專利名稱：用于光學(xué)波導(dǎo)制品的組合物和連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲的制造方法
發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及新型芯部玻璃組合物，它尤其適用于、但不局限于光學(xué)波導(dǎo)信號(hào)放大器制品，這部分是因?yàn)樗哂衅教沟脑鲆孀V；本發(fā)明也涉及連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲的非化學(xué)汽相淀積(CVD)制造方法。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及新型的摻稀土的氟化鋁硅酸鹽玻璃組合物，和在管子內(nèi)放置碎玻璃以制造連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲如光導(dǎo)纖維和導(dǎo)電導(dǎo)管的方法。
相關(guān)技術(shù)的說(shuō)明本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)是97年2月1日提出的、美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)60/034472的發(fā)明，在這里全部引入以供參考。
摻鉺的光學(xué)放大器、尤其是摻鉺的光纖放大器，通過(guò)提供高增益、低噪音的全光學(xué)放大而不需昂貴的中繼器，從而革新了光學(xué)通訊。然而，現(xiàn)有的摻鉺的光纖放大器，由于它們的增益譜會(huì)作為波長(zhǎng)的函數(shù)而發(fā)生變化，顯示出增益平坦性或沒(méi)有增益平坦性，所以不太適于多波道放大。這里使用的“增益平坦性”是指增益譜的形狀在特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的變化；即增益平坦是指對(duì)所關(guān)心的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的所有波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)增益基本相等。對(duì)于鉺，所關(guān)心的波長(zhǎng)范圍約為1530-1560納米。當(dāng)增益譜在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)不十分平坦時(shí)，不同波長(zhǎng)的多波道就不是均勻放大的，那么高數(shù)據(jù)率通信就不能運(yùn)行，而且是不實(shí)用和負(fù)擔(dān)不起的。
現(xiàn)有技術(shù)指出摻鉺的纖維中共摻入Al2O3，會(huì)增加鉺的溶解度，而且與摻鉺的純二氧化硅纖維相比，會(huì)產(chǎn)生更平坦的增益譜。然而，現(xiàn)有已知的摻鉺的鋁硅酸鹽組合物，在32納米寬的波長(zhǎng)帶上，產(chǎn)生的最好的增益平坦性能為每100分貝增益約27分貝的增益變化，而且在高濃度即Al2O3濃度高于幾個(gè)重量百分點(diǎn)時(shí)，會(huì)傾向于發(fā)生反玻璃化。摻入La2O3或La2O3+Al2O3的SiO2組合物也顯示出改進(jìn)的增益平坦性和稀土溶解度，但La2O3和Al2O3的濃度都遠(yuǎn)低于1％，這樣只能起到次要的作用。
氟化物玻璃例如ZBLAN(57ZrF4-20BaF2-4LaF3-3AlF3-20NaF(摩爾％))表現(xiàn)出優(yōu)良的增益平坦性和低聲子能，但這些組合物由于上變換效應(yīng)，需要在1480納米泵激，而在980納米以上泵激時(shí)，噪音會(huì)增大。此外，它們很難拉成纖維，不容易與二氧化硅纖維熔融拼接，而且傾向于反玻璃化，并具有差的耐久性。
除了增益平坦性，由摻稀土的基質(zhì)所提供的增益也是重要的參數(shù)。理論上能夠通過(guò)增加合適的稀土摻雜劑的濃度，來(lái)獲得更高的增益；然而，在不太高的濃度之上，稀土離子會(huì)簇集，出現(xiàn)濃度淬滅的問(wèn)題?，F(xiàn)有的CVD制造玻璃光纖預(yù)制棒方法，很受基質(zhì)玻璃的組分范圍的限制。只有加入少量稀土元素時(shí)，能夠不產(chǎn)生簇集效應(yīng)，不能加入揮發(fā)性的成分例如堿和鹵素，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔恋砥陂g會(huì)揮發(fā)。此外，也不能加入其他重要的玻璃調(diào)節(jié)劑例如堿土，這是由于缺少具有高蒸汽壓的CVD前體。即使能夠由CVD沉積玻璃粉塵，它必須隨后被玻璃化，而這會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶，或損失具有高蒸汽壓的玻璃成分。
