光纤和用于制造低偏振模色散和低衰减光纤的方法 参照相关申请
该申请要求1999年4月26日提交的、美国临时申请号60/131,012题为“OPTICAL FIBER HAVING SUBSTANTIALLY CIRCULAR CORE SYMMETRY AND METHOD OFMANUFACTURING THE SAME”的优先权。
发明背景
1.发明领域
本发明一般涉及光纤领域，具体涉及制造低偏振模色散和低衰减光纤的方法。
2.技术背景
电信工业的重要目标是在越来越短的时间内，通过越来越长的距离发送越来越多的信息。典型地，随着系统用户数和系统使用频率的增加，对系统资源的要求也在增加。满足该要求的一种方法就是通过增加用于负载信息媒介的带宽。在光通信系统中，对具有增加带宽的光纤的要求特别高。
近几年，在制造光纤方面有了重大的进步，该光纤依次提高了光纤的可用光负载容量。然而，众所周知通过光纤传播地电磁辐射由于一些机制会遭遇衰减和丢失。虽然这些机制中的一些不能被减少，但是其它可以除去，或至少实质地减少。
光纤衰减的显著问题模式是由于光纤的光导区域内存在杂质造成光纤吸收而引起的衰减。特别麻烦的是氢氧根(OH)引起的衰减，当氢存在于光纤材料中时，或者当从几个来源可获得的氢在光纤制造过程中扩散到玻璃中时，氢氧根能在光纤中形成。
氢和SiO2和/或GeO2和/或其它含氧化合物中的氧在玻璃基体中结合，以形成OH和/或OH2键。由于玻璃中OH或水引起的衰减增加可以达到0.5到1.0dB/km，衰减峰值一般为1380nm窗口。这里所用的短语“1380nm窗口”被定义为大约1330nm到大约1470nm之间波长的范围。衰减峰值通常称为水峰值，它阻止在1380nm窗口处可用的电磁发射。
直到最近，电信系统通过在其它中的1310nm窗口和/或1550nm窗口处操作，避免了存在于1380nm窗口的水峰值。随着波分复用(“WDM”)的出现和放大器技术的进步，它使电信系统能够在很宽的波长范围上操作，这样大约1300nm和大约1650nm之间的所有波长都可用于在光通信系统中发送数据。从和该系统一起使用的光纤移去水峰值是使系统能够在这整个范围上工作的一个重要方面。
在光纤的制造中，多种方法可用于沉积各种微粉体层。在外部汽相沉积(“OVD”)过程中，通过在氧气中将含有先质成份的石英和锗沉积到陶瓷饵杆上，以形成微粉体纤芯坯棒。当铒杆旋转的时候，将初始成份传送到火焰燃烧器，以产生微粉体，然后该微粉体沉积在铒杆上。一旦沉积了足够的微粉体，就移去铒杆，所得微粉体纤芯坯棒可以熔凝到玻璃纤芯坯棒中。通常熔凝微粉体纤芯坯棒通过将微粉体纤芯坯棒挂在熔凝炉上，和加热微粉体纤芯坯棒到一定温度和一段时间，以充分将微粉体纤芯坯棒熔凝到玻璃中。较佳的是，在熔凝步骤之前，化学干燥微粉体纤芯坯棒，例如通过将微粉体纤芯坯棒暴露在高温的氯气中。结果产生具有中线孔的圆柱形玻璃纤芯坯棒。
然后，通常将该玻璃纤芯坯棒拉丝，例如，通过将玻璃纤芯坯棒放置在熔炉中，加热纤芯坯棒到大约2000℃，然后将纤芯坯棒再次拉丝或拉丝为直径更小的纤芯杆。在这再次拉丝操作的过程中，通过沿中线孔施加相当大的真空(例如，小于200mTorr的压强)使纤芯坯棒的中线孔皱缩。这些真空压力确保完成玻璃纤芯坯棒沿中线的封口。在再次拉丝步骤之后，然后通常通过沉积覆盖微粉体，例如，通过OVD沉积过程，用一层覆盖微粉体覆盖所得纤芯杆。一旦覆盖了足够的覆盖微粉体，就化学干燥所得的微粉体覆盖纤芯杆，并将它熔凝以得到光纤预制件。虽然不同的处理(例如，MCVD和其它)使用略有不同的过程以形成预制件制造中所用的成份，但是它们中的许多(例如MCVD)通常以圆柱管或其它具有孔的中间玻璃物体结束，该孔在拉丝成光纤之前就封闭了。这些制造过程通常包括在制造过程中在一些点上使用真空，以封闭存在于玻璃成份之间的孔或间隙，而不显著地改变其外部直径。
用真空封闭玻璃纤芯坯棒或其它光纤预制件中的中线和其它的孔有一些缺点。这种真空压力会导致杆不对称的中线分布，例如如图1所示。图1例示了纤芯杆的剖面，它表示为10，其中包括被玻璃层14包围的中心点12。在图1中，这些玻璃层14具有在再次拉丝过程中施加真空压力所导致的不规则不对称的形状。只有在远离中心点12的位置，玻璃层16才开始形成围绕中心点12的更对称和更同心的圈或环。当该杆最终被拉丝成光纤时，将存在与纤芯杆中相同的不对称玻璃层。沿纤芯杆(或由它形成的光纤)长度不同位置的中线侧视图将显示纤芯的不对称性。此外，纤芯杆和所得光纤的几何特性可以沿着它的长度改变。更特别的是，沿光纤一个位置的特定不对称形状可能和沿光纤另一位置的形状不同。
