氘處理光纖的制造方法和氘處理光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制造氘處理光纖的方法以及一種氘處理光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本說明書中，將包括含有GeO2的石英玻璃芯的光纖（例如，根據(jù)ITU-T G. 652標 準的光纖）稱作"Ge02·雜芯光纖"。GeO2為用于提高折射率的摻雜劑。對于所包括的芯基 本上由純石英玻璃構(gòu)成、并且不含用于提高折射率的摻雜劑（例如6〇0 2或Al2O3)的光纖， 將其稱為"純石英芯光纖"。純石英芯光纖的衰減小于GeO 2摻雜芯光纖，并且在耐氫性和耐 輻射性方面具有較高的長期可靠性（參見專利文獻1)。為了提高其耐氫性，有時在特定條 件下將Ge0 2·雜芯光纖暴露于氘氣（D2)中（參見專利文獻1)。相反，純石英芯光纖具有 高耐氫性，并且通常不需要暴露于氘氣中。
[0003] 有這樣一種包括石英玻璃芯的光纖，該石英玻璃芯含有微量（500ppm以下）的堿 金屬元素（例如，鈉（Na)或鉀（K))，并且不含用于提高折射率的摻雜劑（專利文獻2至 10)。下文中，將這種光纖稱為"堿金屬摻雜芯光纖"。將堿金屬元素摻雜至光纖母材的芯部 可降低芯部的粘性，并促進光纖母材拉伸時石英玻璃的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的松弛。由此，據(jù)認為向芯 部摻雜堿金屬元素可降低光纖的衰減。這種堿金屬摻雜芯光纖的芯包括極少量的鹵素（如 Cl和F)以及堿金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種具有高耐氫性的堿金屬摻雜芯光纖以及制造這種光纖 的方法。
[0006] 問題的解決方案
[0007] 為了解決該問題，提供了一種制造氘處理光纖的方法，該方法包括：（1)拉伸光纖 母材以形成石英玻璃光纖，該石英玻璃光纖包括芯區(qū)域和包圍該芯區(qū)域的包層區(qū)域，所述 芯區(qū)域含有堿金屬元素，該堿金屬元素的平均濃度為0. 5原子ppm以上；以及（2)在（氘氣 分壓）X (暴露時間）為50kPa ·小時以上的條件下，將所述光纖暴露于溫度為20°C以上的 含有氣氣的氣氛中。
[0008] 在根據(jù)本發(fā)明的氘處理光纖制造方法中，所述氘氣分壓可為5kPa以下，所述溫度 可為80°C以下，所述暴露時間可為200小時以下。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種氘處理石英玻璃光纖，其包括：含有堿金屬元素 的芯區(qū)域，該堿金屬元素的平均濃度為0. 5原子ppm以上；以及包圍所述芯區(qū)域的包層區(qū) 域。所述氣處理光纖在（氣氣分壓）X (暴露時間）為50kPa ·小時以上的條件下暴露于 溫度為20°C以上的含有氘氣的氣氛中。當所述氘處理光纖于25°C的溫度下在含有分壓為 IkPa的氫氣的氣氛中暴露720小時（下文稱為評價條件）后，其在1550nm波長處的衰減增 量為0. 003dB/km以下。
[0010] 在根據(jù)本發(fā)明的氘處理光纖的芯區(qū)域中，氯的平均濃度可為1，〇〇〇原子ppm以上， 氟的最大濃度可為200原子ppm以上，過渡金屬元素和典型金屬元素的濃度可小于0. 5原 子ppm，所述堿金屬元素可為鉀，并且所述堿金屬元素的平均濃度可為100原子ppm以下。 所述氘處理光纖在1550nm波長處的衰減可為0. 180dB/km以下。
[0011] 在根據(jù)本發(fā)明的氘處理光纖中，所述評價條件可使在1530nm至1570nm的波長范 圍內(nèi)的衰減增量為0. 003dB/km以下；所述評價條件可使在1560nm至1620nm的波長范圍 內(nèi)的衰減增量為〇. 〇〇3dB/km以下；所述評價條件可使在1380nm的波長處的衰減增量為 0. 01dB/km以下；并且當所述氘處理光纖于80°C的溫度下在含有分壓為IOlkPa的氫氣的氣 氛中暴露20小時后，其在1380nm波長處的衰減增量可為0. 2dB/km以下。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的氘處理石英玻璃光纖包括：含有堿金屬元素的芯區(qū)域，該堿金屬元 素的平均濃度在0. 