本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119要求2014年07月09日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列第62/022,305號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。

領(lǐng)域

本公開涉及在包覆中具有高濃度氯和低濃度非橋接氧缺陷的光纖，以及用于制備這種纖維的方法。所述方法包括在還原劑存在下，燒結(jié)具有多孔氯-摻雜的包覆層的預(yù)制件。

背景

在纖維使用環(huán)境中，光波導(dǎo)和纖維的性質(zhì)可對(duì)氫或含氫氣體的存在較敏感。這種氫敏感性可導(dǎo)致在關(guān)注(例如，在通訊窗口中)的某些波長下的光衰減增加。衰減的增加歸因于例如sioh和geoh基團(tuán)的化學(xué)基團(tuán)，其吸收在通訊感興趣的波長下的光。氫敏感性來自當(dāng)將纖維或波導(dǎo)暴露于氫時(shí)，光纖或光波導(dǎo)玻璃中的非橋接氧缺陷(或孔)中心轉(zhuǎn)化成sioh或geoh基團(tuán)。為了降低氫敏感性，可用氘處理或化學(xué)退火光纖。通過形成siod和geod基團(tuán)，氘與非橋接氧缺陷中心反應(yīng)來鈍化非橋接氧缺陷。siod和geod基團(tuán)在氫存在下是穩(wěn)定的，且吸收在通訊窗口以外的波長。但是，鈍化非橋接氧鍵所必需的氘處理時(shí)間較長，且在光纖生產(chǎn)中是沒有優(yōu)勢(shì)的。因此，本領(lǐng)域需要將氘處理所需的時(shí)間降低到更可行的水平，以用于商業(yè)工藝。

概述

本公開涉及制造具有降低的氫敏感性的光纖。根據(jù)本公開,在固結(jié)之前，使用還原劑處理纖維預(yù)制件。還原劑處理在預(yù)制件固結(jié)之前，減少預(yù)制件中存在的非橋接氧缺陷中心的數(shù)目。在固結(jié)和后續(xù)地將固結(jié)的預(yù)制件拉制成光纖之后,光纖用氘進(jìn)行處理以進(jìn)一步減少或基本上消除纖維中的非橋接氧缺陷中心，從而降低或消除纖維的光纖的氫敏感性。在光纖預(yù)制件的最終固結(jié)之前使用還原劑不僅導(dǎo)致由預(yù)制件拉制的纖維中非橋接氧缺陷中心的更大的下降,還減少了纖維的氘處理所需的時(shí)間。結(jié)果，增加了制造產(chǎn)率，降低了制造成本。

在一方面中,本公開涉及通過下述方法形成的光纖，所述方法包括下述步驟：提供用于制備光纖的預(yù)制件，所述預(yù)制件具有固結(jié)的玻璃芯體和至少一個(gè)多孔玻璃包覆層；將預(yù)制件設(shè)置在含有氣體的爐子中；使用氯來源材料,和任選的載體氣體,例如空氣、氮?dú)狻鍤饣蚝?，氯摻雜多孔包覆層；以及在氣態(tài)還原劑存在下，燒結(jié)至少一個(gè)多孔包覆層以在固結(jié)的玻璃芯體上形成燒結(jié)的包覆層,其中至少一個(gè)燒結(jié)的包覆層具有大于500ppm以重量計(jì)的氯濃度。氣態(tài)還原劑用來降低固結(jié)的預(yù)制件的燒結(jié)的至少一個(gè)包覆層中的富氧缺陷的濃度，且在完全燒結(jié)(固結(jié))以形成光纖預(yù)制件或毛坯之后,從燒結(jié)的預(yù)制件拉制光纖。因在還原劑存在時(shí)預(yù)制件的固結(jié)導(dǎo)致的預(yù)制件的富氧缺陷的下降包括過氧(≡si-o-o-si≡)和其它含氧缺陷的下降，其容易發(fā)生鍵解離或其它改性以形成非橋接氧缺陷(≡si-o-)。在存在還原劑時(shí)固結(jié)的從預(yù)制件拉制的纖維也具有降低濃度的富氧缺陷。還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3,和co。在一種實(shí)施方式中,還原劑是一氧化碳("co")。在一種實(shí)施方式中,為氣態(tài)還原劑提供載體氣體。在一種實(shí)施方式中,載體氣體是惰性氣體。在一種實(shí)施方式中,惰性氣體是氦氣。在一種實(shí)施方式中,氯來源材料是選自下組：cl2和sicl4。

在一種實(shí)施方式中,本公開涉及一種用于制造具有芯體和包覆的光纖的方法,其中因?yàn)榘仓懈谎跞毕莸南陆?，光纖具有降低的氫敏感性。在一種實(shí)施方式中,所述方法包含形成還原劑-處理的、固結(jié)的光纖預(yù)制件,其中預(yù)制件包含芯體部分和包覆部分，且所述方法包括下述步驟：提供芯體煙炱預(yù)制件，且固結(jié)芯體煙炱預(yù)制件來形成芯體部分；在芯體部分上沉積至少一個(gè)含二氧化硅的包覆煙炱層，且固結(jié)至少一個(gè)含有二氧化硅的包覆煙炱層以在芯體部分上形成包覆部分,其中在固結(jié)包覆煙炱之時(shí)和/或固結(jié)包覆煙炱之前使用還原劑處理包覆煙炱，以減少包覆中的富氧或非橋接氧缺陷中心。可從還原劑-處理、固結(jié)的光纖預(yù)制件拉制光纖。光纖隨后可用氘進(jìn)行處理。相對(duì)于由在固結(jié)之時(shí)沒有用還原劑進(jìn)行處理的預(yù)制件形成的纖維，在固結(jié)之時(shí)使用還原劑處理包覆煙炱，減少用氘處理光纖以獲得所需的氫敏感性性質(zhì)所需的時(shí)間。還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3,和co。在一種實(shí)施方式中,還原劑是一氧化碳("co")。

在其它實(shí)施方式中，本公開提供一種用于通過形成包含芯體部分和包覆部分的還原劑-處理的、固結(jié)的光纖預(yù)制件來制造光纖的方法，所述方法包括下述步驟：固結(jié)芯體煙炱以形成預(yù)制件的芯體部分；固結(jié)沉積在固結(jié)的芯體上的含有二氧化硅的包覆煙炱以在芯體部分上形成包覆部分；以及在固結(jié)包覆煙炱以形成適于拉制光纖的固結(jié)的光纖預(yù)制件之前和/或之時(shí)，使用還原劑處理包覆煙炱。然后，可從還原劑-處理、固結(jié)的預(yù)制件拉制光纖。拉制光纖隨后可用氘進(jìn)行處理。相對(duì)于由在固結(jié)之時(shí)沒有用還原劑進(jìn)行處理的預(yù)制件形成的纖維，使用還原劑處理包覆煙炱，減少用氘處理光纖以獲得所需的氫敏感性性質(zhì)所需的時(shí)間。在芯體煙炱固結(jié)之前和/或之時(shí)，芯體煙炱沒有使用還原劑進(jìn)行處理。還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3,和co。在一種實(shí)施方式中,還原劑是一氧化碳("co")。

在其它實(shí)施方式中,提供一種通過下述方法形成的光纖，所述方法包括下述步驟：提供用于形成光纖預(yù)制件的基材；在基材上沉積芯體煙炱以形成芯體煙炱預(yù)制件；通過在固結(jié)之前和/或之時(shí)使用還原劑，使用芯體煙炱預(yù)制件的處理來固結(jié)芯體煙炱預(yù)制件，以減少芯體煙炱中的富氧或非橋接氧缺陷中心；在固結(jié)的芯體預(yù)制件上沉積至少一個(gè)包覆層；以及通過在固結(jié)之前和/或之時(shí)使用還原劑，固結(jié)至少一個(gè)包覆煙炱層，以減少包覆煙炱中的富氧或非橋接氧缺陷中心。

本公開延伸至：

一種制備光纖的方法，所述方法包括下述步驟：

提供預(yù)制件，所述預(yù)制件具有固結(jié)的玻璃芯體和第一多孔玻璃包覆層；

在第一溫度下，將預(yù)制件暴露于第一氣體氣氛,第一氣體氣氛包含氯來源材料,所述氯來源材料提供用于摻雜第一多孔玻璃包覆層的氯；

在第二溫度下，將預(yù)制件暴露于第二氣體氣氛；第二氣體氣氛包含還原劑；以及

在第三溫度下，在存在第二氣體氣氛時(shí)，加熱預(yù)制件；加熱導(dǎo)致燒結(jié)所述第一多孔包覆層,燒結(jié)的第一多孔包覆層具有至少500ppm以重量計(jì)的氯摻雜劑濃度。

