具有選定的拉制張力的光纖的制造方法
【專利摘要】一種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟：在爐中提供預(yù)成形件，并以各種不同的拉制張力從所述預(yù)成形件拉制多個(gè)光纖。分別測(cè)量在不同拉制張力下拉制的光纖的帶寬特性。基于測(cè)得的各個(gè)光纖的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值，并將拉制張力調(diào)節(jié)至選定的拉制張力設(shè)定值。所述方法還包括以提供了峰值帶寬的選定的拉制張力設(shè)定值由預(yù)成形件拉制經(jīng)調(diào)節(jié)的光纖。
【專利說(shuō)明】具有選定的拉制張力的光纖的制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)交叉參考
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§ 120，要求2010年11月22日提交的系列號(hào)為第12/951，175號(hào)的美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)為基礎(chǔ)并將其全文通過(guò)引用結(jié)合于此。
[0003]背景
[0004]本發(fā)明一般地涉及光纖的制造方法，更具體地涉及在光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)中制造光纖以實(shí)現(xiàn)所需的帶寬特性。
[0005]生產(chǎn)光纖的常規(guī)制造方法通常包括在拉制爐中由加熱的玻璃預(yù)成形件拉制光纖，冷卻拉制的光纖，待光纖充分冷卻后涂覆光纖。多模(MM)光纖(MMF)的帶寬通常受到模間色散的限制。為了使模間色散盡可能地小，MM光纖通常設(shè)計(jì)成具有漸變折射率a-分布。對(duì)于最佳帶寬，對(duì)于一般拉制的光纖而言，折射率分布變化的參數(shù)a的值通常接近2。但是，帶寬對(duì)于不同于最佳形狀的分布變化可能是敏感的，并且偏離最佳a(bǔ)參數(shù)可能導(dǎo)致帶寬的明顯下降。實(shí)現(xiàn)最佳帶寬要求精確的分布控制，但是通常難以獲得最佳a(bǔ)-分布，原因在于對(duì)于給定的預(yù)成形件，折射率測(cè)量通常不具有精確確定a值所需的精度，并且拉制張力誘導(dǎo)的應(yīng)力會(huì)改變折射率分布。因此，由于給定預(yù)成形件分布測(cè)量的不精確性，通常無(wú)法精確地預(yù)測(cè)最佳拉制張力。如果光纖的折射率分布在a參數(shù)上具有明顯的誤差，則光纖帶寬可能會(huì)變低，這可能導(dǎo)致高帶寬光纖的選擇不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供了一種制造光纖的方法。所述方法包括以下步驟:在爐中提供預(yù)成形件，并以各種不同的拉制張力從所述預(yù)成形件拉制多個(gè)光纖。所述方法還包括測(cè)量在各種不同拉制張力下拉制的各個(gè)光纖的帶寬特性的步驟。所述方法還包括以下步驟:基于各個(gè)光纖所測(cè)得的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值，將拉制張力調(diào)節(jié)至該選定的拉制張力設(shè)定值，并以所述選定的拉制張力設(shè)定值從預(yù)成形件拉制經(jīng)調(diào)節(jié)的光纖。
[0007]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種光纖的制造方法，該方法包括以下步驟:在爐中提供預(yù)成形件，以第一拉制張力從預(yù)成形件拉制第一光纖，并測(cè)量以第一拉制張力拉制的第一光纖的帶寬特性。所述方法還包括以下步驟:以第二拉制張力從預(yù)成形件拉制第二光纖，并測(cè)量以第二拉制張力拉制的第二光纖的帶寬特性。所述方法還包括以下步驟:基于第一和第二光纖所測(cè)得的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值，將拉制張力調(diào)節(jié)至該選定的拉制張力設(shè)定值，并以所述選定的拉制張力設(shè)定值從預(yù)成形件拉制選定的光纖。
[0008]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，是一種光纖的制造方法，該方法包括以下步驟:在爐中提供預(yù)成形件，以第一拉制張力從預(yù)成形件拉制第一光纖，并測(cè)量第一光纖的帶寬特性。所述方法還包括以下步驟:以第二拉制張力從預(yù)成形件拉制第二光纖，并測(cè)量第二光纖的帶寬特性。所述方法還包括基于第一和第二光纖所測(cè)得的帶寬特性，選擇第一和第二光纖中的一個(gè)的步驟。
