專利名稱：制造光學(xué)預(yù)制品的方法及由此獲得的預(yù)制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過內(nèi)部氣相淀積工藝制造光學(xué)預(yù)制品
(preform)的方法，其中使用能量源以及具有供給側(cè)和排放側(cè)的襯 底管(substrate tube ),其中能量源可在襯底管的在供給側(cè)反轉(zhuǎn)點與 排放側(cè)反轉(zhuǎn)點之間的長度之上移動，其中可能被摻雜或者未被摻雜 的一個或者多個玻璃形成前體(precursor )在襯底管的供應(yīng)側(cè)被供給 到襯底管的內(nèi)部，并且其中尚未在襯底管內(nèi)部上淀積的成分在襯底 管的排放側(cè)排放，其中在襯底管的內(nèi)部產(chǎn)生了這樣的情況即在襯 底管內(nèi)部上發(fā)生玻璃層的淀積，其中首先淀積外部覆層，接著淀積 內(nèi)部覆層。
背景技術(shù)：
例如從美國專利No， 4,741,747已知這樣的方法，其作為淀積工 藝的重要參數(shù)而提及再現(xiàn)性、在玻璃形成前體之間化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn) 率、淀積率以及在襯底管內(nèi)部上所淀積材料的光學(xué)和幾何均勻性。 然而，在淀積工藝期間，其中光學(xué)和幾何性質(zhì)不夠恒定的所謂淀積 區(qū)(deposition zone )可以在襯底管的兩端辨別出。已知的是，在淀 積工藝中，也稱為"端錐(end taper)"的這種淀積區(qū)的長度可以總 計等于襯底管總長度的約15 % 。在已經(jīng)從預(yù)制品中抽拉出光纖之后， 這種錐可以導(dǎo)致纖芯(core)的軸向非均勻截面；尤其是，該錐形成 了其中預(yù)制品的光學(xué)和/或幾何性質(zhì)不均勻的區(qū)域。所述不均勻性將 導(dǎo)致光纖傳輸質(zhì)量的惡化。因而，當(dāng)制造光纖的時候不使用預(yù)制品 中的這種錐區(qū)。由于這種錐區(qū)構(gòu)成了預(yù)制管的相當(dāng)數(shù)量的部分，因 而可以從預(yù)制品獲取的總纖維長度相當(dāng)有限。為了防止在光學(xué)預(yù)制 品中出現(xiàn)錐，前述美國專利提議在至少 一個反轉(zhuǎn)點(point of reversal)
的區(qū)域中作為時間的函數(shù)非線性地移動能量源尤其是等離子體，或 者作為時間的函數(shù)在襯底管的長度之上改變等離子體的功率。畢竟， 先前所謂諧振器的穩(wěn)定速度分布被用于在襯底管內(nèi)部上淀積層。
從美國專利No. 5,188,648已知一種用于減小錐區(qū)的方法，其中 等離子體的往復(fù)運動在玻璃形成前體的供給側(cè)的反轉(zhuǎn)點處中斷，而 設(shè)置所述中斷的持續(xù)期間以便實現(xiàn)襯底管的所謂氣體側(cè)錐區(qū)的有效 減小。尤其是，所述文獻(xiàn)目的在于減小光學(xué)預(yù)制品的纖芯的幾何錐。
從美國專利No. 5,145,509已知一種用于減小幾何錐的方法，其 中在襯底管的中心放置玻璃棒，設(shè)置該棒的半徑，以便其最大等于 玻璃襯底管的內(nèi)半徑的0.67倍并且最小等于玻璃襯底管的內(nèi)半徑的 0.2倍，其中一旦淀積工藝完成則將玻璃棒從襯底管內(nèi)部移除，然后 中空襯底管在高溫條件下收縮成固態(tài)預(yù)制品。
從美國專利No. 4，944，244已知一種用于制造光學(xué)預(yù)制品的方 法，其中在淀積工藝期間基于下列信號來連續(xù)地控制能量源的功率， 該信號是在襯底管的內(nèi)部上發(fā)生玻璃層淀積的程度連同其他因素的 函數(shù)。
US 2005/0041943涉及一種淀積方法，其中等離子體沿中空襯底 管運動，并且在鄰近反轉(zhuǎn)點的第一端區(qū)域中變化，在淀積工藝中作 為時間的函數(shù)，并且在第一端區(qū)域中作為位置的函數(shù)，其中第一端 區(qū)域的端點與反轉(zhuǎn)點重合，并且其中起點位置比減速點更遠(yuǎn)離反轉(zhuǎn) 點，所述第 一 端區(qū)域的長度足夠減小預(yù)制品中的錐。
