專利名稱：摻氟石英玻璃件、光纖預型件和光纖的制造方法和光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及摻氟石英玻璃件的制造方法，以及光纖預型件的制造方法及使用該方法的光纖，并且涉及由這種方法制造的光纖。
背景技術：
使用光纖的光傳輸系統(tǒng)能夠?qū)Υ罅康男畔⑦M行高速傳輸和接收。在波分復用(WDM)光傳輸系統(tǒng)中，具有不同波長的多個信號被復用以在一個光纖中傳輸，從而可以使用一個光纖來傳輸和接收更大量的信息。光傳輸系統(tǒng)需要有更大的容量，并且希望減小信號間的波長間距，并擴展多波長信號光的波長帶。
關于波長帶的擴展，不僅已經(jīng)研究了C帶(1,530nm到1,565nm)的使用，而且研究了波長比C帶的波長更長的L帶(1,565nm到1,625nm)、U帶(1,625nm到1,675nm)，以及波長比C帶的波長更短的O帶(1,260nm到1,360nm)、E帶(1,360nm到1,460nm)和S帶(1,460nm到1,530nm)。用于傳輸在這么寬波長帶中的信號的光纖需要具有在整個波長帶上較小的傳輸損耗。在主要由石英玻璃制成的光纖中，最小傳輸損耗在C帶中的1,550nm波長附近，并且由于羥基基團(OH基團)的吸收峰在1,385nm波長帶中。
在1986 IECE General Conference Report，1091，H.Yokota等人的“Loss Characteristics of Ultra-Low-Loss Pure-Silica-CoreSingle-Mode Fiber”中描述的光纖，在1,550nm波長具有0.154dB/km的傳輸損耗，在1300nm波長具有0.291dB/km的傳輸損耗，而在1,380nm波長由于OH基團具有0.75dB/km的損耗增加。與具有氧化鍺摻雜纖心的標準單模光纖相比，這種具有純二氧化硅纖心和摻氟二氧化硅包層的光纖具有更低的傳輸損耗。在美國專利No.6,449,415中公開的光纖在1,550nm波長具有0.170dB/km到0.173dB/km的傳輸損耗，而在1,380nm波長由于OH基團具有0.3dB/km的損耗增加。
關于用于減少由于OH基團的損耗增加的技術，美國專利No.3,933,454公開了一種技術，其中，通過在由石英玻璃粉塵(soot)沉積體生產(chǎn)光纖預制件的步驟中使用氯氣(Cl2)來進行脫水。此外，在日本審查專利申請公開No.62-38292中公開了一種技術，其中，在添加氟的步驟中混合六氟化硫和Cl2。
因為也需要使用在1,380nm附近的波長用于信號的傳輸，所以需要進一步減少由于OH基團的損耗增加的技術。有時，在1,380nm波長附近的激發(fā)光必須通過如在Raman放大技術中的光纖傳播。在這種情況下，如果在1,380nm帶的損耗很大，那么就必須為光纖提供高強度的激發(fā)光，這是不劃算的。
在上述Yokota等人的文獻中公開的光纖，從在1,380nm波長的低傳輸損耗來看是優(yōu)越的。但是，在1,300nm波長由于OH基團的損耗增加較大，因此該光纖不適于在包括1,380nm波長的波長帶中的信號傳輸。在美國專利No.3,933,454和日本審查專利申請公開No.62-38292中公開的技術中，對由于OH基團的損耗增加的減少是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供光纖，該光纖顯示出小的由于OH基團的損耗增加并且適于傳輸在包括1,380nm波長的帶中的信號，本發(fā)明的目的還在于提供該光纖的制造方法，以及光纖預型件和將被用于光纖的摻氟石英玻璃件的制造方法。
為了實現(xiàn)這些目的，提供了摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，該方法包括如下步驟(1)在起始襯底上沉積石英玻璃粉塵，以生成石英玻璃粉塵沉積體，(2)在至少包括含氟原子的第一氣體和具有脫氧性能、且不含氟原子和氫原子的第二氣體的氣氛中加熱該石英玻璃粉塵沉積體。這里，所述具有“脫氧性能”的第二氣體意味著該第二氣體在加熱沉積體的溫度下與氣氛中的氧氣(O2)反應。
