯5之外還透過與MFD對應(yīng)的包層6的部分區(qū)域11。此時(shí)，如果僅有芯5被脫水，則光透過包層6的部分區(qū)域11并因?yàn)椴糠謪^(qū)域11中所存在的羥基(OH)而衰減。
因此，本發(fā)明的光纖在MFD區(qū)而非在MFD區(qū)之外的區(qū)域具有較低的羥基濃度。即，MFD中的羥基(OH)濃度在0.8ppb以下。
如圖4b中所示，根據(jù)本發(fā)明的光纖的脫水區(qū)12包括芯5和包層6的部分區(qū)域11。
下面將參考附圖對上述構(gòu)造的光纖和用于制造光纖的光纖預(yù)型體的制造方法進(jìn)行說明。
光纖預(yù)型體的制造方法主要包括包層形成過程和芯層形成過程。
包層形成過程包括基體包層形成步驟和脫水包層形成步驟，而芯層形成過程包括煙炱沉積步驟、脫水步驟、和燒結(jié)及玻璃化步驟。
下面，將參考圖5a～7對本發(fā)明的方法進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
1.包層的形成方法以下將參考圖5a～5e對根據(jù)本發(fā)明的包層形成過程進(jìn)行說明。
(1)形成基體包層(參見圖5a)在OH濃度小于或等于500ppm的石英管10旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使包括煙炱形成性氣體如SiCl4、GeCl4和POCl3以及氧氣的混合氣體吹入管中，使用熱源20加熱石英管的內(nèi)部至高于1700℃。
通過利用由石英管表面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量使按圖5a中的箭頭方向?qū)氲臒熿菩纬尚詺怏w氧化以生成煙炱30a，該煙炱30a利用熱泳在管中移動(dòng)至溫度相對較低的區(qū)域并累積在管的內(nèi)壁上。
當(dāng)在石英管10的內(nèi)壁上累積包層煙炱顆粒30a的至少一個(gè)層后，在該累積步驟后使熱源20按圖5a中的箭頭方向移動(dòng)以對累積在內(nèi)壁上的煙炱30a進(jìn)行燒結(jié)及玻璃化從而形成燒結(jié)層30b。
只要進(jìn)行這樣的累積和燒結(jié)步驟，就可以形成一個(gè)包層。持續(xù)反復(fù)進(jìn)行該工序直至包層具有所需厚度。
此時(shí)，石英管10的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為20rpm～100rpm。如果石英管的轉(zhuǎn)速小于20rpm，則煙炱不能以均勻厚度累積。如果轉(zhuǎn)速超過100rpm，則煙炱顆粒的累積會(huì)劣化。
這里，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖5a的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則沉積在管內(nèi)壁上的顆粒不能均勻地玻璃化從而導(dǎo)致在沉積表面出現(xiàn)變形。
(2)形成脫水包層(參見圖5b～5e)在將包括煙炱形成性氣體如SiCl4、GeCl4和POCl3以及氧氣的混合氣體吹入其中形成有基體包層31的石英管10中的同時(shí)，使用熱源20將石英管的內(nèi)部加熱至1000℃～1400℃的溫度。
此時(shí)，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖5b的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則導(dǎo)入管中的氧氣與煙炱形成性氣體不能充分反應(yīng)，以致無法充分生成用于形成沉積層的SiO2和GeO2。
通過利用由石英管10表面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量使按圖5b中的箭頭方向?qū)氲臒熿菩纬尚詺怏w氧化以生成煙炱32a，該煙炱32a利用熱泳在管中移動(dòng)至溫度相對較低的區(qū)域并累積在基體包層31上。
此時(shí)，石英管10的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為20rpm～100rpm。如果石英管的轉(zhuǎn)速小于20rpm，則煙炱不能以均勻厚度累積。如果轉(zhuǎn)速超過100rpm，則煙炱顆粒的累積會(huì)劣化。
