本申請根據(jù)35U.S.C.§119要求2014年6月24日提交的美國臨時專利申請系列號62/016192的優(yōu)先權(quán)，本申請基于其內(nèi)容并通過引用將其內(nèi)容整體結(jié)合于此。

背景

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般涉及光纖，具體涉及低衰減光纖。

技術(shù)背景

具有低衰減的玻璃光纖近來在通信領(lǐng)域受到明顯關(guān)注。用于改善衰減性質(zhì)的技術(shù)可對許多類型的光纖發(fā)揮重要作用，包括遠(yuǎn)程應(yīng)用中使用的傳輸光纖，正在興起的光纖到戶應(yīng)用中使用的多模光纖，以及許多設(shè)計的實際應(yīng)用受到彎曲損耗限制的色散補償光纖。在諸如遠(yuǎn)程應(yīng)用這樣的一些應(yīng)用中，通過光信號準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)需要低衰減。針對此問題提出的許多方案涉及對光纖及其折射率分布的顯著改進(jìn)。

概述

根據(jù)本申請所圖示和描述的一個或多個實施方式，單模光纖具有由二氧化硅和小于或等于約6.5重量％的氧化鍺制成的纖芯，所述纖芯具有最大相對折射率Δ_1最大。該光纖還具有包圍纖芯的內(nèi)包覆層，該內(nèi)包覆層具有最小相對折射率Δ_2最小。纖芯的軟化點與內(nèi)包覆層的軟化點之差小于或等于約20℃，且Δ_1最大＞Δ_2最小。

根據(jù)本申請所圖示和描述的一些實施方式，單模光纖還具有由二氧化硅或SiON制成的包圍內(nèi)包覆層的外包覆層。外包覆層具有最大相對折射率Δ_3最大，且Δ_3最大＞Δ_2最小。

根據(jù)本申請所圖示和描述的實施方式，制備單模光纖的方法包括：向第一爐中提供預(yù)制件，所述預(yù)制件具有包含二氧化硅和小于或等于約6.5重量％的氧化鍺的纖芯以及包圍纖芯的內(nèi)包覆層；由預(yù)制件拉制光纖；在第二爐中冷卻拉制的光纖，其中纖芯的軟化點與內(nèi)包覆層的軟化點之差小于或等于約50℃。

將在以下詳細(xì)描述中闡述各實施方式的附加特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點部分地對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說根據(jù)該描述將是顯而易見的，或者通過實施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖的本文所述的實施方式可認(rèn)識到。

應(yīng)當(dāng)理解的是，前面的總體描述和以下的詳細(xì)描述給出了實施方式，并且意為提供概覽或框架，以便理解所要求保護(hù)的實施方式的性質(zhì)和特征。包括的附圖提供了對各實施方式的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖示出各實施方式并與說明書一起用于解釋各實施方式的各種原理和操作。

附圖簡要說明

圖1A是根據(jù)本申請所圖示和描述的一個或多個實施方式的光纖的橫截面示意圖；

圖1B通過圖線描述了圖1A所示光纖的折射率-半徑關(guān)系；

圖2是根據(jù)本申請所圖示和描述的一個或多個實施方式的光纖的拉制系統(tǒng)的示意圖；

圖3通過圖線描述了根據(jù)本申請所圖示和描述的一個或多個實施方式的光纖的Δ％-半徑關(guān)系；以及

圖4通過圖線描述了根據(jù)本申請所圖示和描述的一個或多個實施方式的光纖的軸向應(yīng)力-半徑關(guān)系。

詳細(xì)描述

圖1A示意性描述了根據(jù)本申請所圖示和描述的一個或多個實施方式的光纖100的橫截面。本申請所述光纖100的實施方式一般包含單模光纖，所述單模光纖具有由二氧化硅和小于或等于約6.5重量％的氧化鍺制成的纖芯102。圖1B通過圖線描述了圖1A所示光纖100的折射率分布-半徑關(guān)系。纖芯102具有最大相對折射率Δ_1最大。光纖100還具有包圍纖芯102的內(nèi)包覆層104，該內(nèi)包覆層具有最小相對折射率Δ_2最小。纖芯102的軟化點與內(nèi)包覆層104的軟化點之差小于或等于約20℃，且Δ_1最大＞Δ_2最小。在一些實施方式中，光纖100還具有包圍內(nèi)包覆層104的外包覆層106。

本申請所用的“折射率分布”是光纖的折射率或相對折射率與光纖的徑向橫截面上的光纖半徑之間的關(guān)系。

本申請所用的“相對折射率”定義為：

其中n_i是區(qū)域i中的最大折射率，除非另有規(guī)定；n_ref是純二氧化硅玻璃的折射率，除非另有規(guī)定。因此，如本申請中所用，相對折射率百分?jǐn)?shù)是相對于純二氧化硅玻璃。術(shù)語德爾塔、德爾塔折射率、德爾塔折射率百分?jǐn)?shù)、Δ、Δ％在本申請中可互換使用。