第二氣體可以是非金屬元素的氯化物。第一氣體可以是選自由四氟化硅(SiF4)、六氟化二硅(Si2F6)、氯氟化碳、六氟化硫、三氟化氮(NF3)和氟氣(F2)組成的組中的一個。第二氣體可以是選自由除氟化硅之外的鹵化硅、三氯化硼(BCl3)、四氯化碳(CCl4)、四氯化鍺(GeCl4)、氮氣(N2)和硫組成的組中的一個。
不含氟原子和氫原子的脫氧物質(zhì)的濃度總和可以是相對于整個氣氛0.01％或更多的體積比和10％或更少的體積比。第一氣體可以是SiF4，第二氣體可以是四氯化硅(SiCl4)，并且SiCl4的濃度可以是0.01％或更多的體積比和10％或更少的體積比，或者是1％或更多的體積比和10％或更少的體積比。氣氛中氧氣(O2)的濃度可以是20ppm或更少的體積比，或者是10ppm或更少的體積比。石英玻璃粉塵沉積體加熱的至少一部分可以在1,400℃或更高的氣氛下進行。
此外，提供了光纖預型件的制造方法，其中，通過根據(jù)本發(fā)明的方法生成的摻氟石英玻璃件被加工成玻璃管，并且單獨制備的玻璃棒被插入到該玻璃管中，然后是使它們成為一體的步驟。
此外，提供了光纖的制造方法，其中，該方法包括對通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預型件的制造方法生成的光纖預型件進行拉制的步驟?；蛘?，提供了光纖的制造方法，其中，通過根據(jù)本發(fā)明的方法生成的摻氟石英玻璃件被加工成玻璃管，并且單獨制備的玻璃棒被插入到該玻璃管中，然后是同時使它們成為一體并對它們進行拉制的步驟。
此外，提供了包括纖心和包層的光纖，其中，包層含氟，并且在1,380nm波長的傳輸損耗是0.32dB/km或更少。包層可以含0.5％或更多重量比的氟和0.1％或更多重量比的氯。


通過非限制性的實例方式圖示了本發(fā)明，在附圖中相同的標號指示相同的元件。
圖1是繪出了摻氟石英玻璃件中殘余的水量和在使用該摻氟石英玻璃件作為包層的光纖中由于羥基基團(OH基團)吸收的損耗增加相對于加熱相應石英玻璃粉塵沉積體的各氣氛的圖。
圖2A和圖2B是分別示出了通過電子探針微分析(EPMA)獲得的氟濃度和氯(Cl)濃度相對于在通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預型件制造方法生成的光纖預型件橫截直徑上的各位置的圖。
圖3A和圖3B是分別示出了通過EPMA獲得的氟濃度和Cl濃度相對于在通過根據(jù)傳統(tǒng)制造方法生成的光纖預型件橫截直徑上的各位置的圖。
圖4是示出了包層中平均Cl濃度與光纖預型件中由于OH基團吸收的損耗增加之間關系的圖，其中，所述光纖預型件由根據(jù)本發(fā)明使用四氯化硅(SiCl4)作為第二氣體的光纖預型件制造方法生成。
圖5A是由根據(jù)本發(fā)明的光纖制造方法生成的光纖的視圖。圖5B是示出了該光纖折射率分布(profile)的示意圖。
圖6A至圖6D是圖示了本發(fā)明光纖制造方法的實施例的示意圖。
圖7是繪出了加熱氣氛中含有的SiCl4濃度與使用在該加熱氣氛中生成的摻氟石英玻璃件制成的光纖中由于OH基團吸收的損耗增加之間的關系的圖。
圖8是繪出了加熱氣氛中含有的氧氣濃度與使用在該加熱氣氛中生成的摻氟石英玻璃件制成的光纖中由于OH基團吸收的損耗增加之間的關系的圖。
圖9是示出了與爐子馬弗管(furnace muffle tube)中起始棒相連接的石英玻璃粉塵沉積體的加熱方式的示意圖。
具體實施例方式
在本說明書中，“粉塵方法”指任何方法，包括粉末成型法、溶膠凝膠法和例如VAD方法和OVD方法的使用氣相反應的方法，假設玻璃粉塵沉積體被形成，之后玻璃粉塵沉積體被壓實以生成玻璃件。
在使用粉塵方法來生成摻氟石英玻璃件時，通常在沉積玻璃粉塵的步驟之后，送入用于脫水的氣體，例如氯氣(Cl2)。當脫水已經(jīng)充分進行之后，該氣體被轉(zhuǎn)換成氟化氣體。與這種傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于例如從爐子馬弗管連接處進入的空氣而已經(jīng)進入用于加熱石英玻璃粉塵沉積體的氣氛中、并且可能仍在加氟玻璃件中的水(H2O)，可以通過在加氟過程中送入不含氟原子和氫原子的脫氧氣體和含氟氣體來去除，并且可以因而進一步減少所得光纖中由于羥基基團(OH基團)的損耗增加。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，摻氟石英玻璃件的制造方法包括如下步驟(1)在起始襯底上沉積石英玻璃粉塵，以生成石英玻璃粉塵沉積體，(2)在加氟過程中，在至少包括含氟原子的第一氣體和具有脫氧性能、且不含氟原子和氫原子的第二氣體的氣氛中加熱該石英玻璃粉塵沉積體。
