專利名稱：含堿金屬氧化物的光纖及制造該光纖的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摻雜了堿金屬氧化物的光纖及制造這種光纖的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
光纖受到的主要限制是衰減。例如光纖損失在設(shè)定光纖放大器之間的限定距離方面起到重要作用。這一點(diǎn)對(duì)于長(zhǎng)距離和超長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)特別重要，例如，海面下應(yīng)用，這種放大器占用了相當(dāng)大的系統(tǒng)成本，并且是影響系統(tǒng)可靠性的一個(gè)主要因素。因此，對(duì)將衰減降低到可能的最低水平是商業(yè)上密切關(guān)注的。
發(fā)明概述本發(fā)明一個(gè)大方面涉及有芯和包層的光纖，該芯包含選自以下的堿金屬氧化物K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O，以及它們的混合物，堿金屬氧化物的峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％；該包層包含其峰值濃度小于纖芯的峰值濃度但大于約0.0005重量％的堿金屬氧化物；光纖中堿金屬氧化物的濃度隨光纖半徑變化。堿金屬氧化物摻雜劑濃度宜隨從光纖中心線的半徑增加而減小。采用本文揭示的堿金屬氧化物摻雜方法，制成的光纖具有在1310nm的衰減小于約0.30dB/km，在1550nm小于約0.18dB/km；較好在1550nm小于約0.17dB/km，更好在1550nm小于約0.16dB/km。
較好地，光纖的芯和包層都含有堿金屬氧化物摻雜劑。光纖的包層玻璃可包含氟(F)。光纖有至少一個(gè)芯環(huán)段(core segment)；某些優(yōu)選實(shí)施方式中，光纖包含多個(gè)芯環(huán)段。堿金屬氧化物在等于光纖模場(chǎng)半徑的半徑上的濃度宜至少為約0.001重量％。
本發(fā)明提出一種具有含堿金屬氧化物的芯的光纖，所述堿金屬氧化物選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O，以及它們的混合物，所述芯含有小于20ppb的OH。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的另一方面，提出一種具有芯和包層的光纖，該芯包含選自Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％；該包層包含其峰值濃度小于芯的峰值濃度但大于約0.0005重量％的堿金屬氧化物；光纖中堿金屬氧化物的濃度隨光纖半徑變化。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的另一方面，提出一種具有芯和包層的光纖，該芯包含其峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％的Rb2O；該包層包含其峰值濃度小于芯的峰值濃度但大于約0.0005重量％的Rb2O；光纖中堿金屬氧化物的濃度隨光纖半徑變化。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)大的方面，提供一種包含芯的光纖，該芯包含GeO2和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物；對(duì)光纖的折射率進(jìn)行選擇，提供在約1550nm大于約1ps/mn/km的總色散(dispersion)，在1550nm小于約0.10ps/nm2/km的色散斜率(dispersion slope)。較好地，光纖在1550nm的總色散大于約6ps/nm/km。較好地，光纖在1550nm的衰減小于約0.18dB/km；更好地在1550nm小于約0.17dB/km。較好地，以至少10m/s拉絲(draw)速度拉制光纖。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本文揭示的光纖包含二氧化硅基芯和包圍芯并與其直接相鄰的二氧化硅基包層，該芯包含選自氧化鍺(germania)、氟以及它們的混合物的第一摻雜劑，以及選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度為20-1000ppm；其中，在1550nm的衰減小于0.185dB/km，較好小于0.18dB/km，更好小于0.17dB/km。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，在1550nm的衰減小于或等于0.167dB/km。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，芯中的堿金屬氧化物濃度隨光纖半徑而下降。較好地，芯中堿金屬氧化物的峰值濃度大于約0.002重量％但小于約0.07重量％。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在等于光纖模場(chǎng)半徑的半徑上的堿金屬氧化物濃度至少約為0.0001重量％。在某些實(shí)施方式中，所述芯包含GeO2，其它實(shí)施方式中，芯不含GeO2。在某些實(shí)施方式中，所述芯包含一個(gè)芯環(huán)段。在其它實(shí)施方式中，芯包含多個(gè)芯環(huán)段。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包層包含F(xiàn)，特別在芯不含氧化鍺的在某些實(shí)施方式中。在優(yōu)選實(shí)施方式中，芯中堿金屬氧化物的峰值量大于約0.002重量％但小于約0.05重量％。在不同的實(shí)施方式中，光纖外密封涂層；在特定實(shí)施方式中，第一摻雜劑是氧化鍺，即光纖是摻雜氧化鍺的，光纖還包含外密封涂層。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，光纖是單模纖維，例如在1550nm單模式(single-moded)；其它優(yōu)選實(shí)施方式中，光纖是多模纖維，較好是具有漸變折射率分布(profile)的纖維。某些優(yōu)選實(shí)施方式是非零色散位移的光纖，其色散在1550nm為1-6ps/nm-km，其它實(shí)施方式的色散在1550nm為6-15ps/nm-km。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，在此揭示的光纖包含芯和包覆該芯的包層，所述芯包含GeO2和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其中，選擇光纖的折射率分布，以提供在1550nm大于約1ps/nm/km的總色散，以及在零色散波長(zhǎng)小于約0.10ps/nm2/km的色散斜率。在優(yōu)選實(shí)施方式中，在1550nm的總色散大于約6ps/nm2/km。較好地，在1550nm的衰減小于約0.18dB/km，更好小于約0.17dB/km。
本發(fā)明另一個(gè)大方面，在此揭示的光纖包含芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，所述芯包含選自Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％。
本發(fā)明又一個(gè)大方面，在此揭示的光纖包含芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，所述芯包含Rb2O，其峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％。
本發(fā)明另一個(gè)大方面，在此揭示的光纖包含二氧化硅基芯和包圍芯并與其直接相鄰的二氧化硅基包層，所述芯包含選自氧化鍺、氟以及它們的混合物的第一摻雜劑，以及選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O和它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度為20-1000ppm；所述芯的折射率分布中有一相對(duì)折射率峰，ΔMAX，比包層大0.2％。較好地，光纖在1550nm的衰減小于0.185dB/km，更好小于0.18dB/km，最好小于或等于0.17dB/km。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，在1550nm的衰減小于或等于0.167dB/km。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，纖維是多模纖維，芯包含至少70重量％SiO2。在其它優(yōu)選實(shí)施方式中，芯包含至少80重量％SiO2。在另一些實(shí)施方式中，芯包含至少90重量％SiO2。較好地，光纖是單模纖維，芯包含至少90重量％SiO2。較好地，芯還包含峰值濃度小于3000ppm的氯。較好地，堿金屬氧化物的峰值濃度小于700ppm。較好地，堿金屬氧化物的平均濃度小于350ppm。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，堿金屬氧化物的峰值濃度小于500ppm，即堿金屬氧化物的峰值濃度為20-500ppm。在優(yōu)選實(shí)施方式中，堿金屬氧化物是K2O。在第一組優(yōu)選實(shí)施方式中，第一摻雜劑是氧化鍺，堿金屬氧化物的峰值濃度為30-300ppm，較好為30-150ppm。芯較好還包含峰值濃度小于3000ppm的氯。較好地，芯的最大氯濃度小于0.2重量％。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包層包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度小于100ppm。在第二組優(yōu)選實(shí)施方式中，第一摻雜劑是氟，堿金屬氧化物的峰值濃度為200-500ppm，在某些優(yōu)選實(shí)施方式中為100-300ppm。較好地，芯的氟濃度大于0.02重量％，更優(yōu)選芯在中心線的氟濃度大于0.02重量％。較好地，芯的氟濃度大于0.15重量％。優(yōu)選芯的最大氟濃度為0.5-1.5重量％。在第二組特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，芯基本上不含氧化鍺，較好的不含氧化鍺。較好地，包層的最小氟濃度至少為1.0重量％。在優(yōu)選實(shí)施方式中，堿金屬氧化物是K2O。在某些實(shí)施方式中，芯還包含其峰值濃度小于500ppm的氯。較好地，包層包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度小于100ppm。
并且揭示一種光纖預(yù)制件，該預(yù)制件具有主要由固體玻璃組成的中心部分，該中心部分被包含玻璃炱的外層部分包覆，中心部分含有選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物。較好地，堿金屬氧化物選自K2O和Rb2O。較好地，中心部分還含有GeO2。外層部分宜包含GeO2。中心部分宜含有小于20ppb的OH。
本發(fā)明的又一個(gè)大方面，揭示一種制造光纖的方法，該方法包括形成包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物的第一玻璃棒，將該第一玻璃棒插入光纖預(yù)制件的中心孔中，形成復(fù)合預(yù)制組合件。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，玻璃棒包含GeO2。較好地，光纖預(yù)制件包含GeO2。在光纖預(yù)制件制造過(guò)程的各點(diǎn)，所述光纖預(yù)制件宜包含玻璃炱。
本發(fā)明又一個(gè)大方面涉及制造光纖的方法，該方法包括提供包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物的光纖預(yù)制件，將該光纖預(yù)制件拉制成光纖，對(duì)拉絲速度和拉伸張力(draw tension)進(jìn)行選擇來(lái)控制光纖中堿金屬氧化物的濃度，該濃度隨半徑變化。
本發(fā)明另一個(gè)大的方面提供制造光纖的方法，該方法包括以下步驟提供包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物的光纖預(yù)制件，在能有效獲得光纖預(yù)制件中隨半徑變化的預(yù)定堿金屬氧化物濃度的溫度下熱處理光纖預(yù)制件一定的時(shí)間。較好地，該方法包括熱處理光纖預(yù)制件至少約6小時(shí)。優(yōu)選地，在至少1000℃對(duì)光纖預(yù)制件進(jìn)行熱處理。較好地，光纖預(yù)制件的包層玻璃包含F(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)大的方面，提供制造光纖的方法，該方法包括以下步驟提供有外尺寸(d1)并用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物摻雜的玻璃制品；在該玻璃制品中添加另一種玻璃，形成具有最后外尺寸(d2)的最后的固結(jié)拉絲預(yù)制件，其中外尺寸(d1)小于或等于最后外尺寸(d2)的0.06倍，從而將堿金屬氧化物集中在最后的固結(jié)拉絲預(yù)制件的中心附近。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)大的方面，提供制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸上，形成含二氧化硅炱的管，首先用含氯氣體干燥該含二氧化硅炱的管，然后用含氟氣體干燥該含二氧化硅炱的管，固結(jié)該二氧化硅炱的管，形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜；燒縮(collapsing)該玻璃管或中間制品，形成摻雜堿金屬的棒，以及在摻雜堿金屬的棒上添加另一種含二氧化硅玻璃。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)大的方面，提供制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸上，形成含二氧化硅炱的管，首先用含氯氣體干燥該含二氧化硅炱的管，然后用含氟氣體干燥該含二氧化硅炱的管，固結(jié)該二氧化硅炱的管，形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜；燒縮該玻璃管或中間制品，形成摻雜堿金屬的棒，將摻雜堿金屬的棒插入含二氧化硅炱的管，形成由含摻雜堿金屬棒形成的芯棒和含二氧化硅炱的管，在該芯棒上添加摻雜氟的二氧化硅，固結(jié)摻雜氟的二氧化硅，形成最后的拉絲預(yù)制件。
