分层纤芯光波导预制棒的制造方法技术

一种分层纤芯光波导预制棒的制造方法，用所得预制棒制成的光纤可以防止衰减因氢老化和热老化而增加。第一纤芯区包括至少含有第一掺杂剂的石英玻璃棒，第二纤芯区包括含有第二掺杂剂的石英微粉体，将第一纤芯区插入第二纤芯区。将第一纤芯区和第二纤芯区熔凝在一起，形成分层的纤芯区，并且将包层沉积到分层纤芯区的外表面上。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Method for manufacturing layered fiber core optical waveguide preform

The invention relates to a method for manufacturing a layered fiber core optical waveguide preform, using an optical fiber produced from a preform to prevent attenuation due to hydrogen aging and thermal aging. The first fiber core includes a quartz glass bar containing at least a first dopant, and the second core region includes a quartz micropowder containing second dopant to insert the first core region into the second core region. The first core region and the second core region are fused together to form a layered core region and to deposit the cladding onto the outer surface of the layered core region.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造光波导预制棒的方法。具体地说，本专利技术方法可用于制造低损耗的光波导，尤其可以制造具有分层纤芯分布的光纤。折射率分布为W-分布、分层纤芯分布等的光纤具有希望有的色散特性。参见美国专利4,715,679和5,031,131号，可以获得各种色散被修正的光纤的原理。通常用化学汽相沉积(CVD)过程诸如等离子CVD过程等制造具有这些类型折射率分布的光纤，所述CVD过程可以制造纤芯包括不同折射率层的单模光纤。这类过程生产出的预制棒相当小。用外部汽相沉积(OVD)过程可以有利地形成色散修正的光纤预制棒，其中所述OVD过程可以生产相对较大的预制棒或拉丝坯棒，以降低制造光纤的成本。美国专利4,629,485号揭示了一种用于制备这类光纤的典型的OVD过程。依照该专利，制备并拉伸掺氧化锗的石英棒，以减小它的直径。石英棒用作心轴，在心轴上沉积纯的石英玻璃粒子或微粉体。在有含氟气体通过的熔凝(干燥和烧结)炉中对所得的复合结构加热。因此，微粉体中掺杂了氟气，并烧结在石英棒上。在掺氟石英层的外表面上形成一层或多层玻璃层，以制成可以拉出光纤的坯棒。当按照上述方法烧结微粉体时，仅通过含氟的马弗(muffle)气体将氟气提供给多孔的预制棒，所述氟气浓度(如含氟层的Δ所测得的)不足以提供某些需要的光学特性。当含氟成份是CF4时，通过马弗气体掺杂获得典型的氟气浓度为-0.4％Δ。上述过程产生的CF4的最大Δ值为-0.5％Δ。如这里所用的，Δa-b表示折射率分别为na和nb的两种材料之间的相对折射率差，其定义为Δa-b＝(na2-nb2)/(2na2) (1)为了便于表述，通常把Δ表示成百分数的形式，即100乘以Δ。在该讨论中，na是掺氟玻璃的折射率，而nb是石英的折射率。当掺氟石英管塌缩到掺氧化锗的石英棒上时，或者当掺氧化锗的石英管塌缩到掺氟的石英棒上时，要在这两个部件之间获得令人满意的接触面是极其困难的。这是因为接触面一般包含许多晶种，并所得到的许多预制棒和坯棒不能制作有用的光波导。当这两个部件由其它玻璃结构组成时(诸如熔融掺氟的石英管和纯的石英棒以形成预制棒)，这种晶种的形成就会少些。美国专利4,675,040号揭示了一种用于将纯石英制成的纤芯玻璃棒插入由掺氟纯石英制成包层材料的微粉体管中的方法，并且烧结纤芯/包层结构，将包层熔融在纯石英纤芯上。美国专利4,668,263号揭示了一种用于使具有掺氟内层的石英管塌缩到石英棒表面上的方法。依照该专利，通过旋转石英管并用来自纵向移动的喷灯的火焰对其加热，来完成塌缩步骤。该技术不能被用来进行修正色散的光纤设计，所述设计是将整个掺氟管(包括外表面)用作光纤之纤芯区或光传播区的一部分。原因是由于火焰会弄湿玻璃，即引入羟基污染，所以会使所得的光纤不适于在因羟基离子造成较大衰减的波长处工作。该方法的另一个缺点是火焰的温度不低于1900℃。在如此高的温度下，过程控制会很难。预制棒的轴会变成非线性或弓形。