[0009]在以下的詳細(xì)描述中給出了 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實(shí)施方式而被認(rèn)識(shí)。
[0010]應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的，用來(lái)提供理解權(quán)利要求的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。所附附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，并與文字描述一起用來(lái)解釋各個(gè)實(shí)施方式的原理和操作。
[0011]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0012]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，以可選擇的拉制張力制造光纖的方法的流程圖；
[0014]圖3根據(jù)一個(gè)例子，顯示了隨著光纖拉制張力的變化折射率a -分布的變化；
[0015]圖4根據(jù)一個(gè)例子，顯示了對(duì)于由預(yù)成形件產(chǎn)生的多個(gè)棒，以不同張力拉制的光纖的折射率a-分布；
[0016]圖5根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，顯示了測(cè)得的帶寬與拉制張力的關(guān)系，用于選擇拉制張力設(shè)定值；以及
[0017]圖6是根據(jù)一個(gè)例子的多模光纖的折射率分布。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，這些實(shí)施方式的例子在附圖中示出。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或類似的部分。
[0019]光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10和方法100通過(guò)采用微調(diào)工藝來(lái)生產(chǎn)光纖，該工藝選擇拉制張力設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)由給定玻璃源預(yù)成形件生產(chǎn)的光纖的最佳帶寬特性。術(shù)語(yǔ)“拉制張力”和“張力”在本文中可互換使用。本文結(jié)合附圖1-6描述了光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10和方法100的實(shí)施方式，在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的要素。本文所用術(shù)語(yǔ)“裸光纖”是指從經(jīng)加熱的玻璃源(也稱作預(yù)制件)直接拉制、尚未在其外表面施涂保護(hù)涂層(例如尚未在裸光纖上涂覆基于聚合物的材料)的光纖。所述光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10和方法100利用本文所述的易于實(shí)施的方法實(shí)現(xiàn)了選擇具有所需最佳帶寬特性的光纖的形成。
[0020]圖6顯示了根據(jù)一個(gè)例子的多模光纖的相對(duì)折射率分布曲線。纖芯220是摻雜了鍺的拋物線芯。包覆層200包括內(nèi)包覆區(qū)域230 (例如未摻雜的二氧化硅)、凹陷折射率區(qū)域250 (例如區(qū)域250中氟摻雜的二氧化硅)以及外包覆區(qū)域260。
[0021]除非另外說(shuō)明，否則，“相對(duì)折射率百分?jǐn)?shù)”或者“折射率A”定義為A% =100X (ni2-n#tfc2)/211,2式中Iii是i區(qū)域內(nèi)的最大折射率。除非另有說(shuō)明，否則，在850nm處測(cè)量相對(duì)折射率百分?jǐn)?shù)。除非另有說(shuō)明，否則，n#tt是包覆層的外部環(huán)形區(qū)域260的平均折射率，可以如下計(jì)算，例如，在包覆層的外部環(huán)形區(qū)域(這在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中可以是未摻雜的二氧化硅)中測(cè)量“N”折射率(nCl，nC2，…nCN)，并通過(guò)下式計(jì)算平均折射率:
[0022]i=N
[0023]nc=(l/N) E nCi
[0024]i=l
[0025]除非另有說(shuō)明，否則，本文所用的相對(duì)折射率用A表示，其值以“％”為單位。在一個(gè)區(qū)域的折射率小于參比折射率n#tt的情況下，相對(duì)折射率是負(fù)數(shù)，稱作具有凹陷區(qū)域或者凹陷折射率，并且除非另有說(shuō)明，否則，最小相對(duì)折射率在相對(duì)折射率為最大負(fù)值時(shí)計(jì)算得到。在一個(gè)區(qū)域的折射率大于參比折射率n#tt的情況下，相對(duì)折射率是正數(shù)，該區(qū)域可稱為凸起或者具有正折射率。
