專利名稱：單模光纖、單模光纖的制造方法和用于制造單模光纖的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光傳輸?shù)氖⒒鶈文９饫w，和用于制造單模光纖的方法和裝置。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)進行了充分地研究，來增加使用由石英基玻璃制成的光纖的光傳輸中的傳輸量。
為了增加光傳輸中的傳輸量，執(zhí)行光傳輸?shù)墓饫w必須能夠在所使用的波長下進行單模傳輸，因為如果在光纖中傳播多個模式，則傳播模中的群速度差不可避免地會產(chǎn)生模色散，從而降低信號波形的質(zhì)量。
因而歸結(jié)于使用在1.3μm波長附近具有零色散波長的單模光纖(SMF)。由于這類光纖在1.3μm波長附近具有零色散波長，故有可能實現(xiàn)傳輸距離超過100km并且在1.3μm波長附近傳輸量為幾百Mbps的光傳輸。
另一方面，需要使用大約1.55μm波長進行光傳輸，因為在上述波長附近，光纖的傳輸損耗表現(xiàn)為最小。針對這種情形，已經(jīng)開發(fā)出在1.55μm波長附近具有零色散波長的色散位移型單模光纖(DSF)。該色散位移型單模光纖使之有可能實現(xiàn)在1.55μm波長附近具有幾Gbps的傳輸量。并且，由于該波長帶是摻鉺光纖放大器的增益帶，故伴隨著傳輸量的增大，帶來了傳輸距離的迅速增長。
而且，近年來，為了增加傳輸量，已經(jīng)進行了波分復用(WDM)光傳輸?shù)拇罅垦芯亢烷_發(fā)。關(guān)于這一點，已經(jīng)對適用于WDM光傳輸?shù)墓饫w進行了充分的研究。
對于用作WDM光傳輸?shù)墓饫w，為了防止四波混頻，要求所使用的波長帶中不存在零色散波長。并且，為了實現(xiàn)WDM光傳輸系統(tǒng)，通常要求不產(chǎn)生在中繼點和光接收裝置中不能被修復的傳輸光信號的波形畸變。為了滿足這個要求，據(jù)說抑制光傳輸線所產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象和抑制積累色散是有效的。另外，如果在光信號波長中存在色散差，則導致對于每個波長的波形畸變量不同。因而，必須盡可能地減小光傳輸線中的色散傾斜。
已經(jīng)研制出滿足上述要求的在所使用的波長帶中沒有零色散的色散位移型光纖(NZDSF)。在NZDSF中幾乎不發(fā)生四波混頻，并且NZDSF的非線性足夠小。因此，NZDSF得到了迅速地采用和廣泛地傳播。
并且，在WDM光傳輸系統(tǒng)的許多情形中，已經(jīng)使用了通過將多種類型的光纖結(jié)合在一起，以便使總色散值和色散傾斜基本為零而制備的光傳輸線。已知的用于該目的的光纖包括，例如色散補償光纖(DCF)和色散傾斜補償光纖(DSCF)。
另外，近年來還研究了使用拉曼放大的WDM光傳輸系統(tǒng)，并且在WDM光傳輸中還進行了利用非1.3μm和1.55μm附近波長的波長區(qū)域的研究。
光纖內(nèi)氫分子與結(jié)構(gòu)缺陷的結(jié)合所導致的光纖傳輸損耗增大的現(xiàn)象，是妨礙上述光傳輸?shù)默F(xiàn)象之一。在本領(lǐng)域中已知，在1.24μm波長附近、在1.38μm波長附近和在更長波長一側(cè)所產(chǎn)生的吸收峰，導致傳輸損耗的增加。
下面將描述此特殊現(xiàn)象。一般在光纖中存在順磁缺陷。在這些順磁缺陷中，據(jù)說非橋接氧空穴中心(NBOHC)和過氧自由基(POR)影響傳輸特性，確切地說，影響傳輸損耗的長期穩(wěn)定性。
上述的NBOHC是一種順磁缺陷物質(zhì)，使與一個硅原子結(jié)合的四個氧原子中的一個具有一不成對的電子，該不成對電子對于與另一原子的結(jié)合沒有貢獻，如圖1A所示。另一方面，上述的POR是一種順磁缺陷物質(zhì)，使與一個硅原子相結(jié)合的四個氧原子中的一個與另一個具有未成對電子的對與另一原子的結(jié)合沒有貢獻的另一氧原子結(jié)合，如圖1B所示。
確切地說，如果將氫擴散到光纖中，則所擴散的氫分子與這些順磁缺陷結(jié)合，從而產(chǎn)生在傳輸波長帶內(nèi)產(chǎn)生吸收峰的原子組合。結(jié)果，增加了傳輸損耗。
確切地說，在使用拉曼放大系統(tǒng)的情形中，泵浦光的波長比被放大的光短大約100nm。例如，在拉曼系統(tǒng)中放大并利用了采用摻鉺光纖(EDF)的信號光放大系統(tǒng)中增益波長帶以外的1500nm附近的所謂的“S-帶”，泵浦光的波長變?yōu)?,400nm。由于上述的1,400nm波長包含在處于1385nm與1410nm之間范圍內(nèi)的所謂的“OH吸收”波長區(qū)域中，這引發(fā)了在OH吸收損耗較大的情形中泵浦光被衰減的問題，導致不能獲得所需的拉曼增益。
另外，當將氫分子擴散到光纖中時，如果在模式場直徑(MFD區(qū)域)內(nèi)的區(qū)域中存在大量上述的NBOHC，將產(chǎn)生麻煩。具體來說，由于NBOHC與氫分子反應，以致形成OH基，故OH吸收損耗同時增大，從而極大地降低了系統(tǒng)的可靠性。當前在任何國際標準中都沒有提到OH吸收損耗的這種增加量。不過，據(jù)稱OH吸收損耗中這種增加量的目標值為0.05dB/km。
在美國專利No.6,131,415中披露了光纖的一個例子，其中考慮對氫的阻力，用來抑制前面所提到的傳輸損耗增加的現(xiàn)象。其中披露為了減小1385nm波長的傳輸損耗，降低氫離子濃度，從而有可能在1200nm至1600nm的整個波長范圍上實現(xiàn)光傳輸。
并且，在美國專利No.5,838,866和美國專利6,128,928中披露了光纖的其它例子，其中考慮了對氫的抑制。其披露了將基本上不增大折射率的量的鍺加入與芯相鄰設(shè)置的內(nèi)包層區(qū)域，以便提高對氫的抑制作用。
不過，這些美國專利說明書中的任何一個都根本沒有提到，例如，光纖內(nèi)諸如NBOHC或POR的順磁缺陷的密度，從而不清楚光纖中所允許的順磁缺陷的密度等的限度。
另外，例如在日本專利公開出版物No.2001-192228和日本專利公開No.2001-114526中，披露了與通過改進光纖拉制方法來減小光纖的初始損耗或保持機械強度的技術(shù)有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種抗氫特性極好，長期可靠性較高的光纖。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種抗氫特性極好、長期可靠性較高的光纖的制造方法。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種裝置，用于制造抗氫特性極好、長期可靠性較高的光纖。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種由石英基玻璃形成的單模光纖，包括一由一中間芯和一包層區(qū)域組成的玻璃件，其中作為由電子自旋共振方法測得的自旋密度值的玻璃件中的非橋接氧空穴中心的密度不高于1.0×1014自旋/克。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種由石英基玻璃形成的單模光纖，包括一具有一中間芯和一包層區(qū)域的玻璃件，其中將從由Ge和F組成的組中選出的至少一種元素加入玻璃件中，該玻璃件具有大約125μm的外徑，而且包含在MFD區(qū)域中的非橋接氧空穴中心的密度，低于包含在位于MFD區(qū)域外部的包層區(qū)域中的非橋接氧空穴中心的密度。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供一種由石英基玻璃形成的單模光纖，包括一由一中間芯和一包層區(qū)域組成的玻璃件，其中將從由Ge和F組成的組中選出的至少一種元素加入該玻璃件中，該玻璃件具有大約125μm的外徑，而且通過測量瑞利散射線與拉曼散射線之間的偏差所得到的，由表示三節(jié)玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線與表示四節(jié)玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線的比值所得到的假想溫度不高于1,200℃。