由此，本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，需要一種玻璃組合物和由此制成的光學(xué)波導(dǎo)制品，它可摻入高濃度的稀土而不引起簇集，提供出高增益；它與常規(guī)的組合物相比，可改進(jìn)增益平坦性；它可在980納米泵激，以提供優(yōu)良的噪音性能；它可與常規(guī)的二氧化硅基纖維熔融拼接；它的耐久性可比得上或超過(guò)常規(guī)的光學(xué)纖維波導(dǎo)；而且易于制造。相關(guān)的申請(qǐng)序號(hào)為60/034472的專利描述了新型玻璃陶瓷組合物和由此制造的器件，它們表現(xiàn)出上述許多要求的優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的組合物也可提供那些優(yōu)點(diǎn)，而且還免去了制造玻璃陶瓷所需的額外的陶瓷化步驟，并提供了更寬的構(gòu)成成分范圍。
由此，需要一種由很寬范圍的玻璃和玻璃陶瓷組合物制造光導(dǎo)纖維，和其他的連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲制品，例如導(dǎo)電導(dǎo)管的方法。它可克服已知方法的缺點(diǎn)，而且與常規(guī)方法相比，更實(shí)用、有效和經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明的“碎玻璃在管子內(nèi)”方法，可使幾乎任何能夠由化學(xué)技術(shù)(溶膠-凝膠、汽相沉積等)或物理技術(shù)(配料熔融)制造的玻璃、或其他粒狀或粉末形式的原料(這里指“碎玻璃”)，經(jīng)濟(jì)地制造成連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲。此技術(shù)的快速淬冷使不穩(wěn)定的玻璃和玻璃陶瓷能夠拉成纖維。
本發(fā)明的概述為了獲得這些和其他的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，具體實(shí)施和粗略地描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，它是含有摻稀土的氟化的鋁硅酸鹽玻璃芯部組合物的光波導(dǎo)器件。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，芯部組合物基本由如下成分(摩爾％)組成
SiO20-90GeO20-90Na2O0-25Li2O0-10K2O 0-25Rb2O0-25Cs2O0-25Al2O30-40Ga2O30-40RE2(1)O30-40RE2(2)O30-1Er2O30.001-5Yb2O30-5PbO 0-15RO 0-20ZnO 0-10ZrO20-2TiO20-2Nb2O50-10Ta2O50-10P2O50-5B2O30-15As2O30-10Sb2O30-20Bi2O30-5Na2Cl20-10，和15％(重量)以下的氟，氟的形式是玻璃組合物的氟化成分，這里RE(1)是Y3+和/或La3+和/或Gd3+和/或Lu3+RE(2)是Ce3+和/或Pr3+和/或Nd3+和/或Sm3+和/或Eu3+和/或Tb3+和/或Dy3+和/或Ho3+和/或Tm3+R是Ba和/或Ca和/或Mg和/或Sr；(SiO2+GeO2)為40-90％(摩爾)；和(Al2O3+Ga2O3)含量＞(RO+“alk”2O+RE2O3)，其中“alk”是Li和/或Na和/或K和/或Rb和/或Cs。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，氟可以用AlF3、REF3、NH5F2、NaF、Na2SiF6、Na3AlF6中的一種或多種配料。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)波導(dǎo)器件的芯部基本由上述成分組成，包層是鄰近芯部的硅酸鹽玻璃。在此實(shí)施方式的一個(gè)方面，包層組合物基本由如下成分組成(摩爾％)SiO290-100B2O30-10P2O50-10Al2O30-10GeO20-10SiF40-10在此實(shí)施方式的有關(guān)方面，波導(dǎo)器件是低損耗、單模或多模的光學(xué)纖維波導(dǎo)。