EP 1 396 554涉及一種等離子體激勵的CVD系統(tǒng)，其中微波的 電磁功率從設(shè)置在環(huán)形波導(dǎo)的內(nèi)圓周部分中的天線饋送到布置在波 導(dǎo)以內(nèi)的反應(yīng)室中，允許等離子體在反應(yīng)室的內(nèi)部生成，并且形成 膜。
US 2003/0115909涉及制造光纖預(yù)制品組件的方法，包括 在管內(nèi)部形成等離子體，因而形成等離子區(qū)；以及 將適合于形成玻璃的至少 一 個前體的流導(dǎo)入該等離子區(qū)中，其 中所述流包括該前體的流的渦流擴散。
現(xiàn)有技術(shù)公開了用于制造預(yù)制品的方法，其中幾何錐的最優(yōu)化 導(dǎo)致了光學(xué)錐的形成，并且反之亦然。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一個方面提供了 一種用于通過內(nèi)部氣相淀積工藝制造 光學(xué)預(yù)制品的方法，其中幾何錐和光學(xué)錐兩者都被最小化。
本發(fā)明的另一方面提供了一種用于通過內(nèi)部氣相淀積工藝制造 光學(xué)預(yù)制品的方法，從該光學(xué)預(yù)制品可生產(chǎn)具有穩(wěn)定截止波長的單 模光纖(類型、纖芯、內(nèi)部以及外部覆層)。
本發(fā)明的再一方面提供了一種用于通過內(nèi)部氣相淀積工藝制造 光學(xué)預(yù)制品的方法，其中淀積在襯底管內(nèi)部上的層的直徑在襯底管
的長度之上具有恒定值，使得在所淀積層的外側(cè)的區(qū)域中出現(xiàn)OH 基的負(fù)面影響最小化。
本發(fā)明的再一方面提供了一種用于通過內(nèi)部氣相淀積工藝制造 光學(xué)預(yù)制品的方法，其中最大長度的預(yù)制品自身可用于制造光纖。
在介紹中所提及的方法特征在于，設(shè)置用于內(nèi)部覆層淀積的能 量源的速度，使得能量源在接近用于淀積內(nèi)部覆層的供給側(cè)的反轉(zhuǎn) 點的位置的加速度高于能量源在接近用于淀積外部覆層的供給側(cè)的 反轉(zhuǎn)點的位置的加速度。
盡管在此使用"加速度，，的術(shù)語，但應(yīng)該理解，該術(shù)語意思還 包括減速度，即負(fù)的加速度，其發(fā)生在當(dāng)能量源從排放側(cè)移動到供 給側(cè)的反轉(zhuǎn)點的時候。當(dāng)能量源的此速度用于淀積內(nèi)部覆層和外部 覆層兩者的時候，內(nèi)部覆層針對光學(xué)參數(shù)諸如折射率進(jìn)行最優(yōu)化， 尤其在當(dāng)覆層被摻雜的時候應(yīng)用。畢竟，由純Si02構(gòu)成的覆層將不 表現(xiàn)任何光學(xué)錐。隨其出現(xiàn)的所述內(nèi)部覆層的幾何錐由外部覆層的 特定淀積條件補償?shù)竭@樣的程度，即所謂的比率b/a在襯底管的基本 整個長度之上上恒定，其中
a=纖芯直徑
b=(內(nèi)部+外部)覆層的外徑
本發(fā)明的發(fā)明人還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，關(guān)于衰減，尤其是歸因于OH基 影響的在1385 nm波長處的衰減，基本恒定的比率b/a的作用實際上 在預(yù)制品的長度之上恒定，而同時在襯底管長度之上的截止波長的 穩(wěn)定性已經(jīng)改進(jìn)。期望針對光學(xué)參數(shù)最優(yōu)化內(nèi)部覆層并且后續(xù)通過 所謂外部覆層的幾何錐來補償所述內(nèi)部覆層的所得幾何錐，基于這 樣的理解，可以看出可以在襯底管的基本整個長度之上使比率b/a 維持恒定值。
在一個特定實施方式中，在用于淀積內(nèi)部覆層的排放側(cè)和供給 側(cè)之間的距離優(yōu)選地大于在用于淀積外部覆層的排放側(cè)和供給側(cè)之 間的距離，應(yīng)理解，其中所述距離是在其上能量源的速度基本恒定 的長度。
關(guān)于防止所謂"端錐"的出現(xiàn)，如果在排放側(cè)能量源的速度對 于外部覆層的淀積與對于內(nèi)部覆層的淀積基本上相同，則這是優(yōu)選的。
基于本方法，可以看出，可以在由這種預(yù)制品制造的光纖的整 個長度之上獲得均勻的截止波長。在此以外，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，所謂的OH峰(即在1385 nm波長處的衰減)在光纖的基本 上整個長度之上是均勻的。
