低耗光纤及制造光纤预制棒的方法.pdf

一种低耗光纤，包括：芯层，所述芯层包括具有纯二氧化硅并安置在低耗光纤的中心的内芯部分和围绕内芯部分并包括掺有折射率控制材料的二氧化硅的外芯部分，以及用于围绕所述芯部的包层。

1.  一种低耗光纤，包括：
芯部，所述芯部具有包括纯二氧化硅的内芯部分以及围绕内芯部分并包括掺有折射率控制材料的二氧化硅的外芯部分；以及
围绕芯部的包层。

2.  根据权利要求1所述的低耗光纤，其特征在于，内芯部分的直径与外芯部分的直径的比值大于0并小于0.4。

3.  根据权利要求1所述的低耗光纤，其特征在于，包层包括围绕外芯部分并且折射率小于外芯部分的内包层部分，以及围绕内包层部分的外包层部分。

4.  根据权利要求1所述的低耗光纤，其特征在于，包层包括围绕外芯部分并由掺有折射率控制材料的二氧化硅制造的内包层部分，以及围绕内包层部分的外包层部分。

5.  根据权利要求4所述的低耗光纤，其特征在于，外包层部分的折射率高于内包层部分的折射率。

6.  一种制造光纤预制棒的方法，所述方法包括如下步骤：
i)在石英管的内壁上淀积包括掺有折射率控制材料的二氧化硅的包层；
ii)在包层上淀积包括掺有折射率控制材料的二氧化硅的外芯层；以及
iii)在外芯层上淀积包括纯二氧化硅的内芯层。

7.  根据权利要求6所述的方法，还包括加热石英管以减小石英管的直径的步骤。

8.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，光纤预制棒通过使用沿着石英管的纵向方向移动的同时加热石英管的外周表面的燃烧器的改进的化学汽相淀积MCVD工艺制造。

9.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，光纤预制棒通过使用加热石英管的外周表面的炉的炉式化学汽相淀积FVCD工艺来制造。

10.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，炉加热石英管的外周表面，同时沿着石英管的纵向方向移动。

11.  一种制造光纤预制棒的方法，所述方法包括步骤：
i)在杆的外周表面上淀积包括纯二氧化硅的内芯层；
ii)在内芯层上淀积包括掺有折射率控制材料的二氧化硅的外芯层；以及
iii)在外芯层的外周表面上淀积包层，所述包层具有相对较低的折射率。

12.  根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：
iv)将杆从通过步骤iii)获得的第一形成结构移除；
v)通过加热通过步骤iv)所获得的第二形成结构而减小第二形成结构的外径，使得第二形成结构的内空空间被移除。

13.  一种制造光纤预制棒的方法，所述方法包括：
i)自杆的一端沿着杆的纵向方向生长包括纯二氧化硅的内芯层；
ii)在内芯层的外周表面上淀积包括掺有折射率控制材料的二氧化硅的外芯层；以及
iii)在外芯层的外周表面上淀积具有相对较低折射率的包层。