在上述的制造方法中，第一氣體是能夠加氟的物質(zhì)。第一氣體優(yōu)選地是至少選自由四氟化硅(SiF4)、六氟化二硅、氯氟化碳、六氟化硫、三氟化氮和氟氣(F2)組成的組中的一個，并且更優(yōu)選地是SiF4。第一氣體是氟被加入其中的物質(zhì)是必要的，并且氣體濃度被控制為獲得期望相對折射率差所需的濃度。第二氣體是氣態(tài)原材料是必要的，其在玻璃被軟化的2,300℃或更低溫度下被加熱時起氧化作用。優(yōu)選地，第二氣體是非金屬元素的氯化物，并且優(yōu)選地，第二氣體至少是選自由除氟化硅之外的鹵化硅、三氯化硼、四氯化碳、四氯化鍺、氮氣(N2)和硫組成的組中的一個。除氟化硅之外的鹵化硅的實例包括含Cl、Br和I的化合物，例如四氯化硅、四碘化硅、四溴化硅和六氯化二硅。在它們之中，SiCl4是容易使用的原材料，因為含有低含量氫化合物的材料容易獲得以作為CVD的原材料。
下面將參照圖1描述優(yōu)選地用不含氟原子和氫原子的氣體來進行加熱的原因，這里使用與SiCl4相關的實例。圖1是繪出了摻氟石英玻璃件中剩余的水(H2O)的量和在使用摻氟石英玻璃件制成的光纖中由于OH基團吸收的損耗增加相對于各種加熱石英玻璃粉塵沉積體的氣氛的圖。在圖1中，■和○分別表示當沉積體在含0.1摩/升H2O的氣氛中，在1,600℃和1,300℃下被加熱時，摻氟石英玻璃件中剩余的水(H2O)量的計算值。同樣，△表示在沉積體于1,300℃的氣氛中被加熱的情況下，在使用摻氟石英玻璃件制成的光纖中由于OH基團吸收的損耗增加的計算值。
當Cl2被加到含水的加熱氣氛中時，發(fā)生下面的反應。
(1)該反應隨著氧氣(O2)濃度的增加向左進行。因此，在含有大量氧氣的氣氛中，即使在加Cl2時也不能如期望地降低H2O的分壓。另一方面，當SiCl4被加到含水的加熱氣氛中時，下面的兩個反應同時發(fā)生。
(2)(3)因為消耗O2的反應與脫水反應同時進行，所以由式(1)表達的反應平衡可以被移動向右，從而可以減少殘留的H2O的量。因為所產(chǎn)生的SiO2本身變?yōu)椴ＡС练e體的一部分，所以這是特別優(yōu)選的。如上所述，SiCl4的混入對H2O分壓的降低施加了重大影響。如從圖1清楚得到的，在使SiCl4的量是H2O分壓的10倍時，殘留的水的量可以被減少到在只有SiF4情況下的約0.2％。自然，SiF4也與H2O反應。但是，在根據(jù)下式的反應過程中，所得的HF容易與SiO2反應，以重新生成H2O(4)因此，與混合SiCl4的情況相比，難于減少OH基團的量。
在又考慮了上述原因后，期望不含氟原子和氫原子的脫氧物質(zhì)的濃度總和是相對于在上述制造方法中的整個氣氛0.01％或更多的體積比和10％或更少的體積比。優(yōu)選地，第一氣體是SiF4，第二氣體是SiCl4，并且SiCl4的濃度是0.01％或更多的體積比和10％或更少的體積比，或者是1％或更多的體積比和10％或更少的體積比。通過將濃度控制在這些范圍內(nèi)，可以充分去除在加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟中從外面進入的H2O或氫給體以及在玻璃中殘余的H2O。
圖7是繪出了加熱氣氛中含有的SiCl4濃度與使用在該加熱氣氛中生成的摻氟石英玻璃件制成的光纖中由于OH基團吸收的損耗增加之間的關系的圖。當SiCl4的濃度是整個氣氛的0.01％或更多時，根據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU-T)建議G.652.D，所述損耗增加可被降至0.05dB/km或更少(建議G.652.D要求已經(jīng)暴露于氫氣的光纖在λ＝1.38μm的光損耗小于或等于在氫氣暴露之前在λ＝1.31μm的光衰減。雖然取決于光纖的類型，但是在1.38μm波長的Rayleigh散射損耗值約0.245dB/km與在1.31μm波長的值約0.295dB/km之間的差為0.05dB/km。)。