该不对称纤芯的几何形状被认为是引起偏振模色散(PMD)的关键，偏振模色散是一种形式的色散，它导致光一个分量的传播快于另一正交分量。当PMD在单模光纤中存在任何有效程度时，它都是一种严重的损害，因为它限制了光纤基础的远程通信系统的数据传送速率。尤其，单模光纤和多模光纤一般都具有大约为125微米的外径。然而，单模光纤具有更小的纤芯直径，例如大约为8微米。该尺度关系使单模光纤对光纤制造过程中所引起不对称孔封口带来的偏振模色散非常敏感。因此，减小PMD是光纤制造中重要的目标，尤其在单模光纤制造中。与单模光纤的小纤芯尺寸相反，多模光纤的纤芯区域具有62.5微米或50微米的直径。在多模光纤中，不对称的孔封口导致了不能调整在接近中线处光纤最内部分的折射率分布。结果，用于将光发射到这种光纤的激光器通常从多模光纤的中线偏移一些距离，以避免该区域的不对称孔封口。
用于减小PMD的一种方法是在光纤拉丝操作过程中旋转光纤，其中当光纤从坯棒熔化的根部被拉丝时，光纤就沿着它的中线轴机械扭绞。该扭绞使得光的正交分量互相耦合，以此平衡了它们的色散并减小了PMD。然而，旋转对于减轻不对称孔封口的影响是一个相当复杂的过程，并且它会妨碍拉丝的速度，引起覆盖的几何扰动，降低光纤强度等等。因此希望不借助这种旋转技术而制造低PMD的光纤。
此外，不对称的纤芯几何形状会引起纤芯直径沿纤芯长度的变化，使得发射的光能“看见”沿着光纤长度不同点处的不同纤芯剖面。此外，不对称中线分布会减小发射到多模光纤中激光的带宽。
使用真空压力封闭中线孔的另一缺点是这种过程会导致沿中线的空隙，从而还会削弱光纤的发射特性。
尽管化学干燥和熔凝步骤通常和光纤的制造关联，已经发现这种光纤显示出在大约1380nm处测量出的相当高程度的衰减。由于当前使用的电信系统不在1380nm处或它在它附近操作，所以该缺陷也没有受到很大程度的注意。随着最近WDM、放大器技术和激光源的进步，消除1380nm处测量出的水峰值成为要优先考虑的事。水峰值很大程度上是由在光纤制造过程中被锁在玻璃中的水引起的。在OVD过程的情况下，认为大部分水是在封闭中线孔之前或在该过程中被锁入纤芯杆的中线区域。虽然化学干燥坯棒，并在熔凝过程中烧结它，但是已经发现包围和限定中线孔的玻璃区域在干燥之后又被湿化了。最普遍的是，熔凝之后，中线孔暴露在包括含氢化合物的大气中，例如但不限于水(H2O)，通过水的物理吸着、化学吸着、或扩散发生这种再次湿化。
发明内容
本发明涉及制造光纤的方法，它包括以下步骤，提供用于制造光纤的中间玻璃体，该玻璃体中间具有中线孔，加热该玻璃体到一个足够的温度以减小玻璃体的直径，并在充分控制中线孔中的压力以得到均匀对称的孔封口的时候减小玻璃体的外径。
本发明的一个实施例涉及制造光纤的方法，它包括以下步骤，提供用于制造光纤的中间玻璃体，其中玻璃体中间具有孔或环形空隙，它的至少一端被封住以阻止气体从中流过，并加热该玻璃体到一个足够的温度以减小玻璃体的外径。该方法还包括将大于500Torr的压强施加于空隙，并减小玻璃体的外径，使孔或环状空隙均匀对称地封闭。
较佳的是，在孔封口步骤之前和/或之中，足以得到中间玻璃体均匀对称加热的情况下，进行孔封口步骤。可以做到这种对称加热，例如通过在中间玻璃体是圆柱形光纤预制件或其它圆柱形中间玻璃体时，使用圆柱形熔炉。
本发明的另一实施例是一种光纤，它包括含有玻璃层和具有中线的纤芯。该光纤还包括包围纤芯的光纤包层，其中包围中线的玻璃层充分环形对称，以产生低于0.2psec/sqrt-km的偏振模色散。
本发明的又一实施例是一种光纤通信系统，它包含发射机、接收机、和用于传递发射机和接收机之间光信号的光纤。该光纤包括含有玻璃层和中线的纤芯，和包围纤芯的光纤包层，其中包围中线的玻璃层充分环形对称，以产生低于0.2psec/sqrt-km的偏振模色散。
本发明的又一实施例是一种光纤通信系统，它包括发射机、接收机、和用于传递发射机和接收机之间光信号的光纤。该光纤包括含有玻璃层和中线的纤芯，和包围纤芯的光纤包层，其中包围中线的玻璃层充分环形对称，以产生低于0.2psec/sqrt-km的偏振模色散。并且该光纤在1米纵向光纤长度上的旋转小于3个。
本发明的又一实施例涉及一种用于制造光纤的方法，它包括提供具有纵向延伸中线孔的圆柱形玻璃光纤预制件，封住中线孔的第一端和第二端，以防止气体从它中间流过。该方法还包括在预制件的第一端上附加一个外部把手，其中外部把手有一个啮合端；提供一个内部把手用于和气体供给耦合，其中内部把手有一个啮合端和一个流体接收端；以及将外部把手的啮合端和内部把手啮合端耦合。该方法还包括将预制件的中线孔暴露到气体中，加热预制件到一定温度以充分软化预制件，并通过将预制件拉丝成光纤以封闭预制件的中线孔。
在本发明的又一实施例中一种用于制造光纤的方法包括提供具有纵向延伸中线孔的圆柱形玻璃光纤预制件，封住中线孔的第一端和第二端，以防止气体从它中间流过，其中第一端在弯头中形成。该方法还包括提供一个一体化连接在预制件第一端上的外部把手，其中外部把手有一个啮合端；提供一个和气体供给进行流体通信的内部把手，其中内部把手有一个啮合端、一个径向延伸破裂接头和一个流体接收端；以及将外部把手的啮合端和内部把手啮合端耦合。该方法还包括充分加热预制件以增加预制件中线孔中气体的压强，通过相对旋转外部把手和内部把手将预制件的中线孔暴露到干净干燥的气体中，直到内部把手的破裂接头和预制件的弯头连接，以此打破了弯头，加热玻璃体到一定温度充分软化预制件，并通过将预制件拉丝成光纤以封闭预制件的中线孔。