[0026]可以根據(jù)F0TP-204，采用滿溢注入(overfilled launch)來(lái)測(cè)量滿溢帶寬。如TIA/EIA-455-220所述，可以通過(guò)差分模式延遲頻譜來(lái)獲得最小計(jì)算有效模帶寬(MinEMBc)的帶寬。
[0027]根據(jù)F0TP-204，采用滿溢注入，在850nm處測(cè)量帶寬(除非指定了其他波長(zhǎng))。應(yīng)理解，可在其他波長(zhǎng)處測(cè)量帶寬，所述波長(zhǎng)例如405、630、670、780、830、915、980、1060、1200、1300、1310 以及 1550nm。
[0028]術(shù)語(yǔ)“ a -分布”或者“阿爾法分布”表示記作A (r)(單位為“％”)的相對(duì)折射率分布，其中r為半徑，該參數(shù)用以下方程式表示，
[0029]A (r) = A Cr。)(1- [ | r_r01 / (m) ] a),
[0030]式中r。表示A (r)為最大值的點(diǎn),!T1表示A (r)%為零的點(diǎn)(相對(duì)于外部環(huán)形包覆區(qū)域260), r的范圍是I^Krf,其中A如上文所定義，!Ti是a-分布的起點(diǎn)，!^是a -分布的終點(diǎn)，a是指數(shù)，為實(shí)數(shù)。對(duì)于從中心線(r=0)開(kāi)始的分布段，a-分布具有如下簡(jiǎn)化形式:
[0031]A (r)= A (0)(l-[|r|/(ri)]a)，
[0032]式中，A (0)是中心線處的折射率A。
[0033]參見(jiàn)圖1，該圖 總體上顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10包括拉制爐12，其包含加熱元件16和加熱至約2，000° C的溫度的馬弗爐14。將玻璃預(yù)成形件20垂直放置在拉制爐12的馬弗爐14中，以裸光纖22的形式從加熱的預(yù)成形件20拉制光纖。加熱元件16至少向預(yù)成形件20的底部部分供熱。
[0034]預(yù)制件20可用任何玻璃材料制成，并且可進(jìn)行適合于制造光纖的摻雜以及其他加工。預(yù)成形件20可以是具有芯和包覆層的整個(gè)芯預(yù)成形件或者可以是由原始芯預(yù)成形件生產(chǎn)的任意光纖預(yù)成形件，通常稱作具有包覆層的棒。通常來(lái)說(shuō)，從單個(gè)芯預(yù)成形件可以形成兩個(gè)或更多個(gè)光纖預(yù)成形件，例如五個(gè)光纖預(yù)成形件，用于在爐12中拉制光纖。應(yīng)理解，每個(gè)預(yù)成形件可能測(cè)量得到不同折射率，基于預(yù)成形件的加工和預(yù)成形件的拉制的變化，對(duì)于給定的芯預(yù)成形件，通常難以得到最佳a(bǔ)-分布?？梢圆捎谜凵渎蕼y(cè)量技術(shù)，例如預(yù)成形件分析儀折射率測(cè)量系統(tǒng)(美國(guó)俄勒網(wǎng)州比弗頓光子動(dòng)力學(xué)儀器公司(PhotonKinetics Instruments, Beaverton, OR))來(lái)測(cè)量給定預(yù)成形件的a -分布，并且可以實(shí)現(xiàn)所需的a-分布以提供粗調(diào)的預(yù)成形件。本文所揭示的方法以不同拉制張力拉制光纖，測(cè)量在這些不同拉制張力下拉制的光纖的帶寬，并且作為微調(diào)過(guò)程選擇最佳拉制張力，來(lái)為給定的光纖提供最佳帶寬。
[0035]通過(guò)牽引器32從預(yù)成形件20的根部18拉制光纖22。在離開(kāi)馬弗爐14之后，裸光纖20遭遇直徑監(jiān)測(cè)器(D) 24，所述直徑監(jiān)測(cè)器(D) 24提供一個(gè)用于反饋控制回路的信號(hào)，以調(diào)節(jié)牽引器32的速度來(lái)維持恒定的光纖直徑。然后裸光纖22通過(guò)光纖張力測(cè)量裝置(T) 26，所述光纖張力測(cè)量裝置(T) 26測(cè)量光纖22的張力，并提供反饋控制回路來(lái)調(diào)節(jié)光纖22的張力，以提供高帶寬光纖所規(guī)定的所需的拉制張力設(shè)定。EP0479120 A2公開(kāi)了光纖張力測(cè)量裝置26的一個(gè)例子，其通過(guò)引用結(jié)合入本文。一旦從預(yù)成形件20拉制了裸光纖22，在冷卻管28或者處理裝置中冷卻所述裸光纖22，所述冷卻管28或者處理裝置可以與爐12的出口相連或者遠(yuǎn)離爐12的出口，之后用涂布機(jī)30涂覆光纖22，所述涂布機(jī)30可以向裸光纖22的外表面施涂基于聚合物的涂覆材料。經(jīng)涂覆的光纖還可以經(jīng)過(guò)涂料固化設(shè)備(未示出)。然后將經(jīng)涂覆的光纖22繞到線軸或者卷軸34上。離線測(cè)量單個(gè)光纖的帶寬。