在此實(shí)施方式的另一方面，波導(dǎo)器件是纖維光學(xué)放大器的摻稀土的光學(xué)纖維元件，當(dāng)它由合適的激發(fā)源進(jìn)行泵激時(shí)，它在32納米寬的波段上表現(xiàn)出的增益平坦度為增益變化低于17分貝/100分貝增益，在選定的約為1525-1565納米的波段上，優(yōu)選的增益變化約為2-16分貝/100分貝增益。
在又一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及非CVD的“碎玻璃在管子內(nèi)”的制造連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲的方法，它包括用具有所需的制成后的芯部組分的碎玻璃組成的芯部原料，填充與芯部組合物化學(xué)相容的包層管子，所述芯部原料的粒子尺寸約為100-5000微米，其中包層管子組合物比芯部組合物更耐熔(即其軟化點(diǎn)比芯部組合物的熔點(diǎn)還高)；在爐子內(nèi)加熱管子的一端至接近其軟化的溫度，由此熔化管子內(nèi)的芯部組合物；拉伸管子，由此拉出纖維長(zhǎng)絲。優(yōu)選地，原料含有如上所述的芯部組合物和硅酸鹽包層組合物。在此實(shí)施方式的一個(gè)方面，原料是導(dǎo)電導(dǎo)管的碎玻璃，例如超導(dǎo)組合物。包層組合物可以包括例如二氧化硅、鈣鋁酸鹽玻璃、Pyrex_。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會(huì)理解這里揭示的碎玻璃在管子內(nèi)的實(shí)施方法，是將選定的芯部組合物的碎玻璃放入包層管子，來(lái)制造軸向漸變或軸向混合的纖維長(zhǎng)絲。此過(guò)程能夠制造所關(guān)心參數(shù)(例如折射率)沿軸向變化的連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲。這種產(chǎn)品的非限制性例子是應(yīng)用在光纖放大器中的混合摻雜的有源光纖。
本發(fā)明的另外的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，將在下面的說(shuō)明中進(jìn)行闡述，部分將是在說(shuō)明書(shū)中顯而易見(jiàn)的，或可以通過(guò)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施來(lái)認(rèn)識(shí)?？梢杂蓵?shū)面說(shuō)明、權(quán)利要求、和附圖中具體指出的設(shè)備和方法，實(shí)現(xiàn)和得到本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該理解，上述總的說(shuō)明和下面詳細(xì)的說(shuō)明都是示范性的，旨在提供對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求的進(jìn)一步解釋。附圖是為了提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，它們并入本說(shuō)明書(shū)并構(gòu)成其一部分，示意說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說(shuō)明書(shū)一起，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1顯示了本發(fā)明示范組合物(粗線)和常規(guī)的摻氧化鋁二氧化硅(細(xì)線)的優(yōu)化的32納米帶寬的增益曲線，其中顯著地標(biāo)出了優(yōu)化的手段；圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中纖維波導(dǎo)的損耗(衰減)與波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線；圖3顯示了本發(fā)明多模光纖的折射率δ與距芯中心的徑向距離之間的關(guān)系曲線；圖4顯示了本發(fā)明單模光纖的折射率δ與距芯中心的徑向距離之間的關(guān)系曲線；圖5是本發(fā)明的碎玻璃和管子制造光纖的方法的示意說(shuō)明。
本發(fā)明較佳實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施方式涉及含有新型氟化的摻土鋁硅酸鹽玻璃芯部組合物的光學(xué)波導(dǎo)器件，而且涉及含有本發(fā)明的芯部組合物和硅酸鹽玻璃包層的波導(dǎo)光學(xué)纖維的非CVD制造方法。
