專利名稱：光波導(dǎo)衰減器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及影響光纖信號(hào)的傳輸?shù)钠骷?。尤其是，本發(fā)明涉及光波導(dǎo)衰減器件。
背景技術(shù)：
在長(zhǎng)距離地傳輸光信號(hào)的光纖通信系統(tǒng)中，普遍希望把光纖中的吸收和散射所引起的光損耗減到最少。然而，在許多情況下，必須利用光學(xué)衰減器器件來(lái)減少光信號(hào)中所存在的功率的數(shù)量。
例如，通信系統(tǒng)接收機(jī)在一定范圍的光輸入電平內(nèi)發(fā)揮最佳的功能，因此必須把輸入電平調(diào)節(jié)到所需的范圍。光學(xué)通信系統(tǒng)中的路徑衰減是纖維長(zhǎng)度和纖維衰減系數(shù)的函數(shù)。因而，可通過(guò)增大纖維長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)路徑衰減，但這不適用于使用低損耗的纖維。相應(yīng)地，在不適用于使用長(zhǎng)度長(zhǎng)的低損耗纖維時(shí)，可利用高損耗光纖的衰減器來(lái)增大路徑衰減。還可利用衰減器均衡來(lái)自不同源的光學(xué)信號(hào)，或者在校準(zhǔn)光學(xué)元件或網(wǎng)絡(luò)時(shí)模擬存在長(zhǎng)的低損耗線。
還在諸如波分多路復(fù)用器和星形耦合器等器件的未使用光纖的終端的端接(termination)時(shí)使用纖維衰減器，來(lái)消除不想要的后向反射。在5,573,618號(hào)美國(guó)專利中描述了把纖維衰減器用作星形耦合器中未使用纖維的端接器(terminator)，這里依據(jù)該專利并通過(guò)參考而引入。
光纖衰減器通常包括具有核心和包層的光纖，核心包括增大光纖的衰減的雜質(zhì)材料。雜質(zhì)可通過(guò)稀土元素的溶解摻雜過(guò)渡而引入纖維核心內(nèi)，纖維的衰減正比于雜質(zhì)濃度和纖維長(zhǎng)度。例如，見(jiàn)5,633,974號(hào)美國(guó)專利。然而，溶解摻雜的幾個(gè)缺點(diǎn)主要在于，溶解摻雜包括必須在光纖制造后進(jìn)行的額外的處理步驟。
在4,881,793號(hào)美國(guó)專利中所述的另一種纖維衰減器包括以諸如Ti、V、Cr或Fe等原子價(jià)可變?cè)貙?duì)光纖的核心進(jìn)行汽相淀積摻雜，這些元素局部處于較低價(jià)的狀態(tài)。由淀積過(guò)程中所使用的氧氣量或在還原氣氛中固結(jié)預(yù)制坯來(lái)控制存在的較低價(jià)狀態(tài)。據(jù)報(bào)告，以4,881,793號(hào)美國(guó)專利中所述的纖維所實(shí)現(xiàn)的衰減僅達(dá)到約25dB/m。在諸如端接器等某些應(yīng)用中，希望提供衰減超過(guò)100dB/m的衰減器。
相應(yīng)地，希望提供一種能提供大的衰減范圍的光學(xué)衰減器件的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)一種光波導(dǎo)衰減器件的制造方法，在波長(zhǎng)從約780nm到約1600nm處，該器件的衰減可在從約0.5dB/m到大于約5000dB/m的范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明的一個(gè)方面包括一種光學(xué)衰減器件的光波導(dǎo)的制造方法，該方法包括在使核心形成坯件(blankmaking)的過(guò)程中以過(guò)渡金屬對(duì)二氧化硅核心進(jìn)行摻雜并把過(guò)渡金屬摻雜的核心暴露在氫氣中。本發(fā)明的方法還可包括使摻雜的核心固結(jié)，這最好在沒(méi)有氯干燥氣體的固結(jié)爐中進(jìn)行。最好在核心坯件固結(jié)后進(jìn)行把摻雜核心暴露于氫氣的步驟，尤其是對(duì)于波導(dǎo)為光纖的實(shí)施例，在核心已形成芯棒(core rod)后進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，雜質(zhì)包括鎢。
本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種光學(xué)衰減器件，該器件包括具有摻雜鎢的核心和包層的光波導(dǎo)，最好是光波導(dǎo)纖維。所提供的鎢的數(shù)量的重量百分比最好從約0.1％到約5％，然而，可包括較高濃度的鎢。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，鎢的至少一部分從+6的氧化狀態(tài)還原到+5的氧化狀態(tài)。本發(fā)明的衰減器件可用于在約1300nm到約1550nm的波長(zhǎng)處產(chǎn)生從約0.5dB/m到約5,000dB/m的衰減。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種衰減器件，這種衰減器件包括具有摻雜鎢的核心和包層的摻雜鎢的波導(dǎo)纖維，最好是單模式光波導(dǎo)纖維，摻雜鎢的光波導(dǎo)纖維連接到至少一個(gè)光纖。
