專利名稱：一種在1380nm波長區(qū)域內低衰減光纖及其制備方法
技術領域：
利用傳統(tǒng)單模纖維可在1300nm至約1600nm之間的波長范圍內傳輸數據。然而，這些單模纖維的數據傳輸只能在1310nm(O-波段)和1550nm(C-波段)進行。這種標準單模纖維不能在1360～1460nm(E-波段)波長范圍內傳輸數據，因為傳輸信號在1380nm波段有高衰減損失。傳輸信號在1380nm波段發(fā)生高衰減的原因在于纖維芯中出現濕氣(OH離子)。迅速擴展的網絡容量要求能夠在1200nm至約1600nm之間的整個波長范圍內傳輸數據。
因此要求使用在E-波段沒有吸收波長的單模纖維。需要說明的是，在纖維芯區(qū)域沒有(OH離子)的纖維適用于有可接受功率損失的E-波段信號傳輸。
本發(fā)明的技術領域在于提供一種在E-波段信號損失少的光纖制備方法。特別是，在芯部表現出特別低的OH離子的光纖預制件的生產方法，以用于制備低OH的單模光纖。
背景技術：
在制造單模光纖的過程中，通過傳統(tǒng)方法例如MCVD(改性化學氣相沉積)、OVD(外部氣相沉積)或者VAD(軸流式氣相沉積)制造的光纖在1380nm波段(E-波段)中心附近有高衰減峰。由于需要合成可在1200nm至約1600nm之間整個波長范圍內傳輸數據的光纖，所有光纖制造商都需要面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)在纖維芯區(qū)域有非常少OH離子濃度光纖的制備方法。
為了合成在1380nm波段附近沒有吸收峰的光纖，光纖制造商所采用的各種方法集中在防止摻雜氫或含氫化合物進入光纖工作芯區(qū)域。
美國專利6,477,305揭示了一種生產低水吸收峰的光導。在這個專利方法第一個較好實施例中，通過化學干燥和固結多孔體工序設計，防止中心線孔暴露至含有氫化合物的氣氛中。按照這個實施例，在中心線孔閉合之前，中心線孔不可能重新浸潤。在干法操作中，利用玻璃塞防止重新浸潤有OH類雜質。在這個先前工藝中，為了合成OH雜質含量低的纖維，采用的工藝步驟有1)為了防止重新浸潤有OH類雜質，在固結工序期間和下面加熱工序中采用閉合工序，包括以玻璃塞閉合多孔體兩端；2)在惰性氣體氣氛中加熱所述的多孔體，通過利用玻璃塞燒結多孔體各端，密封中心線孔，使惰性氣體從密封的中心線孔擴散。固結完成后，在熔爐中加熱已經成形的玻璃體并拉制成芯錐；或者在熔爐中加熱玻璃體拉制成芯錐之前，崩塌至少一個所述玻璃塞，使中心線孔暴露至一個壓力降低氣氛中。上述先前工藝包括許多工藝步驟。
在本發(fā)明方法的第一個實施例中，說明了燒結和崩塌玻璃多孔體的工藝操作，干燥工序在干燥氣氛中完成。按照本發(fā)明，燒結座，使煙炱多孔體轉變成為玻璃體；崩塌座，完全排除在玻璃多孔體中心區(qū)域的空洞，形成固態(tài)的玻璃體。在同一個熔爐中，在單個工序中完成所述燒結和崩塌操作的同時，在所述多孔體一端插入玻璃尖錐，通過在空心玻璃多孔體另一端產生負壓(壓力小于大氣壓力)條件下形成固態(tài)玻璃體。在本發(fā)明方法的第二個實施例中，在燒結和崩塌所述玻璃多孔體的同時，利用在空心玻璃多孔體內部的負壓，轉動所述玻璃多孔體，以得到粒度均勻的固態(tài)玻璃體。固態(tài)玻璃體可被直接拉制成光纖或被拉制成包覆層用芯棒，接著，將其進一步拉制成為光纖預制件；通過上述方法合成的光纖在1360至1460nm波長范圍(E-波段)具有低發(fā)射損失率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備光纖預制件的方法，準確的說是制備可用于制造具有下面特性光纖的預制件，在1360至1460nm波長范圍內光損耗小于0.4dB/Km、在1380nm波長處衰減量小于0.4dB/Km。