本发明的又一实施例是用于开圆柱形光纤预制件轴向孔的装置，其中在第一端和第二端封住轴向孔，以防止气体流过该孔，第一端具有易碎的弯头。预制件包括一个外部把手，它与预制件的一端连接且具有啮合端；和一个内部把手，它与气体供给进行流体通信且具有啮合端、流体接收端、和径向延伸破裂接头，其中内部把手的啮合端和外部把手啮合端耦合，因此通过相对旋转外部把手和内部把手，暴露预制件的轴向孔，直到内部把手的破裂接头和预制件的弯头连接，以此打破了弯头。
本发明的另一实施例是一种用于制造光纤的预制件，它包括具有纵向延伸轴向孔的圆柱形玻璃体；玻璃体第一端处的塞子，用于封住轴向孔的第一端；和弯曲的玻璃接头，用于封住轴向孔的另一端，其中接头包括径向延伸段和纵向延伸端，打碎它可以暴露轴向孔。
根据本发明，光纤和其它波导的制造在减少偏振模色散方面比其先前技术取得了很多的进步。因为本发明中间玻璃体的中线孔在一定条件下封闭，以形成均匀对称的孔封口，所以这种中间玻璃体拉丝出的光纤比起先前技术的光纤大大减少了偏振模色散。用本发明的方法，在实施例中，其中中间玻璃体是光纤预制件，它中间有在拉丝中封闭的孔，在拉丝过程中施加一定量正的或负的压强以得到实质上圆中线孔分布的光纤，也就是实质上圆纤芯对称，其中当从中线外移时，接近玻璃的各层仍保持很圆的对称。在没有完全完成光纤预制件的中间玻璃体上也可以获得同样的效果。例如，中间玻璃体可以是纤芯杆预制件，它具有中线孔并在再次拉丝操作中封闭了该孔，其中纤芯杆预制件的外径被充分减小，以封闭中线和形成纤芯杆。在该形成纤芯杆和封闭孔的步骤中，在纤芯杆的拉丝中充分施加一定量正的和负的压强，以形成对称的孔封口。较佳的是，在所述玻璃中间体中被封闭的孔不是管中杆制造技术的结果。所以，使用本发明的技术，做出的单模光纤显示出低偏振模色散，而无需借助旋转或其它PMD缓和技术。
本发明的方法也可用于形成多模光纤，它本身更适合与激光源一起使用。在激光发射方法中，相对于纤芯的总尺寸激光的光斑尺寸可以更小。如果在具有不对称玻璃层的区域中引导激光，这些不对称玻璃层会打乱激光束传播的通路。因此，希望获得在纤芯中线周围均匀对称和同心的玻璃层。这种同心层可以使用本发明的方法获得。
通过使用这里揭示的本发明的各种实施例，比起本领域内熟知的其它方法可以获得很多附加的优点。例如，可以大大地减少在纤芯坯棒被拉丝成光纤之前锁在纤芯坯棒中线区域中的大量水和其它杂质，例如过渡金属。因此，这种纤芯坯棒做成的光纤在1380nm处以及在整个1380nm窗口中显示出小得多的水峰值，因此在1380nm窗口中，它比用标准方法将OVD过程所制造预制件制造成的光纤显示出更低的光衰减。此外，这种纤芯坯棒做成的光纤显示出减小的衰减损耗。
本发明方法的另一优点是用这种方法制造的光纤能够在大约1300nm到大约1680nm波长范围上的任何选中波长处操作而没有不适当的光衰减。此外，本发明的方法也可以经济地实现，并且可以被实施而没有额外对环境不利的废产品的生产。
本发明制造方法另一潜在优点是根据本方法生产的光纤具有更少的沿中线的空隙。在孔径减小和/或孔封口过程中，真空压力的去除大大地降低了光纤中空隙的可能性，因此降低了与之关联的光反射。
通过参考以下的说明书、权利要求和附图，本领域熟练的技术人员将进一步明白和理解本发明的这些和其它优点。
要知道以上一般描述和以下详细描述都仅仅是本发明本发明的实例，它们试图提供概述或框架用于理解如权利要求所述本发明的特性和特征。所包括的附图用于提供对本发明进一步的理解，并结合成说明书的一部分。附图例示了本发明的各种实施例，它和描述一起用于解释本发明的操作和原理。
附图说明
图1是在制造纤芯杆的再次拉丝操作中用真空压力形成的纤芯杆剖面中线分布的示意图；
图2是光纤中一段的透视图；
图3是玻璃光纤预制件一段的透视图；
图4是表示用于制造微粉体纤芯坯棒的外部汽相沉积过程的示意图；
图5是位于熔凝炉中微粉体纤芯坯棒的垂直剖面图；
图5A是微粉体纤芯坯棒被拉丝成玻璃纤芯杆的垂直剖面图；
图5B是纤芯杆被从玻璃纤芯坯棒上切割下来的垂直剖面图；
图6是位于熔凝和再次拉丝炉内，覆盖附加微粉体的纤芯杆的垂直剖面图；
图7是位于示意性的拉丝机械内，充分熔凝的玻璃光纤预制件的垂直剖面图；
图8是如图7所示玻璃光纤预制件中一段放大的剖面图；
图9是沿图8剖面线IX-IX切割的，位于外部把手内的内部把手的剖面图，其中内部把手的破裂接头和玻璃预制件的弯头并列；
图10和沿图9同一平面的剖面图，它显示了内部把手的破裂接头和玻璃预制件的弯头接触；