根據(jù)本發(fā)明第四個方面，提供一種制造單模光纖的方法，該單模光纖由石英基玻璃形成，并且包括一具有一中間芯和一包層區(qū)域的玻璃件，其中將從由Ge和F組成的組中選出的至少一種元素加入該玻璃件中，該玻璃件具有大約125μm的外徑，該方法包括加熱光纖預制棒，以便熔化光纖預制棒；從熔融的光纖預制棒拉制光纖；以及以1,000至3,000℃/秒的冷卻速度，從直徑從90％預制棒直徑減小到5％預制棒直徑的彎月面部分開始，連續(xù)地將熔融的光纖預制棒冷卻到所拉制的光纖具有1,200℃溫度的部分。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第五個方面，提供一種用于制造光纖的設(shè)備，包括一用于加熱光纖預制棒的加熱爐，該加熱爐包括一第一加熱器；和一用于從加熱爐內(nèi)熔化的光纖預制棒拉制光纖的機構(gòu)，其中將具有滿足下面給出的不等式的長度L1的下圓柱體設(shè)置成與加熱爐的底端一側(cè)相接觸，并且在下圓柱體內(nèi)連續(xù)地冷卻光纖，使得其中光纖拉制爐內(nèi)熔化的光纖預制棒的直徑從90％預制棒直徑減小到5％預制棒直徑的所拉制光纖的彎月面部分，具有不小于“A×5”的長度，其中A代表預制棒的直徑(mm)L1(mm)＞B×B/300其中B表示光纖的拉制速度(米/分)。
在隨后的描述中，將給出本發(fā)明更多的目的和優(yōu)點，部分目的和優(yōu)點顯然可以從描述中看出，或者可能通過本發(fā)明的實踐而了解到。通過下面特別指出的裝置和組合，可以實現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。


所采用的并構(gòu)成說明書一部分的附圖，說明了本發(fā)明目前所知的最佳實施例，與前面給出的概括說明和下面給出的最佳實施例的詳細說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1A，1B和1C分別表示NBOHC，POR和Si(D)-E’，屬于光纖的順磁缺陷；圖2A到2D表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單模光纖的多個折射率分布的例子；圖3A和3B表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單模光纖的折射率分布的其它例子；圖4A，4B和4C表示用陰極電子激發(fā)光方法，分別對樣品SM1，SM2和NZ1測量的光纖橫截面內(nèi)650nm波長附近的發(fā)光強度分布；圖5為表示MFD附近NBOHC密度的測量結(jié)果與1.38μm處OH吸收增加量之間關(guān)系的曲線；圖6為表示在暴露于氫之前，包層區(qū)域中氯濃度與1.38μm處OH吸收損耗之間關(guān)系的曲線；圖7表示暴露于氫所導致的包層區(qū)域中氯濃度與OH損耗增加量之間關(guān)系的曲線；圖8為表示假想溫度Tf與1.38μm處OH吸收增加量之間關(guān)系的曲線；圖9示意性地表示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光纖拉制設(shè)備；以及圖10示意性地表示出如何允許氣體流入圖9所示光纖拉制設(shè)備的下部。
具體實施例方式
下面將更加詳細地說明本發(fā)明的多個實施例。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例的單模光纖，其特征在于通過以由電子自旋共振方法測得的自旋密度為單位的非橋接氧空穴中心(NBOHC)的密度不高于1.0×1014自旋/克。自旋密度的下限沒有被特別限定，通常大約為1.0×1011自旋/克。
如果NBOHC的密度超過了1.0×1014自旋/克，當將氫分子擴散并注入光纖中時，增大了1.52μm波長附近的傳輸損耗。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的單模光纖中，要求通過以由電子自旋共振方法測得的自旋密度為單位的玻璃件中順磁缺陷Si(D)-E’的密度不低于1.0×1012自旋/克。如果Si(D)-E’的密度不低于1.0×1012自旋/克，有可能進一步防止1.38μm波長附近傳輸損耗的增大。
在本發(fā)明中，如上所述，由電子自旋共振(ESR)方法測得的自旋密度值限定光纖中存在的諸如NBOHC或Si(D)-E’等順磁缺陷的密度。
上述的Si(D)-E’表示兩個氧原子和一個氘原子與一個硅原子相結(jié)合的順磁缺陷物質(zhì)，并且如圖1C所示，硅原子具有一個對與另一原子的結(jié)合沒有貢獻的未成對電子。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的單模光纖中，有可能用陰極電子激發(fā)光方法測量的玻璃件的橫截面中650nm波長附近的發(fā)光強度，具有一定的分布，使得在中間芯的外部和外圓周部分附近的環(huán)形區(qū)域中強度最強，強度向外逐漸減小。如果如上所述定義發(fā)光強度，在包含氫在內(nèi)的原子鍵的作用下，有可能防止1.52μm波長附近傳輸損耗的增大。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的單模光纖中，可能將鍺加入中間芯中。并且，有可能將氟加入相鄰玻璃件中間芯設(shè)置的環(huán)形區(qū)域中。另外，有可能使包層區(qū)域中的氯濃度高于中間芯中的氟濃度。
鑒于可增大光纖傳輸損耗的玻璃結(jié)構(gòu)缺陷的減小的作用，需要將鍺加入中間芯，將氟加入相鄰中間芯設(shè)置的環(huán)形區(qū)域，使包層區(qū)域中的氟濃度高于中間芯中的氯濃度。
可以通過將氘擴散到玻璃件中，以便減小NBOHC的自旋密度，從而增加過氧自由基的自旋密度，而制造前面所述的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的單模光纖。如果作為抗氫處理對氘進行擴散，減小NBOHC的自旋密度，增大過氧自由基的自旋密度，從而使之有可能獲得如上所述的沒有由于氫擴散而導致的傳輸損耗增大的單模光纖。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單模光纖，其特征在于，玻璃件的MFD區(qū)域中所包含的NBOHC的密度低于MFD區(qū)域外面的包層區(qū)域中所包含的NBOHC的密度。通過降低如前所述光所通過的區(qū)域中NBOHC的密度，可能改善光纖的抗氫特性。