本發(fā)明的一個目的是提供一種制備光纖預制件的方法，準確的說是制備可用于制造具有下面特性光纖的預制件，在1360至1460nm波長范圍內光損耗小于O.4dB/Km、在1380nm波段衰減量小于0.4dB/Km。在制備固態(tài)玻璃預制件過程中，通過同時進行煙炱預制件燒結和崩塌操作的創(chuàng)新性工序實現這個目的。
本發(fā)明的另一個目的是縮短整個預制件處理時間。通過在工序中同時進行煙炱預制件燒結和崩塌操作實現這個目的。
還有，本發(fā)明的另一個目的是防止玻璃預制件在同時進行燒結和崩塌的工序中發(fā)生物理變形。通過在預制件同時燒結和崩塌操作期間轉動預制件實現這個目的。
還有，本發(fā)明的另一個目的是，在預制件同時燒結和崩塌操作期間，在煙炱多孔體內的空間內形成并維持一個負壓。該崩塌操作是在將煙炱多孔體置于一溫度，優(yōu)選大于1500℃的產生所需要的負壓來進行的。這個負壓是通過利用真空發(fā)生機和在說明書中討論的密封機構形成的。該密封機構不但可以作為煙炱多孔體內的空間和負壓形成裝置(一個真空泵)之間的連接，而且有助于在煙炱多孔體內的空間維持負壓時預制件的轉動。
本發(fā)明的進一個目的和制備玻璃多孔體相關，通過利用常壓化學氣相沉積和在熔爐內燒結崩塌所說的玻璃多孔體以形成玻璃預制件。
另一方面，在本發(fā)明中，特別說明的是玻璃多孔體燒結和崩塌是在熔爐內同時進行的。
還有一個方面，上面所述步驟是同時進行的，利用在空心多孔體一邊形成的負壓(小于大氣壓力)和在所述玻璃多孔體另一端插入尖玻璃錐。
還有一個方面，在空心玻璃多孔體內部形成負壓，并通過在熔爐內同時進行燒結和崩塌操作時轉動，以本發(fā)明方法可得到沒有任何物理缺陷的玻璃預制件。
還有，本發(fā)明的另一個方面是，在通過轉動去除內部纖維芯區(qū)域OH離子殘留痕跡時，在玻璃多孔體中形成所需要的負壓。
還有一個方面，通過密封機構裝置設計，在玻璃多孔體內部形成所需要的負壓。
因此，本發(fā)明提供一種制造玻璃預制件的方法，這種玻璃預制件可用于制造低OH光纖。所述方法包括下面幾個步驟a)同時氧化和水解玻璃成型前體化合物以形成多孔硅基材料；b)將上述多孔硅基材料沉積在一個中空的錐形圓柱構件上以形成煙炱多孔體；c)將上述圓柱形構件從多孔玻璃體上分離以形成中空柱形多孔玻璃體；d)去水、燒結和崩塌所說的中空柱形多孔玻璃體以形成適于制造光纖的固態(tài)玻璃預制件，并且所說的燒結和崩塌的步驟同時在單段加熱爐中進行e)所說的中空柱形多孔體在進行燒結和崩塌步驟中，在崩塌完成之前，溫度不允許低于1000℃。
對本領域的普通技術人員而言，通過結合附圖閱讀下面具體實施例的詳細說明部分，將發(fā)現本發(fā)明的其它特點和目的變得顯而易見。


下面結合附圖對本發(fā)明的實質進一步的進行描述。這些附圖僅用于示例本發(fā)明最好的實施方式，而不構成對本發(fā)明的限制。
圖1為根據本發(fā)明優(yōu)選實施方式對光纖進行預加工的步驟；圖2為根據本發(fā)明的中空煙炱多孔體的截面示意圖；圖3為本發(fā)明玻璃芯棒的折射率齒形圖；圖4為按照本發(fā)明由芯棒所制備光纖的衰減曲線；圖5顯示了爐內多孔玻璃體的設置以及多孔玻璃體內密封機械設備的設置以在煙炱多孔體內產生真空，從而得到本發(fā)明適于制備光纖的固態(tài)玻璃預制件。
具體實施例方式
一種制造在1360至1460nm波長范圍內具有低的光損失的低OH光纖的過程開始先制備一種中空柱形煙炱多孔體102，通過常壓化學氣相沉積的方法由玻璃灰材料制備(圖1)。
