專利名稱：光波導衰減器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及影響光纖信號的傳輸?shù)钠骷?。尤其是，本發(fā)明涉及光波導衰減器件。
背景技術：
在長距離地傳輸光信號的光纖通信系統(tǒng)中，普遍希望把光纖中的吸收和散射所引起的光損耗減到最少。然而，在許多情況下，必須利用光學衰減器器件來減少光信號中所存在的功率的數(shù)量。
例如，通信系統(tǒng)接收機在一定范圍的光輸入電平內發(fā)揮最佳的功能，因此必須把輸入電平調節(jié)到所需的范圍。光學通信系統(tǒng)中的路徑衰減是纖維長度和纖維衰減系數(shù)的函數(shù)。因而，可通過增大纖維長度來調節(jié)路徑衰減，但這不適用于使用低損耗的纖維。相應地，在不適用于使用長度長的低損耗纖維時，可利用高損耗光纖的衰減器來增大路徑衰減。還可利用衰減器均衡來自不同源的光學信號，或者在校準光學元件或網絡時模擬存在長的低損耗線。
還在諸如波分多路復用器和星形耦合器等器件的未使用光纖的終端的端接(termination)時使用纖維衰減器，來消除不想要的后向反射。在5,573,618號美國專利中描述了把纖維衰減器用作星形耦合器中未使用纖維的端接器(terminator)，這里依據(jù)該專利并通過參考而引入。
光纖衰減器通常包括具有核心和包層的光纖，核心包括增大光纖的衰減的雜質材料。雜質可通過稀土元素的溶解摻雜過渡而引入纖維核心內，纖維的衰減正比于雜質濃度和纖維長度。例如，見5,633,974號美國專利。然而，溶解摻雜的幾個缺點主要在于，溶解摻雜包括必須在光纖制造后進行的額外的處理步驟。
在4,881,793號美國專利中所述的另一種纖維衰減器包括以諸如Ti、V、Cr或Fe等原子價可變元素對光纖的核心進行汽相淀積摻雜，這些元素局部處于較低價的狀態(tài)。由淀積過程中所使用的氧氣量或在還原氣氛中固結預制坯來控制存在的較低價狀態(tài)。據(jù)報告，以4,881,793號美國專利中所述的纖維所實現(xiàn)的衰減僅達到約25dB/m。在諸如端接器等某些應用中，希望提供衰減超過100dB/m的衰減器。
相應地，希望提供一種能提供大的衰減范圍的光學衰減器件的制造方法。

發(fā)明內容
申請人已發(fā)現(xiàn)一種光波導衰減器件的制造方法，在波長從約780nm到約1600nm處，該器件的衰減可在從約0.5dB/m到大于約5000dB/m的范圍內變化。
本發(fā)明的一個方面包括一種光學衰減器件的光波導的制造方法，該方法包括在使核心形成坯件(blankmaking)的過程中以過渡金屬對二氧化硅核心進行摻雜并把過渡金屬摻雜的核心暴露在氫氣中。本發(fā)明的方法還可包括使摻雜的核心固結，這最好在沒有氯干燥氣體的固結爐中進行。最好在核心坯件固結后進行把摻雜核心暴露于氫氣的步驟，尤其是對于波導為光纖的實施例，在核心已形成芯棒(core rod)后進行。在本發(fā)明的一個實施例中，雜質包括鎢。
本發(fā)明的另一個方面包括一種光學衰減器件，該器件包括具有摻雜鎢的核心和包層的光波導，最好是光波導纖維。所提供的鎢的數(shù)量的重量百分比最好從約0.1％到約5％，然而，可包括較高濃度的鎢。在本發(fā)明的一個方面中，鎢的至少一部分從+6的氧化狀態(tài)還原到+5的氧化狀態(tài)。本發(fā)明的衰減器件可用于在約1300nm到約1550nm的波長處產生從約0.5dB/m到約5,000dB/m的衰減。在另一個方面中，本發(fā)明包括一種衰減器件，這種衰減器件包括具有摻雜鎢的核心和包層的摻雜鎢的波導纖維，最好是單模式光波導纖維，摻雜鎢的光波導纖維連接到至少一個光纖。
申請人已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法能提供衰減范圍比申請人公知的器件更寬的衰減器件。
在以下的描述中提出本發(fā)明的附加特點和優(yōu)點，從此描述將使部分特點和優(yōu)點變得明顯起來，或可通過本發(fā)明的實踐而得到。應理解，上述總體描述和以下的詳細描述是示例和說明性的，并將對所要求的發(fā)明提供進一步的說明。
所包括的附圖使得可進一步理解本發(fā)明，它們引入并構成本說明書的一部分，這些附圖示出本發(fā)明的一個實施例，并將與描述一起來說明本發(fā)明的原理。
附圖概述

圖1是依據(jù)本發(fā)明的示意實施例構成的光波導纖維衰減器件的透視圖。