以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，其實(shí)施例由這里的附圖和表格加以說(shuō)明。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，光學(xué)制品的玻璃組合物基本由如下物質(zhì)組成(摩爾％)SiO260-85GeO20-5Na2O 3-15Li2O 0-10K2O3-15Al2O38-27Ga2O30-5RE2(1)O30-40Er2O30.002-0.1
Yb2O30-1PbO0-10RO 0-15ZnO0-5Ta2O50-2B2O30-2As2O30-2Sb2O30-2Na2Cl20-4，和15％(重量)以下的氟，氟的形式是玻璃組合物的氟化成分，這里RE(1)是Y3+和/或La3+和/或Gd3+和/或Lu3+；R是Ba和/或Ca和/或Mg和/或Sr；(SiO2+GeO2)為60-85％(摩爾)；和(Al2O3+Ga2O3)含量＞(RO+“alk”2O+RE2O3)，其中“alk”是Li和/或Na和/或K和/或Rb和/或Cs。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，光學(xué)制品是光學(xué)纖維波導(dǎo)器件例如纖維光學(xué)放大器的有源光纖元件，例如含有如上所述的芯部組合物和硅酸鹽玻璃包層的光纖元件。在此實(shí)施方式的一個(gè)方面，包層基本由如下成分組成(摩爾％)SiO290-100B2O30-10P2O50-10Al2O30-10GeO20-10SiF40-10表I示出了本發(fā)明實(shí)施方式的示范的芯部玻璃的成分(全部都?xì)w一化至100％，所有的含量都以摩爾％計(jì))。
表1

此種玻璃的化學(xué)成分能夠在很大的范圍內(nèi)變化，以得到特定應(yīng)用中要求的物理、光學(xué)性能和增益平坦度。SiO2是形成玻璃的主要成分，SiO2含量高，導(dǎo)致較高的玻璃穩(wěn)定性、粘度、和與常規(guī)纖維(即SiO2基纖維)的相容性，但降低了熱膨脹率、折射率、密度和液化溫度。當(dāng)玻璃中SiO2含量增高，Er3+的發(fā)射接近常規(guī)的Er放大器，并表現(xiàn)出較低的增益平坦度。如在多數(shù)光學(xué)玻璃中一樣，GeO2的作用與SiO2一樣，能夠完全代替SiO2以提高折射率。
為了優(yōu)化增益平坦度，組合物中(Al2O3+Ga2O3)的含量應(yīng)當(dāng)比(RO+“alk”2O+RE2O3)高，否則，會(huì)產(chǎn)生類似堿金屬硅酸鹽的Er3+發(fā)射譜，導(dǎo)致窄的和不規(guī)則的增益譜。對(duì)于進(jìn)一步平滑增益譜來(lái)說(shuō)，氟是關(guān)鍵的，它對(duì)于干燥玻璃也很有用，而且它可保持低的折射率，從而與常規(guī)纖維相容。在熔融期間，配料中的氟可以損失2-50％，這依賴于成分、氟的來(lái)源、熔融時(shí)間和溫度。坩堝蓋、低水分含量、干燥的配料和低熔融溫度，有助于減少這些損失至最小。氟可以用AlF3、REF3、NH5F2、NaF、Na2SiF6、Na3AlF6的配料或組合物的任何其他氟化成分，含量為15％(重量)以下。
“alk”2O和RO成分可提高熱膨脹和氟的留存性能，降低RE的溶解度?？梢园幢炯夹g(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的方式，利用它們的數(shù)量和種類來(lái)調(diào)節(jié)折射率。它們也用來(lái)降低玻璃的液化溫度，使它對(duì)反玻璃化更穩(wěn)定。PbO可提高折射率，降低液化溫度。玻璃中也可加入其他次要的成分例如ZrO2、TiO2、Nb2O5和Ta2O5，以提高折射率。
B2O3會(huì)降低玻璃的密度，但它的加入量很大時(shí)，也降低Er3+的熒光壽命，所以較好是少量使用?？梢约尤胪ǔ５某吻鍎〢s2O3、Sb2O3而不使材料的有效性發(fā)生變化。也可以使用氯化物澄清劑，它另外的作用是干燥玻璃。玻璃必須保持干燥，以防止Er3+通過(guò)O-H聲子發(fā)生淬滅。
本發(fā)明的玻璃組合物具有高的稀土(RE)溶解性度、高的增益平坦度、在1550納米處可提供優(yōu)良的Er3+性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在使用有源光纖的4.7米長(zhǎng)的纖維放大器內(nèi)，在1530-1562納米之間增益平坦變化低于17分貝/100分貝增益，噪音低于4分貝。在980納米使用95毫瓦的泵激功率，獲得高于20分貝的增益。玻璃調(diào)節(jié)劑被認(rèn)為是獲得平坦Er3+增益譜的關(guān)鍵。高含量(＞1摩爾％)的Al2O3、RE2O3(RE＝Y(jié)3+、La3、Gd3+和Lu3+)和F，被斷定可增加1540納米附近的Er3+發(fā)射強(qiáng)度，但相對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射(＞1540納米)，抑制了1530納米處的發(fā)射。這樣就提供出如圖1所示的增益譜。Al2O3的濃度優(yōu)選高于5摩爾％，SiO2的濃度優(yōu)選低于90摩爾％，這樣可防止在SiO2-Al2O3-RE2O3體系內(nèi)形成液-液不混溶間隙。其他任選的調(diào)節(jié)劑例如堿和堿土氧化物會(huì)進(jìn)一步改變Er3+的增益譜，而且可抑制不混溶性。
