專利名稱：光纖預制棒制造方法,光纖制造方法及光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖預制棒制造方法，光纖制造方法，及光纖。
背景技術(shù)：
一般來講，眾所周知的制造光纖預制棒的方法包括MCVD方法(改進型化學汽相沉積法)和OVD方法(外部汽相沉積法)。這些方法涉及在圓筒形或圓柱形基材的內(nèi)壁或外壁上沿徑向相繼合成多個玻璃顆粒沉積層，以形成預定的徑向折射率分布(也稱作折射率輪廓)，制造出用于拉絲的玻璃預制棒。此處，光纖預制棒表示折射率分布基本與光纖相同的玻璃質(zhì)體，可能還通過諸如VAD方法，OVD方法或棒內(nèi)塌縮(rod-in collapse)方法形成外包層。
然而，為制造用于折射率分布具有多個最大點和最小點的復雜折射率分布結(jié)構(gòu)的光纖(諸如色散補償光纖，色散位移光纖，或色散平坦色散位移光纖)的預制棒，上述光纖預制棒制造方法存在可能難以高產(chǎn)量生產(chǎn)光纖預制棒的問題，這是由于為使特性達到極佳，要求折射率分布具有很小的公差。因此，用于具有復雜分布的光纖的預制棒存在制造成本可能很高的問題。
鑒于上述問題提出本發(fā)明，且本發(fā)明的目的在于提供用于光纖預制棒的制造方法，以及以高精度制造具有復雜折射率分布的光纖的光纖制造方法，和光纖發(fā)明內(nèi)容為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制造光纖預制棒的方法，且所述光纖預制棒包括中央芯部，在中心處具有最大折射率值Nc，和在中央芯部之外的部分，且該部分至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大值折射率值Nr的環(huán)形部分，和具有最大值折射率值No的外包層光纖預制棒的折射率值之間滿足關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd，所述方法特征在于包括以下步驟玻璃棒制造步驟，用于通過將至少包含中央芯部的纖芯棒插入到至少包含被覆部分的被覆管中，并且通過塌縮將它們結(jié)合，從而制造玻璃棒，玻璃管制造步驟，用于制造具有環(huán)形部分的玻璃管，和制造玻璃質(zhì)體的結(jié)合步驟，將玻璃棒插入玻璃管中之后，通過塌縮將玻璃棒和玻璃管結(jié)合。
其中，由所述光纖預制棒制造方法所制造的光纖預制棒可用于具有復雜折射率分布的光纖，如色散位移光纖，色散平坦色散位移光纖或色散補償光纖。在這樣的特殊光纖中，如果中央芯部的直徑，各部分的半徑比率，各部分的相對折射率差等發(fā)生變化，則會使光纖特性大大改變。
由于制備了包含有各具有已知折射率分布的中央芯部和被覆部分的玻璃棒，制備了具有環(huán)形部分的玻璃管，再將玻璃棒插入到玻璃管中，通過塌縮將它們結(jié)合，從而，上述光纖預制棒制造方法可以高精度地制造光纖預制棒。
根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法優(yōu)選包括，測量玻璃棒的折射率分布，和基于測量結(jié)果設(shè)計中央芯部的外直徑和在中央芯部外部的折射率分布參數(shù)。
此外，期望是，根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法的特征在于，玻璃棒C在中央芯部具有0.4％或更小的橢圓度，且每10mm長度的玻璃棒中玻璃棒塌縮界面上出現(xiàn)的空隙數(shù)量沿等于或少于一個。
其中，如果所制造的光纖預制棒具有許多空隙，則可使纖芯部分變形，或在拉絲光纖時破壞光纖。此外，如果在玻璃棒中，中央芯部的橢圓度高于0.4％，則在預制棒中中央芯部的橢圓度可變?yōu)?.5％或更大，從而，在光纖中，PMD(偏振模色散)下降。
在上述光纖預制棒制造方法中，減小了玻璃棒C中的中央芯部的橢圓度以及玻璃棒塌縮界面上的空隙數(shù)量，從而能夠制造出在所拉制光纖中獲得期望特性的光纖預制棒。
此外，期望是，根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法包括，測量玻璃棒C的徑向及縱向折射率分布，然后基于測量結(jié)果，設(shè)計中央芯部的外直徑與被覆部分的外直徑之比Ra，被覆部分的外直徑與環(huán)形部分的外直徑之比Rb，以及環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr。
在上述光纖預制棒制造方法中，在人們知道了作為中央芯部與被覆部分的結(jié)合體的玻璃棒的折射率分布之后，對光纖進行分布設(shè)計，從而所拉制的光纖能夠具有所期望的特性，因而通過避免浪費來提高產(chǎn)量。
此外，優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法的特征在于，所述的玻璃棒C制造步驟包括制造被覆部分比所需的被覆部分具有更大直徑的玻璃棒半成品，根據(jù)對玻璃棒半成品的折射率分布的測量結(jié)果確定所需的比值Ra，并去除玻璃棒半成品的外圓周體，以達到目標比值Ra。
比值Ra對于所拉制出的光纖的性質(zhì)具有極大影響。在上述制造光纖預制棒的方法中，由于可精確控制比值Ra，制造出具有期望性質(zhì)的光纖。
此處，用于去除制造成較大尺寸的玻璃棒外圓周體的方法，包括機械研磨和蝕刻。此外，可另外提供一個將制造成較大尺寸的玻璃棒拉長的步驟，或者將外圓周體去除的玻璃棒拉長的步驟。
此外，根據(jù)本發(fā)明用于制造光纖預制的方法優(yōu)選特征在于，所述玻璃管制造步驟包括通過內(nèi)部沉積方法在作為基材的玻璃管的內(nèi)表面上形成環(huán)形部分的步驟。
在僅在玻璃管的內(nèi)表面上形成環(huán)形部分的步驟中，優(yōu)選采用內(nèi)部沉積方法。通過內(nèi)部沉積方法，可高精度、容易且在很短時間內(nèi)制造出包含具有所需折射率和層厚度的環(huán)形層的玻璃管。
此處，內(nèi)部沉積方法的例子包括MCVD方法和PCVD(等離子體CVD方法)。
此外，根據(jù)本發(fā)明制造光纖預制棒的方法優(yōu)選特征在于，在所述結(jié)合步驟中結(jié)合的玻璃質(zhì)體，其中央芯部的橢圓度為1.5％或更小，并且每10mm長度的玻璃棒中塌縮界面上出現(xiàn)的空隙數(shù)量等于或小于1，采用這種玻璃質(zhì)體作為光纖預制棒。
此處，如果塌縮界面上包含許多空隙，則在拉制光纖時纖芯可能會變形或斷裂。此外，如果預制棒中中央芯部的橢圓度大于1.5％，則光纖中的PMD會變劣。
在上述光纖預制棒制造方法中，在視覺檢查所制造出的用作光纖預制棒的玻璃質(zhì)體的結(jié)構(gòu)之后，通過去除塌縮界面上具有空隙的部分或者具有大的芯橢圓度的部分，可制造出具有所需性質(zhì)的光纖。
假設(shè)中央芯部的外直徑與被覆部分的外直徑的比值為Ra＝2c/2d，被覆部分的外直徑與環(huán)形部分的外直徑的比值為Rb＝2d/2r，中央芯部與外包層的相對折射率差Δc為(Nc-No)/No×100[％]，被覆部分與外包層的相對折射率差Δd為(Nd-No)/No×100[％]，并且環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr為(Nr-No)/No×100[％]，根據(jù)本發(fā)明制造光纖預制棒的方法優(yōu)選特征在于滿足以下關(guān)系0.20≤Ra≤0.600.50≤Rb≤0.8090μm≤2o≤150μm2.5％≥Δc≥0.8％-0.8％≤Δd≤-0.2％以及1.0％≥Δr≥0.1％并且該光纖在1550nm波長處色散值為+8ps/km/nm或者更小。
在上述制造光纖預制棒的方法中，可制造出具有極好的傳輸性質(zhì)的光纖預制棒，其適于具有復雜分布的光纖，如色散位移光纖，色散平坦化色散位移光纖或色散補償光纖。
此外，為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明光纖制造方法包括拉絲步驟，將通過光纖預制棒制造方法制造出的光纖預制棒拉絲。
此處，由于在已知所產(chǎn)生的環(huán)形部分的分布之后進行光纖設(shè)計時，可通過折射率比或環(huán)形部分的直徑，中央芯部的直徑改變所需的性質(zhì)。從而，外包層設(shè)置在通過光纖預制棒制造方法制造出的玻璃質(zhì)體外部，并且確定外包層的外直徑，使預制棒中芯部的直徑與外包層的外直徑的比值等于通過加熱和拉絲制造出的光纖中纖芯直徑與外直徑的比值。
因此，采用上述光纖制造方法，可精確地制造具有復雜分布的光纖，如色散位移光纖，色散平坦化色散位移光纖或色散補償光纖。
此外，希望通過上述的光纖預制棒制造方法或上述的光纖制造方法制造根據(jù)本發(fā)明的光纖。
通過上述方法制成的光纖可以用作具有復雜分布的光纖，如色散位移光纖，色散平坦化色散位移光纖或色散補償光纖。
此外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種制造光纖預制棒的方法，該光纖預制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部的外部，至少包括一個具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的環(huán)形部分，和具有最大折射率值No的外包層，該光纖預制棒的折射率值之間滿足關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd，該方法的特征在于包括以下步驟制造作為中央芯部的玻璃棒的玻璃棒制造步驟；玻璃管制造步驟，通過在基管內(nèi)沉積具有至少一種或多種折射率的玻璃層，制造玻璃管；以及制造玻璃質(zhì)體的結(jié)合步驟，將玻璃棒插入玻璃管中之后通過塌縮將玻璃棒與玻璃管結(jié)合。
這種光纖預制棒制造方法與已經(jīng)描述的光纖預制棒制造方法基于相同的原理，從而測量玻璃棒的折射率和層厚，并且將測量結(jié)果與制造條件(各層的厚度和折射率)反饋給玻璃管的下一步驟。在該光纖預制棒制造方法中，在分離步驟中制造作為中央芯部的玻璃棒和玻璃管，并將它們塌縮制造玻璃質(zhì)體。此時，測量玻璃棒和玻璃管的折射率分布，并且選擇具有適當折射率分布的玻璃棒和玻璃管，將其組合制造出具有所需折射率分布的玻璃質(zhì)體，從而精確制造光纖預制棒。
該用于制造玻璃預制棒的方法優(yōu)選包括，在玻璃質(zhì)體外部上形成具有固定外直徑的套管部分，以便使拉制出的光纖中具有適當?shù)睦w芯直徑。
此外，該光纖制造方法優(yōu)選包括將玻璃質(zhì)體插入套管中，然后在加熱之后立即拉絲，將玻璃質(zhì)體與套管結(jié)合。通過這種方法，將玻璃質(zhì)體與套管結(jié)合以及拉絲的步驟組合，從而降低光纖制造過程的成本。
此外，由于無需將下一步驟中使用的假指棒(dummy rod)固定到所述棒的兩端，降低了將玻璃質(zhì)體兩端熔合時導致的棒兩端部分處的加工損耗，從而提高玻璃預制棒的產(chǎn)量。