本公開延伸至：

光纖，其包含芯體和至少一個(gè)包覆層,至少一個(gè)包覆層包含至少500ppm以重量計(jì)的氯摻雜劑濃度,光纖包含小于1ppb以重量計(jì)od基團(tuán)且在23℃下暴露于氣體氣氛之后具有小于100小時(shí)的到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值，所述氣體氣氛具有1atm的總壓力且包含0.01atm分壓的h2和0.99atm分壓的n2。

通過閱讀附圖和下文的優(yōu)選的實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解本公開的其它特征、優(yōu)勢(shì)和細(xì)節(jié)，這種描述只說明本公開。

附圖簡要說明

圖1顯示在氫老化測(cè)試過程中，未處理的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的典型響應(yīng)。

圖2a的圖表顯示用于制備低彎曲損耗光纖的向上摻雜(up-doped)外包覆分布。

圖2b的圖表顯示用于制備低彎曲損耗光纖的具有溝槽的向上摻雜外包覆分布。

圖3a是圖2a所示的光纖的示例性相對(duì)折射率分布,芯體從r0延伸到r1和具有折射率δ1,內(nèi)部包覆從r1延伸到r2和具有折射率δ2,且外包覆從r2延伸到r3并具有折射率δ3。

圖3b是圖2b所示的光纖的示例性相對(duì)折射率分布,芯體從r0延伸到r1和具有折射率δ1,內(nèi)部包覆從r1延伸到r2和具有折射率δ2,具有低折射率材料的溝槽從r2延伸到r4且具有折射率δ4，以及外包覆從r4延伸到r3并具有折射率δ3。

圖4是階梯折射率光纖的圖表，其顯示本文所述的"壕(moat)體積200"。

圖5的圖片顯示在含有不同濃度的he中的cl2("●")的he/cl2氣氛中固結(jié)的玻璃樣品以及在含有用于ttp的he/cl2測(cè)定所用最高cl2濃度的he/cl2+co("▲")氣氛中固結(jié)的玻璃樣品在1383nm下暴露于氫(n2中的1體積％h2)的光纖對(duì)到達(dá)峰值時(shí)間(time-to-peak)(“ttp”)的影響。

圖6是流程圖，其顯示根據(jù)本公開的從形成芯體煙炱預(yù)制件到拉制光纖的氘處理的一種用于制造光纖的ovd方法。

圖7是使用根據(jù)本公開的實(shí)施方式的方法形成的芯體煙炱預(yù)制件的前視圖。

圖8是用于根據(jù)本公開的實(shí)施方式的制造光纖的各種步驟中的光纖制造設(shè)備的示意圖。

圖9是使用根據(jù)本公開的實(shí)施方式的方法形成的固結(jié)的玻璃預(yù)制件的前橫截面視圖。

詳細(xì)描述

本文中：術(shù)語光纖預(yù)制件和光纖毛坯互換使用。術(shù)語"煙炱"指sio2或摻雜的-sio2顆粒；單個(gè)煙炱顆粒通常具有直徑為0.01-10微米的尺寸。"煙炱預(yù)制件"指由具有開放孔隙率的煙炱顆粒制備的制品。術(shù)語“多孔煙炱”和“多孔玻璃”在本文中互換使用。術(shù)語“芯體部分”或“芯體坯棒”指固結(jié)的玻璃，且可包含二氧化硅或摻雜的二氧化硅玻璃。術(shù)語"固結(jié)的玻璃"指處于封閉孔狀態(tài)的玻璃。在一些實(shí)施方式中，玻璃是不含空穴的。術(shù)語"燒結(jié)"指從多孔玻璃狀態(tài)到封閉孔隙率狀態(tài)的步驟。在一些實(shí)施方式中，玻璃在燒結(jié)步驟中變得不含空穴的。術(shù)語光纖預(yù)制件(或固結(jié)的預(yù)制件,燒結(jié)的預(yù)制件或毛坯)指可用來拉制光纖的玻璃制品。術(shù)語到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)指(n2中的1體積％h2，在23℃和1atm壓力下)，將纖維暴露于含氫氣體之后，在1383nm下觀察到衰減的尖銳增加(>0.005db/km)時(shí)所消逝的時(shí)間。

本文中，“向上摻雜劑(up-dopant)”是相對(duì)于純的未摻雜的sio2升高二氧化硅("sio2")玻璃折射率的摻雜劑；即，向上摻雜劑導(dǎo)致玻璃折射率增加。此外，本文中“向下?lián)诫s劑”是相對(duì)于純的未摻雜的sio2玻璃降低二氧化硅玻璃折射率的摻雜劑。向上摻雜劑的示例包括但不限于ge,al,p,ti,cl,和br。向下?lián)诫s劑的示例包括但不限于非周期性空穴、氟和硼。預(yù)制件和/或纖維中的摻雜劑濃度以重量為基礎(chǔ)來表達(dá)(例如,ppm以重量計(jì),ppm(以重量計(jì)),重量百分比,重量％)。

如本文所使用，術(shù)語短語"具有改善彎曲性能的光纖"指使用本公開的技術(shù)制備的光纖。相對(duì)于沒有經(jīng)歷本文所述的方法和處理的光纖相比，當(dāng)彎折或彎曲時(shí)，根據(jù)本公開的纖維呈現(xiàn)更低的傳輸損耗。本文所述的方法和處理涉及在燒結(jié)光纖預(yù)制件過程中使用氣態(tài)還原劑和氯或含氯氣體的組合，且適用于任何可彎曲的光纖。例如,本文所述的方法和處理可用來進(jìn)一步改善美國專利號(hào)8,385,701('701專利)所述的"低彎曲損耗光纖"。'701專利完全沒有提及在外包覆中具有大于2000ppmcl的光纖中抵銷氯對(duì)信號(hào)強(qiáng)度負(fù)面影響的方法。本文所述的光纖可具有50-300微米的直徑。測(cè)量氫老化到達(dá)峰值的時(shí)間的光纖直徑是125微米，除非另有說明。

如本文所使用，"還原劑"指還原玻璃的氧化狀態(tài)的任何氣體。例如，還原劑減少玻璃中富氧缺陷中心的濃度。富氧缺陷中心包括但不限于非橋接的氧孔中心和過氧自由基。

如本文所使用，“干燥氣氛”指含有“干燥氣體”的氣氛；且如本文所使用，“干燥氣體”指含有所需的和合適的干燥試劑的氣體，其是用于干燥的化合物，其通過除去煙炱預(yù)制件中的水和羥基離子來起作用。示例性干燥試劑包括但不限于：ccl4cl2,br2,socl2和sicl4。例如但不限于，"干燥氣體"可為he,he和n2的混合物,以及cl2,ccl4,sicl4,和/或其它干燥試劑中的一種。在一些實(shí)施方式中，干燥氣體包含選自下組的干燥試劑：cl2和sicl4。在本文中，氣相中的組分濃度以體積為基礎(chǔ)來表示(例如,ppm以體積計(jì),ppm(以體積計(jì)),體積百分?jǐn)?shù),體積％)。

如本文所使用，"固結(jié)"或“煙炱-到-玻璃固結(jié)”指將煙炱預(yù)制件加熱到至少約800℃的溫度，以執(zhí)行各種加工步驟，例如干燥、摻雜和燒結(jié)。在一種實(shí)施方式中,固結(jié)在800℃-1550℃的溫度下進(jìn)行。在本文中，將煙炱預(yù)制件加熱到低于1050℃溫度的固結(jié)階段可稱作固結(jié)的預(yù)熱(pre-heat)步驟或預(yù)熱(pre-heating)步驟。預(yù)熱步驟可在800℃-1050℃的溫度下進(jìn)行。在一種實(shí)施方式中,干燥和摻雜在固結(jié)的預(yù)熱步驟中完成。在本文中，將煙炱預(yù)制件加熱到1050℃-1300℃溫度的固結(jié)階段可稱作固結(jié)的中間加熱(heat)步驟或中間加熱(heating)步驟。在本文中，將煙炱預(yù)制件加熱到至少1300℃溫度的固結(jié)階段可稱作固結(jié)的燒結(jié)(sinter)步驟或燒結(jié)(sintering)步驟。燒結(jié)步驟可在1300℃-1550℃的溫度下進(jìn)行。預(yù)期煙炱的致密化以形成玻璃(例如以形成玻璃狀或熔凝二氧化硅,或摻雜的熔凝二氧化硅)主要在燒結(jié)步驟(但也可在中間加熱步驟和/或預(yù)熱步驟中進(jìn)行)中進(jìn)行。此外，本文中附圖標(biāo)記10用來同時(shí)表示用于形成光纖的"芯體玻璃坯棒"和"光纖的芯體"，以避免混淆。

如本文所使用，"基線衰減"指在h2暴露之前，如通過光時(shí)域反射儀(opticaltimedomainreflectometry)(otdr)所測(cè)量的在1550nm處的纖維衰減。

如本文所使用，"包覆"指環(huán)繞光纖芯體且從芯體外部邊緣延伸到光纖外部邊緣的玻璃層或多個(gè)玻璃層；以及術(shù)語"外包覆"和相似術(shù)語指光纖上的最后包覆層(最外面的,徑向地最遠(yuǎn)端的包覆層)。