低耗光纤及制造光纤预制棒的方法
技术领域
本发明涉及光纤通讯网络，具体而言涉及用作光通讯网络中的传输线的光纤以及用于制造光纤的光纤预制棒(optical fiber preform)。
背景技术
用于制造光纤预制棒的化学汽相淀积改进的化学汽相淀积(MCVD)过程与将诸如SICl4、GeCl4、POCl3等的原材料与O2一起注入到石英管中时加热石英管的外周表面有关。由于通过MCVD的热氧化反应的结果，诸如烟灰的氧化物淀积将发生在石英管中，并淀积在石英管的内壁上。设置在石英管中的化学原材料的密度通过计算机进行微调控制，由此形成折射率彼此不同的包层和芯层。由于能够传播光的芯层的折射率必须高于包层的折射率，在淀积芯层时比在淀积包层时需要提供更多的GeCl4。
在完成淀积过程之后，用于减小石英管的直径的闭合和压平过程(closing and collapsing processes)通过在较高的温度对石英管进行加热而预成型。在执行闭合和压平过程时，GeO₂化合物在超过1400℃的温度分解，这样具有降低的折射率的区域将产生在芯层的中心中。此区域被称为芯倾斜(core dip)。即，蒸发现象(g))在芯层的中心发生，这样产生具有降低的折射率的芯倾斜。注意具有芯倾斜的光纤相对光学装置具有较差的耦合效率、降低的传输带宽以及更大的长波区域(1565～1625nm)的传输损耗。此外，由于在执行闭合和压平过程以及拉伸过程(drawing process)中芯倾斜中的Ge-O化学键的断裂所导致的分子缺陷增加了光纤的扩散损耗以及弯曲损耗。
图1是具有芯倾斜的传统光纤结构。用作光通讯介质的光纤100包括在中心具有芯倾斜120的芯110以及围绕芯110的包层150。包层150包括围绕芯110的内包层130和围绕内包层130的外包层140。芯倾斜120的直径(A)与芯倾斜110的直径(B)的比值增加时，信号损失在长波区域中增加。
如上所述，具有芯倾斜120的传统光纤100的问题在于由于芯倾斜120中的分子缺陷所导致的信号损失在长波区域中较大。
发明内容
相应地，本发明用于解决上述问题，并通过提供能够减小长波区域中的信号损失的低耗光纤以及制造用于拉伸低耗光纤的光纤预制棒的方法而提供其它优点。
根据本发明的一方面，低耗光纤包括芯部，所述芯部具有内芯部分，所述内芯部分包括纯(pure)二氧化硅并安置在低耗光纤的中心；以及围绕内芯部分并具有掺有折射率控制材料的二氧化硅的外芯部分；以及，围绕芯部的包层。
附图说明
本发明的上述和优点将结合附图从下述说明中变得更加明显，其中：
图1描述了具有芯倾斜的传统光纤结构；
图2描述了根据本发明的优选实施例的低耗光纤；
图3显示了传统光纤和图2中所示的低耗光纤之间的损耗差异；以及
图4说明了用于产生根据本发明的优选实施例的低耗光纤的光纤预制棒的制造方法。
具体实施方式
此后，将参照附图对本发明地优选实施例进行详细的说明。注意图中相同或者相似的部件尽可能用相同的引用数字指示，尽管它们被显示在不同的图中。出于说明和简化的目的，此处并入的已知功能的详细说明以及结构将被省略，因为这些主题的说明将使本发明不清晰。
图2显示了根据本发明的优选实施例的低耗光纤200。如图所示，低耗光纤200包括芯部230和包层260。芯部230是光学传输介质并具有多层结构。具体地说，芯部230在芯部230的中心包括由具有相对较低的折射率的纯二氧化硅制造的内芯部分210。芯部230还包括围绕内芯部分210的外芯部分220，其由掺有折射率控制材料的二氧化硅制造的，所述材料具有相对较高的折射率。内芯部分210的直径(C)与芯部230的直径(D)的比值必须大于0但是小于0.4。
包层260具有多层结构。尤其是，包层260包括与芯部230相邻的内包层部分240并包括围绕内包层部分240并具有比内包层部分240的折射率更高的折射率的外包层部分250。包层260围绕芯部230以限制光入射到芯部230内的光纤中。与芯部230相邻的内包层部分240的折射率低于外芯部分220的折射率。内包层部分240由掺有折射率控制材料的二氧化硅制成。此外，外包层部分250可以由掺有折射率控制材料的二氧化硅或者纯二氧化硅制成。折射率控制材料可以是用于控制传统的折射率的诸如GeO₂、P₂O₅等的化学化合物中的任意一种，或者可以是上述化学化合物的组合。
图3显示了传统光纤和图2所示的低耗光纤之间的损耗差异。尤其是，图3显示了低耗光纤200的传输损耗曲线310以及具有芯倾斜的传统光纤的传输损耗曲线。注意传统光纤包括在中心具有芯倾斜的单层结构的芯部以及围绕芯部并具有内、外包层部分的多层结构的包层。传统光纤的各元件具有与低耗光纤200的各对应元件相同的折射率和直径。如图3中所示，可以从图中理解，低耗光纤的传输损耗比传统光纤在长波区域中具有更低的损耗。
用于制造根据本发明的低耗光纤的光纤预制棒可以被不同的制造过程所制造。
首先，根据MCVD(化学汽相淀积改进的化学汽相淀积)的低耗光纤的制造的实施例将被说明。