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單模光纖中，要求通過以由電子自旋共振方法測得的自旋密度值為單位的，距離玻璃件中心的半徑為25μm的區(qū)域中所包含的NBOHC的密度不高于1.0×1013自旋/克。自旋密度的下限沒有被特別限定，通常大約為1.0×1011自旋/克。
如果NBOHC的密度超過1.0×1013自旋/克，則當氫分子被擴散并注入光纖時，增大了1.52μm波長附近的傳輸損耗。
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單模光纖中，要求包層區(qū)域中的氯濃度不低于1,000ppm。氯濃度的上限沒有被特別限定，通常大約為10,000ppm。
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單模光纖中，要求通過以由電子自旋共振方法測得的自旋密度為單位的玻璃件中所包含的順磁缺陷Si-E’的密度不低于5×1013自旋/克。自旋密度的上限沒有被特別限定，通常大約為1.0×1015自旋/克。
如果如上所述限定包層區(qū)域中的氯濃度和玻璃件中所包含的順磁缺陷Si-E’的密度，則在暴露于氫之前有可能降低1.38μm的OH吸收損耗，以便減小暴露于氫所導致的1.38μm的OH吸收損耗的增大。
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單模光纖中，要求在室溫下在暴露于1大氣壓的氫氣之后的損耗增加，不同于由擴散到玻璃件中的氫分子所導致的損耗的增加，其在1.38μm到1.42μm的波長區(qū)域內(nèi)不大于0.1dB/km。
根據(jù)本發(fā)明第三實施例的單模光纖，其特征在于通過允許傳輸光入射到玻璃件的MFD區(qū)域的中央?yún)^(qū)域中，并且通過測量測量瑞利散射線與拉曼散射線之間的偏差所得到的，由表示三節(jié)環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線與表示四節(jié)環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線的比值而得到的假想溫度不高于1,200℃。假想溫度的下限沒有被特別限定，通常大約為1,000℃。通過將假想溫度設(shè)置為1,200℃或更低，可以減小暴露于氫所導致的1.38μm的OH吸收損耗的增加量。
在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的單模光纖中，要求在室溫下在暴露于1大氣壓的氫氣之后的損耗增加，不同于由擴散到玻璃件中的氫分子所導致的損耗的增加，其在1.38μm到1.42μm的波長范圍內(nèi)不大于0.05dB/km。
根據(jù)本發(fā)明第四實施例的單模光纖的制造方法，其特征在于，該方法包括以1,000至3,000℃/秒的冷卻速度，連續(xù)地冷卻從彎月面部分到所拉制光纖的1,200℃部分之間的區(qū)域的步驟。通過以前面定義的規(guī)定的冷卻速度，將彎月面部分以及以下各個部分連續(xù)地冷卻到預先確定的溫度，可以改善光纖的抗氫。
在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的單模光纖的制造方法中，要求光纖預制棒為通過火焰水解方法獲得的石英基玻璃碳黑，并且在基本上無氧的條件下將碳黑燒結(jié)。
一種根據(jù)本發(fā)明第五實施例的用于制造單模光纖的裝置，其特征在于，將長度L1滿足光纖拉制速度的規(guī)定的關(guān)系的下圓柱體設(shè)置成與加熱爐的底端一側(cè)相接觸，并且在該下圓柱體內(nèi)連續(xù)地冷卻光纖，使得在光纖拉制爐內(nèi)熔化的所拉制光纖預制棒的彎月面部分的長度不小于“A×5”，其中A表示預制棒的直徑(mm)。
通過采用上述的特定裝置結(jié)構(gòu)，可能實現(xiàn)包含在根據(jù)本發(fā)明第四實施例方法中的冷卻步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第五實施例的用于制造單模光纖的裝置中，在下圓柱體內(nèi)設(shè)置一第二加熱器，用于對從加熱爐內(nèi)拉出的光纖進行加熱。要求第二加熱器的長度L2滿足下面所給出的不等式L2＞B×C/200其中B表示光纖預制棒的直徑(mm)，C表示光纖的拉制速度(米/分)。
還要求第一加熱器的頂端與加熱爐的頂端之間的距離L3滿足下面所給出的不等式，第一加熱器的頂端與加熱爐的頂端之間的距離L4滿足下面所給出的不等式L3＞B×C/200L4＞B×C/200其中B表示光纖預制棒的直徑(mm)，C表示光纖的拉制速度(米/分)。
順便提一下，本發(fā)明中的單模光纖表示在包含前面提到的SMF，DSF，NZDSF和DCF的所使用的波長帶下能夠進行單模操作的光纖。
下面將參照

本發(fā)明的一個實施例。
圖2A至2D表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的單模光纖的折射率分布的多個例子。通過將多種元素加入石英中，可以得到所需的折射率分布。其中可能加入Ge，將折射率增大到比純石英的折射率高的值，可能加入F，降低折射率。順便提及，還可能同時加入Ge和F，以得到所需的折射率分布。
在圖2A所示的折射率分布中，中間芯11的折射率比包層區(qū)域12的折射率大。具有特定折射率分布的光纖包括由摻Ge石英構(gòu)成的中間芯11和由基本上純石英形成的包層區(qū)域12。并且，包層區(qū)域12中的氯濃度比芯11中的氯濃度高。更確切地說，將中間芯11中的氯濃度設(shè)置為700至1,300ppm，將設(shè)置在芯11外部的包層區(qū)域12中的氯濃度設(shè)置為1,500至3,000ppm。
在圖2B所示的折射率分布中，中間芯21的折射率比包層區(qū)域23的折射率高，環(huán)形區(qū)域22的折射率比包層區(qū)域23的折射率低。應該注意，具有特定折射率分布的光纖包括由摻入Ge的石英形成的中間芯21，由摻入少量F的石英形成的環(huán)形區(qū)域22，和由基本上純石英形成的包層區(qū)域23。環(huán)形區(qū)域22和包層區(qū)域23中的氯濃度均比中間芯21中的氯濃度高。確切地說，將中間芯21中的氯濃度設(shè)置為700到1,300ppm，并將環(huán)形區(qū)域22和設(shè)置在中間芯21外部的包層區(qū)域23中的氯濃度設(shè)置為1,500到3,000ppm。
在圖2C中所示的折射率分布中，中間芯31和第二環(huán)形區(qū)域33的折射率均高于包層區(qū)域34的折射率。具有特定折射率分布的光纖包括由摻Ge石英形成的中間芯31，由摻F石英形成的第一環(huán)形區(qū)域32，由摻Ge石英形成的第二環(huán)形區(qū)域33和由基本上純石英形成的包層區(qū)域34。