图11是位于拉丝机械内玻璃预制件一段的放大剖面图，其中显示了玻璃预制件的弯头被折断；
图12是位于拉丝机械中玻璃预制件一段的放大剖面图，其中显示了内部把手脱离了外部把手；
图13是本发明方法步骤的流程图；
图14是根据本发明制造的光纤之剖面充分对称中线分布的示意图；
图15是示意本发明光纤的光纤通信系统的示意图。
较佳实施例的详细描述
附图所示为本发明的实例，以下将详细描述本发明的较佳实施例。附图中尽可能都用同样的标号表示同样或类似的部件。
首先参考图2，它显示了用本发明方法制造的光纤30。该光纤包括具有中芯轴33的中心纤芯区域32、外部玻璃纤芯区域34和同轴包层区域36。光纤30由具有中心纤芯区域42的圆柱形玻璃体或玻璃预制件70(图3)形成，中心纤芯区域42中有纵向延伸，位于其中心的中线孔60，中线孔确定了中芯轴45，预制件70还包括外部玻璃纤芯区域46和包层区域48，它们都和纤芯区域42同轴。例如，中心纤芯区域32和42可以由掺杂锗的中心区域组成，区域34和46可由具有各种氟和/或锗掺杂物的附加区域组成，以形成复杂的折射率分布(例如segcor分布)。当然本发明不限于使用这种掺杂物，也不限于具有复杂折射率分布的光纤。或者区域34可以省略，光纤可以是简单的阶梯折射率分布。此外，区域34可以包括一个近覆盖区域，它通常由纯石英组成。
根据本发明的一个实施例，形成圆柱形玻璃预制件70最好通过含有至少一种玻璃成形先质化合物的运动流体混合物中至少一些成份在氧化媒介中进行化学反应，以形成基于石英的反应产物。该反应产物的至少一部分对准基底以形成多孔体，其中至少一部分包括氢氧键。
例如可以通过外部汽相沉积(“OVD”)过程将微粉体层沉积到铒杆上，以形成多孔体。这种OVD过程如图4所示。在图4中，铒杆或芯轴50被插入管状一体化把手52，并被安置到车床上(未图示)。指示车床旋转并平移芯轴50，以接近微粉体产生燃烧器54。随着芯轴50的旋转和平移，基于石英的反应产物通常作为微粉体对准芯轴50。至少一部分基于石英的反应产物被沉积到芯轴50和一体化把手52的一部分上，以形成圆柱形微粉体多孔体或微粉体纤芯坯棒58，在它上面有近端59和远端61。虽然结合平移车床描述了本发明的该方面，但是本领域熟练的技术人员知道也可以平移微粉体产生燃烧器54而非平移芯轴50。此外，本发明该方面的微粉体沉积不限于OVD过程。另外，运动流体混合物中至少一些成份进行化学反应的其它方法，例如但不限于在氧化媒介中液相或汽相传送至少一种玻璃成形先质化合物，这些方法可用于形成本发明中基于石英的反应产物。此外，其它过程，例如内部汽相沉积过程(IV)和改进的化学汽相沉积(MCVD)都可用于本发明。最佳的是本发明不使用微粉体光波导预制件产生方法中的杆，而更好用于封闭中线孔。
一旦期望数量的微粉体沉积到芯轴50上之后，就停止微粉体沉积，芯轴50从微粉体纤芯坯棒中移去。移去芯轴50之后，微粉体纤芯坯棒58确定一个轴向延伸的空隙或中线孔60(图5)。通过下供料把手62和一体化把手52啮合，将微粉体纤芯坯棒58垂直悬挂在熔凝炉64A上。熔凝炉64A最好同心地包围微粉体纤芯坯棒58。一体化把手52由基于石英的玻璃材料形成，它包括的第一端63，纤芯坯棒58的近端59就是包围着它形成的；和第二端65，它确定其中的内表面67。另一种方法是，在沉积和熔凝步骤之后，一体化把手52的第二端65可被火焰加工。一体化把手52通常是杯形并确定内部孔穴69。最好提供有粗糙纹理的内表面67，它的意义将在以下讨论。在熔凝炉64A中定位多孔体58之前，最好在接近微粉体纤芯坯棒58远端61的中线孔60处安装一个玻璃底端塞子66。玻璃塞子66最好由相对低熔点的玻璃做成(例如，低于微粉体纤芯坯棒的熔点)使得在熔凝过程中，当微粉体纤芯坯棒的微粉体熔凝成玻璃时，玻璃塞子能有效地密封中线孔的一端。虽然插入底端塞子66对于封闭多孔体58的远端61是一种较佳的方法，但是也可以使用其它方法和装置充分封闭远端61以阻止其中的气流，例如但不限于用燃烧或弯曲的方法封闭61端。
在纤芯坯棒58近端59处的中线孔60可以保持开放于周围空气中，或可以通过在熔凝步骤之前将类似于底端塞子的顶端塞子73插入中线孔60而封闭中线孔。在一个实施例中，为了有助于封住该孔，将一体化把手中的孔做得比微粉体预制件58中的孔大，顶端塞子的尺寸选在这两个内径之间，使得可以通过一体化把手部分52将塞子插入，并能粘住预制件58的中线孔区域。在另一实施例中，顶端塞子73可以包括在底端的较粗区域(足够粗以封住微粉体预制件58的中线孔60)，它用于封住微粉体预制件58的中线孔60；在塞子顶端的另一较粗区域(比一体化把手52的中线孔粗)，它用于阻止塞子73落入微粉体预制件58的中线孔60中；和两端之间的中间区域，它用于连接该两个较粗端区域。