[0036]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，還顯示光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10具有張力控制器40，它可以用具有微處理器42 (up)和存儲(chǔ)器44的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)理解，也可以采用任意數(shù)字和/或類似的處理電路和存儲(chǔ)器介質(zhì)。控制器40接收直徑檢測(cè)裝置24 (D)的輸出以及光纖張力測(cè)量裝置26 (T)的輸出，并可用一個(gè)或多個(gè)程序處理輸入?？刂破?0還向例如顯示器或者其他人機(jī)界面(HMI)提供了輸出58，使得用戶觀察到表示纏繞在各卷軸上的各光纖的拉制張力的張力值，例如TK1、Te2, Te3等。應(yīng)理解，可以以不同的光纖張力拉制光纖，以實(shí)現(xiàn)不同的折射率a-分布值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光纖的不同帶寬特性。作為輸入向控制器30 (C)提供用戶選擇的張力設(shè)定值(Tsp) 48，允許用戶選擇所需的張力設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的光纖所需的帶寬特性?？刂破?6響應(yīng) 用戶選擇的張力設(shè)定值(Tsp)產(chǎn)生溫度控制(T。)輸出50，其用于控制爐12中的加熱元件18的溫度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述溫度控制T?？梢哉{(diào)節(jié)爐12的溫度，以實(shí)現(xiàn)所需的光纖拉制張力。通常來(lái)說(shuō)，爐12的溫度增加會(huì)導(dǎo)致拉制光纖的張力下降，而爐12的溫度下降會(huì)導(dǎo)致拉制光纖的溫度增加。可以用反饋回路來(lái)調(diào)節(jié)爐溫，直至拉制張力是用戶選擇的張力設(shè)定值。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，可以通過(guò)調(diào)節(jié)牽引器32拉制光纖的速度來(lái)調(diào)節(jié)拉制光纖的張力，所述牽引器32拉制光纖的速度可以通過(guò)控制器40響應(yīng)用戶選擇的張力設(shè)定值進(jìn)行控制。
[0037]光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10和方法100提供了:爐中的預(yù)成形件，以各種不同的拉制張力從所述預(yù)成形件拉制多個(gè)光纖，測(cè)量各種不同的拉制張力下的各個(gè)光纖的帶寬特性，基于各個(gè)光纖測(cè)得的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值，將拉制張力調(diào)節(jié)至拉制張力設(shè)定值，并以選定的拉制張力設(shè)定值從預(yù)成形件拉制選擇微調(diào)的光纖。拉制張力設(shè)定值可以是實(shí)現(xiàn)最高帶寬光纖的張力值。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可以通過(guò)調(diào)節(jié)爐的預(yù)成形件的溫度來(lái)調(diào)節(jié)拉制張力。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，可以通過(guò)調(diào)節(jié)拉制光纖的張力來(lái)調(diào)節(jié)拉制張力。在一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)成形件可包含摻雜的芯和包覆層，所述包覆層可以包含氟。所述芯可以包含用Ge02、P205、Al203、Ti02以及F摻雜的二氧化硅。所述包覆層可以包含經(jīng)摻雜的二氧化硅(包括氟摻雜的二氧化硅)的環(huán)形環(huán)。包覆層可包含摻雜的二氧化硅。預(yù)成形件可以是單個(gè)預(yù)成形件的形式以用于拉制多個(gè)光纖，或者可以包含由相同芯預(yù)成形件形成的多個(gè)光纖預(yù)成形件。