申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法能提供衰減范圍比申請(qǐng)人公知的器件更寬的衰減器件。
在以下的描述中提出本發(fā)明的附加特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，從此描述將使部分特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得明顯起來(lái)，或可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而得到。應(yīng)理解，上述總體描述和以下的詳細(xì)描述是示例和說(shuō)明性的，并將對(duì)所要求的發(fā)明提供進(jìn)一步的說(shuō)明。
所包括的附圖使得可進(jìn)一步理解本發(fā)明，它們引入并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，這些附圖示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并將與描述一起來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。
附圖概述

圖1是依據(jù)本發(fā)明的示意實(shí)施例構(gòu)成的光波導(dǎo)纖維衰減器件的透視圖。
本發(fā)明的較佳實(shí)施方式現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例，在附圖中示出該實(shí)施例的一個(gè)例子。在圖1中示出本發(fā)明的光波導(dǎo)衰減器件的一個(gè)示例實(shí)施例，由標(biāo)號(hào)10從總體上表示該器件。
本發(fā)明的一個(gè)方面包括光學(xué)衰減器件的光波導(dǎo)10(最好是單模式光波導(dǎo)纖維)的制造方法，此方法包括在使玻璃核心形成坯件的過(guò)程中形成摻有過(guò)渡金屬的核心坯件。有用于形成坯件核心的化合物包括金屬鹵化物及沒(méi)有鹵化物的環(huán)硅氧烷化合物，諸如八甲基四硅氧烷、十甲基環(huán)戊硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷及其混合物。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，引入過(guò)渡金屬雜質(zhì)的方法發(fā)生在使玻璃核心形成坯件的過(guò)程中。例如，在鎢為雜質(zhì)的實(shí)施例中，可在汽相淀積過(guò)程中引入鎢氣體化合物，最好是六氟化鎢。本發(fā)明的另一個(gè)方面包括使核心坯件固結(jié)，在核心坯件周圍設(shè)置包層而產(chǎn)生波導(dǎo)預(yù)制坯，使波導(dǎo)預(yù)制坯固結(jié)，以及把預(yù)制坯拉制成光波導(dǎo)纖維。
在波導(dǎo)為光纖的實(shí)施例中，可使核心坯件形成芯棒，可在核心周圍設(shè)置包層前把芯棒暴露在氫氣中。作為本說(shuō)明書(shū)中所使用的，術(shù)語(yǔ)“芯棒”指直徑大于約一毫米最好具有約7毫米到約10毫米的圓柱體形狀的玻璃坯件。
可在諸如OVD工藝等汽相淀積過(guò)程中把過(guò)渡金屬雜質(zhì)引入光波導(dǎo)的核心中。例如，為了產(chǎn)生包含的鎢雜質(zhì)在1％和4％之間的核心坯件，可經(jīng)由質(zhì)量流控制器把六氟化鎢氣體從一容器通過(guò)一導(dǎo)管傳送到位于燃燒器前的火焰水解系統(tǒng)的傳送管道。六氟化鎢氣體的流速可從每分鐘約0.05標(biāo)準(zhǔn)升變化到每分鐘約0.5標(biāo)準(zhǔn)升?？衫闷鹋萜?bubbler)傳送系統(tǒng)使用以每分鐘約2升的速率流動(dòng)的氧氣載運(yùn)氣體把SiCl4蒸汽傳送到燃燒器。然后，SiCl4蒸汽和六氟化鎢氣體在燃燒器處燃燒而形成摻雜鎢的核心坯件。或者，如1996年12月17日提交的名為“通過(guò)液體反應(yīng)物的燃燒而形成的石英玻璃(fused silica)的方法和設(shè)備”的08/767,653號(hào)未決申請(qǐng)中所揭示的，可通過(guò)燃燒液體化合物來(lái)形成摻雜的核心坯件，這里通過(guò)參考引入該申請(qǐng)。