已用本發(fā)明的各種含有氟化的摻稀土鋁硅酸鹽玻璃芯的光學(xué)制品，分別加上硼硅酸鹽和純二氧化硅兩種包層制成了光纖。已經(jīng)用如圖3所示的多模結(jié)構(gòu)和如圖4所示的單模結(jié)構(gòu)制得如圖2所示的在1310納米處具有約0.3-0.75分貝/米衰減的低損耗纖維。如圖3和4所示，得到了約0.6-2.1％的折射率δ。
在一個(gè)示范性的實(shí)施方式中，制成了含有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的有源光纖(表I，例如VI)的纖維光學(xué)放大器。有源光纖含有的Er3+濃度是1.62×1020離子數(shù)/毫升，在0.18米長(zhǎng)的纖維上顯示出18分貝的增益。如圖1所示，纖維放大器在32納米帶寬上增益平坦變化低于20分貝/100分貝。該光纖可與常規(guī)的二氧化硅基纖維熔融拼接，而且表現(xiàn)出0.05-0.18分貝/接點(diǎn)的拼接損耗。
雖然本發(fā)明以上都是就纖維放大器的波導(dǎo)光學(xué)纖維進(jìn)行說(shuō)明，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明所考慮的光學(xué)制品也包括(但不局限于)例如平面放大器、光纖激光器、法拉第旋轉(zhuǎn)器、濾波器、光學(xué)隔離器和非線性波導(dǎo)纖維。此外，與本發(fā)明下述方法的實(shí)施方式結(jié)合，也考慮了導(dǎo)電導(dǎo)管的連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲的制造，形成例如超導(dǎo)導(dǎo)線。也設(shè)想了電光復(fù)合器件。
現(xiàn)在描述本發(fā)明制造連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲的方法的實(shí)施方式，該纖維優(yōu)選是具有這里所述的新型玻璃組合物的伸長(zhǎng)的芯部和鄰近芯部的硅酸鹽玻璃包層的光學(xué)波導(dǎo)纖維，該方法包括如下步驟a)提供芯部原料，該原料是已制成的碎玻璃形式，粒子尺寸約為100-5000微米的；b)提供剛性的包層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選是管子的形式，它與芯部組合物化學(xué)相容，而且比芯部組合物更耐熔；c)將碎玻璃裝入包層結(jié)構(gòu)內(nèi)；d)在爐子內(nèi)加熱芯/包層的一端，使其接近包層的軟化點(diǎn)；f)將包含芯的包層拉伸成連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲。這里的“已制成的碎玻璃”一詞，指的是最終或最后的芯制品組合物，例如本發(fā)明新型玻璃，而不是指組合物的配料或預(yù)熔融形式。
芯部碎玻璃優(yōu)選由常規(guī)的坩堝熔融、溶膠-凝膠、或其他熟知的方法制造。如圖5所示，碎玻璃裝入中空的預(yù)制棒(包層)管子。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，包層組合物優(yōu)選這里所述的硅酸鹽玻璃，但基本上沒(méi)有限制，可以由純SiO2變化到包含例如鋁酸鈣玻璃和Pyrex_的多成分玻璃。芯部碎玻璃的熔點(diǎn)優(yōu)選低于包層的軟化點(diǎn)，而芯部與包層的熱膨脹之差不應(yīng)大到會(huì)使纖維碎裂。將芯部的碎玻璃填入包層后，它能夠向下拉伸成包層纖維或是用來(lái)加上外包層的棒。充填了芯部碎玻璃的包層管子在爐子內(nèi)由熟知的方法支撐，加熱至足夠高的溫度，使包層玻璃軟化，可供拉伸并熔融和澄清芯部碎玻璃。優(yōu)選地，包層結(jié)構(gòu)在其任何部位都不封合(這不是指在需要時(shí)暫時(shí)地閉合包層結(jié)構(gòu)的拉伸端)，使熔融芯部的氣體或其他副產(chǎn)物能夠逸出。碎玻璃的優(yōu)選粒子尺寸約為100-5000微米，以防止嵌塞，而且可使氣體或其他副產(chǎn)物逸出。