此外，根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)大的方面，提供制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將摻雜鍺的二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸上形成摻雜鍺的二氧化硅炱的管，用含氯氣體干燥該摻雜鍺的二氧化硅炱的管，再用含氟氣體干燥該含二氧化硅炱的管，固結(jié)摻雜鍺的二氧化硅炱的管形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜；由該玻璃管或中間制品形成摻雜堿金屬的棒，將棒插入含二氧化硅炱的管，該含二氧化硅炱的管包含摻雜鍺的二氧化硅炱的內(nèi)環(huán)部分和基本沒(méi)有摻雜二氧化硅的炱的外環(huán)部分。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)大的方面，提供制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸上形成含二氧化硅炱的管，用含氯氣體干燥該含二氧化硅炱的管，然后用含氟氣體干燥該含二氧化硅炱的管，固結(jié)該二氧化硅炱的管，形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜，形成摻雜堿金屬的制品，其中堿金屬氧化物以約20-1000ppm量摻雜。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)大的方面，提供一種擴(kuò)散摻雜設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)機(jī)架，放置成相對(duì)該機(jī)架旋轉(zhuǎn)的玻璃管，連接到玻璃管的摻雜劑源，以及靠近玻璃管安裝的感應(yīng)加熱器。
下面詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，由這些說(shuō)明，這些特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，部分是顯而易見(jiàn)的，或者通過(guò)按本文所述，包括下面的詳細(xì)說(shuō)明、權(quán)利要求書(shū)以及附圖實(shí)施本發(fā)明來(lái)認(rèn)識(shí)到這些特征和優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)理解，前面的概述和下面的詳細(xì)描述提供本發(fā)明的實(shí)施方式，旨在提供理解所要求的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的綜述或框架。附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖可結(jié)合并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。


了本發(fā)明的各實(shí)施方式，并與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理和操作。其中合適、相同的特征以相同的數(shù)字編號(hào)。
附圖簡(jiǎn)述圖1所示是具有隨半徑變化的堿金屬氧化物濃度的階躍折射率(step index)的光纖折射率分布的部分。
圖2所示是有多個(gè)芯套的光纖折射率分布，該分布與纖維中隨半徑變化的堿金屬氧化物濃度進(jìn)行比較。
圖3所示是另一個(gè)有多個(gè)芯套的光纖折射率分布，該分布與纖維中隨半徑變化的堿金屬氧化物濃度進(jìn)行比較。
圖4所示是有折射率小于純二氧化硅折射率的包層區(qū)的階躍折射率的光纖折射率分布部分，該分布部分與纖維中隨半徑變化的堿金屬氧化物濃度進(jìn)行比較。
圖5所示是摻雜了F和K2O的二氧化硅玻璃棒的散射損失的圖，表明F和K2O濃度隨橫切該棒的距離變化。
圖6是圖5中濃度的圖，包括表示函數(shù)[K]*[F]3的曲線。
圖7所示是兩種含不同堿金屬氧化物摻雜劑Cs2O和Rb2O，并含F(xiàn)的玻璃芯棒，以及一種只含K2O的玻璃芯棒的散射圖。
圖8所示是對(duì)圖7中的Cs2O、Rb2O和F的濃度的圖。
圖9所示是說(shuō)明兩種不同擴(kuò)散方法產(chǎn)生的隨光纖預(yù)制件的截面半徑變化的K2O濃度的圖。
圖10所示是在以預(yù)定張力和拉絲速度進(jìn)行拉伸后的三根光纖的一部分的橫斷面上的K2O濃度圖。
圖11所示是按照本發(fā)明制造摻雜了堿金屬氧化物的光纖的方法。
圖12圖示了用堿金屬氧化物對(duì)玻璃管進(jìn)行摻雜的方法。
圖13圖示了對(duì)玻璃棒進(jìn)行拉伸的過(guò)程。
圖14圖示了通過(guò)將摻雜堿金屬氧化物的玻璃棒插入多孔炱光纖預(yù)制件的中心孔而對(duì)光纖預(yù)制件進(jìn)行摻雜堿金屬氧化物的方法。
圖15所示是在玻璃芯棒直徑上的K2O和GeO2濃度分布。
圖16所示是沉積玻璃炱的方法。
圖17是對(duì)本發(fā)明摻雜K2O的玻璃棒，K2O濃度隨半徑變化的圖。
圖18是在本發(fā)明二氧化硅玻璃棒橫斷面上擴(kuò)散的Na2O濃度隨半徑變化的圖。
圖19是說(shuō)明按照本發(fā)明制造的光纖預(yù)制件的橫斷面上K2O、F和Cl的濃度的圖。
圖20所示是對(duì)具有摻雜K2O的芯和摻雜F的包層的單模光纖的K2O和F的濃度。
圖21所示是對(duì)具有摻雜GeO2的纖芯的單模光纖的K2O、F和GeO2的濃度。
圖22所示是在光纖預(yù)制件的芯棒中的Rb2O和F濃度。
圖23所示是在光纖預(yù)制件的芯棒中的Cs2O和F的濃度。
圖24說(shuō)明按照本文揭示的本發(fā)明方法制造的光纖的濃度分布以及相對(duì)折射率隨半徑的變化。
圖25所示是按照本發(fā)明一個(gè)方面的制造光纖的一種優(yōu)選方法的流程圖。
圖26所示是按照本發(fā)明一個(gè)方面的制造光纖的另一種優(yōu)選方法的流程圖。
圖27和28所示是按照本發(fā)明摻雜了堿金屬的纖維的相對(duì)折射率的分布。
圖29是按照本發(fā)明一個(gè)方面的機(jī)床的等角視圖(isometric view)，圖示一個(gè)感應(yīng)加熱源。
圖30是圖29的感應(yīng)加熱源的截面圖。
圖31是按照本發(fā)明一個(gè)方面的摻雜氧化鍺光纖的折射率分布圖。
圖32是各摻雜劑的重量％與纖維半徑的關(guān)系圖。
圖33是各纖維實(shí)施方式中K2O重量％與纖維半徑的關(guān)系圖。
圖34按照本發(fā)明一個(gè)方面的另一種光纖的折射率分布圖。
圖35是按照本發(fā)明另一種光纖的各摻雜劑的重量％與纖維半徑的關(guān)系圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種低損失光纖及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及摻雜有堿金屬氧化物的光纖以及制造該光纖和相關(guān)預(yù)制件的方法。本文中使用的以下術(shù)語(yǔ)具有以下定義-模場(chǎng)直徑是對(duì)橫貫單模光纖端面的光功率的度量，可表示為2ω0＝(λ/π)[2∫I(Φ)sinΦcosΦdΦ]/∫I(Φ)sinΦcosΦdΦ]1/2(1)式中，2ω0是模場(chǎng)直徑(因此ω0是模場(chǎng)半徑)，λ是平均光波長(zhǎng)，Φ是對(duì)于輻射圖中心的角度，宜進(jìn)行從0°到90°的積分。模場(chǎng)直徑可按照例如檢驗(yàn)法ANSI/TIA/EIA-455-191-A-2001進(jìn)行測(cè)定。
-有效面積是A有效＝2π(∫E2rdr)2/(∫E4rdr) (2)式中，積分上下限是0到∞，E與傳播的光相關(guān)的電場(chǎng)。
-相對(duì)折射率，Δ，按等式Δi＝(ni2-nc2)/2ni2定義，式中ni是折射率分布段i的最大折射率，nc是通常取作包層最小折射率的參照區(qū)的折射率。相對(duì)折射率通常以％表示，本文中以術(shù)語(yǔ)％Δ表示，除非另外指出，％Δ表示相對(duì)于包層最小折射率的芯的最大的折射率。
-術(shù)語(yǔ)折射率分布或簡(jiǎn)稱折射率分布是在選定的光纖部分，通常是芯上的％Δ和半徑間的關(guān)系。
-術(shù)語(yǔ)α分布指按照下面公式的芯的折射率分布，n(r)＝n0(1-[r/a]α) (3)式中，r是芯的半徑，a是該分布中的終點(diǎn)，在該分布的第一點(diǎn)，r選為0，n0是所關(guān)心(interest)的芯區(qū)的最大折射率，α是定義該芯分布圖形狀的一個(gè)指數(shù)。其它普通的芯折射率分布形狀包括階躍折射率，梯形折射率和圓化階躍折射率，其中的圓化是因?yàn)閾诫s劑在折射率迅速變化的區(qū)域的擴(kuò)散。
-芯指光纖中相對(duì)于包層一般具有增大的折射率的部分，發(fā)射的光功率主要通過(guò)該芯傳播。芯可以由一個(gè)或多個(gè)軸套組成。各芯環(huán)段的折射率可以大于、等于或小于純二氧化硅的折射率。
-包層或包層軸套(segment)指包覆芯區(qū)域的光纖部分，定義為相對(duì)折射率的絕對(duì)量小于0.03％，并且在直到光纖的二氧化硅基部分的最大半徑即直到包層的最大半徑仍保持小于0.03％的情況。在半徑R芯處，芯結(jié)束而包層開(kāi)始，在半徑包層處，包層結(jié)束，在此的R包層＞R芯。
-“ppm”，除非另外特別指出，指重量份/百萬(wàn)重量份，“重量ppm”，是通過(guò)乘以10,000的因數(shù)將以重量％表示的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為ppm。
較好地，光纖的芯和包層都含有堿金屬氧化物摻雜劑。堿金屬氧化物優(yōu)選是K、Na、Li、Cs或Rb，或它們的混合物的氧化物；更好地，堿金屬氧化物是K2O、Rb2O、Cs2O或它們的混合物；最好堿金屬氧化物是K2O或Rb2O。具有基本與傳播光的模場(chǎng)的峰值功率相一致的單模光纖中堿金屬氧化物的峰值濃度是有益，并因此被優(yōu)選。較好地，光纖芯中的堿金屬氧化物濃度有一峰值。堿金屬氧化物濃度在光纖半徑上迅速變化。較好地，堿金屬氧化物的濃度沿光纖半徑的至少一個(gè)部分一般隨光纖中心線開(kāi)始的半徑增大而減小。較好地，堿金屬氧化物濃度作為半徑的變量具有接近高斯(Gaussian)形狀。
較好地，光纖芯中的堿金屬氧化物的峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％；更好大于約0.001重量％但小于0.4重量％；最好大于約0.001重量％但小于約0.15重量％；更優(yōu)選約為0.005重量％-0.15重量％。光纖包層中的堿金屬氧化物峰值量宜小于芯中堿金屬氧化物的峰值量。較好地，包層中堿金屬氧化物的峰值量大于約0.0005重量％；更好大于約0.001重量％。某些實(shí)施方式中，單模光纖包含的堿金屬氧化物在等于模場(chǎng)半徑的半徑處的濃度至少約為0.0001重量％；更好約為0.0001重量％-0.0005重量％。對(duì)多模光纖，在光纖的芯-包層界面處的堿金屬氧化物量宜至少約為0.001重量％；更好約為0.001重量％-0.005重量％。芯或包層，或芯和包層兩者可包含一種堿金屬氧化物摻雜劑和一種或多種玻璃改性摻雜劑，例如GeO2或F。在優(yōu)選實(shí)施方式中，多模光纖包含一個(gè)有漸變折射率分布的芯。
圖1所示是有一個(gè)單獨(dú)芯環(huán)段的單模光纖的舉例折射率分布分布10，以及舉例的堿金屬氧化物濃度分布12(堿金屬氧化物濃度是半徑的函數(shù))，可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明達(dá)到該濃度分布。該光纖包括一個(gè)中心的芯環(huán)段14和包層軸套16。較好地，堿金屬氧化物濃度隨半徑變化。較好地，堿金屬氧化物的濃度沿光纖半徑的至少一個(gè)部分一般隨光纖中心線開(kāi)始的半徑增大而減小。較好地，作為半徑函數(shù)的堿金屬氧化物濃度具有接近高斯的形狀。光纖的芯環(huán)段14可具有圖1所示的階躍形狀，或可具有圓化的，α或三角形形狀。
圖2所示是對(duì)具有多個(gè)芯環(huán)段(一種分割的芯結(jié)構(gòu))的化學(xué)舉例折射率分布分布18，還繪制了該多軸套芯光纖的堿金屬氧化物濃度作為半徑變量的分布20，可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明獲得該光纖。較好地，堿金屬氧化物的濃度沿光纖半徑的至少一個(gè)部分一般隨光纖中心線開(kāi)始的半徑增大而減小。較好地，作為半徑函數(shù)的堿金屬氧化物濃度具有接近高斯的形狀。該折射率分布分布18宜包含一個(gè)中心的芯環(huán)段22，第一環(huán)的芯環(huán)段24，和第二環(huán)的芯環(huán)段26。圖2還示出包層軸套28。然而，應(yīng)理解本發(fā)明不限于圖2所示的折射率分布分布。芯環(huán)段的折射率可等于、大于純二氧化硅的折射率，或該軸套的折射率可小于純二氧化硅的折射率。如圖所示，圖2中所示的第一環(huán)軸套24的折射率被降低到小于純二氧化硅的折射率(純二氧化硅以0％Δ表示)。第一環(huán)芯環(huán)段24的折射率可以任選大于純二氧化硅的折射率，如虛線30表示的，或第一環(huán)軸套24的折射率等于純二氧化硅的折射率。圖2所示的第二環(huán)軸套26顯示相對(duì)折射率大于純二氧化硅的折射率。第二環(huán)軸套26的折射率可以任選小于純二氧化硅的折射率，如虛線32表示的?；蛘撸梢允÷缘诙h(huán)軸套26。雖然在圖2中繪制的光纖芯有三個(gè)軸套，但本發(fā)明的光纖芯可以有任意個(gè)軸套。一個(gè)芯環(huán)段可具有階躍折射率分布分布、α折射率分布分布、三角形折射率分布分布、圓化折射率分布分布或它們的組合。還應(yīng)注意，在本文揭示的濃度范圍的堿金屬氧化物對(duì)折射率的影響最小，能使堿金屬氧化物在橫跨整個(gè)芯折射率分布分布上擴(kuò)散，不會(huì)對(duì)已有的折射率分布分布有略微影響。這為制造過(guò)程提供了極大的機(jī)動(dòng)性，因?yàn)樾枰獣r(shí)堿金屬氧化物可以施用到整個(gè)光纖，不必過(guò)分關(guān)注由于折射率的變化而對(duì)光纖性能造成的變化。
圖3所示是對(duì)另一種有分割的芯的單模光纖的折射率分布34。圖3所示的折射率分布分布包括一個(gè)具有α或圓化折射率分布分布的中心芯環(huán)段36，并包括第一環(huán)芯環(huán)段38和包層軸套40。第一環(huán)的芯環(huán)段38的折射率可等于純二氧化硅的折射率，或第一環(huán)芯環(huán)段38的折射率任選大于純二氧化硅的折射率，如虛線42所示。折射率分布分布34任選包含第二環(huán)芯環(huán)段44。在圖3所示的第二環(huán)芯環(huán)段44具有圓化分布分布。然而，應(yīng)理解，也可以是其它形狀，例如，正方形、三角形或α形。圖3還示出作為半徑函數(shù)的堿金屬氧化物的濃度分布45，可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明來(lái)達(dá)到。較好地，堿金屬氧化物的濃度沿光纖半徑的至少一個(gè)部分一般隨光纖中心線開(kāi)始的半徑增大而減小堿金屬氧化物濃度。較好地，作為半徑函數(shù)的堿金屬氧化物濃度具有接近高斯的形狀。