通常，當通過MCVD方法形成作為預制棒的玻璃質(zhì)體時，沉積速度較低，從而具有精密控制折射率分布的優(yōu)點。不過，與VAD方法、OVD方法或者具有多個噴燈的外部沉積方法相比，通過MCVD方法制造玻璃質(zhì)體要花費更多時間。在所述用于制造光纖預制棒的方法中，套管部分形成步驟和玻璃質(zhì)體形成步驟是分離的，從而可以高速率沉積的套管部分可通過除MCVD方法以外的沉積方法合成和固結(jié)，或者采用合成和固結(jié)的套管。然后，通過MCVD方法圍繞纖芯單獨形成需要精確分布控制的環(huán)形層。通過這種方法，以較低成本制造出具有不同折射率的多個包層的玻璃質(zhì)體。
該用于制造光纖預制棒的方法優(yōu)選特征在于，該基管為至少摻有氟的石英管。
使用傳統(tǒng)的MCVD方法時，基管為純石英管。例如，在制造圖21中所示的四包層結(jié)構(gòu)時，傳統(tǒng)上通過低沉積速度的MCVD方法合成摻有氟的部分作為最外層。在本發(fā)明中，采用加入氟的最外部圓周上的被覆部分作為基管，并且通過VAD方法，OVD方法或者具有多個噴燈的外部沉積方法合成，能進行快速玻璃合成，從而顯著增大光纖的生產(chǎn)率。
在該光纖預制棒制造方法中，采用MCVD方法進行內(nèi)部沉積，其中沉積玻璃粒子的沉積速度優(yōu)選為0.4g/min或更大。沉積玻璃粒子的沉積速度更優(yōu)選為1.0g/min或更大。
在該光纖預制棒制造方法中，優(yōu)選采用感應電爐，等離子體焰炬或電阻爐作為MCVD方法中的加熱源。
在該光纖預制棒制造方法中，在軸向方向玻璃管的內(nèi)直徑或外直徑的橢圓度優(yōu)選為1％或者更小，并且在軸向方向玻璃棒的橢圓度比值優(yōu)選為1％或更小。
在通過光纖預制棒制造方法制造出的光纖中，PMD優(yōu)選為0.15ps/√(km)。
當在軸向方向管子內(nèi)直徑或外直徑管的橢圓度為1.5％，或者在管子的橢圓度比為2％的條件下制造光纖，則PMD為0.5ps/√(km)。
在通過該光纖制造方法拉制出的光纖中，OH基在1.38μm波長處的過量吸收損耗為0.2dB/km或更小。
根據(jù)本發(fā)明制造玻璃管的方法，其特征在于還包括基管制造步驟，其中通過VAD方法，OVD方法或具有多個噴燈的外部沉積方法合成石英粒子，然后脫水和固結(jié)，從而管中的殘留OH基為0.001wtppm或更小。


圖1所示的橫截面圖表示分別通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法或光纖制造方法制造出的光纖預制棒或光纖。
圖2表示光纖預制棒中各部分的直徑和各部分的相對折射率差。
圖3的流程圖表示根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法和光纖制造方法的過程。
圖4的說明圖用于說明通過將玻璃棒插入玻璃管中，然后通過塌縮將它們結(jié)合，從而制造玻璃質(zhì)體的方法。
圖5的說明圖用于說明通過將中央芯部棒插入被覆部分管中，并通過塌縮將它們結(jié)合，從而制造玻璃棒的方法。
圖6用于說明測量玻璃棒的塌縮界面上殘留的空隙。
圖7表示玻璃棒的橢圓度與光纖預制棒的纖芯橢圓度之間的關(guān)系。
圖8的說明圖說明從被覆部分去除不需要部分的過程。
圖9的說明圖表示在基管的內(nèi)表面上形成環(huán)形部分的狀態(tài)。
圖10表示光纖預制棒內(nèi)中央芯部的橢圓度與光纖的PMD之間的關(guān)系。
圖11(a)表示根據(jù)本發(fā)明制造出的光纖的折射率分布，圖11(b)表示通過合成中央芯部、被覆部分和環(huán)形部分制造出的光纖的折射率分布。
圖12表示根據(jù)第二實施例的光纖預制棒的折射率分布。
圖13(a)說明根據(jù)第二實施例用于制造玻璃管的方法，圖13(b)說明根據(jù)第二實施例用于制造玻璃棒的方法。
圖14的流程圖用于說明根據(jù)第二實施例制造光纖預制棒的方法。
圖15的剖面圖表示根據(jù)第二實施例的光纖預制棒。
圖16的說明圖表示將玻璃質(zhì)體插入套管中，并加熱和拉絲的過程。
圖17說明通過穿透方法制造管子的過程。
圖18(a)用于說明根據(jù)第三實施例制造玻璃管的過程，圖18(b)用于說明根據(jù)第三實施例制造玻璃棒的過程。
圖19所示的流程圖用于說明根據(jù)第三實施例制造光纖預制棒的過程。
圖20表示第一示例中制造出的光纖的折射率分布。
圖21表示第二示例中制造出的光纖的折射率分布。
圖22表示第二示例的一變型例中制造出的光纖的折射率分布。
圖23表示PMD與管子的非均勻厚度比率、中央芯部的橢圓度比和中央芯部的橢圓度之間的關(guān)系。
圖24表示管子的壁厚度和與波長無關(guān)的損耗分量之間的關(guān)系。
圖25表示傳輸損耗與過渡金屬吸收光譜的波長之間的關(guān)系的一個示例。
圖26表示中央芯部的橢圓度與加熱方法之間的關(guān)系。
圖27表示露點和OH基濃度與氣體SF6和Cl2的總流量之間的關(guān)系。
圖28表示對于五包層光纖，光纖預制棒的折射率分布的一個示例。
圖29表示對于六包層光纖，光纖預制棒的折射率分布的一個示例。
在附圖中，10為中央芯部，11為被覆部分，12為環(huán)形部分，13為外包層，14為光纖預制棒，15為光纖，16為玻璃棒，17為玻璃管，20為基管(原材料)，Nc為中央芯部的最大折射率，Nd為被覆部分的最小折射率，Nr為環(huán)形部分的最大折射率。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明光纖預制棒制造方法、光纖制造方法和光纖的優(yōu)選實施例。
圖1所示的橫截面圖用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光纖預制棒制造方法。光纖預制棒14包括中央芯部10，沿徑向設(shè)置于中央芯部10外部的被覆部分(depressed portion)11，沿徑向設(shè)置在被覆部分11外部的環(huán)形部分12，以及沿徑向設(shè)置于環(huán)形部分12外部的外包層13，如圖1中所示。從光纖預制棒拉制出的光纖15具有與圖1大體相同的橫截面視圖。
中央芯部10和被覆部分11由通過塌縮結(jié)合成的玻璃棒16構(gòu)成。此外，在管子的內(nèi)表面上通過CVD方法形成環(huán)形部分12，作為玻璃管17的一部分。根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒是分別制造的中央芯部10，被覆部分11與環(huán)形部分12的組合。下面將描述組合中央芯部10、被覆部分11與環(huán)形部分12的方法。
在本發(fā)明中，假設(shè)中央芯部10的最大折射率為Nc，被覆部分11的最小折射率為Nd，環(huán)形部分12的最大折射率為Nr，外包層13的最大折射率為No。此外，這些折射率之間存在關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。即，本發(fā)明處理復雜分布的光纖，如色散位移光纖，色散平坦化色散位移光纖和色散補償光纖。
圖2表示光纖預制棒(或光纖15)的折射率分布。在圖2所示的折射率分布中，10n相應于中央芯部區(qū)域，11n相應于被覆部分區(qū)域，12n相應于環(huán)形部分區(qū)域，13n相應于外包層區(qū)域。此外，在圖2所示的折射率分布中，Nc相當于中央芯部的最大折射率，Nd相當于被覆部分的最小折射率，Nr相當于環(huán)形部分的最大折射率，No相當于外包層的最大折射率。
此外，在圖2中，2c表示中央芯部的外直徑，2d表示被覆部分的外直徑，2r表示環(huán)形部分的外直徑，2o表示外包層的外直徑。另外，相對于外包層的折射率，分別是用Δc表示中央芯部的相對折射率差，用Ad表示被覆部分的相對折射率差，用Δr表示環(huán)形部分的相對折射率差。在本實施例的光纖預制棒中，Δc設(shè)定為0.8至2.5％，Δd設(shè)定為-0.2至-0.8％，Δr設(shè)定為0.1至1.0％。
圖3(a)至3(c)表示如圖1中所示光纖預制棒14中將外包層13內(nèi)表面中形成的具有折射率分布的中央芯部10、被覆部分11與環(huán)形部分12結(jié)合的方法。圖3(a)表示具有被覆部分和中央芯部的玻璃棒。此處，30表示與中央芯部相應的折射率分布范圍，31表示與被覆部分相應的折射率分布范圍。將玻璃棒制造成具有圖3(a)中范圍36所示的折射率分布。
圖3(b)表示玻璃管，其包含通過內(nèi)部沉積方法如MCVD方法在外包層的內(nèi)圓周表面上形成的環(huán)形部分。在圖3(b)中，32表示與環(huán)形部分12相應的折射率分布范圍(參見圖1)，33表示與外包層部分13相應的折射率分布范圍(參見圖1)。通過組合外包層與環(huán)形部分，制造出具有范圍37中折射率分布的玻璃管，如圖3(b)中所示。
圖3(c)表示當將具有圖3(a)中所示折射率分布的玻璃棒與具有圖3(b)中所示折射率分布的玻璃管通過塌縮結(jié)合形成玻璃質(zhì)體時，玻璃質(zhì)體的折射率分布。即，范圍38中所示的玻璃質(zhì)體的折射率分布具有圖3(a)中范圍36所示的玻璃棒的折射率分布與圖3(b)的范圍37中所示玻璃管的折射率分布的組合形狀。
在本發(fā)明中，通過分離過程制造中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分，并進行組合。例如，如下面所述，可以分別制造組成玻璃棒的中央芯部和被覆部分。
參照圖4，將詳細描述制造方法。
在開始制造過程(步驟SS)之后，執(zhí)行用于制造玻璃棒的玻璃棒制造步驟。圖5中表示出玻璃棒制造步驟的流程。如圖4和5中所示，在制造玻璃棒時，將作為中央芯部的具有折射率分布10n的中央芯部棒插入用作被覆部分的具有折射率分布11n的被覆部分管中(步驟S1)。然后，通過塌縮將中央芯部棒和被覆部分管結(jié)合，制造玻璃棒(步驟S2)。該玻璃棒的折射率分布具有折射率分布16n的形狀，因為將折射率分布10n與折射率分布11n組合。
在玻璃棒制造步驟中，通過采用分別具有已知折射率分布的中央芯部棒和被覆部分管，可確保獲得所需的玻璃棒16(參見圖1)。換言之，適當選擇中央芯部棒和被覆部分管，使其具有在折射率分布的基礎(chǔ)上測量出的折射率，并按照感興趣的光纖分布進行組合。
在根據(jù)圖4中所示實施例的光纖預制棒制造方法中，在所述玻璃棒制造步驟中制造出的玻璃棒受到視覺檢查，并測量中央芯部的橢圓度，作為結(jié)構(gòu)檢查(步驟S3)。如果沿玻璃棒長度方向塌縮界面上殘留的空隙數(shù)量大于預定數(shù)量(此處，為每10mm一個)，并且作為中央芯部的區(qū)域(玻璃棒)中橢圓度大于預定數(shù)值(此處，0.4％)(步驟S4)，則不采用該玻璃棒，因為在后序階段中有可能產(chǎn)生缺陷(步驟S5)。