圖2C表示，第一環(huán)形區(qū)域32的折射率比包層區(qū)域34的折射率小。不過，并不絕對要求第一環(huán)形區(qū)域32的折射率比包層區(qū)域34的折射率低。有可能第一環(huán)形區(qū)域32的折射率基本上等于包層區(qū)域34的折射率，如圖3A所示。
在圖2D所示的折射率分布中，在中間芯41與包層區(qū)域45之間插入第一環(huán)形區(qū)域42，第二環(huán)形區(qū)域43和第三環(huán)形區(qū)域44。中間芯41和第二環(huán)形區(qū)域43的折射率均高于包層區(qū)域45的折射率，第一環(huán)形區(qū)域42和第三環(huán)形區(qū)域44的折射率均低于包層區(qū)域45的折射率。
圖2D表示，第一環(huán)形區(qū)域42的折射率低于包層區(qū)域45的折射率。不過，不絕對地要求第一環(huán)形區(qū)域42的折射率低于包層45的折射率。第一環(huán)形區(qū)域42的折射率有可能基本上等于包層區(qū)域45的折射率。
順便提及，在上面提到的圖2A到2D中，單模光纖的外徑處于125μm±3μm的范圍內(nèi)。并且，中間芯11和21的外徑均為7.5至9.5μm，中間芯31和41的外徑均為3至5μm。環(huán)形區(qū)域22的外徑為中間芯21外徑的3至6倍那樣大。環(huán)形區(qū)域32的外徑為芯31外徑的1.5倍至3.5倍那樣大，環(huán)形區(qū)域33的外徑為環(huán)形區(qū)域32的外徑的1.2倍至2.5倍那樣大。另外，環(huán)形區(qū)域42的外徑為中間芯41外徑的1.5至3.5倍那樣大，環(huán)形區(qū)域43的外徑為環(huán)形區(qū)域42外徑的1.2至2.5倍那樣大。另外，環(huán)形區(qū)域44的外徑為環(huán)形區(qū)域43外徑的1.02至2倍那樣大。
在具有圖2A至2D和圖3A與3B所示的折射率分布的單模光纖中，所謂的“MFD”一般處于，例如4μm到12μm范圍內(nèi)，不過根據(jù)所要求的光纖特性，MFD存在差異。通常，光傳播的范圍一般為MFD范圍的2至3倍，在玻璃件的直徑為大約125μm的普通的光纖中，認為影響傳輸特性，尤其是傳輸損耗的范圍為不大于大約50μm的直徑。
然后，對具有圖2A至2C所示折射率分布的單模光纖的例子，研究氫損耗的增加和OH損耗的增加，并進行ESR測量。表1表示出結(jié)果。順便提及，表1中所包括的空自旋密度表明自旋密度為1012量級，不高于ESR信號的探測值。
表1

注空白自旋密度(自旋/克)表明自旋密度低于1.0E+12，因此不能被探測到。
表1中所示的樣品SM1到SM6代表具有圖2A中所示折射率分布的光纖。樣品SM7和SM8代表具有圖2B所示折射率分布的光纖。另外，樣品NZ1和NZ2代表具有圖2C所示折射率分布的光纖。
并且，表1中所示的用于抗氫的處理表明，將樣品保持在氘氣體氛圍中規(guī)定時間，以便將氘分子擴散到光纖中。該列中的符號“○”表明該樣品經(jīng)過用于抗氫的處理，符號“×”表明沒有向該樣品施加用于抗氫的處理。
在表1中還包括“1.52μm吸收的增加”的列。該列表示來自Si-H鍵的傳輸損耗的增加，即所謂的“氫損耗的增加”。表1中顯示出的“增加”表明當樣品在室溫下暴露于氘氣體氛圍規(guī)定時間時，識別出1.52μm吸收的增加，標記“沒有”表明沒有識別到1.52μm吸收的增加。
在表1中還包括“1.38μm吸收的增加”的列。該列表示來自Si-OH鍵的傳輸損耗的增加，即所謂的“OH損耗的增加”。表1中所顯示的“增加”，表明當樣品在室溫下暴露于氫氣體氛圍規(guī)定時間時，識別出1.52μm吸收的增加，顯示的“沒有”表明沒有識別到1.52μm吸收的增加。
表1中對于每個樣品SMF的ESR測量的結(jié)果如下。
確切地說，在樣品SM1中，識別到氫損耗的增加和OH損耗的增加，并且探測到NBOHC缺陷的自旋密度為1×1014自旋/克，達到1014的量級。
通過向光纖中施加與樣品SM1相同的抗氫處理，而制備樣品SM1D。在樣品SM1D中，基本上沒有識別到任何氫損耗的增加和OH損耗的增加，并且沒有探測到NBOHC缺陷的ESR信號。另外，發(fā)現(xiàn)POR缺陷的自旋密度為4.9×1013自旋/克。另外，在樣品SM1D中探測到結(jié)合有氘的順磁缺陷“Si(D)-E’”的信號。
樣品SM2和具有與施加給樣品SM2相同的用于抗氫處理的SM2D分別表現(xiàn)出與樣品SM1和樣品SM1D相同的結(jié)果。確切地說，在樣品SM2中，識別出氫損耗的增加和OH損耗的增加，并且發(fā)現(xiàn)NBOHC缺陷的自旋密度為1.2×1014自旋/克。另一方面，在樣品SM2D中，基本上沒有識別到任何氫損耗的增加和OH損耗的增加。另外，發(fā)現(xiàn)POR缺陷的自旋密度為2.3×1013自旋/克。另外，在樣品SM2D中探測到“Si(D)-E’”。
在樣品SM3至SM6中，識別出OH損耗的增加，不過沒有識別出氫損耗的增加。并且，這些樣品的NBOHC缺陷的自旋密度為1013的量級。另外，沒有探測到表示POR缺陷的信號。
在樣品SM7和SM8中，沒有識別出任何氫損耗的增加和OH損耗的增加，并且沒有探測到表示NBOHC缺陷的信號和表示POR缺陷的信號。
上述ESR測量的結(jié)果表明，如果NBOHC缺陷的自旋密度增大到1014的量級，可識別出氫損耗的增加和OH損耗的增加。
還表明，當NBOHC缺陷的自旋密度為1013量級時，可識別出OH損耗的增加，不過，沒有識別到氫損耗的增加。
另外，當NBOHC缺陷的自旋密度沒有大到足以被檢測時，即為1012或更小的量級，不能識別出任何氫損耗的增加和OH損耗的增加。
通過利用氘分子的擴散施加用于抗氫的處理，可以改善抗氫特性本身的現(xiàn)象在本領(lǐng)域中是已知的。不過，從具有所施加的特殊處理的光纖可以探測到表示Si(D)-E’缺陷的信號，從而表現(xiàn)出對氫的阻力。
現(xiàn)在將描述表1中所示的NZDSF的測量結(jié)果。
樣品NZ1代表具有75μm2的Aeff和在1.55μm帶中具有大約幾個ps/nm/km的負色散值的光纖。NBOHC缺陷的自旋密度為3.4×1013自旋/克，即處于1013的量級，并且識別到OH損耗的增加，不過沒有識別到氫損耗的增加。另外，發(fā)現(xiàn)對于前面所描述的SMF的情形，樣品NZ1的抗氫特性與樣品SM3到SM6相同。
在被施加抗氫處理的樣品NZ1D中，沒有探測到表示NBOHC缺陷的ESR信號，發(fā)現(xiàn)POR缺陷的自旋密度為2.7×1013自旋/克，結(jié)果沒有識別到氫損耗的增加和OH損耗的增加中的任何一個。另外，如前面提到的樣品SM1D那樣，探測到結(jié)合有氘的順磁缺陷物質(zhì)“Si(D)-E’”的信號。
現(xiàn)在將描述用陰極電子激發(fā)光方法測量的，光纖橫截面內(nèi)650nm波長附近的發(fā)光強度分布。
陰極電子激發(fā)光方法是一種分析方法，用于根據(jù)電子束入射在物體上時，物體所發(fā)射的紫外光、可見光或近紅外光的波長和強度，分析缺陷種類和其密度或應力。在本領(lǐng)域中已知，650nm波長附近的光發(fā)射是由于NBOHC。通過使用所描述的技術(shù)研究光纖橫截面中的NBOHC分布，圖4A到4C表示出結(jié)果。
