專利名稱：利用化學(xué)汽相沉積制造光纖預(yù)成型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拉制光纖用預(yù)成型的制造方法；這些方法特別適于制造電信系統(tǒng)用的高速數(shù)據(jù)光纖。
背景技術(shù)：
已知當傳輸功率處于非線性區(qū)域時光纖內(nèi)將產(chǎn)生孤立子。由于非線性折射率下的色散平衡，光孤立子在沿光纖傳播時保持較窄的瞬間脈沖不變。在數(shù)學(xué)上這種現(xiàn)象適于用眾所周知的非線性薛定諤方程描述。例如參見C.Sien的“Concatenated Soliton Fibre Link”(Electronics Letters，volume 12，pages 237-238(1991))一文。在非線性薛定諤方程中有三個重要項。這些項涉及衰減、群速度色散和非線性折射率效應(yīng)。群速度色散項與非線性折射率項的平衡至今仍然吸引著眾多的注意力并且已經(jīng)有相當?shù)牧私?。但是實際光纖中脈沖的傳播要發(fā)生衰減；這可能使孤立子脈沖形成線性調(diào)頻脈沖并隨后展寬，從而成為線性的。
這里所用的術(shù)語“色散”指的是群速度色散，它是材料色散與折射率分布色散之和。
有人提出，如果群速度色散隨距離近似于指數(shù)下降，則有損耗的光纖中可以有孤立子存在(K.Tajima，“Compensation of Soliton Broadening in NonlinearOptical Fibers with Loss”，Optical Letters，volume 12(1)，pp.54-56，1987)。這樣，群速度色散連續(xù)變化從而與變化著的功率水平匹配。該篇文獻提出通過使光纖逐漸變細的方式改變內(nèi)芯直徑可以做到這一點并且可以通過控制光纖拉制速度制造出這種光纖。

圖1示出了這種光纖，其中光纖5的直徑從輸入端部6呈指數(shù)形式減小至輸出端部7。光纖5的內(nèi)芯直徑正比于光纖外徑。在Tajima提出的理論實驗中，這種光纖的有效內(nèi)芯直徑在100公里的距離上從10微米左右呈指數(shù)形式減小至5微米左右。
色散減小光纖實際上是通過改變光纖拉制速度制造出來的，光纖的外徑從175微米減小至115微米，從而使得測得的色散在1公里長度內(nèi)從10ps/nm-km減小至1ps/nm-km(V.A.Bogatyrev等人，“A single-mode fiber with chromaticdispersion varing alongthe length”，Journal of Lightwave Technology，volume 9(5)，pages 561-566，1991)。隨后光纖被用來產(chǎn)生70 GB/s下的一連續(xù)孤立子脈沖序列(S.V.Chernikov，“70 Gbit/s Fibre based source of fundamental solitons at 1550 nm”，Electronics Letters，volume 28(13)，pages 1210-1211，1992)。這種光纖潛在的應(yīng)用是圖2孤立子通信系統(tǒng)中所示的典型超高比特率電信系統(tǒng)。脈沖序列被輸入放大器11并耦合至色散減小光纖DDF-15，輸入端a的色散大于輸出端b的色散。在傳播一定的距離(該距離受最大色散范圍所限)之后，光信號在放大器12處再次放大并耦合至色散減小光纖DDF-16，它包括高色散端a相鄰放大器12和低色散端b相鄰放大器13。
也有人提出在孤立子通信線路中采用色散減小光纖可以延伸例如放大器11與12之間的距離。雖然色散減小光纖可以有許多應(yīng)用，但是對于外徑和內(nèi)芯直徑如Tajima和Bogatyrev文章中所述那樣變化的錐形光纖來說，將會在例如光纖拼接和敷設(shè)方面存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目標是提供一種直徑恒定光纖的制造方法，該光纖的色散沿長度方向變化。本發(fā)明的另一個目標是提供一種色散減小光纖的制造方法，該光纖的色散沿軸向的變化并不完全依從于光纖外徑的變化。本發(fā)明的另一個目標是提供一種光纖制造方法，該光纖的折射率分布沿長度方向變化。
