光纤制造技术

本发明专利技术涉及用作光纤（１）的玻璃制品，其纤芯（４）掺杂了一种可以明显增加折射率的硫族元素。本发明专利技术的主题是新颖的、掺杂的二氧化硅纤芯成分，采用等离子体增强化学汽相沉积法（ＰＥＣＶＤ）将二氧化硅中一部分氧用硫、硒或碲来置换。设计这些组份，使具有高于二氧化硅的折射率、低膨胀系数、高透光性以及适当的粘度和软化点，从而使之成为用作光纤的理想候选品。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及用作光纤的玻璃制品，具体地说涉及其纤芯用硫族元素(即，硫，硒)掺杂以提高纤芯折射率的光纤。而且，光波导通常被集束成光缆或束，以提供容量，每条纤维连结到各自的光源。还能将纤维集束以在断线情况下提供备用，以及用于传输由一个光源产生的更大量的光。二氧化硅是电信和光学应用中最重要的氧化物材料，部分原因是通过化学汽相沉积法能获得特别高的纯度。现有技术的方法一般是在燃料空气或燃料氧气火焰中燃烧前质卤化物或有机金属化合物。所产生的细微粉体被置于基底上并熔凝成大块玻璃。硅中可加入其他成分，只要送入燃烧器的蒸汽压力足够高就可。已知的例子包括磷、硼、锗和钛。每一种情况中，金属与火焰中从氧化剂和周围大气获得的氧结合。也可加入有限量的氟，通常是在熔凝期间将氟吹到微粉体上。但要加入与氟不同的阴离子则极为困难。二氧化硅中加入金属氧化物以获得新的光学性质。例如加入钛和锗以提高折射率和/或获得写入光栅需要的光折射效果。对掺杂了硅化锗基1.5微米铒的放大器玻璃加入铝，以获得更宽、更平坦的增益谱。如电信光纤技术的技术人员所熟知的，纤芯材料的折射率必须高于包层材料的折射率，以支持光信号的传输。如上所述，一般通过掺杂钛和锗这样的材料来完成。已知这些和其他材料可以提高二氧化硅玻璃的折射率，但这些材料不利于其他特性，极难合成一体，或者在诸如电信传输等应用中成本高，尤其是对于不想有的信号吸收或信号固有散射。由于对有用金属掺杂剂和加入阴离子物质的方法有严格限制，所以妨碍了波导光纤对电信技术的推进。高质量光波导在进入市场之前必须满足许多严格的要求。其中一些物理要求可包括传输的光信号具有最小损耗；物理强度较高；以及膨胀系数较低。光波导的制造过程增加了可用材料类型的限制。这种限制包括严格的粘度范围、掺杂剂挥发性最小、在预制棒和再拉丝操作中保持圆度、纤芯和包层具有相似的膨胀系数、纤芯软化温度低于或接近包层软化温度，以及再拉丝期间较高的抗张强度。此外，根据对单模或多模波导的需要，针对一特定的纤芯半径，数值孔径(NA)必须具有规定的值。NA值由涉及纤芯和包层材料折射率的公式导出，所以对NA值的限制会限制为纤芯或包层成分选择材料。对光通信系统中用作传输介质的严格光学要求否定了使用从熔融前质获得的玻璃，因为由散射和不纯度吸收两者引起的衰减显得太高。因此，有待开发独特的方法来制备纤丝形式的、纯度非常高的玻璃。在理想情况下，熔凝的光纤预制件沿其长度应具有均匀的特性。但实际上发现，熔凝过程会使熔凝预制件沿其长度产生“轴向趋势”，以致从预制件尖端生产的光纤与由预制件中部生产的光纤具有不同的特性。类似地，由预制件中部生产的光纤与手柄端产生的光纤具有不同的特性。诸如锗等金属掺杂剂加剧了这一问题。因此，需要另外的掺杂剂。从一些设计和工艺限制可见，光纤的成分受严格地限制。强烈希望能认识并利用新的成分和新的生产工艺。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及含有充属化物(如硫)的百分比至少为0.01mol、较好是0.05mol以及最好为0.1mol的光波导。波导较好地还主要地由二氧化硅组成，例如大于85摩尔百分比。在较佳实施例中，光波导是含有纤芯和包层的光纤，纤芯和包层的折射率彼此被配置成使得纤芯能够导光。被加到硅酸玻璃中的较佳的硫族元素包括硫和硒，最好是硫。在最佳的实施例中，波导或光纤至少包含0.5、较好地大于0.1摩尔％的硫。光纤或其他波导还可包含选自磷、铝和硼以及它们的混合物的元素，以改变材料的折射率或光学特性。同样，波导还可包含选自锗、钛、锆、镧、砷和锑以及它们的混合物的金属离子。