專利名稱：制造光纖預制件的方法和形成光纖的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制造光纖的方法、用于制造光纖的預制件以及光纖。
背景技術：
本發(fā)明涉及光纖制造方法，所述方法包括以下步驟i)設置中空基管(substrate tube),ii)使摻雜或未摻雜的活性玻璃形成氣體穿過該中空基管的內部，iii)在該中空基管的內部創(chuàng)建用以使得在該中空基管的內部上發(fā)生玻璃層沉積的條件，其中，使非等溫等離子體沿著該基管在兩個換向點之間往返移動，該等離子體的移 動速度從各減速點開始向著各換向點一直減小為零，iv)對由此獲得的基管進行徑向收縮處理從而形成實心預制件，以及V)從所述實心預制件拉制出光纖。除此之外，本發(fā)明還涉及ー種用于制造光纖的預制件以及光纖。根據(jù)本申請人的美國專利7，522，800可獲知這種方法本身。US 2008/0295541涉及ー種用于使用高頻感應熱等離子體來制造光纖預制件的方法。US 5，318，612涉及ー種用于制造光纖預制件的方法，包括以下步驟對棒的內表面和外表面進行熱施釉；在棒的內表面上沉積玻璃涂層，其中，所述玻璃涂層是為了隨后形成光纖纖芯而設置的；以及對棒進行徑向收縮，其中，施釉步驟、沉積步驟和徑向收縮步驟所需的棒的各種溫度是通過改變爐溫所獲得的。使用本發(fā)明，通過內部化學氣相沉積技術(CVD)來制造光纖預制件，其中該エ藝涉及將摻雜或未摻雜的活性玻璃形成氣體沉積到中空基管的內部上。將這種活性氣體供給到基管的ー側、即入口側上，從而在特定エ藝條件的影響下在該基管的內部上形成玻璃層。使反應區(qū)沿著基管往返移動從而形成玻璃層。該反應區(qū)、具體為等離子體發(fā)生器供給高頻能量，結果在基管的內部產生等離子體，在這種等離子體條件下，活性玻璃形成氣體將發(fā)生反應(等離子體CVD技木)。然而，還可以通過加熱、具體為通過使用燃燒器將能量供給到基管的外側上，或者經由包圍基管的加熱爐將能量供給到該基管的外側上。前述技術的共同特征是反應區(qū)相對于基管往返移動這一事實。根據(jù)等離子化學氣相沉積(PCVD)エ藝，使石英基管沿著其柱軸配置在該諧振腔內，并且將包含例如02、SiCl4的原料氣體與例如GeCl4、C2F6的一種或多種摻雜物的混合物供給至該管內；同時在該諧振腔內產生局部等離子體，這使得Si、Ge、0等發(fā)生反應，由此通過在基管的內表面上直接進行沉積來形成主要摻雜有Ge/F的SiOx，從而形成纖芯層以及ー個或多個包層。中空的石英玻璃基管由加熱爐包圍。在該內部沉積步驟期間，諧振腔沿著該基管的柱軸移動，以在該基管的整個長度方向上均勻地涂覆玻璃層。當沉積完成時，使該基管徑向收縮成實心纖芯棒，其中，該實心纖芯棒具有摻雜有例如F、Ge的摻雜物的SiO2纖芯層以及未摻雜或摻雜有F-Ge的SiO2包層。例如通過插入套管內或者通過進行OVD外包層來將這種纖芯棒制成光纖預制件，這樣可以將該纖芯棒拉制成用作通信用傳輸介質的光纖。高溫可能會導致不期望的OH基團混入支撐管的外表面中。由于該支撐管構成尚未拉制出的光纖的一部分，因此預期上述混入的OH基團將引發(fā)與最終所獲得的玻璃光纖的光學性質有關的問題。當溫度高時，混入到外側上的OH基團在進一歩的エ藝步驟過程中可能向內、即沿著纖芯方向擴散。明顯地，所述OH基團將對光纖的光傳導部產生不利影響。最終，OH基團在1385nm處表現(xiàn)出較寬的吸收峰。結果，在當前所使用的傳輸波長約為1300nm 1500nm的玻璃光纖內發(fā)生附加的信號損耗。此外，1385nm處的所述吸收峰限制了光纖在近年來的研發(fā)所需的較大波長范圍內的使用。因而，期望使向內擴散的OH基團的影響最小化，由此使標準傳輸波長處的信號損耗最小化，從而使得該光纖從商業(yè)角度來看非常合適。根據(jù)美國專利5，397，372已知有用于制造基本無OH雜質的預制件的方法。US 2005/0000253涉及ー種用于通過PV⑶技術來制造低水峰的單模光纖的方法， 其中，由此制造出的單模光纖在1383nm處的衰減低于在1310nm處的指定值。