可把摻雜核心坯件固結(jié)，這最好是在沒(méi)有氯干燥氣體的固結(jié)爐中進(jìn)行的。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜鎢的核心坯件在有氯干燥氣體的爐子中固結(jié)時(shí)，鎢在固結(jié)期間脫離核心坯件，導(dǎo)致衰減較低的波導(dǎo)。此外，由在沒(méi)有氯干燥氣體的爐子中固結(jié)的坯件來(lái)形成波導(dǎo)包含羥基團(tuán)(hydroxyl group)，它進(jìn)一步增大了本發(fā)明的器件的衰減。固結(jié)爐最好包含以每分鐘約0.9標(biāo)準(zhǔn)升到每分鐘約40標(biāo)準(zhǔn)升的速率流動(dòng)的氦氣。
可把固結(jié)的摻有過(guò)渡金屬的核心坯件拉制成直徑約7mm到約10mm的芯棒。然后，可以二氧化硅包裹核心，進(jìn)行固結(jié)并拉制成光波導(dǎo)纖維，以形成衰減器件。在核心中包含重量百分比約3.8％的鎢的波導(dǎo)纖維產(chǎn)生了一種衰減器件，其衰減在1550nm處為約50dB/m，在約1300nm處為約100dB/m。
申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)通過(guò)把摻雜的核心暴露于氫氣可明顯地增大摻有過(guò)渡金屬的波導(dǎo)纖維的衰減。最好通過(guò)在包含氫氣的爐子中處理芯棒來(lái)將經(jīng)摻雜的核心暴露于氫氣中?？刂茽t子的溫度、爐子中氫氣的壓強(qiáng)以及核心暴露于氫氣的時(shí)間使得能夠制造衰減范圍寬的波導(dǎo)制造。
應(yīng)理解，在包含氫氣的爐子中處理芯棒的時(shí)間較長(zhǎng)使更多部分的過(guò)渡金屬雜質(zhì)從較高的氧化狀態(tài)還原到較低的氧化狀態(tài)，導(dǎo)致衰減較高。類似地，增大爐子中的氫氣壓強(qiáng)將增大過(guò)渡金屬元素還原到較低氧化狀態(tài)的速率。例如，在650℃的溫度下，在包含壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓強(qiáng)的氫氣的爐子中對(duì)包含3.8％鎢的芯棒處理44小時(shí)，在隨后產(chǎn)生的光波導(dǎo)纖維中所提供的衰減在1300nm處約750dB/m，在約1550nm約500dB/m。當(dāng)然，通過(guò)調(diào)節(jié)工藝條件可實(shí)現(xiàn)更高的衰減。對(duì)于任何所需的衰減，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳的溫度、雜質(zhì)濃度、氫氣壓強(qiáng)和處理時(shí)間。
當(dāng)已在包含氫氣的爐子中處理了摻有過(guò)渡金屬的芯棒后，可在芯棒上淀積外包的二氧化硅，從而形成光波導(dǎo)預(yù)制坯，它可以固結(jié)并拉制成光波導(dǎo)纖維。光波導(dǎo)預(yù)制坯的固結(jié)最好在沒(méi)有氯干燥的爐子中進(jìn)行。
現(xiàn)在參考圖1，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括一種光學(xué)衰減器件10，在本示例實(shí)施例中示為光波導(dǎo)纖維，它最好是具有摻雜鎢的核心12和包層14的單模式纖維?？捎赏ㄟ^(guò)包括例如OVD、MCVD、PCVD和VAD等任何常規(guī)的汽相淀積工藝或通過(guò)包括諸如硅氧烷等液體反應(yīng)物的燃燒而形成的石英玻璃預(yù)制坯來(lái)形成波導(dǎo)纖維。雖然可包括更高的濃度，但核心12中所存在的鎢雜質(zhì)的數(shù)量的重量百分比可從約0.1％到約5％。更高濃度的鎢將實(shí)現(xiàn)更高的衰減。
最好，如上所述通過(guò)把核心12暴露于氫氣，使核心12中的至少一部分鎢從+6的氧化狀態(tài)還原到+5的氧化狀態(tài)。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)把核心12在氫氣中暴露較長(zhǎng)的時(shí)間增大了衰減器件的衰減。依據(jù)本發(fā)明的原理產(chǎn)生的器件可用于在約780nm到約1600nm的波長(zhǎng)處產(chǎn)生從約0.5dB/m到大于約5,000dB/m的衰減。如上所述，除了鎢核心在氫氣中暴露的時(shí)間以及其它處理?xiàng)l件以外，還可通過(guò)核心中鎢的濃度來(lái)控制衰減。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，光學(xué)衰減器件包括摻雜鎢的光波導(dǎo)，最好是如圖1所示的單模式光波導(dǎo)纖維，摻雜鎢的波導(dǎo)的至少一端連接到一光纖(未示出)。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員容易理解，本發(fā)明的器件可用作端接器，其中光學(xué)衰減器件的一端連接到諸如星形耦合器等器件的未使用光纖的一端來(lái)消除后向反射。在其它應(yīng)用中，可通過(guò)在兩個(gè)長(zhǎng)度的光纖之間接合衰減器件而把本發(fā)明的衰減器件插入現(xiàn)有的光路中。