更具體而言，如本申請所用，Δ_1最大是指光纖纖芯的最大相對折射率，Δ_2最小是指光纖內(nèi)包覆層的最小相對折射率，Δ_3最大是指光纖外包覆層的最大相對折射率。相對折射率用基于純二氧化硅玻璃的折射率的百分?jǐn)?shù)表示。

應(yīng)當(dāng)理解，本申請所用的詞語“純二氧化硅玻璃”是指光纖中包含“純二氧化硅玻璃”的區(qū)域或?qū)硬话浜繒黠@改變該二氧化硅玻璃區(qū)域或部分的折射率的物質(zhì)，如摻雜劑和/或其他痕量物質(zhì)。然而，在不是“純二氧化硅”的區(qū)域或部分可存在少量摻雜劑(例如各自含量小于1500ppm的氯和/或氟)。

波導(dǎo)光纖的“色散現(xiàn)象”(在本申請中可稱作“色散”，除非另有注明)是材料色散和波導(dǎo)色散之和。零色散波長是色散值為零的波長，在本申請中也稱作拉姆達(dá)0或λ₀。色散斜率是色散相對于波長的變化率。

“有效面積”用方程式1定義為：

A_eff＝2π(∫f²r dr)²/(∫f⁴r dr) (方程式1)

其中積分范圍是0到∞，f是與波導(dǎo)中傳播的光有關(guān)的電場的橫向分量。如本申請所用，“有效面積”或“A_eff”是指在1550nm波長處的光學(xué)有效面積，除非另有注明。

術(shù)語“α分布”(在本申請中也稱作阿爾法分布或僅稱作阿爾法)是指纖芯區(qū)域的相對折射率分布，用Δ(r)表示，單位為“％”，其中r是半徑。r用方程式2表達(dá)：

Δ(r)＝Δ(r_o)(1-[|r-r_o|/(r₁-r_o)]^α) (方程式2)

其中r_o是Δ(r)為最大值的點，r₁是Δ(r)為零的點，r在r_i<r<r_f的范圍內(nèi)，其中Δ定義如上，r_i是α分布的起點，r_f是α分布的終點，α是實數(shù)指數(shù)。

分別使用方程式3和4所示的彼得曼(Peterman)II方法測量模場直徑(MFD)，其中

2w＝MFD (方程式3)

以及

w²＝(2∫f²r dr/∫[df/dr]²r dr) (方程式4)

其中積分范圍是0到∞。

波導(dǎo)光纖的抗彎性可用規(guī)定測試條件下的誘導(dǎo)衰減來測量，如繞著具有規(guī)定直徑的心軸展開或包繞光纖，例如繞著6mm,10mm,20mm,30mm或類似直徑的心軸包繞1圈(例如“1x10mm直徑宏彎損耗”或“1x30mm直徑宏彎損耗”)并測量每圈衰減的增加量。

一類彎曲測試是側(cè)向負(fù)荷微彎測試。在所謂的“側(cè)向負(fù)荷絲網(wǎng)”測試(LLWM)中，將規(guī)定長度的波導(dǎo)光纖置于兩塊平板之間。將#70絲網(wǎng)附連到其中一塊板上。已知長度的波導(dǎo)光纖夾在兩塊板之間，在用30牛頓的力將兩塊板壓到一起的同時測量參比衰減。然后對板施加70牛頓的力，測量衰減的增加值，單位為dB/m。衰減增加值是波導(dǎo)在規(guī)定波長(通常在1200-1700nm的范圍內(nèi)，例如1310nm或1550nm或1625nm)的側(cè)向負(fù)荷衰減，單位為dB/m。

“針腳陣列”彎曲測試用于比較波導(dǎo)光纖的相對抗彎性。為進(jìn)行該項測試，在基本上不引入彎曲損耗的情況下測量波導(dǎo)光纖的衰減損耗。然后，圍繞針腳陣列編織波導(dǎo)光纖，并再次測量衰減。彎曲誘導(dǎo)損耗是兩次測量的衰減之差。在多個實施方式中，針腳陣列是在平坦表面上排成單行并保持在固定的豎直位置上的一組10個圓柱形針。針的中心-中心間距是5mm，針的直徑是0.67mm。在測試過程中施加足夠的張力，使波導(dǎo)光纖貼緊針的一部分表面。衰減增加值是波導(dǎo)在規(guī)定波長(通常在1200-1700nm的范圍內(nèi)，例如1310nm或1550nm或1625nm)的針腳陣列衰減，單位為dB/m。

給定模態(tài)的理論光纖截止波長，“理論光纖截止值”或“理論截止值”，是指這樣的波長，即大于該波長時導(dǎo)光不能在該模態(tài)下傳播。數(shù)學(xué)定義可參見“Single Mode Fiber Optics”(單模光纖光學(xué))，Jeunhomme,第39-44頁,Marcel Dekker,紐約,1990年，其中理論光纖截止值被描述為這樣的波長，即在該波長處，模態(tài)傳播常數(shù)變?yōu)榈扔谕獍矊又械钠矫娌▊鞑コ?shù)。此理論波長適用于有限長度的沒有直徑變化的直線光纖。