當(dāng)用于形成脫水包層30a的煙炱32a累積在石英管10的內(nèi)壁上之后，石英管10繼續(xù)進(jìn)行如圖5c中所示的脫水步驟。
當(dāng)將諸如He、Cl2和O2等脫水性氣體放入累積有煙炱32a的石英管10中時(shí)，使用沿脫水性氣體放入的方向移動(dòng)的熱源20加熱管10。此時(shí)，管的內(nèi)部優(yōu)選保持600℃～1200℃的溫度。
如果管10中的溫度超過1200℃，顆粒的數(shù)目隨著煙炱形成頸狀物(neck)而減少，由此導(dǎo)致粒徑增大且孔消失。即，由于存在于孔中的羥基(OH)的擴(kuò)散速度比煙炱的生長速度快，因此羥基(OH)被捕獲在煙炱32a中，未從其中逃逸。
因此，為了使煙炱32a、基體包層31或石英管10中包含的羥基(OH)或水分有效地蒸發(fā)，并且為了防止將羥基(OH)捕獲在其中，優(yōu)選將脫水反應(yīng)溫度保持在600℃～1200℃。
另外，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖5c的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則導(dǎo)入管中的脫水性氣體無法充分地與水分或羥基(OH)反應(yīng)，從而無法令人滿意地除去存在于煙炱累積層32a或管10中的水分或羥基(OH)。
根據(jù)如下列反應(yīng)式2表示的脫水反應(yīng)，脫水性氣體(特別是Cl2)與存在于煙炱累積層32a或管10中的水分或羥基(OH)發(fā)生反應(yīng)。
反應(yīng)式2
脫水步驟后，對石英管10實(shí)施如圖5d中所示的燒結(jié)和玻璃化步驟以在基體包層31上形成脫水包層32b。
即，完成脫水步驟后，熱源20按圖5d的箭頭方向移動(dòng)以保持管10內(nèi)部的溫度超過1700℃從而對累積在基體包層31上的煙炱32a進(jìn)行燒結(jié)及玻璃化從而形成燒結(jié)層32b。
此時(shí)，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖5d的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則沉積在管內(nèi)壁上的顆粒無法均勻地玻璃化從而導(dǎo)致在沉積表面出現(xiàn)變形。
另外，當(dāng)進(jìn)行圖5d的燒結(jié)步驟時(shí)，也可以將諸如He、Cl2和O2等脫水性氣體放入管中從而額外地除去沒有發(fā)生反應(yīng)的殘留的羥基(OH)或水分。
上述圖5b～5d的步驟可以重復(fù)至少一次以在基體包層31上形成至少一個(gè)脫水包層。即，在石英管10中，可以在未經(jīng)歷脫水步驟的包層30上形成脫水包層30a，脫水包層30a的羥基濃度利用脫水步驟可以控制為小于0.8ppb。當(dāng)制造為光纖時(shí)，圖5e的脫水包層30a變?yōu)榕cMFD區(qū)對應(yīng)的包層區(qū)。
以下將與光纖的MFD區(qū)對應(yīng)的相應(yīng)的光纖預(yù)型體的區(qū)域定義為“相應(yīng)的MFD區(qū)”。該相應(yīng)的MFD區(qū)具有由下式1計(jì)算的半徑。
式1R2＝(R3×r2)/r3這里，R2是光纖預(yù)型體的相應(yīng)MFD區(qū)的半徑，r2是MFD/2，R3是光纖預(yù)型體的外徑，r3是光纖的外徑。
因此，只要設(shè)計(jì)出待制光纖的芯層半徑、包層半徑和MFD，就可以使用上述式1來計(jì)算用于制造光纖的預(yù)型體的相應(yīng)的MFD區(qū)的半徑。由于相應(yīng)的MFD區(qū)的半徑如上確定，因此可以設(shè)計(jì)基體包層和脫水包層的厚度。
2.芯層的形成方法以下將參考圖6a～6f對根據(jù)本發(fā)明的芯層形成方法進(jìn)行說明。
(1)形成基體芯層在將包括煙炱形成性氣體如SiCl4和GeCl4以及氧氣的混合氣體吹入其中形成有包層30的石英管10中的同時(shí)，使用熱源20將石英管的內(nèi)部加熱至1000℃～1400℃的溫度。
