專利名稱：在1385nm處具有低損耗的光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種單模光纖并尤其涉及一種在整個1200-1600納米(nm)波長范圍內(nèi)具有理想的傳輸特性的光纖的制造。
玻璃光纖中的光損耗是玻璃純凈度的量度，并且還說明光如何從光纖的輸入端到輸出端被衰減。損耗越低，光在必須被放大之前可傳播的距離越遠(yuǎn)。1200～1600波長范圍內(nèi)的光波穿過玻璃時的損耗特別低，多年來光波傳輸一直被限定在1310nm和1550nm附近的波長區(qū)域。有多種因素導(dǎo)致把光波傳輸限制在這些區(qū)域，這些因素包括1600nm以上的光纖折射損耗；當(dāng)前光放大器的增益特性；瑞利散射；和以1385nm為中心的氫氧根離子(OH)的吸收。關(guān)于光源在1360-1430nm波段內(nèi)的利用率，已形成“無人區(qū)”。但用磷化銦(InP)為基材的系統(tǒng)制造波長范圍為1200～1600nm的光源并沒有物理障礙。事實(shí)上，許多研究者已經(jīng)精確地制造出在此區(qū)域內(nèi)各種波長的激光器，用于研究不僅在光纖中的光吸收，而且在環(huán)境污染特征中的光吸收。另外，已研制出在1480nm輻射的光纖放大器泵浦激光器。


圖1是具有玻璃芯層的光纖總的頻譜損耗曲線。損耗曲線所示波長區(qū)域內(nèi)的總損耗低至足以滿足實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)作的水平。在此波長區(qū)域內(nèi)的損耗主要?dú)w因于瑞利散射和OH吸收。
瑞利散射是光纖材料中密度和成份變化所導(dǎo)致的基本現(xiàn)象。這種變化發(fā)生于玻璃制造時，因?yàn)樵谥圃鞎r它變?yōu)榉蔷Ч虘B(tài)必須經(jīng)過玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)。在轉(zhuǎn)變點(diǎn)會發(fā)生一定水平的熱擾動，這導(dǎo)致在軟化點(diǎn)熱漲落和成份漲落“凍結(jié)”成網(wǎng)格狀并依賴于材料的成份。這種缺陷的程度比光的波長小。它們是不可消除的、基本的，成為光纖損耗的下限。瑞利散射與1/λ4成正比，其中λ為光波長。
在1385nm處的光損耗是玻璃中殘留水份的量度。存在的水份越多，損耗就越高。因此，氫氧離子吸收經(jīng)常是指“水份”吸收，它源自于光波能量在與不同振蕩模式有關(guān)的波長處被OH離子吸收。例如，該離子的兩個基模振蕩發(fā)生在2730nm和6250nm，并分別對應(yīng)于它的拉伸和彎曲運(yùn)動。勿庸質(zhì)疑，諧波和合振蕩強(qiáng)烈地影響在近紅外和可見光波區(qū)域中的損耗。特別是1385nm處的諧波位于將來的光纖系統(tǒng)可工作的傳輸區(qū)域的中心。長久以來，人們一直希望將此特別的“水峰”降至盡可能低的值。但不幸的是即使低達(dá)百萬分之一(ppm)濃度的OH在1385nm造成的損耗也高達(dá)65dB/km。并且若希望把OH濃度降低到使在1385nm處的總損耗與在1310nm處的總損耗(即大約0.33dB/km)相當(dāng)?shù)乃?，即將其降低一千倍，達(dá)到0.8ppb，這在商業(yè)上是不可行的。這種OH濃度1385nm處的瑞利散射增加了0.05db/km的損耗，使得在此波長處的總損耗約達(dá)到0.33dB/km。