下面將參考附圖更加詳細(xì)地描述本公開。但是，本公開可以許多不同的形式來實(shí)施，且不應(yīng)構(gòu)造成限制到本文所述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式，從而本公開將全面和完整，并將本公開的范圍全部地呈現(xiàn)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。通篇中同樣的數(shù)字表示同樣的元件。

光纖通常由用于光傳輸?shù)男倔w纖維和一個(gè)或多個(gè)包覆層組成，所述一個(gè)或多個(gè)包覆層的目的是將傳輸?shù)墓獗３衷谛倔w之內(nèi)，并降低隨著距離的傳輸損耗。一種示例性階梯折射率光纖如圖2a所示，光纖具有芯體10,內(nèi)部包覆12a和外部包覆12b。用于圖2a所示光纖的相對(duì)折射率分布示于圖3a。芯體10從芯體中心r0徑向地延伸到芯體外部邊緣r1，且具有折射率δ1。內(nèi)部包覆12a從芯體外部邊緣r1徑向地延伸到徑向距離r2，且具有折射率δ2。外部包覆12b從r2徑向地延伸到r3處纖維的外部邊緣，且具有折射率δ3。應(yīng)理解，根據(jù)本文的描述，根據(jù)本公開可形成替代合適構(gòu)造的光纖。在一些實(shí)施方式中,在內(nèi)部和外部包覆區(qū)域之間存在表示為12t的溝槽區(qū)域。溝槽區(qū)域減少光纖對(duì)彎曲損耗的敏感性。這種分布的一個(gè)示例示于圖2b和圖3b。在圖3b中,芯體10從芯體中心r0徑向地延伸到芯體外部邊緣r1，且具有折射率δ1。內(nèi)部包覆12a從芯體外部邊緣r1徑向地延伸到徑向距離r2，且具有折射率δ2。溝槽區(qū)域12t從r2徑向地延伸到r4處的徑向距離，且具有折射率δ4。外部包覆區(qū)域12b從r4徑向地延伸到r3處纖維的外部邊緣，且具有折射率δ3。因?yàn)槭褂寐韧獠堪矃^(qū)域的向上摻雜，外部包覆區(qū)域的折射率δ3高于內(nèi)部包覆區(qū)域δ4的折射率。溝槽區(qū)域12t的折射率δ4通過用向下?lián)诫s劑例如氟摻雜該區(qū)域來獲得。

此外,具有向上摻雜外包覆的光纖用來改善彎曲損耗性能。參考圖2a,相對(duì)于內(nèi)部包覆12a的外部包覆12b的向上摻雜降低纖維截?cái)?cutoff),由此使得可容納增加量的壕體積,且纖維能滿足1260nm的22米("22m")"電纜截?cái)?要求。

壕體積是無論何時(shí)外部包覆或外包覆的折射率進(jìn)行向上摻雜時(shí)，由內(nèi)部包覆構(gòu)成的折射率井的徑向加權(quán)體積。圖4是階梯折射率光纖的圖表，其顯示壕體積。壕體積顯示為陰影部分，并通過附圖標(biāo)記200來表示。為了顯示之目的，圖4中的顯示限制于約15微米的徑向位置。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所認(rèn)知，纖維的實(shí)際半徑進(jìn)一步延伸(例如延伸到62.5微米)。

光纖截?cái)嗖捎脴?biāo)準(zhǔn)2米(“2m”)光纖截?cái)鄿y(cè)試(fotp-80(eia-tia-455-80))測(cè)定,得到“光纖截?cái)嗖ㄩL”,也被稱作“2m光纖截?cái)唷被蛘摺皽y(cè)量的截?cái)唷?。使用eia-445光纖光學(xué)測(cè)試步驟來測(cè)量電纜截?cái)?22米)要求，其是eia-tia光纖光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的一部份,即，電子工業(yè)聯(lián)盟-電信工業(yè)聯(lián)盟光纖光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(electronicsindustryalliance-telecommunicationsindustryassociationfiberopticsstandards),通常稱為fotp。

參考圖2a和圖3a,相對(duì)于內(nèi)部包覆12a的外部包覆12b的向上摻雜通過用氯摻雜外部包覆12b來獲得,其中外部包覆12b中的氯濃度大于2000ppm。在一些實(shí)施方式中,在內(nèi)部和外部包覆層之間可存在溝槽區(qū)域12t，如圖2b和圖3b所示。

雖然向上摻雜外包覆改善彎曲損耗性能,但用氯進(jìn)行向上摻雜使玻璃更氧化，且促進(jìn)在纖維的外包覆區(qū)域中形成富氧缺陷。富氧缺陷是不需要的，因?yàn)樗鼈兛赏ㄟ^衰減光學(xué)信號(hào)，來負(fù)面影響纖維性能。本申請(qǐng)披露在煙炱-到-玻璃燒結(jié)步驟過程中使用還原劑來無效或抵銷與用氯向上摻雜外包覆層相關(guān)的氧化效果。氣態(tài)還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3,和co。在本公開的一種實(shí)施方式中,還原劑是一氧化碳("co")。

本公開可適用于具有重疊中央芯體纖維的一個(gè)或多個(gè)包覆層的光纖。當(dāng)纖維或用來制備纖維的預(yù)制件中存在超過一層包覆層時(shí)，距離芯體最遠(yuǎn)的包覆層可稱為外部包覆層,外部包覆,外包覆,或外包覆層。外包覆層和芯體之間的任何包覆層稱作內(nèi)部包覆或內(nèi)部包覆層。

根據(jù)本公開的方法和設(shè)備可用來制造具有改善的氫敏感性或老化性質(zhì)的光纖。本公開包括用氘處理光纖來減少或消除非橋接氧缺陷中心，從而降低光纖的氫敏感性。本公開還包含用氣態(tài)還原劑(例如co)處理將形成光纖的煙炱預(yù)制件的包覆煙炱，從而減少獲得所需非橋接氧缺陷中心濃度減少所需的氘處理時(shí)間。因此,本公開的方法提供改善光纖的特征和/或光纖制造的速率和/或效率。

在一種實(shí)施方式中,在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的中間加熱步驟中于1050℃-1300℃的溫度下，使用氯摻雜劑前體進(jìn)行煙炱層的氯摻雜。然后，在于1300℃-1550℃的溫度下進(jìn)行的煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的燒結(jié)步驟過程中,不使用氯摻雜前體，且在燒結(jié)過程中使用還原劑。即，在燒結(jié)步驟中,關(guān)閉氯摻雜來源，且加入還原劑,或包含還原劑的氣體。還可在燒結(jié)步驟之前或之中，除去殘留氯摻雜前體。

在另一種實(shí)施方式中,本公開涉及用含氯氣體和氣態(tài)還原劑的混合物處理將形成光纖的煙炱預(yù)制件的包覆煙炱，從而減少獲得所需水平的非橋接氧缺陷中心下降所需的氘處理時(shí)間。氣態(tài)還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3,和co。

在一方面中，本公開涉及在將光纖預(yù)制件燒結(jié)成玻璃光纖的過程中使用cl2和co的混合物，所述玻璃光纖具有芯體、外包覆層以及在芯體和外包覆層之間的至少一個(gè)內(nèi)部包覆層。在所述方法的一種實(shí)施方式中,燒結(jié)環(huán)境的氣相中的co濃度水平大于1000ppm(以體積計(jì))。在另一種實(shí)施方式中,燒結(jié)環(huán)境的氣相中co濃度水平大于3000ppm(以體積計(jì))。在其它實(shí)施方式中,燒結(jié)環(huán)境的氣相中的co濃度水平大于5000ppm(以體積計(jì))。

在一些實(shí)施方式中,燒結(jié)氣體中co的ppm(以體積計(jì))與玻璃包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于0.5。在一些實(shí)施方式中,燒結(jié)氣體中co的ppm(以體積計(jì))與玻璃包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于1。在其它實(shí)施方式中，燒結(jié)氣體中co的ppm(以體積計(jì))與玻璃包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于2。