[0038]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，圖2顯示了制造光纖的方法100。方法100包括步驟102(D):在溫度足以從預(yù)成形件拉制所需光纖的爐中提供制備的玻璃預(yù)成形件?？蓪t溫控制在2,000° C左右。預(yù)成形件可包括光纖預(yù)成形件，所述光纖預(yù)成形件可通過(guò)如下方法制備:將芯預(yù)成形件拉制成多條棒，包覆所述多條棒以形成多個(gè)光纖預(yù)成形件，并一次將一個(gè)光纖預(yù)成形件插入爐中。方法100包括步驟104:以設(shè)定為速度設(shè)定值S1的拉制速度以及設(shè)定為溫度Tpl的爐溫Tp來(lái)拉制光纖。接著，在步驟106中，方法100監(jiān)測(cè)拉制光纖的光纖拉制張力Td。在步驟108 (CCW)，方法100對(duì)光纖進(jìn)行冷卻、涂覆，并將光纖纏繞在一個(gè)或多個(gè)卷軸上。然后方法100進(jìn)行步驟110，以離線測(cè)量不同光纖張力下拉制的各個(gè)光纖的帶寬(BW)。在一個(gè)實(shí)施方式中，將不同張力下拉制的光纖纏繞到不同卷軸上，并且對(duì)各個(gè)卷軸上以已知拉制張力生產(chǎn)的光纖進(jìn)行測(cè)試，以確定相應(yīng)拉制張力下的光纖的帶寬。以給定拉制張力下拉制到卷軸上的光纖的量可以發(fā)生變化。例如，可以在卷軸上纏繞3-5km以給定拉制張力生產(chǎn)的光纖，并測(cè)試帶寬。預(yù)成形件可生產(chǎn)約800km的光纖，預(yù)成形件余下的光纖可以以選定的張力設(shè)定值進(jìn)行拉制。通過(guò)向各個(gè)卷軸上的各個(gè)光纖施加信號(hào)，并測(cè)量所需信號(hào)波長(zhǎng)(例如850nm)下的帶寬特性來(lái)確定各個(gè)光纖的帶寬。然后基于測(cè)得的帶寬特性，用戶可以選擇最佳帶寬的拉制張力(T)來(lái)設(shè)定最佳拉制張力I。在步驟114，基于最佳拉制張力Tq來(lái)調(diào)節(jié)用戶選擇的張力設(shè)定值Tqs，通過(guò)調(diào)節(jié)爐溫來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳光纖拉制張力，從而實(shí)現(xiàn)所需的拉制張力設(shè)定值Ttfit5然后，方法100在步驟116中，以用戶選定的張力設(shè)定值Ttfi,從預(yù)成形件或者從相同芯預(yù)成形件生產(chǎn)的其他光纖預(yù)成形件來(lái)拉制余下的光纖，以提供具有最佳帶寬特性的最佳光纖。[0039]方法100優(yōu)選通過(guò)采用改變拉制張力來(lái)微調(diào)折射率a -分布，來(lái)拉制高帶寬多模光纖，特別是對(duì)于制造多模光纖的最佳選擇。在一個(gè)實(shí)施方式中，在光纖拉制過(guò)程中，以可變的拉制張力來(lái)拉制預(yù)成形件，使得以設(shè)定的張力將一部分預(yù)成形件拉制成第一光纖并纏繞到一個(gè)卷軸上，然后以不同的張力將另一部分預(yù)成形件拉制成第二光纖并纏繞到另一個(gè)卷軸上，利用預(yù)成形件產(chǎn)生足夠數(shù)量的選擇來(lái)選擇具有峰值帶寬的光纖的整個(gè)過(guò)程是連續(xù)的。從而，可以實(shí)現(xiàn)最佳帶寬并且增加了可供選擇的高帶寬光纖(生產(chǎn)的總光纖的百分比)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，將小部分的相同預(yù)成形件拉制成光纖，每卷光纖以不同張力進(jìn)行拉制。測(cè)量各個(gè)卷軸上的光纖的帶寬，然后以提供最高帶寬的光纖拉制張力將余下的預(yù)成形件拉制成光纖。此外，可以以張力映射上產(chǎn)生最高帶寬光纖的張力，從相同的起始預(yù)成形件來(lái)拉制成對(duì)棒。該方法可以微調(diào)多模光纖的折射率a-分布，以實(shí)現(xiàn)峰值帶寬，并且在制造過(guò)程中易于實(shí)現(xiàn)增加高帶寬光纖的選擇。
[0040]光纖拉制生產(chǎn)系統(tǒng)10和方法100通過(guò)以可變的拉制張力從預(yù)成形件拉制光纖，來(lái)制造高帶寬多模光纖。拉制張力包括光纖中的機(jī)械應(yīng)力，這會(huì)改變折射率分布。折射率分布的變化可以相當(dāng)于折射率分布的a值的有效變化?？梢圆捎谜凵浣鼒?chǎng)(RNF)或者馬赫-策德?tīng)?Mach-Zehnder)干涉測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量給定光纖的a-分布。還可以采用輸入化學(xué)組成、玻璃化轉(zhuǎn)變徑向分布、光纖外徑、拉制張力以及應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)的參數(shù)，對(duì)給定光纖的折射率分布進(jìn)行建模。參考圖3，顯示了根據(jù)一個(gè)例子，由于拉制張力的變化對(duì)于a值的影響。在該例子中，光纖具有漸變折射率的GeO2摻雜的二氧化娃芯(相對(duì)于二氧化娃外包覆層為1%A折射率，a約為2.1，芯半徑為25微米)和二氧化硅外包覆層，其中光纖的總體直徑為125微米。