本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119，要求2014年9月16日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列第62/050,907號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。

背景技術(shù)：

本文一般地涉及光纖，更具體地，涉及用于制備具有低折射率凹槽的光纖預(yù)成形件的方法。

相對(duì)于沒有低折射率凹槽而形成的對(duì)比光纖，具有低折射率凹槽環(huán)繞光纖芯體的光纖可具有改進(jìn)的彎曲性能和/或更大的有效面積。因此，此類光纖的改進(jìn)的光學(xué)和物理性質(zhì)使得它們合乎希望地被用于各種應(yīng)用。

繞著光纖的芯體形成低折射率凹槽使得光纖預(yù)成形件的制造工藝增加了額外的步驟，并且作為結(jié)果，使得光纖的制造工藝的成本明顯增加。具體來說，可以通過如下方式形成低折射率凹槽：將基于二氧化硅的煙炱繞著光纖的芯體部分沉積，用負(fù)摻雜劑(down-dopant)摻雜基于二氧化硅的煙炱，所述負(fù)摻雜劑減小了固結(jié)的基于二氧化硅的煙炱(即，基于二氧化硅的玻璃)相對(duì)于光纖的芯體的折射率。但是，為了防止負(fù)摻雜劑污染預(yù)成形件的相鄰部分，在芯體部分已經(jīng)固結(jié)之后以及在沉積光纖的外包覆部分之前，單獨(dú)地形成低折射率凹槽并直接固結(jié)在光纖的芯體部分上。具體來說，首先形成光纖預(yù)成形件的芯體部分并固結(jié)至固體玻璃。這之后，繞著芯體部分沉積低折射率凹槽部分，隨后在獨(dú)立的步驟中摻雜和固結(jié)，以防止摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入芯體部分和外包覆部分。最后，在另一步驟中繞著低折射率凹槽層形成外包覆，并固結(jié)。

在具有較少制造步驟的其他光纖制造工藝中，可以在產(chǎn)生凹槽層和與包覆區(qū)域相關(guān)的任意固結(jié)步驟之前，形成外包覆。然后進(jìn)行摻雜以產(chǎn)生低折射率凹槽層，并且低折射率凹槽和外包覆層同時(shí)進(jìn)行固結(jié)。雖然這些方法可以節(jié)省制造時(shí)間和成本，但是存在與在存在外包覆的情況下對(duì)預(yù)成形件進(jìn)行摻雜相關(guān)的問題。值得注意的是，部分摻雜前體材料(例如，sif4)會(huì)被引入目標(biāo)低折射率凹槽區(qū)域外側(cè)的外包覆區(qū)域中。作為結(jié)果，由于在旨在用降低折射率的試劑進(jìn)行摻雜的低折射率凹槽區(qū)域的外側(cè)的外包覆區(qū)域內(nèi)存在降低折射率的試劑，會(huì)對(duì)光纖的光學(xué)性質(zhì)造成負(fù)面影響。

因此，存在對(duì)于形成光纖預(yù)成形件的替代方法的需求，所述光纖預(yù)成形件環(huán)繞其芯體部分具有低折射率凹槽區(qū)域，所述方法是高效的并且沒有傾向于對(duì)低折射率凹槽區(qū)域外側(cè)的預(yù)成形件的區(qū)域發(fā)生摻雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本文的一個(gè)方面，提供了用于形成光纖預(yù)成形件的方法，該方法包括以下步驟：將基于二氧化硅的煙炱沉積到餌棒上以形成低折射率凹槽區(qū)域，其中，基于二氧化硅的煙炱的沉積使得凹槽區(qū)域具有第一密度；繞著凹槽區(qū)域形成包含二氧化硅的內(nèi)阻隔層，其中，內(nèi)阻隔層具有大于第一密度的第二密度；繞著第一阻隔層沉積基于二氧化硅的煙炱以形成光纖預(yù)成形件的外包覆區(qū)域，其具有第三密度，其中，第二密度大于第三密度；以及從凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的中心通道取出餌棒，所述凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)包括凹槽區(qū)域、內(nèi)阻隔層和外包覆區(qū)域。該方法還包括以下步驟：在去除了餌棒的步驟之后，將芯棒插入凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的中心通道中；在外包覆區(qū)域的外部部分中形成包含二氧化硅的外阻隔層，其中，外阻隔層具有大于第三密度的第四密度；在插入芯棒的步驟之后，使含負(fù)摻雜劑的氣體流動(dòng)通過凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的中心通道，其中，對(duì)凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分加熱，從而用負(fù)摻雜劑摻雜凹槽區(qū)域，以及其中，阻隔層減輕了負(fù)摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域；以及在將芯棒插入光纖預(yù)成形件的步驟之后，對(duì)凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)和芯棒進(jìn)行固結(jié)。