圖6說明用于測量塌縮玻璃棒時界面上產(chǎn)生的空隙的方法。
在圖6中所示的玻璃棒60G中，60c表示作為中央芯部的區(qū)域，60d表示成為被覆部分的區(qū)域。使用光源L如鹵燈，從一個方向照射玻璃棒60G。然后，視覺測量區(qū)域60c與區(qū)域60d之間的界面上殘留的空隙B的數(shù)量。當在玻璃棒60G的縱向每10mm存在至少一個或多個空隙B時，則丟棄存在空隙B的區(qū)域D。
圖7表示玻璃棒的橢圓度(％)與光纖預制棒的橢圓度(％)之間的關(guān)系。如圖7中所示，橢圓度超過0.4％的玻璃棒在后續(xù)階段中極其可能成為橢圓度大于1.5％的光纖預制棒。從而，在上述步驟中僅采用橢圓度為0.4％或更小的玻璃棒，從而可高產(chǎn)量地制造具有優(yōu)異PMD的光纖。
此處，當用橢圓近似橫截面的外圓周時，其中Rmax為最大直徑，Rmin為最小直徑，根據(jù)下式得出橢圓度橢圓度＝(Rmax-Rmin)/Rmax×100(％)即，如果橢圓度越高，則所拉制出的光纖中的PMD增大，傳輸信號的質(zhì)量下降。此外，如果塌縮界面上包含更多空隙，則在以后的加熱步驟如拉絲步驟中，空隙膨脹，阻塞中央芯部，從而增大信號光的傳輸損耗或者不引導光波。另外，在殘留許多空隙的區(qū)域中機械強度降低。此外，在根據(jù)圖4中所示該實施例的光纖預制棒制造方法中，測量在玻璃棒制造步驟中制得的玻璃棒的折射率分布(步驟S6)。為了在拉制出的光纖中獲得所期望的性質(zhì)，則根據(jù)通過測量得到的中央芯部和被覆部分的折射率分布，計算和設(shè)計中央芯部的直徑(A)與被覆部分的直徑(B)的比值Ra(此處，Ra＝A/B)，以及被覆部分外部(環(huán)形部分一側(cè)上)的折射率分布(步驟S7)。
通過這種方法，由于采用光纖制造過程中中間步驟得到的折射率分布設(shè)計光纖的分布，與首先設(shè)計光纖的分布，然后根據(jù)該設(shè)計集體制造光纖時相比，可更高精度地制造出所需的光纖預制棒。
圖8表示根據(jù)比值Ra設(shè)計玻璃棒的過程，并通過塌縮將其與玻璃管結(jié)合。正如從圖8的折射率分布明顯看出，將包括折射率分布10n的中央芯部和包括折射率分布11n的被覆部分結(jié)合，從而制造出具有被覆部分直徑B′的玻璃棒的半成品(在圖8中包括折射率分布16n′的部分)。此時，假設(shè)直徑B′大于直徑B。即，玻璃棒的半成品16n′設(shè)計成使中央芯部的直徑與被覆部分的直徑的比值(A/B′)小于所需的玻璃棒(包括折射率分布16n′的部分)。如圖19中所示，根據(jù)具有折射率分布17n的玻璃管，通過去除不需要的部分(折射率分布11n在預制棒直徑方向兩端沿長線上的部分)，調(diào)節(jié)被覆部分的外直徑。換言之，根據(jù)折射率分布的測量結(jié)果確定所述的比值Ra(A/B)，調(diào)節(jié)玻璃棒的半成品16n′，并去除其外圓周體，得到比值Ra。
為了去除不必要的部分19，存在以下方法1)一次去除全部，2)部分去除，然后拉長，之后進一步去除，以及3)拉長，然后去除不需要的部分19。在本發(fā)明中，可采用任何一種去除方法。去除方法包括機械研磨和在HF溶液中蝕刻。
另一方面，在玻璃管制造步驟中，例如在管內(nèi)采用CVD方法如MCVD或PCVD方法，制造所需的玻璃管17(參見圖1)，如圖9中所示。即，將源氣體(SiCl4，GeCl4，氧)導入基管20中，同時用噴燈22加熱基管外部，從而沉積玻璃粒子(灰)21，形成環(huán)形部分12(步驟S8)。因而，在短時間內(nèi)高精度地制造出具有其折射率和厚度依照設(shè)計而定的環(huán)形部分12的玻璃管17。
通過圖4中所示該實施例的光纖預制棒制造方法，玻璃棒插入玻璃管中(步驟S9)，并通過塌縮相結(jié)合(步驟S10)，產(chǎn)生玻璃質(zhì)體。這種玻璃質(zhì)體經(jīng)過結(jié)構(gòu)檢查(視覺檢查和纖芯橢圓度測量)(步驟S11)。從而，如果塌縮界面上出現(xiàn)的空隙數(shù)量大于預定數(shù)量(此處，為每10mm一個)并且作為中央芯部的區(qū)域的橢圓度大于預定數(shù)值(此處，為1.5％)(步驟S12)，則不將該玻璃質(zhì)體作為合格產(chǎn)品，因為在后續(xù)步驟處有可能產(chǎn)生缺陷(步驟S13)。
圖10表示光纖預制棒中中央芯部的橢圓度(％)與光纖的PMD之間的關(guān)系。如圖10中所示，中央芯部的橢圓度超過1.5％的光纖預制棒，在拉絲步驟之后得到光纖的PMD極可能超過0.15ps/√(km)。通常，40Gb/s或更大的高速光通信需要具有0.15ps/√(km)或更小的光纖。即，上述步驟中僅使用中央芯部的橢圓度為1.5％或更小的光纖預制棒，有效地制造具有良好PMD、可應用于高速光通信的光纖。
另一方面，在步驟S12，如果塌縮界面上空隙的數(shù)量小于或等于預定數(shù)量，并且中央芯部區(qū)域的橢圓度小于或等于預定數(shù)值，則流程前進到步驟S14。此處，測量玻璃質(zhì)體的折射率分布(步驟S14)，并且根據(jù)測量結(jié)果計算和確定中央芯部的直徑(步驟S15)。此處，設(shè)置外包層，使中央芯部的直徑與玻璃質(zhì)體的直徑的比值等于所拉制出的光纖中中央芯部的直徑與外直徑的比值(步驟S16)。
盡管圖4的流程圖中沒有表示出，不過將通過上述方法制造出的光纖預制棒拉絲，制造光纖。
在通過上述方法制造出的光纖預制棒14中(參見圖1)，假設(shè)中央芯部的外直徑與被覆部分的外直徑的比值為Ra＝2c/2d，被覆部分的外直徑與環(huán)形部分的外直徑的比值為Rb＝2d/2r，中央芯部與外包層的相對折射率差Δc為(Nc-No)/No×100[％]，被覆部分與外包層的相對折射率差Δd為(Nd-No)/No×100[％]，環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr為(Nr-No)/No×100[％]，并且外包層的外直徑為2o，則滿足以下關(guān)系(1)0.20≤Ra≤0.60，(2)0.50≤Rb≤0.80，(3)90μm≤2o≤150μm，(4)2.5％≥Δc≥0.8％，(5)-0.8％≤Δd ≤-0.2％以及(6)1.0％≥Δr≥0.1％，其中希望光纖在1550nm波長處的色散值小于或等于+8ps/km/nm。
如上所述的光纖預制棒制造方法，光纖制造方法和光纖，可高精度地制造出具有復雜分布的光纖預制棒和光纖，因為制造出包括分別具有已知折射率分布的中央芯部和被覆部分的玻璃棒，制造出具有環(huán)形部分的玻璃管，然后將玻璃棒插入玻璃管中，并通過塌縮將它們結(jié)合，制造玻璃質(zhì)體。
在常規(guī)的光纖預制棒中，通過諸如MCVD方法、VAD方法或OVD方法，在一個處理中通過一步整體制造中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分。從而，難以有選擇地將諸如Ge或F(氟)特別是F的雜質(zhì)加入相應部分中。不過，在本實施例的光纖預制棒中，由于中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分分別制造，無需有選擇地將諸如Ge或F(氟)的雜質(zhì)加入相應部分。
更具體而言，當通過一個過程整體制造中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分時，出現(xiàn)Ge與F共存的部分。在該部分中，通過加熱會形成玻璃缺陷，如，從而增大傳輸損耗。
因此，通過本發(fā)明的制造方法，由于將雜質(zhì)分別加入中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分，幾乎不存在Ge與F共存的部分，從而光纖傳輸損耗的增大得以降低。
此外，通過根據(jù)本發(fā)明光纖預制棒的制造方法，由于僅在管內(nèi)部通過CVD方法制造環(huán)形部分，在除環(huán)形部分以外的中央部分中沒有CVD方法固有的波紋或者沒有傾斜。此處，圖11(a)表示通過根據(jù)本發(fā)明光纖預制棒制造方法(或光纖制造方法)制造出的光纖的折射率分布。此外，圖11(b)表示通過MCVD方法整體制造中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分時制造出的光纖的折射率分布。
在圖11(a)所示的折射率分布中，僅在環(huán)形部分中必然有波紋，中央芯部和被覆部分中沒有形成波紋或傾斜。另一方面，在圖11(b)所示的折射率分布中，在中央芯部，被覆部分和環(huán)形部分上存在波紋，并在中央芯部中形成傾斜。
下面，將描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光纖預制棒制造方法。
圖12表示根據(jù)本實施例的光纖預制棒的折射率分布。圖13用于說明根據(jù)本實施例的光纖預制棒制造方法，其中圖13(a)用于說明玻璃管制造過程，圖13(b)用于說明玻璃棒制造過程。圖14所示的流程圖用于說明根據(jù)本實施例制造光纖預制棒的過程。
假設(shè)中央芯部121的折射率為Nc，第一被覆部分122的折射率為Nd1，環(huán)形部分123的折射率為Nr，第二被覆部分124的折射率為Nd2，外包層125的折射率為No。存在關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd2≥Nd1，如圖12中所示。此處，由于折射率Nd1和Nd2小于外包層125的折射率No，可將折射率Nd1和Nd2假定為折射率Nd。即，在本實施例中這些折射率之間存在關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。
下面將參照圖13和14，描述根據(jù)本實施例的光纖預制棒制造方法。如圖13和14中所示，首先，執(zhí)行通過塌縮將芯棒136與玻璃管135相結(jié)合的制造玻璃棒132的玻璃棒制造步驟(步驟S141)。然后，在與玻璃棒制造步驟不同的步驟S142中執(zhí)行玻璃管制造步驟。在玻璃管制造步驟中，通過內(nèi)部沉積方法在基管133內(nèi)部沉積玻璃粒子，形成第二被覆部分124，并加熱和玻璃化，形成構(gòu)成環(huán)形部分123的玻璃層134，從而制造出玻璃管131。
此處，可在玻璃棒制造步驟之前，過程中或之后執(zhí)行玻璃管制造步驟。
采用預制棒分析儀測量玻璃棒132的折射率分布(具有不同折射率的每一層的折射率、層厚度和外直徑)(步驟S143)，并且將測量結(jié)果反饋給步驟S142的玻璃管131制造步驟，設(shè)計玻璃管131。此處，設(shè)計包含計算玻璃管的制造條件(各層的厚度和折射率)。在玻璃棒制造步驟和玻璃管制造步驟之后，將玻璃棒132插入玻璃管131中，并塌縮制造成玻璃質(zhì)體(步驟S144)。從而，得到玻璃質(zhì)體。
在本實施例中，可測量玻璃管131的折射率和層厚度，并且將測量結(jié)果反饋給步驟S141的玻璃棒132制造步驟，設(shè)計玻璃棒132。