圖4所示是對(duì)通過(guò)用合適的降低折射率的摻雜劑對(duì)包層玻璃進(jìn)行摻雜，降低包層玻璃的折射率來(lái)形成階躍折射率的光纖的折射率分布分布46。合適的降低折射率摻雜劑例如是F。圖4的光纖包含一個(gè)芯環(huán)段48和包層軸套50。芯環(huán)段48的峰值折射率可大于、小于或等于純二氧化硅的折射率。包層軸套50的折射率小于純二氧化硅的折射率，當(dāng)然也小于芯的折射率。如圖4所示，是舉例的堿金屬氧化物濃度分布52，可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明獲得。較好地，堿金屬氧化物的濃度沿光纖半徑的至少一個(gè)部分一般隨光纖中心線開(kāi)始的半徑增大而減小堿金屬氧化物濃度。較好地，作為半徑函數(shù)的堿金屬氧化物濃度具有接近高斯的形狀。
雖然在圖1-4中給出對(duì)舉例光纖中的一些堿金屬氧化物的一般高斯分布，但堿金屬氧化物濃度也可以是其它徑向變化。例如，堿金屬氧化物摻雜劑可以隨半徑線性變化，或以逐步方式變化。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，堿金屬氧化物和F摻雜且堿金屬氧化物和F的濃度交迭的二氧化硅玻璃中的散射損失遵循[A]*[F]3的關(guān)系式，其中[A]代表堿金屬氧化物濃度(重量％)，[F]代表氟F的濃度(重量％)。即，可以采用關(guān)系式[A]*[F]3來(lái)預(yù)測(cè)散射增加或下降的區(qū)域。圖5分別示出在二氧化硅玻璃棒直徑的一部分上的K2O和F濃度(54，56)。圖5還示出在該玻璃棒直徑的一部分上測(cè)定的光散射58。清楚可見(jiàn)表示大的散射損失的散射峰60，62。圖6還示出在圖5繪出的K2O和F的濃度54，56。在圖6中顯示的是關(guān)系式[K]*[F]3，其中[K]代表氧化鉀(K2O)濃度。[K]*[F]3由曲線64表示。比較圖5和圖6可知，圖5的散射峰60，62與圖6中關(guān)系式[A]*[F]3表示的峰66，68一致。在堿金屬氧化物和F重疊的區(qū)域產(chǎn)生的散射增加對(duì)光纖中重疊與傳播光一致的區(qū)域，例如在光纖的模場(chǎng)半徑內(nèi)尤為棘手。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)與Cs2O或Rb2O組合的交迭使用并未產(chǎn)生和K2O與F組合所產(chǎn)生的同樣散射增加。圖7示出在三種光纖芯棒半徑上的散射。對(duì)芯棒，我們指玻璃棒，它包含至少一部分用于光纖的玻璃芯，而光纖可從含該玻璃棒的預(yù)制件拉制。芯棒還可以包含用于光纖的包層的一部分。第一芯棒用F和Rb2O進(jìn)行摻雜。對(duì)含Rb2O的芯棒的散射可由曲線70表示。第二芯棒用F和Cs2O進(jìn)行摻雜。對(duì)含Cs2O的芯棒的散射可由曲線72表示。第三芯棒只用K2O摻雜。含K2O的芯棒的散射可由曲線74表示。如圖所示，包含Cs2O或Rb2O的芯棒的散射水平等價(jià)于只含K2O的芯棒顯示的散射。圖8表示包含第一和第二芯棒的Rb2O(75)、Cs2O(76)和F(分別是77，78)的濃度。圖7散射軸上所示的值按照純二氧化硅的散射歸一化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，單模光纖的零色散波長(zhǎng)λ0較好在約1280nm-1340nm之間，零色散斜率S0，小于約0.07ps/nm2/km，和在1550nm大于約15ps/nm/km的總色散，更好在約15ps/nm/km-20ps/nm/km之間。較好地，光纖具有小于約1300nm的截止波長(zhǎng)。較好地，光纖在1550nm的有效面積大于約80μm2。光纖的芯直徑較好大于約3μm，更好約為3-5μm，在1550nm的模場(chǎng)直徑大于約9μm，更好約為10-11μm。按照本發(fā)明通過(guò)包含堿金屬氧化物，光纖可制成在1310nm的衰減小于約0.30dB/km，1550nm的衰減小于約0.18dB/km；更好在1550nm小于約0.17dB/km，最好在1550nm小于約0.16dB/km。
另一個(gè)實(shí)施方式中，單模光纖的零色散波長(zhǎng)λ0較好在約1330nm-1600nm范圍，更好約為1330nm-1450nm。芯或包層，或芯和包層兩者另外可用其它玻璃改性摻雜劑，例如GeO2或F進(jìn)行摻雜。本實(shí)施方式的光纖在零色散波長(zhǎng)有一色散斜率S0，該斜率較好小于約0.07ps/nm2/km，更好約為0.035ps/nm2/km-0.07ps/nm2/km，并在1550nm的總色散大于約6ps/nm/km，較好約為6ps/nm/km-15ps/nm/km。較好地，光纖的截止波長(zhǎng)小于約1400nm；更好小于約1300nm。較好地，光纖在1550nm的有效面積約為45-75μm2。采用本文揭示的堿金屬氧化物摻雜方法，按照此實(shí)施方式制造的光纖在1310nm的衰減小于約0.30dB/km，在1550nm小于約0.18dB/km；更好地，在1550nm小于約0.17dB/km，最好在1550nm小于約0.16dB/km。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，單模光纖的零色散波長(zhǎng)較好約為1350nm-1450nm，零色散斜率小于約0.10ps/nm2/km，更好約為0.035ps/nm2/km-0.10ps/nm/km；在1550nm的總色散約為1ps/nm/km-6ps/nm/km。該光纖的截止波長(zhǎng)較好小于約1400nm，更好小于約1300nm。較好地，光纖在1550nm的有效面積約為45-75μm2。采用本文揭示的堿金屬氧化物摻雜方法，按照此實(shí)施方式制造的光纖的衰減在1310nm小于約0.30dB/km，在1550nm小于約0.18dB/km；在1550nm較好小于約0.17dB/km；更好小于約0.16dB/km。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，光纖的芯包含堿金屬氧化物，其包層包含堿金屬氧化物和F。較好地，堿金屬氧化物選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物；更好地，堿金屬氧化物選自K2O、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物；最好堿金屬氧化物是K2O或Rb2O。光纖芯中堿金屬氧化物的峰值量宜大于約0.001重量％但小于約0.4重量％；更好大于0.001重量％但小于約0.15重量％；最好約為0.005重量％-0.15重量％。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，在制造預(yù)制件并隨后形成光纖的過(guò)程中控制堿金屬氧化物在預(yù)制件中的相對(duì)量的能力對(duì)光纖中最后堿金屬氧化物的分布和其傳播特性很重要?？梢栽趯㈩A(yù)制件拉絲成光纖之前，按照預(yù)定的時(shí)間和溫度操作表對(duì)預(yù)制件進(jìn)行熱處理來(lái)達(dá)到上述控制。某些情況，要求將堿金屬氧化物保留在光纖的芯中并限制堿金屬氧化物擴(kuò)散到包層。這可以下面方法達(dá)到，即通過(guò)形成用F-摻雜的包層玻璃包覆的基本上不含氯的光纖芯預(yù)制件，并在將該預(yù)制件拉絲成光纖之前對(duì)其進(jìn)行熱處理。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在1000-1600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理時(shí)，K2O在固結(jié)的F-摻雜的二氧化硅玻璃的擴(kuò)散比在純二氧化硅中的擴(kuò)散快約10-100倍。因此，對(duì)具有含F(xiàn)包層的光纖芯進(jìn)行熱處理能有利地使K2O快速擴(kuò)散通過(guò)包層玻璃，但是相對(duì)于光纖預(yù)制件的芯中堿金屬氧化物濃度而言其濃度很低。因此，可達(dá)到在由這種預(yù)制件拉制的光纖的芯中的低散射，同時(shí)避免高散射，這種高散射可能伴隨數(shù)量上類似的F和K2O的濃度以及F和K2O協(xié)同定位在光纖同一區(qū)域。較好地，預(yù)制件在至少約1000℃的溫度至少熱處理6小時(shí)；更好地，預(yù)制件在至少約1400℃的溫度下熱處理；最好預(yù)制件在至少約1600℃的溫度下熱處理。更好地，對(duì)預(yù)制件熱處理至少30小時(shí)。較好地，光纖預(yù)制件包層包含F(xiàn)。熱處理之后，可采用常規(guī)的拉絲方法，將光纖預(yù)制件拉成光纖。
還有利地控制了拉絲過(guò)程中的堿金屬氧化物的擴(kuò)散。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)按照預(yù)定方式改變拉絲條件，堿金屬氧化物摻雜劑可以按要求的濃度分布，分散在整個(gè)預(yù)制件中。較好地，堿金屬氧化物摻雜劑以和半徑的相對(duì)線性關(guān)系擴(kuò)散。對(duì)上述拉絲前熱處理方法和拉絲方法進(jìn)行比較，示于圖9。圖9顯示拉絲前在1500℃對(duì)光纖預(yù)制件進(jìn)行6小時(shí)熱處理后的K2O徑向濃度，由曲線80表示，以及在2000℃拉絲后的光纖預(yù)制件中K2O濃度，曲線82表示。還示出估計(jì)的初始K2O濃度分布，由曲線84表示，以及初始F濃度，由曲線86表示。芯-包層界面由虛線88表示。如圖清楚地顯示，雖然拉絲前熱處理的K2O濃度分布80顯示在在芯-包層界面88有較大的損耗，但拉絲過(guò)程產(chǎn)生的K2O濃度分布顯示更接近線性分布。較好地，堿金屬氧化物濃度隨半徑而下降。因?yàn)閴A金屬氧化物摻雜劑的擴(kuò)散部分取決于摻雜玻璃的溫度，以及在玻璃保持該溫度的時(shí)間，這些因素對(duì)控制拉絲過(guò)程中堿金屬氧化物的擴(kuò)散發(fā)揮重要作用。光纖預(yù)制件(和由該預(yù)制件拉制的光纖)在拉絲過(guò)程中所處于的溫度和時(shí)間可通過(guò)改變拉絲速度、拉絲(爐)溫度以及光纖張力來(lái)加以控制。例如，提高拉絲速度可減少光纖預(yù)制件的特定部分在拉絲爐內(nèi)的停留時(shí)間，因此可縮短堿金屬氧化物摻雜劑在光纖預(yù)制件即拉制的光纖橫斷面上擴(kuò)散的距離。這可以使較少堿金屬氧化物擴(kuò)散到包層，因此，在光纖芯中有高濃度的堿金屬氧化物。相反，降低拉絲速度增加了停留時(shí)間，因此，由于堿金屬氧化物進(jìn)一步擴(kuò)散到光纖的包層而導(dǎo)致光纖芯中堿金屬氧化物濃度下降。以同樣方式升高拉絲爐溫度可提高堿金屬氧化物的擴(kuò)散速度，降低堿金屬氧化物濃度。結(jié)果，可以使用拉絲速度和爐溫來(lái)有效控制擴(kuò)散，和制成的光纖中堿金屬氧化物的分布。圖10顯示改善光纖直徑上堿金屬氧化物濃度所采用的拉絲條件。圖10示出在由同一光纖預(yù)制件拉絲后拉制的三根光纖直徑的一部分上作為位置函數(shù)的K2O濃度(90，92和94)。用標(biāo)注數(shù)字90表示的光纖是以15m/s和200g張力進(jìn)行拉絲。用標(biāo)注數(shù)字92表示的光纖是以15m/s和90g張力進(jìn)行拉絲，用標(biāo)注數(shù)字94表示的光纖是以9m/s和90g張力進(jìn)行拉絲。對(duì)圖10中所示K2O濃度90、92、94進(jìn)行的比較顯示拉絲速度從15m/s下降到9m/s，分別由曲線92和94表示，導(dǎo)致K2O峰值濃度下降。更明顯地，拉伸張力從90g增加到200g，如比較曲線92和94與曲線90所示，表明光纖芯中堿金屬氧化物的峰值量增加約30％，如曲線90表示。據(jù)信，K2O從光纖中心區(qū)徑向向外擴(kuò)散到光纖的包層。雖然從圖10并不能直接證實(shí)包層中K2O濃度增加，但我們相信對(duì)測(cè)量靈敏度以及隨后在光纖的全直徑上的測(cè)定掃描的提高將顯示這樣的濃度增加。
圖11所示是按照本發(fā)明實(shí)施方式的第一種方法102，通過(guò)堿金屬氧化物擴(kuò)散到合適二氧化硅玻璃制品即光纖的前體來(lái)制造摻雜堿金屬的光纖。在圖11和12中顯示方法102的第一步驟104，并參照這些圖進(jìn)行說(shuō)明。較好地，首先將適用于制造光纖的二氧化硅玻璃管106安裝在機(jī)床101(如加工玻璃的機(jī)床或常規(guī)經(jīng)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積(MCVD)形成的玻璃的機(jī)床)的卡盤(pán)中。采用下面方法在靠近管106一端形成用來(lái)接受堿金屬源化合物110的優(yōu)選的環(huán)形存儲(chǔ)器(reservoir)108，即通過(guò)火焰操作在管106的管壁上鍛造兩個(gè)環(huán)頸形形變112，或者將該存儲(chǔ)器焊接到該管上。也可以采用其它類型的存儲(chǔ)器。較好地，兩個(gè)環(huán)頸形形變112彼此分開(kāi)2cm。管106還可以包含單獨(dú)的摻雜劑或組合的摻雜劑。這種摻雜劑可包含，例如F、Al2O3、CaO、GeO2、P或其它改進(jìn)折射率的摻雜劑。具體是，管可包含用GeO2摻雜的SiO2，例如形成階躍折射率的單模光纖的芯的一部分。在堿金屬氧化物擴(kuò)散到該管之前，通過(guò)化學(xué)氣相沉積在玻璃管106的內(nèi)表面添加附加的二氧化硅玻璃。這樣附加的玻璃還包含上述的摻雜劑。但是，為防止堿金屬結(jié)晶，要求管106以及沉積在該管106內(nèi)壁的任何其它玻璃基本上不含氯。對(duì)基本不含氯，我們指氯含量足夠低，可以避免由于堿金屬氯化物結(jié)晶導(dǎo)致的光損失。為此目的，要求氯含量較好小于約500重量ppm；更好小于約100重量ppm；最好小于約50重量ppm。此外，二氧化硅玻璃管106以及沉積在該玻璃管上的任何其它玻璃應(yīng)基本不含“水”。對(duì)“水”，我們指羥基OH。水在1383nm或約1383nm有一吸收峰，該吸收峰可延伸到光纖的工作波長(zhǎng)區(qū)。這個(gè)峰對(duì)光纖衰減產(chǎn)生有害作用。因此，要求通過(guò)盡可能降低玻璃的OH含量來(lái)減小該吸收峰，也稱作水峰。較好地，玻璃管106含有小于約100重量ppb的OH；更好小于約20重量ppb。為確保在擴(kuò)散堿金屬氧化物摻雜劑之前初始玻璃制品基本上不含水，在制造二氧化硅玻璃管過(guò)程中采用常用的氯干燥法。但是，應(yīng)將使用氯的降至最小，以降低玻璃的氯濃度。在多孔炱玻璃制品情況，在氯干燥后宜采用將制品暴露于含氟氣氛(氟吹掃)如CF4或SiF4，或它們的組合中進(jìn)行干燥，或用上述氟氣氛干燥代替氯干燥。在低于約1100℃的溫度下暴露于含氟氣氛(氟吹掃)，以避免在玻璃中摻雜高含量的氟。要求摻雜低含量的氟，即例如0.1-0.4重量％氟。較好地，成為光纖的芯的玻璃的水含量小于約100重量ppb，更好小于約20重量ppb。