如果纤芯棒诸如掺氧化锗的玻璃的软玻璃，石英棒可以变得比石英管更软；这将导致纤芯不圆，或者纤芯不与成品光纤的外表面同中心。美国专利4,846,867号揭示了一种用于使掺氟的石英管塌缩到石英棒表面上的方法。在石英管塌缩步骤之前，当用火焰对石英管加热时，使气相蚀刻剂流过石英棒和石英管之间的缝隙。在实例中，SF4为蚀刻剂，SF6、Cl2和氧气的混合气体(体积比为1∶1∶6)通过石英棒与石英管之间的缝隙。混合气体除去石英棒和石英管之经处理表面上的玻璃，由此在棒/管接触面上形成新的表面。提供足够的氯气以清除含氟蚀刻剂所产生的水。然后，用经干燥、掺氟的石英微粉体粒子涂覆所得到的预制棒的外表面，并烧结以形成将拉出光纤的坯棒。在气相蚀刻步骤中对准石英的火焰将水引入石英管的外表面。水份大时会导致光纤衰减。例如，1380纳米处的衰减为30分贝/千米，这是由氢氧火焰与预制棒接触所造成的。1997年2月5日提交的共同待批的美国专利申请08/795,687号揭示了一种方法，该方法用于将掺氧化锗的石英玻璃棒插入掺氟的石英玻璃管，以形成组件，并熔凝该组件，以形成没有晶种的接触面。可以用诸如纯石英等包层材料对石英管进行外包层。此美国专利的专利技术名称为“纤芯区折射率下陷的光纤制造方法”。已经发现，尽管该方法可以避免熔凝的掺氧化锗的石英与掺氟的石英之间存在没有晶种的接触面，但它难以控制衰减因光纤的氢老化和热老化所造成的增长，这里所述光纤是用该方法制造的预制棒拉出的。如这里所用的，术语“氢老化”是指光波导处于一定浓度、压力和温度下的含氢气体中，而造成衰减增长。术语“热老化”是指受热光波导所表现出的衰减增长。鉴于上述缺点，希望提供一种用于生产分层纤芯光波导预制棒的方法，该方法可以从坯棒内部开始干燥波导预制坯棒的整个光活动区。另外，最好能够提供一种修正色散的光波导，该光波导具有较低的衰减，并且因热老化或氢老化的造成的衰减增长最小或没有。本专利技术涉及一种光波导预制棒的制造方法，所述光波导预制棒具有一分层的纤芯区。该方法包括下述步骤提供第一纤芯区，第一纤芯区包含一玻璃棒，最好是石英玻璃棒，第一纤芯区至少包含第一掺杂剂，最好是用于降低石英玻璃棒折射率的掺杂剂，诸如氟。该方法还包括下述步骤将含有第二掺杂剂的石英微粉体沉积到心轴上，抽掉心轴，形成有一中心孔穿过的微粉体坯棒，从而提供第二纤芯区。石英微粉体中所含的第二掺杂剂最好是诸如氧化锗的增大折射率的掺杂剂。该方法还包括下述步骤将第一纤芯区插入第二纤芯区的开孔中，在炉中将第一纤芯区和第二纤芯区熔凝在一起，以提供波导预制棒的分层纤芯区。该方法还包括下述步骤将含石英微粉体的包层沉积到波导预制棒分层纤芯区的外表面上。在本专利技术的一个实施例中，提供第一纤芯区的步骤还包括将玻璃棒插入含有第一掺杂剂的石英玻璃管中以提供一组件，将组件插入炉中，对组件加热，以及在炉中使管子塌缩到棒上。最好，在使管子塌缩到棒上之前，让气体流入管子的第一端、管与棒之间，并到达管子的第二端，所述气体选自100％氯气和与稀释气体混合的氯气。所述棒最好是石英玻璃棒，含有诸如氧化锗等可以增大玻璃折射率的掺杂剂。可以在氯气流动步骤进行的同一炉子中进行管子塌缩步骤。有利的是，由于当组件在炉内时用所述气体清洁棒和管的相邻表面，所以管子的外表面不受水的污染，如果在气体流动步骤期间用火焰进行加热，那么就会出现水。该方法特别适于形成纤芯有一折射率下凹环形区的光纤、具有W型分布的光纤和分层纤芯光纤，其中共同待批的美国专利申请揭示了第一种光纤，其专利技术名称为“色散受控制的光纤”，申请日与本申请相同。本专利技术的方法的一个特殊优点是在预制棒中，可以从坯棒的内部开始干燥预制棒的整个光活动区。申请人发现，用本专利技术方法制造的修正色散的光波导表现出因热老化或氢老化引起的衰减增加最小或没有。在以下描述中将叙述本专利技术的其它特点和长处。应该理解，以上概述和以下详细描述是例举和说明，它们试图为要求保护的专利技术提供进一步的说明。附图说明图1例示了用本专利技术方法生产的光纤的折射率分布；图2例示了用本专利技术方法生产的光纤的折射率分布，其中纤芯区折射率下凹；图3示出了在心轴上形成多孔玻璃预制棒；和图4示出了烧结多孔玻璃预制棒。本专利技术的方法可以用来生产具有分层纤芯折射率分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造光波导预制棒的方法，所述光波导预制棒具有分层的纤芯区，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供第一纤芯区，所述第一纤芯区包括一玻璃棒，并且至少含有第一掺杂剂；将含有第二掺杂剂的石英微粉体沉积在心轴上，抽掉心轴，形成有一中心 孔穿过的微粉体坯棒，从而提供第二纤芯区；将第一纤芯区插入第二纤芯区的中心孔，并且在炉中将第一纤芯区和第二纤芯区熔凝在一起，从而提供波导预制棒的分层纤芯区，该分层纤芯具有一外表面；并且将包含石英微粉体的包层沉积在分层纤芯区的外表面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治E伯基，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]