在一方面中，本公開涉及一種用于改善光纖彎曲損耗性能的方法,所述方法包括提供用于制備光纖的預(yù)制件，其包含固結(jié)的玻璃芯體坯棒和至少一個(gè)多孔玻璃包覆層；使用包含氯來源材料的載體氣體燒結(jié)和氯向上摻雜至少一個(gè)多孔包覆層以形成燒結(jié)的光纖毛坯,所述毛坯在至少一個(gè)包覆層的外部包覆中具有大于2000ppm以重量計(jì)的氯濃度。在一種實(shí)施方式中,使用包含氯來源材料的載體氣體的燒結(jié)增加至少一個(gè)氯摻雜的層中的富氧缺陷，且含氯載體氣體還包含氣態(tài)還原劑以降低至少一個(gè)包覆層中的富氧缺陷。在一種實(shí)施方式中，包覆中的富氧缺陷在氯向上摻雜之后的燒結(jié)過程中通過使用包含載體氣體和選自下組的氣態(tài)還原劑的氣態(tài)混合物來還原：ch4,ch3cl,ch2cl2,chcl3和co。在另一種實(shí)施方式中,氣態(tài)還原劑是co，且載體氣體是氦氣。在其它實(shí)施方式中,只在1050℃-1300℃的溫度下的煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的預(yù)熱步驟中使用氯摻雜劑來源材料，且只在大于或等于1300℃的溫度下(例如在1300℃-1500℃的溫度下)的煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的燒結(jié)步驟中使用還原劑。又在另一種實(shí)施方式中,只在1050℃-1300℃的溫度下的預(yù)熱步驟中使用氯摻雜劑和還原劑的混合物,且在1300℃-1500℃溫度下的燒結(jié)步驟中不使用氯摻雜劑或還原劑。當(dāng)包覆層的數(shù)目大于1時(shí)，將最后的包覆層稱作外包覆層或外部包覆層，且外包覆層和芯體之間的層稱作內(nèi)部包覆層。外包覆層可具有氯大于2000ppm以重量計(jì)的含量。

此外,根據(jù)本公開的實(shí)施方式，在燒結(jié)之后通過使用載體氣體進(jìn)一步減少富氧缺陷，所述載體氣體包含選自下組的組分：(i)氣態(tài)還原劑和(ii)氣態(tài)還原劑和氣態(tài)氯來源的混合物；氣態(tài)還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3和co。在一種實(shí)施方式中,氣態(tài)還原劑是co，且氣態(tài)燒結(jié)環(huán)境中的co濃度大于1000ppm(以體積計(jì))。在另一種實(shí)施方式中,氣態(tài)燒結(jié)環(huán)境中的co濃度大于3000ppm(以體積計(jì))。在其它實(shí)施方式中,氣態(tài)燒結(jié)環(huán)境中的co濃度大于5000ppm(以體積計(jì))。此外，燒結(jié)氣體中的ppm(以體積計(jì))co和玻璃包覆中的ppm(以重量計(jì))cl的比例大于0.5。在一種實(shí)施方式中，燒結(jié)氣體中co的ppm(以體積計(jì))與玻璃包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于1.0。在另一種實(shí)施方式中，燒結(jié)氣體中co的ppm(以體積計(jì))與玻璃包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于2.0。此外，在一種實(shí)施方式中,燒結(jié)氣體環(huán)境中co和氯前體的體積比例大于0.05。在另一種實(shí)施方式中,燒結(jié)氣體環(huán)境中co和氯前體的體積比例大于0.1。在其它實(shí)施方式中,燒結(jié)氣體環(huán)境中co和氯前體的體積比例大于0.2。

在另一方面中，本公開涉及根據(jù)前面段落的各種實(shí)施方式制備的光纖，且光纖具有比不使用氣態(tài)還原劑制備的光纖更小至少20％的到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值。在一種實(shí)施方式中，光纖具有比不使用氣態(tài)還原劑制備的光纖更小至少40％的到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值。

此外,本公開涉及具有改善彎曲性能的光纖,所述光纖包含芯體和至少一個(gè)包覆層,至少一個(gè)包覆層在所述至少一個(gè)包覆層的最外面的層中包含大于2000ppm以重量計(jì)的cl,且光纖具有小于120小時(shí)的到達(dá)峰值的時(shí)間氫老化數(shù)值。在一種實(shí)施方式中,光纖的至少一個(gè)包覆層在所述至少一個(gè)包覆層的最外面的層中包含大于2000ppm以重量計(jì)cl，且光纖具有小于80小時(shí)的到達(dá)峰值的時(shí)間氫老化數(shù)值。在另一種實(shí)施方式中,光纖的至少一個(gè)包覆層在所述至少一個(gè)包覆層的最外面的層中包含大于2000ppm以重量計(jì)cl，且光纖具有小于60小時(shí)的到達(dá)峰值的時(shí)間氫老化數(shù)值。

光纖常規(guī)地進(jìn)行氫老化測(cè)試。在氫老化測(cè)試中,在23℃下，將纖維標(biāo)稱地暴露于含氫的氣體。出于本公開之目的，含氫的氣體總壓力是1.0atm，且包含0.01atm分壓的氫氣(h2)以及0.99atm分壓的氮?dú)?n2)。在氫老化測(cè)試過程中,將各種波長的光引入纖維，并監(jiān)控衰減的變化，稱作松散線圈的初始衰減。用于電信應(yīng)用感興趣的波長是1383nm。在本公開的氫老化測(cè)試中，不僅監(jiān)控衰減中這個(gè)波長的絕對(duì)變化或相對(duì)變化,還監(jiān)控出現(xiàn)衰減增加時(shí)將纖維暴露于含氫的氣體的時(shí)間。從當(dāng)將纖維暴露于含氫的氣體時(shí)到1383nm增加的時(shí)間消逝去的時(shí)間在本文中稱作1383nm“到達(dá)峰值的時(shí)間”(或“到達(dá)峰值的時(shí)間”)數(shù)值(本文中可縮寫成ttp)。這個(gè)測(cè)量的重要性是當(dāng)將暴露于氫如下所述的時(shí)間時(shí)，玻璃中的反應(yīng)性氧中心與氫反應(yīng)來形成-oh物質(zhì)，其吸收在電信波長中的光，且在約1383nm處的吸收最大。將纖維暴露于氫氣之后隨時(shí)間形成吸收性-oh物質(zhì)是在本文中稱作氫老化的過程。為了防止導(dǎo)致降低的傳輸信號(hào)強(qiáng)度的這種老化和吸收，用氘氣處理光纖來從纖維中存在的反應(yīng)性氧中心形成-od物質(zhì)。不像–oh,-od在1383nm處不吸收。

氫老化的來源可歸因于多種現(xiàn)象。一種現(xiàn)象是填隙氫效應(yīng)，其對(duì)應(yīng)于通過擴(kuò)散進(jìn)入纖維的未反應(yīng)的分子氫的光吸收。通過填隙氫的吸收出現(xiàn)在主要為～1242nm處和超過～1500nm波長的光學(xué)通訊窗口之內(nèi)。這種現(xiàn)象是可逆的，意味著如果使纖維進(jìn)行完全地脫氣，將不存在永久的吸收。

貢獻(xiàn)于氫老化的第二個(gè)現(xiàn)象當(dāng)玻璃是富氧的時(shí)出現(xiàn)。富氧玻璃包含高濃度的稱作“過氧基連接”或≡si-o-o-si≡物質(zhì)的缺陷。在纖維拉制過程中，過氧基連接容易通過熱量和張力來解離。過氧基連接的解離得到兩個(gè)非橋接氧空穴中心("nbohc")(≡si-o-o-si≡→≡si-o·+·o-si≡),或e′中心和過氧自由基(≡si-o-o-si≡→≡si·+·o-o-si≡)。在冷卻時(shí)沒有復(fù)合的任何這種缺陷可與氫反應(yīng)來形成吸收物質(zhì)，其衰減光學(xué)信號(hào)。nbohc與氫反應(yīng)來形成≡si-o-h基團(tuán)，其在～1383nm處吸收。過氧自由基和e’中心與氫反應(yīng)來形成ho-o-si≡和≡si-h基團(tuán)，其在長于1383nm的波長處吸收(例如，～1415nm和～1530nm)。過氧基連接可認(rèn)為是非橋接氧空穴中心、e′中心和過氧自由基的前體。

或者，玻璃基質(zhì)自身(例如，含si和ge氧化物，≡si-o-si≡,≡ge-o-si≡以及≡ge-o-ge≡的玻璃)可在拉制過程中形成破裂的鍵，以形成e′中心,二氧化硅nbohc,≡sio·,≡ge-o·和/或≡ge·缺陷。這些缺陷與氫反應(yīng)來形成在不同波長下的吸收，且主要的效果是歸因于≡ge-o-h的居中于～1430nm處的寬吸收。

開發(fā)如本文所述制備的具有向上摻雜外包覆的光纖來改善彎曲損耗性能。相對(duì)于內(nèi)部包覆的外包覆的向上摻雜(例如參考圖2a)降低纖維截?cái)?由此使得可容納增加量的壕體積,且使得纖維滿足1260nm的22米電纜截?cái)嘁蟆?/p>

相對(duì)于內(nèi)部包覆的外包覆的向上摻雜通過下述來獲得：用氯摻雜外包覆，且理想地外包覆玻璃中的氯濃度是200ppm(以重量計(jì))-20000ppm(以重量計(jì))。外包覆中的氯濃度可為大于500ppm(以重量計(jì)),或大于1000ppm(以重量計(jì)),或大于2000ppm(以重量計(jì)),或大于4000ppm(以重量計(jì)),或大于6000ppm(以重量計(jì))或大于8000ppm(以重量計(jì)),或大于10000ppm(以重量計(jì))。在煙炱-到-玻璃燒結(jié)過程中通過使用氯摻雜劑前體，例如但不限于氯氣體(cl2),sicl4和ccl4,或其組合，來獲得外包覆的氯摻雜。氯摻雜劑前體可單獨(dú)地使用或與惰性氣體組合地使用。在一種實(shí)施方式中,氯摻雜劑前體是氣體的組分，其包含氦氣作為主要組分。