本發(fā)明的“碎玻璃在管子內(nèi)”的方法，對(duì)常規(guī)或已知的碎玻璃在管子內(nèi)的方法具有優(yōu)越性，其原因在于許多方面。由于此工藝起始使用已制成的玻璃的碎玻璃，材料是在分子級(jí)充分混合的，配料反應(yīng)完全，所以就將放氣和氣泡的形成量減少至最小。玻璃已經(jīng)澄清了小氣泡，在熔融的液態(tài)芯材中，任何由粉末熔融所夾入的大氣泡將很快浮到表面。此優(yōu)選方法使可以拉制光纖的成份范圍大大擴(kuò)展，這在以前使用CVD、MCVD或PCVD是不能實(shí)現(xiàn)的。此方法也容許芯部和包層材料之間具有較大的熱膨脹差異，因?yàn)樵谥瞥晒饫w以前，芯部并不是與包層剛性地結(jié)合，而由熱膨脹不匹配所引起的應(yīng)力，在光纖形式下比在剛性單塊預(yù)制棒中小得多。多孔的碎玻璃也能夠?qū)嵤├鞙囟认碌娜垠w的氣氛控制?？梢钥刂菩静可戏降膲毫?，以調(diào)節(jié)芯部直徑，如控制拉伸溫度一樣。對(duì)于給定的相同纖維OD，較高的拉伸溫度會(huì)導(dǎo)致較小的芯部直徑，這與常規(guī)的預(yù)制棒形成對(duì)照，常規(guī)方法中坯料一旦制成，此比例就固定了。雖然如所說(shuō)明的，管子的外徑(OD)與內(nèi)徑(ID)的比例近似與纖維的OD/ID相同，但它能夠由施加到熔融芯材的相對(duì)于包層管子外部的壓力(正壓或負(fù)壓)加以控制。
可以采用受控制的玻璃成分和熱歷史，來(lái)形成漸變的折射率剖面。當(dāng)芯材熔融，包層軟化時(shí)，擴(kuò)散過(guò)程相對(duì)較快，這樣就能夠在原地產(chǎn)生漸變的折射率剖面。
對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是在不脫離本發(fā)明的精神或范圍下，能夠?qū)Ρ景l(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行各種改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明覆蓋了本發(fā)明的各種改進(jìn)和變化，只要它們?cè)诟綄俚臋?quán)利要求及其等同內(nèi)容的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光學(xué)制品，其含有基本由如下成分(摩爾％)組成的玻璃組合物SiO20-90GeO20-90Na2O0-25Li2O0-10K2O 0-25Rb2O0-25Cs2O0-25Al2O35-40Ga2O35-40RE2(1)O30-40RE2(2)O30-1Er2O30.001-5Yb2O30-5PbO 0-15RO 0-20ZnO 0-10ZrO20-2TiO20-2Nb2O50-10Ta2O50-10P2O50-5B2O30-15As2O30-10Sb2O30-20Na2Cl20-10Bi2O30-5，和15％(重量)以下的氟，氟的形式是玻璃組合物的至少一種氟化成分和選自AlF3、REF3、NH5F2、NaF、Na2SiF6、Na3AlF6中的至少一種的配料組分；其中RE(1)是Y、La、Gd和Lu中的至少一種；RE(2)是Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho和Tm中的至少一種；R是Ba、Ca、Mg和Sr中的至少一種；(SiO2+GeO2)為40-90；和(Al2O3+Ga2O3)含量＞(RO+“alk”2O+RE2O3)含量，其中“alk”是Li、Na、K、Cs和Rb中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的制品，其中所述SiO2的含量小于90摩爾％、Al2O3的含量大于5摩爾％、B2O3的含量小于5摩爾％。
3.如權(quán)利要求1所述的制品，它包含芯部和包層，該芯部是所述的玻璃組合物，該包層含有鄰近所述芯部的硅酸鹽玻璃。
4.如權(quán)利要求3所述的制品，其中所述包層含有基本由如下成分(摩爾％)組成的組合物SiO290-100B2O30-10P2O50-10Al2O30-10GeO20-10SiF40-10。
5.如權(quán)利要求3所述的制品，其中所述制品是光學(xué)波導(dǎo)纖維。
6.如權(quán)利要求5所述的制品，其中所述波導(dǎo)纖維在1310納米的損耗≤0.75分貝/米。
7.如權(quán)利要求5所述的制品，其中所述波導(dǎo)纖維可與常規(guī)二氧化硅基纖維熔融拼接，接點(diǎn)損耗≤0.18分貝/接點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求5所述的制品，其中所述波導(dǎo)纖維是單模光纖。