光纖截止值用標(biāo)準(zhǔn)2m光纖截止值測試方法FOTP-80(EIA-TIA-455-80)測量，得到“光纖截止波長”，也稱作“2m光纖截止值”或“測量截止值”。實施FOTP-80標(biāo)準(zhǔn)測試，利用受控數(shù)量的彎曲剔除更高級別的模態(tài)，或者相對于多模光纖的光譜響應(yīng)對光纖的光譜響應(yīng)進(jìn)行歸一化。

本申請所用的成纜(cabled)截止波長或者“成纜截止值”是指EIA-445光纖光學(xué)測試程序中描述的22m成纜截止測試，該測試程序是EIA-TIA光纖光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，該標(biāo)準(zhǔn)即電子工業(yè)聯(lián)盟-電信行業(yè)協(xié)會光纖光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

除非本申請中另有注明，光學(xué)性質(zhì)(如色散、色散斜率等)是針對LP01模態(tài)報告的。

參見圖1A和1B，根據(jù)本申請所述的實施方式呈現(xiàn)了光纖100的橫截面。光纖100一般包含玻璃纖芯102和包圍該纖芯102的內(nèi)包覆層104。在一些實施方式中，外包覆層106可包圍該內(nèi)包覆層104。纖芯102、內(nèi)包覆層104和外包覆層106可包含二氧化硅，具體是二氧化硅基玻璃。纖芯102和內(nèi)包覆層104可包含如本申請所更詳細(xì)描述的摻雜劑。光纖100的橫截面可以是相對于纖芯102的中心大體上呈圓形對稱的，纖芯102可具有半徑r₁。內(nèi)包覆層104包圍纖芯102，并從半徑r₁延伸到半徑r₂，使得內(nèi)包覆層具有半徑厚度T₂＝r₂-r₁。外包覆層106包圍內(nèi)包覆層104，并從半徑r₂延伸到半徑r₃，使得外包覆層具有半徑厚度T₃＝r₃-r₂。因此，光纖100(例如纖芯102，內(nèi)包覆層104和外包覆層106)可具有外直徑2r₃。

如本申請所述，光纖100的纖芯102具有半徑r₁和半徑厚度T₁＝r₁。在一些實施方式中，光纖100可以是單模光纖。纖芯的半徑厚度可大于或等于約3.0微米，如大于或等于約4.0微米。纖芯的半徑厚度可小于或等于約7.0微米，如小于或等于約6.0微米。因此，在一些實施方式中，半徑厚度T₁可大于或等于約3.0微米至小于或等于約7.0微米，如大于或等于約4.0微米至小于或等于約6.0微米。在其他實施方式中，半徑厚度T₁可約為5.0微米。然而，應(yīng)當(dāng)理解，纖芯102可具有不同尺寸，以利于其他各種單模實施方式。

在一些實施方式中，纖芯102包含二氧化硅玻璃(SiO₂)和一種或多種提高折射率的摻雜劑(以下稱作“向上摻雜劑”)，例如GeO₂,Al₂O₃,P₂O₅,TiO₂,ZrO₂,Nb₂O₅和/或Ta₂O₅。不受限于任何特定理論，據(jù)信光纖100的纖芯102中諸如GeO₂這樣的摻雜劑造成在光纖100的纖芯102內(nèi)傳導(dǎo)的光發(fā)生瑞利散射，導(dǎo)致沿著光纖長度衰減。具有更高濃度的摻雜劑的光纖通常會具有更多的瑞利散射，這導(dǎo)致衰減增加。因此，本申請所述的光纖的實施方式具有低纖芯摻雜劑濃度，這改善了光纖的衰減性質(zhì)。

在一些實施方式中，纖芯102是用GeO₂向上摻雜的。例如，纖芯102可用小于或等于約6.5重量％的GeO₂，如小于或等于約6.0重量％的GeO₂向上摻雜。纖芯102可用小于或等于約5.5重量％的GeO₂，如小于或等于約5.0重量％的GeO₂向上摻雜。在一些實施方式中，纖芯102可用大于或等于約2.0重量％的GeO₂，如大于或等于約2.5重量％的GeO₂向上摻雜。在一些實施方式中，纖芯102可用大于或等于約3.0重量％的GeO₂，如大于或等于約3.5重量％的GeO₂向上摻雜。因此，在一些實施方式中，纖芯102可包含等于或大于約2.0重量％至小于或等于約6.5重量％的GeO₂，或者等于或大于約2.5重量％至小于等于約6.0重量％的GeO₂。纖芯102可包含大于或等于約3.0重量％至小于或等于約5.5重量％的GeO₂，或者大于或等于約3.5重量％至小于等于約5.0重量％的GeO₂。