根據(jù)本文的一個(gè)方面，提供了用于形成光纖預(yù)成形件的方法，該方法包括以下步驟：將基于二氧化硅的煙炱沉積到餌棒上以形成低折射率凹槽區(qū)域，基于二氧化硅的煙炱的沉積使得凹槽區(qū)域具有第一密度；繞著凹槽區(qū)域形成包含二氧化硅的內(nèi)阻隔層，其中，內(nèi)阻隔層具有大于第一密度的第二密度；以及繞著第一阻隔層沉積基于二氧化硅的煙炱以形成光纖預(yù)成形件的外包覆區(qū)域，其具有第三密度；其中，第二密度大于第三密度以及凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)包括凹槽區(qū)域、內(nèi)阻隔層和外包覆區(qū)域。該方法還包括以下步驟：在外包覆區(qū)域的外部部分中形成包含二氧化硅的外阻隔層，其中，外阻隔層具有大于第三密度的第四密度；從凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)取出餌棒，其中，余下步驟在凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)中限定了中心通道；使含負(fù)摻雜劑的氣體流動(dòng)通過凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的中心通道并且對(duì)凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分加熱，從而用負(fù)摻雜劑摻雜凹槽區(qū)域，以及其中，阻隔層減輕了負(fù)摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域；以及對(duì)具有經(jīng)摻雜的凹槽區(qū)域的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)進(jìn)行固結(jié)，以形成具有中心通道的經(jīng)固結(jié)的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)踐方式中，該方法用于形成光纖預(yù)成形件并且還包括以下步驟：將芯棒插入經(jīng)固結(jié)的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的中心通道中。在一些方面，該方法還可包括將經(jīng)固結(jié)的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)和芯棒一起拉制成光纖預(yù)成形件。在其他方面，該方法涉及形成光纖，因而包括從光纖預(yù)成形件拉制和形成光纖的步驟。

在以下的詳細(xì)描述中提出了本文的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實(shí)施方式而被認(rèn)識(shí)。

應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都描述了各種實(shí)施方式且都旨在提供用于理解所要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)各種實(shí)施方式的進(jìn)一步理解，附圖并入本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本文所述的各種實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護(hù)的主題的原理和操作。

附圖說明

圖1a示意性繪出了根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的光纖預(yù)成形件的橫截面。

圖1b示意性繪出根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)實(shí)施方式的圖1a的光纖預(yù)成形件的相對(duì)折射率分布；

圖1c示意性繪出根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的圖1a的光纖預(yù)成形件的相對(duì)折射率分布；

圖2a示意性繪出了根據(jù)本文所示和所述的替代實(shí)施方式的光纖預(yù)成形件的橫截面；

圖2b示意性繪出根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)實(shí)施方式的圖2a的光纖預(yù)成形件的相對(duì)折射率分布；

圖3a-3d示意性繪出光纖預(yù)成形件的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的形成；

圖4示意性繪出根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的光纖預(yù)成形件的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的摻雜和固結(jié)；

圖4a示意性繪出根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的光纖預(yù)成形件的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的摻雜和固結(jié)；

圖5示意性繪出根據(jù)本文所示和所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，將光纖預(yù)成形件的芯體組件插入光纖預(yù)成形件的凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)中；以及