簡而言之，本發(fā)明涉及這類色散減小光纖的制造方法。按照一個實施例，通過使基料玻璃反應(yīng)劑與摻雜玻璃反應(yīng)劑流動至伸長狀襯底附近的反應(yīng)區(qū)并將反應(yīng)區(qū)從襯底一端移動至另一端形成層狀物制成內(nèi)芯預(yù)成型。層的沉積一直延續(xù)到形成預(yù)成型。在沉積預(yù)成型期間，當反應(yīng)區(qū)沿襯底縱向移動以形成其中一層時，作為反應(yīng)區(qū)位置函數(shù)的摻雜玻璃反應(yīng)劑流速根據(jù)摻雜反應(yīng)劑第一配比變化。當反應(yīng)區(qū)沿襯底縱向移動以形成靠近上層的一層時，摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速根據(jù)摻雜反應(yīng)劑第二配比變化。第二配比與第一配比不同，并且在移動反應(yīng)區(qū)以形成該層時摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速發(fā)生了變化。
在另一實施例中，通過在伸長的芯軸上沉積多層涂層形成光纖內(nèi)芯預(yù)成型，每層涂層由多層玻璃微粒層組成并具有獨有的折射率分布。抽去芯軸后就形成了多孔的預(yù)成型，并且加熱多孔預(yù)成型以形成緊密的玻璃預(yù)成型。改進的方法包括在沉積其中一層涂層時使其厚度不均勻，其中在預(yù)成型一端的厚度大于相對一端的厚度。
附圖的簡要說明圖1為用于孤立子傳播的現(xiàn)有技術(shù)光纖的示意圖。
圖2示出了采用色散減小光纖的孤立子通信系統(tǒng)。
圖3為色散偏移單模光纖內(nèi)芯的折射率分布。
圖4(a)-4(j)和圖5(a)-5(d)為按照本發(fā)明方法制造的單模光纖輸入端與輸出端處內(nèi)芯的折射率分布。
圖6和8為包含平頂中央內(nèi)芯區(qū)域的兩種光纖的折射率分布。
圖7和9分別為色散和模場直徑作為圖6和8截面內(nèi)平頂長度x的函數(shù)的曲線圖。
圖10為可以用來形成本發(fā)明光纖的裝置示意圖。
圖11為利用改進工藝形成的多孔內(nèi)芯預(yù)成型的剖面圖。
實施發(fā)明的較佳實例在色散減小光纖的潛在應(yīng)用中，光纖輸入與輸出端之間要求有較大的色散差。此外對于孤立子傳輸，色散必須為正并且在光纖輸出端變得很小或者為零。其它必須考慮的光纖特性是模場直徑和截止波長，這是由于影響色散的折射率變化也可能會影響這此特性。
由于孤立子要求低損耗，所以比較好的是工作在電磁譜的1550納米區(qū)域，在該區(qū)域以二氧化硅為基本材料的光纖具有極低的損耗。按照美國專利No.4,715,679方法制造的色散偏移光纖被設(shè)計為在1550納米左右處色散為零。在T.D.Croft等人的“Low-Loss Dispersion-Shifted Single-Mode Fiber Manufacturedby the OVD Process”(Journal of Lightwave Technology，Volume LT-3，No.5，October1985，pp.9313-934)和V.A.Bhagavatula等人的“Bend-Optimized Dispersion-Shifted Single-Mode Designs”(Journal of Lightwave Technology，Volume LT-3，No.5，October 1985，pp.954-957)中對色散偏移光纖作了進一步的討論。
圖3示出了典型的商用色散偏移光纖的折射率分布，光纖在1550納米處的色散為零。光纖內(nèi)芯包含中央內(nèi)芯區(qū)域20，它由折射率色散的區(qū)域22將其與外環(huán)21分開。中央三角形區(qū)域20的直徑為7.20微米，環(huán)21內(nèi)外頸直徑分別為10.08微米和12.94微米。區(qū)域20和21的峰值折射率(用Δρ表示)分別為0.9％和0.3％。Δρ項為相對于夾層的相對內(nèi)芯折射率并且表示為Δρ＝(n12-n22)/2n12這里n1為內(nèi)芯區(qū)域的峰值折射率而n2為夾層折射率。為簡單起見，常常用百分數(shù)表示Δ，即將Δ乘以100。