再參見(jiàn)圖12，一旦制成二氧化硅玻璃管106，包括任何附加玻璃的沉積后，將堿金屬源化合物110導(dǎo)入在存儲(chǔ)器108的管106內(nèi)，并用加熱源114加熱，當(dāng)旋轉(zhuǎn)管106時(shí)形成蒸氣。氧氣或載氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封118流入管106的進(jìn)口116，對(duì)管106在堿金屬氧化物源110的下游的部分120進(jìn)行加熱，以促進(jìn)堿金屬氧化物擴(kuò)散到管106的內(nèi)表面122。較好地，管106中沒(méi)有插入任何預(yù)制件部件如另一個(gè)玻璃棒等。管106在堿金屬氧化物源110下游的部分120應(yīng)加熱到足以促進(jìn)堿金屬迅速擴(kuò)散到表面122，并防止使玻璃不透明的溫度。較好地，用加熱源124對(duì)管106在堿金屬氧化物源110下游的部分120進(jìn)行加熱至高于1500℃；更好約為1500-2000℃。較好地，加熱源124橫跨管106的部分120的長(zhǎng)度。堿金屬氧化物源112宜包含選自K、Na、Li、Cs和Rb的元素。較好地，堿金屬氧化物源110是溴化物、碘化物或氟化物。最好，堿金屬氧化物源110是KBr、KI或KNO3。堿金屬氧化物(如，K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O，以及它們的混合物)較好從管106的內(nèi)擴(kuò)散表面122擴(kuò)散到約100-500μm的深度，對(duì)管106進(jìn)行燒縮之前形成摻雜堿金屬氧化物的玻璃管。特別是，優(yōu)選管中擴(kuò)散的堿金屬氧化物摻雜劑濃度(重量％)在徑向變化。較好地，對(duì)玻璃制品(如管106)進(jìn)行摻雜，如圖12的放大圖所示，使在內(nèi)部的一半部分107的濃度最高，在外部的一半部分109的濃度較低。定義在內(nèi)一半和外一半之間的劃分點(diǎn)，并定位在由管106的半徑厚度的一半處(由虛線111表示)。例如，擴(kuò)散宜使堿金屬摻雜劑在外一半部分109中的峰值濃度小于內(nèi)一半部分107的峰值濃度(重量％)的50％。
擴(kuò)散過(guò)程后，采用本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法(或本文所述的干燥方法)對(duì)管106進(jìn)一步加熱，促進(jìn)管106的部分燒縮，以減小堿金屬氧化物通過(guò)后會(huì)損失的內(nèi)表面積以及增大擴(kuò)散了堿金屬氧化物的層的厚度。一旦完成擴(kuò)散摻雜步驟或管106的任何部分燒縮后，可以任選用適合除去二氧化硅玻璃的蝕刻劑對(duì)管的擴(kuò)散表面122進(jìn)行蝕刻，蝕刻至足以除去可能已經(jīng)擴(kuò)散通過(guò)管106的擴(kuò)散表面122的不希望的雜質(zhì)深度。例如HF水溶液可以用作蝕刻劑，更好地，可以使用氟化物氣體，例如CF4、SF6、NF3、C2F6，或它們的混合物。從內(nèi)表面122除去的物質(zhì)量取決于擴(kuò)散和任何部分燒縮過(guò)程的處理?xiàng)l件，優(yōu)選的蝕刻條件能夠足以從表面122至堿金屬氧化物的總擴(kuò)散深度的至少約5％的深度除去玻璃。如方法102的步驟126所示，一旦結(jié)束蝕刻，用加熱源124對(duì)二氧化硅玻璃管106進(jìn)一步加熱，以燒縮在堿金屬氧化物源110下游的管106，并形成摻雜堿金屬氧化物的固體玻璃棒132。按照本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法，如用合適加熱源(如噴燈)進(jìn)行加熱，來(lái)燒縮管106。然后，從含堿金屬源化合物存儲(chǔ)器108的玻璃部分切割出摻雜堿金屬的固體玻璃棒132。較好地，摻雜堿金屬氧化物的固體玻璃棒用合適的蝕刻劑進(jìn)行蝕刻，除去在燒縮管106過(guò)程中通過(guò)噴燈形成的部分或所有水合玻璃。如果使用加熱源進(jìn)行燒縮，例如，感應(yīng)加熱器或電阻加熱器，等離子體噴燈，或使用不含氫燃料如CO的干燥加熱源，則不需要進(jìn)行蝕刻。據(jù)信，在摻雜和/或燒縮步驟采用干燥加熱源能使管外部的再濕潤(rùn)最小，即，OH(水)從外部擴(kuò)散進(jìn)入管最小，因此能進(jìn)一步降低光纖衰減。干燥加熱源是不會(huì)將任何可感知量的OH(水)引入管的加熱源。
例如，圖29所示是用于堿金屬摻雜的擴(kuò)散摻雜機(jī)床設(shè)備501，其中，用于在擴(kuò)散和燒縮過(guò)程中加熱管506的加熱源524是靠近管(較好是包圍管)安裝的感應(yīng)加熱器。玻璃管506相對(duì)于機(jī)架502安裝(較好在卡盤(pán)517中)，并且在機(jī)架中旋轉(zhuǎn)。載氣(如O2)較好從源(未示出)供給并通過(guò)進(jìn)口116和可旋轉(zhuǎn)密封118流入管506。載氣在容器508中的堿金屬源化合物(如，KBr，KI或KNO3)上流過(guò)，該容器通過(guò)互連管或通過(guò)焊接連接到管506。用加熱源514，例如電阻加熱器或感應(yīng)加熱器或噴燈同時(shí)加熱容器和堿金屬源化合物(較好至800-1000℃)，這樣例如可以使堿金屬蒸氣被夾帶在載氣中，從而形成堿金屬摻雜劑氣體。用感應(yīng)加熱器524加熱玻璃管506，該玻璃同時(shí)暴露于摻雜劑氣體，使堿金屬摻雜劑擴(kuò)散到玻璃管506。在擴(kuò)散步驟，加熱器524通過(guò)合適的馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)沿棒506的縱向來(lái)回移動(dòng)。一旦完成堿金屬擴(kuò)散步驟，通過(guò)加熱源524進(jìn)一步施加足夠的熱量(如上所述)，來(lái)燒縮該玻璃管506，形成摻雜堿金屬的玻璃棒。
感應(yīng)加熱源524(如圖30所示)包括包圍了玻璃管506(所示削去頂端)的環(huán)形石墨感應(yīng)器(susceptor)515和包圍該感應(yīng)器的線圈513。線圈513與儲(chǔ)能電路518電連接。感應(yīng)加熱器524安裝在儲(chǔ)能電路518，該電路在滑塊上移動(dòng)，使得加熱源524橫跨在管506的表面。當(dāng)將感應(yīng)功率供給該儲(chǔ)能電路，加熱器524中的線圈513得到電壓，并在感應(yīng)器515中引起渦流電流，從而加熱該感應(yīng)器(并因此加熱管506)。感應(yīng)器由端部件520支撐并與管隔開(kāi)。玻璃管509較好在感應(yīng)器515周圍，用作電絕緣體以及對(duì)該組合件的物理支撐，使得感應(yīng)器可浸在惰性氣流(如由箭頭“I”表示)。特別是，感應(yīng)器515包圍了管506并形成管與感應(yīng)器之間的第一間隔511。同樣，玻璃套509包圍了感應(yīng)器515，并形成該套與感應(yīng)器之間的第二間隔516。惰性氣體如氬氣從源(未示出)流出通過(guò)通道519，該通道與間隔511和516連接，提供包圍感應(yīng)器并防止其氧化的惰性氣體。間隔516較好填充有多孔石墨氈。
應(yīng)認(rèn)識(shí)到，燒縮的摻雜堿金屬的棒132較好包含(類似于管106)徑向變化的堿金屬氧化物濃度，并使該棒相應(yīng)于內(nèi)一半部分107的部分具有最高峰值濃度(重量％)的堿金屬摻雜劑，相應(yīng)于外一半部分109的部分具有較低峰值濃度。最好堿金屬摻雜劑的峰值濃度在棒的中心(如圖17和18所示)，并且半徑的一半處的濃度小于峰值濃度的50％；更好小于25％。最好，在棒的半徑最外層171(圖17，18)不存在任何明顯的堿金屬氧化物摻雜劑。較好地，這種避免了堿金屬摻雜劑的最外層171的厚度大于或等于1.0mm，較好的厚度大于棒外半徑的25％。發(fā)現(xiàn)，在棒上存在不含堿金屬摻雜劑的層降低了在后面加工中如果存在氯時(shí)在棒界面上結(jié)晶的傾向。
根據(jù)方法102的任選步驟128，在進(jìn)一步加工步驟中，摻雜堿金屬的棒132在再拉絲爐136中被加熱并拉制成直徑小于原來(lái)的摻雜堿金屬的玻璃棒的較小的玻璃棒144。該拉絲過(guò)程示于圖13。在上述燒縮步驟形成的摻雜堿金屬的玻璃棒132上固定一個(gè)玻璃把手130，將摻雜堿金屬的玻璃棒132安裝在位于常規(guī)再拉絲爐136上面的移動(dòng)向下加料的支架134中。固定在摻雜堿金屬的玻璃棒132底部的保護(hù)用的玻璃棒138可用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的牽引器140進(jìn)行牽拉，以合適的速度對(duì)摻雜堿金屬的玻璃棒132進(jìn)行拉絲。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)15-23cm/min為適當(dāng)?shù)乃俣?，可根?jù)傳感器142測(cè)定的直徑來(lái)大幅度控制該速度。該拉絲過(guò)程形成的小直徑玻璃棒144的外直徑(dl)較好為3-10mm；更好的小于6mm。如果燒縮步驟126形成的棒132的直徑在要求的范圍之內(nèi)，燒縮步驟126中形成的棒132可以用作玻璃棒144。小直徑玻璃棒144的K2O峰值濃度應(yīng)是光纖進(jìn)行拉絲時(shí)的光纖芯中所需的K2O峰值濃度的約5-10倍，以彌補(bǔ)在光纖拉絲過(guò)程中堿金屬摻雜劑的明顯遷移。例如，如果要求光纖芯中K2O峰值濃度為0.4重量％，則小直徑玻璃棒144的K2O峰值濃度應(yīng)優(yōu)選約2-4重量％。特別是，摻雜堿金屬的很小直徑的棒有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@樣可以將棒中存在的過(guò)渡金屬雜質(zhì)集中在靠近光纖中心線，而中心線處負(fù)面影響最小。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，由于在摻雜的包層中添加大量物質(zhì)，光纖中的峰值濃度會(huì)比小直徑玻璃棒的峰值濃度小100倍。如方法102的步驟146所示，按照這種方法一旦形成小直徑玻璃棒144，通過(guò)例如將玻璃棒144插入光纖預(yù)制件150的中心孔形成組合件，可對(duì)玻璃棒144進(jìn)行進(jìn)一步的包覆。較好地，如圖14所示，光纖預(yù)制件150是多孔的并包含玻璃炱。圖14中，將小直徑的摻雜堿金屬玻璃棒144插入多孔玻璃炱芯體預(yù)制件150的中心線孔，如箭頭152所示，形成復(fù)合預(yù)制組合件155?？刹捎贸Ｒ?guī)方法制造多孔玻璃芯預(yù)制件150。例如，多孔炱芯預(yù)制件150可采用外部氣相沉積方法制造，即將炱沉積到目標(biāo)棒上。從多孔玻璃預(yù)制件中除去該目標(biāo)棒，留下縱向通過(guò)預(yù)制件150的中心線延伸的中心孔148。多孔芯預(yù)制件150可包含一種或多種改進(jìn)折射率的摻雜劑，如氧化鍺(GeO2)。多孔光纖預(yù)制件150可只含一個(gè)芯玻璃炱，或多孔光纖預(yù)制件可包含芯體玻璃炱149和包層玻璃炱143，其中，芯體和包層玻璃炱之間的劃分線，即相對(duì)于包層測(cè)定組成中明顯變化以虛線141示出。換句話說(shuō)，從預(yù)制件外部向內(nèi)移動(dòng)，組分的第一個(gè)明顯變化表示物理芯的開(kāi)始。
圖15是一個(gè)采用參照?qǐng)D12描述的方法102制造的光纖預(yù)制件的例子。具體的，摻雜氧化鍺的二氧化硅炱的管可采用常規(guī)OVD方法制造，即，將摻雜氧化鍺的含二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸，形成摻雜氧化鍺的二氧化硅炱的管。除去心軸，然后將摻雜氧化鍺的二氧化硅炱的管暴露于含氯氣氛中，來(lái)干燥該炱管。干燥后的炱的管較好進(jìn)行氟吹掃(通過(guò)暴露于含F(xiàn)的氣氛中)，來(lái)除去大部分(較好是幾乎所有)的氯，(如下面參照?qǐng)D25的詳細(xì)說(shuō)明)。然后固結(jié)該炱管形成摻雜氧化鍺的玻璃化含二氧化硅的玻璃管，較好的含有大于4重量％GeO2。任選地，對(duì)玻璃管進(jìn)行再拉伸，成為更小直徑的中間制品管。然后在步驟104，用堿金屬氧化物(如K2O)對(duì)包含二氧化硅和氧化鍺(GeO2)的玻璃管(含中間制品管)進(jìn)行摻雜，并在步驟126進(jìn)行燒縮，形成摻雜有堿金屬和氧化鍺的較大直徑的固體二氧化硅玻璃芯棒。這種較大直徑的固體玻璃芯棒可以在任選步驟128中再拉絲成小直徑的玻璃芯棒144，其直徑為上述的優(yōu)選直徑(d1)。然后，包含摻雜氧化鍺和堿金屬的二氧化硅的小直徑玻璃芯棒144進(jìn)行進(jìn)一步的包覆，即如圖11的步驟146所示，通過(guò)將該棒插入多孔玻璃炱光纖預(yù)制件150的中心孔，形成復(fù)合光纖預(yù)制件。多孔炱光纖預(yù)制件150較好還包含在代表芯的外層部分的炱預(yù)制件150的內(nèi)環(huán)部分149上的摻雜氧化鍺(GeO2)的二氧化硅炱和在代表包層部分的炱預(yù)制件150的外環(huán)部分143上未摻雜氧化鍺的二氧化硅炱(較好基本上未摻雜的二氧化硅炱)。這種復(fù)合光纖預(yù)制件145在步驟164進(jìn)行合適的氯干燥并固結(jié)在小直徑玻璃棒上，形成固結(jié)的光纖預(yù)制件(將參照?qǐng)D25進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明)。在固結(jié)之前采用任選的氟吹掃，除去炱預(yù)制件150中的殘余氯。較好地通過(guò)使預(yù)制件150處于約1000-1150℃溫度的含氟氣體(如SiF4或CF4氣體)中約90-150分鐘，進(jìn)行氟吹掃。除了基本上除去(吹掃出)炱預(yù)制件中存在的氯外，氟吹掃還能在內(nèi)層部分略微摻雜少量的氟，為0.1-0.4重量％。對(duì)固結(jié)我們指加熱多孔玻璃炱至使玻璃炱凝聚，從而形成固體透明的玻璃的溫度。摻雜堿金屬的芯預(yù)制件棒宜進(jìn)一步再拉絲，形成第二玻璃芯棒制品144，如步驟166所示。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，摻雜后的玻璃棒制品144包括具有對(duì)應(yīng)于光纖芯的直徑d芯的第一部分145，該部分包含高濃度的堿金屬摻雜劑，以及具有對(duì)應(yīng)于包層的內(nèi)層部分的直徑的d1的包圍部分147(參見(jiàn)圖14的放大圖)。較好地，d芯小于或等于dl的0.5倍，使包層的某些部分包含在棒制品內(nèi)。第二棒144再被含二氧化硅的玻璃包覆，并固結(jié)形成最終的拉絲預(yù)制件。最好，采用OVD或棒在炱中的方法(即將棒插入含二氧化硅的玻璃炱管內(nèi))進(jìn)行包覆，并且進(jìn)行固結(jié)，但是還可以包括將棒插入玻璃套中，形成具有最終外部尺寸直徑(d2)的最終的固結(jié)拉絲預(yù)制件。較好地，玻璃制品棒144的外部尺寸(d1)小于或等于最終固結(jié)拉絲預(yù)制件的最終外部尺寸(d2)的0.06倍(更好地，小于或等于最終外部尺寸(d2)的0.03倍)，從而將堿金屬摻雜劑(堿金屬氧化物)集中在預(yù)制件的中心附近。
采用電子微探針對(duì)制成的固結(jié)光纖芯預(yù)制件進(jìn)行測(cè)定。圖15中的曲線153，155表示在固結(jié)的預(yù)制件直徑上的GeO2和K2O濃度的例子。虛線157和159標(biāo)出小直徑玻璃棒和固結(jié)炱之間的邊界。最終的拉絲預(yù)制件進(jìn)行固結(jié)后，然后在步驟170，采用常規(guī)的拉絲裝置和方法或本文所述的裝置和方法，從該固結(jié)組合件拉制成摻雜堿金屬和氧化鍺的光纖(例如，參見(jiàn)圖1)。
