含碱金属氧化物的光纤制造技术

揭示一种具有氧化硅基芯的光纤，该芯包含选自Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＬｉＯ２、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ及其混合物的碱金属氧化物，这些碱金属氧化物在所述芯中的平均浓度约为１０－１００００重量ｐｐｍ，该光纤还具有氧化硅基覆层，该覆层包围该芯并与其直接相邻，该覆层包括折射率低于该覆层其余部分的区域。通过适当选择该芯中碱金属氧化物掺杂剂的浓度和覆层，可获得低损耗光纤，其显示小于１４００纳米的光缆截止、１５５０纳米时约１３－１９皮秒／纳米／千米的色散、以及小于约１３２４纳米的零色散波长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及掺杂有碱金属氧化物的光纤及其制造方法和设备。
技术介绍
衰减是光纤的一个主要限制属性。例如，光纤损耗在设定光纤放大器之间 的限制距离时起到重要作用。这在长距离和超长距离网络(例如海底应用)中尤 其重要，这时，这些放大器代表了明显的系统成本，以及系统可靠性中的主要 因素。因此，在开发具有降低衰减的光纤方面存在巨大商业利益。专利技术概述本专利技术的一个宽泛方面涉及包括氧化硅基芯和覆层的光纤，其中，该芯包 含选自K"、 Na20、 Li02、 Rb20、 Cs,O及其混合物的碱金属氧化物，这些碱金属 氧化物在所述芯中的平均浓度约为10-10000重量ppm。包围芯的覆层优选至少 包括折射率A。/。低于芯的第一环形区域，以及折射率A。/。低于第一环形区域的第 二环形区域。优选该第二环形区域包含随机分布的空隙、氟或其混合物。术语 "孔"和"空隙"在本文中可交换使用。优选第二环形区域与芯(被第一环形 区域)间隔的距离至少为5微米，最优选至少10微米。优选第二环形区域被第 三环形覆盖区域包围，该第三环形覆盖区域的折射率A高于第二环形覆盖区 域。优选该第二环形区域的折射率A比第一环形区域低至少0. 1 A%、更优选至 少O. 2A%，并且优选比第一和第三环形区域都低。在一些优选的实施方式中， 所述芯中碱金属氧化物的浓度约为50-1000ppm。在第二环形区域包含多个随机 分布空隙的实施方式中，这些空隙优选具有小于约2000纳米的平均直径。在一些优选的实施方式中，芯基本不含锗，更优选无锗。这时，通过在优选与芯紧邻的第一环形区域中采用氟掺杂，将使芯折射率相比邻近区域为正。 优选可采用随机分布的空隙、氟或其混合物形成第二环形区域。在优选的实施 方式中，覆层包括含有氟掺杂氧化硅的第三环形区域，该第三环形区域包围所 述第二环形区域。根据本专利技术的一个方面， 一种光纤包括从中线延伸至半径 R,的玻璃芯；包围该芯并与其接触的玻璃覆层，该覆层包括(i)从R,延伸至 半径R2的第一环形区域，其内部区域包括径向宽度W2=R2-R,， (ii)从R2延伸至 半径R,的第二环形区域，该第二环形区域包括径向宽度W:i=R3-R2，禾B(iii)从R3 延伸至最外玻璃半径R,的第三环形区域。该芯优选包括相对于第三环形覆盖区 域的最大相对折射率A麵，0.2%< A,<0.6%。第一环形覆盖区域优选包括折 射率l A2(r) |<0.05%。第二环形区域优选包括相对于第三环形区域的最小相对 折射率A:關，其中△■<-(). 1，更优选<-0.3%。换言之，在该实施方式中， △應> △腿〉△画且△,隨> △讓> △應。本实施方式的芯和覆层能够提供具有 以下性质的光纤光缆截止(cable cutoff)小于1500纳米，1550纳米时的衰 减小于0. 18分贝/千米，1550纳米时的有效面积大于72平方微米、较优选大 于75平方微米、甚至更优选大于85平方微米、最优选大于95平方微米。第 二环形区域可包含掺杂有氟或随机分布的空隙或其组合的氧化硅玻璃。或者，第二环形区域可包含具有许多随机分布的闭合孔的氧化硅玻璃，这 些孔是中空(真空)或填充气体的，这些孔提供光的内部反射，从而为光沿着芯 行进提供波导。这些孔优选填充有氮和氦的混合物。这些孔可提供与例如纯氧 化硅相比低的有效折射率。第二环形区域20具有下式定义的轮廓体积(profile volume) V:i:优选A賜x〈0.6。/。、 A廳〉-0. 05%、 A濕x〈0. 