圖1中畫出了三個“窗口”，每個窗口表示出光纖正常工作的—個波長范圍。從歷史上來看，早期的光纖系統(tǒng)在近825nm(第一窗口)處工作，因?yàn)樵?979年可得到在此波長的激光源和探測器。在1980至1983年之間，在接近1310nm處工作的第二窗口系統(tǒng)成為可能，并且近來，在1986年，已采用在1550nm處的第三窗口系統(tǒng)工作。對于未來的光學(xué)系統(tǒng)，在商用光纖中消除在1385nm處的水峰將有效地開放1200-1600nm間的全部波段以用于光波傳輸。
在多模光纖中，因?yàn)樾緦雍桶鼑緦拥牡矸e的包層之間折射率相差很大，所以光波被嚴(yán)格地限定在芯層中。因?yàn)楣獠ū挥行У叵薅ㄔ诙嗄９饫w中的芯層中，所以包層中的OH離子對光損耗沒有顯著的影響。實(shí)際上已制造出在1385nm處具有低OH吸收的多模光纖并具有文字記載。例如，見Electronics Letters中Moriyama等的Ultimately Low OH Content V.A.D Optical Fibres,August28,1980 Vol.16,No.18,pp.698-699。但一直希望制造出一種單模光纖，能量的主要部分在包層傳輸，在1385nm處具有較低的水吸收峰。
在1986年8月的Journal of Lightwave Technology,Vol.LT-4,No.8,pp.1026-1033的Recent Developments in Vapor Phase AxialDeposition一文中H.Murata報道了一種在1385nm處有低水吸收峰的單模光纖。但低的水吸收是通過在用硅管包裹之前首先在纖芯上沉積大量的包層實(shí)現(xiàn)的。(VAD過程是主要的步驟，在生產(chǎn)率上的任何一點(diǎn)降低都會使制造成本增加到淀積的大量包層為預(yù)制棒的大批生產(chǎn)所不能接受的程度)。稱作涂覆的包層/芯層比的品質(zhì)因數(shù)(D/d)定義為棒的直徑(D)與芯層的直徑(d)之比；理想的情況是此無量綱的量盡可能地小，因?yàn)榈矸e材料的量與(D/d)2成正比。Murata指出，在用硅管包裹之前涂覆的包層/芯層比大于7.5，從而確保對于大量不同的包裹管，光纖中的OH含量很低。不用說，更希望制造出OH含量低的D/d小于7.5的芯棒。
采用改良過的化學(xué)汽相淀積(MCVD)法制作低OH含量的光纖已為公眾所知，如1995年3月14日公開的美國專利U.S.5,397,372。在該專利中，采用無氫等離子體吹管在玻璃管內(nèi)側(cè)淀積高折射率材料。然后玻璃管塌縮變?yōu)轭A(yù)制棒，但從這種預(yù)制棒中僅能拉出長度很短(如0.7km)的光纖。但在商業(yè)生產(chǎn)中，卻需要很大的預(yù)制棒制作很長的光纖。盡管OH污染會成為嚴(yán)重問題，但管內(nèi)芯棒技術(shù)仍是制作大預(yù)制棒的經(jīng)濟(jì)途徑。
因此，我們尋求的是—種能夠在1360-1430nm波段內(nèi)長距離工作的光傳輸系統(tǒng)。更重要的是，我們要尋求一種在1385nm處有較低的水峰的單模光纖及其在商業(yè)上可行的制造方法。
制造在1385nm處具有低光學(xué)損耗的單模光纖的方法始于形成一根其芯的折射率高于包圍該芯的包層折射率的玻璃棒。芯的直徑設(shè)為(d)，涂覆的包層直徑設(shè)為(D)。芯棒的包層/芯層比率小于7.5,OH離子的濃度按重量計(jì)小于十億分之0.8。在將芯棒裝入具有較低的合適的OH離子濃度的中空璃璃管之前拉伸芯棒。安裝完之后，通過把管子曝露在熱源上而使管子塌縮到芯棒上。最終的結(jié)構(gòu)被稱為預(yù)制棒。
光纖是通過把預(yù)制棒放入爐中并從一端拉出薄玻璃纖維而形成的。然后給玻璃纖維上涂覆一層或多層保護(hù)性涂覆材料，通過輻照將其烘干固化。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，芯棒中摻雜有鍺并通過軸向氣相淀積(VAD)制成。一旦芯棒形成，將其放在低于1300℃溫度的含氯或含氟的氣氛中脫水，然后在高于1400℃溫度的氦氣氛中固結(jié)。在蝕刻時從棒的表面除去少量的材料，這最好通過無氫等離子體吹管來完成。
