專利名稱：光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及能夠提高衰減損耗均勻性的光纖及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)光纖因“OH”鍵所導(dǎo)致的光吸收而在1383nm(納米)量級(jí)內(nèi)的波長處表現(xiàn)出高的衰減損耗。因此，傳統(tǒng)光纖不適于在1383nm波長段處的光通信。通常，1383nm的波長段包括1340nm和1440nm之間的波長。為了解決發(fā)生在1383nm波長段內(nèi)的問題，提出了低水峰光纖。圖1A是圖示出沿低水峰光纖在縱向上測得的衰減損耗的圖。然而，盡管低水峰光纖能夠降低由“OH”鍵所導(dǎo)致的光吸收引起的衰減損耗，但是衰減損耗在1383nm的波長段內(nèi)沿低水峰光纖的縱向方向不均勻地產(chǎn)生。
參照圖1A，低水峰光纖在1383nm的波長段內(nèi)沿低水峰光纖的縱向方向在4.9至5km的區(qū)域處表現(xiàn)出大約0.35至0.37dB/km的衰減損耗101。另外，在低水峰光纖的整個(gè)區(qū)域上的平均衰減損耗102為大約0.3dB/km。因此，當(dāng)?shù)退骞饫w被用于1383nm波長段內(nèi)的光通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，衰減損耗沿低水峰光纖在縱向上不均勻地分布，從而導(dǎo)致通信故障或通信錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
因此，作出本發(fā)明以解決出現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，并且，本發(fā)明的目的在于提供這樣一種光纖，它能夠在1383nm的波長段內(nèi)降低衰減損耗，同時(shí)獲得沿光纖的縱向方向均勻的衰減損耗分布。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光纖，其中，在1383nm的波長段內(nèi)，沿所述光纖縱向方向的衰減損耗的不均勻性等于或小于0.05dB/km，并且衰減損耗的平均值等于或小于0.35dB/km。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種光纖制造方法。所述方法包括步驟(a)在將芯部表面的平均溫度保持在等于或小于1000℃的水平、以及將根據(jù)煙灰預(yù)制棒生長長度的芯部表面溫度變化保持在-10至10℃/cm范圍內(nèi)的同時(shí)制造煙灰預(yù)制棒；(b)通過脫水、固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒來制造光纖預(yù)制棒；以及(c)在1900至2300℃之間的溫度范圍下，從所述光纖預(yù)制棒拉出光纖。


本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)敘述中將更加顯而易見，在附圖中圖1A是圖示出區(qū)域衰減損耗和平均衰減損耗之間的關(guān)系的曲線圖；圖1B是圖示出區(qū)域衰減損耗差的曲線圖，該區(qū)域衰減損耗差由圖1A中所示的區(qū)域衰減損耗和平均衰減損耗之間的關(guān)系獲得；圖2是圖示出波式非直線(wave style non-straight line)(Pwave)的曲線圖；圖3是圖示出階式非直線(step style non-straight line)的曲線圖；圖4A和4B是圖示出在1383nm的波長段內(nèi)根據(jù)本發(fā)明所述制造的光纖的區(qū)域衰減損耗的曲線圖；圖5是圖示出根據(jù)本發(fā)明所述的光纖的波式非直線的曲線圖；圖6是圖示出通過氣相軸向沉積制造煙灰預(yù)制棒的裝置和方法的視圖；圖7是圖示出通過外部氣相軸向沉積制造煙灰預(yù)制棒的裝置和方法的視圖；圖8A和8B是圖示出沿?zé)熁翌A(yù)制棒的芯部長度測得的煙灰預(yù)制棒芯部表面溫度的曲線圖，其中煙灰預(yù)制棒通過氣相軸向沉積生長；以及圖9的視示出通過區(qū)域燒結(jié)方法沿?zé)熁翌A(yù)制棒縱向方向燒結(jié)和玻璃化煙灰預(yù)制棒的步驟。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。為了清楚和簡單起見，這里將略去對此處并入的公知功能和構(gòu)造的詳細(xì)描述，因?yàn)檫@些描述會(huì)使本發(fā)明的主題不清楚。