最好化学干燥微粉体纤芯坯棒58，例如通过将微粉体纤芯坯棒58暴露在熔凝炉64A中高温的含有氯气的大气中。含有氯气的大气从微粉体纤芯坯棒58中有效地移去水和其它杂质，否则对由坯棒做成光纤的特性会有不良的影响。在OVD形成的微粉体纤芯坯棒58中，氯气充分流过微粉体，有效地干燥整个坯棒，包括中线孔60周围的区域。在化学干燥步骤之后，熔炉的温度升高到足以将微粉体熔凝成烧结玻璃纤芯坯棒55的温度。
然后，如果需要，玻璃纤芯坯棒55可用于形成中间玻璃体，例如纤芯坯棒57。这里所用中间玻璃体的意思是可用于制造光纤的玻璃体，它包括光纤预制件、纤芯杆等等。然而较佳的是，该孔是中线孔，那么就和管中杆技术本身无关。这里用的纤芯杆具有本领域常规的意义，也就是熔凝玻璃杆或管，它至少包括光纤预制件的纤芯区域部分，其它纤芯或覆盖材料加到它上面，以形成完整的光纤预制件。为了将玻璃纤芯坯棒拉丝成纤芯杆57(图5A)，将再次拉丝熔炉64B的温度升高到足够减小熔凝玻璃纤芯预制件坯棒55的直径以形成纤芯杆的温度。在这再次拉丝操作中，熔凝纤芯坯棒55被拉丝成更细的纤芯杆57，中线孔60也随着纤芯杆57的外径变窄(图中未示意该变窄过程)。然而，较佳的是中线孔60没有完全封闭，通常相对于中线孔60最初的内径，纤芯坯棒55最初外径的缩小在没有强大真空压力的帮助下不能充分封闭中线孔60。较佳的是在玻璃被化学干燥和熔凝之后，中线孔60在两端都保持有效地封闭，那么在再次拉丝成分离杆的过程中，玻璃就没有机会沿着中线孔60接受水分。
在纤芯杆的再次拉丝操作中，当纤芯杆57的51和51’端(图5B)离开纤芯坯棒58时，它们被对称位于被再次拉丝的纤芯杆57周围的多个喷灯53或干燥热源(也就是电阻炉)密封地切断。实现这种密封步骤，例如可以通过火焰切断(如图所示)或卷曲切断纤芯杆57的半熔化端，随之每个纤芯杆57就分离。密封纤芯杆57的每一端而不将中线孔60暴露在周围的空气中，能大大地减少被锁入中线区域的水和其它杂质如过渡金属的数量。一旦形成了用于拉丝成光纤的最终玻璃纤芯坯棒55(图6)，从纤芯杆57(图7)接近于一体化把手52的一端拉丝/拔出弯头68。可以通过火焰作用并弯曲纤芯杆57的一端，以实现上述过程。弯头68从玻璃预制件70的中心向外径向延伸。然后，通过火焰作用或任何其它不将孔60暴露于大气的方法，将如图6所示的一体化把手52连接到纤芯杆57一端。
在较佳实施例中，然后将纤芯杆57移动到覆盖位置，其中附加纤芯材料和/或包层材料覆盖在纤芯杆57上。覆盖步骤和用于形成纤芯微粉体坯棒58(图4)的最初微粉体沉积技术相同，除了将覆盖微粉体覆盖在纤芯杆57上以取代原先用覆盖微粉体沉积在芯轴上。实现该覆盖步骤可以通过将包层材料沉积在纤芯杆57上，例如通过微粉体沉积，或者通过将杆插入覆盖套管中。如果要形成附加的纤芯微粉体区域可重复几次该过程，通过将所得的玻璃纤芯坯棒55(图6)放入熔炉64，并从中拉丝或拔出新的纤芯杆57A，然后还要将附加的微粉体材料沉积在上面。微粉体包层覆盖了玻璃纤芯杆后，将玻璃纤芯杆移到熔凝炉中，在其中化学干燥微粉体包层，然后将它熔凝成纤芯杆57上的玻璃，以形成完整的玻璃光纤预制件70(图7)。
过去，如本申请以上所述，在多个微粉体层的化学干燥和熔凝之后，在形成纤芯坯棒之后和形成光纤之前几个步骤的任何一个中，通常玻璃预制件70被暴露在含水的环境中，例如周围大气。现在认识到当玻璃暴露在含有氢化物(例如但不限于水(H2O))的大气中时，界定中线孔60的玻璃中物理吸着的水和化学吸着的水几乎立即会产生。此外，暴露的时间越长，玻璃的吸水量越大。因此，任何暴露于周围的大气中，或任何含有氢化物的大气，不管时间多短，都会再湿化界定中线孔的玻璃预制件部分。这种再次湿化提供了杂质，它使以标准光纤制造处理技术制造的光纤显示出水峰值，该种光纤由OVD过程形成的坯棒加工而来。
暴露玻璃预制件70之中线孔60的另一缺点是中线孔60会被暴露到其它污染和杂质中，例如过渡金属。所得光纤中包含过渡金属会导致衰减损耗。通过如图5B所示完全密封中线孔60的每一端，可以减少或避免中线孔60暴露于有害的杂质中。揭示了用于避免水污染的其它技术，例如在1999年4月26日提交的美国临时申请号为60/131,033的申请中，通过参考将其说明书结合于此。
以下描述本发明方法的几个其它变化，如图13所示。虽然这里描述了所揭示方法的几个变化，但是这些特殊实施例并不旨在限制，而仅仅是示例所可能的相继步骤。