在纖芯102被向上摻雜的實施方式中，纖芯102的最大相對折射率Δ_1最大可大于或等于約0.13％，如大于或等于約0.15％。在一些實施方式中，最大相對折射率Δ_1最大可大于或等于約0.20％，如大于或等于約0.23％。在一些實施方式中，最大相對折射率Δ_1最大可小于或等于約0.37％，如小于或等于約0.35％。在一些實施方式中，最大相對折射率Δ_1最大可小于或等于約0.30％，如小于或等于約0.27％。因此，在一些實施方式中，最大相對折射率Δ_1最大可為大于或等于約0.13％至小于或等于約0.37％，如大于或等于約0.15％至小于或等于約0.35％。纖芯102的最大相對折射率Δ_1最大可為大于或等于約0.20％至小于或等于約0.30％，如大于或等于約0.23％至小于或等于約0.27％。

如上文所述，光纖100可進(jìn)一步包含內(nèi)包覆層104。在一些實施方式中，內(nèi)包覆層104具有半徑厚度T₂＝r₂-r₁。內(nèi)包覆層104的半徑厚度T₂可取決于纖芯102所需的尺寸以及光纖100的玻璃部分所需的尺寸和性質(zhì)。在一些實施方式中，內(nèi)包覆層的半徑厚度可大于或等于約12.0微米，如大于或等于約25.0微米。內(nèi)包覆層的半徑厚度可大于或等于約30.0微米，如大于或等于約35.0微米。內(nèi)包覆層的半徑厚度可小于或等于約55.0微米。因此，在一些實施方式中，內(nèi)包覆層的半徑厚度可大于或等于約12.0微米至小于或等于約55.0微米，如大于或等于約25.0微米至小于或等于約55.0微米。內(nèi)包覆層的半徑厚度可大于或等于約30.0微米至小于或等于約55.0微米，如大于或等于約35.0微米至小于或等于約55.0微米。

在一些實施方式中，內(nèi)包覆層可包含二氧化硅基玻璃和減小內(nèi)包覆層折射率的摻雜劑(以下稱作“向下?lián)诫s劑”)，如氟。內(nèi)包覆層可用大于或等于約0.10重量％的氟，如大于或等于約0.12重量％的氟向下?lián)诫s。在一些實施方式中，內(nèi)包覆層可用大于或等于約0.20重量％的氟，如大于或等于約0.30重量％的氟向下?lián)诫s。內(nèi)包覆層可用小于或等于約0.65重量％的氟，如小于或等于約0.50重量％的氟向下?lián)诫s。在一些實施方式中，內(nèi)包覆層可用小于或等于約0.45重量％的氟，如小于或等于約0.40重量％的氟向下?lián)诫s。因此，在一些實施方式中，內(nèi)包覆層可用大于或等于約0.10重量％的氟至小于或等于約0.65重量％的氟，如大于或等于約0.12重量％的氟至小于或等于約0.50重量％的氟向下?lián)诫s。內(nèi)包覆層可用大于或等于約0.20重量％的氟至小于或等于約0.45重量％的氟，如大于或等于約0.30重量％的氟至小于或等于約0.40重量％的氟向下?lián)诫s。

在一些實施方式中，內(nèi)包覆層具有小于純二氧化硅玻璃的相對折射率的最小相對折射率Δ_2最小。例如，內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小可小于或等于約-0.040％，如小于或等于約-0.050％。內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小可小于或等于約-0.100％，如小于或等于約-0.125％。內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小可大于或等于約-0.210％，如大于或等于約-0.200％。內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小可大于或等于約-0.175％，如大于或等于約-0.150％。因此，在一些實施方式中，內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小可為小于或等于約-0.040％至大于或等于約-0.210％，如小于或等于約-0.050％至大于或等于約-0.200％。內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小可為小于或等于約-0.100％至大于或等于約-0.175％，如小于或等于約-0.125％至大于或等于約-0.150％。

用向上摻雜劑摻雜纖芯102和用向下?lián)诫s劑摻雜內(nèi)包覆層104在纖芯的最大相對折射率Δ_1最大與內(nèi)包覆層的最小相對折射率Δ_2最小之間提供關(guān)系Δ_1最大＞Δ_2最小。此外，纖芯102中向上摻雜劑的濃度和內(nèi)包覆層104中向下?lián)诫s劑的濃度可用來匹配纖芯/內(nèi)包覆層邊界的黏度。使纖芯102的黏度與內(nèi)包覆層104的黏度匹配減少了纖芯102與包覆層104的邊界處的界面波動，所述界面波動會造成光在光纖內(nèi)的小角度散射，進(jìn)一步增大在光纖100的纖芯102內(nèi)行進(jìn)的光的衰減。在傳統(tǒng)光纖中，纖芯和包覆層的黏度通常不匹配。傳統(tǒng)光纖中這些黏度的不匹配導(dǎo)致纖芯在給定溫度下向內(nèi)包覆層位移，所述給定溫度是例如纖芯的軟化點與內(nèi)包覆層的軟化點之間的溫度。所述位移導(dǎo)致界面波動，當(dāng)玻璃冷卻時，這些界面波動變成永久性的，從而增大衰減。