根據(jù)參照?qǐng)D16所述的另一種方法，小直徑摻雜堿金屬的玻璃棒144可用作初始棒，如本領(lǐng)域人員已知的，采用OVD法，在該棒上沉積附加的多孔玻璃炱162作為包覆層，形成組合件160。圖16示出典型的外部氣相沉積法。如圖16所示，在按照上述方法制成的小直徑摻雜堿金屬的玻璃棒144上安裝一個(gè)玻璃把手154，該把手成為制成的預(yù)制件的一個(gè)整體部分。把手154提供后面加工步驟中對(duì)沉積法形成的二氧化硅玻璃預(yù)制件的支撐方法。將具有固定把手154的玻璃棒144安裝在一機(jī)床上，玻璃棒在機(jī)床中相對(duì)于燃燒器156旋轉(zhuǎn)并平移，該燃燒器可以是例如美國(guó)專利4,165,223中揭示的那些。燃料氣體和氧氣或空氣從氣源(未示出)供給燃燒器156。這種混合物燃燒，產(chǎn)生從燃燒器156發(fā)射的火焰。二氧化硅前體氣體-蒸氣的混合物在火焰內(nèi)氧化，形成含二氧化硅炱流158，被導(dǎo)向玻璃棒144。本領(lǐng)域已知向燃燒器156輸送氣體-蒸氣混合物的合適裝置；對(duì)這種裝置的參考說(shuō)明可參見(jiàn)美國(guó)專利3,826,560、4,148,621和4,173,305。燃燒器156一般在這樣條件下操作，即提供合理的高沉積速度和效率，同時(shí)使燃燒器面上形成的炱最少。這樣條件下，從燃燒器孔流出的氣體和反應(yīng)物的流速和這些孔的大小和位置以及它們的軸向取向應(yīng)使聚集的炱流從燃燒器156向著玻璃棒144流動(dòng)。復(fù)合炱預(yù)制件160采用下面方式形成，即通過(guò)將玻璃棒144多次橫過(guò)燃燒器156，使形成多層含二氧化硅炱，以形成炱涂層162。通過(guò)沿旋轉(zhuǎn)玻璃棒144前后移動(dòng)燃燒器156或通過(guò)燃燒器156和玻璃棒144的組合平移運(yùn)動(dòng)，也可以達(dá)到這種平移運(yùn)動(dòng)。炱涂層162形成復(fù)合預(yù)制件160的芯體玻璃的至少一個(gè)部分，該預(yù)制件宜包含基本上純的二氧化硅。較好地，炱涂層的密度大于0.35g/cc，更好約為0.35g/cc-0.5g/cc。然后，復(fù)合預(yù)制件160暴露于含氯氣體中進(jìn)行干燥，在方法102的步驟164中，在爐內(nèi)加熱，固結(jié)該復(fù)合預(yù)制件160，形成透明固體玻璃的固結(jié)光纖芯預(yù)制件。
可以按照美國(guó)專利4,165,223，或參照?qǐng)D25所述的方法對(duì)復(fù)合預(yù)制件進(jìn)行干燥和固結(jié)步驟，形成光纖芯預(yù)制件。在固結(jié)步驟中，復(fù)合預(yù)制件宜進(jìn)行氟吹掃，除去在最初干燥步驟提供的不需要的氯。這一吹掃步驟包括暴露含氟氣體中，但該氣體中只加入了少量氟(例如0.1-0.4重量％)。然后在上述類似于方法102的步驟162的過(guò)程中對(duì)該透明玻璃芯預(yù)制件再進(jìn)行拉絲，形成第二芯棒，即包含由其拉制成的光纖芯的至少一部分的玻璃棒。第二芯棒還包含包層玻璃的至少一部分。如方法102的步驟168所示，第二芯棒還可以通過(guò)添加附加的玻璃進(jìn)一步加工，或通過(guò)化學(xué)氣相沉積例如通過(guò)同時(shí)套封或化學(xué)沉積來(lái)沉積玻璃炱，或通過(guò)本領(lǐng)域已知的其它方法，達(dá)到用玻璃管(玻璃管或炱的管)套封，形成容易拉制成光纖的完成的光纖預(yù)制件。附加的玻璃包括芯玻璃，包層玻璃或這兩者。此外，附加的玻璃可通過(guò)幾個(gè)另外的沉積步驟來(lái)達(dá)到要求的厚度，其中，每一個(gè)步驟之后，將炱干燥，摻雜氟，固結(jié)并再拉制成更小直徑的棒。在芯主要由摻雜了堿金屬的二氧化硅組成(可以包含少量氟)情況，附加的玻璃由基本上沒(méi)有進(jìn)行摻雜的二氧化硅的內(nèi)徑向部分(可包含少量氟)和通過(guò)沉入摻雜(flood doping)(參見(jiàn)US 4,629,485)充分摻雜氟的外徑向部分(對(duì)應(yīng)于光纖的包層)組成。較好進(jìn)行充分摻雜，在芯和包層之間的相對(duì)折射率Δ％達(dá)到例如大于0.2％，更好地為0.30-0.40％。特別地，對(duì)每一個(gè)另外的步驟，壕狀(moat)二氧化硅(對(duì)應(yīng)于光纖包層的附加的玻璃)通過(guò)沉積加入到第二棒上，這樣的壕狀二氧化硅摻雜有氟。壕狀炱首先用含氯氣體進(jìn)行干燥，然后在1225℃暴露于含氟氣體(如，SiF4或CF4)中60-120分鐘，然后，較好在含氟氣體存在下，以7-10mm/min的速度，向下通過(guò)熱區(qū)(1450-1500℃)進(jìn)行固結(jié)。這種預(yù)制件可以再拉絲形成第三棒，并可再次重復(fù)這些步驟，即，沉積，干燥，摻雜氟和固結(jié)，直到獲得合適直徑的最終預(yù)制件。較好地，在包層中附加玻璃(additional glass)的相繼各層中的氟的重量％大約相同，或更好地，略小于(約小0.1-0.5重量％)最外包層中的重量％，將應(yīng)力作用減至最小。制成步驟168的完成的光纖預(yù)制件后，將完成的光纖拉絲預(yù)制件拉制成摻雜堿金屬氧化物的光纖，如方法102的步驟170所示。在本文所述的每一次再拉絲步驟之后，將棒暴露于氘氣氛中進(jìn)行D2處理。在GB 2,149,392和US 4,515,612以及US 4,504,297中描述了氘處理。
根據(jù)參照?qǐng)D25的流程圖描述的另一種方法的實(shí)施方式302，形成摻雜氧化鍺和堿金屬的階躍折射率單模光纖。該方法302較好在步驟301包括首先形成摻雜氧化鍺的含二氧化硅玻璃炱管。炱的管較好采用OVD方法形成，通過(guò)將摻雜一定量氧化鍺摻雜劑的含二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸上，在光纖上達(dá)到要求的折射率(如，對(duì)階躍折射率光纖為0.3-0.4％)。然后除去該心軸形成管形的炱管。然后，炱的管在干燥步驟303中通過(guò)下面方式進(jìn)行干燥，首先將預(yù)制件在氦氣氛中，1000℃預(yù)熱60分鐘。接下來(lái)，在爐中，將摻雜氧化鍺的二氧化硅炱的管暴露于含氯(如，Cl2)氣氛中1000-1150℃下約60-120分鐘。最好，該氣氛包含氦和含氯氣體的組合，其中含氯氣體的體積流量小于氦氣的體積流量；較好地，含氯氣體的體積流量小于氦氣的體積流量的10％；更好小于2％(例如，20SLPM的氦和0.2SLPM的含氯氣體)。在氯干燥步驟303之后，干燥的炱的管較好還進(jìn)行氟吹掃步驟304，該步驟中，將干燥的管在約1000-1150℃的爐子中，處于含氟氣氛(較好包含CF4或SiF4)約90-150分鐘，進(jìn)一步干燥該預(yù)制件。最好，含氟氣氛包含含氟氣體和惰性氣體如氦。含氟氣體的體積流量小于氦的體積流量；較好含氟氣體流量小于氦體積流量的10％；更好小于5％(例如，20SLPM氦和0.4SLPM含氟氣體)。在低于固結(jié)溫度下進(jìn)行步驟304的這種氟吹掃處理，該處理中只有少量氟(約0.1-0.4重量％)被引入并摻雜到摻雜氧化鍺的二氧化硅管。進(jìn)行氟吹掃是要是炱預(yù)制件中殘留的氯量最小。
然后，干燥并進(jìn)行了氟吹掃的管在步驟307，通過(guò)處于有熱區(qū)溫度為1450-1500℃和含例如氦的惰性氣氛的爐(以約7mm/min速度，使炱預(yù)制件向下移動(dòng))內(nèi)，進(jìn)行固結(jié)。該步驟產(chǎn)生的摻雜氧化鍺的二氧化硅玻璃管然后按照前面參見(jiàn)圖12所述的方法，在步驟304進(jìn)行堿金屬摻雜。進(jìn)行這樣摻雜之前，還可以任選將該玻璃管置于再拉伸爐中，拉制形成為更小直徑的摻雜堿金屬管的中間制品。
摻雜堿金屬后，通過(guò)加熱源供給足夠的熱量，在機(jī)床上燒縮玻璃管或中間制品，形成包含摻雜有堿金屬氧化物和氧化鍺的二氧化硅的玻璃制品棒。任選地，在再拉絲裝置中，在步驟326和329之間的一個(gè)步驟中，如上所述將該棒再拉絲成更小直徑的棒。接下來(lái)，將附加的含二氧化硅玻璃添加到摻雜堿金屬的棒上。例如，在步驟326，可以將小直徑摻雜堿金屬和氧化鍺的棒插入炱預(yù)制件150(圖14)中，該預(yù)制件較好具有摻雜氧化鍺的二氧化硅炱的內(nèi)環(huán)部分149(對(duì)應(yīng)于芯的最外層部分)，和較好由基本純的(未摻雜的)二氧化硅炱構(gòu)成的外層部分143(對(duì)應(yīng)于包層)。對(duì)這種棒在炱中的管組合件進(jìn)行氯干燥和任選的氟吹掃，并按照上面對(duì)摻雜氧化鍺的炱管所述的相同方式，固結(jié)形成最終固結(jié)拉絲預(yù)制件組合件。最后，由該固結(jié)的拉絲預(yù)制件拉制摻雜堿金屬和氧化鍺的單模光纖；其代表性的折射率分布示于圖27。在摻雜堿金屬的光纖310中，芯312主要由氧化鍺、氟和堿金屬摻雜劑組成，而包層316主要由未摻雜的二氧化硅或略微摻雜氟的二氧化硅組成。對(duì)制成的光纖310的例子的最大相對(duì)折射率Δ(Δ最大)約為0.43％，芯312的外半徑約為5.3μm。
在第一組優(yōu)選光纖實(shí)施方式中，本文揭示的光纖包含芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，其中，該芯相對(duì)于包層具有完全非負(fù)的，較好是正的相對(duì)折射率分布。較好地，該芯包含氧化鍺。
在第一組優(yōu)選實(shí)施方式中的某些優(yōu)選實(shí)施方式，芯由一個(gè)單獨(dú)芯環(huán)段組成，即中心芯環(huán)段，包圍并直接鄰近該中心芯環(huán)段上的包層，如圖1和27所示，以及這些說(shuō)明性的分布的變化，如具有階躍、圓化、α或三角形的分布，如上面討論的，其中，中心芯環(huán)段具有相對(duì)于純二氧化硅為正的折射率Δ1(r)。如圖27可看見(jiàn)，光纖的相對(duì)折射率可包含一個(gè)延伸到包層的擴(kuò)散尾部，相對(duì)折射率的絕對(duì)值小于0.03％。在第一組優(yōu)選實(shí)施方式中的其它優(yōu)選實(shí)施方式，芯包含多個(gè)芯環(huán)段，如中心芯環(huán)段和直接包圍在中心芯環(huán)段上的第一環(huán)的芯環(huán)段，以及直接包覆第一環(huán)芯環(huán)段的包層，其中，中心芯環(huán)段具有相對(duì)于包層為非負(fù)的，較好是正的相對(duì)折射率Δ1％(r)，其中第一環(huán)的芯環(huán)段的純二氧化硅相對(duì)于包層具有非負(fù)的，較好是正的相對(duì)折射率Δ2％(r)。
在第一組優(yōu)選的實(shí)施方式中，芯包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-300ppm，較好20-200ppm。包層中最大堿金屬氧化物濃度較好小于50ppm，更好小于10ppm，最好小于5ppm。芯和包層各自包含大于90重量％SiO2，較好大于或等于95重量％SiO2。按照本文揭示的一種或多種方法制造光纖可能會(huì)使少量氟殘留在芯中，例如在引入堿金屬氧化物之前用氟吹掃預(yù)制件，或預(yù)制件的部分的結(jié)果。芯較好包含小于0.2重量％氟，更好小于0.1重量％氟，在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，不含氟。芯較好包含小于3000ppm的氯，更好小于2000ppm氯，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，由于按照本文揭示的一種或多種方法進(jìn)行制造的結(jié)果，包含500-2000ppm的氯。
在第一組的在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯包含氧化鍺和一種選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O和它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-300ppm，較好為20-200ppm，最好為30-150ppm；在不同的優(yōu)選實(shí)施方式中，芯還包含＞0.2％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大，在其它優(yōu)選實(shí)施方式中，芯還包含為0.2-0.5％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大，在另一些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯還包含為0.3-0.45％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大。
在第一組的其它優(yōu)選實(shí)施方式中，本文揭示的光纖包含一個(gè)單獨(dú)的芯環(huán)段，即中心芯環(huán)段，和直接包覆在該中心芯環(huán)段上的包層，其中，芯具有相對(duì)純二氧化硅為正的折射率Δ1(r)，芯包含氧化鍺和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-300ppm，較好為20-200ppm，最好為30-150ppm；所述芯還包含為0.2-0.5％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大，較好為0.25-0.45％，包層中最大堿金屬氧化物濃度較好小于50ppm，更好小于10ppm，最好小于5ppm。該光纖包含大于90重量％SiO2，較好大于或等于95重量％SiO2。芯包含較好小于0.2重量％氟，更好小于0.1重量％氟，在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯不含氟。芯包含較好小于3000ppm的氯，更好小于2000ppm氯，在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包含500-2000ppm的氯。
在第一組的另外一些實(shí)施方式中，本文揭示的光纖包含一個(gè)單獨(dú)的芯環(huán)段，即中心芯環(huán)段，和包圍芯并與其直接相鄰的包層，其中，芯包含氧化鍺和K2O，K2O的峰值濃度為20-300ppm，較好為20-200ppm，更好為30-150ppm；芯還包含為0.2-0.5％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大，較好為0.25-0.45％，包層中最大K2O濃度較好小于10ppm，更好小于5ppm。該光纖包含大于90重量％SiO2，較好大于或等于95重量％SiO2。芯包含較好小于0.2重量％的氟，更好小于0.1重量％氟，在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯不含氟。芯較好小于3000ppm的氯，更好小于2000ppm的氯，在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯包含500-2000ppm的氯。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選方法實(shí)施例，制造一種具有摻雜堿金屬的二氧化硅芯和摻雜氟的包層的光纖。如圖26所示，方法402包括在步驟401形成主要由二氧化硅炱組成的管。這種管與圖25的步驟301所述的管的唯一差別是該管較好是基本純的(未摻雜的)二氧化硅炱，但也可能包含少量由氟吹掃除去氯時(shí)帶來(lái)的氟。氯干燥、氟吹掃、固結(jié)、堿金屬摻雜和燒縮步驟403、405、407、404和426與圖25所述的方法相同，除了燒縮后形成的棒是只摻雜堿金屬和氟吹掃產(chǎn)生的微量氟(約0.1-0.4重量％)的二氧化硅。可任選對(duì)該棒進(jìn)行蝕刻和/或再拉絲為更小直徑的摻雜堿金屬的棒。