圖6繪出根據(jù)本文所述方法形成的具有內(nèi)阻隔以及具有和不具有外阻隔層的光纖預(yù)成形件的低折射率凹槽區(qū)域和外包覆區(qū)域的折射率分布。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)參考用于形成具有低折射率凹槽的光纖預(yù)成形件的方法的實(shí)施方式，附圖展示了它們的實(shí)施例。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。圖3a-3d示意性顯示用于形成具有光纖預(yù)成形件的方法的一個(gè)示例性實(shí)施方式。方法一般地包括通過如下方式在餌棒上形成凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)：將初始不含摻雜劑的基于二氧化硅的煙炱沉積到餌棒上，以形成具有第一密度的低折射率凹槽區(qū)域；繞著低折射率凹槽區(qū)域形成包含二氧化硅的阻隔層，使得阻隔層具有大于第一密度的第二密度；將基于二氧化硅的煙炱沉積到阻隔層上，以形成外包覆區(qū)域，其具有小于第二密度的第三密度；以及在外包覆區(qū)域的外側(cè)部分形成包含二氧化硅的外阻隔層，其具有大于第三密度的第四密度。這之后，從凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)取出餌棒，以及將芯棒插入凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)的中心通道中。接著，兩個(gè)結(jié)構(gòu)都進(jìn)行固結(jié)，以及用負(fù)摻雜劑摻雜低折射率凹槽區(qū)域從而降低低折射率凹槽區(qū)域的折射率。本文將具體參考附圖，更詳細(xì)描述用于形成光纖預(yù)成形件的其他特定方法和根據(jù)本文的方法方面形成的光纖預(yù)成形件。

本文將使用以下術(shù)語來描述光纖預(yù)成形件和由此拉制的光纖：

如本文所用術(shù)語“折射率分布”是折射率或相對(duì)折射率與光纖半徑之間的關(guān)系。

如本文所用術(shù)語“相對(duì)折射率”定義如下：

δ(r)％＝100x[n(r)²-n參比²]/2n(r)²,

其中，除非另有說明，否則n(r)是半徑r處的折射率。除非另有說明，否則相對(duì)折射率限定在1550nm處。在一個(gè)方面，參比折射率n參比是純二氧化硅玻璃。在另一個(gè)方面，n參比是包覆的最大折射率。除非另有說明，否則，如本文所用的相對(duì)折射率用δ表示，其數(shù)值以“％”為單位。在區(qū)域的折射率小于參比折射率n參比的情況下，相對(duì)折射率百分比是負(fù)的，并且稱作凹陷區(qū)域或者凹陷折射率，以及除非另有說明，否則在相對(duì)折射率最為負(fù)值的點(diǎn)計(jì)算最小相對(duì)折射率。在區(qū)域的折射率大于參比折射率n參比的情況下，折射率百分比是正的，并且該區(qū)域可以被稱為提升或正折射率。

本文所用術(shù)語“正摻雜劑”和“正向摻雜劑”指的是增加玻璃相對(duì)于純的、未摻雜sio2折射率的摻雜劑。本文所用術(shù)語“負(fù)摻雜劑”和“負(fù)向摻雜劑”指的是傾向于降低玻璃相對(duì)于純的、未摻雜sio2折射率的摻雜劑。正摻雜劑可存在于光纖中具有負(fù)的相對(duì)折射率的區(qū)域中，同時(shí)伴有一種或多種不是正摻雜劑的其他摻雜劑。類似地，不是正摻雜劑的一種或多種其他摻雜劑可存在于光纖中具有正的相對(duì)折射率的區(qū)域中。負(fù)摻雜劑可存在于光纖中具有正的相對(duì)折射率的區(qū)域中，同時(shí)伴有一種或多種不是負(fù)摻雜劑的其他摻雜劑。類似地，不是負(fù)摻雜劑的一種或多種其他摻雜劑可存在于光纖中具有負(fù)的相對(duì)折射率的區(qū)域中。