為如上所述地控制不含氟原子和氫原子的脫氧物質(zhì)的濃度總和，在沉積體在如下氣氛中被加熱時是特別有效的，所述氣氛中爐子中壓力被調(diào)整到小于或等于外壓，以防止例如Cl2或SiF4的有害氣體泄漏到爐子馬弗管外部。同樣，在送入到加熱氣氛中的氣體中O2的濃度高到10ppm或更多的體積比的情況下，這也是有效的。
圖8是繪出了加熱氣氛中含有的氧氣濃度與使用在該加熱氣氛中生成的摻氟石英玻璃件制成的光纖中由于OH基團吸收的損耗增加之間的關系的圖。在圖8中，虛線表示在含1.1％體積比SiCl4的加熱氣氛中進行的生產(chǎn)的情況，而實線表示在不含SiCl4的加熱氣氛中進行的生產(chǎn)的情況。圖8中的圖上的數(shù)值在表I中示出。
表ISiCl4的體積百分比濃度 O2的體積百分比濃度由于 OH基團吸收的損耗增加dB/km1.1 1 0.0091.1 5 0.0391.1 130.09801 0.05505 0.1800131.050因為SiCl4與SiF4同時存在，所以即使在加熱氣氛中O2濃度很高的情況下，也可以減少由于OH基團吸收的損耗增加。例如氦氣的惰性氣體可以被加到加熱氣氛中，并且通過調(diào)整第一氣體的分壓比，同樣可以獲得期望的相對折射率差。
用于加熱石英玻璃粉塵沉積體的氣氛的溫度優(yōu)選地為800℃到1,700℃。通過將溫度控制在該范圍內(nèi)，氯氣的活性被提高，并且可以有效地進行脫水而不會損耗爐子馬弗管。優(yōu)選地，至少對沉積體的一部分加熱在1,400℃或更高的氣氛中進行。在這種方式下，可以使石英玻璃粉塵沉積體是透明的。
因為OH基團可能從爐子馬弗管外部滲入加熱氣氛中，所以也應該注意馬弗管。表II給出了用于壓實石英玻璃粉塵沉積體的馬弗管厚度以及由于光纖OH基團吸收的損耗增長，所述光纖使用該石英玻璃粉塵沉積體生成。為了實現(xiàn)顯示出由于光纖OH基團吸收的小的損耗增長，馬弗管的厚度必須是3mm或更多，并且優(yōu)選為5mm或更多。
表II情況厚度強度和抗力由于OH基團吸收的損耗增加mmdB/km1 1 差0.52 3 好0.073 5 好0.017將要使用的爐子馬弗管應該由具有1ppm或更少重量含量雜質(zhì)的合成石英玻璃制成。通過使用高純度的石英馬弗管，可以防止OH給體擴散到馬弗管內(nèi)部。為了減少被壓實的玻璃件中的OH基團，還應該注意用于支持石英玻璃粉塵沉積體的起始襯底。美國專利No.6,477,305談到了襯套材料的質(zhì)量。但是，在起始襯底的材料的質(zhì)量之外，還應該注意除材料之外的地方。
圖9是示出了在爐子馬弗管15中連接到起始棒的石英玻璃粉塵沉積體12的加熱方式的示意圖。起始棒在其整個長度上都由熔融石英制成，或者如圖9中所示，合成石英起始棒13和熔融石英起始棒14被連接在一起。表III給出了起始棒的材料、起始棒在馬弗管中的長度L、合成起始棒在馬弗管中的比例以及由于在各種情況下生成的光纖的OH基團吸收引起的損耗增加。
表III起始棒的材料 L 合成起始棒的比例由于OH基團吸收的損耗增加mm ％ dB/km合成石英，低OH類型 100100 0.004(OH含量為0.05ppm重量比) 30 0.017500100 0.003890 0.012800100 0.004195 0.009合成石英，常規(guī)類 100100 0.037(OH含量為0.8ppm重量比)30 0.16500100 0.03890 0.17800100 0.04495 0.1熔融石英起始棒 1000 0.22(OH含量為100ppm重量比) 5000 0.288000 0.31結(jié)論是，即使在使用合成石英起始棒作為馬弗管中起始棒的一部分時，也可以減少由于OH基團吸收的損耗，并且當馬弗管中起始棒的長度減少時，也可以減少由于OH基團吸收的損耗。這是因為棒中含有的OH給體在爐子馬弗管內(nèi)被加熱時被釋放到外部。