本發(fā)明涉及用于1383nm波長段內(nèi)的光通信的光纖及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖在1383nm波長段內(nèi)沿其縱向方向表現(xiàn)出均勻的衰減損耗特性。
能夠使用光時(shí)域反射(OTDR)、通過衰減損耗測量來測量不均勻性參數(shù)，由此能夠檢測沿光纖縱向方向的這種均勻衰減損耗。
不均勻性參數(shù)包括區(qū)域衰減損耗差、波式非直線(wave stylenon-straight line)(Pwave)、階式非直線(step style non-straight line)(Pstep)等。在國際標(biāo)準(zhǔn)，如IEC-TR62033和ICE-TR62316中定義了以上不均勻性參數(shù)和OTDR。
圖1B是圖示出區(qū)域衰減損耗差的曲線圖，該區(qū)域衰減損耗差由圖1A中所示的區(qū)域衰減損耗和平均衰減損耗之間的關(guān)系獲得。區(qū)域衰減損耗差103是指在預(yù)定區(qū)域處衰減損耗101和平均衰減損耗之差。
圖2是圖示出波式非直線(Pwave)的曲線圖，波式非直線(Pwave)定義為通過最小二乘逼近獲得的基本趨勢線202和OTDR功率標(biāo)記(powersignature)201之間的差分值203。
圖3是圖示出階式非直線的曲線圖。階式非直線定義為形成在兩個(gè)相鄰的OTDR測量點(diǎn)之間的趨勢線301a和301b之間的差分值302。
圖4A和4B是圖示出根據(jù)本發(fā)明所述制造的光纖的區(qū)域衰減損耗的曲線圖，其中在1383nm量級(jí)的波長段內(nèi)，區(qū)域衰減損耗差降低至等于或小于0.02dB/km的水平。
圖5是圖示出根據(jù)本發(fā)明所述的光纖的波式非直線的曲線圖，其中，在1383nm的波長段內(nèi)，波式非直線的衰減損耗被降低至等于或小于0.03dB/km的水平。參照圖5，在1383nm的波長段內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明所述的光纖的階式非直線的衰減損耗被降低至等于或小于0.01dB/km的水平。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過以下步驟制造光纖(a)在將芯部表面的平均溫度保持在等于或小于1000℃的水平、以及將根據(jù)煙灰預(yù)制棒生長長度的芯部表面溫度變化(dT/dz)保持在-10至10℃/cm范圍內(nèi)的同時(shí)，通過沉積煙灰制造煙灰預(yù)制棒；(b)通過脫水、固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒來制造光纖預(yù)制棒；以及(c)在1900至2300℃之間的溫度下，從所述光纖預(yù)制棒拉出光纖。
圖6的視示出通過氣相軸向沉積制造煙灰預(yù)制棒的裝置。參照圖6，煙灰預(yù)制棒610包括起始棒，該起始棒由玻璃制成，并在垂直軸線620上對準(zhǔn)，以便為生長煙灰預(yù)制棒610提供基礎(chǔ)；芯部601，芯部601通過在所述起始棒的端部處沉積煙灰而形成；以及包層602。芯部601具有相對較高的折射率，而圍繞芯部601的包層602具有相對較低的折射率。在沉積煙灰的同時(shí)，煙灰預(yù)制棒610轉(zhuǎn)動(dòng)并以預(yù)定速度向上移動(dòng)。此時(shí)，煙灰預(yù)制棒610繞垂直軸線620轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使煙灰預(yù)制棒610具有旋轉(zhuǎn)對稱性。另外，由于煙灰預(yù)制棒610沿垂直軸線620向上移動(dòng)，故煙灰預(yù)制棒610沿垂直軸線620向下連續(xù)生長。
將源材料進(jìn)給到第一噴燈(torch)603內(nèi)，其中，源材料包括用于形成玻璃的SiCl4和用于控制折射率的GeCl4；包括氫的燃?xì)?GF)；以及包括氧的氧化氣體(GO)?？蛇x擇地，POCl3和BCl3的其中之一可被用作控制折射率用的材料。
第一噴燈603a具有中心軸線，該中心軸線傾斜，同時(shí)相對于垂直軸線620形成銳角，并且第一噴燈603a噴射煙灰，煙灰包括GeO2和SiO2，并用導(dǎo)向煙灰預(yù)制棒610端部的火焰產(chǎn)生，從而，芯部601從煙灰預(yù)制棒610的端部向下生長。也就是，第一噴燈603a所產(chǎn)生的煙灰在沿火焰移動(dòng)的同時(shí)沉積在芯部表面601a上。