值得指出的是，有些光纖制造工藝會使折射率在光纖中心線上降低。在這種光纖中，n1指的是中央內(nèi)芯區(qū)域的最大折射率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，色散減小光纖的折射率分布與圖3的色散偏移截面在整個長度范圍內(nèi)有所差異，其截面沿光纖長度保持變化以使色散從輸入端取較大值變?yōu)樵谳敵龆巳≥^小值或為零。在較佳實施例中，光纖輸出端的截面為色散偏移截面，其在工作波長上色散基本為零。有些截面形狀有利于以最小的折射率分布變化實現(xiàn)較大的色散變化。但是在改進截面的復(fù)雜程度與群速度色散可能取值范圍之間存在設(shè)計上的折衷。通常將使橫截面折射率分布作為長度函數(shù)變化的設(shè)計劃分為三類類型I它們不改動圖3標稱的色散偏移光纖的中央內(nèi)芯區(qū)域，只改動外環(huán)結(jié)構(gòu)；類型II只改動中央內(nèi)芯區(qū)域；以及類型III同時改動中央?yún)^(qū)域和外環(huán)區(qū)域。
由于光纖整個長度方向上的中央內(nèi)芯區(qū)域保持不變，所以類型I的一組截面只需對光纖內(nèi)芯制造工藝中的玻璃微粒沉積步驟作稍許改動。但是它們的色散還是可能在較小范圍內(nèi)變化。對截面形狀另外兩種可能的限制是光纖必須為單模并且色散必須為正。
表1列出了圖3、4(a)-4(j)和圖5(a)-5(d)中折射率分布相關(guān)的參數(shù)。表1列出的色散、模場直徑和截止波長值通過計算機模擬技術(shù)得出。
表1包散(ps/nm/km)模場直徑截止波長分布在1550nm (um)(nm)圖3 0.08.71106圖4(a) 1.978 10.1 1524圖4(b) 1.485 9.91480圖4(c) 0.919 9.5936圖4(d) 0.599 9.51372圖4(e) 7.267 10.3 1526圖4(f) 7.794 10.0 1385圖4(g) 2.969 9.21089圖4(h) 7.267 10.3 1526圖4(i) 6.386 9.31277圖4(j) 5.794 9.71393圖5(a) 3.513 6.41276圖5(b) 14.396 6.81552圖5(c) 2.940 8.41193圖5(d) 8.902 8.31447圖3和4(a)-4(j)示出了類型I的截面；這些截面的不同之處在于外芯區(qū)域環(huán)具有不同的摻雜濃度和形狀，在圖4(c)中環(huán)完全消失。這種類型截面的性質(zhì)歸納于表1中。圖4(a)-4(j)所代表光纖的光學(xué)特性使得其可以用于色散減小光纖的高色散輸入端(假定另一端截面的色散較小)。例如，如果在低色散的輸出端采用圖3所代表的截面，則圖4(a)-4(j)所代表的任一截面可以用于光纖高色散的輸入端。在另一實例中，圖4(i)所代表的截面可以用于光纖的高色散端而圖4(g)所代表的截面可以用于低色散端。具有圖4(a)-4(d)和4(g)所示截面的光纖的色散小于3ps/nm/km。因此除非通過改變光纖拉制速度使內(nèi)芯呈錐形，否則這樣的光纖由于色散變化不夠，無法用于分立放大器間距較大的系統(tǒng)。
表1表明，最大色散發(fā)生在靠近內(nèi)芯中央的折射率分布內(nèi)的陡峭邊緣處(例如參見圖4(e)、4(f)和4(i))。但是實踐中考慮到注入二氧化鍺的擴散可能會鈍化截面邊緣。因此在圖4(e)-4(j)這組截面中，圖4(g)-4(h)的截面更容易形成。
表1還表明，隨著中央內(nèi)芯區(qū)域直徑的增加，色散也隨之增大；將圖5(c)和5(d)的截面色散與圖3截面產(chǎn)生的零色散進行比較。
表1中圖5(a)和5(b)的項表明，通過將中央內(nèi)芯區(qū)域做成平頂狀可以在合理的模場直徑下獲得較大的色散。圖5(a)與5(b)的比較表明色散高度依賴于中央內(nèi)芯部分外徑位置。而且也依賴于斜率。環(huán)截面的變化可以用來調(diào)節(jié)模場直徑或截止波長。
圖6和8示出了平頂折射率分布的進一步實例，圖7和9分別示出了這些截面的色散和模場直徑。當x等于零時，圖6和8的截面被優(yōu)化為在1550納米范圍內(nèi)色散為零。下列討論表明，通過插入平頂中央?yún)^(qū)域可以引入較大的正色散。將這種平頂中央?yún)^(qū)域加入任何優(yōu)化的零色散截面可以引入較大的正色散。