如本文所用術(shù)語“α-分布”或者“阿爾法分布”指的是相對(duì)折射率分布，用δ表示，單位為“％”，其中r為半徑，可用以下方程式表示，

式中，δ0是最大相對(duì)折射率，r0是芯體的半徑，r的范圍是ri≤r≤rf，其中δ如上文所定義，ri是α分布的起點(diǎn)，rf是α分布的終點(diǎn)，以及α是指數(shù)，它是實(shí)數(shù)。對(duì)于臺(tái)階式折射率分布，α值大于或等于10。對(duì)于漸變式折射率分布，α值小于10。如本文所用術(shù)語“拋物線”包括基本拋物線形狀的折射率分布。在一些實(shí)施方式中，α值約為2，并且在芯體中的一點(diǎn)或多個(gè)可以略微偏離數(shù)值2，以及分布可以具有小的變化和/或中心線下沉。

如本文所用術(shù)語“芯棒”和“芯組件”指的是可用于制造光纖的經(jīng)摻雜的二氧化硅棒。在一些實(shí)施方式中，芯棒或組件具有經(jīng)摻雜的中心區(qū)域和二氧化硅包覆。

本文所用術(shù)語“um”指的是單位為微米的距離。

本文所用術(shù)語“低折射率凹槽區(qū)域”和“凹槽區(qū)域”指的是光纖預(yù)成形件或光纖包括相對(duì)于純二氧化硅折射率降低的摻雜劑的部分。還應(yīng)理解的是，如本文所用術(shù)語“較低折射率凹槽區(qū)域”和“凹槽區(qū)域”還包括光纖或預(yù)成形件中含有經(jīng)摻雜的煙炱的過渡區(qū)域(其尚未固結(jié)，但是最終會(huì)限定含降低折射率的摻雜劑的經(jīng)固結(jié)的區(qū)域)。

本文所用術(shù)語“內(nèi)阻隔層”和“外阻隔層”指的是未固結(jié)的預(yù)成形件中，可以降低、最小化或消除不合乎希望的預(yù)成形件內(nèi)的摻雜劑擴(kuò)散的層。應(yīng)理解的是，在固結(jié)之后，這些阻隔層會(huì)留在預(yù)成形件或光纖中。

除非另有說明，否則在本文中，光纖預(yù)成形件和/或光纖中的摻雜劑濃度表述為以重量計(jì)(例如，重量ppm，ppm(重量計(jì))，重量百分比，重量％)。

在本文中，氣相中的組分濃度表述為以體積計(jì)(例如，體積ppm，ppm(體積計(jì))，體積百分比，體積％)。

術(shù)語“基于二氧化硅的玻璃煙炱”、“基于二氧化硅的煙炱”和“煙炱”在本文中可互換使用，指的是sio2或經(jīng)摻雜的sio2顆粒。還應(yīng)理解的是，單獨(dú)的煙炱顆粒的尺寸通常約為5nm至約為10微米直徑，以及在一些實(shí)施方式中，約為5nm至約為1微米直徑。

術(shù)語“煙炱預(yù)成形件”指的是由煙炱顆粒制造的具有至少部分開放孔隙度的制品。

術(shù)語“經(jīng)固結(jié)的玻璃”指的是處于閉孔狀態(tài)的玻璃。在一些實(shí)施方式中，玻璃沒有空穴。

術(shù)語“燒結(jié)”指的是從多孔玻璃狀態(tài)到封閉孔隙度狀態(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。

術(shù)語“光纖預(yù)成形件”、“經(jīng)固結(jié)的預(yù)成形件”、“經(jīng)燒結(jié)的預(yù)成形件”和“坯體”指的是可以由此拉制光纖的玻璃制品。術(shù)語“光纖預(yù)成形件”和“光纖坯體”可互換使用。