中空柱形煙炱多孔體102的制備包括以下步驟將所述的玻璃成形前體進行氧化和脫水處理以形成多孔硅基材料。該多孔硅基材料沉積到中空錐形柱體材料上以形成煙炱多孔體。在沉積的過程中柱狀構件以高速度，最好是在初始沉積層高于150rpm的速度旋轉。在完成預定的沉積后，旋轉速度最好降至150rpm以下。對于初始沉積層的旋轉速度的要求是嚴格的，因為高速旋轉有利于提高柱形構件上的均相沉積。在柱狀構件及煙炱多孔體接觸面的均勻表面是完成燒結及崩塌過程所必需的，以形成固態(tài)玻璃預制件而不帶有任何物理缺陷，這是本領域普通技術人員所公知的。
在完成沉積后，將柱狀部件從煙炱多孔體上分離以得到一種中空柱形煙炱多孔體(下稱煙炱多孔體)。該煙炱多孔體包括光纖的芯區(qū)106，涂層區(qū)105。所說芯區(qū)106的折射率高于涂層區(qū)105的折射率。
圖2給出了煙炱多孔體102的截面示意圖，在上述分離過程后，在煙炱多孔體102的內部產生一個柱形中空空間104。涂層105的沉積數量以及芯區(qū)106制備方式使得涂層105及芯區(qū)106的比值永遠大于4。
所制備的煙炱多孔體102進入到燒結爐110中以進行脫水，燒結及崩塌處理，以形成固態(tài)的玻璃預制件103。據此，所制備的煙炱多孔體102進行脫水，燒結及崩塌處理，形成固態(tài)的玻璃預制件103。
煙炱多孔體102的崩塌過程通過在煙炱多孔體102中空部分104內生成負壓的方式完成。爐內溫度高于1500℃以形成固態(tài)玻璃預制件103。按照本發(fā)明方法所制備的固態(tài)玻璃預制件103可以直接拉制成光纖或者拉制成芯棒。所得到的芯棒再通過涂層進行涂覆以形成光纖預制件。光纖預制件就構成了拉制光纖的基礎材料。按照本發(fā)明方法制備的光纖在1360至1460nm波長區(qū)域內顯示出低于0.4dB/km的光衰減。
在本發(fā)明的一個實施例中脫水、燒結以及崩塌步驟的是在不低于1000℃的條件下完成的。
如圖5所示，按照本發(fā)明上述的方法，煙炱多孔體102被放入到熔爐110中。所說的煙炱多孔體102由手桿107支撐，并借助于玻璃供料柄108上的球109進行安裝。玻璃供料柄108與玻璃棒111和112進行連接，該玻璃棒111和112，借助于與轉動設備(未示出)相連的轉動連接件113，可以帶動整個多孔玻璃體轉動。該轉動設備帶動煙炱多孔體以預定的速度旋轉。在手桿107的邊部與玻璃棒112之間具有連接設施。該玻璃棒112與一個較大的玻璃體114相連。一個不銹鋼連接件117以及SS管設備115與密封機械單元116相連，密封機械單元與手動閥或者致動閥118相連以通過119(圖中未示出)在中空玻璃體內產生負壓。整個設備設置成能夠在中空多孔玻璃體內產生所需的負壓。
密封機械單元116的構造/設計方式使得在中空多孔玻璃體內產生足夠的負壓，并使得整個設備從SS管設備115，連接件117，較大的玻璃體114，玻璃棒111以及112，玻璃供料柄108，手柄107到多孔玻璃體102進行轉動。為了在煙炱多孔體內一側生成負壓，在向爐內提供玻璃之前，先用尖的玻璃錐將其另一端封閉。所說的尖的玻璃錐可以不必要是高純的石英玻璃。
根據本發(fā)明，向爐110內提供煙炱多孔體102。爐內提供兩個加熱區(qū)(未示出)。第一個加熱區(qū)用于脫水第二個加熱區(qū)用于燒結及崩塌步驟。該煙炱多孔體102保持在1000℃至1200℃(第一加熱區(qū))以對煙炱多孔體102進行脫水。向爐110內提供干燥氣及惰性氣，最好是氯氣和氦氣，以在脫水步驟中脫除煙炱多孔體內的OH離子，從而表現出低的OH離子芯區(qū)。在上述脫水步驟中煙炱多孔體102保持在爐內同一位置一定的時間。所說的煙炱多孔體102在脫水過程中可以旋轉也可以不旋轉。
在完成脫水過程后，該煙炱多孔體102以預定的沉降速度移至爐內第二加熱區(qū)。第二加熱區(qū)的溫度保持在高于1500℃以對所說的煙炱多孔體102進行燒結和崩塌。該燒結和崩塌步驟同時伴隨著旋轉，在煙炱多孔體102內產生負壓以在惰性氣氛下，最好是氦氣下，形成固態(tài)玻璃預制件103。所說的燒結及崩塌過程可以伴隨著干燥氣，特別是氯氣下進行。在燒結及崩塌過程中，為了脫除芯區(qū)中OH離子需要驅動力。一個真空發(fā)生器119借助于密封機械單元116，在煙炱多孔體102旋轉同時生成煙炱多孔體102內的驅動力。