本發(fā)明的較佳實施方式現(xiàn)在將詳細地參考本發(fā)明的較佳實施例，在附圖中示出該實施例的一個例子。在圖1中示出本發(fā)明的光波導衰減器件的一個示例實施例，由標號10從總體上表示該器件。
本發(fā)明的一個方面包括光學衰減器件的光波導10(最好是單模式光波導纖維)的制造方法，此方法包括在使玻璃核心形成坯件的過程中形成摻有過渡金屬的核心坯件。有用于形成坯件核心的化合物包括金屬鹵化物及沒有鹵化物的環(huán)硅氧烷化合物，諸如八甲基四硅氧烷、十甲基環(huán)戊硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷及其混合物。在本發(fā)明的另一個方面，引入過渡金屬雜質的方法發(fā)生在使玻璃核心形成坯件的過程中。例如，在鎢為雜質的實施例中，可在汽相淀積過程中引入鎢氣體化合物，最好是六氟化鎢。本發(fā)明的另一個方面包括使核心坯件固結，在核心坯件周圍設置包層而產生波導預制坯，使波導預制坯固結，以及把預制坯拉制成光波導纖維。
在波導為光纖的實施例中，可使核心坯件形成芯棒，可在核心周圍設置包層前把芯棒暴露在氫氣中。作為本說明書中所使用的，術語“芯棒”指直徑大于約一毫米最好具有約7毫米到約10毫米的圓柱體形狀的玻璃坯件。
可在諸如OVD工藝等汽相淀積過程中把過渡金屬雜質引入光波導的核心中。例如，為了產生包含的鎢雜質在1％和4％之間的核心坯件，可經由質量流控制器把六氟化鎢氣體從一容器通過一導管傳送到位于燃燒器前的火焰水解系統(tǒng)的傳送管道。六氟化鎢氣體的流速可從每分鐘約0.05標準升變化到每分鐘約0.5標準升?？衫闷鹋萜?bubbler)傳送系統(tǒng)使用以每分鐘約2升的速率流動的氧氣載運氣體把SiCl4蒸汽傳送到燃燒器。然后，SiCl4蒸汽和六氟化鎢氣體在燃燒器處燃燒而形成摻雜鎢的核心坯件?；蛘?，如1996年12月17日提交的名為“通過液體反應物的燃燒而形成的石英玻璃(fused silica)的方法和設備”的08/767,653號未決申請中所揭示的，可通過燃燒液體化合物來形成摻雜的核心坯件，這里通過參考引入該申請。
可把摻雜核心坯件固結，這最好是在沒有氯干燥氣體的固結爐中進行的。申請人已發(fā)現(xiàn)，當摻雜鎢的核心坯件在有氯干燥氣體的爐子中固結時，鎢在固結期間脫離核心坯件，導致衰減較低的波導。此外，由在沒有氯干燥氣體的爐子中固結的坯件來形成波導包含羥基團(hydroxyl group)，它進一步增大了本發(fā)明的器件的衰減。固結爐最好包含以每分鐘約0.9標準升到每分鐘約40標準升的速率流動的氦氣。
可把固結的摻有過渡金屬的核心坯件拉制成直徑約7mm到約10mm的芯棒。然后，可以二氧化硅包裹核心，進行固結并拉制成光波導纖維，以形成衰減器件。在核心中包含重量百分比約3.8％的鎢的波導纖維產生了一種衰減器件，其衰減在1550nm處為約50dB/m，在約1300nm處為約100dB/m。
申請人已發(fā)現(xiàn)通過把摻雜的核心暴露于氫氣可明顯地增大摻有過渡金屬的波導纖維的衰減。最好通過在包含氫氣的爐子中處理芯棒來將經摻雜的核心暴露于氫氣中?？刂茽t子的溫度、爐子中氫氣的壓強以及核心暴露于氫氣的時間使得能夠制造衰減范圍寬的波導制造。
應理解，在包含氫氣的爐子中處理芯棒的時間較長使更多部分的過渡金屬雜質從較高的氧化狀態(tài)還原到較低的氧化狀態(tài)，導致衰減較高。類似地，增大爐子中的氫氣壓強將增大過渡金屬元素還原到較低氧化狀態(tài)的速率。例如，在650℃的溫度下，在包含壓強為1個大氣壓強的氫氣的爐子中對包含3.8％鎢的芯棒處理44小時，在隨后產生的光波導纖維中所提供的衰減在1300nm處約750dB/m，在約1550nm約500dB/m。當然，通過調節(jié)工藝條件可實現(xiàn)更高的衰減。對于任何所需的衰減，可通過實驗來確定最佳的溫度、雜質濃度、氫氣壓強和處理時間。
當已在包含氫氣的爐子中處理了摻有過渡金屬的芯棒后，可在芯棒上淀積外包的二氧化硅，從而形成光波導預制坯，它可以固結并拉制成光波導纖維。光波導預制坯的固結最好在沒有氯干燥的爐子中進行。
現(xiàn)在參考圖1，本發(fā)明的另一個實施例包括一種光學衰減器件10，在本示例實施例中示為光波導纖維，它最好是具有摻雜鎢的核心12和包層14的單模式纖維?？捎赏ㄟ^包括例如OVD、MCVD、PCVD和VAD等任何常規(guī)的汽相淀積工藝或通過包括諸如硅氧烷等液體反應物的燃燒而形成的石英玻璃預制坯來形成波導纖維。雖然可包括更高的濃度，但核心12中所存在的鎢雜質的數(shù)量的重量百分比可從約0.1％到約5％。更高濃度的鎢將實現(xiàn)更高的衰減。