為了制造具有所需芯直徑和所拉制光纖直徑并具有所需性質(zhì)的光纖，通過采用多個噴燈的外部沉積方法在玻璃質(zhì)體的外部沉積和固結(jié)玻璃粒子，形成套管部分。在此情形中，使用套管部分調(diào)節(jié)光纖的芯直徑。因為很少有光通過光纖的中央纖芯泄流到套管部分中，因此即使采用上述方法高速度地合成玻璃，形成套管部分，光學性質(zhì)如傳輸損耗也難以受到影響。從而，以較低成本制造出大光纖預制棒，從而低成本地制造出光纖。
圖15表示具有套管部分的光纖預制棒的橫截面。如圖15中所示，光纖預制棒150圍繞所獲得的玻璃質(zhì)體130外部設(shè)有套管部分151。
此處，并非圍繞玻璃質(zhì)體130的外圓周設(shè)置套管部分151，可將通過OVD方法沉積和固結(jié)玻璃粒子制造出的二氧化硅管，并通過下述穿孔方法進行穿孔，制備為套管部分。然后，將玻璃質(zhì)體插入該套管中，將套管與玻璃質(zhì)體130結(jié)合，并通過加熱立即拉絲。
圖16所示的說明圖，表示將玻璃質(zhì)體插入套管中，并通過加熱將其拉絲的過程。下面將參照圖16描述這一過程。如圖16中所示，通過加熱源161如加熱器將插入圓柱形套管160中的玻璃質(zhì)體130加熱。加熱源161由設(shè)置在玻璃質(zhì)體130和套管160外部的加熱器組成，玻璃質(zhì)體130和套管160沿加熱器的軸向方向插入加熱器內(nèi)部。加熱器的下端一側(cè)(圖16中的下部)設(shè)定為比上端一側(cè)(圖16中的上部)具有更高溫度。之后，通過加熱將玻璃質(zhì)體130與套管160的下端部分結(jié)合，并熔合，向下拉制出光纖F。此外，如圖16中所示，拉絲過程中沿箭頭方向輸送玻璃質(zhì)體130和套管160。盡管該加熱器通過使電流流過電阻器產(chǎn)生熱量，不過加熱器也可以為感應電爐，其通過將電流導入電抗產(chǎn)生的感應電流加熱，或者是使用等離子體的加熱源。加熱裝置161可具有沿玻璃質(zhì)體130的軸向(圖16中的上下方向)設(shè)置的多個加熱器。
通過這種方法，通過執(zhí)行將玻璃質(zhì)體插入套管中并拉制它們的過程，可省略用于形成套管部分的過程。
現(xiàn)在將描述制造管子如基管的方法。在該過程中，采用所謂的穿透方法。圖17用于說明通過穿透方法制造管子的過程。
在該過程中，將圓柱形石英棒170插入為該石英棒設(shè)置的加熱裝置171的內(nèi)部，并且將石英棒170的一個端部(圖17中的左端部)加熱、熔化，如圖17中所示。石英棒插入硬模174中，并通過未示出的移動裝置向圖17中的左邊輸送。然后，穿透夾具172的頭部173與石英棒170的加熱和熔化端部的軸向端面中心壓緊接觸。此后，輸送石英棒170，頭部173滑動到石英棒170內(nèi)部，使穿透夾具172的頭部173可以沿石英棒170的軸向方向通過，從而產(chǎn)生中空的圓柱形石英棒。
希望穿透夾具172為純度為99wt％或更大的炭棒。通過這種方法，防止制造石英管時混入金屬雜質(zhì)，如Fe、Cr和Ni，并且防止傳輸帶的損耗增大。
在制造管子時，管內(nèi)壁中包含的除玻璃雜質(zhì)以外的雜質(zhì)的濃度，優(yōu)選為1wtppm或更小。此處，管內(nèi)壁指距離管子內(nèi)圓周表面壁厚度為1mm的區(qū)域。此外，雜質(zhì)的濃度更優(yōu)選為10wtppb或更小。
此外，取代用于穿透的穿透夾具172和加熱裝置171，可使用圖中未示出的具有刀具的鉆孔機，通過研磨方法將石英棒鉆孔。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光纖預制棒制造方法。在下述實施例中，用相同或相當?shù)母綀D標記表示結(jié)構(gòu)和作用與上述相同或相似的部件，并簡化或省略這些部件的描述。
根據(jù)該實施例的光纖預制棒的折射率分布與圖12中所示第二實施例的折射率分布相同。圖18用于說明根據(jù)該實施例的光纖預制棒制造方法，其中圖18(a)用于說明玻璃管制造步驟，圖18(b)用于說明玻璃棒制造步驟。圖19所示的流程圖用于說明根據(jù)該實施例的光纖預制棒制造方法。
根據(jù)該實施例的光纖預制棒制造方法，制造出在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，在中央芯部外部具有最小折射率值Nd的被覆部分，在被覆部分外部具有最大折射率值Nr的至少一個環(huán)形部分，以及在環(huán)形部分外部具有最大折射率值No的外包層的光纖預制棒，并且該光纖預制棒的折射率值之間滿足關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。該光纖預制棒制造方法的特征在于包括，制造作為中央芯部的玻璃棒的玻璃棒制造步驟，通過內(nèi)部沉積在基管內(nèi)部通過沉積玻璃層的制造玻璃管的玻璃管制造步驟，以及在玻璃棒插入玻璃管之后通過塌縮將玻璃棒與玻璃管結(jié)合制造玻璃質(zhì)體的步驟。
現(xiàn)在將參照圖18和19描述根據(jù)本實施例的光纖預制棒制造方法。如圖18和19中所示，首先，為通過VAD方法制造玻璃棒(此處，為芯棒)186的玻璃棒制造步驟(步驟S191)。此外，在與玻璃棒制造步驟不同的步驟S192執(zhí)行玻璃管制造步驟。在玻璃管制造步驟中，通過內(nèi)部沉積方法在與第二被覆部分124相應的基管183的內(nèi)部沉積玻璃粒子，形成與環(huán)形部分123相應的玻璃層184，和與第一被覆部分122相應的玻璃層185，從而制造出玻璃管181。
此處，可以在玻璃棒制造步驟之前、過程中或之后執(zhí)行玻璃管制造步驟。
采用預制棒分析儀，根據(jù)玻璃棒182的折射率、層厚度和外直徑測量折射率分布(步驟S193)，并將測量結(jié)果反饋給步驟S192的玻璃管制造步驟，設(shè)計玻璃管181的分布。
在玻璃棒制造步驟和玻璃管制造步驟之后，將玻璃棒182插入玻璃管181中，并塌縮制造玻璃質(zhì)體(步驟S194)。從而，獲得玻璃質(zhì)體。
在本實施例中，可通過測量玻璃管181的折射率和層厚度，并將測量結(jié)果反饋給步驟S191的玻璃棒182的制造步驟，從而設(shè)計玻璃棒182。
此外，可通過在玻璃質(zhì)體外部沉積玻璃粒子，并將其加熱和固結(jié)，形成套管部分(步驟S194)。另一方面，如上所述通過執(zhí)行將玻璃質(zhì)體插入套管，然后加熱、結(jié)合和拉絲的過程，省略形成套管部分的步驟。
<例子>
圖20表示通過根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法和光纖制造方法獲得的第一示例光纖的折射率分布。下面將描述該示例。
在本例中，將所獲得的光纖設(shè)計成使中央芯部的外直徑為3.4μm，被覆部分的外直徑為12.1μm，環(huán)形部分的外直徑為15.7μm，外包層的外直徑為110.0μm。此外，將所獲得的光纖設(shè)計成使中央芯部與外包層的相對折射率差Δc為1.5％，被覆部分與外包層的相對折射率差Δd為-0.5％，環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr為0.33％。
通過已知的VAD方法制造外直徑為φ6.1mm并且含有GeO2的玻璃棒A作為中央芯部。通過眾所周知的VAD方法制造外直徑為φ35mm、內(nèi)直徑為φ6mm且含有氟F的SiO2玻璃管B作為被覆部分。中央纖芯棒的GeO2濃度的峰值為16mol％，并且用α＝2冪近似具有梯度結(jié)構(gòu)的折射率分布的形狀。成為被覆部分的玻璃管的F濃度為1.4wt％。
通過汽相蝕刻將玻璃管B的內(nèi)表面蝕刻和平滑化，將內(nèi)直徑調(diào)節(jié)到φ8.5mm，并且平滑化。通過將SF6氣體導入管子中同時將玻璃管B加熱到大約1500℃，進行汽相蝕刻。將GeO2-SiO2構(gòu)成的玻璃棒A插入摻F石英構(gòu)成的玻璃管B中，并通過棒內(nèi)塌縮方法與玻璃管B結(jié)合，制造具有φ34.0mm外直徑的玻璃棒C。
通過視覺觀察玻璃棒C沒有出現(xiàn)空隙，并且測得玻璃棒C中中央芯部的橢圓度為0.1％至0.2％，極其優(yōu)異。
采用預制棒分析儀測量玻璃質(zhì)體的折射率分布。之后，設(shè)計所期望的Ra，Rb和Δr(之后稱作設(shè)計I)。因此，這表明通過設(shè)計Ra＝0.28，Rb＝0.77和Δr＝0.3％，可獲得具有所需性質(zhì)的光纖。
根據(jù)設(shè)計I，通過氫氧焰將玻璃棒C拉長，直至外直徑達到φ12.20mm。然后，在包含假指棒的HF溶液中進行蝕刻，直至外直徑達到8.0mm，并調(diào)節(jié)至Ra為0.27，去除溶解和擴散到表面層上的雜質(zhì)如OH。
通過眾所周知的VAD方法制造外直徑為大約34mm，內(nèi)直徑為21mm，且包含10wtppm到1000wtppm氯的玻璃管D，作為外包層的一部分。
通過汽相蝕刻蝕刻和平滑化該玻璃管D的內(nèi)表面，并將內(nèi)直徑調(diào)制到22mm，通過將SF6氣體導入玻璃管中同時將玻璃管D加熱到大約1550℃，進行汽相蝕刻。
根據(jù)設(shè)計I，通過MCVD方法在玻璃管D的內(nèi)表面上沉積厚度為0.5mm、含有3.0mol％GeO2的SiO2-GeO2層，制造玻璃管E。
將玻璃管E加熱到大約1800℃，并熱收縮成具有27m的外直徑和10mm的內(nèi)直徑。
將玻璃棒C插入玻璃管E中，并通過棒內(nèi)塌縮方法將它們結(jié)合，產(chǎn)生外直徑為27mm的光纖預制棒的半成品F。
通過視覺觀察該半成品F沒有出現(xiàn)空隙，并且測得半成品F中中央芯部的橢圓度為0.3％至0.4％，極其優(yōu)異。
在使用預制棒分析儀測量光纖預制棒半成品F的折射率分布之后，所需的纖芯直徑設(shè)計為3.4μm。
在光纖預制棒半成品F的外圓周周圍合成含有0.2mol％氯的石英制成的套管部分。套管部分的折射率與玻璃管D幾乎相等，并增大外包層的直徑。將外包層與中央芯部的直徑比調(diào)節(jié)到32.4。
通過眾所周知的拉制方法拉絲光纖預制棒，使外包層的外直徑達到110μm。如下面所述，所獲得的光纖，作為色散補償光纖而言，其傳輸性質(zhì)是極好的。
(第一示例中獲得的光纖的傳輸性質(zhì))1550nm波長處的傳輸損耗0.310dB/km色散 -81ps/km/nm色散斜率 -0.82ps/km/nm2有效面積 18μm2截止波長 1350nmPMD 0.02ps/√(km)下面將參照圖21描述第二示例。圖21表示通過第二示例方法獲得光纖的折射率分布。下面將描述該例子。
在本例中，如圖21中所示，第二被覆部分處于外包層與環(huán)形部分之間。