此時(shí)，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖6a的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則導(dǎo)入管中的氧氣與煙炱形成性氣體不能充分反應(yīng)，以致無法充分生成用于形成沉積層的SiO2和GeO2。
通過利用由石英管10表面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量使按圖6a中的箭頭方向?qū)氲臒熿菩纬尚詺怏w氧化以生成煙炱41a，該煙炱41a利用熱泳在管中移動(dòng)至溫度相對較低的區(qū)域并累積在包層30上。
此時(shí)，石英管10的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為20rpm～100rpm。如果石英管的轉(zhuǎn)速小于20rpm，則煙炱不能以均勻厚度累積。如果轉(zhuǎn)速超過100rpm，則煙炱顆粒的累積會(huì)劣化。
當(dāng)用于形成基體芯層41的煙炱41a在石英管10上累積之后，石英管10繼續(xù)進(jìn)行如圖6b中所示的脫水步驟。
當(dāng)將諸如He、Cl2和O2等脫水性氣體放入累積有煙炱41a的石英管10時(shí)，使用沿脫水性氣體放入的方向移動(dòng)的熱源20加熱管10。此時(shí)，管的內(nèi)部優(yōu)選保持600℃～1200℃的溫度。
如果管10中的溫度超過1200℃，顆粒的數(shù)目隨著煙炱形成頸狀物而減少，由此導(dǎo)致粒徑增大且孔消失。即，由于存在于孔中的羥基(OH)的擴(kuò)散速度比煙炱的生長速度快，因此羥基(OH)被捕獲在煙炱41a中，未從其中逃逸。
因此，為了使煙炱41a、包層30或石英管10中包含的羥基(OH)或水分有效地蒸發(fā)，并且為了防止將羥基(OH)捕獲在其中，優(yōu)選將脫水反應(yīng)溫度保持在600℃～1200℃。
另外，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖6b的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則導(dǎo)入管中的脫水性氣體無法充分地與水分或羥基(OH)反應(yīng)，從而無法令人滿意地除去存在于煙炱累積層41a或管10中的水分或羥基(OH)。
根據(jù)如下列反應(yīng)式3表示的脫水反應(yīng)，脫水性氣體(特別是Cl2)與存在于煙炱累積層41a或管10中的水分或羥基(OH)發(fā)生反應(yīng)。
反應(yīng)式3
脫水步驟后，對石英管10實(shí)施如圖6c中所示的燒結(jié)和玻璃化步驟以形成其中形成有包層30和基體芯層41的中空預(yù)型體。
即，完成脫水步驟后，熱源20按圖6c的箭頭方向移動(dòng)以保持管10內(nèi)部的溫度超過1700℃從而對累積在包層30上的煙炱41a進(jìn)行燒結(jié)及玻璃化從而形成燒結(jié)層41b。
此時(shí)，熱源20優(yōu)選以500mm/min以下的速度沿石英管的長度移動(dòng)(參見圖6c的箭頭)。如果熱源20的移動(dòng)速度超過500mm/min，則沉積在管內(nèi)壁上的顆粒無法均勻地玻璃化從而導(dǎo)致在沉積表面出現(xiàn)變形。
另外，當(dāng)進(jìn)行圖6c的燒結(jié)步驟時(shí)，也可以將諸如He、Cl2和O2等脫水性氣體放入管中從而額外地除去沒有發(fā)生反應(yīng)的殘留的羥基(OH)或水分。
(2)形成附加芯層在通過連續(xù)進(jìn)行圖6a～6c的步驟而在石英管的內(nèi)壁上形成基體芯層41的條件下，可以將圖6d～6f的步驟重復(fù)多次以在基體芯層41上形成至少一個(gè)附加芯層42。
該附加芯層42可以是基體芯層41上的單層，但優(yōu)選形成至少兩層。
像形成基體芯層41的方法一樣，該附加芯層也可以通過重復(fù)累積步驟(參見圖6d)、脫水步驟(參見圖6e)和燒結(jié)及玻璃化步驟(參見圖6f)而形成。
如上所述，通過實(shí)施包層形成過程(或，形成基體包層與脫水包層)和芯層形成過程(或，重復(fù)累積步驟→脫水→燒結(jié)步驟數(shù)次)，可以形成如圖7中所示包層30和芯層40沉積在石英管的內(nèi)壁10上的中空預(yù)型體。