在一個實(shí)施例中，通過使用氫氧吹管來實(shí)現(xiàn)芯棒的拉伸，隨后需要從一個芯棒的表面除去由吹管產(chǎn)生的OH污染層的蝕刻步驟。在另一個實(shí)施例中，芯棒的拉伸通過采用無氫等離子體吹管來實(shí)現(xiàn)，這樣不會污染棒的表面，不需要隨后的蝕刻步驟。
本發(fā)明人第—個認(rèn)識到在商業(yè)上生產(chǎn)具有很低OH含量的光纖是可行的；還認(rèn)識到可利用在此之前從未結(jié)合使用過的公知步驟達(dá)到商業(yè)生產(chǎn)的目的。事實(shí)上，盡管長期以來人們已感到需要使用1200-1600nm整個波段進(jìn)行光波傳遞，并在二十世紀(jì)八十年代早期有一些“夸大的”實(shí)驗(yàn)報告證實(shí)可以制造出低OH含量的光纖，但到今天為止還沒有制造者能提供這種商用產(chǎn)品。
當(dāng)閱讀附圖時，從下列詳細(xì)描述中對本發(fā)明及其工作模式將有更清晰的理解，附圖中圖1是已知光纖的總損耗譜線，它畫出了在各種波長處由于OH離子吸收能量所導(dǎo)致的損耗；圖2是由軸向氣相沉積方法制作芯棒的總示意圖；圖3是按照本發(fā)明制作光纖的方法的流程圖；圖4是從芯棒表面用等離子體吹管除去OH離子的示意圖；圖5是用于將芯棒插入并與管子對準(zhǔn)，且使管子塌縮到棒上的裝置的透視圖；圖6是本發(fā)明玻璃預(yù)制棒的截面圖，顯示了有關(guān)芯和淀積的包層的直徑；圖7表示從圖6所示玻璃預(yù)制棒中拉出的光纖，其上已涂覆有兩層保護(hù)層；圖8是測得的按本發(fā)明制造的光纖的傳輸特性曲線；和圖9是能夠在1360-1430nm波長段工作的傳輸路徑中工作的四通道WDM系統(tǒng)。
首先參見圖3，它提供了本發(fā)明制作在1385nm處有低損耗的光纖的優(yōu)選制造法總視圖。這些步驟在整個說明書全文中用各個標(biāo)號(31-38)表示。前三個步驟(標(biāo)號31-33)涉及芯棒的制作，該芯棒具有合適的低OH含量(即小于0.8ppb)，可用玻璃管包裹。相應(yīng)地，前三步可用制作淀積包層/纖芯比小于7.5,OH含量在重量上小于0.8ppb的芯棒的—個步驟代替。最好通過下面討論經(jīng)步驟31的VAD方法來制作芯棒。
芯棒制作參見圖2對VAD方法進(jìn)行討論，在該過程中玻璃顆?；颉盁熁摇钡矸e在硅起始棒上。芯棒20包括芯21，其折射率大于涂覆其上的淀積包層22的折射率。已經(jīng)知道光向著折射率較大的區(qū)域彎折，利用這—物理原理使光沿著光纖的中心傳導(dǎo)。為了產(chǎn)生—個具有較高折射率的區(qū)域，給吹管201供應(yīng)燃料(如氧氣和氫氣)和原材料(如GeCl4和SiCl4)，使得吹管朝向玻璃棒的中心在火焰中噴射氣化的原材料?；鹧媸乖牧习l(fā)生反應(yīng)，使玻璃顆粒(煙灰)淀積到芯棒20上。芯棒一般垂直延伸，在其上端開始沉積。然后垂直向上移動并旋轉(zhuǎn)，使得玻璃灰沿其全長及周邊淀積。另—個吹管202用于將稱作淀積包層的玻璃層22淀積到芯21上。用于吹管202中制作包層22的原材料例如可以是SiCl4。因而可以知道摻鍺的芯21是產(chǎn)生比包層有更高折射率的芯的一個途徑?；蛘?，SiCl4也可以是用于制作芯21的原材料，而摻氟的涂覆包層將產(chǎn)生一個折射率低于芯折射率的包層。在此情況中，氟化物如SF6,CCl2F2,CF4和SiCl4在包層吹管202中混合。在Academic Press,Inc，出版的AT&T和BellCommunications Research,Inc的Optical Fiber Telecommunications Ⅱ一書的第四章中對不同光纖的制造方法作了詳細(xì)的敘述說明。尤其在4.4.4節(jié)(P169-180)講解了VAD方法，在此引用作為參考。