當(dāng)然，應(yīng)理解，可利用任何適當(dāng)?shù)鸟詈匣蜻B接裝置來(lái)把本發(fā)明的衰減波導(dǎo)纖維耦合到一個(gè)或多個(gè)纖維的終端。耦合器或連接器的特定類型通常將取決于所選擇的應(yīng)用。
當(dāng)然，本發(fā)明不限于以上僅通過(guò)舉例所述和所示的實(shí)施例。對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員很明顯的是，可對(duì)本發(fā)明的器件和方法進(jìn)行各種修改和變化而不背離本發(fā)明的精神或范圍。例如，雖然通過(guò)在淀積二氧化硅外包層前在包含氫氣的爐子中把摻有過(guò)渡金屬的核心暴露于氫氣來(lái)處理?yè)诫s芯棒是較佳的，但把二氧化硅外包層淀積在摻雜鎢的芯棒上、使光波導(dǎo)預(yù)制坯固結(jié)、然后在包含氫氣的爐子中處理該預(yù)制坯以把核心暴露于氫氣也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因而，本發(fā)明試圖覆蓋所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)衰減器件的光波導(dǎo)的制造方法，其特征在于包括以下步驟在使核心形成坯件的過(guò)程中以過(guò)渡金屬對(duì)二氧化硅核心進(jìn)行摻雜；以及把摻有過(guò)渡金屬的核心暴露于氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括使摻雜核心固結(jié)的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在沒(méi)有氯干燥氣體的固結(jié)爐中進(jìn)行使摻雜核心固結(jié)的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括把摻雜的二氧化硅核心暴露于溫度至少約100℃的氫氣中的步驟。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于雜質(zhì)包括鎢。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于還包括在核心形成坯件的過(guò)程中引入六氟化鎢氣體的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括把摻雜鎢的核心在壓強(qiáng)至少約1個(gè)大氣壓強(qiáng)且溫度為大約625℃到大約690℃的氫氣中暴露至少約20小時(shí)的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所存在的鎢的數(shù)量的重量百分比從大約0.1％到大約5％。
9.一種光學(xué)衰減器件，其特征在于包括具有摻雜鎢的核心和包層的光波導(dǎo)。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)衰減器件，其特征在于鎢的至少一部分從+6的氧化狀態(tài)還原到+5的氧化狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)衰減器件，其特征在于所存在的鎢的數(shù)量的重量百分比從大約0.1％到大約5％。
12.一種光學(xué)衰減器件，其特征在于包括具有摻雜鎢的核心和包層的摻雜鎢的光波導(dǎo)，所述摻雜鎢的光波導(dǎo)連接到至少一個(gè)光纖。
全文摘要
一種光學(xué)衰減器件的制造方法,該制造包括具有摻雜過(guò)渡金屬的核心和包層的光波導(dǎo)。在核心形成坯件的過(guò)程中把過(guò)渡金屬淀積在核心中。把摻雜了過(guò)渡金屬的核心暴露于爐子中的氫氣,以明顯增大器件的衰減。
文檔編號(hào)C03B37/014GK1265637SQ98807808
公開(kāi)日2000年9月6日 申請(qǐng)日期1998年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月31日
發(fā)明者G·E·伯克, C·L·霍格林, C·M·特魯斯德?tīng)?申請(qǐng)人:康寧股份有限公司