5原子ppm至100原子ppm的范圍內(nèi)；以及包圍所述芯區(qū)域的包層區(qū)域， 其中所述芯區(qū)域中氯的平均濃度可為1，〇〇〇原子ppm以上；所述芯區(qū)域中過渡金屬元素和 典型金屬元素的濃度可小于〇. 5原子ppm ;在40°C至80°C的溫度范圍內(nèi)，所述氘處理光纖 可在含有分壓為IkPa至5kPa范圍內(nèi)的氘氣的氣氛中暴露了 20小時至200小時；所述氘處 理光纖在1550nm波長處的衰減可為0. 180dB/km以下；并且當所述氘處理光纖于25°C的溫 度下在含有分壓為IkPa的氫氣的氣氛中暴露720小時后，其在1550nm波長處的衰減增量 可為0. 003dB/km以下。
[0013] 發(fā)明效果
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，可制造具有尚耐氛性的喊金屬慘雜芯光纖。
【附圖說明】
[0015] 圖1為示出了熱擴散步驟的示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下文將參考附圖闡述本發(fā)明的實施方案。提供附圖是為了說明的目的，并非旨在 限定本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了避免重復描述，相同的符號表示相同的部分。在附圖中， 尺寸的比例不一定精確。
[0017] 耐氫性表不了由氫分子造成的光纖衰減穩(wěn)定性，并且其代表了光纖的長期可靠性 的項目中的一個。在鋪設(shè)光纖之后的若干年或者更長的長時間內(nèi)，由光纖的玻璃部分周圍 的包覆材料或者由光纖中的金屬所產(chǎn)生的氫氣有時會逐漸滲透金屬玻璃部分。氫氣可能會 造成反應并在玻璃中形成OH基團和缺陷中心，由此使衰減增加。可通過在加速試驗中分別 研宄光纖中的氫反應性分別與溫度、氫分壓和時間之間的關(guān)系，從而推定所制造的光纖在 其使用年限內(nèi)在工作環(huán)境中由于與氫之間的反應而導致的衰減增量。
[0018] 在堿金屬摻雜芯光纖中，由于堿金屬元素在主要由SiO2構(gòu)成的石英玻璃網(wǎng)絡中具 有相對較高的迀移率，因此石英玻璃網(wǎng)絡易于損壞，并且常常會形成諸如非橋氧中心之類 的缺陷中心。因此，堿金屬摻雜芯光纖的耐氫性可低于純石英芯光纖。
[0019] 本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在由1500nm至更長波長側(cè)的波帶中，堿金屬摻雜芯光纖會發(fā)生 逐漸增加的另一種衰減。因此，堿金屬摻雜芯光纖存在耐氫性可能劣化的問題，其中該耐氫 性是長期可靠性項目中的一個。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的氘處理光纖的制造方法包括母材形成步驟、拉伸步驟 和暴露步驟?？墒褂迷摲椒▉碇圃靿A金屬摻雜芯光纖。母材形成步驟包括順次進行的干燥 步驟、熱擴散步驟、縮徑步驟、蝕刻步驟和實心化步驟。在所述母材形成步驟中形成了具有 摻雜堿金屬元素的芯的石英玻璃光纖母材。在所述拉伸步驟中，將光纖母材拉伸以形成光 纖。在所述暴露步驟中，將所述光纖暴露于氘氣氛中。
[0021] 圖1為不出了熱擴散步驟的不意圖。石英玻璃管1含有100原子ppm的Cl以及 6, 000原子ppm的氟。其他摻雜劑的濃度低于檢測的下限（約Ippm)。石英玻璃管1的外 徑為32mm且內(nèi)徑為15mm。玻璃管1的一端與操作玻璃管（handling glass pipe) 5相連。 操作玻璃管5的一部分被用作原料儲存器（raw material reservoir)。在該原料儲存器中 準備了堿金屬鹽原料（KBr) 3?？蓪⒉糠植ＡЧ?用作原料儲存器。
[0022] 在熱擴散步驟之前的干燥步驟中，當將3SLM(標準條件下為3升/分鐘）的干燥 氮氣（露點：_76°C以下）作為載氣引入該原料儲存器中的同時，利用外部熱源（電爐）2將 該原料儲存器的外部加熱至500°C的溫度。將該狀態(tài)保持30分鐘以干燥原料儲存器中的堿 金屬鹽原料3。在干燥步驟中，原料儲存器的外部溫度為270°C以上且低于堿金屬鹽原料的 熔點，優(yōu)選為550°C以下。
[0023] 在熱擴散步驟中，將原料儲存器的溫度調(diào)節(jié)為860°C。當將ISLM的干燥氧氣作為 載氣引入原料儲存器和玻璃管1時，利用外部熱源（氫氧燃燒器）4將玻璃管1的外表面加 熱至2000