圖4A到4C表示出下面所給出的情形(1)圖4A表示樣品SM1的發(fā)光強度分布，樣品SM1是具有圖2A所示折射率分布的光纖的一個例子。
從圖4A顯然可以看出，從樣品SM1發(fā)射的光，在中間芯11與包層12之間的邊界部分(模式場外圍部分)中具有最高的強度，在中間芯11的外部，強度迅速地減弱。并且，中間芯11的中心位置的發(fā)光強度比中間芯11的外圍部分弱，在包層區(qū)域13中發(fā)光強度進一步減弱。
并且在中間芯11的外徑在7.5μm至9.5μm的情形中，表示最高發(fā)光強度的點距離光纖中心的距離(半徑)R處于3μm到4.5μm范圍內(nèi)，即3μm＜R＜4.5μm。另一方面，在中間芯11的外徑在7.5μm至9.5μm的情形中，距離為R的點外部的、表現(xiàn)出20％距離為R的點的最大發(fā)光強度的點，距離光纖中心的距離r處于5μm至6μm范圍內(nèi)，即5μm＜r＜6μm。換句話說，如果距離光纖中心的距離超過了距離光纖中心距離R的點的距離，發(fā)光強度迅速降低。
在上述的樣品SM1的光纖中，如所指出的，NBOHC集中在模式場外圍部分中。并且，如從表1顯然可以看出，可以通過ESR測量而探測NBOHC。因此，對于對氫的阻力而言，光纖留下了進一步改進的空間。
(2)圖4B表示樣品SM7的發(fā)光強度分布，該樣品是具有圖2B所示折射率分布的光纖的一個例子。
從圖4B顯然可以看出，從樣品SM7發(fā)出的光的強度分布，在環(huán)形區(qū)域22和環(huán)形區(qū)域22與包層區(qū)域23之間的邊界部分(模式場外圍部分)中具有最大強度，與圖4A的曲線相比，在環(huán)形區(qū)域22外部，強度緩慢地減弱。并且，中間芯21中心區(qū)域中的發(fā)光強度比模式場外圍部分的發(fā)光強度弱，在包層區(qū)域23中發(fā)光強度進一步減弱。
并且，對于具有前面所描述的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形區(qū)域22，表現(xiàn)縣出最高發(fā)光強度的點距離光纖中心的距離(半徑)R在4μm至6μm范圍之內(nèi)，即4μm＜R＜6μm。另一方面，對于具有前面所描述的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形區(qū)域22，在距離為R的點外部表現(xiàn)出20％的距離為R的點的最大發(fā)光強度的點距離光纖中心的距離r在9μm至15μm范圍之內(nèi)，即9μm＜r＜15μm。換句話說，如果距離光纖中心的距離超過距離R的點距離光纖中心的距離，發(fā)光強度逐漸減弱。
在上述的樣品SM7的光纖中，NBOHC沒有如上所述集中在模式場外圍部分中。并且，從表1顯然可以看出，通過ESR測量不能探測到NBOHC。因此，光纖不存在有關(guān)對氫的阻力的問題。
(3)圖4C表示樣品NZ1的發(fā)光強度分布，該樣品為具有圖2C所示折射率分布的光纖的一個例子。
從圖4C顯然可以看出，從樣品NZ1發(fā)出的光的強度在加入F的環(huán)形區(qū)域32(在MFD內(nèi)具有低折射率的區(qū)域)中較強，在加入Ge的中心區(qū)域和環(huán)形區(qū)域33(在MFD內(nèi)具有高折射率的區(qū)域)內(nèi)較弱。并且，在加入F和Ge的包層區(qū)域34中，發(fā)光強度最弱。對于被施加有用于抗氫處理的樣品NZ1D，也具有相同的情形。
應該注意，在施加抗氫處理的樣品SM1D和SM2D中，識別到NBOHC的發(fā)光，不過通過ESR沒有探測到NBOHC。應該注意的是，即使由于抗氫處理由ESR沒有探測到NBOHC的光纖中，在陰極電子激發(fā)光方法中可以觀察到NBOHC的發(fā)光。
認為上述情形的原因如下(a)陰極電子激發(fā)光方法的靈敏度高于ESR的靈敏度。
(b)陰極電子激發(fā)光方法反應光纖橫截面中存在殘余應力的部分和玻璃結(jié)構(gòu)脆弱的部分，而ESR不能探測上述部分。
順便提及，在圖4A到4C中表示出的用陰極電子激發(fā)光方法得到的發(fā)光強度分布的測量結(jié)果，僅表示光纖橫截面中發(fā)光強度分布的相對比較，不提供用于不同光纖中發(fā)光強度分布的絕對對比的指示。通過使用由ESR方法得到的測量結(jié)果所獲得的數(shù)值，進行NBOHC自旋密度的實際比較。
從ESR方法的測量結(jié)果和用陰極電子激發(fā)光方法的觀察結(jié)果，可以得到下面的結(jié)論(1)氫損耗的增加和OH損耗的增加包含于有關(guān)對氫的阻力的問題中。當用ESR方法獲得的以自旋密度為單位的NBOHC的密度超過1.0×1014自旋/克時，產(chǎn)生氫損耗的增加和OH損耗的增加。因此，為了獲得沒有氫損耗增加和OH損耗增加的光纖，必須至少NBOHC的自旋密度不高于1.0×1014自旋/克。
(2)當NBOHC的自旋密度不高于1.0×1014自旋/克時，可能產(chǎn)生OH損耗的增加，不過不產(chǎn)生氫損耗的增加。另一方面，當NBOHC的自旋密度不高于1012自旋/克時，基本上不產(chǎn)生任何有關(guān)氫損耗的增加和OH損耗的增加。換句話說，光纖所需的不產(chǎn)生氫損耗的增加和OH損耗的增加的條件是，是NBOHC的自旋密度為1012自旋/克或更小的量級。
(3)在施加有抗氫處理的光纖中，沒有探測到NBOHC，而是探測到POR和Si(D)-E’。不過，在這種情形中，不產(chǎn)生任何氫損耗的增加和OH損耗的增加。這還是其中不產(chǎn)生氫損耗的增加和OH損耗的增加的光纖所需的條件。
(4)通過陰極電子激發(fā)光方法，可能觀察到光纖橫截面中的NBOHC分布。例如，在具有圖2A所示折射率分布的摻Ge的SMF中，從NBOHC產(chǎn)生的具有大約650nm波長的光，在中間芯11與包層區(qū)域12之間的邊界區(qū)域中具有最高強度，在中間芯11和包層區(qū)域12中，光強度以所提到的順序逐漸降低。
(5)在摻有微量F，從而獲得例如圖2B所示的折射率分布的摻Ge芯的外圍的SMF中，從NBOHC發(fā)出的具有大約650nm波長的光，在環(huán)形區(qū)域22中表現(xiàn)出最高強度，環(huán)形區(qū)域22是中間芯21外部摻F區(qū)域，光強度從中間芯21向外逐漸降低，使得在摻Ge部分的中間芯21和包層區(qū)域23中，使強度以所提到的順序減弱。換句話說，與具有圖2A所示折射率分布的光纖相比，在所述光纖中，NBOHC不是集中在一處，而是分散在模式場外圍部分和其外部區(qū)域中。
圖2B所示的折射率分布在抗氫特性上優(yōu)于與圖2A所示折射率分布。
(6)另外，在具有例如圖2C所示折射率分布的單模光纖中，即沿摻Ge中間芯31的外圓周形成摻F的第一環(huán)形區(qū)域32，沿第一環(huán)形區(qū)域32的外圓周進一步形成摻Ge的第二環(huán)形區(qū)域33，所發(fā)射的具有大約650nm波長的光，在環(huán)形區(qū)域32中具有高強度，光強度在環(huán)形區(qū)域32和包層區(qū)域34中，以所提到的順序降低。順便提及，具有圖2D所示折射率分布的光纖產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。