9.如權(quán)利要求5所述的制品，其中所述波導(dǎo)纖維是給定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光學(xué)信號(hào)的增益介質(zhì)，當(dāng)所述介質(zhì)由激發(fā)源泵激時(shí)，在所述波長(zhǎng)范圍內(nèi)顯示出信號(hào)增益譜，所述增益譜在1530-1562納米之間的增益變化低于17分貝/100分貝增益。
10.如權(quán)利要求9所述的制品，其中所述增益譜在約1525-1565納米波段的選定波長(zhǎng)區(qū)域上，增益變化為2-16分貝/100分貝增益。
11.如權(quán)利要求3所述的制品，其中所述制品是平面波導(dǎo)器件。
12.包括芯部和鄰近所述芯部的包層的連續(xù)包層纖維長(zhǎng)絲的制造方法，它包含如下步驟a)提供芯部碎玻璃原料，該原料的粒子直徑約為100-5000微米，并具有已知的熔點(diǎn)；b)提供剛性的包層結(jié)構(gòu)，該包層結(jié)構(gòu)的軟化點(diǎn)比所述芯部原料的熔點(diǎn)高，其中所述包層具有與所述芯部化學(xué)相容的組成；c)將所述碎玻璃裝入所述包層結(jié)構(gòu)內(nèi)；d)在爐子內(nèi)加熱所述包含芯部的包層結(jié)構(gòu)的一端，使其接近所述包層的軟化點(diǎn)；和e)將所述包含芯部的包層拉伸成連續(xù)的包層的纖維長(zhǎng)絲。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述芯部碎玻璃是含有基本由如下成分(摩爾％)組成的組合物的玻璃SiO20-90GeO20-90Na2O0-25Li2O0-10K2O 0-25Rb2O0-25Cs2O0-25Al2O35-40Ga2O35-40RE2(1)O30-40RE2(2)O30-1Er2O30.001-5Yb2O30-5PbO 0-15RO 0-20ZnO 0-10ZrO20-2TiO20-2Nb2O50-10Ta2O50-10P2O50-5B2O30-15As2O30-10Sb2O30-20Na2Cl20-10Bi2O30-5，和15％(重量)以下的氟，氟的形式是玻璃組合物的至少一種氟化成分和選自AlF3、REF3、NH5F2、NaF、Na2SiF6、Na3AlF6中至少一種的配料成分；其中RE(1)是Y、La、Gd和Lu中的至少一種；RE(2)是Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho和Tm中的至少一種；R是Ba、Ca、Mg和Sr中的至少一種；(SiO2+GeO2)為40-90；和(Al2O3+Ga2O3)含量＞(RO+“alk”2O+RE2O3)含量，其中“alk”是Li、Na、K、Cs和Rb中的至少一種。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述包層含有基本由如下成分(摩爾％)組成的組合物SiO290-100B2O30-10P2O50-10Al2O30-10GeO20-10SiF40-10。
15.如權(quán)力要求12所述的方法，其中所述包層結(jié)構(gòu)是在其拉伸端以外的任何部位都不封合的管子。
16.如權(quán)力要求12所述的方法，其中所述芯部碎玻璃是玻璃-陶瓷。
17.如權(quán)力要求12所述的方法，其中所述芯部碎玻璃是超導(dǎo)體。
18.光學(xué)信號(hào)放大器，其特征在于它是由權(quán)利要求12所述的方法制成。
19.光隔離器，其特征在于它是由權(quán)利要求12所述的方法制成。
20.激光器，其特征在于它是由權(quán)利要求12所述的方法制成。
21.光學(xué)濾波器，其特征在于它是由權(quán)利要求12所述的方法制成。
22.單模光學(xué)波導(dǎo)纖維，其特征在于它是由權(quán)利要求12所述的方法制成。
23.多模光學(xué)波導(dǎo)纖維，其特征在于它是由權(quán)利要求12所述的方法制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有氟化的摻稀土鋁硅酸鹽玻璃芯組合物的光學(xué)制品,該芯部組合物基本由如下成分(摩爾%)組成:SiO
文檔編號(hào)G02B6/00GK1261332SQ98806388
公開(kāi)日2000年7月26日 申請(qǐng)日期1998年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月23日
發(fā)明者P·W·丘, M·J·德內(nèi)卡, B·P·廷德?tīng)? K·J·約斯特 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司