在一個特定實施方式中，在能量源在供給側(cè)加速之后，在能量 源沿排放側(cè)方向運動的同時，在外部覆層淀積期間能量源的速度可 以增加，同時在此之外，在能量源在供給側(cè)加速之后，在能量源沿 排放側(cè)方向運動的同時，在內(nèi)部覆層淀積期間能量源的速度也可以 增力口。
為了獲得高的淀積率以及可重現(xiàn)的淀積方法，理想的是使用用 于生成等離子體的諧振器作為能量源。
本發(fā)明進(jìn)一 步涉及通過執(zhí)行如上所述的方法而獲得的光學(xué)預(yù)制 品，其中比率b/a在預(yù)制品的長度之上基本恒定，其中
a=纖芯直徑
b=(內(nèi)部+外部)覆層的外徑
本發(fā)明進(jìn)一步涉及如所附權(quán)利要求書中所限定的光纖。本發(fā)明 尤其涉及單模光纖，包括直接由內(nèi)部覆層所環(huán)繞的纖芯，其中內(nèi)部
覆層直接由外部覆層所環(huán)繞。原則上，存在兩個或者多個鄰接環(huán)的 每種纖維都是適合的，其中至少 一 個環(huán)必須針對光學(xué)性質(zhì)被優(yōu)化， 并且至少另 一 個環(huán)必須針對幾何性質(zhì)被優(yōu)化。
特別是，針對2層單模配置，關(guān)于外徑(在纖維中)的后續(xù)應(yīng) 用受以下限制
12<b，<30 [iam] 15<b<60 [jam]
其中
b，=內(nèi)部覆層外徑 b-外部覆層外徑 對于單模光纖，纖芯的直徑(a)大約等于9Mm。這給出了
1.3<b，/a<3.3
1.7<b/a<6.7
在下文中將借助于多個例子來解釋本發(fā)明，然而應(yīng)該理解，本 發(fā)明決不限于這些特定的例子。在所附權(quán)利要求書中進(jìn)一步限定了 特定的實施方式。


圖1示出了根據(jù)本方法的功率源的速度分布。 圖2示出了作為預(yù)制品長度的函數(shù)的折射率中的差異。 圖3示出了作為預(yù)制品長度的函數(shù)的內(nèi)部覆層和外部覆層兩者 的截面面積、。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本方法所實現(xiàn)的淀積工藝的示意性表現(xiàn)，其中示意 性示出了針對內(nèi)部覆層的淀積以及外部覆層的淀積的速度分布。在 淀積工藝的開始，外部覆層淀積在襯底管的內(nèi)部上，同時能量源在
點A和點B之間在襯底管之上往復(fù)運動。應(yīng)該理解，襯底管的內(nèi)部 可以已經(jīng)提供有一個或者多個層，諸如先前所淀積的緩沖層，其可 能被摻雜或者不被摻雜。當(dāng)能量源位于反轉(zhuǎn)點B處的時候，即在襯 底管的供給側(cè)，能量源的速度基本上增加到最大速度，在C處所指 示。然后，能量源沿反轉(zhuǎn)點A的方向的速度基本上保持恒定，并且 在反轉(zhuǎn)點A處，能量源的速度將再次幾乎為零，其中減速在接近點 E處發(fā)生。為了形成外部覆層，在實踐中通常是通過圖1中示出的速 度分布來進(jìn)行n次，其中n (整數(shù))范圍從100至1000，乃至更高。
在外部覆層根據(jù)這樣的速度分布已經(jīng)淀積在中空襯底管內(nèi)部上的時 候，內(nèi)部覆層繼而淀積在已經(jīng)存在于襯底管內(nèi)部的外部覆層上。內(nèi) 部覆層的淀積工藝根據(jù)速度分布而發(fā)生，該速度分布與外部覆層的 淀積工藝的速度分布本質(zhì)上不同。
在位于襯底管的供給側(cè)的反轉(zhuǎn)點B附近，能量源的速度很快增 加到水平D，因此能量源進(jìn)一步沿反轉(zhuǎn)點A的方向移動，在該運動
期間速度基本保持恒定。
在點E附近，能量源的速度在反轉(zhuǎn)點A處降低至零，其后，能 量源將根據(jù)在圖1中所示出的速度分布繼而返回到反轉(zhuǎn)點B，并且 反之亦然。
圖2示出了作為通過使用如圖1中所示方法所獲得的預(yù)制品的 長度的函數(shù)的相對折射率差。從圖2直接得出結(jié)論，設(shè)置內(nèi)部覆層 和外部覆層兩者的相對于在預(yù)制品中心的折射率值而測量的折射率 差，使得在預(yù)制品的基本上整個長度(即預(yù)制品長度的卯％,特別 是預(yù)制品長度的95% )之上折射率差在+0.0017和-0.017的期望帶寬 范圍內(nèi)。從圖2得出結(jié)論，在內(nèi)部覆層之上已經(jīng)發(fā)生了最優(yōu)化，而 外部覆層的光學(xué)偏差沒有導(dǎo)致光纖不合格。適合帶寬是最大±0.02 的值。圖2中所示的相對折射率差如下所定義