參見圖1a，示意性顯示根據(jù)本文所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的光纖預(yù)成形件100(例如，預(yù)成形件以經(jīng)固結(jié)的狀態(tài)存在)的橫截面。光纖預(yù)成形件100一般地包括位于凹槽-外包覆組件110(本文也稱作“凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)110”)內(nèi)的芯組件102。在圖1a所示的光纖預(yù)成形件的實(shí)施方式中，芯組件102一般地包括芯體區(qū)域104和內(nèi)包覆區(qū)域106。芯體區(qū)域104被內(nèi)包覆區(qū)域106環(huán)繞且與其直接接觸。在本文所示和所述的實(shí)施方式中，芯體區(qū)域104和內(nèi)包覆區(qū)域106由二氧化硅(具體地，基于二氧化硅的玻璃)形成。光纖預(yù)成形件100相對(duì)于芯體區(qū)域104的中心呈大致圓形對(duì)稱，以及芯體區(qū)域104的半徑可以為rc。內(nèi)包覆區(qū)域106環(huán)繞芯體區(qū)域104并從半徑rc延伸至半徑ric，從而內(nèi)包覆區(qū)域106的徑向厚度為tic＝ric-rc。芯體區(qū)域104和內(nèi)包覆區(qū)域106一般形成為具有具體的徑向尺寸，從而可以從光纖預(yù)成形件100拉制具有所需徑向尺寸的光纖。

在本文所述的實(shí)施方式中，芯體區(qū)域104可具有臺(tái)階式折射率分布或漸變式折射率分布(即，α分布)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，如圖1b示意性所示，芯體區(qū)域104具有臺(tái)階式折射率分布。在這些實(shí)施方式中，芯體區(qū)域104具有相對(duì)于內(nèi)包覆區(qū)域106的最大相對(duì)折射率δc最大％，且在芯體區(qū)域104的徑向橫截面上是基本均勻的。在其他實(shí)施方式中，芯體區(qū)域104可具有如圖1c所示的α分布的漸變式折射率，使得相對(duì)折射率從芯體區(qū)域104的中心到半徑rc是減小的。

芯體區(qū)域104可由純的二氧化硅玻璃(sio2)形成，例如當(dāng)光纖預(yù)成形件具有類似如圖1b所示的臺(tái)階式折射率時(shí)。或者，光纖預(yù)成形件100的芯體區(qū)域104可由具有一種或多種摻雜劑的基于二氧化硅的玻璃形成，所述摻雜劑增加玻璃芯體區(qū)域相對(duì)于純的、未摻雜的基于二氧化硅的玻璃的折射率，例如當(dāng)光纖預(yù)成形件100具有如圖1b所示的臺(tái)階式折射率分布或如圖1c所示的漸變式折射率分布時(shí)。用于增加芯體區(qū)域的折射率的合適的正摻雜劑包括，但不限于：geo2、al2o3、p2o5、tio2、zro2、nb2o5、ta2o5、cl和/或及其組合。

在本文所述的實(shí)施方式中，內(nèi)包覆區(qū)域106具有相對(duì)于純二氧化硅玻璃的最大相對(duì)折射率百分比δic最大％，從而使δc最大％>δic最大％。內(nèi)包覆區(qū)域106可由純的二氧化硅玻璃(sio2)形成，可由具有一種或多種增加折射率的正摻雜劑(例如geo2、al2o3、p2o5、tio2、zro2、nb2o5、cl和/或ta2o5)的基于二氧化硅的玻璃形成，例如當(dāng)內(nèi)包覆區(qū)域106是“正摻雜的”時(shí)，或者內(nèi)包覆區(qū)域106可由具有一種或多種降低折射率的負(fù)摻雜劑(例如氟或硼等)的基于二氧化硅的玻璃形成，例如當(dāng)內(nèi)包覆區(qū)域是“負(fù)摻雜的”時(shí)，只要芯體區(qū)域104的最大相對(duì)折射率δc最大值％大于內(nèi)包覆區(qū)域106的最大相對(duì)折射率δic最大值％即可。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，內(nèi)包覆區(qū)域106是純二氧化硅玻璃。在另一個(gè)實(shí)施方式中，內(nèi)包覆區(qū)域106可包括用geo2、tio2或類似的正摻雜劑摻雜的基于二氧化硅的玻璃。