纖芯102的黏度與內(nèi)包覆層104的黏度的匹配可利用纖芯102的軟化點與內(nèi)包覆層104的軟化點之間的差異來評估。應(yīng)當(dāng)理解，纖芯102和內(nèi)包覆層104的軟化點是指相應(yīng)的組合物具有10^7.6泊的黏度時的溫度。在一些實施方式中，纖芯軟化點與內(nèi)包覆層軟化點之差可小于或等于約15℃，如小于或等于約12℃。纖芯軟化點與內(nèi)包層軟化點之差可小于或等于約10℃，如小于或等于約8℃。

如上文所述且如圖1A和1B所示，光纖100可包含外包覆層106。外包覆層106具有半徑厚度T₃＝r₃-r₂。在一些實施方式中，外包覆層106的半徑厚度T₃可小于或等于約47.5微米，如小于或等于約34.5微米。在其他實施方式中，外包覆層106的半徑厚度T₃可小于或等于約29.5微米，如小于或等于約24.5微米。在一些實施方式中，外包覆層106是可選的。

在一些實施方式中，外包覆層106包含純二氧化硅或SiON。因此，外包覆層的最大相對折射率Δ_3最大約為0.0％，因為如本申請所述，相對折射率是基于純二氧化硅玻璃的折射率。此外，外包覆層106相比于纖芯102和內(nèi)包覆層104是硬的，因為它沒有摻雜。雖然不受限于任何特定理論，但是外包覆層106通過減小纖芯102與內(nèi)包覆層104的不匹配的CTE所導(dǎo)致的熱應(yīng)力而有助于減小衰減。纖芯102與內(nèi)包覆層的不匹配的CTE會引起纖芯102和包覆層104中的一者相對于另一者膨脹或收縮得更厲害，從而在纖芯102和/或內(nèi)包覆層104中產(chǎn)生應(yīng)力，這會導(dǎo)致波動，增大衰減。不過，當(dāng)外包覆層比纖芯102和內(nèi)包覆層104更硬時，它將比纖芯102或內(nèi)包覆層104膨脹或收縮得更少。由此，纖芯102與包覆層104之間不匹配的CTE所導(dǎo)致的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到外包覆層106，纖芯102和內(nèi)包覆層104中的波動減少。因此，在一些實施方式中，將外包覆層106設(shè)置為不干擾從光纖100中穿進(jìn)的光。

如上文所述，根據(jù)一些實施方式，纖芯102、內(nèi)包覆層104和外包覆層106的相對折射率滿足以下關(guān)系：Δ_1最大＞Δ_3最大＞Δ_2最小。

本申請所公開的光纖的實施方式具有減小的衰減。例如，所述光纖在1550nm波長的衰減可小于或等于約0.19dB/km。在一些實施方式中，所述光纖在1550nm波長的衰減可小于或等于約0.18dB/km，如在1550nm波長的衰減可小于或等于約0.175dB/km。所述光纖在1550nm波長的衰減可小于或等于約0.17dB/km，如在1550nm波長的衰減可小于或等于約0.165dB/km。此外，所述光纖在1310nm波長的衰減可小于或等于約0.32dB/km，如在1310nm波長的衰減可小于或等于約0.31dB/km。本申請所公開的光纖設(shè)計得到具有以下光學(xué)性質(zhì)的光纖：符合G.652(ITU-T標(biāo)準(zhǔn))，MFD在1310nm處為大于或等于約8.2微米至小于或等于約9.5微米，如在1310nm處為大于或等于約9.0微米至小于或等于約9.4微米，零色散波長λ₀為1300nm≤λ₀≤1324nm，成纜截止值小于或等于約1260nm。本申請所公開的其他光纖設(shè)計得到具有以下光學(xué)性質(zhì)的光纖：符合G.652(ITU-T標(biāo)準(zhǔn))，并且例如成纜截止值小于或等于約1530nm，如小于或等于約1500nm。應(yīng)用G.654，光纖可構(gòu)造成在1550nm處具有色散，該色散小于或等于22ps/nm/km。

在一些實施方式中，光纖可以是大有效面積光纖。例如，所述光纖在1550nm波長的有效面積可大于或等于約70微米²，如在1550nm波長的有效面積可大于或等于約80微米²。所述光纖在1550nm波長的有效面積可大于或等于約90微米²，如在1550nm波長的有效面積可大于或等于約100微米²。所述光纖在1550nm波長的有效面積可小于或等于約145微米²，如在1550nm波長的有效面積可小于或等于約135微米²。所述光纖在1550nm波長的有效面積可小于或等于約125微米²，如在1550nm波長的有效面積可小于或等于約155微米²。因此，在一些實施方式中，光纖的有效面積可為大于或等于約70微米²至小于或等于約145微米²，如大于或等于約80微米²至小于或等于約135微米²。光纖的有效面積可為大于或等于約90微米²至小于或等于約125微米²，如大于或等于約100微米²至小于或等于約115微米²。