在步驟429，然后將棒插入含二氧化硅炱的管(較好還進(jìn)行氟吹掃)，形成棒在炱中的組合件，其中的炱管較好對(duì)應(yīng)構(gòu)成光纖的二氧化硅芯的剩余部分。特別是，炱的管基本包括和對(duì)棒所進(jìn)行的相同處理以及基本相同量的氟；所述棒和管各自包括氟吹掃產(chǎn)生的小重量％的氟。對(duì)這種棒在炱中的組合件進(jìn)行干燥，較好再進(jìn)行氟吹掃，并按照對(duì)步驟331所述的相同方式在步驟431進(jìn)行固結(jié)，形成固結(jié)的組合件。這種固結(jié)的組合件然后較好在步驟466再拉絲成更小直徑的芯棒(有時(shí)稱作桿)，直徑約為15mm。然后將包覆的二氧化硅炱加到芯桿上，例如通過(guò)OVD，在步驟468，將該炱沉積芯桿上。然后對(duì)這種炱進(jìn)行干燥，沉入摻雜氟(如US4,629,485中提到的)，并在步驟467進(jìn)行固結(jié)，將附加的摻雜氟的玻璃添加該固結(jié)的組合件上。摻雜氟可以在固結(jié)爐中進(jìn)行，通過(guò)使炱在1225℃處于含氟氣體(SiF4或CF4)中約60-120分鐘，之后通過(guò)將爐溫升高至約1450-1500℃時(shí)摻雜的炱固結(jié)，并使該炱處于向下移動(dòng)的燒結(jié)器中約7-10分鐘。在固結(jié)之前停止氟氣(只使用氦)或在預(yù)制件進(jìn)行固結(jié)時(shí)氟與氦組合繼續(xù)流動(dòng)。在方框472重復(fù)步驟466、468和467，添加另外的包覆層，達(dá)到要求的芯/包層比。然后，具有摻雜堿金屬氧化物的二氧化硅芯和摻雜氟的包層的代表例的光纖可處于常規(guī)拉絲設(shè)備和方法進(jìn)行拉絲。按照這種方法402制成的光纖示于圖28。這種光纖446包括一個(gè)包含摻雜堿金屬的二氧化硅芯448和摻雜氟的二氧化硅包層450。芯448包含小重量％的來(lái)自氟吹掃的氟。
在第二組優(yōu)選光纖的實(shí)施方式中，本文揭示的光纖包含一個(gè)芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，其中，芯相對(duì)于包層具有完全非負(fù)的，較好為正的相對(duì)折射率分布。較好地，芯基本上不含氧化鍺，更好地，芯不含氧化鍺。
在第二組優(yōu)選實(shí)施方式的某些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯由一個(gè)單獨(dú)的芯環(huán)段，即中心芯環(huán)段，和包圍芯并與其直接相鄰的包層組成，如圖1和圖1的說(shuō)明性分布的變化所示，例如具有階躍、圓化、α或三角形的分布，如上面所述，其中，中心芯環(huán)段具有相對(duì)包層為正的折射率Δ1(r)。在第二組優(yōu)選實(shí)施方式的其他優(yōu)選實(shí)施方式中，芯包含多個(gè)芯環(huán)段，如中心芯環(huán)段和直接包圍在該中心芯環(huán)段上的第一環(huán)芯環(huán)段，和直接包覆在第一環(huán)芯體軸套上的包層，其中，中心芯環(huán)段具有相對(duì)包層為非負(fù)，較好為正的相對(duì)折射率Δ1％(r)，第一環(huán)的芯環(huán)段是純二氧化硅，具有相對(duì)包層為非負(fù)的，較好為正的相對(duì)折射率Δ2％(r)。
在第二組優(yōu)選實(shí)施方式中，芯包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O和它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-1000ppm，較好為20-700ppm，更好為20-500ppm。包層中最大堿金屬氧化物濃度較好小于200ppm，更好小于50ppm。該光纖包含的氟的濃度至少為0.02重量％，較好大于0.15重量％，較好的最大氟濃度為0.5-0.15重量％。芯包含0.1-0.4重量％的氟，更好為0.15-0.4重量％氟，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，為0.2-0.3重量％。芯較好包含小于500ppm的氯，更好小于300ppm氯，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包含小于200ppm的氯。包層包含大于0.5重量％的氟，較好大于1重量％氟，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，為1-2重量％氟。
在第二組的某些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯包含氟和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-1000ppm，較好為20-700ppm，更好為20-500ppm，最好為100-500ppm；芯還包含(相對(duì)于包層)＞0.2％的峰值相對(duì)折射率，Δ％(r)，在其它優(yōu)選實(shí)施方式中，芯還包括0.2-0.5％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大，在另一些優(yōu)選實(shí)施方式中，芯還包括0.3-0.4％的峰值相對(duì)折射率，Δ最大。包層包含至少0.02重量％的氟，較好大于0.15重量％氟，且最大氟濃度為0.5-1.5重量％。
在第二組的其它優(yōu)選實(shí)施方式中，本文揭示的光纖包含一個(gè)單獨(dú)的芯環(huán)段即中心芯環(huán)段，和包圍芯并與其直接相鄰的包層，其中，包層具有相對(duì)于純二氧化硅為負(fù)的折射率，芯包含氟和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-1000ppm，較好為20-500ppm，更好為100-400ppm；芯還包含(相對(duì)于包層)峰值相對(duì)折射率，Δ最大，為0.2-0.5％，較好為0.3-0.4％，包層中最大堿金屬氧化物濃度較好小于200ppm，更好小于50ppm。該光纖包含大于90重量％SiO2，較好大于或等于95重量％SiO2。芯較好包含小于500ppm的氯，更好小于300ppm氯，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包含小于200ppm的氯。
在第二組的另一些優(yōu)選實(shí)施方式，本文揭示的光纖包括一個(gè)單獨(dú)的芯環(huán)段即中心芯環(huán)段，和包圍芯并與其直接相鄰的包層，其中，包層具有相對(duì)純二氧化硅為負(fù)的折射率Δ包層，芯包含氟和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O和它們的混合物的堿金屬氧化物，堿金屬氧化物的峰值濃度為100-400ppm，較好為200-300ppm；其中芯還包含(相對(duì)于包層)峰值相對(duì)折射率，Δ最大，為0.2-0.5％，較好為0.3-0.5％，更好0.3-0.4％，包層中最大堿金屬氧化物濃度較好小于200ppm，更好小于50ppm。該光纖包含大于90重量％SiO2，較好大于或等于95重量％SiO2。芯較好包含小于500ppm的氯，更好小于300ppm氯，最好小于200ppm，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包含小于50ppm的氯。
在第二組的又一些優(yōu)選實(shí)施方式，本文揭示的光纖包含一個(gè)單獨(dú)的芯環(huán)段即中心芯環(huán)段和包圍芯并與其直接相鄰的包層，該芯環(huán)段具有相對(duì)包層為正的折射率分布和相對(duì)純二氧化硅為負(fù)的折射率分布，其中，包層具有相對(duì)純二氧化硅為負(fù)的折射率分布，所述芯包含氟和氧化鉀，氧化鉀的峰值濃度為100-400ppm，較好為200-300ppm；芯還包含(相對(duì)于包層)峰值相對(duì)折射率，Δ最大，為0.2-0.4％，較好為0.3-0.4％，包層中最大氧化鉀濃度較好小于200ppm，更好小于50ppm。該光纖包含大于90重量％SiO2，較好大于或等于95重量％SiO2。芯較好包含小于500ppm的氯，更好小于300ppm氯，最好小于200ppm，而在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，包含小于50ppm的氯。
在第三組優(yōu)選實(shí)施方式中，一種光纖包含芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，所述芯包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其中，將芯沉積在軸向中心線附近；該光纖包含基本上限定在芯的最中心區(qū)域的雜質(zhì)。光纖1550nm的衰減小于0.20dB/km，較好小于0.19dB/km，更好小于0.185dB/km，最好小于0.180dB/km。較好地，芯包含小于約100重量ppb的OH。較好地，所述雜質(zhì)在最中心區(qū)內(nèi)的峰值濃度比光纖中該最中心區(qū)外部分的任何雜質(zhì)的濃度至少大20％；在某些實(shí)施方式中，光纖中該最中心區(qū)外部分的雜質(zhì)濃度為零。所述雜質(zhì)可以是選自過(guò)渡金屬、結(jié)晶的堿金屬化合物、吸附物(occlusion)、它們的組合或混合物的雜質(zhì)。
第三組的某些實(shí)施方式中，光纖包含芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，所述芯包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其中，將芯沉積在軸向中心線附近，所述芯包括含有峰值濃度的過(guò)渡金屬的最中心區(qū)，在該最中心區(qū)外的光纖所具有的最大過(guò)渡金屬濃度小于在該最中心區(qū)內(nèi)的峰值過(guò)渡金屬濃度的20％。在不同的實(shí)施方式中，最中心區(qū)外的最大過(guò)渡金屬濃度為零。較好地，最中心區(qū)在該中心線和半徑小于5μm的區(qū)域之間。較好地，在半徑大于5μm的所有區(qū)域的過(guò)渡金屬的濃度小于約0.01摩爾％。在某些實(shí)施方式中，在最中心區(qū)的過(guò)渡金屬的峰值濃度大于約0.1摩爾％。
第三組的其它實(shí)施方式中，光纖包含芯和包圍芯并與其直接相鄰的包層，所述芯包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其中，將芯沉積在軸向中心線附近，該光纖在該中心線和半徑小于5μm間的區(qū)域具有大于約0.1摩爾％的過(guò)渡金屬峰值濃度，在半徑大于5μm的所有部分，過(guò)渡金屬的濃度小于約0.01摩爾％。
在此揭示的所有實(shí)施方式中，光纖較好包含包圍包層最外直徑部分并與之直接接觸的第一涂層，以及包圍第一涂層并與之直接接觸的第二涂層。
在此揭示的光纖的某些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述光纖在其外部還包含一層最外層的密封涂層。該外密封涂層較好包圍第二涂層并與之直接接觸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在此揭示的光纖包含摻雜氧化鍺和K2O-的芯，包圍芯并與其直接相鄰的包層，包圍該包層并與其直接接觸的第一涂層，包圍該第一涂層并與其直接接觸的第二涂層，以及包圍該第二涂層并與其直接接觸的密封涂層。美國(guó)專利No.5,152,817描述了制備密封涂覆的光纖的方法和設(shè)備。
實(shí)施例按上面參照?qǐng)D11所述的方法，形成摻雜K2O的玻璃芯棒。如圖17所示，玻璃芯棒的K2O濃度164是半徑的函數(shù)，接近高斯曲線。曲線166顯示玻璃棒相對(duì)純二氧化硅的相對(duì)折射率。用于K2O擴(kuò)散的初始管是純的(未摻雜的)二氧化硅。芯棒在棒中心線168附近有最大K2O濃度，約為1重量％。對(duì)應(yīng)于棒的外層部分的部分171較好應(yīng)基本避免有摻雜的堿金屬。特別是，摻雜應(yīng)使該棒的外一半部分的堿金屬濃度最低，而內(nèi)一半部分的堿金屬濃度最高。更具體地，優(yōu)選在外一半的堿金屬摻雜劑的峰值濃度小于在內(nèi)一半的峰值濃度的50％；更好小于25％。
實(shí)施例2按上面參照?qǐng)D11所述的方法形成摻雜Na2O的玻璃棒。如圖18所示，玻璃棒的Na2O濃度170是半徑的函數(shù)，接近高斯曲線。曲線172顯示玻璃棒相對(duì)純二氧化硅的相對(duì)折射率。該棒在玻璃棒中心線174附近有最大Na2O濃度170，大于2重量％。
實(shí)施例3采用本文揭示的方法，并如圖12所示，用K2O對(duì)二氧化硅管進(jìn)行摻雜。堿金屬源化合物110是KI。用燃燒器114加熱KI至1100-1200℃。燃燒器124以約220mm/min速度向前和400mm/min速度向后沿管106來(lái)回移動(dòng)，直到蒸發(fā)堿金屬源化合物110。從管106切下存儲(chǔ)器108，燒縮管106形成第一玻璃棒。該第一玻璃棒在49％HF中蝕刻13小時(shí)。然后將第一玻璃棒置于機(jī)床中，并以常規(guī)的外氣相沉積法將二氧化硅玻璃炱沉積在第一玻璃棒上，形成第一復(fù)合玻璃制品。通過(guò)常規(guī)的固結(jié)摻雜，對(duì)該第一復(fù)合玻璃制品進(jìn)行固結(jié)，干燥和摻雜F，然后拉制成第二玻璃棒。用橫穿該棒直徑的微探針測(cè)定第二玻璃棒。圖19示出在該第二玻璃棒直徑上的K2O濃度的曲線176，Cl濃度的曲線178和F濃度的曲線180。將第二玻璃棒置于機(jī)床上并將二氧化硅炱沉積在第二玻璃棒上形成第二復(fù)合玻璃制品。采用常規(guī)方法對(duì)第二玻璃制品進(jìn)行固結(jié)，干燥和F摻雜，然后拉制成第三玻璃棒。將第三玻璃棒置于機(jī)床上，并以常規(guī)的外氣相沉積法將二氧化硅玻璃炱沉積在第三玻璃棒上，形成第四復(fù)合玻璃制品。對(duì)第四玻璃制品進(jìn)行固結(jié)，用Cl氣進(jìn)行干燥，并在固結(jié)期間摻雜F，形成預(yù)備用來(lái)拉制成光纖的光纖預(yù)制件(拉絲預(yù)制件)。在70克光纖張力下，以7m/s速度，將該光纖拉絲預(yù)制件拉制成光纖。該光纖的截止波長(zhǎng)(在2m長(zhǎng)光纖上測(cè)定)為1150nm，在1550nm的衰減為0.17dB/km。對(duì)光纖進(jìn)行微探針?lè)治?，作為半徑的函?shù)的光纖中摻雜劑濃度的曲線示于圖20，其中，曲線182代表以重量％表示的K2O濃度，曲線184代表以重量％表示的F濃度。