在圖6的折射率分布中，中央內(nèi)芯區(qū)域包括平頂部分47和區(qū)域48，區(qū)域48的折射率隨半徑減小。區(qū)域47的半徑為x微米。與中央內(nèi)芯區(qū)域相隔的是環(huán)形外芯區(qū)域49。如果x等于0，則截面與圖3的相同。如果區(qū)域47的半徑為x微米，則區(qū)域49的內(nèi)徑為(x＋5)微米。
圖7為色散和模場直徑作為平頂長度x的函數(shù)的曲線圖。曲線50和51分別表明色散隨平頂長度x增大而模場直徑隨平頂長度x減小。
在圖8的折射率分布中，中央內(nèi)芯區(qū)域給定折射率的平頂中央內(nèi)芯區(qū)域53，它被低于給定折射率的外芯區(qū)域55包圍。這種類型的折射率分布與美國專利No.4,755,022(Ohashi等人)所揭示的類似，該專利作為參考文獻包含在這里。而區(qū)域53和55為臺階型截面，但它們也可以象Ohashi等人專利中所建議的那樣是分級的。
圖9的曲線57表明色散隨平頂長度x的增加而增大。當x從0增加至5微米左右時，模場直徑(曲線58)開始是減小，然后是增大。
圖6和8中的折射率分布具有共同的特征。每種截面都具有中央內(nèi)芯區(qū)域和折射率低于中央?yún)^(qū)域的外芯區(qū)域。外側(cè)區(qū)域的作用相當于高折射率物質(zhì)，它位于該內(nèi)芯半徑外部，其功率隨波長增加而增大。質(zhì)量的大小由包括其半徑之內(nèi)的折射率分布確定。折射率分布可以設(shè)計成使外芯區(qū)域質(zhì)量的功率加權(quán)積分與具有所需色散值(可能為零)的內(nèi)芯區(qū)域相等。類似圖6色散46的折射率色散允許比較靈活地設(shè)置外芯質(zhì)量，這樣就可以在其它光纖性質(zhì)方面(例如模場直徑和截止波長)獲得所需的效果。
色散減小的單模光纖可以按照圖10來制造，圖10示出了外部汽相沉積(OVD)工藝，其中玻璃微粒沉積在芯軸的縱向表面。其它玻璃沉積工藝也可以用來形成至少一部分色散減小光纖。這些工藝包括改進的化學(xué)沉積(MVCD)工藝(它將玻璃層沉積在襯底管內(nèi)表面上)和軸向汽相沉積(AVD)工藝。
參見圖10，由二氧化硅或其它高溫材料構(gòu)成的芯軸60分別如箭頭64a和64b所示圍繞并沿縱軸平移。燃燒器65產(chǎn)生沉積到芯軸60上的玻璃微粒氣流66，每次經(jīng)過其或其作橫向運動時都沿芯軸沉積一粘結(jié)層。每層涂層68、69、70和71由多層這樣的層組成。燃燒器橫向運動的速度可以調(diào)節(jié)。
每層涂層由玻璃微粒組成，它包含諸如二氧化硅(SiO2)之類的基料玻璃，并選擇性地含有諸如GeO2、P2O5、B2O3之類改變基料玻璃折射率的摻雜劑。摻雜劑GeO2和P2O5的加入提高了二氧化硅的折射率，而B2O3則降低了折射率。為了形成摻雜GeO2的二氧化硅微粒，諸如SiCl4和GeCl4之類的反應(yīng)劑連同氧氣被輸送至燃燒器65。在圖10系統(tǒng)中，SiCl4和GeCl4蒸汽分別在儲存容器77和78內(nèi)形成。如美國專利No.4,314,837中所揭示的那樣，這些蒸汽分別由流量控制器77和78計量。氧氣源76的氧氣由流量控制器79計量。流經(jīng)控制器77、78和79的反應(yīng)劑量由系統(tǒng)控制器80控制。
在沉積整個玻璃微粒層期間所有反應(yīng)劑的流量有時候保持不變。作為另一種選擇，其中的一個或多個流量可以作為燃燒器在縱軸上位置的函數(shù)發(fā)生變化。連接燃燒器65與系統(tǒng)控制器80的虛線81表示控制器80被提供表示燃燒器在芯軸縱軸上位置的信號。
每種玻璃成份的濃度在形成單層期間作為燃燒器在芯軸縱軸上位置的函數(shù)，被稱為配比。如果燃燒器橫向運動的速率保持不變，則每次經(jīng)過燃燒器時的配比作為燃燒器位置的函數(shù)由所有反應(yīng)劑的流速定義。
如果兩層相同的層緊挨著沉積，則第一和第二層的沉積可以從芯軸第一端開始，或者第一層的沉積從芯軸第一端開始而第二層從第二端開始。如果第一和第二層相同，都由基料玻璃和摻雜玻璃組成，其濃度沿芯軸上的位置變化，則不管燃燒器是從芯軸同一端還是從芯軸不同端沉積第一和第二層，第一和第二配比都是相同的。其理由是配比決定了沉積玻璃微粒的組份，而該組份是燃燒器沿芯軸上位置的函數(shù)而非從沉積層開始算起時間的函數(shù)。