如图13中步骤100所示，含有覆盖着包层纤芯杆57(图7)的烧结玻璃预制件70形成之后，最好是垂直方向将它移到拉丝熔炉中，用于将玻璃预制件70拉丝成光纤。如步骤102所示，用下供料把手72上的一体化把手52把玻璃预制件70悬挂起来。这里用于中间玻璃体(不管中间玻璃体是这里用的光纤预制件或纤芯杆)孔封口的熔炉最好使用在中间玻璃体周围对称的热源。例如，在较佳实施例中，热源是垂直放置具有梯度高温带的圆柱形熔炉。这种熔炉使用高温带，温度从顶端到底端增加。因此，随着玻璃中间体被插入熔炉的顶部并被放入熔炉中，孔从底端开始封闭。中间体外径和将被封闭的中线孔内径之比值充分大，使得在外径充分减小的情况下，封闭该孔无需负压强，否则它会使孔封闭得不均匀。下供料把手72位于拉丝熔炉(未图示)内并可在其中平移，玻璃预制件70被降入确定内壁81的拉丝熔炉74中，如图7所示。较佳的是，拉丝熔炉74的内壁81环绕玻璃预制件70。如步骤104所示，圆柱形内壁把手76(图7和8)具有内部径向延伸的破裂接头80，该接头啮合在一体化把手52中，使得内部把手76下端的碗形粗糙纹理啮合表面78和一体化把手52的啮合表面67充分密封。把手76具有内部孔穴，在它的下端包括内部径向延伸的破裂接头80，使得一体化把手52和内部把手76的相对旋转能使内部把手76的破裂接头80和玻璃预制件70的弯头啮合，如以下进一步的描述。
在一个实施例中，如步骤106所示，将玻璃预制件70向下放入拉丝熔炉或高温带74中充分的时间，以提高玻璃预制件70之中线孔60中的气体压强。然后，如步骤108所示，将玻璃预制件移出高温带74。如步骤110所示，将负压强施加于内部把手76的内部孔穴71和一体化把手52的内部孔穴69，以此除去其中的污染，例如H2O和其它微粒物质。然后，如步骤112所示，从气体供给84(图7)将干的惰性气体或干燥气体(例如氯气)回填入内部把手76的内部孔穴71和一体化把手52的内部孔穴69。最好提供干的或干燥气体的供给，使得如果有任何气体进入玻璃预制件70的中线孔60，它就是清洁干燥的气体而不会导致所得光纤中有衰减导致的损耗。
然后，如步骤114所示，通过折断玻璃预制件70的弯头68，以打开玻璃预制件70的中线孔60。另外也可以在离弯头端68比离弯头和一体化把手52连接点更近的一点处，将弯头68划线，之后再折断玻璃预制件70的弯头68。为了折断弯头68，内部把手76相对于一体化把手52旋转，使得内部把手76的破裂接头80和玻璃预制件70的弯头68啮合以打破接头68，如图9和10所示。玻璃预制件70的打破的弯头68(图11)将玻璃预制件70的中线孔60暴露于一体化把手52内部孔穴69中的气体中，以此在将预制件玻璃70拉丝成光纤之前，减少或除去中线孔60中可能的污染。虽然相对于一体化把手52旋转内部把手76是较佳的，但是一体化把手52也可以相对于内部把手76旋转。此外，内部把手76和一体化把手52都可以相对旋转。
如步骤116所示，在从玻璃预制件70上折断弯头68之后(图7和11)，干的或干燥的空气持续通过内部把手76，以此保持内部把手76的内部孔穴71、一体化把手52的内部孔穴69和玻璃预制件70的中线孔60中没有污染，并且不被再次污染。
阀门82用于控制来自气体供给84的气流，以及控制气体是直接对准内部把手76的内部孔穴71还是排放的排出管86。如步骤118所示，排出管68和单向阀门88耦合，单向阀门阻止空气进入排出管86，并阻止周围空气和其中的污染物质对玻璃预制件70之中线60的污染。可以用起泡器、检验阀的形式，或者任何其它形式能阻止周围空气回流入排出管86的单向阀门，以提供单向阀门88。另外，提供充分长度的排出管86，使得周围空气到排出管68的回流不能到达玻璃预制件70的中线孔60。
如步骤130所示，在玻璃预制件70的中线孔60(图11)被打开和净化之后，玻璃预制件70被进一步向下放入熔炉74的高温带中，和/或温度升高到充分允许将玻璃预制件70拉丝成光纤的温度。
在光纤拉丝步骤130中，玻璃预制件70被拉丝成光纤30(图2)，在光纤拉丝步骤130中封闭玻璃预制件70的中线孔60。随着玻璃预制件70被拉丝成光纤30，玻璃预制件70的外径逐渐地减小。因为相对于被封闭孔的内径预制件的外径足够大，所以玻璃预制件70外径的减小对玻璃预制件产生的内部压力使得中线孔60也封闭了。在光纤拉丝过程130中，包括表面张力和毛细管压力的封口压力不同于常规光纤制造技术的再次拉丝中或者MCVD或IV等离子体过程的管状皱缩中通常所用的真空压力。通常在完全以OVD过程制造的玻璃预制件70中，玻璃预制件70的宽可以为7到15cm，中线孔60的内径在1到10mm之间。因此，光纤预制件外径的减小，例如从7到15cm减小到通常光纤的外径(例如，125微米)会产生合适的压力，该压力归因于和外径减小有关的表面张力和毛细管压力，使得中线孔60在拉丝操作中完全封闭，而无需借助使用任何强大的真空。特别，在光纤拉丝步骤130中，在封闭孔/减小直径的步骤中，将低真空施加于孔中，中线孔就能完全封闭，所谓低真空也就是大于1Torr，更佳的是大于8Torr，甚至大于100Torr，更甚至于大于500Torr。更佳的是，施加于中线孔60的压强大约等于大气压强(也就是大约750-760Torr)或者更高一点(也就是764.6，假设大气压强等于760Torr)，这是由进入中线孔60的气体或干燥气体的压强造成的。较佳的是，在拉丝操作中保持761.8-769Torr之间略高一点的压强。用这种方法，在光纤拉丝步骤130中，就可以保持中线孔60在一个压强下，以充分形成关于轴33环形对称的光纤30。这里揭示的压强是绝对压强。