如果煙灰預(yù)制棒表面上的平均溫度超過1000℃，包含在煙灰內(nèi)的一部分GeO2可被還原成GeO。這種GeO具有不穩(wěn)定的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，使得它可能導(dǎo)致玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺陷。這種玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺陷還可增大“OH”鍵的可能性。另外，包括GeO的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不均勻分布可導(dǎo)致沿縱向方向不均勻的“OH”衰減損耗。因此，需要控制火焰強(qiáng)度、第一噴燈603a的位置和角度，使得煙灰預(yù)制棒表面上的平均溫度不超過1000℃。
圖8A和8B是圖示出作為生長長度(cm)函數(shù)的溫度(℃)的曲線圖，其中，x軸代表生長長度，y軸代表溫度。圖8B示出芯部表面601a的溫度變化(dT/dz)802，溫度變化(dT/dz)802作為煙灰預(yù)制棒生長長度的函數(shù)。優(yōu)選在將芯部表面601a的溫度變化(dT/dz)802保持在-10至10℃/cm范圍內(nèi)的同時(shí)沉積煙灰。另外，如圖8A中所示，優(yōu)選將芯部表面601a的平均溫度保持在700至850℃的范圍內(nèi)。在圖8B中，“z”是指通過氣相軸向沉積生長的煙灰預(yù)制棒的生長長度，而“T”是指芯部煙灰的表面溫度。
除了氣相軸向沉積以外，如圖7中所示，外部氣相沉積可被采用以制造煙灰預(yù)制棒。參照圖7，煙灰預(yù)制棒710包括芯部701和包層702，其中，芯部701包括GeO2和SiO2，而包層702包括SiO2。為了允許包層702與芯部701相比具有相對較低的折射率，可進(jìn)一步將包括SiCl(4-2x)Ox或SiF(4-2x)Ox的材料加入到包層702。這里，“x”是指0或1。
圖7中所示的用于制造煙灰預(yù)制棒的裝置包括被進(jìn)給入SiCl4、GeCl4、燃料和氧氣的燃燒器(burner)。另外，燃燒器在高溫加熱SiCl4和GeCl4，以便SiCl4和GeCl4跟氧發(fā)生反應(yīng)，從而形成包括GeO2和SiO2的煙灰。該煙灰在沿燃燒器火焰移動(dòng)的同時(shí)被沉積，從而順序地形成煙灰預(yù)制棒的芯部和包層。優(yōu)選在芯部煙灰被沉積以形成煙灰預(yù)制棒的時(shí)候，將芯部表面的平均溫度保持在等于或小于1000℃的水平，且沿芯部表面的縱向方向，芯部表面上溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差等于或小于10℃。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述制造的煙灰預(yù)制棒610通過順序地進(jìn)行脫水、固化和玻璃化工藝而被加工成光纖預(yù)制棒。
煙灰預(yù)制棒610的脫水工藝在將煙灰預(yù)制棒610的平均溫度保持在900至1300℃的范圍內(nèi)的同時(shí)，在包括Cl2的惰性氣體氛圍下進(jìn)行。因“OH”鍵所導(dǎo)致的光吸收而發(fā)生在1383nm波長段內(nèi)的衰減損耗與Cl2密度和脫水時(shí)間成比例地降低。在脫水工藝期間，余留在包括氦(He)的惰性氣體內(nèi)的氧密度必須小于30ppm。因此，0.3至10體積百分?jǐn)?shù)的Cl2被加入到惰性氣體，并且，總的脫水時(shí)間在12分鐘至6小時(shí)的范圍內(nèi)。優(yōu)選在脫水工藝期間，將煙灰預(yù)制棒的平均溫度保持在1050至1200℃的范圍內(nèi)。
