低损耗光纤的设计及其制造方法技术

本公开涉及低损耗光纤的设计及其制造方法。说明了一种借助混合VAD/MCVD处理过程生产的改进的光纤。光纤的纤芯用VAD生产，而内包层有凹陷的折射率并用MCVD生产。在优选的实施例中，光功率包络基本上全部包含在VAD生产的纤芯材料和MCVD生产的凹陷折射率包层材料中。借助把绝大部分光功率限制在低OH的VAD纤芯，以及借助使无掺杂石英区中的光功率最大化，使光损耗达到最小。MCVD衬底管材料中基本上没有光功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一系列光纤的设计，及采用这些改进光传输特性的设计来生产光纤的方法。更具体说，本专利技术涉及一种混合的生产方法，其中，光纤预制棒用组合的MCVD和VAD 技术制作，其中的VAD-MCVD界面，在折射率分布设计的波导形成区之内。
技术介绍
已经为光纤的生产提出并开发了广泛的各种方法。随着光纤技术的成熟，已经出现三种主要的生产方法，即MCVD、VAD、和0VD。所有这些方法都要把玻璃微粒(常常称为 “微粉(soot)”)沉积在起始的衬底上，然后使这些微粒固结成固态的玻璃体。这些技术要用到现场汽相反应来生产微粒。用喷灯引起汽相反应，并把喷灯的火焰引到起始的衬底。在 MCVD方法中，喷灯被引到玻璃起始管的外侧，而玻璃的原始气体被引进玻璃管内部。微粒沉积在管的内表面。在VAD和OVD方法中，喷灯和原始气体被引到起始棒的外表面，微粒分别沉积在棒的一端或侧面。各技术效率是高的，且已广泛应用，各有各熟知的优点。要生产非常高质量的中心纤芯和内包层材料，MCVD处理过程似乎是理想的。在 MCVD技术中，微粒层沿径向递增地生长。由于该递增的径向生长，MCVD比VAD方法能生产更复杂的折射率分布。复杂的折射率分布，是通过对每种分布特性，改变微粒层的径向组分生产的。此外，复杂的折射率分布，常常有一种或多种凹陷折射率(相对于纯石英)的特性。 凹陷折射率区一般是对微粒掺杂氟形成的。下面还要更详细说明，管内沉积方法(MCVD)比棒外两种方法(VAD或0VD)中任一种更适合氟的沉积。但是，在MCVD方法中，必需使用起始管是个限制因素。对大的最新技术的预制棒， 一种限制是MCVD起始管中的玻璃质量不良和没有低的损耗(因为光功率的某些部分将由起始管材料传送)。如果要避免起始管质量的限制，使用超纯(通常也是昂贵的)材料制作起始管，则暴露在MCVD通常用作热源的氢氧焰喷灯中的管，由于羟基离子添加至颇深的深度，可能损害有效的起始管质量。最后，要求的折射率分布，可能在起始管玻璃提供的区中， 需要一定的掺杂物浓度，但该起始管玻璃与结果良好的MCVD处理(从粘滞性、管的稳定性、 或热传导考虑)不相容。在VAD方法中，石英微粉沿起始饵棒的轴向沉积和生长。VAD技术的显著优点，是它能作为连续的处理过程实施。这样能实现一列式的沉积、纯化、干燥、和烧缩。沉积完成后，把起始棒与沉积体分离，因此与常规的MCVD法不同，整个预制棒可以用CVD沉积的材料制作。作为一般的建议，VAD方法是有效的并被广泛运用，但它们仍然比不上MCVD精确控制折射率变化的掺杂物沿径向沉积的能力，从而精确控制径向折射率分布的能力。由于这一原因，VAD方法，和其他的微粉沉积/随后烧缩方法，诸如Outside Vapor Deposition (OVD) (外部汽相沉积)，在高效地生产复杂的光纤设计方面，受到限制。此外，VAD方法不十分适合用于氟掺杂。特别是在一列式VAD处理过程的情形。现有技术认识到，在单模光纤中，纤芯和内包层共同传输的光功率，大于95 %，但包括的光纤质量，通常却小于5%，现有技术的这一认识，导致在制作过程中对该区的制作给予特别的关注。已经发展的方法，是用相对先进和昂贵的方法，生产预制棒的纤芯和内包层区，而外包层、预制棒整体，则用较少要求、较不昂贵的处理过程生产。纤芯棒和包层的整合，则在外包层技术过程中完成。外包层技术过程，在美国专利No. 