05%、 △，<-0. 1%，更优选小 于-0.25°/。，第二环形区域的轮廓体积绝对值IV:,I大于20°/『平方微米。甚至更优 选△ ，<—0. 45%，并且在一些情况下可能A纖《-0. 7%。在一些实施方式中，20%-平方微米<^3|<80%-平方微米。在其他实施方 式中，30%-平方微米< |V3| <70%-平方微米。在其他实施方式中，40%-平方微 米<^|<60%-平方微米。在一些情况中，优选0. 2%< A1MAX<0. 6%，在其他情况中，优选0. 20%<A ,x<0. 40%。在一些实施方式中W3〉1.0微米，在其他实施方式中1.0<W3<10. o微米， 在一些实施方式中W3<8. 0微米，在其他实施方式中2. 0<W3<4. 0微米。通过对第二环形区域的体积进行选择，可改善弯曲损耗，弯曲损耗定义为 第二环形区域的横截面面积与AV3,的绝对值的乘积(百分比乘平方微米，％_平 方微米)。第二环形区域的体积影响实际光纤和光缆截止波长。要使光缆截止 波长小于1500纳米，则优选IV:,K第二环形区域的体积绝对值)小于80%-平方 微米。使用本文揭示的光纤设计，可得到表现出以下性质的光纤光缆截止小于 1300纳米、更优选小于1260纳米，1550纳米时的色散约为13-19皮秒/纳米/ 千米(ps/mn/km)、更优选为i4-i8皮秒/纳米/千米，零色散波长小于约1420 纳米、更优选小于约1350纳米、最优选小于约1324纳米；优选表现出以下性 质1310纳米时的色散斜率小于约O. 092皮秒/纳米/千米、更优选小于或等于 约0. 090皮秒/纳米/千米，1550纳米时的色散斜率小于约0. 07皮秒/平方纳米 /千米。本文揭示的光纤还能表现出以下性质1550纳米时的有效面积大于约70 平方微米、较优选大于75平方微米、甚至更优选大于85平方微米、最优选大 于95平方微米，同时，1550纳米时的衰减小于0. 18分贝/千米、更优选小于 0. 175分贝/千米、最优选小于O. 17分贝/千米。这种光纤还表现出以下性质 1550纳米时的15毫米弯曲损耗小于5分贝/圈，20毫米弯曲引发损耗小于1 分贝/圈(Db/turn)、优选小于0.5分贝/圈、更优选小于0. 1分贝/圈，30毫米 弯曲损耗小于0.04分贝/圈。所述芯中存在的碱金属氧化物的平均浓度优选约为50-500重量ppm，更优 选约100-300重量卯m。光纤的芯优选基本不含氧化锗，更优选不含氧化锗掺 杂剂。该芯可包含氟，在一些实施方式中，所述芯中氟的平均浓度优选大于所 述芯中碱金属氧化物的平均浓度。光纤的芯以及光纤的覆层可另外包含氯，在 一些优选的实施方式中，所述芯中氯的平均浓度优选大于所述芯中碱金属氧化 物的平均浓度。本文所用"平均浓度"表示就整个芯而言的平均浓度。因此， 例如，如果芯内部的50%表现出300重量ppm的K20，芯外部的50°/。表现出400 重量ppm的K20，则该芯中K20的平均浓度将为350卯m。 1(20是根据本专利技术掺杂 的最优选碱金属氧化物。6所述光纤的芯优选包含平均浓度大于约750重量ppm的氯。覆层是包围芯 并优选与其直接相邻的氧化硅基覆层。该覆层优选包含大于10000ppm的氟。 该芯优选基本不含锗，更优选该芯无锗。在一种优选的实施方式中，所述光纤的芯包括沿着芯中线的第一区域，该 区域包含小于100ppm的氯，所述光纤的芯还包括包围所述第一区域的第二芯 区域，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤，该光纤包括：　　氧化硅基芯，所述芯包含选自Ｋ↓［２］Ｏ、Ｎａ↓［２］Ｏ、ＬｉＯ↓［２］、Ｒｂ↓［２］Ｏ、Ｃｓ↓［２］Ｏ及其混合物的碱金属氧化物，这些碱金属氧化物在所述芯中的平均浓度约为１０－１００００重量ｐｐｍ，和包围该芯的氧化硅基覆层，所述氧化硅基覆层包括至少一个其折射率Δ低于所述覆层其余部分的环形区域，该环形区域包含随机分布的空隙、氟或它们的混合物，所述环形区域与所述芯隔开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SR比克汉姆，DC布克宾德，M李，SK米什拉，DA诺兰，P坦登，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]