專利名稱：用于波長范圍約1300nm左右的光纖放大器的光波導的制作方法
根據專利權利要求1的特征部分，本發(fā)明涉及一種光波導。具有其所述特征的光波導在多種情況下均是已知的，例如從通信報導6(1983)增刊＂Communication BY Means of Light，＂P29—35中獲知。這種結構和組成的光波導可以用作為光通信技術的傳遞介質。
由1991年2月Journal of Lightwave Technology，Vol.9No.2，P220—227中可以獲知如果光波導的芯含有Er作為激光活性物質，則用這種光波導可以將波長范圍在1530nm左右的光放大。以此為基礎，在波長范圍在1530nm左右的系統(tǒng)中光纖放大器獲得了成功運用但是波長范圍在1300nm左右時則是完全不同的一回事正如在出版物PD12/1到PD12/4，OFC/IODC，‘93，2月21—26，1993，San Jose Convention Cener，San Jose California的導言部分中所指出的那樣，在該波長范圍下至今尚沒有實用可靠的光纖放大器存在。1300nm的波長范圍可用于在目前裝配的許多光學通信系統(tǒng)中，其優(yōu)點在于開頭部分所述的這種光波導的傳遞性能在1300nm范圍內要比在1500nm范圍更好，例如這種光波導的色散在1310nm左右為最小。因此，人們需要有一種光波導來用于放大波長范圍在1300nm左右的光。
在上面所述的出版物中所提到的用于1300nm范圍的光纖放大器中，采用用Pr摻雜的氟化物光纖的放大器被認為是最有前途的。但是，正如我們從＂Lasers and Optronics＂，1991年8月，P43—46，特別是P44右欄中所了解的，利用氟化物玻璃作為基礎物質的光波導與采用二氧化硅作為基礎物質的光波導相比具有很大的缺點，這是因為前者強度低、吸濕而且不能通過熔合而與SiO2光波導接合。對于含有Nd—氟化物光纖的光纖放大器來說也存在同樣的問題。
因此人們希望有一種波長范圍為1300nm、具有二氧化硅作基礎物質的放大光波導。由上面所提及的出版“Journal of lightWave Technology”，P220左欄可以得知用Nd摻雜基礎二氧化硅物質以獲得一種適用于1300nm波長范圍的光纖放大器是一種不現(xiàn)實的想法，其原因在于在該波長下，效果受到在激發(fā)條件下的吸收的有力限制。
本發(fā)明的任務是提供一種適用于1300nm波長范圍的放大器光波導。
在權利要求1中描述了采用Nd作摻雜劑的該任務的一種解決方案。在權利要求2中描述了采用Pr作摻雜劑的另一種解決方案，在從屬權利要求中則描述了進一步的進展。用于制備這種新型光波導的好方法則是權利要求6—9的主題。本發(fā)明的一個方面是該新型光波導還產生了一種新型光纖放大器，這是權利要求9的主題。
現(xiàn)在通過附圖對本發(fā)明作詳細描述。


圖1是用于約1300nm波長范圍的光纖放大器，它采用該新型光波導作為放大光波導，以及圖2是用來實施優(yōu)選的用于制備該新型光波導的方法的一種裝置。
圖1中參考數字10代表光纖放大器的一種示意性的放大器—光波導。在接合點11和12處，它與光波導13相連，光波導13傳導要放大的光輸入信號，或者它與光波導14相連，光波導14傳導該光纖放大器的經過放大的光輸出信號。正像光纖放大器常用的那樣，設置一種抽運光源15，在所示的情況下，該光源通過耦合器16而與光波導13耦合相連。正像在這類描述中常見的那樣，放大器—光波導10以粗線畫出，使之與普通光波導13和14區(qū)分開，盡管它具有一樣的直徑。經過這種光纖放大器的光的波長在1300nm范圍內，在輸入及輸出處描述了一種數字信號，在輸出處該信號以放大的信號形式表示。