值得指出的是，在圖10的OVD工藝中，可以沿燃燒器橫向運動的兩個方向沉積層；但是如果從同一軸向端開始沉積每層則可以提高沉積效率。
假定需要在一端形成如圖4(g)所示折射率分布而在另一端形成如圖3所示折射率分布的光纖。如果整個光纖例如有25公里長，則可以沉積能拉制到25公里長的預(yù)成型72。在圖4(g)和3所示的截面中，中央內(nèi)芯區(qū)域的直徑為7.2微米并且Δρ為0.9％。而且在圖4(g)和3中，外芯區(qū)域或環(huán)的半徑寬度為1.43微米。圖4(g)與圖3所示截面唯一的區(qū)別在于外芯區(qū)域的位置。在圖4(g)中，這些區(qū)域緊鄰中央內(nèi)芯區(qū)域，而在圖3所示的光纖成品中，這些區(qū)域與中央內(nèi)芯區(qū)域相隔1.44微米。
在形成這種光纖的一種技術(shù)中，微粒形成涂層68，首先沉積包含摻雜足夠GeO2的SiO2的第一層，它提供了0.9％的Δρ。在為沉積形成涂層68而形成的隨后各層內(nèi)，流至燃燒器的GeCl4的數(shù)量持續(xù)減小直到最后一層包含最小增量的GeO2(對應(yīng)光纖半徑3.6微米)。隨著GeCl4流的關(guān)斷，沉積得到了一層純二氧化硅(SiO2)的涂層69，其厚度從預(yù)成型端部62的預(yù)定厚度到端部63變?yōu)榱恪Ｍㄟ^在端部62處提供預(yù)定的SiCl4流并隨后減小SiCl4流直到燃燒器到達端部63時完全切斷為止可以形成這種結(jié)構(gòu)。SiCl4流速也可以保持不變而改變?nèi)紵鞯乃俣取?br> 隨后通過沉積多層玻璃微粒形成涂層70，第一層不含GeO2，接著使GeCl4流以一定斜率升高從而在中間層內(nèi)包含足以提供且0.9％Δρ的GeO2，此后逐漸減小GeCl4流直到沉積形成不含GeO2的外層為止。隨后可以沉積純SiO2的外涂層71。涂層71如圖10所示可以具有均勻的厚度。但是也可以通過沉積工藝使端部63的厚度大于端部62的厚度，從而使之抵消涂層69的效應(yīng)并使型芯預(yù)成型72的直徑在整個長度方向上均勻。比較好的是在涂覆夾層玻璃微粒剩余物之前先固化預(yù)成型。為此可以從多孔預(yù)成型內(nèi)抽去芯軸60并在固化爐內(nèi)將預(yù)成型加熱至足夠高的溫度從而固化玻璃微粒并形成致密的玻璃型芯預(yù)成型。隨后將夾層材料涂覆在型芯預(yù)成型上。為此將型芯預(yù)成型插入卡盤使其旋轉(zhuǎn)并相對燃燒器65平移從而沉積一層例如是未摻雜的二氧化硅微粒。光纖預(yù)成型成品經(jīng)過固化形成拉制光纖的坯料。
所制成的坯料雖然可以拉制成一定長度的色散減小光纖，但是也可以制成更大的坯料，并由此拉制許多這樣的光纖。圖10所示的涂層式樣可以沿預(yù)成型長度方向重復(fù)。因此，當預(yù)成型拉制為光纖時，色散沿著例如25公里長的拉制光纖一個剖面從大變小。隨后色散又突然變大并沿下一25公里減小。這種色散減小的式樣將重復(fù)到所有從坯料拉制出來的光纖長度上。
圖11示出了預(yù)成型沉積實施例，其中與圖10中相似的單元用基本相同的標號表示。由于燃燒器和反應(yīng)劑控制系統(tǒng)與圖10的相同，因此圖11中沒有示出。沒有沉積圖10中的錐形涂層69。在沉積中央內(nèi)芯涂層68’之后，GeCl4流速(并且可以選擇SiCl4流速)隨燃燒器從預(yù)成型端部62’到端部63’橫向運動逐漸變化。對于本實例，燃燒器66在端部62’處開始沉積微粒，并在不沉積顆粒的情況下迅速從端部63’跨越至端部62’。在涂層68’沉積之后，GeCl4的流速為零而SiCl4的最大。此時，燃燒器位于端部62’處，圖3的截面正待形成。在形成涂層85第一層期間燃燒器第一次經(jīng)過預(yù)成型期間，其位于端部62’時GeCl4的流速為零，并且GeCl4流只從端部63’開始出現(xiàn)。在形成涂層85第二層期間燃燒器第二次經(jīng)過預(yù)成型期間，GeCl4的流速從距離端部63’一小段處開始出現(xiàn)，并且隨燃燒器靠近端部63’，GeCl4流增大。