所說的固體玻璃預制件103可直接拉制成光纖或者拉制成芯棒。所得到的芯棒再通過涂層進行涂覆以形成光纖預制件。光纖預制件再拉制光纖。按照本發(fā)明方法制備的固體玻璃預制件或者是芯棒表面不需要再像現有技術一樣進行蝕刻，以通過使用等離子體或者化學蝕刻來脫除OH離子。在芯棒采用涂覆材料進行涂覆前，該芯棒在低溫下，最好是低于1800℃下進行火槍拋光，以使得芯棒內不分布有OH離子。根據本發(fā)明所制備的光纖在1360至1460nm波長區(qū)域內顯示出低于0.4dB/km的光衰減。
根據本發(fā)明，燒結及崩塌的步驟同時發(fā)生在熔爐110內，暴露在OH離子中的可能性完全排除了，因此防止芯內存在OH離子。而且上述步驟與旋轉同時發(fā)生，從而實現固相玻璃預制件103內物相的均一，并且沒有任何物理缺陷。同時不會給以后的步驟帶來任何麻煩。
圖4給出了光纖的光譜衰減曲線。其中100為現有技術中光纖的衰減曲線，101為本發(fā)明光纖的衰減曲線。從圖4中可以明顯地看出，根據本發(fā)明方法制備的光纖在1380nm處的衰減量要低于在1300nm處的衰減量。該在1380nm處的低衰減要歸因于低的OH吸收損耗。
本發(fā)明光纖的色散值及其所依賴的波長與根據現有技術所制備的傳統(tǒng)的光纖相似。根據本發(fā)明所制備光纖的截止波長低于1300nm，最好低于1260nm。
圖3給出了燒結后的固體玻璃預制件103的截面示意圖。固體玻璃預制件103包括環(huán)繞在芯106周圍的涂覆部分105。芯部分的煙炱多孔體包括由具有一定折射率的雜質所涂覆的玻璃材料。該具有一定折射率的雜質可以是GeO2以增加玻璃材料的折射率。
圖3示出了根據本發(fā)明前述實施例所制備芯棒的折射率曲線。該芯部分折射率n2以及涂層部分的折射率n1為n2＞n1。也就是芯棒的芯部分的折射率大于芯棒涂層部分的折射率。圖3所示的芯棒橫截面折射率的變化給出了一個典型的階式折射率曲線。然而本發(fā)明嚴格限于單模光纖的制備以及光纖芯中OH離子的去除。
對于本領域的普通技術人員來講，其它的根據本發(fā)明所進行的改進均未超出本發(fā)明的范圍。本發(fā)明實施例中講述的方案并不構成對本發(fā)明保護內容的限制。
權利要求
1.一種用于制造低OH含量單模光纖的固體玻璃預制件的生產方法，所說方法包括以下步驟a).同時氧化和水解玻璃前體化合物以形成多孔硅基材料；b).將上述多孔硅基材料沉積在一個中空的錐形圓柱構件上以形成煙炱多孔體；c).以預定的速度旋轉柱形構件以沉積所述的硅基材料；d).將上述圓柱形構件從所述煙炱多孔體上分離以形成中空柱形煙炱多孔體；e).進行脫水；f).將上述煙炱多孔體在同一熔爐內同時進行燒結和崩塌以形成適于制備光纖的固態(tài)玻璃預制件。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的固態(tài)玻璃預制件或者直接拉成光纖或者拉成芯棒再涂覆以形成用于拉制光纖的光纖預制件。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于所說的光纖具有如下光學特征a).在1380nm波長處具有低于0.4dB/km的光衰減量；b).截止波長在1160-1320nm之間；c).在1383nm處色散值大于0.1ps/nm/km；d).在1550nm處色散斜率低于0.1ps/nm2/km；e).在1565nm波長處色散為18ps/nm/km或更低。