图14显示了光纤中心区域的剖面，它表示为20，其中包括对称形玻璃层24围绕的中心点22。该对称中线分布减少了单模光纤中的偏振模色散，并且通过将中线区域分布调整为期望的折射率分布，从而大大促进构造合适的折射率分布以生产高带宽多模光纤的能力。
在较佳实施例的另一变化中，用图13步骤120的方法，在将内部把手76和一体化把手52抽真空之前，就可以将弯头68折断。在步骤120折断弯头68之后，在内部把手76(图7)和一体化把手52的内部孔穴69上抽低真空，直达玻璃预制件70的中线孔60，因此从内部把手76的内部孔穴71和一体化把手52的内部孔穴69，直达玻璃预制件70的中线孔60中除去上述的污染。如步骤122所示，该步骤中施加的真空比通常皱缩玻璃预制件70的中线孔60所需的要少得多，以上描述了它的特定量。然后如步骤124所示，用干的或干燥气体回填内部把手76的内部孔穴71、一体化把手52的内部孔穴69和玻璃预制件70的中线孔60。如步骤126所示，还确定了玻璃预制件70的中线孔60可以被暴露于干的或干燥气体中，而无需在玻璃预制件70的中线孔60上抽真空。应该注意到，如果中线孔如步骤122所述在真空中和如步骤126所述只暴露在干的或干燥气体中，玻璃预制件70的中线孔60最好任何时候都不要暴露于周围的空气中。
如步骤128所示，通过移去内部把手76和一体化把手52之间的连接，将一体化把手52的内部孔穴69(图12)暴露于周围空气中，这样可能增加所得光纤中氢引起的衰减。因此，在内部把手76脱离了一体化把手52之后，最好用干的或干燥气体源84(图7)持续净化包围一体化把手52的空隙90。
用和以上较佳实施例描述的类似的方法，完成形成光纤的该方法，除了在步骤110将内部把手76的内部孔穴71抽真空，和/或步骤120将弯头68从玻璃预制件70上折断之前不将玻璃预制件70放入高温带74中。
当玻璃预制件70在高温带74中加热时，一个熔化的玻璃球91开始在玻璃预制件70的远端77聚集。如果在步骤112或步骤124中不断净化中线孔60，在玻璃预制件在高温带中加热时，就必须减小或除去干的或干燥气体的净化压强，以防止玻璃球91变大。允许玻璃球91增加到破裂点，可能使干的或干燥气体从玻璃预制件70的远端77流出，并且会妨碍中线孔60的封口和具有固体中心纤芯32的光纤30(图2)的形成。此外，允许玻璃球91破裂可能使周围空气进入并污染中线孔60和所得光纤。在将玻璃预制件70拉丝成光纤的过程中，中线孔中干的或干燥气体最好保持足够低的净化压强，这样玻璃块或球不会破裂，并且由于中线孔60在拉丝步骤130中封闭，所以存在于中线孔中的空气可以通过流回一体化把手52而流出，因此使得中线孔60封闭而在所得光纤中不产生气体填充的空隙。
现在参考图14，可以看到用本发明方法制造的单模光纤之光纤预制件剖面的中线分布，它一般表示为20。在单模光纤拉丝操作之后，在预制件的底部，预制件大约为1cm宽的区域内获得该剖面。如图14所示，中线分布20关于中线22充分环形对称。离中心点22最近的玻璃层24和围绕的中心点22非常对称且非常圆。虽然在底部获得剖面而非真正的光纤，但是同样的均匀和对称也存在于由该预制件拉丝而得到的光纤中。此外，在多模纤芯杆和以其拉丝成的光纤上也可以得到同样的结果。所制造的单模纤芯杆对于接近于中心点22的层具有对称和同心度，它产生的偏振模色散值小于0.02psec/sqrt-km。图14的中心点22从图本身的中心偏移到沿光纤长度延伸的中线。同样，环形对称也沿整个光纤长度延伸。
使用这里揭示的方法，可以获得外径为125微米的光纤，包围中线的玻璃层在离中线0.1微米的距离处充分对称，沉积玻璃层半径的变化小于0.025微米，也就是任何位于离中线0.08到0.15微米范围内的玻璃层中，最大的半径减去最小的半径其结果小于0.025微米，更佳的小于0.15微米。使用这里揭示的技术，申请人已经能够获得这种光纤。比较用本主题方法所生产光纤的中线分布(如图14所示)和用常规方法所生产光纤的中线分布(如图1所示)，常规制造光纤的中线分布没有显示出这种均匀的对称性和同心的玻璃层。相反地，根据本发明制造的光纤显示出关于中线同心和对称的玻璃区域。