在相應(yīng)于沉積位于端部62’的降低折射率區(qū)域22的通過期間，在端部63’處向燃燒器輸送足夠的GeCl4以形成0.3％Δρ的的玻璃微粒，對應(yīng)的是圖4(g)外側(cè)區(qū)域的峰值折射率。在向燃燒器輸送GeCl4以恰好在端部62’處開始形成折射率環(huán)21(圖3)內(nèi)徑時，在余下的通過中停止供應(yīng)GeCl4氣流。向燃燒器提供以一定斜率增加的GeCl4氣流直到最后形成涂層85，由于環(huán)21外側(cè)區(qū)域(圖3)不含GeO2，并且相應(yīng)的圖4(g)截面半徑內(nèi)不含GeO2，所以此時無GeCl4流。隨后如上所述沉積SiO2涂層71’。接著固化預(yù)成型87，用SiO2作包層并拉制成光纖。
利用圖11所示方法制造的類似光纖可以采用MCVD工藝。燃燒器沿二氧化硅襯底管外表面從第一端向第二端移動從而在管內(nèi)形成移動的熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)。燃燒器隨后快速返回第一端?；喜ＡХ磻?yīng)劑和至少一種摻雜玻璃反應(yīng)劑流入管子的第一端；這些微粒沉積在管子內(nèi)表面反應(yīng)區(qū)的下游。隨著反應(yīng)區(qū)從第一端移動至第二端，形成了微粒的第一層。反應(yīng)區(qū)返回第二端并重復(fù)跨越管子以形成第二層。在第一和第二層上還沉積了其它層以形成涂層。一層或更多層的涂層構(gòu)成了拉制光纖的預(yù)成型。
在沉積預(yù)成型部分期間，隨著反應(yīng)區(qū)沿襯底管縱向移動以形成其中的一層，摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速根據(jù)給定的配比變化。當反應(yīng)區(qū)沿襯底縱向移動以形成緊挨上述層的下一層時，摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速按照與給定配比不同的配比變化。這種方法的效果是所形成的預(yù)成型在第一端部具有第一形狀(例如圖4(g)所示)的折射率分布而在第二端部具有第二形狀(如圖3所示)的折射率分布，并且在第一與第二端部之間的預(yù)成型區(qū)域具有逐漸變化的折射率分布。如上所述，這種預(yù)成型拉制的光纖的色散沿其一端到另一端減小。
同樣，在預(yù)成型一端也可以沉積任意一種所揭示的折射率分布，而在其另一端沉積任意一種其它的折射率分布，截面從一端逐漸變化至另一端。
為實現(xiàn)圖6和8的實施例，開始時可以在形狀60上沉積一層楔形涂層。整個楔形涂層的折射率與內(nèi)芯區(qū)域47或53的相同。隨后形成厚度均勻的涂層。楔形涂層厚度使得在成品光纖中其一端內(nèi)芯區(qū)域半徑為x微米，大于光纖另一端的半徑。
對于要求厚度無變化區(qū)域(例如區(qū)域69)的色散減小光纖，其一端的截面如圖4(d)所示而另一端如圖3所示。外芯區(qū)域的位置是相同的。只是外側(cè)區(qū)域的形狀不同。
權(quán)利要求
1.一種制備玻璃微粒的方法，其特征在于包含以下步驟使基料玻璃反應(yīng)劑與摻雜玻璃反應(yīng)劑流動至伸長狀襯底附近的反應(yīng)區(qū)；將所述反應(yīng)區(qū)從所述襯底一端移動至另一端形成第一層；以及在所述第一層上沉積另外的層以形成預(yù)成型，其中在沉積一部分所述預(yù)成型期間，當所述反應(yīng)區(qū)沿所述襯底縱向移動以形成所述其中一層時，作為所述反應(yīng)區(qū)位置函數(shù)的所述摻雜玻璃反應(yīng)劑流速根據(jù)摻雜反應(yīng)劑第一配比變化，并且當所述反應(yīng)區(qū)沿所述襯底縱向移動以形成靠近所述上層的一層時，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速根據(jù)摻雜反應(yīng)劑第二配比變化，所述第二配比與第一配比不同，并且在移動所述反應(yīng)區(qū)以形成所述該層時所述摻雜反應(yīng)劑的流速發(fā)生變化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于只在所述反應(yīng)區(qū)相對所述襯底一個方向運動期間沉積所述層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于進一步包含從所述預(yù)成型形成光纖的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于反應(yīng)劑流的變化使得所述光纖的折射率分布在一端具有第一形狀而在與所述端相對的第二端具有第二形狀，并且在所述端之間的區(qū)域折射率分布逐漸變化，從而使得光纖群速度色散沿光纖從所述一端到所述第二端減小。