圖9的視示出通過區(qū)域燒結(jié)方法沿?zé)熁翌A(yù)制棒縱向方向燒結(jié)和玻璃化煙灰預(yù)制棒的步驟。參照圖9，芯部孔的數(shù)量隨著固化速度的降低而減少，而芯部孔導(dǎo)致階式非直線。因此，優(yōu)選在低固化速度下執(zhí)行區(qū)域燒結(jié)方法、以便減小階式非直線。在使用區(qū)域燒結(jié)方法燒結(jié)煙灰預(yù)制棒時(shí)，固化速度優(yōu)選設(shè)定為等于或低于煙灰預(yù)制棒的1/10直徑(901)/分鐘的水平。優(yōu)選該水平設(shè)定為等于或低于煙灰預(yù)制棒的1/20直徑(901)/分鐘。也就是，如果煙灰預(yù)制棒的直徑為200mm，則固化速度優(yōu)選設(shè)定為等于或低于20mm/分鐘的水平，并且，固化速度優(yōu)選設(shè)定為等于或低于10mm/分鐘的水平。參照圖5，如果固化速度設(shè)定為等于或低于煙灰預(yù)制棒的1/20直徑/分鐘的水平，則光纖的階式非直線小于0.01dB?；氐綀D3中所示的裝置，如果固化速度設(shè)定為高于煙灰預(yù)制棒的1/5直徑/分鐘，則光纖的階式非直線超過0.06dB。
除了區(qū)域燒結(jié)方法以外，可采用完全燒結(jié)方法以燒結(jié)煙灰預(yù)制棒。根據(jù)完全燒結(jié)方法，熱被均勻地施加在煙灰預(yù)制棒的整個(gè)區(qū)域上，從而沿?zé)熁翌A(yù)制棒的縱向方向燒結(jié)煙灰預(yù)制棒的整個(gè)區(qū)域。在這種情況下，為了最小化封閉孔的數(shù)量，在將煙灰預(yù)制棒的平均溫度保持在1100至1500℃的范圍內(nèi)、并沿?zé)熁翌A(yù)制棒的縱向方向?qū)熁翌A(yù)制棒上溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持在等于或低于10℃的水平的同時(shí)，燒結(jié)工藝在大約10torr或更低的真空氛圍下執(zhí)行。
在通過以上步驟制造的光纖預(yù)制棒時(shí)，包層對芯部的比等于或大于3.5，優(yōu)選等于或大于4。更優(yōu)選光纖預(yù)制棒的包層直徑為20mm，這大于芯部直徑至少四倍。為了滿足單模條件，次包層可被加到充當(dāng)主預(yù)制棒的光纖預(yù)制棒的外表面，從而使包層的直徑大于芯部直徑至少12倍。可利用如外部氣相沉積、等離子外部氣相沉積、或套管法(over-jacketing)這樣的不同方案，以通過將次包層加到主預(yù)制棒的外表面來制造次光纖預(yù)制棒，其中，在套管法中，熱被施加給形成在主預(yù)制棒上的石英管。在制造主預(yù)制棒時(shí)，優(yōu)選將包層設(shè)計(jì)成其直徑大于芯部直徑至少4倍。
在1900至2300℃的溫度范圍下，通過熔化和拉拔光纖預(yù)制棒的端部將光纖從通過以上步驟制造的光纖預(yù)制棒拉出。在拉光纖時(shí)，光纖外徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)選保持在等于或小于0.8μm的水平。更優(yōu)選將光纖外徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持在等于或小于0.2μm的水平。也就是，優(yōu)選將光纖外徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持得盡可能低。在光纖外徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差變高時(shí)，沿光纖的縱向方向模場直徑(mode filed diameter)的變化可增大，從而導(dǎo)致不均勻的衰減損耗。
本發(fā)明最小化因“OH”鍵所導(dǎo)致的光吸收而發(fā)生在1383nm波長段內(nèi)的衰減損耗和沿光纖的縱向方向衰減損耗的不均勻性，從而提供了適用于1383nm波長段處的光通信的光纖。因此，根據(jù)本發(fā)明所述的光纖可被優(yōu)選用于1310nm至1625nm的波長范圍內(nèi)。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，可以在不脫離如附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精髓和范圍的情況下，對其作出形式和細(xì)節(jié)上的多種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種光纖，其中，在1383nm的波長段處沿所述光纖縱向方向的衰減損耗的不均勻性等于或小于0.05dB/km，并且，衰減損耗的平均值等于或小于0.35dB/km。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述光纖的衰減損耗的不均勻性包括沿所述光纖的縱向方向在預(yù)定區(qū)域處所述光纖的區(qū)域衰減損耗和平均衰減損耗之差。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，沿所述光纖縱向方向的不均勻性包括波式非直線。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，沿所述光纖縱向方向的不均勻性包括階式非直線。