可見(jiàn)，測(cè)得的有效a值隨著拉制張力的變化而變化。在該例子中，拉制張力每變化100克，有效a值變化約0.043，如圖中線60上的點(diǎn)62所示。通過(guò)改變拉制張力，可以改變a-分布值，微調(diào)選擇的光纖以實(shí)現(xiàn)最大帶寬光纖。隨著拉制張力的變化，具有不同徑向化學(xué)組成的光纖的a變化會(huì)具有不同的斜率。例如，光纖可能具有漸變折射率的GeO2摻雜的二氧化硅芯，含有氟摻雜的低折射率環(huán)的純二氧化硅包覆層。在該例子中，相對(duì)于a約為2.1的二氧化娃包覆層，芯的相對(duì)折射率A約為0.94%。環(huán)與芯偏移約I微米，折射率變化約為-0.45%，寬約為5微米，并具有二氧化硅外包覆層。在該例子中，拉制張力每變化100克，有效a值變化約0.026。
[0041]參考圖4，顯示了選擇最佳帶寬的光纖的制造方法的一個(gè)例子。在該實(shí)施方式中，將5個(gè)光纖拉制到5個(gè)獨(dú)立的卷軸上，以不同的拉制張力(T)從第一光纖預(yù)成形件(P)拉制各個(gè)光纖。線70A-70E分別顯示了 5個(gè)光纖的拉制張力。然后分別對(duì)各個(gè)光纖測(cè)量一次或多次帶寬特性，對(duì)各個(gè)光纖的帶寬特性進(jìn)行分析，以確定最佳光纖，并進(jìn)而確定最佳拉制張力。然后以選定的產(chǎn)生參數(shù)最高帶寬光纖的張力設(shè)定值，拉制余下的預(yù)成形件(包括余下的第一光纖預(yù)成形件以及由起始芯預(yù)成形件生產(chǎn)的所有其他的光纖預(yù)成形件)。
[0042]如圖5所示，顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的拉制張力與測(cè)得的帶寬的關(guān)系的一個(gè)例子。在該例子中，通過(guò)用GeO2摻雜芯，制造了芯具有a-分布值的多模預(yù)成形件。芯的物理直徑為50微米。包覆層是含有氟摻雜的低折射率環(huán)的純二氧化硅。相對(duì)于純二氧化硅，芯中央的折射率變化約為0.94%。環(huán)與芯偏移約I微米，折射率變化約為-0.45%，寬約為5微米。外包覆光纖的直徑為125微米。用預(yù)成形件分析儀折射率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的預(yù)成形件的a-分布值為2.10，在850nm波長(zhǎng)處的預(yù)測(cè)帶寬為3.33GHz.km。在30-195克的張力(T)范圍拉制預(yù)成形件。通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)80A-80I顯示了在850nm波長(zhǎng)處測(cè)得的帶寬與拉制張力的關(guān)系。在90-130克之間的拉制張力實(shí)現(xiàn)了 3.5GHz.km的最大帶寬，如數(shù)據(jù)點(diǎn)80E所示，在約110克的張力為4.75GHz.km的最佳帶寬。因此，在該例子中，用戶可以選擇約為110克的拉制張力設(shè)定值，以制造最佳性能的光纖?？梢砸灶愃频膹埩?例如約110克的張力)從該預(yù)成形件拉制額外的光纖，從而從余下的預(yù)成形件產(chǎn)生最佳且最高帶寬的光纖。類似地，可以以類似的張力(例如約110克的張力)從其他預(yù)成形件拉制額外的光纖，所述其他預(yù)成形件是由與該張力測(cè)試的光纖預(yù)成形件相同的芯預(yù)成形件制造的。
[0043]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，通過(guò)用GeO2摻雜芯，制造了芯具有a _分布的多模預(yù)成形件。該例子中的包覆層是純二氧化硅。相對(duì)于純二氧化硅，芯中央的折射率變化約為1%。用預(yù)成形件分析儀折射率測(cè)量系統(tǒng)(美國(guó)俄勒R州比弗頓光子動(dòng)力學(xué)儀器公司(PhotonKinetics Instruments, Beaverton, OR))測(cè)得的預(yù)成形件的 a -分布值為 2.13,在 850nm波長(zhǎng)處的預(yù)測(cè)帶寬為2.73GHz.km。以50-170克的拉制張力，以20克的增量，將預(yù)成形件拉制成4km的條帶。所得光纖的芯 直徑約為50微米。光纖直徑為125微米。在90、110、130、150和170克的拉制張力下，帶寬分別約為2.0,3.7,5.4,6.4以及4.3GHz.km。130克和150克的拉制張力實(shí)現(xiàn)了超過(guò)5GHz.km的最大帶寬。因此，在該例子中，用戶可以選擇約130-150克的拉制張力設(shè)定值，以制造最佳性能的光纖。可以約130-150克的張力從該預(yù)成形件拉制額外的光纖，從而從余下的預(yù)成形件產(chǎn)生最佳且最高帶寬的光纖。