此時(shí)，利用累積→脫水→燒結(jié)步驟將芯層和與部分包層對應(yīng)的脫水包層的羥基(OH)濃度限制為小于0.8ppb。
利用已知的壓制方法可以使如上制得的中空部件形成為光纖預(yù)型體棒。
包層形成過程、芯層形成過程和壓制過程是使用相同的設(shè)備和相同的熱源連續(xù)進(jìn)行的工序。
在本發(fā)明中，可以將用于包層形成過程、芯層形成過程和壓制過程的熱源20以各種方式進(jìn)行改進(jìn)，例如可以使用諸如氧氣-氫氣燃燒器、等離子體焰炬和電阻爐等各種加熱裝置。
由于管中包含的羥基(OH)和通過氧氣/氫氣燃燒器滲入管中的羥基(OH)可以通過擴(kuò)散而滲入芯層中，因此當(dāng)沉積包層和芯層時(shí)優(yōu)選以較大的厚度沉積包層，從而防止羥基(OH)的這種滲透。例如，優(yōu)選使包層以下述方式沉積在壓制過程后包層與芯層的直徑比大于或等于2.0，并且最終的光纖預(yù)型體與芯層的直徑比大于或等于3.0。
此時(shí)，優(yōu)選芯層的厚度為6.0mm以上，包層的厚度為12.0mm以上，光纖預(yù)型體的最終直徑為20.0mm以上。
使用常用的拉制方法可以將由本發(fā)明制造的光纖預(yù)型體拉成光纖。
如上所述拉制的光纖具有如圖4b中所示的結(jié)構(gòu)，其中在MFD區(qū)中的羥基(OH)的濃度可以控制為小于0.8ppb。
根據(jù)本發(fā)明的方法制造的光纖的光損耗如圖8中所示。
圖8顯示了在1100nm～1700nm的波長范圍內(nèi)由光纖芯產(chǎn)生的光損耗，其中虛線顯示了當(dāng)前使用的傳統(tǒng)光纖的光損耗，實(shí)線顯示了由本發(fā)明的改良方法制造的光纖的光損耗。
從圖8中可知，采用本發(fā)明的方法制造的光纖在1385nm處顯示的由OH-造成的光損耗小于0.33dB/Km，該值與傳統(tǒng)值相比顯著減小，同時(shí)還顯示出由1310nm和1550nm處的散射造成的光損耗分別小于0.34dB/Km和0.20dB/Km，這比現(xiàn)有的單模光纖都有所改善。
已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解同時(shí)用于顯示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明和具體實(shí)例僅是為描述而給出，這是因?yàn)楦鶕?jù)該詳細(xì)說明在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和改進(jìn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的方法制造的光纖在MFD區(qū)(包括芯和部分包層)內(nèi)的氫離子的濃度小于0.8ppb。
因此，該光纖在光基本上可以透過的MFD區(qū)中被脫水，這與僅有芯被脫水的光纖相比可以改善在1340nm～1460nm的波長范圍內(nèi)的損耗特性。
權(quán)利要求
1.一種采用MCVD(改進(jìn)化學(xué)氣相沉積)的光纖預(yù)型體的制造方法，所述方法包括(a)通過在石英管的內(nèi)壁上沉積包含SiO2和GeO2的煙炱而形成至少一個(gè)基體包層并在高溫下加熱沉積有所述煙炱的所述石英管；(b)通過將下述步驟重復(fù)至少一次形成至少一個(gè)具有與所述基體包層的折射率基本相同的折射率的脫水包層-累積步驟，所述步驟用于將煙炱形成性氣體與載氣一同引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至1000℃～1400℃的溫度以生成包含SiO2和GeO2的煙炱，然后使所述煙炱累積在所述基體包層上；-脫水步驟，所述步驟用于將脫水性氣體引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至600℃～1200℃的溫度以除去所述煙炱和石英管中的羥基(OH)和水分；和-燒結(jié)步驟，所述步驟用于在高于1700℃的溫度加熱沉積有所述煙炱的所述石英管的內(nèi)部以使所述煙炱燒結(jié)并玻璃化，(c)通過將下述步驟重復(fù)至少一次而在所述包層上形成至少一個(gè)具有相對較高折射率的芯層-累積步驟，所述步驟用于將煙炱形成性氣體與載氣一同引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至1000℃～1400℃的溫度以生成煙炱，然后使所述煙炱累積在所述脫水包層上；-脫水步驟，所述步驟用于將脫水性氣體引入所述石英管中并將所述石英管的內(nèi)部加熱至600℃～1200℃的溫度以除去所述煙炱和石英管中的羥基(OH)和水分；和-燒結(jié)步驟，所述步驟用于在高于1700℃的溫度加熱沉積有所述煙炱的所述石英管的內(nèi)部以使所述煙炱燒結(jié)并玻璃化。