實(shí)施例4另一種光纖是通過(guò)用GeO2對(duì)玻璃棒進(jìn)行摻雜而制備的。該玻璃管然后通過(guò)本文所述的擴(kuò)散方法摻雜K2O，燒縮并拉制成摻雜K2O-GeO2的玻璃棒。采用常規(guī)的外部氣相沉積法，在玻璃棒上沉積玻璃炱來(lái)包覆該玻璃棒，然后按照常規(guī)進(jìn)行固結(jié)，形成光纖拉絲預(yù)制件。在固結(jié)過(guò)程中該包覆炱摻雜了F。將拉絲預(yù)制件拉制成具有階躍折射率的芯的單模光纖，該芯具有約0.75％的峰值相對(duì)折射率Δ％。該光纖在1550nm的衰減為0.228dB/km。對(duì)該光纖進(jìn)行微探針?lè)治觯鳛榘霃降淖兞康墓饫w中摻雜劑濃度的曲線示于圖21，其中，曲線186代表以重量％表示的K2O濃度，曲線188代表以重量％表示的F濃度，曲線190代表以重量％表示的GeO2濃度。
實(shí)施例5按照本發(fā)明對(duì)含GeO2的SiO2玻璃管進(jìn)行摻雜K2O。將該玻璃棒在H2/O2燃燒器火焰上來(lái)回移動(dòng)進(jìn)行加熱，來(lái)燒縮該玻璃棒，形成固體，直徑約為15-17mm的大直徑玻璃棒。以約1.5-2cm/min速度來(lái)回移動(dòng)燃燒器火焰?；鹧鏈囟燃s為2150-2200℃。大直徑玻璃棒的外部在49％HF溶液中蝕刻約8小時(shí)。以除去棒表面的雜質(zhì)。大直徑玻璃棒中的K2O峰值量約為1.5-2重量％。大直徑玻璃棒具有相對(duì)于純二氧化硅約為0.35-0.4％的相對(duì)折射率。然后，采用常規(guī)拉絲方法對(duì)大直徑玻璃棒進(jìn)行拉制，獲得直徑約為6mm的小直徑玻璃棒。將小直徑玻璃板切成幾段。采用外部氣相沉積法制造多孔玻璃炱的芯預(yù)制件，其中，將玻璃炱沉積在目標(biāo)物或餌棒上。該多孔玻璃炱芯預(yù)制件包含芯玻璃炱和至少一部分的包層玻璃炱。一旦形成多孔炱預(yù)制件，除去目標(biāo)棒，留下一個(gè)沿預(yù)制件中心線的孔。將含K2O和GeO2的小直徑玻璃棒插入該多孔玻璃炱預(yù)制件的中心線孔，形成第一復(fù)合預(yù)制件。第一復(fù)合預(yù)制件然后在常規(guī)固結(jié)爐中進(jìn)行固結(jié)，形成固結(jié)的芯預(yù)制件。該固結(jié)的芯預(yù)制件在常規(guī)的再拉絲爐內(nèi)進(jìn)行拉絲，形成第二玻璃芯棒。將第二玻璃芯棒切割成多個(gè)部分。將第一芯棒部分置于一個(gè)玻璃成形機(jī)床中，在第一芯棒上沉積附加的包覆玻璃炱，形成第二復(fù)合預(yù)制件。第二復(fù)合預(yù)制件在常規(guī)固結(jié)爐中進(jìn)行固結(jié)，形成固結(jié)的拉絲預(yù)制件。然后采用常規(guī)方法將該拉絲預(yù)制件拉制成具有摻雜K2O和GeO2的芯的光纖。按照類似的方式，對(duì)剩余的第二玻璃芯棒部分進(jìn)行加工以得到拉絲預(yù)制件，并將該拉絲預(yù)制件拉制成光纖。使用按照EIA/TIAFOTP-78光譜衰減測(cè)定臺(tái)和光時(shí)域反射測(cè)量法(OTDR)EIA/TIA FOTP-60，測(cè)定該光纖的光損失(衰減)。測(cè)定結(jié)果列于下表1。在表1中，MFD表示在1310nm波長(zhǎng)測(cè)定的光纖的模場(chǎng)直徑，光纖的截止波長(zhǎng)是按照EIA/TIA FOTP-80，在2m長(zhǎng)光纖上測(cè)定的截止波長(zhǎng)。
表1

實(shí)施例6按照本文揭示的方法對(duì)第一二氧化硅玻璃管摻雜Rb2O，對(duì)該管進(jìn)行加熱并燒縮形成固體玻璃芯棒。也按照本文揭示的方法對(duì)第二二氧化硅玻璃管摻雜Cs2O。對(duì)第二玻璃棒進(jìn)行加熱并燒縮形成摻雜有Cs2O的第二固體玻璃芯棒。將電子微探針橫貫玻璃棒靠近其中心線的直徑部分，測(cè)定摻雜Rb2O的玻璃芯棒和摻雜Cs2O的玻璃芯棒。各玻璃棒的所測(cè)直徑上的Rb2O和Cs2O的濃度分別示于圖22和圖23，。圖22中，曲線192示出在玻璃芯棒的一部分直徑上的Rb2O濃度，曲線194示出F的濃度。在圖23中，曲線196示出在玻璃芯棒的一部分直徑上的Cs2O濃度，曲線198示出F濃度。
實(shí)施例7使用上述實(shí)施例5的芯棒制造光纖。該光纖的折射率分布以及K2O濃度示于圖24。圖24中，曲線200表示芯的折射率分布，曲線202表示為半徑函數(shù)的K2O濃度。采用光時(shí)域反射測(cè)量法(OTDR)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該光纖在1550nm的衰減為0.1827dB/km，在1310nm的模場(chǎng)直徑為9.52μm。光纖還具有約1519nm的截止波長(zhǎng)，1308.2nm的零色散波長(zhǎng)和零色散波長(zhǎng)下0.088ps/nm2/km的色散斜率。光纖在150克光纖張力下以10m/s拉絲速度進(jìn)行拉絲。
實(shí)施例8
圖31示出屬于本文公開(kāi)的第一組優(yōu)選光纖實(shí)施方式的光纖的相對(duì)折射率分布，該光纖按照?qǐng)D25所示的方法制造。Δ最大＝0.41％，半高峰寬，HHPW為4.4μm，R芯＝7.1μm，包層延伸到半徑為62.5μm處。擴(kuò)散拖尾從7.1μm至約22μm延伸到包層。
圖32示出對(duì)圖31光纖測(cè)定的K2O、GeO2、F和Cl濃度分布。表2總結(jié)了圖32。
表2

表3列出圖31和32的光纖的測(cè)定性質(zhì)表3

實(shí)施例9，10，11圖33示出實(shí)施例8(圖31代表的)的光纖的K2O濃度分布，以及實(shí)施例9-11的光纖中K2O的濃度分布，實(shí)施例9-11大致類似于實(shí)施例8，除了K2O摻雜劑分布。表4列出對(duì)實(shí)施例8-11的K2O的峰值濃度和K2O分布的半峰高寬度以及相應(yīng)測(cè)得的在1550nm的衰減。實(shí)施例11具有最低的K2O峰，最低K2O分布和最高衰減。發(fā)現(xiàn)，衰減的下降是存在的K2O峰值濃度下降至小于約20ppm的結(jié)果。
表4

實(shí)施例12圖34示出按照?qǐng)D26所示方法制造的屬于本文公開(kāi)的第二組優(yōu)選實(shí)施方式的光纖的相對(duì)折射率分布。Δ最大＝0.33％，半峰高寬度HHPW為4.4μm，R芯＝4.7μm，包層延伸到半徑為62.5μm處。芯中K2O平均濃度為250ppm。
表5列出圖34的光纖的測(cè)定性質(zhì)表5

實(shí)施例13-17按照?qǐng)D26所示方法制造的屬于本文公開(kāi)的第二組優(yōu)選實(shí)施方式的另一些代表性的光纖具有類似于圖34的折射率分布。實(shí)施例18，制造有高濃度K2O的芯的光纖，并進(jìn)行了測(cè)定。
表6列出實(shí)施例13-18的測(cè)定值表6

比較例18在1550nm具有較高的測(cè)量衰減。
圖35示出實(shí)施例15的K2O、F和Cl的濃度分布。芯中K2O峰值濃度為400ppm，K2O濃度分布的最大半全寬(FWHM)是4.8μm。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在不偏離本發(fā)明精神和范圍下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的各種修改和變動(dòng)都是顯而易見(jiàn)。因此，本發(fā)明旨在包括在所附權(quán)利要求書(shū)和其等價(jià)內(nèi)容的范圍之內(nèi)對(duì)本發(fā)明的修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種光纖，該光纖包括二氧化硅基芯，所述芯包含選自氧化鍺、氟以及它們的混合物的第一摻雜劑，以及選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度為20-1000ppm；和包圍芯并與其直接相鄰的二氧化硅基包層；其特征在于，在1550nm的衰減小于0.185dB/km。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述衰減在1550nm小于0.18dB/km。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述衰減在1550nm小于0.17dB/km。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述衰減在1550nm小于或等于0.167dB/km。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，芯中堿金屬氧化物的濃度隨光纖半徑下降。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，芯中堿金屬氧化物的峰值濃度大于約0.002重量％但小于約0.07重量％。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，在等于光纖的模場(chǎng)半徑的半徑處的堿金屬氧化物濃度至少約0.0001重量％。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述芯包含GeO2。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述芯不含GeO2。
10.如權(quán)利要求9所述的光纖，其特征在于，所述芯包含一個(gè)單獨(dú)軸套。
11.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述芯包含多個(gè)軸套。
12.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述包層包含F(xiàn)。
13.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，芯中堿金屬氧化物的峰值量大于約0.002重量％但小于約0.05重量％。
14.如權(quán)利要求1所述的光纖，該光纖還包含外密封涂層。
15.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述第一摻雜劑是氧化鍺，且該光纖還包含外密封涂層。
16.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述芯具有漸變折射率分布，該光纖是多模光纖。
17.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，在1550nm的色散為1-6ps/nm-km。
18.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，在1550nm的色散為6-15ps/nm-km。
19.一種光纖，該光纖包含芯，該芯包含GeO2和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物；其特征在于，選擇光纖的折射率分布，提供在1550nm大于約1ps/nm/km的總色散，在零色散波長(zhǎng)處小于約0.10ps/nm2/km的色散斜率。
20.如權(quán)利要求19所述的光纖，其特征在于，總色散在1550nm大于約6ps/nm2/km。
21.如權(quán)利要求19所述的光纖，該光纖還包括在1550nm小于約0.18dB/km的衰減。
22.如權(quán)利要求19所述的光纖，該光纖還包括在1550nm小于約0.17dB/km的衰減。
23.一種光纖，該光纖包含芯，該芯包含選自Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％；包圍芯并與其直接相鄰的包層。
24.一種光纖，該光纖包含芯，該芯包含峰值濃度大于約0.001重量％但小于約1重量％的Rb2O；和包圍芯并與其直接相鄰的包層。
25.一種光纖，該光纖包含二氧化硅基芯，該芯包含選自氧化鍺、氟以及它們的混合物的第一摻雜劑，和選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度為20-1000ppm；和包圍芯并與其直接相鄰的二氧化硅基包層；其特征在于，芯所具的折射率分布中的相對(duì)折射率峰Δ最大，比包層大0.2％。
26.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，該光纖在1550nm的衰減小于0.185dB/km。
27.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，在1550nm的衰減小于0.18dB/km。
28.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，在1550nm的衰減小于或等于0.17dB/km。
29.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，在1550nm的衰減小于或等于0.167dB/km。
30.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，該光纖是多模光纖，芯包含至少70重量％SiO2。
31.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，該芯包含至少80重量％SiO2。
32.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，該芯包含至少90重量％SiO2。
33.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，該芯還包含峰值濃度小于3000ppm的氯。
34.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，堿金屬氧化物的峰值濃度小于700ppm。
35.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，堿金屬氧化物的平均濃度小于350ppm。
36.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，堿金屬氧化物的峰值濃度小于500ppm。
37.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，堿金屬氧化物的峰值濃度為20-500ppm。
38.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，堿金屬氧化物是K2O。
39.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，第一摻雜劑是氧化鍺，堿金屬氧化物的峰值濃度為30-300ppm。
40.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，第一摻雜劑是氧化鍺，堿金屬氧化物的峰值濃度為30-150ppm。
41.如權(quán)利要求39所述的光纖，其特征在于，堿金屬氧化物是K2O。
42.如權(quán)利要求39所述的光纖，其特征在于，該芯還包含峰值濃度小于3000ppm的氯。