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進一步包含從所述預(yù)成型形成光纖的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于反應(yīng)劑流的變化使得所述光纖的折射率分布在一端具有第一形狀而在與所述端相對的第二端具有第二形狀，并且在所述端之間的區(qū)域折射率分布逐漸變化，從而使得光纖群速度色散沿光纖從所述一端到所述第二端減小。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述襯底為芯軸并且所述方法進一步包含以下步驟使所述芯軸旋轉(zhuǎn)；流動步驟，包括向燃燒器輸送所述基料玻璃反應(yīng)劑和所述摻雜玻璃反應(yīng)劑，所述反應(yīng)區(qū)位于所述燃燒器產(chǎn)生的火焰中，玻璃微粒流產(chǎn)生于所述火焰中；移動步驟，包括隨所述流沉積在所述層上而在所述燃燒器與所述芯軸之間作相對運動。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于進一步包含從所述預(yù)成型形成光纖的步驟，其中反應(yīng)劑流的變化使得所述光纖的折射率分布在一端具有第一形狀而在與所述端相對的第二端具有第二形狀，并且在所述端之間的區(qū)域折射率分布逐漸變化，從而使得光纖群速度色散沿光纖從所述一端到所述第二端減小。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在沉積至少一層所述層期間，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速在所述燃燒器沿所述芯軸作整個橫向運動期間保持不變。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在沉積至少一層所述層期間，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速在所述燃燒器沿所述芯軸作整個橫向運動期間先增大隨后減小。
11.一種制備玻璃微粒的方法，其特征在于包含以下步驟使所述芯軸旋轉(zhuǎn)；使所述基料玻璃反應(yīng)劑和所述摻雜玻璃反應(yīng)劑流向產(chǎn)生包含玻璃微粒流的火焰的燃燒器，所述玻璃微粒射向所述芯軸；所述燃燒器相對所述芯軸運動，所述燃燒器在相對所述芯軸作橫向運動時在所述芯軸上沉積第一層，所述燃燒器在相對所述芯軸作另外的橫向運動時在所述芯軸的所述第一層上沉積另外的層，由此形成預(yù)成型；以及從所述預(yù)成型形成光纖；其中在沉積形成一部分所述預(yù)成型的層期間，當所述燃燒器相對所述芯軸作橫向運動形成其中一層所述層時，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑流速根據(jù)第一配比變化，當所述燃燒器橫向跨越所述襯底以形成靠近所述上層的一層時，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速根據(jù)與第一配比不同的第二配比變化，在為形成所述預(yù)成型而沉積所述層期間，配比的變化使得所述光纖的折射率分布在一端具有第一形狀而在與所述端相對的第二端具有第二形狀，并且在所述端之間的區(qū)域折射率分布逐漸變化，從而使得光纖群速度色散沿光纖從所述一端到所述第二端減小。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述燃燒器只在沿所述芯軸的一個方向作橫向運動時沉積所述層。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在沉積至少一層所述層期間，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速在所述燃燒器沿所述芯軸作整個橫向運動期間保持不變。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在沉積至少一層所述層期間，所述摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速在所述燃燒器沿所述芯軸作整個橫向運動期間先增大隨后減小。