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，光纖預型件的制造方法包括如下步驟，即將通過本發(fā)明的方法生成的摻氟石英玻璃件處理成玻璃管，并將單獨制備的玻璃棒插入該玻璃管中以使它們成為一體。在光纖預型件的制造方法中，通過根據(jù)本發(fā)明的摻氟石英玻璃件制造方法生成的摻氟石英玻璃件被形成為棒狀，并且例如用金剛石工具或熱加工來將得到的棒加工成管狀。將要成為纖心的單獨制備的玻璃棒被插入到所得的管中，然后使它們成為一體，從而可以生成包括纖心和包層的石英玻璃件?？梢詫λ玫氖⒉ＡЪM行拉長、進一步增加包層(附接外套)、刻蝕、火拋光、外圍拋光等，使得可以生成光纖預型件。在一體化過程中，在管內(nèi)的氣氛中也可以引入不含氟原子和氫原子的脫氧氣體。
優(yōu)選地，通過粉塵方法來附接外套，并且在加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟中使用第一氣體和第二氣體以形成含有少量OH基團的外套部分。第一氣體和第二氣體的優(yōu)選組成和濃度、優(yōu)選的加熱溫度等與上述摻氟石英玻璃件的制造方法中的那些類似。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，光纖的制造方法包括對通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預型件的制造方法生成的光纖預型件進行拉制的步驟?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，光纖的制造方法包括如下步驟，即將通過根據(jù)本發(fā)明的摻氟石英玻璃件的制造方法生成的摻氟石英玻璃件加工成玻璃管，并且單獨制備的、包括將成為纖心的一部分的玻璃棒被插入到該玻璃管中，然后同時使它們成為一體并對它們進行拉制。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的光纖包括纖心和包層，其中，包層含氟，并且因為包層中含有的OH基團的量很少，所以由于OH基團吸收的傳輸損耗增加被減少，并且傳輸損耗很低在1,380nm波長為0.32dB/km或更少。包層可以含0.5％或更多重量比的氟和0.1％或更多重量比的氯(Cl)。
根據(jù)本發(fā)明的摻氟石英玻璃件、光纖預型件的包層以及光纖與通過已知方法生成的那些是不同的，因為它們含有例如SiCl4的脫氧物質(zhì)中所含的元素，所述脫氧物質(zhì)包含在加氟過程中送入的第二氣體中。圖2A和圖2B是分別示出了通過EPMA獲得的氟濃度和Cl濃度相對于在通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預型件制造方法生成的光纖預型件橫截面直徑上的位置的圖。圖3A和圖3B是分別示出了通過EPMA獲得的氟濃度和Cl濃度相對于在通過根據(jù)傳統(tǒng)制造方法生成的光纖預型件橫截面直徑上的各位置的圖。在第二氣體中使用的脫氧物質(zhì)是SiCl4，并且濃度是加熱氣氛的4％體積比。很清楚，通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預型件制造方法生成的光纖預型件包層中的Cl濃度遠遠大于通過已知方法生成的光纖預型件中的濃度。
圖4是示出了包層中平均Cl濃度與光纖預型件中由于OH基團吸收的損耗增加之間關系的圖，其中，所述光纖預型件由根據(jù)本發(fā)明的使用SiCl4作為第二氣體的光纖預型件制造方法生成。很清楚，當平均Cl濃度為0.1％或更多重量比時，ΔOH被大大減少。
實例1圖5A是由根據(jù)本發(fā)明的光纖制造方法生成的光纖的橫截面圖。圖5B是示出了該光纖折射率分布(profile)的示意圖。該光纖10的纖心區(qū)11由純石英玻璃制成，包層區(qū)12由摻氟石英玻璃制成。在實例1中，纖心區(qū)11的外徑2a是8.6μm，包層區(qū)12的外徑2b是125μm，并且相對于包層區(qū)12的折射率，纖心區(qū)11的相對折射率差Δn是0.3％。