圖2示出了作為預(yù)制品長度(x-軸)的函數(shù)的相對折射率差(y-軸)。所述相對差如下所定義
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中-.
nreference =在預(yù)制品中心的平均折射率， nmeasured =在位置z處所測量的折射率。
在圖3中，內(nèi)部覆層和外部覆層的淀積材料量的相對差(y-軸) 作為預(yù)制品長度(x-軸)的函數(shù)示意性地示出，從其中還示出了在預(yù) 制品的基本上整個長度(即預(yù)制品長度的90%，特別是預(yù)制品長度 的95% )之上，內(nèi)部覆層和外部覆層的淀積材料量的相對差之和在 期望帶寬范圍內(nèi)，具體而言最大為±7.5%。相對差如此測量通過 將基于特定段的內(nèi)徑和外徑所測量的該段的區(qū)域與在預(yù)制品中心的 區(qū)域進(jìn)行比較，即
其中
CSAz-在位置z處的截面面積
CSAref =在預(yù)制品中心的平均CSA
CSA定義為
4 、" "
4=該層的外徑
di-該層的內(nèi)徑
由此，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，他們可通過針對光學(xué)參數(shù)來 最優(yōu)化內(nèi)部覆層以及繼而補償所述內(nèi)部覆層的所得幾何錐來制造光 學(xué)預(yù)制品，方式為使得比率b/a (其中b是整個覆層的直徑而a是纖 芯的直徑)在預(yù)制品的整個長度之上是基本恒定的。當(dāng)使用此方法 的時候，可以保持淀積時間盡可能短，并且對從如此制造的預(yù)制品 獲得的光纖的光學(xué)性能沒有不利的影響，尤其是由OH基所導(dǎo)致的 衰減。
發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用此方法的時候，截止波長在光纖的 長度之上基本上是均勻的。此外，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果 針對恒定的b/a,則在1385 nm波長處的所謂OH峰的值將在單模類
型的光纖的長度之上是基本均勻的，該單模類型包括環(huán)繞纖芯的至 少內(nèi)部覆層和外部覆層。
權(quán)利要求
1.一種用于通過內(nèi)部氣相淀積工藝制造光學(xué)預(yù)制品的方法，其中使用能量源以及具有供給側(cè)和排放側(cè)的襯底管，其中所述能量源可在所述襯底管的在所述供給側(cè)的反轉(zhuǎn)點與所述排放側(cè)的反轉(zhuǎn)點之間的長度之上移動，其中可能被摻雜或者未被摻雜的一個或者多個玻璃形成前體在所述襯底管的所述供應(yīng)側(cè)被供給到所述襯底管的內(nèi)部，并且其中尚未在所述襯底管的所述內(nèi)部淀積的成分在所述襯底管的所述排放側(cè)排放，其中在所述襯底管的內(nèi)部產(chǎn)生了這樣的情況，即在所述襯底管的所述內(nèi)部上發(fā)生玻璃層的淀積，其中首先淀積外部覆層，接著淀積內(nèi)部覆層，所述方法的特征在于設(shè)置用于所述內(nèi)部覆層淀積的所述能量源的速度，使得針對淀積所述內(nèi)部覆層所述能量源在接近所述供給側(cè)的所述反轉(zhuǎn)點位置的加速度高于針對淀積所述外部覆層所述能量源在接近所述供給側(cè)的所述反轉(zhuǎn)點位置的加速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，針對淀積所述內(nèi) 部覆層在所述供給側(cè)與所述排放側(cè)之間的距離大于針對淀積所述外 部覆層在所述供給側(cè)與所述排放側(cè)之間的距離，其中所述距離理解 為在其之上所述能量源的所述速度基本上恒定的長度。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的方法，其特征在于，在所 述排放側(cè)，所述能量源的速度對于所述外部覆層的所述淀積以及對 于所述內(nèi)部覆層的所述淀積來說是基本相同的。