在上述的VAD方法中，淀積包層的直徑(D)比芯層的直徑(d)小7.5倍。并且因?yàn)樾景舻闹圃焓且粋€高消費(fèi)過程，在芯棒的制作中節(jié)省任何一點(diǎn)時間都直接導(dǎo)致光纖成本的降低。事實(shí)上，芯棒所需的VAD淀積量正比于(D/d)2。但是隨著芯棒D/d的變小，對包管純凈度的要求變高。通過減小D/d，在包管中傳播的光纖中的光能更多，并且雜質(zhì)如OH離子會導(dǎo)致附加的吸收損耗。這是因?yàn)镺H離子是活動的，并尤其在光纖拉制操作中，OH離子將向纖芯遷移。甚至更糟的是OH離子可分解成氫氣，它比OH離子更活潑，可在光纖拉伸過程中擴(kuò)散至纖芯中。隨后發(fā)生在纖芯中氫氣和原子污損之間的反應(yīng)將導(dǎo)致OH離子在那兒形成。具有淀積包層/纖芯比率小于2.0的芯棒需要OH含量非常低的包管，這在目前成本很高。因此，目前淀積包層/纖芯比率的商用實(shí)際范圍確定為2.0＜D/d＜7.5。
圖3中的步驟標(biāo)號32表示把芯棒放入大約1200℃溫度的含氯或氟氣氛中脫水。在此階段，芯棒是疏松的煙灰體，象氯氣這類氣體很容易滲入該煙灰體的空隙中并以氯離子取代OH離子，從而使得灰狀體內(nèi)大致無水。OH離子的置換速率與氯氣的流動速率和脫水溫度有關(guān)。
圖3中的步驟33表示通過把芯棒放入大約1500℃的氦氣氛中將其固結(jié)。固結(jié)是一個把疏松的灰棒變成無顆粒邊界的密集玻璃的步驟。關(guān)于脫水和固結(jié)步驟的詳細(xì)描述出現(xiàn)在美國專利US3,933,454中該專利
公開日為1976年1月20日，在此引入作為參考。
圖3中的步驟34表示最好用氧-氫吹管來拉伸芯棒。這是提供此步驟中所需大量熱量的最經(jīng)濟(jì)方式?；蛘?，此步驟也可通過使用如下所述的無氫等離子體吹管來執(zhí)行，具有免除蝕刻(步驟35)的優(yōu)點(diǎn)。由VAD方法獲得的芯棒太大而不適于裝入正常尺寸的包管中，通常在插入之前拉伸芯棒以減小其直徑。這種拉伸一般在本領(lǐng)域公知結(jié)構(gòu)的車床上完成。芯棒被放置在車床的車頭和在尾之間以便與其一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)芯棒轉(zhuǎn)動時，吹管以恒定的速率沿其中心軸向著車頭在芯棒下方移動。在吹管移動的同時，車床尾離開車床頭運(yùn)動，使得芯棒被拉伸而減小了直徑。易燃?xì)怏w如氫氣和氧氣分別以30升/分(lpm)和15升/分(lpm)典型的速率流經(jīng)吹管。在實(shí)際當(dāng)中使用氫氣時，在芯棒的表面產(chǎn)生一OH層。芯棒的拉伸為現(xiàn)有公知技術(shù)，在1986年5月25日公開的美國專利U.S.4,578,101中有詳細(xì)的描述。
芯棒的蝕刻步驟35表示對拉伸的芯棒進(jìn)行蝕刻，最好采用無氫等離子體3吹管。圖4是用于等離子體蝕刻芯棒20以除去棒表面存有的大部分OH離子的裝置示意圖。關(guān)于等離子體蝕刻的詳細(xì)信息在1991年3月19日公開的美國專利U.S.5,000,771中可以得到，在此用作參考。雖然可以采用其它的蝕刻技術(shù)有效地除去棒表面的OH離子，但下面仍給出等離子體蝕刻法的簡要說明。這些其它的蝕刻技術(shù)包括但不局限于機(jī)械研磨和化學(xué)蝕刻。