圖6A至圖6D是圖示了本發(fā)明光纖制造方法的實施例的示意圖。高純石英玻璃棒(與純石英相比，相對折射率差是0.03％)通過VAD方法合成。該玻璃棒在約1,800℃的溫度下在爐子中被拉長，以制備具有3mm外徑和50cm長度的玻璃棒2。由摻氟石英玻璃制成的、具有與純石英玻璃相比-0.3％相對折射率差的玻璃管1由VAD方法制備。在玻璃管1的制備中，石英玻璃粉塵沉積體由VAD方法生成，并且在16標準升/分(slm)的He和400標準毫升/分(sccm)的SiCl4(載氣He的流速是1slm)被送入的同時，沉積體在被控制為1,250℃的區(qū)域爐(zonefurnace)中以10mm/min的速度在主軸方向上被移動以被脫水，并且關于加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟，在16slm的He、400sccm的SiCl4(載氣He的流速是1slm)和1slm的SiF4被送入的同時，沉積體在被控制為1,590℃的區(qū)域爐中以40mm/min的速度在主軸方向上被移動。所得的棒可以在大于800℃的溫度退火，以清除其中的氣體。在棒的中心形成孔，并進行拉長，從而制備外徑20mm、內(nèi)徑4mm的玻璃管1?？梢栽诎舯焕L之后通過在棒中開孔來生成管。
如圖6A所示，玻璃棒2被插入到玻璃管1中。玻璃管1內(nèi)的壓力被控制在2.5kPa，同時清潔N2(H2O的含量是0.5ppm或更少的體積比，其他含H氣體的含量是0.1ppm或更少的體積比)以2,000sccm的速率被從玻璃管1第一端側(cè)的管5送入到玻璃管1中，并從玻璃管1第二端側(cè)的管6被真空排出。這時，范圍B通過帶加熱器7被加熱到200℃的溫度，所述范圍B包括范圍A和在玻璃管1和玻璃棒2中每一個的范圍A兩側(cè)200mm長度的區(qū)域。在隨后的去除雜質(zhì)、密封和一體化步驟中的每一個中，范圍A被加熱到450℃或更低的溫度。加熱范圍B被確定為包括在隨后的一體化步驟中被加熱到450℃或更低溫度的范圍。這種狀態(tài)被保持4小時，然后上述清潔N2被吹入管中并被排出。
隨后，如圖6B所示，能夠去除金屬雜質(zhì)的氣體(Cl2，SOCl2等)從玻璃管1第一端側(cè)的管5被引入到玻璃管1中，并且玻璃管1和玻璃棒2通過加熱源3被加熱到1,150℃的溫度，從而去除粘在玻璃管1內(nèi)壁表面和玻璃棒2表面的雜質(zhì)。
此外，如圖6C所示，玻璃管1的第二端側(cè)被加熱源3熱熔化，所以玻璃管1和玻璃棒2被熔合，因此玻璃管1被密封。在密封結(jié)束之后，如圖6C所示，玻璃管1的內(nèi)部由真空泵通過作為排氣管的排氣線8被減壓成在0.01kPa或更低的壓力的真空狀態(tài)。之后，清潔N2從玻璃管1第一端側(cè)的管5被引入到玻璃管1中，真空泵被停止，并且玻璃管1的內(nèi)部被加壓到105kPa的壓力。減壓和加壓的這種循環(huán)重復三次，使得吸附在玻璃管1內(nèi)壁表面和玻璃棒2表面上的氣體(主要含H2O)被解除吸附。
如圖6D所示，根據(jù)插入棒一體化方法，通過將加熱源3從玻璃管1的第二端側(cè)順序地朝向第一端側(cè)移動，玻璃管1和玻璃棒2被熱熔化和熔合，使得它們可以被一體化成固體玻璃件。這時，500sccm的氯氣或者500sccm的清潔氧氣被引入到玻璃管1內(nèi)部。玻璃管1內(nèi)部的壓力基于絕對壓力是-1kPa，并且在一體化過程中玻璃管1外表面的溫度是1,600℃。在這種方式下，制備第一玻璃件。
該第一玻璃件具有19mm的外徑和400mm的長度，并且包層直徑與纖心的比例是6.6。此外，第一玻璃件被拉長以制備具有14mm外徑的第一預型件。通過向氧氫焰中引入SiCl4生成的SiO2精細顆粒被沉積在該具有14mm外徑的第一預型件的外圍表面上。所得的沉積體被放在爐子中，并被加熱到800℃的溫度。爐子的溫度以3.3℃/min的溫度升高速率被升高到1,500℃。在這期間，16slm的He、400sccm的SiCl4(載氣He的流速是1slm)和1slm的SiF4被引入爐子。在這種方式下，合成具有-0.33％相對折射率差的外套。光纖預型件如上所述生成。SiCl4的流速可以根據(jù)該預型件直徑與第一預型件直徑的比例來改變。隨后，進行拉長和火拋光，并且所得的預型件具有43mm的外徑和約2.8mm的纖心直徑。該預型件被拉長，從而生成實例1的光纖。