在一些實施方式中，光纖100的纖芯102、內(nèi)包層104和外包層106可通過外部氣相沉積(OVD)法形成。OVD法是制備光纖的一種方法，它利用CH₄+O₂火焰中的水解過程，通過所需蒸氣成分(包括二氧化硅和其他所需的向上摻雜劑前體)的反應(yīng)形成煙炱粒子(如直徑在約2nm至5μm的范圍內(nèi)，在一些實施方式中，直徑在約50-500nm的范圍內(nèi))。然后，利用熱遷移手段將煙炱粒子收集到餌棒(用于制備纖芯煙炱預(yù)制件)或玻璃纖芯坯棒或玻璃纖芯棒(用于制備外包覆層煙炱預(yù)制件)上。然后在高溫爐中干燥煙炱預(yù)制件并將其致密化為實心透明玻璃(將餌棒從纖芯預(yù)制件中取出之后)，該過程一般稱作固結(jié)。在煙炱預(yù)制件的制造過程中，為各層采用不同數(shù)量的各種氣相成分，得到所需的纖芯和包覆層組成。例如，先生成纖芯/內(nèi)包覆層/外包覆層預(yù)制件，然后固結(jié)，并通過已知的光纖拉制方法將最終(固結(jié))的預(yù)制件拉制成光纖100。

更具體地，在一些實施方式中，用于制備煙炱預(yù)制件的與纖芯相關(guān)的部分的蒸氣前體材料是SiCl₄,GeCl₄,AlCl₃,TiCl₄或POCl₃。如本申請實施方式所述，纖芯可包含GeO₂摻雜的二氧化硅玻璃。將煙炱預(yù)制件置于爐中，干燥(例如在包含氯氣的氣氛中)，然后將未摻雜的SiO₂煙炱固結(jié)為纖芯預(yù)制件(本申請中也稱作纖芯玻璃預(yù)制件或無孔玻璃纖芯預(yù)制件)。然后可選地將固結(jié)的纖芯預(yù)制件置于空氣、氮氣或氬氣吹掃的爐子中，并在約800-1200℃加熱，以使溶解于玻璃的氦氣排出，然后可選地置于另一爐子中，并且再拉制成一個或多個坯棒(也稱作纖芯坯棒)。將純SiO₂煙炱沉積在纖芯預(yù)制件上，形成具有實心玻璃纖芯坯棒的煙炱預(yù)制件。然后將此煙炱/坯棒組件置于爐子中，干燥，然后用氟摻雜(例如在包含SiF₄的氣氛中)。此后將該組件固結(jié)為完全致密的玻璃。然后可選地將固結(jié)的預(yù)制件置于空氣、氮氣或氬氣吹掃的爐子中，并在約800-1200℃加熱，以使溶解于玻璃的氦氣排出，然后可選地置于另一爐子中，并且再拉制成一個或多個坯棒，該坯棒具有被摻F二氧化硅包覆層包圍的摻GeO₂纖芯。在固結(jié)的預(yù)制件上沉積額外的煙炱、干燥、摻雜和燒結(jié)成完全致密的玻璃這樣一些過程可重復(fù)進(jìn)行。在一些實施方式中，預(yù)制件包含二氧化硅，其含有GeO₂摻雜的纖芯/F摻雜的內(nèi)包覆層和F摻雜的、未摻雜的SiO₂或SiON摻雜的外包覆層。然后，可選地將固結(jié)的預(yù)制件置于空氣、氮氣或氬氣吹掃的爐子中，并在約800-1200℃加熱，以使溶解于玻璃的氦氣排出。然后由預(yù)制件拉制光纖，并涂覆標(biāo)準(zhǔn)的一次和二次氨基甲酸酯丙烯酸酯涂層。

現(xiàn)在參考圖2，該圖呈現(xiàn)了用于制備光纖的系統(tǒng)200的一個實施方式。系統(tǒng)200可包含用于加熱光纖預(yù)制件204的拉制爐202，使得可從光纖預(yù)制件204拉制光纖100。該預(yù)制件204可用OVD法生產(chǎn)，具有上文所述的組成和結(jié)構(gòu)。可對拉制爐202進(jìn)行取向，使從光纖預(yù)制件204拉制的光纖100沿著基本上豎直的路徑離開爐子。