還可以從由相同的芯預(yù)成形件的光纖預(yù)成形件拉制額外的光纖，即以約130-150克的張力進(jìn)行拉制，從而由額外的光纖預(yù)成形件產(chǎn)生最佳且最高帶寬的光纖。當(dāng)對(duì)光纖在850nm的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，生產(chǎn)的光纖的Ct-分布可以在2.0-2.2的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中，在2.05-2.15的范圍內(nèi)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，光纖的物理直徑可以在60-200微米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在80-125微米的范圍內(nèi)。
[0044]對(duì)于約850nm的波長(zhǎng)，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，用于選擇拉制張力的帶寬特性可采用大于2.0GHz.km的帶寬閾值，更優(yōu)選為大于4.0GHz.km，在一些實(shí)施方式中，大于5.0GHz.km o
[0045]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種光纖的制造方法，該方法包括以下步驟:在爐中提供預(yù)成形件，以第一拉制張力從預(yù)成形件拉制第一光纖，并測(cè)量第一光纖的帶寬特性。所述方法還包括以下步驟:以第二拉制張力從預(yù)成形件拉制第二光纖，并測(cè)量第二光纖的帶寬特性。所述方法還包括基于第一和第二光纖所測(cè)得的帶寬特性，選擇第一和第二光纖中的一個(gè)的步驟。所述方法還可包括以其他不同的拉制張力繼續(xù)從預(yù)成形件拉制其他光纖，以測(cè)量所述其他光纖的特性，并基于測(cè)得的帶寬特性來(lái)選擇所述其他光纖的使用，以選擇采用何種光纖。因此，該實(shí)施方式允許用戶根據(jù)帶寬特性選擇一種或多種光纖用于各種應(yīng)用。
[0046]由于光纖中的應(yīng)力-光學(xué)作用，可變的拉制張力導(dǎo)致a-分布的變化。在拉制過(guò)程中結(jié)合到光纖內(nèi)的殘留應(yīng)力可能是熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的組合。熱應(yīng)力可能導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)(CTE)錯(cuò)配，而機(jī)械應(yīng)力可能導(dǎo)致光纖中不同徑向位置之間的粘度錯(cuò)配。對(duì)于a-分布值約為2的起始預(yù)成形件中的最佳a(bǔ) -分布，在光纖中存在軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和方位角應(yīng)力，它們能夠影響整個(gè)應(yīng)力-光學(xué)系數(shù)系數(shù)分布的折射率。通過(guò)初始預(yù)成形件和相應(yīng)光纖中的摻雜劑水平，以及拉制過(guò)程中光纖中建立的應(yīng)力，控制了光纖的折射率分布，進(jìn)而控制了帶寬。
[0047]所述系統(tǒng)和方`法可以對(duì)預(yù)成形件中給定的摻雜劑分布選擇拉制張力，以微調(diào)并進(jìn)而最優(yōu)化給定光纖的折射率分布帶寬。這實(shí)現(xiàn)了制造最佳峰值帶寬的光纖以及為光纖選擇不同帶寬。本文所述方法可用于制造用于電信應(yīng)用的可選擇性的單模光纖或多模光纖。
[0048]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見(jiàn)的是可以在不背離權(quán)利要求書(shū)的精神或范圍的情況下作出各種修改和變動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種制造光纖的方法，所述方法包括以下步驟: 在爐中提供預(yù)成形件； 以各種不同的拉制張力從所述預(yù)成形件拉制多個(gè)光纖； 測(cè)量在各種不同拉制張力下拉制的各個(gè)光纖的帶寬特性； 基于各個(gè)光纖所測(cè)得的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值； 將拉制張力調(diào)節(jié)至該選定的拉制張力設(shè)定值；以及 以選定的拉制張力設(shè)定值從預(yù)成形件拉制經(jīng)選擇調(diào)節(jié)的光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)拉制張力的步驟包括調(diào)節(jié)爐中預(yù)成形件的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)拉制張力的步驟包括調(diào)節(jié)拉制光纖的速度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致帶寬至少為2.0GHz.km的拉制張力設(shè)定值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致帶寬至少為4.0GHz.km的拉制張力設(shè)定值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，測(cè)量帶寬特性的步驟包括在約850nm的波長(zhǎng)處測(cè)量帶寬特性。