在本例中，為了獲得-6.3ps/nm/km的色散，將所獲得的光纖設(shè)計成使中央芯部的外直徑為5.5μm，第一被覆部分的外直徑為14.5μm，環(huán)形部分的外直徑為21.3μm，第二被覆部分的外直徑為42.6μm，外包層的外直徑為125.0μm。此外，將所獲得的光纖設(shè)計成使中央芯部與外包層的相對折射率差Δc為0.55％，第一被覆部分與外包層的相對折射率差Δd為-0.20％，環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr為0.30％，第二被覆部分與外包層的相對折射率差Δd′為-0.20％。
通過眾所周知的VAD方法制造外直徑為φ12mm并且含有GeO2的玻璃棒A作為中央芯部。通過眾所周知的VAD方法制造外直徑為φ45mm、內(nèi)直徑為φ12mm且含有氟F的SiO2玻璃管B作為被覆部分。作為中央芯部的棒的GeO2濃度的峰值為5.5mol％，并且用α＝2冪近似具有梯度結(jié)構(gòu)的折射率分布的形狀。作為被覆部分的玻璃管的F濃度為0.6mol％。
通過汽相蝕刻將玻璃管B的內(nèi)表面蝕刻和平滑化，將內(nèi)直徑調(diào)節(jié)到φ13.5mm。通過將SF6氣體導入管子中同時將玻璃管B加熱到大約1550℃，進行汽相蝕刻。將GeO2-SiO2構(gòu)成的玻璃棒A插入摻F石英構(gòu)成的玻璃管B中，并通過棒內(nèi)塌縮方法將它們結(jié)合，制造具有φ44.0mm外直徑的玻璃棒C。
測量玻璃棒C的折射率分布，并且基于該測量結(jié)果設(shè)計出中央芯部的外直徑和針對該外直徑的折射率分布參數(shù)。
按照已經(jīng)描述的過程視覺檢查玻璃棒C(參見圖6)。因而，存在一個在塌縮界面上沿長度方向10mm的玻璃棒中具有三個空隙的部分。丟棄這個出現(xiàn)空隙的部分。此外，測得纖芯橢圓度為0.1％至0.2％，極其優(yōu)異。
采用預制棒分析儀測量玻璃質(zhì)體的折射率分布。之后，設(shè)計所期望的Ra，Rb和Δr(之后稱作設(shè)計II)。因此，從設(shè)計II可以看出，通過設(shè)計Ra＝0.38，Rb＝0.68，Δr＝0.30％，Δd′＝-0.2％和Rc＝0.50，可獲得具有所需性質(zhì)的光纖。此處，Δd′表示第二被覆部分與外包層的相對折射率差，Rc表示第二被覆部分直徑2d′與環(huán)形直徑2r的比值(＝2r/2d′)。根據(jù)設(shè)計II，將玻璃棒C的外圓周機械研磨成使直徑達到34mm，并通過等離子體焰拉長，使外直徑達到15.1mm。然后，在HF溶液中進行蝕刻，直至外直徑達到14.0mm，并調(diào)節(jié)Ra為0.38，去除溶解和擴散到表面層上的雜質(zhì)如OH。
通過眾所周知的VAD方法制造外直徑為大約40mm，內(nèi)直徑為26mm，且包含0.6mol％氟的玻璃管D，作為外包層的一部分。
通過汽相蝕刻將玻璃管D的內(nèi)表面蝕刻和平滑化，將內(nèi)直徑調(diào)節(jié)到28mm。通過將SF6氣體導入管子中同時將玻璃管D加熱到大約1550℃，進行汽相蝕刻。根據(jù)設(shè)計II，通過用MCVD方法在玻璃管D的內(nèi)表面上沉積2.2mm厚的含有3.0mol％GeO2的SiO2-GeO2層，制造具有環(huán)形部分和第二被覆部分的玻璃管E。將玻璃管E加熱到大約1800℃，并熱收縮，使其具有35mm的外直徑和16mm的內(nèi)直徑。
將玻璃棒C插入玻璃管E中，并通過棒內(nèi)塌縮方法與玻璃管E結(jié)合，產(chǎn)生外直徑為34mm的玻璃棒F。
通過視覺觀察，該玻璃預制棒的半成品F不存在空隙，并且測得該半成品F中中央芯部的橢圓度為0.3％至0.4％，極其優(yōu)異。
在使用預制棒分析儀測量光纖預制棒半成品F的折射率分布之后，將光纖設(shè)計成，如果所需的纖芯直徑為5.5μm和Rc＝0.50，則具有所需的傳輸性質(zhì)(下面稱作設(shè)計III)。
根據(jù)該設(shè)計III，機械研磨玻璃棒F的外圓周，使外直徑達到28mm，并將Rc調(diào)節(jié)到0.50。在該外圓周上合成由含有200wtppm氯的石英制成的外包層。將外包層與中央芯部的直徑比值調(diào)節(jié)到22.7。
通過眾所周知的拉制方法拉絲該光纖預制棒，使外包層的外直徑達到125μm。如下面所述，所獲得設(shè)計為色散補償光纖的光纖的傳輸性質(zhì)是極好的。
(第二示例中獲得的光纖的傳輸性質(zhì))1550nm波長處的傳輸損耗0.205dB/km色散-6.3ps/km/nm色散斜率+0.011ps/km/nm2有效面積47μm2截止波長1420nmPMD 0.02ps/√(km)在不使用設(shè)計II制造光纖的情況下，色散值偏離設(shè)計值，表現(xiàn)為-9.45ps/nm/km。
光纖預制棒制造方法，光纖制造方法和光纖不限于上述實施例中所描述的，而可以進行多種適當變型或改進。
圖22表示第二示例的一個變型例。如圖22中所示，光纖預制棒或光纖可以具有這樣的折射率分布，其中第二環(huán)形部分處于第二被覆部分與外包層之間。
光纖不限于上述折射率分布所示的結(jié)構(gòu)。光纖可至少具有中央芯部、被覆部分和環(huán)形部分。
(第三示例)下面將描述第三示例。
在本例中，采用根據(jù)第一實施例的光纖預制棒制造方法。
首先，將通過OVD方法沉積的石英玻璃灰固結(jié)，并拉長，制造芯棒。該芯棒的外直徑為4mm或者更大，并且軸向方向外直徑橢圓度的平均值為1％或更小。使折射率分布中心與外直徑中心之間的偏差(偏心度)為1％或更小。
然后，制備石英管。該石英管的外直徑從10mm到200mm，內(nèi)直徑從4mm到100mm。此外，使用作石英管的管子在軸向方向的偏心率比的平均值為1％或更小，偏心率的平均值為1％或更小。此外，軸向方向石英管外直徑和內(nèi)直徑的橢圓度，以及石英管橢圓度的平均值分別為1％或者更小。
石英管為摻氟石英管，其中摻入氟至少0.001wt％至10wt％。
將芯棒和石英管塌縮，制造玻璃棒，然后使用預制棒分析儀測定折射率分布(第一步)。
然后，制備石英制成的管子。該管子的特征在于，其通過OVD方法以50g/min或更高的沉積速度通過沉積玻璃粒子，并脫水、固結(jié)制造而成。該管子含有至少0.001wt％至10wt％的氯或氟作為雜質(zhì)，并且外直徑從20mm到150mm，厚度從1mm到8mm。此外，該管子軸向方向的非均勻厚度比的平均值為0.3％或更小，軸向方向外直徑和內(nèi)直徑的橢圓度平均而言為1％或更小。然后，通過內(nèi)部沉積方法在該管子內(nèi)部沉積含有氟、鍺和磷其中至少一種的玻璃層，從而獲得采用玻璃棒折射率測定結(jié)果(以便具有所需分布)計算出的折射率和層厚度(第二步)。
通過塌縮將第一步制造的玻璃棒與第二步制造的玻璃管結(jié)合，產(chǎn)生玻璃質(zhì)體(第三步)。
然后，通過OVD方法在第三步制造出的玻璃質(zhì)體的外圓周上以50g/min的沉積速度沉積玻璃粒子，形成套管部分。將該套管部分脫水、固結(jié)，制造成光纖預制棒(預制棒)，其中該固結(jié)體縱向方向玻璃質(zhì)體的直徑與套管部分的直徑的比值的改變率為1％或更小，改變長度為400km或更大，縱向方向中央芯部的橢圓度為1.5％或更小(第四步)。
以1000m/min或更大的拉絲速度將第四步制造出的光纖預制棒拉絲(第五步)。
圖23表示PMD(ps/√(km))與管子的不均勻厚度率和中央芯部的偏心率(％)之間的關(guān)系。如圖23中所示，當本例中管子的不均勻厚度率，中央芯部的偏心率比與中央芯部的橢圓度(％)為1％或更小時，PMD為0.15(ps/√(km))或更小。
此處，管子的不均勻度率表示管子壁厚度的最大和最小值之差與最大值的百分比。中央芯部的偏心率比表示外直徑中點和中央部分之間的偏離量與管外直徑最大值的百分比。中央芯部的橢圓度表示中央芯部的外直徑的最大和最小值之差與最大值的百分比。
圖24表示管子的壁厚度(mm)和與1.55μm通信波長處與波長無關(guān)的損耗分量(也稱作B值，單位為dB/km)之間的關(guān)系。如圖24中所示，如果管子的壁厚度變小，則管子內(nèi)部形成的玻璃層的邊界面的粗糙度減小，從而層結(jié)構(gòu)的不完整性引起的損耗減小。當本示例中壁厚度為8mm或更小時，則與波長無關(guān)的損耗分量為0.01dB/km或更小。
在本例中，獲得具有低PMD的光纖。此外，高速合成大光纖預制棒，從而制造出具有低成本的光纖預制棒。
(第四示例)下面，將描述第四示例。
在本例中，采用根據(jù)第一實施例的光纖預制棒制造方法。
首先，將通過OVD方法沉積的石英玻璃灰固結(jié)和拉長，制造芯棒。該芯棒的外直徑為4mm或更大，軸向方向外直徑橢圓度的平均值為1％或更小。使折射率分布的中心與外直徑中心之間的偏離之差(偏心率)為1％或更小。
然后，制備石英管。該石英管的外直徑為10mm到200mm，內(nèi)直徑為4mm到100mm。此外，石英管不均勻厚度的平均值為1％或更小，管子偏心率比的平均值為1％或更小。另外，在軸向方向石英管外直徑與內(nèi)直徑的橢圓度，以及石英管橢圓度的平均值為1％或更小。
該石英管為摻氟石英管，其中氟至少摻入0.001wt％到10wt％。
將芯棒和石英管塌縮，制造玻璃棒，然后使用預制棒分析儀測定折射率分布(第一步)。
然后，制備由石英制成的管子。該管子的特征在于，其通過OVD方法以50g/min或更大的沉積速度沉積玻璃粒子、脫水和固結(jié)，制造而成。該管子包含至少0.001wt％至10wt％的氯原子或氟原子作為雜質(zhì)，并且外直徑為20mm到150mm，壁厚度為1mm到8mm。此外，在軸向方向該管子的偏心率比的平均值為1％或更小，不均勻厚度比的平均值為0.3％或更小，并且在管子的軸向方向外直徑與內(nèi)直徑的橢圓度平均而言分別為1％或更小。并且通過內(nèi)部沉積方法在管子內(nèi)部沉積包含氟、鍺和磷其中至少一種的玻璃層，從而獲得采用玻璃棒折射率測定結(jié)果(具有所需分布)計算出的折射率和層厚度。然后，通過塌縮將第一步制造的玻璃棒和玻璃管結(jié)合，產(chǎn)生玻璃質(zhì)體(第二步)。
然后，制備作為套管的石英管。該石英管的外直徑為10mm到200mm。此外，管子不均勻厚度比的平均值為1％或更小，偏心率比的平均值為1％或更小，并且外直徑和內(nèi)直徑的橢圓度平均而言為1％或更小。該石英管含有至少0.001wt％至10wt％的氯原子。將本示例第二步制造的玻璃質(zhì)體插入該石英管中。然后將玻璃質(zhì)體與石英管結(jié)合，成為轉(zhuǎn)換成光纖長度尺寸為400km的預制棒，并以1000m/min的拉絲速度拉絲(棒內(nèi)拉絲)(第三步)。
在本例中，獲得具有低PMD的光纖。此外，如果制備具有較大外直徑的套管，并且將玻璃質(zhì)體插入套管中并進行棒內(nèi)拉絲，則可省略用于在玻璃質(zhì)體外圓周上沉積玻璃粒子，并進行脫水和固結(jié)的過程，從而用較低成本實現(xiàn)光纖制造過程。
此外，高速度地合成大光纖預制棒，從而用較低成本制造出光纖預制棒。
(第五示例)下面，將描述第五示例。
在本例中，采用根據(jù)第三實施例的光纖預制棒制造方法。