再次參見圖1a，凹槽-外包覆組件110一般地包括低折射率凹槽區(qū)域112，其被內(nèi)阻隔層116a環(huán)繞并與其直接接觸。內(nèi)阻隔層116a進(jìn)而被外包覆區(qū)域114包圍并與其直接接觸。此外，外阻隔層116b環(huán)繞外包覆區(qū)域114。折射率凹槽區(qū)域112、內(nèi)阻隔層116a、外包覆區(qū)域114和外阻隔層116b分別是由基于二氧化硅的玻璃形成。

低折射率凹槽區(qū)域112是環(huán)繞芯體組件102的基于二氧化硅的玻璃的環(huán)形區(qū)域。根據(jù)一些實(shí)踐方式，低折射率凹槽區(qū)域112的剛形成的密度(例如，在低折射率凹槽區(qū)域112的固結(jié)之前)約為0.5g/cm³。一旦固結(jié)，低折射率凹槽區(qū)域112有助于改善從光纖預(yù)成形件100拉制的光纖的彎曲性能，和/或有助于增加光纖的有效面積。如圖1a所示，在光纖預(yù)成形件100包括內(nèi)包覆區(qū)域106的實(shí)施方式中，內(nèi)包覆區(qū)域106位于芯體區(qū)域104和低折射率凹槽區(qū)域112之間，從而低折射率凹槽區(qū)域112與芯體區(qū)域104間隔開(即，低折射率凹槽區(qū)域112沒有與芯體區(qū)域104直接接觸)。低折射率凹槽區(qū)域112從半徑ric延伸至半徑rt，使得低折射率凹槽區(qū)域的徑向厚度為tt＝rt-ric。

在本文所述的實(shí)施方式中，低折射率凹槽區(qū)域112一般地包括基于二氧化硅的玻璃，其經(jīng)過負(fù)摻雜以降低低折射率凹槽區(qū)域112相對(duì)于純二氧化硅玻璃的折射率。例如，可用氟對(duì)低折射率凹槽區(qū)域112進(jìn)行負(fù)摻雜，從而降低低折射率凹槽區(qū)域112相對(duì)于純二氧化硅玻璃的相對(duì)折射率δt最小值％。因此，在本文所述的實(shí)施方式中，應(yīng)理解的是，低折射率凹槽區(qū)域的相對(duì)折射率小于芯體區(qū)域104的相對(duì)折射率δc最大值％和內(nèi)包覆區(qū)域106的相對(duì)折射率δic最大值％。

在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.02％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.1％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.25％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.4％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.6％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.02％且大于-1％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.2％且大于-1％。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于純二氧化硅，低折射率凹槽區(qū)域112的折射率可以小于-0.2％且大于-0.6％。

在一些方面中，低折射率凹槽區(qū)域112的氟濃度可以大于0.1重量％。在一些實(shí)施方式中，低折射率凹槽區(qū)域112的氟濃度可以大于0.4重量％。在一些實(shí)施方式中，低折射率凹槽區(qū)域112的氟濃度可以大于0.8重量％。在一些實(shí)施方式中，低折射率凹槽區(qū)域112的氟濃度可以大于1.4重量％。在一些實(shí)施方式中，低折射率凹槽區(qū)域的氟濃度可以大于2重量％。