由此得出，上面給出的結(jié)論(1)是具有令人滿意的抗氫特性的單模光纖絕對需要的條件，結(jié)論(2)和(3)構(gòu)成了所希望的條件。并且結(jié)論(4)到(6)作為用于支持上面給出的結(jié)論(1)到(3)的條件，是很重要的。
現(xiàn)在將說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的單模光纖。
如已經(jīng)提出的那樣，據(jù)說在抗氫特性的降低中包含有有關(guān)光纖抗氫特性的改善，玻璃的結(jié)構(gòu)缺陷尤其是來自于氧的結(jié)構(gòu)缺陷的改善。在結(jié)構(gòu)缺陷中，圖1A中所示的結(jié)構(gòu)缺陷(非橋接氧空穴中心NBOHC)是眾所周知的可以通過ESR方法探測的順磁缺陷。
當光纖中存在NBOHC時，如果將氫分子擴散到玻璃中以產(chǎn)生OH基，便發(fā)生下面給出的反應≡Si·O·+·H≡Si-O-H結(jié)果，發(fā)生1.38μm附近波長OH吸收損耗的增加。
如果在光通過的MFD或其附近中存在大量的NBOHC，則認為抗氫特性被降低。針對玻璃具有大約125μm外徑的狀態(tài)和用HF酸侵蝕光纖以便將直徑減小到大約50μm的狀態(tài)，本發(fā)明者已經(jīng)用ESR方法測量了各種光纖中包含的NBOHC的自旋密度。
在侵蝕之后，將外徑設(shè)定為大約50μm，部分是因為本發(fā)明者希望弄清楚光波導部分的缺陷狀態(tài)(即，希望得到不受包層部分影響的數(shù)據(jù))，并且部分是因為鑒于在ESR測量步驟中保持樣品，精度受到限制。
在樣品于室溫下暴露于1個大氣壓氫氣體氛圍以便將氫分子充分地擴散到光纖中的情形中，本發(fā)明者還研究了1.52μm或1.38至1.42μm氫導致的吸收損耗的增加量，和由ESR方法測得的自旋密度之間的關(guān)系。這種情形中的試驗涵蓋了具有圖2A所示折射率分布的光纖，即一般的單模光纖。
表2表示ESR測量的結(jié)果和氫所導致的傳輸損耗的狀態(tài)。
表2

在表2中，附加字母“E”的樣品號，例如SM9E，代表通過用HF酸進行侵蝕外徑減小到大約50μm的樣品。另一方面，不帶字母“E”的樣品號代表侵蝕處理之前的樣品，從而具有大約125μm的外徑。并且，1.38μm吸收的增加的單位為“dB/km”。
據(jù)說1.52μm吸收是由于氫分子與一個過氧自由基(＝Si-O-O·)的結(jié)合。不過，還可以想到其它原因。即使現(xiàn)在，也沒有確定的理論。在這個試驗中，將暴露于氫之前的損耗值與暴露于氫之后的損耗值進行比較，將在波長中識別出吸收峰的樣品表示為“吸收”，將沒有識別出吸收峰的樣品表示為“沒有”。
由擴散到光纖中的氫分子與NBOHC之間的反應所形成的OH基，導致了1.38μm吸收，在表2中將暴露于氫之前和暴露于氫之后的損耗差表示為增加量。順便提及，表2中所示的“ND”的NBOHC自旋密度表明，用于測量并在測量條件下的ESR裝置中的自旋密度不高于1.0×1012自旋/克的探測極限。
按照如下所述制備樣品。
樣品SM9在另一過程中，在由VAD方法制備的芯上形成一包層區(qū)域。在將多孔物體燒結(jié)成芯棒的過程中，允許大氣中中存在1％的氧，以便強制形成具有超高氧含量的玻璃。
用下面所提到的圖8中所示的光纖拉制設(shè)備，以1,000米/分的光纖拉制速度，并將光纖拉制爐的最高溫度設(shè)置為2,050℃，對80mm外徑的預制棒進行光纖拉制。在這種情形中，慢冷卻部分的長度為1,500mm，彎月面的長度為350mm。
樣品SM10用與制備樣品SM9相同的方法制備該樣品。不過，將光纖拉制速度設(shè)置為500米/分，將光纖拉制爐的最高溫度設(shè)置為1,950℃。另外，彎月面長度為350mm。
樣品SM11用與樣品SM9相同的方法制備該樣品。不過，在使芯多孔物體透明的步驟中不存在氧氣。
樣品SM12用與樣品SM10相同的方法制備該樣品。不過，在使芯透明的步驟中不存在氧氣。
樣品SM13用與樣品SM12相同的方法制備預制棒。將光纖拉制速度設(shè)置為500米/分，將光纖拉制爐的最高溫度設(shè)置為1,950℃。不過，對爐內(nèi)的氣流進行控制，以便將彎月面的長度增加到420mm。
樣品制造過程的結(jié)果可以概括如下(1)如果在包含氧氣的氣氛下進行使芯多孔物體透明的處理，通過暴露于氫產(chǎn)生1.52μm吸收。另一方面，如果在無氧條件下進行使芯多孔物質(zhì)透明的處理，暴露于氫不產(chǎn)生1.52μm吸收。
試驗數(shù)據(jù)符合在包含大量氧的玻璃中傾向于產(chǎn)生的1.52μm吸收的一般概念?？梢院侠淼乩斫鉃?，如果不包含過量氧而制備玻璃，可以防止1.52μm吸收。
在下面的描述中，將重點放在不涉及1.52μm吸收的1.38μm波長的OH吸收。
(2)圖5是表示HF侵蝕之后測得MFD附近NBOHC密度與1.38μm波長的OH吸收增加量之間的關(guān)系的曲線。
在圖5的曲線中，菱形標記代表從包含過量氧的玻璃制備的樣品(樣品SM9和SM10)。另一方面，方形標記代表從無氧條件下制備的玻璃所制備的樣品(樣品SM11到SM13)。從圖5的曲線顯然可以看出，在NBOHC密度與暴露于氫所導致的傳輸損耗的增加之間的關(guān)系中，樣品彼此之間具有明顯的不同。更確切地說，在NBOHC密度相同的情況下，與由無氧條件下制造的玻璃制備的樣品相比，從包含過量氧的玻璃制備的樣品帶來傳輸損耗的更大增加?？梢院侠淼乩斫鉃椋^氧自由基與氫反應，從而形成OH基，導致在包含過量氧的預制棒的情形中傳輸損耗的增加。
現(xiàn)在將描述樣品SM11到SM13。
在本領(lǐng)域中已知，光纖中的剩余結(jié)構(gòu)缺陷的量取決于光纖拉制步驟中的冷卻條件。通常，如果冷卻速度低，則剩余缺陷量減少?？梢院侠淼乩斫鉃?，由于下面所給出的原因，通過改變冷卻條件，制備樣品SM11到SM13。
確切地說，將樣品SM11的光纖拉制速度設(shè)置成比樣品SM12的拉制速度高。不過，由于樣品SM11和SM12具有相同的彎月面長度，使樣品SM11的冷卻速度高于樣品SM12的冷卻速度。同樣，樣品SM12和SM13的光纖拉制速度彼此相等。不過，由于樣品SM12的彎月面長度比樣品SM13的彎月面短，樣品SM12的冷卻速度比樣品SM13的冷卻速度高。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在樣品SM11到SM13中，存在下面所給出的關(guān)系C3＞C4＞C5，N3＞N4＞N5，α3＞α4＞α5其中C3，C4和C5分別代表樣品SM11到SM13的冷卻速度，N3，N4和N5分別代表樣品SM11到SM13的NBOHC含量，α3，α4和α5分別代表樣品SM11到SM13的1.38μmOH吸收的增加量。
接著，本發(fā)明者進行了廣泛地研究，嘗試著通過定量地定義NBOHC缺陷濃度與1.38μm OH吸收的增加量之間的關(guān)系，而弄清楚臨界狀態(tài)，并弄清楚光纖拉制設(shè)備限定臨界狀態(tài)的條件。