4.按照權利要求2所述的方法，其特征在于所述光纖在1260nm-1625nm之間的任一波長處的光衰減量總是低于在1260nm處的衰減量。
5.按照權利要求2所述的方法，其特征在于所述光纖在1380±3nm處的光衰減量低于在1310nm處的衰減量。
6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述圓柱構件沿其長度呈錐形，在端面處外徑最大和最小。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于所述圓柱構件的外直徑范圍在4-12nm之間，最好為6-10nm。
8.按照權利要求1所述的方法，其中所說的用于特定初始沉積層的柱形構件的旋轉速度高于150rpm，最好高于180rpm，其后所說的轉速降至低于150rpm。
9.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述煙炱多孔體中空柱形多孔玻璃體的燒結以及崩塌用以形成中空柱形玻璃體的過程是在高于1000℃的條件下實現的。
8.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述多孔玻璃體的燒結以及崩塌是在高于1000℃的條件下實現的。
9.按照權利要求8所述的方法，其特征在于所述煙炱多孔體通過在干燥氣及惰性氣氛下，在1000℃至1200℃下加熱而得到的。
10.按照權利要求9所述的方法，其特征在于所述干燥氣及惰性氣是脫水過程中所用的氯氣和氦氣。
11.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的煙炱多孔體的燒結及崩塌是在同一個熔爐溫度高于1500℃下實現的，直至崩塌步驟完成，形成固態(tài)玻璃預制件。
12.按照權利要求11所述的方法，其特征在于所述的煙炱多孔體的崩塌通過使用真空機以在煙炱多孔體中空的一端生成負壓而實現的，同時還在所說的煙炱多孔體的另一端插入玻璃截頭。
13.按照權利要求12所述的方法，其特征在于所述的燒結和崩塌步驟是通過使用密封機械設施來保持中空的煙炱多孔體內部負壓的方式來實現的。
14.按照權利要求11所述的方法，其特征在于所說的燒結和崩塌步驟中所說的煙炱多孔體以預定的速度進行旋轉。
15.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所說的固態(tài)玻璃預制件具有一個芯區(qū)，其中的OH離子濃度足夠的低使得在1380nm波長段內不產生任何吸收峰。
16.按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的煙炱多孔體的燒結以及崩塌包括以下步驟a.在煙炱多孔體的一端插入玻璃截頭；b.加熱所述的煙炱多孔體至高于1500℃；c.以預定的速度旋轉所述的煙炱多孔體；d.在的煙炱多孔體的另一端連接一個真空發(fā)生器；e.在所述的的煙炱多孔體內生成所需的負壓；f.以預定的沉降速度向加熱爐的熱區(qū)內插入所說的的煙炱多孔體；g.崩塌所說的的煙炱多孔體以形成固態(tài)玻璃預制件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造低衰減單模光纖的方法，特別是在1360nm至1460nm(E－波段)波長區(qū)域內具有低的傳輸損失的單模光纖的制備方法。
文檔編號C03B37/014GK1715227SQ20051007053
公開日2006年1月4日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權日2004年4月29日
發(fā)明者考沙爾·古普塔, 斯里納·達亞南丹, 馬納斯·蘭詹·薩胡, 科伊萊科·艾哈邁德, 赫魯達亞·蘭詹·薩胡 申請人:斯德萊特光學技術有限公司