15.一種制備玻璃光纖芯軸預(yù)成型的方法，其特征在于包含以下步驟將多種玻璃微粒涂層沉積在伸長的芯軸上，每層涂層由多層玻璃微粒層構(gòu)成，每層涂層具有唯一的折射率分布；抽去所述芯軸以形成多孔預(yù)成型；以及加熱所述多孔預(yù)成型以形成致密的玻璃預(yù)成型；改進的步驟包括其中一層所述涂層的沉積厚度是不均勻的，所述涂層在所述預(yù)成型一端的厚度大于所述預(yù)成型相對一端的厚度。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述一層涂層沉積在所述芯軸表面。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述一層涂層在整個長度和厚度方向上具有恒定的折射率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述一層涂層由一種氧化物組成。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述一層涂層包含基料玻璃和摻雜玻璃，在所述涂層內(nèi)其濃度是均勻的。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述沉積所述一層涂層的步驟包含使至少一種形成玻璃的反應(yīng)劑流動至靠近伸長襯底的反應(yīng)區(qū)；從所述襯底一端向另一端重復(fù)移動所述反應(yīng)區(qū)，隨著所述反應(yīng)區(qū)從所述預(yù)成型一端向另一端移動，所述反應(yīng)區(qū)移動速率也相應(yīng)變化。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述沉積所述一層涂層的步驟包含使至少一種形成玻璃的反應(yīng)劑流動至靠近伸長襯底的反應(yīng)區(qū)；從所述襯底一端向另一端重復(fù)移動所述反應(yīng)區(qū)，隨著所述反應(yīng)區(qū)從所述預(yù)成型一端向另一端移動，所述至少一種形成玻璃的反應(yīng)劑的流速也相應(yīng)變化。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于沉積其中一層所述涂層的步驟包含以下步驟使所述芯軸旋轉(zhuǎn)；向燃燒器輸送基料玻璃反應(yīng)劑和摻雜玻璃反應(yīng)劑，燃燒器產(chǎn)生包含玻璃微粒流的火焰；以及所述燃燒器相對所述芯軸運動以在所述芯軸上沉積微粒從而形成所述涂層。
全文摘要
一種制備光纖預(yù)成型的方法，它使基料玻璃反應(yīng)劑和摻雜玻璃反應(yīng)劑流向產(chǎn)生包含玻璃微粒流的火焰的燃燒器。燃燒器相對旋轉(zhuǎn)的芯軸運動。當反應(yīng)區(qū)沿所述襯底橫向移動以形成其中一層時，作為反應(yīng)區(qū)位置函數(shù)的摻雜玻璃反應(yīng)劑流速根據(jù)摻雜反應(yīng)劑第一配比變化，并且當反應(yīng)區(qū)沿襯底橫向移動以形成靠近上層的一層時，摻雜玻璃反應(yīng)劑的流速根據(jù)摻雜反應(yīng)劑第二配比變化，第二配比與第一配比不同，并且在移動反應(yīng)區(qū)以形成該層時摻雜反應(yīng)劑的流速發(fā)生變化。
文檔編號G02B6/00GK1239934SQ97180516
公開日1999年12月29日 申請日期1997年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月13日
發(fā)明者A·F·伊文斯, D·A·諾蘭 申請人:康寧股份有限公司