光波导还可包含镧系金属以产生光学活性(如用作放大器或放大器玻璃)。本专利技术的另一个方面涉及一种制造含硫光波导预制件的方法。该方法中，在可以有效沉积的条件下，在存在含有前质化合物的硫属化合物和形成前质化合物的二氧化硅的情况下，点燃基管内的等离子体(例如，在等离子体增强化学汽相沉积法)，并且将由掺杂了所述硫属化物材的二氧化硅组成的玻璃沉积物沉积到所述管的内部。在所述沉积步骤期间，管子被加热至大于1100℃。沉积步骤最好在有适量的氧化情况下进行，氧气量接近或少于为转变存在于硫属化物二氧化硅玻璃质积物中的硅原子量所面的氧气量。这样本专利技术相当的其他方面涉及的掺杂的二氧化硅成分，其中二氧化硅中一部分氧通过等离子改进型的化学汽相沉积(PECVD)法由硫、硒或碲所置换。这些成分具有比硅高的折射率、低膨胀系数、高透光性、以及适当的粘度和软化点，从而使得它成为用作光波导的理想候选物。将一种材料沉积于另一种之上已经是产生纤芯—包层玻璃光波导的一种方法。传统上，这用常规汽相沉积技术如内部汽相沉积(IVD)和外部汽相沉积(DVD)来完成。然而这些采用火焰水解工艺的常规技术通常引起反应物材料的不想要的分解，从而在新生玻璃制品中产生副产品或物理缺陷。我们已经发现等离子体增强化学汽相沉积法(PECVD)消除这些问题并允许在特定硫属化物中加上以前不用的材料。等离子体沉积作用不同于常规的IVD或OVD方法在于来自各源的反应物(金属离子和阴离子)在等离子中而不是在火焰中结合在一起。此外在固结(烧结)步骤期间材料直接从等离子体进入完全稠密的玻璃中，从而控制从前的易挥发成分的气体逸出。这一能力使得可能由其他阴离子置换氧，以产生新的成分或氧不足的纯二氧化硅。与现有技术方法相比，本专利技术有若干优点。例如，这里揭示的成分和方法对用于电信技术中的锗掺杂二氧化硅纤芯玻璃构成的光纤提供一种替代物。用这里所述的方法，可形成氧化硅玻璃，它具有比二氧化硅更高的折射率，其中所增加的折射率是通过非金属掺杂物硫、硒或碲获得的。最佳的掺杂物是硫。这种方法及得到的组分有望用作制造光栅和光放大器的光纤。其纤芯根据本专利技术用硫掺杂的光敏光纤与现有技术的相比还有下列优点。低浓度掺杂剂保证红外波段中低的光损耗。根据本专利技术制成的光纤的波导特性接近标准光波导的特性，从而有利于它们的连结。而且，所述的光波导如实验表明具有在193mm波长上高的光灵敏度而无须额外氢处理，氢处理会使记录光致的结构复杂化并有害于其温度稳定性。在紫外线辐射的相对低剂量(D＜1kJ/cm2)和能密度(1-100mJ/cm2)时获得较好的折射率感生变化(Δn＞1×10-3)。在所述波长上一个光子吸收起动折射率变化的过程，由此，当光学吸收起动折射率变化的过程，由此，当光学感生结构的记录期间对激发激光器辐射的光束的空间均匀性的要求不像根据两个光子吸的过程时那么高。本专利技术的附加特征与优点将在下面的说明中陈述，并且根据包括下面的详细说明、权利要求以及附图的说明或通过实践所述的本专利技术的认识，对本专利的技术人员是显而易见的。应该理解上面的一般说明和下面的详细说明均不过是本专利技术的示例，用来对了解所主张的本专利技术的特征与性质提供一个综述与框架。附图被包括来提供本专利技术的进一步了解，并构成本说明书的一部分。附图例示了本专利技术的各种实施例，并与说明一起用来解释本专利技术的原理和操作。附图概述附图说明图1示出一光纤。图2描出一装置的框图，用于采用激光紫外辐射调制本专利技术的光纤的折射率。图3示出采用本专利技术的光纤制成的布喇格光栅的传输谱。图4示出按本专利技术制成的光纤的作为ArF准分子激光器的辐射剂量的函数的感生折射率。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导，其特征在于，包含至少８５ｍｏｌ％的二氧化硅和至少０．０１ｍｏｌ％的硫属化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AJ埃利森，K罗斯季斯拉夫，
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]