43.如權(quán)利要求39所述的光纖，其特征在于，該芯的最大氟濃度小于0.2重量％。
44.如權(quán)利要求39所述的光纖，其特征在于，包層包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度小于200ppm。
45.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，第一摻雜劑是氟，堿金屬氧化物的峰值濃度為200-500ppm。
46.如權(quán)利要求25所述的光纖，其特征在于，第一摻雜劑是氟，堿金屬氧化物的平均濃度為100-300ppm。
47.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，該芯的氟濃度大于0.02重量％。
48.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，該芯的氟濃度大于0.15重量％。
49.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，該芯的最大氟濃度為0.5-1.5重量％。
50.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，該芯不含氧化鍺。
51.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，包層的最小氟濃度至少為1.0重量％。
52.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，所述堿金屬氧化物是K2O。
53.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，該芯還包含峰值濃度小于500ppm的氯。
54.如權(quán)利要求45所述的光纖，其特征在于，所述包層包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物，其峰值濃度小于200ppm。
55.一種光纖預(yù)制件，該預(yù)制件包含主要由固體玻璃組成的中心部分；包圍該中心部分的外層部分，該外層部分包含玻璃炱；且其特征在于，該中心部分包含選自K2O、Na2O、Li2O、Cs2O、Rb2O，以及它們的組合的堿金屬氧化物。
56.如權(quán)利要求55所述的光纖預(yù)制件，其特征在于，中心部分包含K2O。
57.如權(quán)利要求55所述的光纖預(yù)制件，其特征在于，中心部分包含Rb2O。
58.如權(quán)利要求55所述的光纖預(yù)制件，其特征在于，中心部分包含GeO2。
59.如權(quán)利要求55所述的光纖預(yù)制件，其特征在于，外層部分包含GeO2。
60.一種制造光纖的方法，該方法包括形成包含選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物的第一玻璃棒；將第一玻璃棒插入光纖預(yù)制件的中心線孔中，以形成復(fù)合預(yù)制件。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，所述玻璃棒包含GeO2。
62.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，插入步驟中的光纖預(yù)制件包含玻璃炱。
63.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于，所述光纖預(yù)制件包含GeO2。
64.如權(quán)利要求60所述的方法，該方法還包括固結(jié)復(fù)合預(yù)制件以形成芯預(yù)制件的步驟。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，該方法還包括對(duì)芯預(yù)制件進(jìn)行拉伸以形成第二玻璃棒的步驟。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，該方法還包括在第二玻璃棒上形成附加玻璃的步驟。
67.如權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于，形成附加玻璃的步驟包括沉積玻璃炱。
68.一種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟提供有外部尺寸(d1)的玻璃制品，將該制品用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O，以及它們的混合物的堿金屬氧化物摻雜；和將附加的玻璃添加于該玻璃制品，以形成具有最終外部尺寸(d2)的最終固結(jié)的拉絲預(yù)制件，其中外部尺寸(d1)小于或等于最終尺寸(d2)的0.06倍，從而將堿金屬氧化物集中在最終固結(jié)的拉絲預(yù)制件的中心附近。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，外部尺寸(d1)小于或等于最終外部尺寸(d2)的0.03倍。
70.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，提供玻璃制品的步驟還包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)心軸上，以形成炱管，通過(guò)將該炱管暴露于含氯氣氛來(lái)干燥炱管；用含氟氣氛對(duì)炱管進(jìn)行氟吹掃，以除去氯；固結(jié)該二氧化硅炱管，以形成玻璃化的含二氧化硅管。
71.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃制品的步驟還包括以下步驟使氧在加熱的溴化鉀上通過(guò)以形成摻雜劑氣體，并將該摻雜劑氣體暴露于玻璃化的二氧化硅管。
72.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃制品的步驟還包括以下步驟燒縮摻雜有堿金屬氧化物的固結(jié)管以形成玻璃棒。
73.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃制品的步驟還包括以下步驟對(duì)玻璃制品進(jìn)行蝕刻，以除去OH。
74.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃制品的步驟還包括以下步驟將堿金屬氧化物擴(kuò)散到該玻璃制品，其中，該玻璃制品中摻雜劑濃度徑向變化，在內(nèi)一半部分有最大濃度，在外一半部分有最低濃度，按照重量％，在外一半部分的峰值濃度小于在內(nèi)一半部分的峰值濃度的50％。
75.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述添加附加的玻璃的步驟還包括將該玻璃制品插入含二氧化硅管的步驟。
76.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述玻璃制品包含摻雜有堿金屬氧化物的二氧化硅和附加的玻璃，所述附加的玻璃包含基本上未摻雜的二氧化硅的內(nèi)半徑部分和摻雜氟的二氧化硅的外半徑部分。
77.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，玻璃制品包含摻雜氧化鍺和堿金屬氧化物的二氧化硅和附加的玻璃，所述附加的玻璃包含摻雜氧化鍺的二氧化硅的內(nèi)半徑部分和基本未摻雜的二氧化硅的外半徑部分。
78.一種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在旋轉(zhuǎn)心軸上，以形成含二氧化硅炱管，首先用含氯氣體干燥該含二氧化硅炱管，然后用含氟氣體進(jìn)一步干燥該含二氧化硅炱管，固結(jié)該含二氧化硅炱管，以形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、Rb2O、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜；燒縮該玻璃管或中間制品，以形成摻雜堿金屬的棒，和將附加的含二氧化硅玻璃添加于摻雜堿金屬的棒添加。
79.如權(quán)利要求78所述的方法，其特征在于，所述添加附加的含二氧化硅玻璃的步驟還包括以下步驟將摻雜堿金屬的棒插入含二氧化硅炱管中以形成棒在炱中的組合件，和固結(jié)該棒在炱中的組合件，以形成固結(jié)的組合件。
80.如權(quán)利要求79所述的方法，該方法還包括以下步驟在固結(jié)的組合件上添加摻雜氟的玻璃。
81.如權(quán)利要求78所述的方法，其特征在于，所述摻雜步驟還包括以下步驟以約20-1000ppm的峰值濃度擴(kuò)散堿金屬氧化物。
82.如權(quán)利要求78所述的方法，其特征在于，所述摻雜或燒縮步驟還包括用干燥加熱源加熱玻璃管或中間制品。
83.一種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在旋轉(zhuǎn)心軸上，以形成含二氧化硅炱管，用含氯氣體干燥該含二氧化硅炱管，再用含氟氣體進(jìn)一步干燥該含二氧化硅炱管，固結(jié)該二氧化硅炱管，以形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜；燒縮該玻璃管或中間制品，以形成摻雜堿金屬的棒，將摻雜堿金屬的棒插入含二氧化硅炱管中，由該摻雜堿金屬的棒和含二氧化硅炱管形成芯棒，將摻雜氟的二氧化硅添加于該芯棒，和固結(jié)摻雜氟的二氧化硅，以形成最終的拉絲預(yù)制件。
84.一種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將摻雜鍺的二氧化硅炱沉積在旋轉(zhuǎn)心軸上，以形成含摻雜鍺的二氧化硅炱管，用含氯氣體干燥該摻雜鍺的二氧化硅炱管，再用含氟氣體進(jìn)一步干燥該含二氧化硅炱管，固結(jié)該摻雜鍺的二氧化硅炱管，以形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜，由該玻璃管或中間制品形成摻雜堿金屬的棒，將摻雜堿金屬的棒插入含二氧化硅炱管中，該含二氧化硅炱管包含摻雜鍺的二氧化硅炱的內(nèi)環(huán)部分和基本不進(jìn)行摻雜的二氧化硅炱的外環(huán)部分。
85.一種制造光纖的方法，該方法包括以下步驟將含二氧化硅炱沉積在旋轉(zhuǎn)心軸上，以形成含二氧化硅炱管，用含氯氣體干燥該含二氧化硅炱管，再用含氟氣體進(jìn)一步干燥該含二氧化硅炱管，固結(jié)該二氧化硅炱管，以形成玻璃管，用選自K2O、Na2O、LiO2、Rb2O、Cs2O以及它們的混合物的堿金屬氧化物對(duì)該玻璃管或由該玻璃管形成的中間制品進(jìn)行摻雜，以形成摻雜堿金屬的制品，其中堿金屬氧化物以約20-1000ppm堿金屬氧化物的量進(jìn)行摻雜。
86.如權(quán)利要求85所述的方法，該方法還包括以下步驟燒縮摻雜堿金屬的制品，以形成摻雜堿金屬的棒，在該摻雜堿金屬的棒上沉積附加的含二氧化硅炱，用含氯氣體干燥附加的含二氧化硅炱，固結(jié)附加的含二氧化硅炱，以形成固結(jié)的芯預(yù)制件，和將固結(jié)的芯預(yù)制件再拉絲以形成第二芯棒。
87.如權(quán)利要求86所述的方法，該方法還包括用含氟氣體對(duì)附加的含二氧化硅炱進(jìn)行進(jìn)一步干燥的步驟。
88.如權(quán)利要求86所述的方法，該方法還包括用D2對(duì)固結(jié)的芯預(yù)制件或第二芯棒進(jìn)行處理的步驟。
89.如權(quán)利要求86所述的方法，該方法還包括以下步驟將第一包層的含二氧化硅炱沉積在第二芯棒上，用含氯氣體干燥第一包層的含二氧化硅炱，用含氟氣體對(duì)第一包層的含二氧化硅炱進(jìn)行氟摻雜，固結(jié)該第一包層的含二氧化硅炱，以形成第三棒，和將第三棒再拉絲成第四棒。
90.如權(quán)利要求89所述的方法，該方法還包括以下步驟將第二包層的含二氧化硅炱沉積在第四棒上，用含氯氣體干燥第二包層的含二氧化硅炱，用含氟氣體對(duì)第二包層的含二氧化硅炱進(jìn)行氟摻雜，和固結(jié)該第二包層的含二氧化硅炱，以形成最終的拉絲預(yù)制件。
91.如權(quán)利要求90所述的方法，其特征在于，第二包層的二氧化硅炱中氟的重量％小于第一包層的含二氧化硅炱的氟重量％。
92.如權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于，所述摻雜步驟還包括以下步驟加熱由KBr、KI或KNO3組成的堿金屬源材料，和使載氣在源材料上面通過(guò)，并進(jìn)到玻璃管或中間制品中，以使堿金屬氧化物擴(kuò)散到玻璃管或中間制品中。
93.一種擴(kuò)散摻雜的裝置，其包括機(jī)架，安裝成相對(duì)該機(jī)架旋轉(zhuǎn)的玻璃管，連接到玻璃管的摻雜劑源，和靠近玻璃管安裝的干燥加熱源。
94.如權(quán)利要求93所述的擴(kuò)散摻雜裝置，其特征在于，所述摻雜劑源包括一個(gè)與玻璃管相連的存儲(chǔ)器，所述儲(chǔ)存器容納經(jīng)加熱源加熱的堿金屬摻雜劑。
95.如權(quán)利要求93所述的擴(kuò)散摻雜裝置，其特征在于，所述干燥加熱源是感應(yīng)加熱器。
96.如權(quán)利要求95所述的擴(kuò)散摻雜裝置，其特征在于，所述感應(yīng)加熱器包括包圍玻璃管的感應(yīng)器和靠近該感應(yīng)器安裝的線圈，以使獲得能量時(shí)線圈在感應(yīng)器中引起渦流電流，從而使得感應(yīng)器加熱，并因此加熱所述管。
97.如權(quán)利要求93所述的擴(kuò)散摻雜裝置，其特征在于，所述感應(yīng)加熱器包括包圍玻璃管的管式感應(yīng)器，包圍該感應(yīng)器的玻璃套，安裝在玻璃套附近并靠近該感應(yīng)器的線圈，以使獲得能量時(shí)線圈在感應(yīng)器中引起渦流電流，從而使得感應(yīng)器加熱，并因此加熱所述管。
98.如權(quán)利要求97所述的擴(kuò)散摻雜裝置，該裝置還包括與感應(yīng)器和玻璃管之間的第一間隔相連的惰性氣體流動(dòng)通道，以及在感應(yīng)器和玻璃套之間用來(lái)在感應(yīng)器周圍提供惰性氣體的第二間隔。
全文摘要
公開(kāi)一種具有芯的光纖，該芯的堿金屬氧化物摻雜劑峰值濃度大于約0.002重量％，但小于約0.1重量％。堿金屬氧化物濃度隨光纖半徑變化。通過(guò)適當(dāng)選擇芯和包層中的堿金屬氧化物摻雜劑氧化硅的濃度，能獲得低損失的光纖。還公開(kāi)幾種制造光纖的方法，包括形成摻雜堿金屬氧化物的棒并加入附加的玻璃，形成拉絲預(yù)制件的步驟。較好地，拉絲預(yù)制件具有最終外部尺寸(d2)，棒的外部尺寸(d1)小于或等于最終外部尺寸的0.06倍。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，將摻雜堿金屬氧化物的棒插入預(yù)制件的中心線孔，形成組合件。
文檔編號(hào)C03B37/014GK1842499SQ200480024743
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者C·T·科菲, J·G·安德森, D·C·布克賓德, L·C·查孔, A·J·埃利森, G·G·高斯曼, R·R·赫拉帕孔, S·L·洛古諾夫, M·T·穆塔格, C·D·奧斯特蒙特, S·薩比亞薩奇, W·A·惠登 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司