6，105，396 (Glodis等人)及PCT/EPT00/02651(2000年3月25日)中有一般的说明，本文引用这些文献，作为一般技术细节供参考。外包层技术(overcladding)过程，克服了用VAD技术生产预制棒复杂性方面受到的一些限制。外包层技术过程，可能牵涉到多个外包层管，每一个添加性质不同的包层区， 以获得需要的光纤折射率分布的复杂性。普通使用的该种过程，是所谓的管内棒方法，纤芯棒用非常高质量的通用掺杂物的处理过程制成，而包层管由较不昂贵、纯度较低的玻璃制成。在一些情形下，有单一组分的玻璃提供低成本的选择。在管内棒的外包层技术过程中，把纤芯棒插入包层管中，然后， 使管包围棒收缩，形成统一体。可以再次使用多个外包层技术步骤，并在一些情形下，一个或多个最后外包层技术步骤可以与光纤拉制操作组合。如果使用管外包层技术过程，合适的包层管可以用微粉沉积或熔融石英挤出生产。基于微粉合成玻璃的过程制作这些大的包层体，导致高质量的玻璃，但要求扩展处理并相对昂贵。大的熔融石英体较不昂贵，但一般纯度不高。总之，VAD方法当与管内棒外包层技术组合，提供快速和经济的方法，用于形成有相对简单折射率分布的大玻璃纤芯棒。但是，对包括凹陷折射率特性的包层，市场上可购得的现有技术凹陷折射率的包层管，不能提供整个预制棒体需要的光学质量。
技术实现思路
我们设计了一组光纤折射率分布，可以降低与附加的散射损耗有关的掺杂物浓度，并发展了用MCVD及VAD组合生产光纤的混合方法，在损耗及高出产率方面极大地提升现有技术。本混合方法组合每种处理技术的特性。我们也已经注意到用这些方法生产的光纤的损耗特征。认识了这些损耗特征的不同，我们组合了 MCVD及VAD技术，使合成的损耗特征优化。能够优化分配光功率的折射率分布设计，以降低Rayleigh散射，同时获得近于零水峰(zero water peak)的1385nm损耗性能，并保持良好的宏弯曲性能。在本专利技术的优选实施例中，用VAD方法生产的纤芯棒，有上掺杂(up-doped)的内纤芯和较不重掺杂或无掺杂的外纤芯。用MCVD方法生产的包层，有一个或多个凹陷折射率区。使用该基本预制棒制作方法，我们改变该分布和光功率包络，使所有光功率基本上不是包含在VAD材料中就是包含在MCVD材料中，并且使大部分功率包络包含在VAD材料中，例如通常有60 %的功率包含在VAD内纤芯中，其中该VAD内纤芯的Ge掺杂浓度，通常小于标准单模光纤纤芯浓度的60%，又例如有20-40%的功率包含在无掺杂或轻掺杂的VAD外纤芯中。本方法的一种变化，是以超高纯度的OVD管取代MCVD包层管来生产类似的预制棒。附图说明图1是光纤的示意截面图，画出可以用本专利技术方法制作的折射率分布的例子；图2是图1的分布的曲线；图3和4是管内棒处理过程的示意表示；图5是光纤拉制设备的示意图；图6是各种例子的衰减对功率加权( 和F浓度的曲线；图7对图6中以63表示的光纤，画出衰减对波长的曲线，该曲线常被称为衰减谱；图8是损耗对功率百分比曲线，表明管内棒界面不同特征的影响。具体实施例方式具有低的或零水峰的低损耗光纤，可以通过VAD或OVD方法有效地生产大的经济的预制棒尺寸(大于90mm的0D)。最低的1385nm损耗(指定低于0. 31dB/km，通常是 0. 275dB/km)，几乎与用VAD方法生产的纤芯棒获得的一致，预制棒的大小可达150mm。MCVD 方法通常用于生产较小的预制棒(60到90mm)，比VAD有较不严格的水峰值指标。这种商业化的实地应用，是因为VAD或OVD沉积的纤芯材料，由于烧缩前微粉的脱水，常常本性上更加干燥( < Ippb)。第二个成因是，用VAD或OVD能制作有大D/d比值的大的纤芯体； 这意味着在大的纤芯体中(大大地大于90m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰斯·吉布森，大卫·贝克翰姆，小罗伯特·林格尔，
申请(专利权)人：OFS菲特尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：