首先，制備石英管。該石英管含有至少0.01wt％至10wt％的氟，并且外直徑為10mm到200mm，內(nèi)直徑為4mm到100mm。此外，該管子是摻氟石英管，其中在石英管軸向方向不均勻厚度比的平均值為1％或更小，管子偏心率比的平均值為1％或更小，而外直徑的橢圓度平均而言為1％或更小。通過內(nèi)部沉積方法在該石英管的內(nèi)圓周表面上沉積含有氟、鍺和磷其中至少一種作為除SiO2以外的雜質(zhì)的玻璃層，制造出玻璃管。從而，采用預制棒分析儀評價折射率分布(第一步)。
然后，將通過OVD方法沉積的玻璃粒子沉積體固結(jié)，并拉長，制造玻璃棒。該玻璃棒的外直徑為4mm或更大，從而在軸向方向外直徑和內(nèi)直徑的橢圓度的平均值分別為1％或更小。折射率分布的中心與外直徑中心之間的偏差(偏心率)為1％或更小。通過塌縮將第一步制造出的玻璃棒與玻璃管結(jié)合，制造玻璃質(zhì)體(第二步)。
圍繞第二步獲得的玻璃質(zhì)體的外圓周形成套管部分，制造光纖預制棒。組成套管部分的玻璃粒子的沉積速度為50g/min或更大。然后，所沉積的玻璃粒子固結(jié)，使軸向方向玻璃質(zhì)體部分的直徑與套管部分的直徑的比值的改變量為1％或者更小。此外，預制棒尺寸在轉(zhuǎn)變成光纖長度時為400km長，并且所制造出的光纖預制棒在軸向方向中央芯部的橢圓度為1.5％或更小(第三步)。
以1000m/min或更大的拉絲速度將第三步制造出的光纖預制棒拉絲，制造光纖(第四步)。
在本例中，通過沉積速度相對較低的MCVD方法，可縮短玻璃合成時間，并通過快速合成方法(OVD方法)增大制造面積，從而低成本地制造光纖。
(第六示例)下面，將描述第六示例。
在本例中，采用根據(jù)第三實施例的光纖預制棒制造方法。
首先，制備石英管。該石英管含有至少0.01wt％至10wt％的氟，并且外直徑為10mm到200mm，內(nèi)直徑為4mm到100mm。此外，該管子是摻氟石英管，其中在石英管軸向方向管子的不均勻厚度比的平均值為1％或更小，管子偏心率比的平均值為1％或更小，而外直徑的橢圓度平均而言為1％或更小。然后，通過內(nèi)部沉積方法在該石英管的內(nèi)圓周表面上沉積含有氟、鍺和磷其中至少一種作為除SiO2以外的雜質(zhì)的玻璃層，制造出玻璃管。(第一步)。
然后，將通過OVD方法沉積的玻璃粒子沉積體固結(jié)，并拉長，制造玻璃棒。該玻璃棒的外直徑為4mm或更大，從而在軸向方向外直徑的橢圓度的平均值為1％或更小。折射率分布中心與外直徑中心之間的偏差(偏心率)為1％或更小。通過塌縮將第一步制造出的玻璃棒與玻璃管結(jié)合，制造玻璃質(zhì)體(第二步)。
制備作為套管的石英管。該石英管的外直徑為10mm至200mm，內(nèi)直徑為4mm至100mm。此外，該石英管不均勻厚度比的平均值為1％或更小。管子偏心率比的平均值為1％或更小。外直徑和內(nèi)直徑的橢圓度平均而言分別為1％或更小。該石英管含有至少0.001wt％至10wt％的氯。將第二步制造出的玻璃質(zhì)體插入該石英管中。將玻璃質(zhì)體與石英管結(jié)合，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換成光纖長度尺寸為400km的預制棒，并以1000m/min或更大的拉絲速度進行拉絲(第三步)。
在本例中，通過沉積速度相對較低的MCVD方法，可縮短玻璃合成時間，并通過快速合成方法(OVD方法)增大制造面積，從而低成本地制造光纖。此外，一般對光纖預制棒執(zhí)行塌縮和拉絲步驟，以降低制造成本。
在第三至第六示例中，在制造玻璃棒時，優(yōu)選在汽相或液相中對纖芯的外圓周和管子的內(nèi)圓周其中至少之一進行研磨或者蝕刻，作為調(diào)節(jié)包層與纖芯外直徑比的方法。由此，通過預先調(diào)節(jié)包層與纖芯的倍率，可獲得必然具有所需性質(zhì)的光纖預制棒。
在第三至第六示例中，優(yōu)選至少摻入鍺(Ge)到纖芯部分，作為雜質(zhì)。由此，與純石英相比，可增大芯部的折射率。
在第三至第六示例中，在制造石英管時，優(yōu)選通過OVD方法合成石英粒子，然后脫水和固結(jié)，從而管子中的殘留OH基為0.1wtppm或更小。由此，通過快速合成方法可減小成本更低的光纖的OH基的吸收損耗。
在第三至第六示例中，在將玻璃粒子的沉積體固結(jié)時優(yōu)選采用具有至少包含氟原子或氟的混合物的氣體，作為制造摻氟石英玻璃管的方法。或者，當將玻璃粒子的沉積體固結(jié)時優(yōu)選采用具有至少包含氟原子或氟以及氦氣體的混合物的氣體。由此，折射率比純石英小，并將其調(diào)節(jié)到所需的折射率。
在第三至第六示例中，優(yōu)選通過穿透或研磨沿管子的軸向方向穿一個通孔，作為制造石英玻璃管的方法。穿透過程允許高速度地通過玻璃管穿出孔，從而降低制造成本。
在穿透過程中，優(yōu)選管內(nèi)壁上除摻雜物以外的雜質(zhì)的濃度為1wtppm或更少。此外，更優(yōu)選管內(nèi)壁上除摻雜物以外的雜質(zhì)的濃度為10wtppm或更少。由此，可防止由于混入管子內(nèi)表面中的雜質(zhì)如過渡金屬引起的傳輸帶損耗增大。
在第三至第六示例中，在執(zhí)行內(nèi)部沉積方法時，優(yōu)選在玻璃管內(nèi)表面上沉積玻璃粒子時沉積速度為0.4g/min或更大，或者更優(yōu)選沉積速度為1g/min或更大。由此，通過快速執(zhí)行MCVD方法，以更低的成本制造光纖。
在第三至第六示例中，在進行內(nèi)部沉積方法時，優(yōu)選采用氫氧爐，電阻爐，等離子體焰炬或感應電爐作為加熱源。更加優(yōu)選的是采用電阻爐，等離子體焰炬或感應電爐。由于加熱源中不含水，從而可制造出在1.38μm波長處OH基的吸收損耗較低的光纖。此外，為了增大內(nèi)部沉積方法的沉積速度，優(yōu)選將管子內(nèi)部充分加熱，為此可減小管子的厚度。當使用氫氧爐作為加熱源時，該加熱源加熱管子的外圓周，同時本身產(chǎn)生水，從而隨著管厚度的減小，OH基的吸收增大。
特別是，與摻氯管子相比，摻氟管子更易于OH基的擴散。從而，發(fā)現(xiàn)當使用摻氟管作為基管時，重要的是加熱源是無水的。例如，在管子(外直徑為25mm，內(nèi)直徑為17mm)內(nèi)部沉積的玻璃層中摻入的氟濃度為0.2wtppm的樣品中，且采用氫氧爐作為熱源時，由于OH基通過管子外表面擴散到內(nèi)部，結(jié)果，1.38μm波長處的過量損耗為0.8dB/km。相反，在基管為不含氟的石英管(摻入的氯的濃度為200wtppm)，且將纖芯的外直徑和折射率調(diào)節(jié)成與摻氟管子具有相同的光強分布時，OH基引起的過量損耗為0.5dB/km。
相反，當采用等離子體或感應電爐源時，在所有情況下過量損耗均為0.11dB/km。從而，證明氫氧爐所特有的OH基的擴散得到減弱，從而光纖的OH基的擴散減弱。
在第三至第六示例中，優(yōu)選在圍繞玻璃質(zhì)體形成套管部分之前沿軸向方向拉長玻璃質(zhì)體。通過這種方法，可通過拉長預先調(diào)節(jié)玻璃質(zhì)體的外直徑。
在第三至第六示例中，優(yōu)選在圍繞玻璃質(zhì)體形成套管部分之前沿軸向方向拉長玻璃質(zhì)體，然后蝕刻玻璃質(zhì)體的外圓周。通過這種方法，可減小OH基產(chǎn)生的1.38μm波長的吸收損耗。
在第三至第六示例中，在塌縮時優(yōu)選使用感應電爐，電阻爐，氫氧焰或等離子體焰炬作為加熱源。此外，更優(yōu)選采用感應電爐。通過采用感應電爐，縮短加熱區(qū)的長度。另外，由于圍繞整個圓周均勻加熱，減小塌縮時纖芯的變形。
在第三至第六示例中，優(yōu)選塌縮期間管內(nèi)的絕對壓力為10kPa或更小，并且塌縮期間管外表面的溫度在塌縮時為1000℃至1600℃。此外，更優(yōu)選塌縮過程中管內(nèi)的絕對壓力為10kpa或更小，塌縮期間管子外表面的溫度為1000℃至1600℃。通過這種方式，減小OH基產(chǎn)生的1.38μm波長的吸收損耗。
在第三至第六示例中，當基管為摻氟石英管或純石英管時，塌縮時優(yōu)選采用等離子體焰炬，感應電爐或電阻爐作為加熱源。由于摻氟石英管或純石英管抑制OH基擴散，加熱源具有更少水含量。當使用無水加熱源時，減小了對具有吸水成分的玻璃層的去除量，從而以較低成本制造光纖預制棒。
在第三至第六示例中，優(yōu)選在扭曲光纖的同時拉制光纖。通過這種方法，減小PMD。此外，在拉制過程中，具有涂層的光纖的張力優(yōu)選為30g到300g。由此，由于通過調(diào)節(jié)帶有涂層的光纖的張力，根據(jù)制造出的光纖預制棒的成分減小光纖內(nèi)殘余應力的改變，通過調(diào)節(jié)張力減小了拉制后光纖性質(zhì)的改變。
在第三至第六示例中，拉制后玻璃直徑優(yōu)選為90μm到250μm。
在第三至第六示例中，OH基導致的光纖在1.38μm波長處的吸收損耗優(yōu)選為0.2dB/km或更小，更優(yōu)選0.1dB/km或更小。通過這種方法，通過在塌縮過程中引入無水處理，可制造出具有低OH吸收損耗的光纖。
圖23表示PMD(ps/√(km))與管子的不均勻厚度比和中央芯部的偏心率比(％)之間的關(guān)系。如圖23中所示，當?shù)谌恋诹纠性谳S向方向管子的不均勻厚度比和中央芯部的偏心率比(％)的平均值為1％或更小時，PMD為0.15(ps/√(km))或更小。
圖24表示壁厚度(mm)和與1.55μm波長處與波長無關(guān)的損耗分量(也稱作B值，單位為dB/km)之間的關(guān)系。如圖24中所示，如果壁厚度變小，則管子內(nèi)部形成的玻璃層的邊界面的粗糙度減小。當?shù)谌恋诹纠谢艿谋诤穸葹?mm或更小時，則與波長無關(guān)的損耗分量為0.01dB/km或更小。
在本例中，獲得具有低PMD的光纖。此外，高速地合成大光纖預制棒，從而制造出具有低成本的光纖預制棒。
圖25表示對于過渡金屬，傳輸損耗(dB/km)與吸收光譜波長(nm)之間的關(guān)系。在圖25中，過渡金屬為鐵(Fe)，作為通常用作源氣體輸線的不銹鋼管的一種成分。此處，通過將10wtppm的鐵加入光纖纖芯的信號傳輸區(qū)域中，測量對傳輸帶中信號波長的傳輸損耗(dB/km)。如圖25中所示，當過渡金屬如Fe作為雜質(zhì)混合到管子內(nèi)壁中時，傳輸損耗增大。從而，當如上所述通過穿透制造管子時，優(yōu)選采用高純度的穿透夾具來降低管子內(nèi)壁上除摻雜物以外的雜質(zhì)的濃度。
在本發(fā)明中，塌縮過程中優(yōu)選采用感應電爐作為加熱源。
圖26表示中央芯部的橢圓度(％)與加熱方法之間的關(guān)系(特性分布)。如圖26中所示，感應電爐在整個圓周周圍均勻加熱管子，與氫氧爐相比，塌縮之后中央芯部的橢圓度減小。
在本發(fā)明中，優(yōu)選在流速為0.1slm(標準升/分)或更大的氯氣氛中，且管表面溫度為800℃或更高時對要進行塌縮的玻璃管和玻璃管進行脫水和焙干。通過這種方法，去除了玻璃棒和玻璃管內(nèi)壁上吸收的水含量。