該美國專利申請關注于氣體混合物內的雜質的含量、套管的羥基含量以及沉積エ藝期間環(huán)境的相對濕度。美國專利7，519，256涉及ー種用于制造光纖預制件的方法，其中，對用于沉積內包層的反應區(qū)的速度進行設置，以使得該反應區(qū)在用于沉積內包層的供給側的換向點附近的加速度高于該反應區(qū)在用于沉積外包層的供給側的換向點附近的加速度。美國專利4，741，747涉及ー種用于制造光纖的方法，其中，通過使等離子體隨著時間的變化而在換向點的區(qū)域內非線性地移動以及/或者通過沿著玻璃管的長度方向改變等離子體的密度來減輕所謂的端部漸縮(end taper) 0美國專利4，857，091涉及ー種用于制造光纖的方法，其中，如下的多個參數(shù)被認為會對局部沉積區(qū)相對于等離子體發(fā)生器的軸向位置產生影響，所述參數(shù)包括(i)周期性地改變微波功率，(ii)周期性地改變基管內的壓力，以及(iii)周期性地改變在該管內往返移動的諧振器的行程速度。歐洲專利申請O 038 982涉及ー種用于制造光纖的方法，其中，使等離子體發(fā)生器沿著基管移動，該等離子體發(fā)生器產生熱區(qū)，使得該熱區(qū)可被看作至少包括區(qū)I和區(qū)II這兩個區(qū)的所謂的“串聯(lián)式熱區(qū)”。盡管該文獻提及了可以改變沉積速率或沉積組成以防止發(fā)生所謂的漸縮端部，但該文獻并未表明這種處理涉及何種具體操作。歐洲專利申請0333580涉及ー種用于制造光纖預制件的裝置，其中，使用了可變功率微波發(fā)生器，而沒有使用沿著基管在兩個換向點之間往返移動的非等溫等離子體。根據(jù)英國專利公開GB 2 118 165，已知ー種用于制造光纖的方法，其中，沿著基管軸向移動的熱源的速度符合特定的數(shù)學方程式，所述熱源沿著該管的速度是所述熱源沿著基管的位置的函數(shù)，以使得在該管的整個長度內，玻璃層的總沉積厚度基本恒定。根據(jù)本申請人的美國專利5，188，648，已知ー種用于制造光纖的方法，其中，每當?shù)入x子體到達基管的氣體入口點附近的換向點吋，該等離子體的移動都被中斷，同時繼續(xù)進行玻璃沉積，并且等離子體的移動被中斷的時間段至少為O. I秒。

發(fā)明內容
因而，本發(fā)明的目的是提供一種用于制造可以拉制成光纖的預制件的方法，其中，該預制件幾乎沒有表現(xiàn)出幾何光學漸縮。本發(fā)明的另一方面提供一種可以拉制成光纖的預制件，其中，該預制件在可能的最大長度內表現(xiàn)出恒定的光學性質。本發(fā)明的另一方面提供一種可以拉制成光纖的預制件，其中，該光纖在波長1383nm處的衰減降低了。如前序部分所述的本發(fā)明的特征在于在內部沉積エ藝期間，對反應區(qū)的速度進行設置，以使得該反應區(qū)在沿長度從供給側到排出側內的速度高于該反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度。 通過使用這ー特征來實現(xiàn)上述目的中的ー個或多個目的。因而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可以通過從氣體側或供給側到排出側或泵浦側與從泵浦側到氣體側使用不同的移動速度(sledgevelocity)來減小ニ氧化娃光纖在波長1385nm處的衰減。反應區(qū)優(yōu)選是等離子體，并且用于產生微波的諧振器能夠在中空的石英玻璃基管的整個長度內移動。瑞利(Rayleigh)散射、吸收和彎曲的組合通常會導致ニ氧化硅光纖的衰減。該吸收通常是由玻璃內的污染物所引起的，其中水、具體為OH基團通常是ニ氧化硅光纖內最主要的吸收體。使OH基團混入玻璃層導致了在波長1250nm 1385nm附近的光譜內產生峰。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過使用不同的移動速度可以實現(xiàn)OH衰減的顯著差異。本發(fā)明的沉積方法優(yōu)選采用PVCD型。