最好，如上所述通過把核心12暴露于氫氣，使核心12中的至少一部分鎢從+6的氧化狀態(tài)還原到+5的氧化狀態(tài)。申請人已發(fā)現(xiàn)把核心12在氫氣中暴露較長的時間增大了衰減器件的衰減。依據(jù)本發(fā)明的原理產生的器件可用于在約780nm到約1600nm的波長處產生從約0.5dB/m到大于約5,000dB/m的衰減。如上所述，除了鎢核心在氫氣中暴露的時間以及其它處理條件以外，還可通過核心中鎢的濃度來控制衰減。
在本發(fā)明的另一個方面，光學衰減器件包括摻雜鎢的光波導，最好是如圖1所示的單模式光波導纖維，摻雜鎢的波導的至少一端連接到一光纖(未示出)。本領域內的技術人員容易理解，本發(fā)明的器件可用作端接器，其中光學衰減器件的一端連接到諸如星形耦合器等器件的未使用光纖的一端來消除后向反射。在其它應用中，可通過在兩個長度的光纖之間接合衰減器件而把本發(fā)明的衰減器件插入現(xiàn)有的光路中。
當然，應理解，可利用任何適當?shù)鸟詈匣蜻B接裝置來把本發(fā)明的衰減波導纖維耦合到一個或多個纖維的終端。耦合器或連接器的特定類型通常將取決于所選擇的應用。
當然，本發(fā)明不限于以上僅通過舉例所述和所示的實施例。對本領域內的技術人員很明顯的是，可對本發(fā)明的器件和方法進行各種修改和變化而不背離本發(fā)明的精神或范圍。例如，雖然通過在淀積二氧化硅外包層前在包含氫氣的爐子中把摻有過渡金屬的核心暴露于氫氣來處理摻雜芯棒是較佳的，但把二氧化硅外包層淀積在摻雜鎢的芯棒上、使光波導預制坯固結、然后在包含氫氣的爐子中處理該預制坯以把核心暴露于氫氣也在本發(fā)明的范圍內。因而，本發(fā)明試圖覆蓋所附權利要求書所限定的本發(fā)明的各種修改和變化。
權利要求
1.一種光學衰減器件的光波導的制造方法，其特征在于包括以下步驟在使核心形成坯件的過程中以過渡金屬對二氧化硅核心進行摻雜；以及把摻有過渡金屬的核心暴露于氫氣。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括使摻雜核心固結的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于在沒有氯干燥氣體的固結爐中進行使摻雜核心固結的步驟。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括把摻雜的二氧化硅核心暴露于溫度至少約100℃的氫氣中的步驟。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于雜質包括鎢。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于還包括在核心形成坯件的過程中引入六氟化鎢氣體的步驟。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于還包括把摻雜鎢的核心在壓強至少約1個大氣壓強且溫度為大約625℃到大約690℃的氫氣中暴露至少約20小時的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于所存在的鎢的數(shù)量的重量百分比從大約0.1％到大約5％。
9.一種光學衰減器件，其特征在于包括具有摻雜鎢的核心和包層的光波導。
10.如權利要求9所述的光學衰減器件，其特征在于鎢的至少一部分從+6的氧化狀態(tài)還原到+5的氧化狀態(tài)。
11.如權利要求10所述的光學衰減器件，其特征在于所存在的鎢的數(shù)量的重量百分比從大約0.1％到大約5％。
12.一種光學衰減器件，其特征在于包括具有摻雜鎢的核心和包層的摻雜鎢的光波導，所述摻雜鎢的光波導連接到至少一個光纖。
全文摘要
一種光學衰減器件的制造方法,該制造包括具有摻雜過渡金屬的核心和包層的光波導。在核心形成坯件的過程中把過渡金屬淀積在核心中。把摻雜了過渡金屬的核心暴露于爐子中的氫氣,以明顯增大器件的衰減。
文檔編號C03B37/014GK1265637SQ98807808
公開日2000年9月6日 申請日期1998年7月20日 優(yōu)先權日1997年7月31日
發(fā)明者G·E·伯克, C·L·霍格林, C·M·特魯斯德爾 申請人:康寧股份有限公司