隨著包括增加的氯使玻璃更氧化,其可增加纖維的外包覆區(qū)域中富氧缺陷的大小,這可在氫老化測(cè)試過程中負(fù)面影響纖維性能。如本文所述,優(yōu)選的其中進(jìn)行煙炱-到-玻璃燒結(jié)過程的氣體氣氛包含還原劑(例如co)。在一種實(shí)施方式中,在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的預(yù)熱步驟和/或中間加熱步驟中使用氯摻雜劑前體,且在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的中間加熱步驟和/或燒結(jié)步驟中使用還原劑。在另一種實(shí)施方式中,只在預(yù)熱步驟和/或中間加熱步驟中使用氯摻雜劑前體和還原劑,且在燒結(jié)步驟中不使用氯摻雜劑前體或還原劑。又在另一種實(shí)施方式中,在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的預(yù)熱步驟中不使用氯摻雜劑前體或還原劑，且在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的中間加熱和/或燒結(jié)步驟中同時(shí)使用氯摻雜劑前體和還原劑。

富氧缺陷濃度的增加示于圖5,其中觀察到當(dāng)在23℃下將纖維暴露于包含1％氫和99％n2的氫老化測(cè)試氣體時(shí)，用于升高的衰減的到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)的增加隨著外包覆氯濃度增加(由增加的形成富氧缺陷造成)。如上所述，可通過在含氯燒結(jié)氣體中包括氣態(tài)還原劑來降低ttp，因?yàn)檫€原劑抵銷氯的氧化效應(yīng)。在圖5中,測(cè)定用于標(biāo)記為a,b和c玻璃樣品"●"的ttp，其分別在包含在he中的10體積％,25體積％和35體積％cl2的氣氛中固結(jié)；且通過符號(hào)▲表示的玻璃樣品d在包含在he中的35體積％cl2和0.3體積％co的氣氛中固結(jié)。樣品c具有最高的富氧缺陷數(shù)值，如通過大于200小時(shí)ttp數(shù)值所示。發(fā)現(xiàn)在煙炱-到-玻璃燒結(jié)步驟中使用還原劑例如co無效外包覆層中更高氯濃度的氧化效應(yīng)。如通過圖5中所示的結(jié)果所示,在外包覆玻璃的燒結(jié)過程中使用3000ppm(0.3體積％)co和35體積％cl2得到玻璃即玻璃d,其具有3500ppm氯，且相對(duì)于使用he中35體積％cl2但不使用co燒結(jié)的相同玻璃(玻璃c),ttp數(shù)值降低約40％。

在一種實(shí)施方式中,光纖包含芯體和至少一個(gè)包覆層,其中至少一個(gè)包覆層包含下述氯摻雜劑濃度：至少500ppm以重量計(jì)或至少1000ppm以重量計(jì),或至少2000ppm以重量計(jì),或至少4000ppm以重量計(jì),或至少6000ppm以重量計(jì),或至少8000ppm以重量計(jì),或至少10000ppm以重量計(jì)，且在23℃下在暴露于具有1atm總壓力和包含0.01atm分壓h2和0.99atm分壓n2的氣體氣氛之后，光纖具有下述到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值：小于100小時(shí),或小于80小時(shí),或小于60小時(shí),或小于40小時(shí),或小于20小時(shí)。

在一種實(shí)施方式中,光纖包含芯體和至少一個(gè)包覆層,其中至少一個(gè)包覆層包含下述氯摻雜劑濃度：至少500ppm以重量計(jì)或至少1000ppm以重量計(jì),或至少2000ppm以重量計(jì),或至少4000ppm以重量計(jì),或至少6000ppm以重量計(jì),或至少8000ppm以重量計(jì),或至少10000ppm以重量計(jì)，光纖包含小于1ppb以重量計(jì)od基團(tuán)，且在23℃下在暴露于具有1atm總壓力和包含0.01atm分壓h2和0.99atm分壓n2的氣體氣氛之后，光纖具有下述到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值：小于100小時(shí),或小于80小時(shí),或小于60小時(shí),或小于40小時(shí),或小于20小時(shí)。

在一種實(shí)施方式中,在23℃下暴露于包含1％h2和99％n2的氣體氣氛之后，光纖的到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值比具有含有至少500ppm以重量計(jì),或至少1000ppm以重量計(jì),或至少2000ppm以重量計(jì),或至少4000ppm以重量計(jì),或至少6000ppm以重量計(jì),或至少8000ppm以重量計(jì),或至少10000ppm以重量計(jì)氯摻雜劑濃度的燒結(jié)的多孔包覆層的且從沒有在存在還原劑時(shí)加熱的預(yù)制件拉制的纖維的相應(yīng)ttp更小至少20％,或至少40％,或至少60％。

在煙炱-到-玻璃加工環(huán)境的中間加熱步驟和/或燒結(jié)步驟中,co濃度水平優(yōu)選地高于1000ppm(以體積計(jì))，在一些實(shí)施方式中高于3000ppm(以體積計(jì)),在一些實(shí)施方式中高于5000ppm(以體積計(jì)),和在一些實(shí)施方式中，co濃度是1000-10,000ppm(以體積計(jì))。在一種實(shí)施方式中,煙炱-到-玻璃加工環(huán)境的中間加熱步驟和/或燒結(jié)步驟中的coppm(以體積計(jì))和玻璃外包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于0.5。在其它實(shí)施方式中,煙炱-到-玻璃加工環(huán)境的中間加熱步驟和/或燒結(jié)步驟中的coppm(以體積計(jì))和玻璃外包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于1。在另一種實(shí)施方式中,煙炱-到-玻璃加工環(huán)境的預(yù)熱步驟和/或燒結(jié)步驟中的coppm(以體積計(jì))和玻璃外包覆中cl的ppm(以重量計(jì))的比例大于2。

在一種實(shí)施方式中,對(duì)外包覆層進(jìn)行還原劑處理，其具有大于2000ppm(以重量計(jì))氯。在一種實(shí)施方式中,對(duì)外包覆層進(jìn)行還原劑處理，其具有大于4000ppm(以重量計(jì))氯。在其它實(shí)施方式中,對(duì)外包覆層進(jìn)行還原劑處理，其具有大于6000ppm(以重量計(jì))氯。在另一種實(shí)施方式中,對(duì)外包覆層進(jìn)行還原劑處理，其具有大于8000ppm(以重量計(jì))氯。又在另一種實(shí)施方式中,對(duì)外包覆層進(jìn)行還原劑處理，其具有大于10000ppm(以重量計(jì))氯。

根據(jù)本公開的方法和設(shè)備可用來制造具有所需的或改善的氫敏感性或老化性質(zhì)的光纖。本公開包括使用一種工藝來形成光纖預(yù)制件，其中在煙炱-到-玻璃過程的中間加熱階段和/或燒結(jié)步驟包含還原劑,從預(yù)制件拉制光纖,以及任選地用氘處理光纖來減少或消除非橋接氧缺陷中心，從而降低光纖的氫敏感性(光纖對(duì)氫老化的敏感性)。本公開還包含用還原劑(例如co)的混合物處理將形成光纖的煙炱預(yù)制件的包覆煙炱，從而減少獲得所需水平的非橋接氧缺陷中心減少所需的氘處理時(shí)間。因此,本公開的方法可提供改善光纖的特征和/或光纖制造的速率和/或效率。

圖6是流程圖，其顯示用于制造光纖的示例性方法,且根據(jù)本公開顯示提供用還原氣體處理和固結(jié)的光纖預(yù)制件,拉制玻璃毛坯(固結(jié)的光纖預(yù)制件)來形成光纖,以及用氘處理拉制纖維。在圖6中，所述方法包括：

在方框40處,提供心軸或基材，在基材上沉積含有二氧化硅的芯體煙炱，以形成多孔芯體煙炱預(yù)制件；

在方框42處,除去心軸,固結(jié)(包括燒結(jié))多孔芯體煙炱預(yù)制件,和拉制固結(jié)的芯體煙炱預(yù)制件來形成芯體坯棒；

在方框44處，提供芯體坯棒，且在芯體坯棒上沉積至少一個(gè)包覆層，由此形成預(yù)制件，所述預(yù)制件具有固結(jié)的芯體和在其上的至少一個(gè)多孔包覆層。