該PCVD方法使得可以在石英基管內側直接形成玻璃，而其它エ藝使得可以形成粉塵(soot)，其中在另ー步驟中對該材料進行玻璃化。本發(fā)明人意識到還可以通過使例如氟的摻雜物混入要沉積的玻璃層內來減輕所謂的OH峰對衰減的不利影響。使氟混入玻璃層的缺陷是導致折射率值下降，而該下降可通過混入例如鍺的其它種類的摻雜物來進行補償。使鍺混入玻璃層將會導致瑞利散射。因此，為了解決玻璃光纖的衰減問題，本發(fā)明并不關注于改變進入中空的石英玻璃基管的玻璃形成氣體內的摻雜物的組成，而涉及在內部沉積エ藝期間在沿長度從供給側到排出側內與在沿長度從排出側到供給側內使用不同的移動速度。不必在整個沉積エ藝中都實施移動速度不同這ー特征。因此，由于中空基管內的エ藝條件的平衡態(tài)，可以對這兩個長度以大致相同移動速度開始內部沉積エ藝。并在特定時刻之后，根據(jù)本發(fā)明調整移動速度。在該沉積エ藝本身結束時或者甚至在該沉積エ藝本身期間，適當?shù)?，可以對移動速度進行修改以使得這些移動速度在本發(fā)明方法外。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度最多為所述反應區(qū)在沿長度從供給側到排出側內的速度的70%，優(yōu)選50%，更優(yōu)選30%。本發(fā)明人認為等離子體的開始位置受到反應區(qū)沿著基管的長度前進的移動方向的直接影響。本發(fā)明人認為在使反應區(qū)從氣體側向著泵浦側移動時在該氣體側出現(xiàn)較長的等離子體尾(plasma tail)。該現(xiàn)象是由于等離子體在氣體側區(qū)域內已發(fā)生離子化這一事實所引起的。在反應區(qū)向著泵浦側進ー步移動的情況下，氣體側的等離子體尾容易受到微波的影響。另ー方面，當反應區(qū)向著氣體側移動時，氣體側的等離子體尾較短，其中，氣體側的等離子體峰(plasma front)被拉回到該反應區(qū)附近,或者甚至被拉回到該反應區(qū)內。本發(fā)明人認為氣體側的這種較長的等離子體尾將影響開始基管內的玻璃層沉積的位置處的密度。此外，本發(fā)明人認為等離子體峰的密度對使(O)H分子混入石英基管內產生直接影響。此外，應該保持最小程度地使(O)H分子混入石英基管內。除了所提出的前述機制以外，本發(fā)明人認為氯化物含量相對較高的泵浦側等離子體尾將凈化基管的內表面。如果反應區(qū)向著氣體側移動，則因此對剛剛沉積的玻璃層進行處理。本發(fā)明人認為與反應區(qū)向著泵浦側移動時所沉積的層相比，反應區(qū)向著氣體側移動時所沉積的層預期含有較少量的(0)H。應該注意，本發(fā)明人并不拘束于前述兩種機制。在優(yōu)選實施例中，所述反應區(qū)在沿長度從供給側到排出側內的速度的范圍為2m/min 40m/min,優(yōu)選為15m/min 25m/min。在反應區(qū)的速度小于2m/min的情況下，摻雜物的沉積效率趨向于下降到非常低的值，而這是不期望的。本發(fā)明人認為這是因為反應區(qū)的速度低導致中空基管內的溫度過高，從而對摻雜物的沉積效率產生不利影響。如果反應區(qū)的速度高于前述上限值，則沉積設備將有可能發(fā)生若干問題，尤其在換向點的區(qū)域。反應區(qū)在各個換向點處的速度為零，這表示速度應當在短距離內從40m/min以上的值減小為零。這將有可能導致沉積設備的機械問題。 為了獲得高的沉積效率，本發(fā)明人得出如下結論所述反應區(qū)的功率輸出優(yōu)選在沿長度從供給側到排出側內以及在沿長度從排出側到供給側內恒定。為了使特別是GeCl4的摻雜物的沉積效率保持為可接受水平，優(yōu)選地，所述反應區(qū)的速度為2m/min以上，優(yōu)選為15m/min以上。在根據(jù)本發(fā)明的內部沉積エ藝的實施例中，首先沉積外包層，然后沉積內包層，其中，優(yōu)選地，在所述內部沉積エ藝期間，所述反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度隨著沉積時間而改變，其中，初始速度高于最終速度。