結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下面給出的條件(1)是必要的(1)在由其中加入有Ge和/或F的石英基玻璃形成的單模光纖中，玻璃件必須至少包括中間芯和包層部分，玻璃件具有大約125μm的外徑，MFD區(qū)域中非橋接氧空穴中心的濃度不低于設(shè)置在MFD區(qū)域外部的包層區(qū)域中的非橋接氧空穴中心的濃度。
還發(fā)現(xiàn)，需要滿足下面給出的條件(2)(2)用電子自旋共振方法測得的、以自旋密度為單位的，玻璃件的中心區(qū)域(半徑為25μm的區(qū)域)中所包含的非橋接氧空穴中心的密度必須不高于1.0×1013自旋/克。
根據(jù)本發(fā)明者所進行的研究，在滿足前面給出的條件的光纖中，室溫下暴露于1大氣壓氫氣所導致的1.38μm OH吸收的增加量不大于0.1dB/km。
本發(fā)明者還對光纖拉制過程中物質(zhì)的擴散所導致的玻璃內(nèi)的元素遷移和元素遷移所導致的順磁缺陷進行了大量的研究。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要求玻璃預制棒在光纖拉制之前不包含OH基。為了實現(xiàn)特定狀態(tài)，在合成玻璃碳黑(glass soot)的制造過程中，通常用氯處理多孔物體。從而，通常在OH基含量較低的合成石英基玻璃中包含大量的氯。認為氯置換玻璃中的氧，從而形成Si-Cl鍵。本領(lǐng)域中已知，在光纖拉制過程中由于熱或應力，Si-Cl易于斷開，從而形成稱為E’中心的順磁缺陷(圖1C中所示的Si-E’)。
為了看出光纖拉制之后剩余的Si-E’，NBOHC自旋密度和光纖拉制之前玻璃中的氯濃度之間的關(guān)系，本發(fā)明者已經(jīng)進行了研究。
與前面提到的樣品SM13相同的芯預制棒上形成具有三種不同氯濃度值的包層，隨后在與樣品SM13相同的條件下進行光纖拉制，從而制備光纖。研究暴露于氫之前1.38μm OH吸收和暴露于氫所導致的OH吸收的增加量，在表3中表示出結(jié)果。表3中包層區(qū)域中氯濃度的單位為ppm。
表3

圖6和7為表示表3中所給出的試驗數(shù)據(jù)的曲線。
圖6表示，如果包層區(qū)域中的氯濃度較高，在光纖中剩余有大量Si-E’，在暴露于氫之前1.38μm的OH吸收損耗較小。另一方面，圖7表示在氯濃度為3,500ppm的情形與氯濃度為1,000ppm的情形之間，沒有識別到暴露于氫所導致的OH吸收量增加的明顯差別。當氯濃度處于上述范圍之內(nèi)時，顯然可以證實，OH吸收的增加量不受氯濃度的影響。不過，應該注意，如果氯濃度低于200ppm，認為增加了暴露于氫所導致的OH吸收的增加的量。這可以由NBOHC的測量結(jié)果來證實。
更確切地說，可以合理地理解為，如果減少包層區(qū)域中的氯濃度，玻璃的粘性增加，從而降低了粘度與芯部分的一致性，結(jié)果在光纖拉制之后，傾向于殘留下缺陷。還可以合理地理解為，是一種氯分子有可能降低與所埋藏的自由基相結(jié)合的可能性的機制。
并且，將MFD與包層區(qū)域內(nèi)的Si-E’密度進行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MFD內(nèi)的Si-E’密度比包層區(qū)域高。這與氯濃度不低于1,000ppm情形中的結(jié)果相反。
上面給出的試驗數(shù)據(jù)證實，為了將暴露于氫之前1.38μm的OH吸收損耗充分地降低到0.35dB/km或更小，將暴露于氫所導致的OH吸收的增加量充分地降低到0.05dB/km或更小，要求包層區(qū)域中所包含的氯的濃度不低于1,000ppm，光纖內(nèi)剩余的Si-E’的密度不低于5×1013自旋/克。
下面，將描述本發(fā)明的第三實施例。
光纖中殘留的結(jié)構(gòu)缺陷的量極大地取決于光纖拉制步驟中的冷卻過程。當將作為偽液體(a pseudo fluid)的玻璃預制棒拉制成纖維，并迅速地冷卻進行固化時，玻璃結(jié)構(gòu)保持失去流動性時的狀態(tài)?？梢院侠淼乩斫鉃?，玻璃結(jié)構(gòu)保持固化時的液態(tài)結(jié)構(gòu)。玻璃被固化時的溫度被稱為假想溫度。本領(lǐng)域中已知，在假想溫度與瑞利散射系數(shù)A之間存在下面所給出的關(guān)系A(chǔ)＝(8π3/3)n5·p2·kTf·KT其中n代表折射率；p表示光彈性常數(shù)，k表示波耳茲曼常數(shù)，Tf代表假想溫度，KT代表等溫壓縮速度(體積彈性形變的倒數(shù))。
根據(jù)“J.C.Mikkelsen，Jr.和F.L.Galeener，Journal ofNon-Crystalline Solids 37(1980)71，84”和“A.E.Geissberger和F.L.Galeener，Physical review B，Vol.28，Number 6(1983)”，在通過測量瑞利散射線與拉曼散射線之間的偏差來分析玻璃結(jié)構(gòu)缺陷的拉曼光譜方法中，可以從表示三節(jié)玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線(D1線)與表示四節(jié)玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線(D2)線的比值，得到假想溫度Tf。實際上，可以通過使用通過MFD中心區(qū)域透射的光，或并向回散射的散射光，測得拉曼偏移，而得到假想溫度Tf。
用特定的方法測量樣品SM3到SM5的拉曼偏移光譜，以便計算假想溫度Tf。表4表示出結(jié)果。
表4

圖8為表示假想溫度Tf與1.38μm的OH吸收的增加量之間關(guān)系的曲線。
從圖8顯然可以看出，如果MFD的中心區(qū)域中的假想溫度Tf不高于1,200℃，有可能將暴露于氫所導致的1.38μm的OH吸收增加量抑制為0.05dB/km。
下面將描述用于制造上述石英SMF的光纖拉制設(shè)備。
如前面所述，本發(fā)明者已經(jīng)進行了廣泛地研究，試圖改善石英SMF中的抗氫和與1.38μm的OH吸收損耗有關(guān)的長期可靠性。詳細地說，本發(fā)明者將很大的注意力放在光纖拉制步驟中所包含的光纖冷卻過程。在本領(lǐng)域中已知，定性來說，冷卻過程極大地影響光纖中剩余的結(jié)構(gòu)缺陷。不過，在這方面還不能進行定量分析。
本發(fā)明者進一步進行了廣泛地研究，嘗試找到可能進一步改善抗氫的因素，并嘗試以多種方式改變光纖拉制設(shè)備的加熱爐部分，在不降低光纖特性本身的光纖拉制條件的基礎(chǔ)上，優(yōu)化這些因素的參數(shù)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，為了改善對氫的阻力，重要的是連續(xù)地冷卻石英基玻璃預制棒，以1,000℃/秒到3,000℃/秒范圍內(nèi)的冷卻速度，從由熔化而變得細長的部分，即彎月面部分開始，直到光纖的表面溫度被降到1,200℃為止。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，石英基玻璃碳黑的燒結(jié)條件也很重要。