在方框46處,處理至少一個(gè)多孔包覆層，其中處理可包括使用氯來源材料和任選地與氯來源材料混合的載體氣體氯摻雜至少一個(gè)多孔煙炱包覆層；

在方框48處,停止氯摻雜處理且在氣體存在時(shí)固結(jié)(包含燒結(jié))至少一個(gè)氯摻雜的多孔包覆層以形成光纖預(yù)制件，所述光纖預(yù)制件具有含有大于500ppm以重量計(jì)氯濃度的外部包覆,其中氯摻雜和/或固結(jié)和/或燒結(jié)步驟中的氣體氣氛包含氣態(tài)還原劑來減少燒結(jié)的至少一個(gè)包覆層中的富氧缺陷；

在方框50,將固結(jié)的光纖預(yù)制件拉制成光纖；和

在方框52處,在含有氘的氣氛中處理拉制光纖以進(jìn)一步減少纖維中任何剩余的富氧缺陷，且將纖維中的-oh位點(diǎn)轉(zhuǎn)化成-od位點(diǎn)。

在方框40處,形成芯體煙炱預(yù)制件。圖7顯示具有把手16的示例性芯體煙炱預(yù)制件10a。芯體煙炱預(yù)制件10a可使用任意合適的方法來形成,例如化學(xué)氣相沉積(cvd)(例如,外部蒸氣沉積(ovd),蒸氣軸向沉積(vad),改性化學(xué)氣相沉積(mcvd),等離子體化學(xué)氣相沉積(pcvd))或任何其它合適技術(shù)例如溶膠-凝膠加工或火焰水解。芯體煙炱預(yù)制件10a可由純二氧化硅或摻雜的二氧化硅(例如,用合適的摻雜劑或多種摻雜劑摻雜的二氧化硅，包括但不限于鍺、硼、氟、銻、鉺、鋁、鈦、鉭和/或氯)形成。芯體煙炱預(yù)制件10a是限定多個(gè)填隙的多孔結(jié)構(gòu)。芯體煙炱預(yù)制件10a可包含延伸其全部長度的通道，沉積設(shè)備的心軸從該通道除去。根據(jù)一些實(shí)施方式,芯體煙炱預(yù)制件10a的密度不大于約1.0g/cc,優(yōu)選地不大于約0.7g/cc,和更優(yōu)選地不大于約0.6g/cc。

在圖6的方框42處,固結(jié)芯體煙炱預(yù)制件10a以形成固結(jié)的芯體玻璃預(yù)制件，且拉制固結(jié)的芯體玻璃預(yù)制件以形成芯體坯棒。芯體煙炱預(yù)制件10a的固結(jié)包含燒結(jié)，且可包含其它加工步驟例如干燥和/或摻雜。芯體煙炱預(yù)制件10a的固結(jié)可使用與本文所述的方法一致的任何合適的或所需的過程或參數(shù)。用于固結(jié)芯體煙炱預(yù)制件10a和拉制固結(jié)的芯體煙炱預(yù)制件以形成芯體坯棒的合適設(shè)備是本技術(shù)領(lǐng)域所公知的。

在固結(jié)過程中，芯體煙炱預(yù)制件10a可用或不用還原劑進(jìn)行處理。在一種實(shí)施方式中,在固結(jié)之前或之時(shí)處理芯體煙炱預(yù)制件10a，但這種處理在下述水平和條件下進(jìn)行：相對(duì)于在固結(jié)過程中沒有使用還原劑處理但以其它方式以與用本公開的方法形成的纖維精確相同方式形成的纖維，不足以將從固結(jié)的芯體最終拉制的纖維在1550nm波長處的基線衰減增加超過1.5％。

在圖6的方框44處,在芯體坯棒上形成包覆煙炱。包覆煙炱可包括一個(gè)或多個(gè)層，且最外面的層對(duì)應(yīng)于外包覆。在本文中，可將包覆煙炱和芯體坯棒的組裝件稱作外包覆預(yù)制件或包覆煙炱預(yù)制件。包覆煙炱可使用任意合適的方法來形成,例如化學(xué)氣相沉積(cvd)(例如,外部蒸氣沉積(ovd),蒸氣軸向沉積(vad),改性化學(xué)氣相沉積(mcvd),等離子體化學(xué)氣相沉積(pcvd))或任何其它合適技術(shù)例如溶膠-凝膠加工。可通過下述來在芯體坯棒上形成包覆煙炱：通過化學(xué)氣相沉積直接將包覆煙炱沉積到芯體坯棒上，將煙炱壓制到芯體坯棒上，或者形成管狀包覆煙炱坯棒且將芯體坯棒插入包覆煙炱坯棒。包覆煙炱(或它的層)可由純二氧化硅或摻雜的二氧化硅(例如,用合適的摻雜劑或多種摻雜劑摻雜的二氧化硅，所述摻雜劑包括但不限于鍺、硼、氟、銻、鉺、鋁、鈦、鉭和/或氯)形成。如上所述，包覆煙炱可包含摻雜和折射率不同的多個(gè)層，以提供纖維折射率分布，例如如圖3a和3b中所示的那些。包覆煙炱是限定多個(gè)填隙的多孔結(jié)構(gòu)。根據(jù)一些實(shí)施方式,包覆煙炱的密度不大于約1.0g/cc,優(yōu)選地不大于約0.7g/cc,和更優(yōu)選地不大于約0.6g/cc。

在圖6的方框46和48處，根據(jù)本文所述的方法來處理和固結(jié)煙炱包覆預(yù)制件。如上所述，煙炱包覆預(yù)制件固結(jié)工藝實(shí)現(xiàn)煙炱包覆的一個(gè)或多個(gè)層的煙炱-到-玻璃轉(zhuǎn)化，且可包括預(yù)熱步驟、中間加熱步驟和燒結(jié)步驟，其中預(yù)熱步驟、中間加熱步驟和燒結(jié)步驟中的一個(gè)或多個(gè)可包括使用還原劑處理煙炱包覆預(yù)制件。加工煙炱包覆預(yù)制件還可包含干燥步驟和摻雜步驟。在干燥步驟中，使用干燥試劑處理煙炱包覆預(yù)制件。干燥步驟可在約800℃-1300℃的溫度下進(jìn)行,且包括在如上所述的預(yù)熱步驟和中間加熱步驟中的一種或兩種中。干燥試劑滲入煙炱包覆的孔中，且與水或oh基團(tuán)反應(yīng)以從纖維預(yù)制件除去水和oh基團(tuán)。干燥試劑還可除去煙炱包覆中可能存在的過渡金屬或其它雜質(zhì)。合適的干燥試劑包含含氯氣體，例如cl2,sicl4,gecl4,socl2,和/或pocl3。干燥試劑可任選地在惰性氣體中稀釋，所述惰性氣體例如he,ar,ne和/或n2。在一些實(shí)施方式中,干燥氣體包含小于約5體積％氯,例如約0.01-3.0體積％的氯。

在一些實(shí)施方式中，在干燥步驟之后進(jìn)行氯摻雜步驟，其中將煙炱包覆預(yù)制件暴露于氯摻雜劑前體。氯摻雜劑前體包括氯氣(cl2),sicl4,ccl4或其混合物。在一種實(shí)施方式中,在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的預(yù)熱步驟中進(jìn)行氯摻雜。在另一種實(shí)施方式中,在中間加熱步驟中進(jìn)行氯摻雜。又在另一種實(shí)施方式中,在煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的燒結(jié)步驟中進(jìn)行氯摻雜。在各種實(shí)施方式中,氯摻雜水平是大于200ppm以重量計(jì)且小于20,000ppm以重量計(jì)。在一種實(shí)施方式中,固結(jié)的玻璃中氯摻雜水平是200ppm以重量計(jì)到20,000ppm以重量計(jì)。在一種實(shí)施方式中，氯摻雜水平大于500ppm以重量計(jì)。在另一種實(shí)施方式中，氯摻雜水平大于2000ppm以重量計(jì)。在其它實(shí)施方式中，氯摻雜水平大于4000ppm以重量計(jì)。在其它實(shí)施方式中，氯摻雜水平大于6000ppm以重量計(jì)。

還原劑選自下組：ch3cl,ch2cl2,chcl3,co，及其組合?？杉儍舻毓?yīng)還原劑，或者可與一種或多種其它氣體組合地供應(yīng)還原劑。根據(jù)一些實(shí)施方式,將包覆煙炱暴露于含有還原劑的氣體，其包含至少0.1體積％co,或0.1體積％co-1.0體積％co,或0.4-0.6體積％co。含有還原劑的氣體的余量可為惰性氣體(例如n2,ar,ne,he)或惰性氣體與cl2的組合,或cl2。含有還原劑的氣體中cl2的濃度可為小于約2體積％或約1體積％-2體積％。

根據(jù)一些實(shí)施方式,在煙炱-到-玻璃過程中，在約800℃-1500℃的溫度,或約1100℃-1500℃的溫度或約1300℃-1500℃的溫度下，將包覆煙炱暴露于還原劑保持約2-10小時(shí)的處理時(shí)間。