本發(fā)明的基礎在設計成用于1300nm范圍的放大光波導的光波導具有下列組成二氧化硅是整個光個波導的基礎物質，像常規(guī)的那樣，該光波導的芯根據本發(fā)明含有用于增加折射率的摻雜劑，如GeO2，以及附加的Nd和氟。包皮的組成是不重要的。重要的是釹與氟結合起來，即釹被氟離子包圍。氟離子可以不被氧離子置換。釹和氟介質使釹具有所需的激光特性，它是將波長范圍為1300nm的光放大所需要的。使氟包圍釹的一種可能是使芯含有NdF3化合物形式的Nd和F。
該芯還可以含有鐠(Pr)以代替釹。它同樣由氟包圍Pr，并且對于鐠來說，芯含有PrF3化合物形成的Pr和F也是有利的。
如果在采用二氧化硅作為基礎物質的光波導的芯中能將釹與氟或者鐠與氟結合在一起，則可以采用任何一種方法來制備本發(fā)明的光波導。
舉例來說，可以將氣態(tài)BF3引導通過加熱的NdF3粉末，由此將NdF3輸送到其在基體上所沉析的位置，從而用NdF3摻雜SiO2物質。
在特別好的方法中，NdF3或PrF3作為與另一種氣態(tài)組合物的絡合物和產生芯物質的化學汽相反應的輸出物質一起被攜帶到靠近基體的地方，從而使其可以與該化學汽相反應產物一起沉積在基體上。該化學汽相反應可以在一種基體管中進行，例如采用已知的MCVD法，從而在里面涂覆該基體。這種方法在下文中將作為用于沉析化學汽相反應的方法的一個例子而進行解釋。
作為這種MCVD法的一個替換(在該法中基體是在內部涂覆的石英管)，還可以采用在外面涂覆的棒形心軸作為基體管來進行該方法，也可以將該基體管作為繞其軸旋軸的一個基礎，在該基礎上，通過沿軸向方向用化學汽相反應進行涂覆而產生玻璃芯料以及可能的玻璃皮料。從上面所述的通信報導出版物中可以獲知通過化學汽相反應的沉析方法的這三種已知變化形式的基本原則。
對于優(yōu)選的制備這種新型光波導的方法來說，最重要的是將NdF3或PrF3與另一種合適的化合物以及用來制備玻璃芯料的化學汽相反應的輸出物質一起導向基體，從而使其與該化學汽相反應的產物一起沉析在基體上。
對于優(yōu)選的制備這種新型光波導的方法來說，最重要的是將NdF3或PrF3與另一種合適的化合物以及用來制備玻璃芯料的化學汽相反應的輸出物質一起導向基體，從而使其與該化學汽相反應的產物一起沉析在基體上。
在下面所述的合適方法的結構例子中，所提及的其它化合物為三氟化鋁(AlF3)。三氟化鋁是一種適合與NdF3或PrF3形成絡合物的化合物，該絡合物比NdF3或PrF3具有明顯低的汔化溫度。也可以用三氟化鑭(LaF3)來代替三氟化鋁，或者采用任何其它的化合物，只要它能形成具有明顯低的汽化溫度的絡合物。當采用AlF3或LaF3時，所得到的光波導除了至今所述的組分以外還以AlF3或LaF3化合物的形式含有其它組分Al或La。這些組分是制備方法的結果，它們不能達到所需的光學性能下面內容對于光學性能來說是必需的芯含有聚集在SiO2基質中的釹或鐠，它具有均勻覆蓋，1280—1330nm范圍的熒光帶。釹或鐠總是被氟包圍。在采用1330nm范圍的光波導通信系統(tǒng)中可以直接采用具有這種芯的放大器—光波導。
下面通過圖2來描述優(yōu)選方法的一個結構實例，圖2表示實施該方法的一種裝置。
放大型光波導的制備是以這樣一種方式根據MCDV法用一種光波導預制件開始的，即將通常由石英玻璃制成的一種旋轉基體管夾持在玻璃車床中，在那里在幾個來回中在其上涂覆人造玻璃包皮或芯層。用于包皮或芯層的輸出物質以氣體形成導入基體管中。持續(xù)的利用氫氧氣體吹管的沿長度方向的加熱使該基體管通過從化學汽相反應沉析而在該基體管的內壁上產生預定厚度的連續(xù)的人造玻璃層。該基體管的長度一般為1250mm，用于制造人造玻璃層的輸出物質例如是四氯化硅(SiCl4)、四氯化鍺(GeCl4)、三氯氧磷(OPCl3)以及還可以是與氧及氦一起的六氟已烷(C2F6)。
圖2表示部分用于實施本發(fā)明方法的裝置，該部分裝置夾持在玻璃車床中。該裝置含有左端直徑較大的管1，其直徑大致和基體管5的直徑相當。大約在總長度約為350mm的該裝置的中間處管1變細為直徑較小的管2。管2被另一個直徑較大的管3包圍，管3左端封閉，并與管1相連，它含有一個旋轉對稱的放大部分4。
要涂覆的基體管5與管3的右端溶合，其長度便如為900mm，該裝置的左端即管1可以在玻璃車床6中旋轉并且由裝置7驅動。