在光纖100離開拉制爐202之后，可使用非接觸傳感器206a,206b測量光纖100的直徑和施加到光纖100上的牽拉張力。張力可通過任何合適的張力施加機構(gòu)210施加到光纖上。如圖2所示，在測量了光纖的直徑和張力之后，光纖100可通過冷卻機構(gòu)208，該冷卻機構(gòu)為光纖100提供緩慢冷卻。冷卻機構(gòu)208可以是本領(lǐng)域目前已知或?qū)硪_發(fā)的用于冷卻光纖的任何機構(gòu)。在一個實施方式中，冷卻機構(gòu)208中填充有幫助冷卻光纖100的氣體，其冷卻速率慢于在常溫空氣中冷卻光纖100的速率。如上文所討論，一些實施方式的光纖包含低濃度的向上摻雜劑如GeO₂，這意味著玻璃具有更高濃度的二氧化硅。純二氧化硅玻璃比包含向上摻雜劑的二氧化硅玻璃更硬，并且向上摻雜劑濃度越高，二氧化硅基玻璃的硬度越小。因此，根據(jù)一些實施方式，比常規(guī)光纖纖芯具有更低濃度的向上摻雜劑的纖芯比常規(guī)光纖中的纖芯更硬。在光纖冷卻時，這種增大的硬度造成應(yīng)力，因為光纖沒有充分收縮以吸收該應(yīng)力。光纖冷卻得越快，光纖中產(chǎn)生的應(yīng)力越大，因為光纖不能足夠快地收縮。這些應(yīng)力導(dǎo)致波動，而波動增加衰減。因此，根據(jù)一些實施方式，光纖可緩慢冷卻以使應(yīng)力松弛，從而減少光纖中的波動和衰減。

在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約5000℃/s，如小于或等于約4750℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1600℃的溫度冷卻到約1250℃的溫度。在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約4500℃/s，如小于或等于約4250℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1600℃的溫度冷卻到約1250℃的溫度。在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約12000℃/s，如小于或等于約11500℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1250℃的溫度冷卻到約1050℃的溫度。在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約11000℃/s，如小于或等于約10500℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1250℃的溫度冷卻到約1050℃的溫度。在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約4500℃/s，如小于或等于約4250℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1400℃的溫度冷卻到約1050℃的溫度。在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約12000℃/s，如小于或等于約11500℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1050℃的溫度冷卻到約850℃的溫度。在一些實施方式中，冷卻機構(gòu)208可以小于或等于約11000℃/s，如小于或等于約10500℃/s的冷卻速率將拉制的光纖從約1050℃的溫度冷卻到約850℃的溫度。

在一些實施方式中，張力施加機構(gòu)210可對光纖100施加小于或等于約100g_f(g_f在本申請中指克力)，如小于或等于約95g_f的張力。張力施加機構(gòu)208可對光纖100施加小于或等于約90g_f，如小于或等于約85g_f的張力。通過最大程度減小光纖100的張力，光纖中形成的機械應(yīng)力得以減小。

實施例

通過以下實施例進(jìn)一步闡明實施方式。

形成五種光纖，即樣品1-5，其包含Δ_1最大為0.256％的摻氧化鍺纖芯。這五種光纖具有Δ_2最小為-0.094％的摻氟內(nèi)包覆層。光纖樣品2-5具有純二氧化硅玻璃外包覆層。光纖以100g_f的張力拉制。

圖3通過圖線描述了光纖樣品1-5的Δ％-半徑位置關(guān)系。如圖3所示，光纖樣品1具有達(dá)至約5微米半徑的摻雜有GeO₂的二氧化硅纖芯，以及從約5微米半徑至約62.5微米半徑的摻雜有F的二氧化硅內(nèi)包覆層；光纖樣品2具有達(dá)至約5微米半徑的摻雜有GeO₂的二氧化硅纖芯，從約5微米半徑至約50微米半徑的摻雜有F的二氧化硅內(nèi)包覆層，以及從約50微米半徑至約62.5微米半徑的純二氧化硅玻璃外包覆層；光纖樣品3具有達(dá)至約5微米半徑的摻雜有GeO₂的二氧化硅纖芯，從約5微米半徑至約45微米半徑的摻雜有F的二氧化硅內(nèi)包覆層，以及從約45微米半徑至約62.5微米半徑的純二氧化硅玻璃外包覆層；光纖樣品4具有達(dá)至約5微米半徑的摻雜有GeO₂的二氧化硅纖芯，從約5微米半徑至約40微米半徑的摻雜有F的二氧化硅內(nèi)包覆層，以及從約40微米半徑至約62.5微米半徑的純二氧化硅玻璃外包覆層；光纖樣品5具有達(dá)至約5微米半徑的摻雜有GeO₂的二氧化硅纖芯，從約5微米半徑至約35微米半徑的摻雜有F的二氧化硅內(nèi)包覆層，以及從約35微米半徑至約62.5微米半徑的純二氧化硅玻璃外包覆層。

圖4通過圖線描述了光纖樣品1-5的軸向應(yīng)力-半徑位置關(guān)系。如圖4所示，光纖樣品1在其纖芯內(nèi)具有約26MPa軸向應(yīng)力；光纖樣品2在其纖芯內(nèi)具有約17MPa軸向應(yīng)力；光纖樣品3在其纖芯內(nèi)具有約14MPa軸向應(yīng)力；光纖樣品4在其纖芯內(nèi)具有約12MPa軸向應(yīng)力；光纖樣品5在其纖芯內(nèi)具有約10MPa軸向應(yīng)力。因此，實施例表明，含有包圍內(nèi)包覆層的外包覆層減少了光纖纖芯上的軸向應(yīng)力。此外，外包覆層在徑向上越靠近纖芯，纖芯中的軸向應(yīng)力越小。不過，如上文所揭示，外包覆層可設(shè)置為離纖芯足夠遠(yuǎn)，以免干擾從光纖中穿行的光。