選定含有還原劑的氣體中的還原劑的濃度,使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆的溫度,和使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆的時(shí)間，從而為包覆煙炱12a,12b提供選定水平的氧化狀態(tài)減少，這取決于包覆煙炱的氯摻雜水平的水平。根據(jù)一些實(shí)施方式,使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆的溫度是至少約800℃。根據(jù)一些實(shí)施方式,使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆的溫度是約800℃-1500℃。處理溫度可為恒定的或變化的。根據(jù)一些實(shí)施方式,使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆的時(shí)間是約120-600分鐘。根據(jù)一些實(shí)施方式,使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆的時(shí)間是約120-240分鐘。根據(jù)一些實(shí)施方式,在約0.002-0.2slpm的流量下，將含有還原劑的氣體提供到煙炱包覆。

在一種實(shí)施方式中，使用還原劑的芯體包覆預(yù)制件的處理和燒結(jié)步驟重疊，從而在燒結(jié)步驟過程中，將煙炱包覆暴露于還原劑?？稍跓Y(jié)步驟開始之前、之后或基本上同時(shí)地，啟動(dòng)含有還原劑的氣體的引入?？稍跓熿?到-玻璃固結(jié)過程中的任意點(diǎn)處，進(jìn)行使用含有還原劑的氣體處理煙炱包覆預(yù)制件的兩個(gè)或多個(gè)循環(huán)。根據(jù)一些實(shí)施方式,在至少50％的燒結(jié)步驟的持續(xù)時(shí)間中，含有還原劑的氣體存在于處理腔室中。根據(jù)一些實(shí)施方式,在全部整個(gè)燒結(jié)步驟中，含有還原劑的氣體存在于處理腔室中。根據(jù)一些實(shí)施方式,在單一處理循環(huán)中進(jìn)行使用含有還原劑的氣體的煙炱包覆預(yù)制件的處理，其與煙炱-到-玻璃固結(jié)過程的燒結(jié)步驟是基本上共存的。根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施方式，煙炱包覆只在燒結(jié)步驟中暴露于含有還原劑的處理氣體。根據(jù)一些實(shí)施方式,在含有還原劑的氣體處理步驟之時(shí)或之后，沒有使含氯氣體流入處理腔室。

制備光纖的方法可包括提供預(yù)制件，其具有固結(jié)的玻璃芯體和多孔玻璃包覆層；在第一溫度下，將預(yù)制件暴露于第一氣體氣氛，其中第一氣體氣氛包含氯來源材料，且氯來源材料提供用于摻雜第一多孔玻璃包覆層的氯；在第二溫度下，將預(yù)制件暴露于第二氣體氣氛，其中第二氣體氣氛包含還原劑；以及在第三溫度下，在存在第二氣體氣氛時(shí)，加熱預(yù)制件，其中加熱導(dǎo)致燒結(jié)多孔包覆層，且燒結(jié)的多孔包覆層具有至少500ppm以重量計(jì)的氯摻雜劑濃度。在方法的實(shí)施方式中,第一溫度可為至少800℃,或至少1050℃,或800℃-1100℃；第二溫度可大于或等于第一溫度或第二溫度可大于第一溫度；第三溫度可大于或等于第二溫度或第三溫度可大于第二溫度或第三溫度可為至少1100℃,或第三溫度可為至少1200℃,或第三溫度可為至少1300℃,或第三溫度可為1100℃-1500℃；氯來源材料可包含cl2,sicl4,和/或ccl4；還原劑可包含co,ch3cl,ch2cl2,和/或chcl3；和/或多孔包覆層可具有下述氯摻雜劑濃度：至少1000ppm以重量計(jì),或至少2000ppm以重量計(jì),或至少4000ppm以重量計(jì),或至少6000ppm以重量計(jì),或至少8000ppm以重量計(jì),或至少10000ppm以重量計(jì)。

用于加工煙炱包覆預(yù)制件的示例性設(shè)備在圖8中顯示為設(shè)備100。煙炱包覆預(yù)制件加工設(shè)備100可操作來固結(jié)煙炱包覆18，使用還原劑處理煙炱包覆18，和如上所述的以其它方式加工(例如，干燥和/或摻雜)煙炱包覆18，以形成固結(jié)的玻璃預(yù)制件20，如圖9所示。固結(jié)的玻璃預(yù)制件20包括固結(jié)的玻璃芯體部分10和固結(jié)的包覆部分12a,12b。設(shè)備100包括爐子110和流體控制系統(tǒng)130。爐子110包括容器112。容器112包括環(huán)形馬弗爐112a。容器112限定具有進(jìn)口120和出口122的腔室114，其各自與腔室114流體連通。容器112可由純石英形成。根據(jù)一些實(shí)施方式，基本上全部的與腔室114接合的容器112的部分或表面由石英形成。石英手柄118延伸進(jìn)入腔室114。手柄118具有連接部分118a，從連接部分118a可拆卸地掛起纖維預(yù)制件14?？商峁╇姍C(jī)(未顯示)，來旋轉(zhuǎn)手柄118和連接的外包覆預(yù)制件14。

加熱裝置116部分地或全部地環(huán)繞馬弗爐112a的一部分。加熱裝置116可為例如電阻或電感加熱器，或者任意其它合適的加熱裝置。加熱裝置116應(yīng)提供足夠的熱量來實(shí)現(xiàn)如本文所述的加工步驟，包括預(yù)熱步驟和燒結(jié)步驟。

流體控制系統(tǒng)130包括合適的控制器132，其可自動(dòng)地、手動(dòng)地或半自動(dòng)地操作。系統(tǒng)130還包括含還原劑氣體的供應(yīng)140、含干燥試劑氣體的供應(yīng)145，在一些實(shí)施方式中，在本文中顯示145包括含氯氣體，以及載體氣體或惰性氣體的供應(yīng)150。供應(yīng)140,145,150是增壓的，且分別具有壓力調(diào)節(jié)器143,146和153。導(dǎo)管或管線141,147,和151將供應(yīng)140,145,150連接到共用入口管線134，其與進(jìn)口120流體連通以將含還原劑的氣體、含干燥試劑的氣體和/或載體氣體或惰性氣體引入腔室114，以與預(yù)制件14相互作用。在管線141中提供可控制的開/關(guān)閥門142和止回閥144。類似地，在管線147,151中提供可控制的開/關(guān)閥門148,152和止回閥149,154?？刂破?32可操作來打開和關(guān)閉閥門142,148和152。

可單獨(dú)地或組合地，將含還原劑的氣體、含干燥試劑的氣體和/或載體氣體或惰性氣體引入腔室114。當(dāng)在含還原劑的氣體和含干燥試劑的氣體之間切換時(shí)，可使用載體氣體或惰性氣體吹掃腔室114。雖然在圖8中沒有明確顯示，固結(jié)設(shè)備100還可包括摻雜劑前體的來源，例如氯摻雜劑前體，可將其引入腔室114來實(shí)施預(yù)制件14的煙炱包覆部分的摻雜。

使用還原劑或含還原劑的氣體、干燥試劑或含干燥試劑的氣體或摻雜劑前體的煙炱包覆預(yù)制件14的處理可在一個(gè)或多個(gè)處理循環(huán)中重復(fù)。一個(gè)或多個(gè)處理循環(huán)可在相同設(shè)備100中進(jìn)行，且在每一個(gè)處理循環(huán)之間，外包覆預(yù)制件14可保留在腔室114之中?？筛淖兲幚聿襟E參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。例如，壓力；溫度；含還原劑的氣體、含干燥試劑的氣體和/或摻雜劑前體的組成；惰性氣體的相對(duì)比例；和/或處理時(shí)間在不同的處理循環(huán)中可不同。在每一處理循環(huán)之間(如果使用多個(gè)循環(huán))和/或在最后的處理循環(huán)的反應(yīng)時(shí)間結(jié)束時(shí)，可使來自供應(yīng)150的惰性氣體或其它合適氣體的流動(dòng)通過容器112來吹掃腔室114。

可通過在燒結(jié)步驟之前，使摻雜劑氣體(單獨(dú)地或者與來自惰性氣體供應(yīng)150的惰性氣體一起)通過腔室114且繞著煙炱包覆預(yù)制件14。摻雜劑氣體可為任意合適的氣體，例如cf4,sif4,c2f6和/或sf6,sicl4,cl2?？稍谑褂眠€原劑對(duì)煙炱包覆預(yù)制件14處理之前、之時(shí)(例如，在使用還原劑的處理循環(huán)之間)和/或之后，進(jìn)行摻雜步驟。