此外，塌縮之前優(yōu)選在汽相中蝕刻管子的內(nèi)表面。通過這種方法，去除粘著到管子內(nèi)表面上的含有雜質(zhì)粒子或OH的層。
圖27表示露點(℃)和OH基濃度(wtppm)與氣體SF6和Cl2總流量(slm)之間的關(guān)系。在圖27中，附圖標記27A表示露點(℃)與氣體SF6和Cl2的總流量(slm)之間的關(guān)系，附圖標記27B表示OH基濃度(wtppm)與氣體SF6和Cl2的總流量(slm)之間的關(guān)系。如圖27中所示，當氣體SF6和Cl2的總流量(slm)增大時，露點(℃)和OH基濃度(wtppm)減小。
在本發(fā)明中，在蝕刻時，優(yōu)選Cl2的流速為0.1slm或者更大，SF6的流速為50sccm(標準cc/min)或者更大，管子表面溫度為1500℃或更高。通過這種方法，去除粘著到管子表面上的含有雜質(zhì)物質(zhì)或OH的層。
(第七示例)在第七示例中，采用根據(jù)第二實施例的光纖預制棒制造方法制造光纖。在本例中，中央芯部121的相對折射率差Δc為0.5％，環(huán)形部分123的相對折射率差Δr為0.27％，第一被覆部分的相對折射率差Δd1為-0.3％，第二被覆部分的相對折射率差Δd2為-0.15％，外包層125的相對折射率差Δo為0％。
參照圖12，中央芯部121的外直徑2c與第一被覆部分122的外直徑2d的比值為0.66，第一被覆部分122的外直徑2d與環(huán)形部分123的外直徑2r的比值為0.57，環(huán)形部分123的外直徑2r與第二被覆部分124的外直徑2d′的比值為0.5。
用于玻璃棒的基管的外直徑為30mm，內(nèi)直徑為17mm，且軸向長度為1900mm。在沉積玻璃粒子之前蝕刻基管的內(nèi)直徑表面。
然后，制備出外直徑為17mm，軸向方向橢圓度的平均值為0.2％，且軸向長度為1750mm的棒。將棒插入基管中，并進行塌縮。由此，制造出玻璃棒。
然后，通過MCVD方法在用作玻璃管的基管的上沉積玻璃層。此時，使用與第二被覆部分124相應的摻有氟的管子作為玻璃管基管，并且在用作玻璃管的基管內(nèi)部沉積一含有鍺的附加層和含有氟的附加層。此時，玻璃層的沉積速度為1.1g/min。此處，用作玻璃管的基管的外直徑為32mm，內(nèi)直徑為11mm，軸向直徑比玻璃棒短9mm。由此，制造出玻璃管。通過塌縮結(jié)合玻璃棒與玻璃管，產(chǎn)生玻璃質(zhì)體。
之后，通過下述方式在玻璃質(zhì)體周圍形成套管部分，制造光纖預制棒。玻璃粒子的沉積速度為100g/min，固結(jié)后套管部分的外直徑為91.5mm，軸向長度為1280mm，中央芯部的橢圓度為0.1％，軸向方向玻璃質(zhì)體的外直徑橢圓度的平均值為0.22％。
通過以下方法將光纖預制棒拉絲。在拉絲速度為1200m/min，張力為50g且振動輥的扭轉(zhuǎn)速度為50rpm的條件下將光纖預制棒拉絲，使拉絲長度為685km。所拉制光纖的PMD為0.12ps/√(km)。
如上所述，在本例中獲得具有優(yōu)異性質(zhì)的光纖。
另一方面，并非形成套管部分，而將玻璃質(zhì)體插入套管(外直徑為80mm，內(nèi)直徑為31mm)中，并進行棒內(nèi)拉絲，從而在本例中獲得具有優(yōu)異性質(zhì)的光纖。
(第八示例)在第八示例中，采用根據(jù)第三實施例的光纖預制棒制造方法制造光纖。在本例中，折射率Nc為0.5％，折射率Nr為0.27％，折射率Nd1為-0.3％，折射率Nd2為-0.15％，折射率No為0％。
參照圖12，中央芯部121的外直徑2c與第一被覆部分122的外直徑2d的比值為0.66，第一被覆部分122的外直徑2d與第一環(huán)形部分123的外直徑2r的比值為0.57，第一環(huán)形部分123的外直徑2r與第二被覆部分124的外直徑2d′的比值為0.5。
制備用作與第二被覆部分124相應的玻璃棒的基管。該基管的外直徑為32mm，內(nèi)直徑為8mm，且軸向長度為1900mm。在沉積玻璃粒子之前蝕刻基管的內(nèi)表面。然后，利用MCVD方法通過在基管內(nèi)部沉積摻有鍺的附加層和摻有氟的附加層，產(chǎn)生與第一環(huán)形部分123相應的玻璃層和與第一被覆部分122相應的玻璃層，從而制造玻璃管。此處，內(nèi)部沉積過程中玻璃層的沉積速度為0.5g/min。
然后，制備外直徑為6mm，軸向橢圓度的平均值為0.2％，且軸向長度為1800mm的玻璃棒。通過塌縮將玻璃棒與玻璃管結(jié)合，產(chǎn)生玻璃質(zhì)體。之后，通過火焰使玻璃質(zhì)體的外圓周體平滑。
此后，通過以下方法在玻璃質(zhì)體周圍形成套管部分。玻璃粒子的沉積速度為100g/min，塌縮后玻璃質(zhì)體的外直徑為31mm，固結(jié)后套管部分的外直徑為90mm，軸向長度為1280mm，軸向方向中央芯部的橢圓度的平均值為0.1％，軸向方向玻璃質(zhì)體的外直徑橢圓度的平均值為0.2％。
在拉絲步驟中，在拉絲速度為1200m/min，光纖張力為50g且振動輥的扭轉(zhuǎn)速度為50rpm的條件下將光纖預制棒拉絲，使拉絲長度為685km。所拉制光纖的PMD為0.11ps/√(km)。
如上所述，在本例中獲得具有優(yōu)異性質(zhì)的光纖。
另一方面，并非形成套管部分，而將玻璃質(zhì)體插入套管(外直徑為80mm，內(nèi)直徑為31mm)中，并進行棒內(nèi)拉絲，從而在本例中獲得具有優(yōu)異性質(zhì)的光纖。
為了增大通過MCVD方法形成的玻璃層的沉積速度，希望減小基管的壁厚度(例如，2mm至8mm)，因為通過外部加熱源有效地加熱管子內(nèi)部，增大源氣體的灰產(chǎn)生率。例如，在厚度為4mm的情形中，玻璃層的沉積速度可增大到2g/min。
本發(fā)明不限于上述實施例，可適當?shù)貙ζ溥M行多種變型或改進。
例如，可采用根據(jù)本發(fā)明的光纖預制棒制造方法制造五包層光纖和六包層光纖。
圖28表示用于五包層光纖的光纖預制棒的折射率分布。
在圖28的光纖預制棒中，中央芯部281的折射率Nc為0.5％，第一被覆部分282的折射率Nd1為-0.3％，第一環(huán)形部分283的折射率Nr1為0.27％，第二被覆部分284的折射率Nd2為-0.15％，第二環(huán)形部分285的折射率Nr2為0.17％，外包層286的折射率No為0％。即，存在關(guān)系Nc≥Nr1＞Nr2＞No＞Nd2≥Nd1。此處，第一和第二環(huán)形部分283和285的折射率Nr1和Nr2小于中央芯部281的折射率Nc，大于第一和第二被覆部分282和284的折射率Nd1。此外，第一和第二被覆部分282和284的折射率Nd1和Nd2小于外包層286的折射率No。從而，當折射率Nr1和Nr2假設(shè)為折射率Nr1，且折射率Nd1和Nd2假設(shè)為折射率Nd時，存在關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。
此外，中央芯部281的外直徑281c與第一被覆部分282的外直徑282d的比值為0.6，第一被覆部分282的外直徑282d與第一環(huán)形部分283的外直徑283r的比值為0.63，第一環(huán)形部分283的外直徑283r與第二被覆部分284的外直徑284d的比值為0.61，第二被覆部分284的外直徑284d與第二環(huán)形部分285的外直徑285r的比值為0.7。
下面將描述采用根據(jù)第三實施例的光纖預制棒制造方法制造用于五包層光纖的光纖預制棒的過程。
首先，執(zhí)行通過VAD方法制造與中央芯部281相應的芯棒的玻璃棒制造步驟，制造玻璃棒。
測量玻璃棒的折射率分布，并且根據(jù)測量結(jié)果設(shè)計中央芯部的外直徑和中央芯部周圍的折射率分布參數(shù)。
除玻璃棒制造步驟之外，執(zhí)行玻璃管制造步驟。在玻璃管制造步驟中，制備與第二環(huán)形部分285相應的石英管作為基管。通過在該基管的內(nèi)圓周上沉積玻璃粒子，相繼形成與第二被覆部分284相應的玻璃層，與第一環(huán)形部分283相應的玻璃層，和與第一被覆部分282相應的玻璃層，從而制造玻璃管。
將玻璃棒插入玻璃管中，并通過塌縮與玻璃管結(jié)合，制造玻璃質(zhì)體。
圍繞玻璃質(zhì)體的外圓周形成作為外包層286的套管部分，制造光纖預制棒。將該光纖預制棒拉絲，產(chǎn)生五包層光纖。
圖29表示用于六包層光纖的光纖預制棒的折射率分布。
在圖29的光纖預制棒中，中央芯部291的折射率Nc為0.5％，第一被覆部分292的折射率Nd1為-03％，第一環(huán)形部分293的折射率Nr1為0.27％，第二被覆部分294的折射率Nd2為-0.15％，第二環(huán)形部分295的折射率Nr2為0.17％，第三被覆部分296的折射率Nd3為-0.15％，外包層297的折射率No為0％。即，存在關(guān)系Nc≥Nr1＞Nr2＞No＞Nd3＝Nd2＞Nd1。此處，第一和第二環(huán)形部分293和295的折射率Nr1和Nr2小于中央芯部291的折射率Nc，大于外包層297的折射率No。此外，第一、第二和第三被覆部分292、294和296的折射率Nd1、Nd2和Nd3小于外包層297的折射率No。從而，當折射率Nr1和Nr2假設(shè)為折射率Nr1，且折射率Nd1、Nd2和Nd3假設(shè)為折射率Nd時，折射率之間存在關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。
此外，中央芯部291的外直徑291c與第一被覆部分292的外直徑292d的比值為0.6，第一被覆部分292的外直徑292d與第一環(huán)形部分293的外直徑293r的比值為0.63，第一環(huán)形部分293的外直徑293r與第二被覆部分294的外直徑294d的比值為0.61，第二被覆部分294的外直徑294d與第二環(huán)形部分295的外直徑295r的比值為0.7。第二環(huán)形部分295的外直徑295r與第三被覆部分296的外直徑296d的比值為0.77。
下面將描述采用根據(jù)第三實施例的光纖預制棒制造方法制造用于六包層光纖的光纖預制棒的過程。
首先，執(zhí)行通過VAD方法制造與中央芯部291相應的芯棒的玻璃棒制造步驟，制造玻璃棒。
測量該玻璃棒的折射率分布，并且根據(jù)測量結(jié)果設(shè)計中央芯部的外直徑和中央芯部周圍的折射率分布參數(shù)。
除玻璃棒制造步驟之外，執(zhí)行玻璃管制造步驟。在玻璃管制造步驟中，制備與第三被覆部分296相應的石英管作為基管。通過在該基管的內(nèi)圓周上沉積玻璃粒子，相繼形成與第二環(huán)形部分295相應的玻璃層，與第二被覆部分294相應的玻璃層，與第一環(huán)形部分293相應的玻璃層，和與第一被覆部分292相應的玻璃層，從而制造玻璃管。
將玻璃棒插入玻璃管中，并通過塌縮與玻璃管結(jié)合，制造玻璃質(zhì)體。