表1顯示了包含GeO₂摻雜的二氧化硅纖芯、氟(F)摻雜的二氧化硅內(nèi)包覆層和F摻雜或未摻雜的二氧化硅外包覆層的光纖。表1顯示了實施例1-37的纖芯折射率Δ_1最大(用％表示)(相對于具有0.00％Δ折射率的純二氧化硅)、纖芯摻雜劑、內(nèi)包覆層折射率Δ_2最小(用％表示)、內(nèi)包覆層摻雜劑、纖芯折射率與內(nèi)包覆層折射率的絕對差值(用％表示)、纖芯軟化點[軟化點定義為玻璃具有Log10(黏度)＝7.6的溫度]、內(nèi)包覆層軟化點、纖芯軟化點與內(nèi)包覆層軟化點的絕對差值、纖芯中GeO₂摻雜劑的重量％[GeO_2(纖芯)]、內(nèi)包覆層中氟摻雜

劑的重量％[F_{(內(nèi)包覆層)}]以及纖芯中GeO₂摻雜劑與內(nèi)包覆層中氟摻雜劑之比(重量

％/重量％)[GeO_2(纖芯)/F_{(內(nèi)包覆層)}]。

表1

表1(續(xù))

表1所示光纖具有GeO₂摻雜的二氧化硅纖芯、氟摻雜的內(nèi)包覆層和氟摻雜或未摻雜的二氧化硅外包覆層。表中顯示光纖具有0.09≤Δ_1最大≤0.36，且-0.18≤Δ_2最小≤-0.01。表中顯示光纖具有0.20≤|Δ_1最大-Δ_2最小|≤0.45。表中顯示，光纖的纖芯軟化點與內(nèi)包覆層軟化點的絕對差值≤20℃，在一些實施例中≤15℃，在一些實施例中≤10℃。表中顯示，光纖纖芯中GeO₂摻雜劑的重量％≤6.5％。表中顯示光纖具有1.5重量％≤GeO_2(纖芯)≤6.5重量％。表中顯示光纖在內(nèi)包覆層中具有≥0.02重量％的氟摻雜劑。表中顯示光纖具有0.02重量％≤F_{(內(nèi)包覆層)}≤0.6重量％。表中顯示，光纖纖芯中GeO₂摻雜劑與內(nèi)包覆層中氟摻雜劑之比(重量％/重量％)為4＜[GeO_2(纖芯)/F_{(內(nèi)包覆層)}]＜190，在一些實施方式中6＜[GeO_2(纖芯)/F_{(內(nèi)包覆層)}]＜50，在一些實施方式中6＜[GeO_2(纖芯)/F_{(內(nèi)包覆層)}]＜35。

表2顯示了根據(jù)本申請所公開的實施方式的示例性光纖的纖芯、內(nèi)包覆層和外包覆層的折射率(相對于具有0.00％Δ折射率的純二氧化硅)，纖芯外半徑、α和摻雜劑，內(nèi)包覆層外半徑和摻雜劑，外包覆層半徑和摻雜劑。表中還顯示了這些光纖的光學(xué)性質(zhì)，包括零色散波長(λ0)、1310nm和1550nm色散、色散斜率、模場直徑、理論成纜截止值和22米成纜截止值、1550nm有效面積、側(cè)向負(fù)荷和針腳陣列以及1550nm處的衰減(“na”表示不適用)。在表2中，實施例38對應(yīng)于實施例4；實施例39-40對應(yīng)于實施例9；實施例41對應(yīng)于實施例16；實施例42-43對應(yīng)于實施例23；實施例44對應(yīng)于實施例30；實施例45對應(yīng)于實施例36。

表2

表2(續(xù))

表2中的光纖具有GeO₂摻雜的二氧化硅纖芯、氟摻雜的內(nèi)包覆層和氟摻雜或未摻雜的二氧化硅外包覆層。表2顯示光纖具有0.15≤Δ_1最大≤0.33，且-0.12≤Δ_2最小≤-0.05。表2顯示光纖具有0.20≤|Δ_1最大-Δ_2最小|≤0.45。表2顯示光纖的1310模場直徑在約8.1微米²與9.4微米²之間，λ0在1300nm與1324nm之間，成纜截止值小于或等于1260nm。表2顯示光纖的1550模場直徑在約9微米²至14微米²之間，成纜截止值小于1500nm。表2中光纖的一些實施例符合G.652和G.654。表2顯示光纖具有≤0.19dB/km的低衰減。

對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可對本文所述實施方式做出各種修改和變化而不偏離所要求保護(hù)的主題的精神和范圍。因此，本說明書旨在涵蓋本文所述的各種實施方式的修改和變化形式，只要這些修改和變化形式落在所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容的范圍之內(nèi)。