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致最高帶寬的拉制張力設(shè)定值。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在爐中提供預(yù)成形件的步驟包括從芯預(yù)成形件生產(chǎn)多個(gè)光纖預(yù)成形件，并在爐中提供一個(gè)光纖預(yù)成形件。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，從多個(gè)光纖預(yù)成形件拉制經(jīng)調(diào)節(jié)的光纖。
10.一種制造光纖的方法，所述方法包括以下步驟: 在爐中提供預(yù)成形件； 以第一拉制張力從所述預(yù)成形件拉制第一光纖； 測(cè)量以第一拉制張力拉制的第一光纖的帶寬特性； 以第二拉制張力從所述預(yù)成形件拉制第二光纖； 測(cè)量以第二拉制張力拉制的第二光纖的帶寬特性； 基于第一和第二光纖所測(cè)得的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值； 將拉制張力調(diào)節(jié)至該選定的拉制張力設(shè)定值；以及 以選定的拉制張力設(shè)定值從預(yù)成形件拉制第三光纖。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該方法還包括以其他各種拉制張力從所述預(yù)成形件拉制光纖，測(cè)量各個(gè)光纖的帶寬特性，并基于以各種拉制張力下拉制的光纖所測(cè)得的帶寬特性選擇拉制張力設(shè)定值的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)拉制張力的步驟包括調(diào)節(jié)爐中預(yù)成形件的溫度。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)拉制張力的步驟包括調(diào)節(jié)拉制光纖的速度。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致帶寬至少為2.0GHz.km的拉制張力設(shè)定值。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致帶寬至少為4.0GHz.km的拉制張力設(shè)定值。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，測(cè)量帶寬特性的步驟包括在約850nm的波長(zhǎng)處測(cè)量帶寬特性。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致最高帶寬的拉制張力設(shè)定值。
18.—種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟: 在爐中提供預(yù)成形件； 以第一拉制張力從所述預(yù)成形件拉制第一光纖； 測(cè)量所述第一光纖的帶寬特性； 以第二拉制張力從所述預(yù)成形件拉制第二光纖； 測(cè)量所述第二光纖的帶寬特性；以及 基于第一和第二光纖所測(cè)得的帶寬特性，選擇第一和第二光纖中的一個(gè)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，拉制第一光纖的步驟包括從第一光纖預(yù)成形件拉制第一光纖，拉制第二光纖的步驟包括從第二光纖預(yù)成形件拉制第二光纖，其中，所述第一和第二光纖預(yù)成形件是由共同的芯預(yù)成形件生產(chǎn)的。
20.如權(quán)利要求18所述的方`法，其特征在于，選擇拉制張力設(shè)定值的步驟包括選擇導(dǎo)致最高帶寬的拉制張力設(shè)定值。
【文檔編號(hào)】C03B37/025GK103619768SQ201180065679
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】D·C·布克賓德, M-J·李, P·J·龍科, P·坦登 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司