圍繞玻璃質(zhì)體的外圓周形成作為外包層297的套管部分，制造光纖預制棒。將該光纖預制棒拉絲，產(chǎn)生六包層光纖。
在制造用于五包層光纖和六包層光纖的光纖預制棒時，可采用根據(jù)第二實施例的光纖預制棒制造方法。
由此，通過所述的光纖預制棒制造方法，可制造出具有若干層的并非五包層光纖和六包層光纖的多層光纖。在多層光纖中，當存在多個被覆部分和多個環(huán)形部分時，假設(shè)各被覆部分的折射率小于外包層的折射率，各環(huán)形部分的折射率大于外包層的折射率。此時，對于中央芯部的折射率Nc，被覆部分的折射率Nd，環(huán)形部分的折射率Nr和外包層的折射率No，存在關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。
在上述的所有示例中，為了合成套管層，可通過VAD方法或者具有多個噴燈的外部沉積方法沉積玻璃粒子，并脫水和固結(jié)而成。
已經(jīng)參照具體實施例詳細描述了本發(fā)明，不過本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以想到，在不偏移本發(fā)明真實精神和范圍的條件下可進行多種其他改變或變型。
本申請基于2002年4月16日提交的日本專利申請(JP-A-2002-113280)，其內(nèi)容在此引作參考。
<工業(yè)應用>
如上所述，對于光纖預制棒制造方法，光纖制造方法和光纖，首先，通過適當組合中央芯部與被覆部分制造玻璃棒，其中每一部分具有基于折射率分布測量出的折射率，按照光纖的性質(zhì)制造玻璃棒。另一方面，制造具有環(huán)形部分的玻璃管。然后，通過塌縮將分別制造的玻璃管與玻璃棒結(jié)合，從而高精度地制造出具有所需性質(zhì)和復雜分布的光纖預制棒和光纖。
權(quán)利要求
1.一種制造光纖預制棒的方法，該光纖預制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部外面，至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的環(huán)形部分，和具有最大折射率值No的外包層，該光纖預制棒的折射率值之間滿足關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd，該方法的特征在于包括以下步驟玻璃棒制造步驟，通過將至少包含中央芯部的棒插入至少包含被覆部分的管中，并通過塌縮將它們結(jié)合，從而制造玻璃棒；玻璃管制造步驟，制造具有環(huán)形部分的玻璃管；以及在玻璃棒插入玻璃管中之后，通過塌縮將玻璃棒與玻璃管結(jié)合制造玻璃質(zhì)體的結(jié)合步驟。
2.一種制造光纖預制棒的方法，該光纖預制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部外面，至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的環(huán)形部分，和具有最大折射率值No的外包層，該光纖預制棒的折射率值之間滿足關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd，該方法的特征在于包括以下步驟玻璃棒制造步驟，制造作為中央芯部的玻璃棒；玻璃管制造步驟，通過在基管內(nèi)部沉積至少具有一種或多種折射率的玻璃層而制造玻璃管；以及在玻璃棒插入玻璃管中之后，通過塌縮將玻璃棒與玻璃管結(jié)合制造玻璃質(zhì)體的結(jié)合步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于還包括以下步驟測量玻璃棒的折射率分布；并且根據(jù)測量結(jié)果設(shè)計中央芯部的外直徑和中央芯部外部的折射率分布參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于玻璃棒的中央芯部的橢圓度為0.4％或更小，并且每10mm長度的玻璃棒中，玻璃棒塌縮界面上出現(xiàn)的空隙數(shù)量等于或小于1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4其中任何一個所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于包括測量玻璃棒的折射率分布；并根據(jù)測量結(jié)果設(shè)計中央芯部的外直徑與被覆部分的外直徑的比值Ra，被覆部分的外直徑與環(huán)形部分的外直徑的比值Rb，以及環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，3至5其中任何一個所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于所述玻璃棒制造步驟包括制造與被覆部分的所需直徑相比其被覆部分具有更大直徑的玻璃棒的半成品，根據(jù)對玻璃棒半成品的折射率分布測量結(jié)果確定所需的比值Ra，并去除玻璃棒半成品的外圓周體，獲得目標比值Ra。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，3至6其中至少一個所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于所述玻璃管制造步驟包括通過內(nèi)部沉積方法在作為原材料的玻璃管的內(nèi)表面上形成環(huán)形部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于采用所述結(jié)合步驟中結(jié)合成的玻璃質(zhì)體作為光纖預制棒，其中中央芯部的橢圓度為1.5％或更小，并且每10mm的玻璃棒長度中玻璃棒塌縮界面上出現(xiàn)的空隙數(shù)量等于或小于1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8其中任何一個所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于假設(shè)中央芯部的外直徑與被覆部分的外直徑的比值為Ra＝2c/2d，被覆部分的外直徑2d與環(huán)形部分的外直徑的比值為Rb＝2d/2r，中央芯部與外包層的相對折射率差Δc為(Nc-No)/No×100[％]，被覆部分與外包層的相對折射率差Δd為(Nd-No)/No×100[％]，環(huán)形部分與外包層的相對折射率差Δr為(Nr-No)/No×100[％]，則滿足以下不等式，0.20≤Ra≤0.600.50≤Rb≤0.8090μm≤2o≤150μm2.5％≥Δc≥0.8％-0.8％≤Δd≤-0.2％以及1.0％≥Δr≥0.1％并且在1550nm波長處光纖的色散值為+8ps/km/nm或更小。
10.一種光纖制造方法，其特征在于包括將根據(jù)權(quán)利要求1至9其中任何一個所述的光纖預制棒制造方法制造出的光纖預制棒拉絲的拉絲步驟。
11.一種光纖，其特征在于該光纖通過根據(jù)權(quán)利要求1到10其中任何一個所述的光纖預制棒制造方法或者根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖制造方法制造而成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于在玻璃質(zhì)體的外部形成固定外直徑的套管部分，使所拉制出的光纖中具有適當?shù)睦w芯直徑。
13.一種光纖制造方法，其特征在于包括將根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的玻璃質(zhì)體插入套管中，并在加熱之后立即拉絲；以及將玻璃質(zhì)體與套管結(jié)合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于該基管為至少摻有氟的石英管。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于采用MCVD方法進行內(nèi)部沉積，其中玻璃層的沉積速度為0.4g/min或更大。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于采用MCVD方法進行內(nèi)部沉積，其中玻璃層的沉積速度為1.0g/min或更大。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于在MCVD方法中使用感應電爐，等離子體焰炬或電阻爐作為加熱源。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖預制棒制造方法，其特征在于在軸向方向玻璃棒和玻璃管中每一個的內(nèi)直徑或外直徑的橢圓度為1％或者更小，并且在軸向方向玻璃棒的偏心率為1％或者更小。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖，其特征在于PMD為0.15ps/√(km)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖，其特征在于OH基在1.38μm波長處的過量吸收損耗為0.2dB/km或更小。
21.一種玻璃管制造方法，用于制造根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的光纖預制棒，其特征在于通過VAD方法，OVD方法或者具有多個噴燈的外部沉積方法合成石英粒子，然后脫水和固結(jié)，從而管子中的殘留OH基為0.001wtppm或更小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖預制棒制造方法和一種光纖制造方法，其中高精度地制造具有復雜分布的光纖；以及一種光纖。本發(fā)明提供光纖預制棒制造方法，其中該光纖預制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部外面，至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的環(huán)形部分，和具有最大折射率值No的外包層，該光纖預制棒的折射率值之間滿足關(guān)系Nc≥Nr＞No＞Nd。該方法的特征在于包括以下步驟玻璃棒制造步驟，通過將至少包含中央芯部的棒插入至少包含被覆部分的管中，并通過塌縮將它們結(jié)合，從而制造玻璃棒；玻璃管制造步驟，制造具有環(huán)形部分的玻璃管；以及在玻璃棒插入玻璃管中之后，通過塌縮將玻璃棒與玻璃管結(jié)合制造玻璃質(zhì)體的結(jié)合步驟。
文檔編號G02B6/036GK1646438SQ0380857
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者平野正晃, 梁田英二, 橫川知行, 佐佐木隆 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社