等溫等離子體可被用于快速從玻璃棒的外表面除去(蝕刻)二氧化硅和硅酸玻璃。利用等溫等離子體吹管，因?yàn)楦叩牡入x子體溫度，該溫度在等離子體中心達(dá)到高于9000℃的水平，所以用于材料去除的主要機(jī)理是汽化。導(dǎo)電火球與耐火介電表面的接觸將能量高效地傳遞到表面上，并使其表面溫度上升到其上介電材料的汽化點(diǎn)溫度之上。
圖4是用于等離子體蝕刻的典型裝置示圖。吹管10包括通過管16與氣體源18相連以及通過管15與氣體源17相連的溶融的石英爐罩11。氣體源17把用于等離子體放電的所需氣體輸送給爐罩11并經(jīng)過屏蔽22。等離子體火球12由RF線圈19和RF發(fā)生器14激勵。氣體源通常用于利用主要包含在吹管限定區(qū)域內(nèi)的等離子體火球提供可電離氣體。等離子體火球的主體部分可通過向可電離放電氣體加入高電離閾值氣體而被推出限定區(qū)域。由氣體源18提供并由屏蔽110限定在吹管的外區(qū)的附加氣體，在限定區(qū)域的上部形成一個區(qū)域，在該區(qū)內(nèi)需要較高的能量把RF能量耦合到氣體中形成等離子體。吹管外側(cè)的火球部分基本上小于50％，這是因?yàn)榫S持穩(wěn)定的等離子體通常需要等離子體中心保持在吹管中以從RF源將充足的能量耦合到等離子體中。另外，火球向吹管外側(cè)延伸大約其體積的30％至50％的操作通常對RF源的功率需求和該方法中所用的氣體流速的要求比對火球體積的30％以下的操作要大。通過向吹管出口推動等離子體中心，等離子體火球可很容易地與芯棒20接觸。另外，當(dāng)?shù)入x子體火球被進(jìn)—步推向吹管的外側(cè)時，可以更容易形成接觸。
芯棒20以能夠轉(zhuǎn)動的方式安置在車床120上。一般地，安裝并轉(zhuǎn)動此芯棒的措施為本領(lǐng)域的公知技術(shù)。均勻地轉(zhuǎn)動柱形棒并伴有等離子體吹管沿芯棒的適當(dāng)移動能夠使材料從整個表面基本除去，使得芯棒20保持其橫截面形狀。更重要的是，該蝕刻技術(shù)能夠從棒表面除OH離子。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，選擇蝕刻的深度為0.25±0.15mm。因此，等離子體蝕刻前直徑約為20mm的芯棒蝕刻后直徑約為19.5mm。
O2或O2/Ar做為目前優(yōu)選的氣體，其流入等離子體吹管內(nèi)的速率通常在1.0至100升/分的范圍內(nèi)。由提供的輸出功率主要在3MHz處為20至40kw之間的RF發(fā)生器激勵的等離子體火球，以基本上為0.01至100cm/sec的速率通過芯棒，覆蓋大約1米的被加工的芯棒。通常芯棒轉(zhuǎn)速在0.1和200rpm之間。這些條件產(chǎn)生的蝕刻速率基本上在從0.01克/分以下到大于10克/分的范圍內(nèi)。
整個光纖的成本通過采用較大的包管而降低，包管最好包括合成硅，因?yàn)楣渚哂懈呒兌?，低損耗及高拉伸強(qiáng)度。包管的純度將決定芯纖放置得離包管多近。步驟36表示芯棒用具有適當(dāng)?shù)退絆H的玻璃管包裹，這也就是說隨著D/d值的變小，需要管的純度更高(即需要OH含量較低)。例如，下表列出了低至適用于本發(fā)明中的包管的各種OH濃度水平D/dOH濃度7.5＜200ppm5.2＜1.0ppm4.4＜0.5ppm棒置于管中圖3中的步驟37表示玻璃管塌縮到芯棒上產(chǎn)生預(yù)制棒。參考圖5對此步驟進(jìn)行討論。用裝置500把芯棒20裝入空心的玻璃管40中并將管塌縮到棒上。如圖5所示，玻璃管40以縱軸401垂直延伸放置。另外，管40放置在萬向型夾具52中，該夾具固定在支撐于豎直車床架510的下臂55上的支座53中，使得包管被鉸接并可以在基座任何方向上繞樞軸移動。下夾具52還與管40的外表面產(chǎn)生密封。棒20懸掛在頂部的夾具51上并與管準(zhǔn)直。夾具51由上臂56支撐，上臂56從車床架510伸出。之后，分別在上下車床臂55和56之間建立關(guān)聯(lián)，并因此在管和棒之間建立關(guān)聯(lián)，使得棒的大部分長度位于管內(nèi)。