在圖6的方框50處，使用光纖拉制設(shè)備，從還原劑處理的、固結(jié)的預(yù)制件20(圖9)拉制光纖。適用于從固結(jié)的玻璃預(yù)制件拉制光纖的技術(shù)和設(shè)備是本技術(shù)領(lǐng)域所公知的。應(yīng)理解，固結(jié)的預(yù)制件20的固結(jié)的玻璃預(yù)制件芯體10將形成光纖的芯體10(或者芯體10的一部分)，且固結(jié)的預(yù)制件20的固結(jié)的包覆層12a,12b將形成光纖的包覆部分，且如果存在的話，內(nèi)包覆是12a，外包覆是12b，如圖2a或2b所示。

在圖6的方框52處,將拉制纖維設(shè)置在氘處理設(shè)備中，用于使用氘氣體進(jìn)行處理。用于進(jìn)行氘處理的合適的設(shè)備是本技術(shù)領(lǐng)域所公知的。根據(jù)一些實(shí)施方式,氘處理設(shè)備包含用于固定拉制光纖的腔室,含氘氣體的供應(yīng),和用于將含氘氣體供應(yīng)到腔室的控制裝置。設(shè)備適于將設(shè)置在腔室中的拉制光纖在選定的溫度下，暴露于選定濃度的氘，并保持選定的時(shí)間。

拉制纖維的氘處理提供減少芯體光纖的非橋接氧缺陷的濃度,由此降低芯體對(duì)環(huán)境氫的敏感性。例如，纖維的氘處理如美國專利號(hào)6,499,318,4,623,373.4,515,612和4,685,945所教導(dǎo)。

根據(jù)一些實(shí)施方式,與不使用還原劑處理但其它以相同方式形成的相同光纖所需的氘處理時(shí)間相比，包覆煙炱的還原劑處理將把光纖氫敏感性減少到目標(biāo)水平所需的氘處理時(shí)間降低至少20％。在其它實(shí)施方式中,當(dāng)將co用作還原劑且與上一段所述的使用低水平氯的干燥步驟組合時(shí)，所需的氘處理時(shí)間減少至少40％。

根據(jù)本公開的實(shí)施方式的方法和設(shè)備可在光纖制造中提供優(yōu)勢(shì)和益處。如上所述,拉制光纖的芯體中的非橋接氧缺陷可與環(huán)境氫結(jié)合以在芯體中形成吸收位點(diǎn),由此增加在關(guān)心波長(例如電信窗口中)處的衰減?？赏ㄟ^氘處理拉制纖維或固結(jié)的玻璃預(yù)制件，來降低芯體的氫敏感性。然而,在氘處理步驟,含氘氣體的氘必須擴(kuò)散通過包覆部分,然后擴(kuò)散進(jìn)入芯體。包覆部分中的非橋接氧缺陷趨于在氘?dāng)U散通過包覆部分時(shí)消耗氘。因此,包覆部分中的非橋接氧缺陷增加用氘處理纖維所需的處理時(shí)間。此外，因?yàn)殡幚磉^程受到氘?dāng)U散速率的限制,延長了完成氘處理過程所需的時(shí)間。結(jié)果,光纖生產(chǎn)速率可顯著變慢。

在本公開的方法中，處理氣體的還原劑從包覆煙炱12a,12b除去過量的氧，從而在燒結(jié)之后除去的氧不在拉制纖維的玻璃包覆12a,12b中呈現(xiàn)非橋接氧缺陷。結(jié)果,降低了包覆中的缺陷濃度水平。在光纖芯體10的氘處理中，消除的非橋接氧缺陷不消耗氘,由此改善過程的速率和效率，并提供更短的氘處理時(shí)間。

本文所述的方法對(duì)于下述實(shí)施方式的特別重要的：其中外包覆中存在500ppm以重量計(jì)cl,或外包覆中存在大于2000ppm以重量計(jì)cl,或外包覆中存在大于4000ppm以重量計(jì)cl,或外包覆中存在大于6000ppm以重量計(jì)cl。如圖5所示,纖維的到達(dá)峰值的時(shí)間隨著外包覆中cl濃度的增加而增加。這表明富氧缺陷的濃度隨著外包覆中cl濃度的增加而增加。圖5還表明如本文所述的使用還原劑處理包覆煙炱減少纖維的到達(dá)峰值的時(shí)間,這表明使用還原劑處理減少外包覆中富氧缺陷的濃度。外包覆中減少濃度的富氧缺陷指改善制造效率，因?yàn)樾枰痰碾幚頃r(shí)間來獲得給定的光纖氫敏感性下降。與從沒有在還原劑存在下固結(jié)的預(yù)制件拉制的纖維相比，如本文所述的從在還原劑存在下固結(jié)的預(yù)制件拉制的纖維具有更低濃度的富氧缺陷且需要更短的氘處理時(shí)間來獲得給定的氫敏感性(如通過ttp所測(cè)量)。

雖然在上文中參考具有還原劑-處理的包覆的階梯折射率光纖描述了本公開的光纖、方法和設(shè)備,所述方法和設(shè)備也可用來形成其它類型的光纖。例如,所述方法和設(shè)備可用來形成純二氧化硅芯體階梯折射率光纖,漸變折射率光纖,w-分布光纖,基座(pedestal)分布光纖,或具有更多復(fù)雜多片段分布的光纖(例如，包含至少中央芯體,壕,環(huán),和包覆)。光纖可具有多個(gè)包覆層。包覆層可使用還原劑差異化地處理(例如一個(gè)包覆層可使用一種還原劑進(jìn)行處理，且另一個(gè)包覆層可不使用還原劑進(jìn)行處理)?？扇缟衔年P(guān)于芯體煙炱預(yù)制件還原劑處理所述地使用還原劑處理除了中央芯體以外的物理芯體的片段。優(yōu)選地,根據(jù)如上關(guān)于芯體所述的參數(shù)(例如,關(guān)于基線衰減的增加)，使用還原劑處理這種額外的芯體片段。

在本公開的范圍之內(nèi)是光纖，其包含芯體和至少一個(gè)包覆層,至少一個(gè)包覆層包含至少500ppm以重量計(jì)的氯摻雜劑濃度,光纖包含小于1ppb以重量計(jì)od基團(tuán)且在23℃下暴露于氣體氣氛之后具有小于100小時(shí)的到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp)氫老化數(shù)值，所述氣體氣氛具有1atm的總壓力且包含0.01atm分壓的h2和0.99atm分壓的n2。

實(shí)施例

通過從各玻璃預(yù)制件形成和拉制各纖維，來制造3種125微米直徑的smf纖維。通過下述來形成每一預(yù)制件：形成芯體坯棒，然后在芯體坯棒上形成包覆煙炱，且隨后固結(jié)包覆煙炱。包覆煙炱的固結(jié)包括：第一階段，其是恒溫階段，其中在約1150℃的溫度下，將包覆煙炱在第一加工氣體下暴露約240分鐘，從而干燥包覆煙炱；以及2)第二階段，其中在約1150-1500℃的溫度下，將包覆煙炱在第二加工氣體下暴露約6小時(shí)。預(yù)期包覆煙炱的燒結(jié)在第二階段中。以基本上相同的方式來制造這3種纖維，但用于3種預(yù)制件中每一種的第一階段和第二階段的加工氣體包括不同濃度的cl2和co(且剩余的氣體包括氦氣)，如表1所示：

表1

在23℃下，將3種纖維中的每一種暴露于在1atm總壓力下的含氫的氣體，所述含氫的氣體包括0.01atm分壓的h2以及0.99atm分壓的n2。對(duì)于每一纖維，測(cè)量在這些條件下氫擴(kuò)散通過纖維包覆到達(dá)纖維芯體的時(shí)間(也稱作到達(dá)峰值的時(shí)間(ttp))?；诰哂?383nm波長的光學(xué)信號(hào)的衰減來測(cè)量ttp，且對(duì)應(yīng)于在將纖維暴露于含氫的氣體之后觀察到衰減的陡峭增加的時(shí)間(類似于圖1所述的在1383nm處的方法)。從預(yù)制件#1拉制的纖維具有約105小時(shí)的平均1383nmttp。從預(yù)制件#2拉制的纖維具有約76小時(shí)的平均1383nmttp。從預(yù)制件#3拉制的纖維具有約58小時(shí)的平均1383nmttp。從預(yù)制件#4拉制的纖維具有約40小時(shí)的平均1383nmttp。氘處理時(shí)間通常與ttp成正比；即，更低的ttp對(duì)應(yīng)于更低(更短)的氘處理時(shí)間。

上述為本公開的說明，不構(gòu)成對(duì)本公開的限制。雖然已經(jīng)描述了本公開的一些示例性實(shí)施方式，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解在不實(shí)質(zhì)偏離本公開的新穎技術(shù)和優(yōu)勢(shì)的情況下，可在示例性實(shí)施方式中進(jìn)行許多改變。因此，所有這些改變也預(yù)期包括在本公開的范圍之內(nèi)。因此，應(yīng)理解上述只是為了說明本公開，且不構(gòu)成受限于披露的具體實(shí)施方式，且對(duì)披露實(shí)施方式的改變以及其它實(shí)施方式都預(yù)期包括在本公開的范圍之內(nèi)。