5.一種光纖，其中，在1383nm的波長段處沿所述光纖縱向方向的衰減損耗的不均勻性等于或小于0.10dB/km，衰減損耗的平均值等于或小于0.35dB/km，色散系數(shù)處在1.5至8.0ps/nmkm的范圍內(nèi)，最大單模截止波長為1340nm，以及在1383nm波長段處最大偏振模式色散為0.20ps/nmkm1/2。
6.一種光纖制造方法，所述方法包括步驟(a)在將芯部表面的平均溫度保持在等于或小于1000℃的水平、以及將根據(jù)煙灰預(yù)制棒生長長度的芯部表面溫度變化保持在-10至10℃/cm范圍內(nèi)的同時(shí)，制造煙灰預(yù)制棒；(b)通過脫水、固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒來制造光纖預(yù)制棒；以及(c)在1900至2300℃之間的溫度范圍下，從所述光纖預(yù)制棒拉出光纖。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在步驟(b)中，所述煙灰預(yù)制棒在將所述煙灰預(yù)制棒的平均溫度保持在900至1300℃的范圍內(nèi)的同時(shí)、在包括0.3至10體積百分?jǐn)?shù)的Cl2的惰性氣體氛圍下被脫水12分鐘至6小時(shí)，其中，He被用作惰性氣體，并且氧濃度被保持在低于30ppm的水平。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在步驟(b)中，在將固化速度保持在等于或低于所述煙灰預(yù)制棒的1/10直徑/分鐘的水平的同時(shí)，固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在步驟(b)中，在將所述煙灰預(yù)制棒的平均溫度保持在1100至1500℃的范圍內(nèi)、并沿所述煙灰預(yù)制棒的縱向方向?qū)⑺鰺熁翌A(yù)制棒上溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差保持在等于或低于10℃的水平的同時(shí)，通過在所述煙灰預(yù)制棒的整個(gè)區(qū)域上均勻施加熱、使得沿所述煙灰預(yù)制棒的縱向方向所述煙灰預(yù)制棒的整個(gè)區(qū)域同時(shí)被燒結(jié)，而在大約10torr或更低的真空氛圍下，固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒。
10.一種制造光纖的方法，所述方法包括步驟(a)在將芯部表面的平均溫度保持在等于或小于1000℃/cm的水平、以及沿所述芯部表面的縱向方向?qū)⑺鲂静勘砻嫔蠝囟鹊臉?biāo)準(zhǔn)偏差保持在等于或低于10℃的水平的同時(shí)，制造煙灰預(yù)制棒；(b)通過脫水、固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒來制造光纖預(yù)制棒；以及(c)在1900至2300℃之間的溫度范圍下，從所述光纖預(yù)制棒拉出光纖。
全文摘要
所披露的是一種具有衰減損耗的光纖的制造方法，其中，在1383nm的波長段內(nèi)沿所述光纖縱向方向衰減損耗的不均勻性等于或小于0.05dB/km，并且，衰減損耗的平均值等于或小于0.35dB/km。所述方法包括步驟(a)在將芯部表面的平均溫度保持在等于或小于1000℃的水平、以及將根據(jù)煙灰預(yù)制棒生長長度的芯部表面溫度變化保持在－10至10℃/cm范圍內(nèi)的同時(shí)制造煙灰預(yù)制棒；(b)通過脫水、固化和玻璃化所述煙灰預(yù)制棒來制造光纖預(yù)制棒；以及(c)在1900至2300℃之間的溫度范圍下，從所述光纖預(yù)制棒拉出光纖。
文檔編號(hào)G02B6/02GK1991421SQ20061016049
公開日2007年7月4日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者樸世鎬, 金鎮(zhèn)漢, 都文顯, 房成昱, 金允鎬, 金鎮(zhèn)杏 申請人:三星電子株式會(huì)社