在傳統(tǒng)的方法和裝置中，沒有從彎月面部分開始連續(xù)地冷卻石英系列玻璃預制棒。
本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，如果在實際的300到1,500米/分的光纖拉制速度下，并且在石英SMF的制造過程中，預制棒的外徑為35至120mm的條件下，光纖拉制條件包含所拉制光纖預制棒的細長部分，即彎月面部分，具有不小于“A×5”的長度，其中A代表預制棒的直徑(mm)，有可能實現(xiàn)所需的冷卻過程。此處將彎月面部分定義成，通過在光纖拉制爐內(nèi)熔化光纖預制棒，直徑從90％預制棒直徑減小到5％預制棒直徑的區(qū)域的長度。
圖9示意性地表示光纖拉制設(shè)備的結(jié)構(gòu)，使得有可能獲得上面指出的光纖拉制條件。在該光纖拉制設(shè)備中，將玻璃預制棒51插入加熱爐52中，進行光纖拉制操作。如圖中所示，將用于加熱預制棒51的加熱器53設(shè)置在加熱爐52內(nèi)。圖中所示的參數(shù)54表示彎月面部分，參數(shù)57表示一卷取(take-up)裝置。
在圖9所示的光纖拉制設(shè)備中，將用來連續(xù)地冷卻所拉制光纖55的下圓柱體56設(shè)置成與光纖拉制爐52的底部相接觸，作為實現(xiàn)上面所給出的光纖拉制條件的裝置。應該注意，以5升/分的流速，將Ar和He的氣體混和物，通過圖10中所示的下圓柱體的側(cè)壁，輸送到下圓柱體中。
圖9和10所示的裝置使得有可能連續(xù)地將預制棒的彎月面部分54與具有規(guī)定直徑的光纖55的部分范圍內(nèi)的區(qū)域冷卻到大約1,200℃。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將下圓柱體56的長度L1(光纖55慢冷卻部分的長度)設(shè)置成滿足下面所給出的關(guān)系，可能實現(xiàn)特定的慢冷卻條件L1(mm)＞B×B/300其中B代表光纖的拉制速度(米/分)。
慢冷卻條件相當于在1,000至3,000℃/秒的冷卻速度下，將所拉制的光纖55的表面溫度，從例如1,700℃連續(xù)地冷卻到1,200℃的條件。還發(fā)現(xiàn)，通過將用于加熱所拉制光纖55的加熱器設(shè)置成沒有形成用于將氣體引入加熱爐52與加熱器之間的間隙的進氣口，并通過將加熱器的長度L2設(shè)置成滿足下面給出的關(guān)系，而獲得所需的慢冷卻條件L2(mm)＞C×B/200
其中B代表光纖的拉制速度(米/分)，C代表光纖預制棒的直徑(mm)。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果用于加熱光纖預制棒51的加熱爐52的加熱器53的頂端一側(cè)與加熱爐52的頂端一側(cè)之間的距離L3，加熱器53的底端一側(cè)與加熱爐52的底端一側(cè)之間的距離L4滿足下面給出的關(guān)系，有可能增加絕熱效果，以便于彎月面獲得所需的形狀L3(mm)＞C×B/200L4(mm)＞C×B/200其中B代表光纖的拉制速度(米/分)，C代表光纖預制棒的直徑(mm)。
如上面詳細描述的，本發(fā)明提供了一種具有抗氫的單模光纖，使得即使將光纖保存在包含氫的大氣中一很長時間，也不會增加傳輸損耗。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易想到其它優(yōu)點和變型。從而，廣義而言，本發(fā)明不限于此處所示和所描述的特殊說明和代表例。因此，在不偏離由所附權(quán)利要求和其等效物所限定的精神或一般發(fā)明概念的范圍的條件下，可以進行多種變型。
權(quán)利要求
1.一種單模光纖，該單模光纖由石英基玻璃形成、并包括具有中間芯和包層區(qū)域的玻璃件，其特征在于作為由電子自旋共振方法測得的自旋密度值的所述玻璃件中非橋接氧空穴中心的密度不高于1.0×1014自旋/克，并且由陰極電子激發(fā)發(fā)光方法測量的所述玻璃件的橫截面內(nèi)650nm附近波長區(qū)域中的發(fā)光強度的分布，使得在所述中間芯的外部和外圓周部分附近的環(huán)形區(qū)域中強度最強，并且強度朝著所述中間芯的外部適度減弱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于所述包層區(qū)域中的氯濃度高于中間芯中的氯濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于在所述玻璃件中，通過以電子自旋共振方法測得的自旋密度值為單位的順磁缺陷Si(D)-E’的密度不低于1.0×1012自旋/克。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于包含在所述玻璃件的MFD區(qū)域中的非橋接氧空穴中心的密度低于包含在位于MFD區(qū)域外部的所述包層區(qū)域中的非橋接氧空穴中心的密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于通過以電子自旋共振方法測得的自旋密度值為單位，在距離所述玻璃件的中心為半徑25μm的區(qū)域中所包含的非橋接氧空穴中心的密度不高于1.0×1013自旋/克。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于所述包層區(qū)域中的氯濃度不低于1000ppm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于通過以電子自旋共振方法測得的自旋密度值為單位，所述玻璃件中包含的順磁缺陷Si-E’的密度不低于5.0×1013自旋/克。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于在室溫下，在暴露于1大氣壓的氫氣之后的損耗增加不同于擴散到玻璃件中的氫分子所導致的損耗增加，其在1.38μm至1.42μm的波長范圍內(nèi)不大于0.1dB/km。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單模光纖，其特征在于通過測量瑞利散射線與拉曼散射線之間的偏差所獲得的，由表示三節(jié)玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線與表示四節(jié)玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)的缺陷線的比值所得到的假想溫度不高于1200℃。
全文摘要
在由石英基玻璃形成的，并且包括一具有一中間芯(11)和一包層區(qū)域(12)的玻璃件的單模光纖中，通過以由電子自旋共振方法測得的自旋密度為單位的玻璃件中的非橋接氧空穴中心的密度，不高于1.0×10
文檔編號C03B37/02GK1800889SQ20051012959
公開日2006年7月12日 申請日期2002年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月30日
發(fā)明者森平英也, 久留須一彥, 井上喜博 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社