該光纖的傳輸損耗在1,380nm波長是0.295dB/km，包括由于OH基團的0.031dB/km的傳輸損耗。其在1,550nm的傳輸損耗是0.170dB/km，并且截止波長是1.285μm。光纖在80℃下被保持在100％氫氣的氣氛中20小時，之后，檢查到在1,380波長由于OH基團吸收的增加。所得的值小至0.002dB/km。
實例2同樣在實例2中，生成圖5A中所示的光纖。在實例2中，纖心區(qū)11的外徑2a是8.3μm，包層區(qū)12的外徑2b是125μm，并且相對于包層區(qū)12，纖心區(qū)11的相對折射率差Δn是0.36％。
以與實例1中類似的方式來制備玻璃棒2，并且由摻氟石英玻璃組成的玻璃管1通過如下方法制備。即，通過VAD方法生成石英玻璃粉塵沉積體。之后，在16slm的He和400sccm的SiCl4(載氣He的流速是100sccm)被送入的同時，所得的沉積體被保持在被控制為1,250℃的均勻加熱爐中1小時以被脫水，并且，關于加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟，在16slm的He、40sccm的SiCl4和1slm的SiF4(載氣He的流速是100sccm)被送入的同時，沉積體在被控制為1,590℃的爐中保持1小時。在所得棒的中心形成孔，并進行拉長，從而生成外徑20mm、內(nèi)徑6mm、并且具有相對于純石英玻璃的-0.36％相對折射率差的玻璃管1。
其余的程序與實例1中一樣地進行，從而制備外徑19mm、長度400mm的第一玻璃件。第一玻璃件被拉長成具有14mm的外徑，并且通過向氧氫焰中引入SiCl4生成的SiO2精細顆粒被沉積在第一玻璃件的外圍表面上。所得的沉積體被放在爐子中，并被加熱到800℃的溫度。爐子的溫度以3.3℃/min的溫度升高速率被升高到1,500℃。在這期間，16slm的He、40sccm的SiCl4和1slm的SiF4(載氣He的流速是100sccm)被引入爐中。在這種方式下，合成具有-0.36％相對折射率差的外套。光纖預型件如上所述生成。通過隨后的拉長和火拋光獲得的預型件具有40mm的外徑和約2.6mm的纖心直徑。該預型件被拉長，從而生成實例2的光纖。
該光纖的傳輸損耗在1,380nm波長是0.301dB/km，包括由于OH基團的0.037dB/km的傳輸損耗。光纖在1,550nm波長具有的傳輸損耗是0.171dB/km，并且截止波長是1.48μm。
對比實例1除了在加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟中不使用SiCl4來制備玻璃管1之外，以與實例1類似地方式生成光纖。光纖的傳輸損耗在1,380nm波長是0.4dB/km到0.5dB/km。
實例3如在實例1中一樣制備具有9mm內(nèi)徑和117mm外徑的玻璃管(-0.33％的相對折射率差)。具有外徑7.5mm的玻璃棒被插入所得的玻璃管中，接著同時使它們一體化和拉長，從而生成光纖。所得光纖的特性與實例1中的那些類似。
實例4除了關于在加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟中使用的氣體用N2代替SiCl4外，與實例1中一樣地生成光纖。所得光纖的傳輸損耗在1,380nm波長是0.305dB/km，包括由于OH基團的0.041dB/km的傳輸損耗。光纖在1,550nm波長的傳輸損耗是0.173dB/km，并且截止波長是1.44μm。
實例5除了關于在加熱石英玻璃粉塵沉積體的步驟中使用的氣體用SiBr4或SiI4代替SiCl4外，與實例1中一樣地生成光纖。所得光纖的傳輸損耗在1,380nm波長是0.303dB/km，包括由于OH基團的0.039dB/km的傳輸損耗。此外，在1,550nm波長的傳輸損耗是0.171dB/km，并且截止波長是1.41μm。
雖然已經(jīng)結(jié)合當前認為是最實用和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明意于覆蓋包含在所附權利要求精神和范圍內(nèi)的各種改變和等同安排。
這里，通過整體引用，將在2003年12月25號提交的日本專利申請No.2003-429628的包括說明書、權利要求、附圖和摘要的所有公開內(nèi)容包含在內(nèi)。