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項或者多項所述的方法，其特征在 于，在所述能量源在所述供給側(cè)加速之后，在所述能量源沿所述排 放側(cè)的方向移動的同時，在所述外部覆層的所述淀積期間所述能量 源的速度增加。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項或者多項所述的方法，其特征在 于，在所述能量源在所述供給側(cè)加速之后，在所述能量源沿所述排 放側(cè)的方向移動的同時，在所述內(nèi)部覆層的所述淀積期間所述能量源的速度增加。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項或者多項所述的方法，其特征在 于，針對所述外部覆層和所述內(nèi)部覆層兩者的淀積所述能量源在所 述排放側(cè)的加速度高于針對所述內(nèi)部覆層的淀積所述能量源在所述 供給側(cè)的加速度。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項或者多項所述的方法，其特征在 于，將用于生成等離子體的諧振器用作所述能量源。
8. —種通過執(zhí)行如前述權(quán)利要求的任一項或者多項所述的方法 所獲得的光學(xué)預(yù)制品，其特征在于，比率b/a在所述預(yù)制品的長度之 上恒定，其中a-纖芯直徑b=(內(nèi)部+外部)覆層的直徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)預(yù)制品，其特征在于，對于預(yù)制 品的整個長度的90%而言，所述內(nèi)部覆層和所述外部覆層的CSA之 和最大是±7.5%，其中<formula>formula see original document page 3</formula>其中CSAz-在位置z處的截面面積 CSAref =在所述預(yù)制品的中心的平均CSA CSA定義為<formula>formula see original document page 3</formula>4=所述層的外徑 d,所述層的內(nèi)徑。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求8-9的任一項或者兩項所述的光學(xué)預(yù)制 品，其特征在于，對于預(yù)制品的所述總長度的90%而言，所述內(nèi)部 覆層的相對折射率差最大是0.02,其中所述相對差定義為<formula>formula see original document page 3</formula>其中在所述預(yù)制品的中心的平均折射率，nmeasured =在位置z處所測量的折射率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8-10的任一項或者多項所述的預(yù)制品，其特 征在于，針對單模配置，所述內(nèi)部覆層外徑與纖芯的比率的值的范 圍是從1.3至3.3。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8-10的任一項或者多項所述的預(yù)制品，其特 征在于，針對單模配置，所述外部覆層外徑與纖芯的比率具有1.7-6.7的值。
13. —種從根據(jù)權(quán)利要求8- 12的任一項或者多項所述的預(yù)制品 所獲得的光纖，其特征在于，所述外部覆層的外徑范圍從12pm至 30jim。
14. 從根據(jù)權(quán)利要求8-13的任一項或者多項所述的預(yù)制品所獲 得的光纖，其特征在于，所述外部覆層的外徑范圍從15pm至60)im。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助于內(nèi)部氣相淀積工藝制造光學(xué)預(yù)制品的方法，其中使用能量源以及襯底管，其中能量源可在襯底管的在供給側(cè)的反轉(zhuǎn)點與排放側(cè)的反轉(zhuǎn)點之間的長度上移動。
文檔編號C03B19/14GK101104546SQ200710128669
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者J·P·特普斯馬, R·H·M·多克爾斯 申請人:德雷卡通信技術(shù)公司