這意味著，由于反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度降低了，由此在沉積エ藝期間沉積的玻璃層的總厚度將増大。本發(fā)明的經由內部氣相沉積エ藝制造光纖預制件的方法優(yōu)選采用等離子化學氣相沉積(PCVD)型，其中，在該エ藝中，所述反應區(qū)是例如諧振器的等離子體。在本說明書中，對反應區(qū)的速度進行設置，以使得反應區(qū)在沿長度從供給側到排出側內的速度高于反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度。在這種情況下，本領域技術人員應能意識到在供給側的換向點和排出側的換向點這兩個換向點附近，速度變?yōu)榱?。本說明書特別是權利要求書所使用的術語“速度”，是指在石英玻璃基管的大致整個長度內的平均速度、即具有恒定值或特定斜率的速度，其中，該速度在這兩個換向點處將減小為O。因而，這里的“速度”是指供給側的減速/加速點與排出側的減速/加速點之間的速度。此夕卜，與在該特定距離的開頭處的初始值相比，該距離內的速度可以恒定，但也可以減小或增大。因此，本領域技術人員還可以稱之為平均速度。在這方面，本申請與本申請人的美國專利7，522，800完全不同，在該美國專利中，速度分布與第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域(即，與供給側和排出側的換向點附近的區(qū)域，換句話說在速度為零的點即換向點本身與反應區(qū)開始減速/加速的點之間的區(qū)域)相關。然而，這些特定區(qū)域內的速度無法被解釋為恒定。此外，本發(fā)明涉及一種用于形成光纖的方法，其中，在根據(jù)本發(fā)明所獲得的光纖預制件的隨后拉制出光纖的一端處，對該光纖預制件進行加熱，其中，使用如根據(jù)本方法所制造的預制件。


現(xiàn)在將通過若干例子來更加詳細地說明本發(fā)明，其中，應當注意這些特定例子間的關聯(lián)性，但本發(fā)明決不局限于這些特定例子。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的移動的速度分布。圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的衰減-光纖位置的圖。
具體實施例方式使用PCVD技術來制造預制件。如圖I所示，反應區(qū)在沿長度從供給側到排出側內的速度分布高于反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度?；苡蔂t包圍，并且在沉 積エ藝期間，反應區(qū)沿著該基管的長度方向行迸。反應區(qū)的功率、即微波功率為7000瓦特(Watt)。中空基管內的壓カ約為14mbar。將爐的溫度設置為1070 960攝氏度。在該中空基管內流動的氣體成分的組成大致為2/3份的氧、4/6份的SiCl4以及O 1/6份的GeCl4。該沉積エ藝需要約620分鐘。實際上，根據(jù)圖I所公開的實施例，將反應區(qū)在從氣體側到泵浦側內的速度設置為20m/min的恒定值，而將反應區(qū)在沿長度從泵浦側到氣體側內的速度設置為10m/min的速度、即減小了 50%。圖I明確公開了供給側(該圖的左手側)和排出側(該圖的右手側)附近的換向點，其中，在各換向點處恒定速度將減小為零。速度從恒定速度開始向著零下降的點被稱為減速點。從圖I可以看出，供給側的減速點位于0(換向點) 約200mm之間的位置，并且排出側的減速點位于1200 1400mm之間的位置。本說明書所使用的術語“速度”是指這兩個減速點之間的速度、即諧振器的速度在基管的特定長度內恒定的區(qū)域內的速度。在根據(jù)圖I的實施例中，在整個沉積エ藝期間，反應區(qū)的速度在這兩個長度內均保持恒定。然而，在特定實施例中，可以初始地針對這兩個長度以相同的速度分布開始內部沉積エ藝，并且在特定沉積時間之后通過使沿長度從排出側到供給側內的速度與沿長度從供給側到排出側內的速度相比減小了來配置該反應區(qū)的速度。