權利要求
1.一種摻氟石英玻璃件的制造方法，所述方法包括如下步驟在起始襯底上沉積石英玻璃粉塵，以生成石英玻璃粉塵沉積體；以及在至少包括含氟原子的第一氣體和具有脫氧性能、且不含氟原子和氫原子的第二氣體的氣氛中加熱該石英玻璃粉塵沉積體。
2.根據(jù)權利要求1所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，所述第二氣體是非金屬元素的氯化物。
3.根據(jù)權利要求1所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中所述第一氣體是選自由SiF4、Si2F6、氯氟化碳、六氟化硫、NF3和F2組成的組中的一個；并且其中所述第二氣體是選自由除氟化硅之外的鹵化硅、BCl3、CCl4、GeCl4、氮氣和硫組成的組中的一個。
4.根據(jù)權利要求1至3中任何一個所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，不含氟原子和氫原子的脫氧物質(zhì)的濃度總和是相對于整個氣氛0.01％或更多的體積比和10％或更少的體積比。
5.根據(jù)權利要求3所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，第一氣體是SiF4，第二氣體是SiCl4，并且SiCl4的濃度是0.01％或更多的體積比和10％或更少的體積比。
6.根據(jù)權利要求5所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，所述濃度是1％或更多的體積比和10％或更少的體積比。
7.根據(jù)權利要求1所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，所述氣氛中氧氣的濃度是20ppm或更少的體積比。
8.根據(jù)權利要求7所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，所述濃度是10ppm或更少的體積比。
9.根據(jù)權利要求1所述的摻氟石英玻璃件的制造方法，其中，所述石英玻璃粉塵沉積體加熱的至少一部分在1,400℃或更高下在所述氣氛中進行。
10.一種光纖預型件的制造方法，該方法包括如下步驟將通過根據(jù)權利要求1的摻氟石英玻璃件的制造方法生成的摻氟石英玻璃件加工成玻璃管；以及將單獨制備的玻璃棒插入到該玻璃管中，然后使它們成為一體。
11.一種光纖的制造方法，該方法包括如下步驟對通過根據(jù)權利要求10的制造方法生成的光纖預型件進行拉制。
12.一種光纖的制造方法，該方法包括如下步驟將通過根據(jù)權利要求1的摻氟石英玻璃件的制造方法生成的摻氟石英玻璃件加工成玻璃管；以及將單獨制備的玻璃棒被插入到該玻璃管中，然后同時使它們成為一體并對它們進行拉制。
13.一種光纖，包括纖心和包層，所述包層含氟，并且所述光纖在1,380nm波長的傳輸損耗是0.32dB/km或更少。
14.根據(jù)權利要求13所述的光纖，其中，所述包層含0.5％或更多重量比的氟和0.1％或更多重量百分比的氯。
全文摘要
提供了一種光纖，其顯示出由于OH基團的小的損耗增長，并且其適于傳輸包括1,380nm波長的帶中的信號，并提供了這種光纖、光纖預型件和摻氟石英玻璃件的制造方法。摻氟石英玻璃件如下生成(1)在起始襯底上沉積石英玻璃粉塵，以生成石英玻璃粉塵沉積體，(2)在至少包括含氟原子的第一氣體和具有脫氧性能、且不含氟原子和氫原子的第二氣體的氣氛中加熱該石英玻璃粉塵沉積體。通過使用該玻璃體來生成光纖預型件和光纖。光纖具有含氟的包層，并在1,380nm波長顯示出0.32dB/km或更少的傳輸損耗。
文檔編號C03B37/014GK1636902SQ200410104888
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權日2003年12月25日
發(fā)明者佐佐木隆, 石川真二, 樽稔樹 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社