在将氧气O2与诸如SICl4、GeCL4、POCl3等的原材料一起提供到石英管中的同时，石英管的外周表面通过氧/氢燃烧器(或者火炬)而加热。提供到石英管中的化学原材料的密度通过计算机控制，由此在石英管的内壁上形成具有彼此不同折射率的包层和芯层，其中包层和芯层掺有折射率控制材料。此外，只包括SiCl4的原材料与氧气一起提供到石英管中，由此在外芯层形成由纯二氧化硅制造的内芯层。在完成淀积过程之后，用于减小石英管的直径的闭合和压平过程(closing and collapsingprocesses)通过在高温加热石英管而执行，由此形成第一光纤预制棒。此时，为了扩大第一光纤预制棒的直径，使用另外的石英管的过包覆过程(over-cladding)可以进一步被执行。在淀积过程中，GeCL4和POCl₃是用作调整折射率的化学化合物。同样，在淀积过程中，如果必要，可以使用GeCL4和POCl3中的任意一种，或者GeCL4和POCl₃的组合。可选地，诸如CF₄、SIF₄等的其它化学化合物可以与GeCL₄和POCl₃进一步一起使用。低耗光纤可以通过熔化第一光纤预制棒(或者第二光纤预制棒)的一端而拉伸。第一光纤预制棒的石英管对应低耗光纤的外包层部分，包层对应低耗光纤的内包层部分。
在可选的实施例中，用于生产根据本发明的低耗光纤的光纤预制棒可以使用炉式化学汽相淀积(FCVD/furnace chemical vapor deposition)方法来制造。注意FCVD工艺与MCVD工艺实质相同，除了固定或者可移动炉被使用而不是氧/氢燃烧器。此外，用于制造低耗光纤的光纤预制棒可以通过等离子化学汽相淀积(PVCD)方法来制造。相似地，PVCD[艺预MCVD工艺相同，除了微波共振器被进一步使用来制造等离子。
根据本发明用于使用外部汽相淀积(OVD)方法制造低耗光纤的光纤预制棒的实施例将在下面进行说明。
首先，通过火炬石墨棒的外周表面喷射有火焰以及化学原材料，这样根据水解作用而形成层。通过火炬提供的化学原材料的密度通过计算机控制，由此在石墨棒的外周表面上形成折射率彼此不同的内芯层、外芯层和包层。内芯层和外芯层分别由纯二氧化硅和掺有折射率控制材料的二氧化硅制造。包层由掺有折射率控制材料的二氧化硅制造。
在完成形成所述层的过程之后，石墨棒被移除。用于减小层的直径的闭合和压平过程通过在高温加热所述层而执行，由此形成第一光纤预制棒。为了扩大第一光纤预制棒的直径，过包覆过程使用石英管进一步被执行，由此形成第二光纤预制棒。第二光纤预制棒被熔化，由此拉伸低耗光纤。第二光纤预制棒的石英管对应低耗光纤的外包层部分，包层对应低耗光纤的内包层部分。
图4显示了用于生产根据本发明的优选实施例的低耗光纤的光纤预制棒的制造方法。图4中显示的用于制造光纤预制棒的装置通过汽相轴向淀积(VPD)方法实现。所述装置包括卡盘或夹具410、由纯二氧化硅制造的初始棒420，以及第一至第三燃烧器430至450。
卡盘410垂直可移动并可以旋转。卡盘410通过夹持初始棒420的上部而固定在初始棒420的上部。
具有通过卡盘410固定的上部部分的初始棒420在轴向淀积过程被执行的过程中往上移动同时旋转。
第一燃烧器430朝初始棒420的中心喷射火焰，由此由纯二氧化硅制造的内芯层510往下增长。第一燃烧器430具有燃料和原材料。内芯层510使用火焰喷射淀积在初始棒420的端部。原材料包括诸如SiCl₄、GeCl₄、POCl₃等的化学化合物。
第二燃烧器440朝内芯层510的外周表面喷射火焰，由此淀积由掺有折射率控制材料的二氧化硅制造的外芯层520。第二燃烧器440具有燃料和原材料。外芯层520使用火焰喷射在内芯层510的外周表面上淀积。
第三燃烧器450将火焰朝向外芯层520的外周表面喷射，由此淀积掺有折射率控制材料的二氧化硅制造的包层530。第三燃烧器450设有燃料和原材料。包层530通过火焰喷射淀积在外芯层520的外周表面上。
尽管没有显示，第一光纤预制棒可以通过VPD制造。为了扩大第一光纤预制棒的直径，过包覆过程通过使用石英管进一步执行，由此形成第二光纤预制棒。低耗光纤可以通过熔化第二光纤预制棒的端部而拉伸。第二光纤预制棒的石英管对应低耗光纤的外包层部分，包层对应低耗光纤的内包层部分。
根据本发明的低耗光纤的包层可以具有多层结构，包括内包层部分和外包层部分或者如果必要可以是单一层结构。换言之，低耗光纤可以从第一光纤预制棒中拉伸而不用额外地执行过包覆过程。
同样，根据本发明的低耗光纤的包层可以在比低耗光纤的芯层的折射率要低的折射率的情况下由预定的原材料制造。换言之，包层可以由纯二氧化硅或者掺有折射率控制材料的二氧化硅制造。
此外，根据本发明的低耗光纤包括单模式光纤，用于传输单模式，或者多模式光纤，用于传输多个模式。单模式光纤和多模式光纤通过芯部的直径以及光纤的折射率分布来分类。因此，期望的低耗光纤可以根据上述制造方法来制造。
如上所述，根据本发明的低耗光纤与传统光纤相比通过包括具有在低耗光纤的中心中由纯二氧化硅制造的内芯部分的芯层在长波长区域中减小信号损失。
尽管对本发明的一些实施例进行了展示和说明，本领域技术人员将会理解在不偏离本发明的原理和实质的情况下，可对这些实施例进行改变，其范围也落入本发明的权利要求及其等同物所限定的范围内。