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中由所述脫水包層和芯層構(gòu)成的脫水區(qū)包括與光纖的MFD(模場直徑)區(qū)對應(yīng)的相應(yīng)的所述預(yù)型體的MFD區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中所述煙炱形成性氣體是SiCl4或GeCl4。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中在使所述石英管暴露于移動(dòng)的熱源的條件下作為連續(xù)工序?qū)嵤┧隼鄯e步驟、所述脫水步驟和所述燒結(jié)步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中所述熱源選自由氧氣-氫氣燃燒器、等離子體焰炬和電阻爐組成的組。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中在所述燒結(jié)步驟中將脫水性氣體引入所述石英管中從而額外地除去殘留的水分和羥基(OH)。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中所述脫水性氣體包括He、Cl2和O2中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中所述載氣是氧氣。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)型體的制造方法，其中由所述脫水包層和芯層構(gòu)成的脫水區(qū)基本上是與光纖的MFD區(qū)對應(yīng)的相應(yīng)的所述預(yù)型體的MFD區(qū)。
10.一種光纖的制造方法，所述方法包括壓制采用權(quán)利要求1中所定義的方法制造的所述光纖預(yù)型體以形成預(yù)型體棒；和將所述預(yù)型體棒拉成光纖。
11.如權(quán)利要求10所述的光纖的制造方法，其中在所述光纖的MFD區(qū)中的羥基(OH)的濃度小于0.8ppb。
12.一種單模光纖，所述單模光纖包括配置在中心軸處用于光電導(dǎo)的芯，和依次被覆于所述芯上的脫水包層和基體包層，其中所述脫水包層和所述基體包層具有基本相同的折射率，所述芯的折射率比所述脫水包層和所述基體包層的折射率大，其中所述脫水包層的羥基濃度與所述基體包層相比相對較低，其中由所述芯和所述脫水包層構(gòu)成的區(qū)域包括所述光纖的MFD區(qū)，和其中所述光纖的MFD區(qū)中的羥基(OH)濃度小于0.8ppb。
13.如權(quán)利要求12所述的單模光纖，其中由所述芯和所述脫水包層構(gòu)成的區(qū)域基本上是所述光纖的MFD區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種低衰減光纖及其在MCVD中的制造方法，所述光纖為低衰減單模光纖，所述光纖具有光電導(dǎo)芯和包層，并且在MFD(模場直徑)區(qū)內(nèi)顯示出非常低的OH濃度。所述光纖包括配置在其中心用于光電導(dǎo)的芯，和依次被覆于所述芯上的脫水包層和基體包層。脫水包層的折射率與基體包層的折射率基本相同。芯的折射率比脫水包層和基體包層的折射率大。脫水包層與基體包層相比具有相對較低的OH濃度。由芯和脫水包層構(gòu)成的區(qū)域具有OH濃度小于0.8ppb的MFD區(qū)。
文檔編號(hào)C03B37/018GK1976878SQ200480043464
公開日2007年6月6日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者李贊柱, 張基完, 徐永范 申請人:Ls電線有限公司