在圖2中，已將根據(jù)圖I的速度分布所制造的預制件拉制成光纖。圖2所示的曲線明確表明與基準光纖相比，反應區(qū)的速度向著氣體側變低的多模光纖在1383nm處的衰減基本上較低?；鶞使饫w是根據(jù)現(xiàn)有技術中的方法制造出的，在該方法中，反應區(qū)在從供給側到泵浦側以及從泵浦側到供給側的這兩個方向上的速度在整個沉積エ藝內相同。另外，圖2明確表明與在反應區(qū)向著泵浦側的速度較低的情況下根據(jù)PCVD型的內部沉積エ藝所制造出的多模光纖相比，在反應區(qū)向著氣體側的速度低于向著泵浦側的速度的情況下根據(jù)PCVD型的內部沉積エ藝所制造出的光纖在波長1383nm處的衰減較低。本發(fā)明的有益方面在于可以獲得衰減降低了約10% 20%的光纖。
權利要求
1.ー種用于經由內部氣相沉積エ藝制造光纖預制件的方法，其中，使用反應區(qū)以及具有供給側和排出側的石英玻璃基管，所述反應區(qū)能夠在所述基管的位于供給側的換向點和排出側的換向點之間的整個長度內移動，在所述基管的供給側向所述基管的內部供給ー個或多個玻璃形成前體，并且在所述基管的排出側排出沒有沉積在所述基管的內部上的成分，在所述基管的內部創(chuàng)建使得在所述基管的內部上發(fā)生玻璃層的沉積的條件， 其特征在于，在所述內部氣相沉積エ藝期間，對所述反應區(qū)的速度進行設置，以使得所述反應區(qū)在沿長度從所述供給側到所述排出側內的速度高于所述反應區(qū)在沿長度從所述排出側到所述供給側內的速度。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述反應區(qū)在沿長度從所述排出側到所述供給側內的速度最多為所述反應區(qū)在沿長度從所述供給側到所述排出側內的速度的70 %，優(yōu)選50 %，更優(yōu)選30 %。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述反應區(qū)在沿長度從所述供給側到所述排出側內的速度為2m/min 40m/min,優(yōu)選為15m/min 25m/min。
4.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應區(qū)的功率輸出在沿長度從所述供給側到所述排出側內以及在沿長度從所述排出側到所述供給側內均保持恒定。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的方法，其特征在于，在所述內部氣相沉積エ藝期間 沿長度從所述排出側到所述供給側的速度分布隨著沉積時間而改變；并且，在所述速度分布中，初始速度高于最終速度。
6.根據(jù)權利要求I至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應區(qū)包括等離子體發(fā)生諧振器。
7.一種用于形成光纖的方法，包括根據(jù)權利要求I至6中任一項所述的制造光纖預制件的方法，其中，對所獲得的所述光纖預制件的一端加熱，井隨后從被加熱的一端拉制出光纖。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于形成光纖的方法，其特征在于，所獲得的所述光纖在波長1383nm處的衰減小于O. 75dB/km。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于經由內部氣相沉積工藝制造光纖預制件的方法以及形成光纖的方法，其中，在該內部氣相沉積工藝期間，對反應區(qū)的速度進行設置，以使得該反應區(qū)在沿長度從供給側到排出側內的速度高于該反應區(qū)在沿長度從排出側到供給側內的速度。
文檔編號C03B37/018GK102690054SQ201210080268
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者E·A·庫伊佩斯, E·阿爾迪, I·米莉瑟維克, J·A·哈特蘇克, M·J·N·范·斯特勞倫 申請人:德拉克通信科技公司