棒20的外表面和管40的內(nèi)表面之間任意點(diǎn)處的空隙都受到控制。例如，外徑為20mm的棒將與內(nèi)徑為21.5mm的管結(jié)合使用以獲得大約為0.75mm的均勻間隙。并且雖然在開頭時棒處于管內(nèi)的中心最好，但此目標(biāo)并非在插入時總能達(dá)到，有時在管塌縮之前棒已與管接觸或棒與管不同軸。如果出現(xiàn)塌縮前接觸或不同軸(偏心)的情況，最終的包層預(yù)制棒的中心將偏離棒的中心。不過，為了減小這種偏心率，可通過在車床架510的基座上的萬向接頭使得管可以在任何方向繞樞軸運(yùn)動。
環(huán)型吹管520，例如可以是氧氫吹管，界定管40的整個外周。當(dāng)管40和棒20繞它們的縱軸轉(zhuǎn)動時，吹管520對管40充分加熱，使管重新定位，并在吹管停頓位置處形成偏離，從而使得管成為以棒為中心。實(shí)際上，管40通過在特定位置加熱并且使其與棒20對準(zhǔn)而解除應(yīng)力。對于某一預(yù)定的停頓時間，吹管520保持在或接近管的頂端41，從而使得在此點(diǎn)封住棒20。此時，具有通過臂55和支座53延伸的管531并與管的下端相連的真空裝置530，使得管內(nèi)的壓強(qiáng)相對于管外部的壓強(qiáng)下降。其結(jié)果是利用真空輔助實(shí)現(xiàn)管的頂部與棒的密封。圖中所示的管內(nèi)壓強(qiáng)大約0.2個大氣壓。在停頓時間之后，吹管520向下移動，越過管長。當(dāng)吹管通過管40長度時保持真空，繼續(xù)增加的管長經(jīng)過一個加熱區(qū)，導(dǎo)致管40以相當(dāng)迅速的速率塌縮到棒20上，產(chǎn)生一個橫截面如圖6所示的預(yù)制棒。關(guān)于此方法的更詳細(xì)的描述，可參見1989年4月11日公開的美國專利US.4,820,322，在此引為參考。另外，也可采用等離子體吹管使玻璃管塌縮到芯棒上，以進(jìn)一步減少OH污染，如1996年11月26日公開的美國專利U.S.5,578,106中所公開的。因?yàn)镺H層離纖芯很遠(yuǎn)，所以一般不需要除去包管外表面上在包裹過程中形成的OH層。預(yù)制棒圖示的尺寸為100cm(長度)；63mm(外包層直徑)；19mm(淀積包層直徑)；和4.5mm(芯直徑)。因此，D/cd=4.2。光纖拉伸和涂覆圖3所示的步驟38表示從預(yù)制棒受熱(約2000℃)的端部拉制光纖的過程。在光纖的制造中，玻璃棒垂直懸掛并以控制的速率移進(jìn)爐內(nèi)。預(yù)制棒在爐內(nèi)軟化，由位于拉制臺底座的牽引輥從預(yù)制棒的熔化端自由地拉出。因?yàn)椴ＡЮw維的表面容易受到磨擦造成的損傷，所以需要在光纖拉出之后—但與任何表面接觸之前對光纖涂覆。因?yàn)槭┯猛扛膊牧蠜Q不可損傷玻璃表面，所以涂覆材料以液態(tài)施用。一旦施加后，必須在玻璃纖維到達(dá)牽引輥之前固化涂覆材料。此過程一般在一個簡短的時間間隔內(nèi)通過光固化—一種液體涂覆材料通過曝露在輻射源下被轉(zhuǎn)化成固態(tài)的方法而完成。