用本发明的方法无需在制造或封闭中线孔60(图7)过程中的任何点处使用真空，也无需在光纤拉丝步骤130中(图13)借助旋转技术，就可以获得低程度的偏振模色散。特别，本发明要求的制造方法可以形成偏振模色散值小于0.2psec/sqrt-km的单模光纤，更佳的是小于0.1psec/sqrt-km，最佳的是小于0.05psec/sqrt-km。使用这里描述的方法获得的单模光纤，其偏振模色散值小于0.02psec/sqrt-km，而无需在拉丝过程中借助任何光纤的旋转。这种旋转，通常在拉丝操作中用于光纤以减少PMD，它使光纤具有旋转的结构。事实上，使用这里揭示的方法，我们已经获得完全不旋转的单模光纤(具体而言就是Corning’sLEAF非零色散光纤)，它的PMD为0.007psec/sqrt-km，这是PMD测量设备的检测极限。因此，根据本发明制造的单模光纤可以获得上述的低PMD值，虽然在1米的纵向光纤长度上还显示出小于3个的这种旋转，最好是没有旋转。重要的是，在用干净、干的或干燥气体净化中线孔60时，可以保持这些低等级的偏振模色散，因此同时减少了氢诱发的衰减，在1550nm处达到了0.19dB/km。
使用以上揭示的和单模光纤制造同样过程可以制造多模光纤。然而，在再次拉丝和覆盖沉积步骤中，多模纤芯微粉体预制件不需要在两端都封闭，因为在多模光纤中衰减不是关键的。然而，中线孔最好用和上述单模光纤相同的情形封闭。对于多模光纤，对称的孔封口能使光纤中线区域的折射率分布被调整为期望的精确分布形状。当所得光纤和激光源所显示的小光斑一起使用时，它使中心带宽更好。
如图15所示根据本发明，根据本发明制造光纤132，并将它用于光纤通信系统134中。系统134包括接收机138和用于在发射机136和接收机138之间发送光信号的光纤132。在大部分的系统中，光纤132的每一端都可以进行双向通信，发射机136和接收机138只是示意性的显示。
这里揭示的方法不仅可用于在拉丝中封闭中线孔，还可用于在分离直径减小步骤中封闭其它孔，例如制造纤芯杆的再次拉丝步骤。如果中间玻璃体的外径和中间玻璃体中孔内径的比值足够大，可以通过减小中间玻璃体的外径产生压力，该中间玻璃体充分封闭了中线孔。因此，如果玻璃体的外径足够大，玻璃体中的孔在直径减小过程中就可以封闭，而无需使用强大的真空压力。用这种方法，可以得到同样的对称孔封口。
此外，虽然这里揭示的本发明主要关于中线孔的封闭，但是这里揭示的方法不限制于中线孔，事实上在光纤制造中，它可用于封闭沿光纤预制件或其它中间玻璃体长度存在的任何空隙。这包括管中杆制造技术形成的空隙，和在预制纤芯坯棒或杆上装配套管形成的空隙。
本主题发明的制造方法提供了可重复、对称、均匀的预制件中线孔封口，它产生了具有均匀低衰减和低偏振模色散的光纤。对于本领域熟练的技术人员能很容易的进行附加的改进和变化。因此，本发明涉及最宽的方面而不限于这里描述的具体细节和典型装置。因此，不脱离以下权利要求所定义本发明原理的精神和范围，可以对这里揭示的方法和预制件进行各种改变。
实例
以下实例是根据本发明制造的，其中大有效区域光纤是Corning公司出售的LEAF光纤。使用OVD技术，象微粉体沉积在Al2O3陶瓷芯轴上一样，沉积掺杂锗的纤芯，它包括上掺杂锗的中线区域，之上包围着折射率大约等于石英的沟状区域，之上再包围着上掺杂锗的环形区域，之后是SiO2的近覆盖区域。纤芯区域半径和覆盖区域的比值是0.4。之后移去芯轴，将顶部和底部的玻璃塞子插入纤芯微粉体预制件。然后通过首先将微粉体暴露在1000℃含1％氯气的氦气中两个小时，然后在1460℃中烧结，从而将该纤芯玻璃微粉体预制件熔凝。熔凝步骤产生干净和干燥的玻璃纤芯预制件，其外径大约为60mm，沿中线的孔的内径大约为6mm。顶部和底部玻璃塞子使该熔凝玻璃纤芯预制件的顶端和底端都密封。然后。通过将纤芯预制件插入1900℃的熔炉中，并将预制件的直径减小大约10mm，从而使熔凝玻璃纤芯预制件被再次拉丝成空心的纤芯杆。这样得到的孔被减小到大约1mm的内径。随着纤芯预制件被拉丝成纤芯杆，测量1米长的空心杆，然后火焰切割，通过火焰作用密封端口，因此密封中线并保持纤芯杆的密封中线区域。
然后将把手连接到纤芯杆的一端上，附加的微粉体沉积到纤芯杆上，以形成适于被拉丝成光纤的光纤预制件。然后如上所述清洁并熔凝这样得到的微粉体，之后所得的玻璃光纤预制件外径大约为56mm，沿玻璃光纤预制件中线延伸的孔的内径大约为1mm。中线孔的两端仍然密封。然后将玻璃光纤预制件连接到位于拉丝熔炉顶端的一体化把手52上。之后，将内部把手76放下，以和光纤预制件的一体化把手52啮合。在提供了干净、干燥的含有100％氦气的环境之后，纤芯杆的顶端被折开，光纤预制件被放入熔炉中，从而拉丝出光纤。通过折断预制件的顶端，使气体可以从中线孔中排出，即使其中的压强保持在大气压强。在预制件的外径被减小到大约1或2mm的时候，里面的中线孔非常均匀地完全封闭。因此，在光纤预制件中有小于10％的直径减小就可以封闭该孔。所得光纤显示出的衰减在1550nm处大约为0.19dB/km，显示出的PMD大约为0.02ps/sqrt km，以上是在常规的Hewlett-Packard测量架上用1km的光纤样本测量出的。拉丝出的光纤完全没有旋转，意味着在拉丝过程中不旋转光纤或其预制件。