當該裝置操作時，用來實施本發(fā)明方法的物質包含在放大部分4中，即作為絡合助劑的氟化鋁(AlF3)和氟化釹(NdF3)包含在放大部分4中，氟化稆和氟化釹輸出物質可以以粉末形式獲得。
它們以3—4比1(3—4份AlF3比1份NdF3)的比例填充到該放大部分中。放大部分4以及包含在其中的物質在該方法的這個階段中不加熱。放大部分4以及包含在其中的物質只在制備摻雜稀土元素的芯層時才被加熱到1400℃。
當將三氟化鋁和三氟化釹的混合物加熱時，兩者形成含在相當大的蒸汽壓力的絡合物，該壓力足以將汽化的絡合物導入基體管中。
三氟化釹的熔點在2000℃以上，將該化合物加熱到1300℃的溫度不會產生足以將汽化合物導入基體管的蒸汽壓力。
由該混合物產生的絡合物(其化學計量估計為3(AlF3)×NdF3)與SiCl4、GeCl4、氧氣、氦以及可能還有六氟已烷一起進入基體管，在基體管中，該絡合物以受控的“熱電泳”(＂thermophoretic＂)方式而摻入位于燃燒器后面的氧化物物料中。對于該絡合物(也可以稱為氟—絡合物)來說重要的是可以被摻入；該氟離子不會被離子取代。
當采用所述的方法來制備帶有摻雜NdF3或PrF3或這兩種物質的芯層的光波導預制件時，被證明適用的一種做法是在摻雜NdF3或PrF3的芯層制成之后制備另一種芯層，而無需在后面的一個步驟中進行摻雜，而后在該基體管踏陷之前通過例如用六氟乙烷進行蝕刻除去第一種和第二種芯層總厚度的約70％。結果獲得特別純的芯層，它具有確定的矩形芯料曲線。
權利要求
1.一種光波導，它由作為基礎物質的二氧化硅制成，具有芯及包皮，其中該芯含有一種或多種增加折射率的摻雜試劑，其特征在于該芯另外還含有釹和氟。
2.一種光波導，它是由作為基礎物質的二氧化硅制成，具有芯和包皮，其中該芯含有一種或多種增加折射率的摻雜試劑，其特征在于該芯另外還有鐠和氟。
3.權利要求1或2中所述的光波導，其特征在于該芯含有作為化合物NdF3或PrF3的釹或鐠。
4.在前面權利要求中的一個所述的光波導，其特征在于該芯還含有鋁或鑭，或一種能形成與NdF3或PrF3形成絡合物的元素，該絡合物的汽化溫度低于NdF3或PrF3的。
5.權利要求4所述的光波導，其特征在于該芯含有作為化合物AlF3或LaF3的鋁或鑭。
6.制備根據前面權利要求中的一個的光波導的方法，其中該芯料以及可能還有皮料是通過在基體上由化學汽相反應進行沉析而產生的，并且在那里將所產生的物質進一步加工成光波導，其特征在于氟化釹(NdF3)或氟化鐠(PrF3)與另一種化合物形成絡合物，并且將該絡合物以氣體形式與該化學汽相反應的輸出物質一起輸送到基體上，從而使該化學汽相反應的產物和該絡合物沉析在該基體上。
7.權利要求6所述的方法，其特征在于三氟化鋁(AlF3)或三氟化鑭(LaF3)或另一種化合物被用作與NdF3或PrF3形成絡合物的化合物，該化合物的汽化溫度明顯低于NdF3或PrF3的。
8.權利要求6或7所述的方法，其中采用石英管作為基體，化學汽相反應的輸出產物被導入基體管中，其特征在于該化學汽相反應的輸出產物與汽化的絡合物一起被導入該基體管中，從而通過沉析該化學汽相反應的產物及該絡合物而在內部涂覆該基體管，并且經過內部涂覆該基體管被進一步以已知的方式加工成光波導。
9.利用光波導(10)作為放大部件的光纖放大器(16、10、15)，其特征在于該光波導(10)含有前面權利要求1—5中的一個權利要求所述的特征(圖1)。
全文摘要
人們需要一種用于傳輸信息的、適用于1300nm附近波長的光纖放大器。用于該放大器光波導(10)的基礎物質是二氧化硅。通常用作期望波長范圍的摻雜劑釹和鐠不適合，因為它們不能獲得要求的放大。根據本發(fā)明，釹和鐠與氟結合使用，優(yōu)選以化合物NdF
文檔編號C03C13/00GK1119052SQ94191377
公開日1996年3月20日 申請日期1994年2月5日 優(yōu)先權日1993年3月5日
發(fā)明者D·韋伯 申請人:阿爾卡塔爾有限公司