圖7表示一種本發(fā)明的拉制后的雙涂覆光纖700。如圖所示，拉制的光纖70上施加有兩層涂覆材料，這包括載光芯層71，淀積包層72和外包層73。玻璃纖維70直徑大約為125μm。從圖6中可以看出預(yù)制棒60相對尺寸對應(yīng)于拉制光纖70的相對尺寸。(雖然拉制光纖的直徑比預(yù)制棒的直徑小上千倍，但它們具有相同的折射率分布)。在玻璃纖維70上施加一個保護(hù)性涂覆材料的內(nèi)層75(主要涂層)，然后在主要涂層的上面施加保護(hù)性涂覆材料的外層76(輔助涂層)。兩種材料均是具有預(yù)定硬度額定值的丙烯酸基聚合物。輔助涂覆材料一般具有較高的模量(如109Pa)以經(jīng)受加工處理，而主要涂覆材料具有較低的模量(如106pa)以提供緩沖，減少微彎曲損耗?？梢栽谥饕繉舆€濕著的時候就施加輔助涂層材料，然后用電磁波譜的紫外區(qū)域輻照，將兩涂層同時固化。性能圖8表示本發(fā)明制作的光纖的實(shí)際損耗特性。在1385nm處測量的最大損耗小于0.29dB/km，遠(yuǎn)低于將其保持在低于1310nm電磁波譜處測量損耗(約0.33dB/km)的既定目標(biāo)。WDM系統(tǒng)圖9表示本發(fā)明的波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)90。它包括用四個不同基帶信號調(diào)制1200-1600nm區(qū)域內(nèi)四個預(yù)制波長的四個發(fā)射器81-84。至少有一個發(fā)射器(如81)工作在1360-1430nm區(qū)域中的某一波長處。至此，對于損耗歸因于OH離子吸收能量的長距離光學(xué)傳輸(即大于10公里的距離)，已經(jīng)有效地消除了這種“無人區(qū)”內(nèi)的操作。調(diào)制光波經(jīng)多路調(diào)制器85而合并引入光纜900中，光纜的大體結(jié)構(gòu)為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知并在多種出版物中有所公開。圖示的光纜900包括一根或多根含有單模光纖700的光纖，其單模光纖按照在此所述的方法制作，因此光纜900適合于在1200-1600nm的波段內(nèi)傳輸光信號，其在1385nm處的光損耗低于其在1310nm處的光損耗。在接收器端，四個通道根據(jù)它們的波長由信號分離器分離，并由接收器91-94處理以提取出各個基帶信號。雖然在圖9中沒有示出，但是在多路調(diào)制器85和信號分離器95之間可以含有光放大器。圖示的多路調(diào)制器和信號分離器是無源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)。
雖然已經(jīng)顯示并描述了各種特定的實(shí)施例，但應(yīng)理解在本發(fā)明范圍內(nèi)的改型，如通過VAD之外的其它方法制作芯棒等都是可以的。
權(quán)利要求
1.—種制造用于單模光學(xué)傳輸?shù)膱A柱狀玻璃體的方法，包括以下列步驟形成一個玻璃棒[20]，該玻璃棒有一個芯[21]，芯的折射率高于包圍該芯的淀積包層的折射率，芯的直徑設(shè)為(d)，淀積包層的直徑設(shè)為(D)，其中D/d＜7.5，并且氫氧離子的濃度按重量計(jì)算小于0.8ppb；拉伸該玻璃棒，所述被拉伸的玻璃棒大致為圓柱狀并有—個外徑；提供一個空心的柱形管[40]，該柱形管有一個稍大于被拉伸玻璃棒外徑的內(nèi)徑，所述管由OH含量適當(dāng)?shù)偷牟Ａе谱鞫?；把被拉伸的玻璃棒的大部分放進(jìn)所述空心管；以及把該管曝露在相對所述管和棒縱向移動的熱源下，其中熱源發(fā)出的熱量促使該管向內(nèi)塌縮到所述棒上，從而制得一玻璃預(yù)制棒[60]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中拉伸玻璃棒[20]的步驟采用以氫氧離子污染棒表面的熱源，其中執(zhí)行下列步驟通過蝕刻上述表面以減小其外徑一預(yù)定量從拉伸的玻璃棒表面除去大部分的氫氧離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中拉伸玻璃棒[20]的步驟利用氧-氫吹管進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中拉伸玻璃棒[20]的步驟利用無氫等離子體吹管進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟從玻璃預(yù)制棒[60]中拉制出玻璃纖維[70]；向拉制的玻璃纖維上施加保護(hù)性涂層材料[75、76]；以及將保護(hù)涂層曝露在熱源的輻照下以固化保護(hù)性涂層材料，由此制成光纖[700]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成玻璃預(yù)制棒[20]的步驟通過軸向氣相淀積進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括如下步驟在低于1300℃溫度的含氯或含氟氣氛中對玻璃棒[20]脫水；以及在高于1400℃的溫度下，在氦氣氛中將玻璃棒固結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中芯[21]摻有鍺。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中淀積的包層[22]摻有氟。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中蝕刻棒[20]的步驟用無氫等離子體吹管[10]進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中等離子體蝕刻減小棒[20]的外徑0.5±0.3mm。
12.—種玻璃預(yù)制棒[60]，按照權(quán)利要求1所述的方法制造。
13.一種玻璃光纖[70]，由權(quán)利要求15所述的玻璃預(yù)制棒[60]拉制。
14.一種波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)[90]，包括多個在1200-1600nm區(qū)域內(nèi)的不同波長處調(diào)制的光信號源[81-84]，這些源中至少有—個工作在1360-1430mm區(qū)域的某一波長處；在WDM系統(tǒng)的輸入處多路調(diào)制光信號的裝置[85]；在WDM系統(tǒng)的輸出處多路解調(diào)光信號的裝置[95]；一條在多路調(diào)制裝置和多路解調(diào)裝置之間延伸的傳輸通路，所述傳輸通路長于10公里，它包括一條在1385nm處的損耗小于1310nm處損耗的光纖[700]，其中，該光纖由一個用OH含量較低的玻璃管[40]包裹的芯棒[20]制得，所述芯棒的OH濃度水平以重量計(jì)小于十億分之0.8，芯棒的淀積包層/芯層比率D/d＜7.5，此處，(d)為芯[21]的直徑，(D)為淀積包層[22]的直徑。
全文摘要
一種在1385nm處損耗極低的單模光纖(700)及其實(shí)際制法。芯棒(20)用軸向氣相淀積法制作,具有小于7.5的淀積包層/芯層比(D/d)。芯棒在含氯或氟的約1200℃環(huán)境下脫水,使OH含量降到小于0.8ppb,然后在約1500℃氦氣中固結(jié),將疏松灰狀體轉(zhuǎn)變成玻璃。固結(jié)的芯棒用氧－氫吹管拉伸,在棒表面產(chǎn)生OH離子層,該層由等離子體蝕刻除去。最后芯棒裝入適當(dāng)?shù)蚈H含量的玻璃管(40)中。之后,管塌縮到棒上成為預(yù)制棒(60),再將其拉制成光纖。
文檔編號C03B37/012GK1221709SQ9810314
公開日1999年7月7日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者章凱慧, D·卡利斯, T·J·米勒, M·L·皮爾薩爾 申請人:盧森特技術(shù)有限公司