內(nèi)阻隔層116a環(huán)繞低折射率凹槽區(qū)域112并與其直接接觸。在本文所述的實(shí)施方式中，如下文進(jìn)一步詳述，當(dāng)對(duì)凹槽-外包覆組件110進(jìn)行固結(jié)和摻雜時(shí)，內(nèi)阻隔層116a防止負(fù)摻雜劑從低折射率凹槽區(qū)域112擴(kuò)散到環(huán)繞內(nèi)阻隔層116a的外包覆區(qū)域114。在本文所述的實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a由二氧化硅形成，且通常具有與外包覆區(qū)域114相同的組成。因此，在如圖1b和1c所示的相對(duì)折射率分布中，內(nèi)阻隔層116a的相對(duì)折射率是外包覆區(qū)域114的那樣(即，如同以經(jīng)固結(jié)狀態(tài)存在的那些區(qū)域)。在本文所述的實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a的剛形成的密度(即，在凹槽-外包覆組件固結(jié)之前)大于或等于1.5g/cm³，更優(yōu)選大于或等于1.75g/cm³以及甚至更優(yōu)選大于2g/cm³。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a的剛形成的密度約為1-1.5g/cm³。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a的剛形成的密度約為1.5-2.2g/cm³。根據(jù)一些實(shí)踐方式，內(nèi)阻隔層116a的剛形成的密度通常大于低折射率凹槽區(qū)域112的剛形成的密度。

如圖1a所示，內(nèi)阻隔層116a通常從半徑rt延伸至半徑rba，從而內(nèi)阻隔層116a的徑向厚度tib＝rba-rt。在本文所述的實(shí)施方式中，阻隔層116a的徑向厚度tib通常大于約10μm，更優(yōu)選地大于約50μm，甚至更優(yōu)選地大于約100μm。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a的徑向厚度tib小于100μm。例如，內(nèi)阻隔層116a可以大于或等于約10μm且小于或等于約400μm。在其他實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a可以大于或等于約50μm且小于或等于約400μm。在其他實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a可以大于或等于約100μm且小于或等于約400μm。在額外的實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a可以約為100-700μm。但是，當(dāng)內(nèi)阻隔層116a的密度超過2.0g/cm³時(shí)，內(nèi)阻隔層116a對(duì)于減輕摻雜劑的擴(kuò)散是有效的，而不論內(nèi)阻隔層116a的厚度如何。因此，在這些實(shí)施方式中，應(yīng)理解的是，可以使用任意厚度的內(nèi)阻隔層116a。

仍然參考圖1a，外包覆區(qū)域114環(huán)繞內(nèi)阻隔層116a并與其直接接觸。外包覆區(qū)域114通常從半徑rba延伸至半徑roc，從而外包覆區(qū)域114的徑向厚度toc＝roc-rba。此外，在一些實(shí)施方式中(參見例如圖1b)，外包覆區(qū)域114包括內(nèi)阻隔層116a，且toc＝roc-rt。相對(duì)于純二氧化硅玻璃，外包覆區(qū)域114的相對(duì)折射率δoc％通常大于低折射率凹槽區(qū)域112的相對(duì)折射率δt最小值％且小于芯體區(qū)域104的最大相對(duì)折射率δc最大值％。在一些實(shí)施方式中，如圖1b所示，δoc％≥δic％。因此，外包覆區(qū)域114可以包括純二氧化硅玻璃(sio2)(即，基本上沒有任何摻雜劑的二氧化硅玻璃)，或者可以包括具有一種或多種增加折射率的摻雜劑(例如geo2、al2o3、p2o5、tio2、zro2、nb2o5、cl和/或ta2o5)的基于二氧化硅的玻璃，例如當(dāng)外包覆區(qū)域114是“正摻雜的”時(shí)，只要外包覆區(qū)域114的相對(duì)折射率δoc％小于芯體區(qū)域104的最大相對(duì)折射率δc最大值％且大于低折射率凹槽區(qū)域112的最小相對(duì)折射率δt最小值％即可。

外阻隔層116b環(huán)繞外包覆區(qū)域114并與其直接接觸。外阻隔層116b可以被視為是外包覆區(qū)域114的一部分或者外包覆區(qū)域114內(nèi)的子層。在本文所述的實(shí)施方式中，外阻隔層116b防止在對(duì)低折射率凹槽區(qū)域112進(jìn)行加工過程中(例如，在低折射率凹槽區(qū)域112固結(jié)之前)引入的負(fù)摻雜劑經(jīng)由凹槽-外包覆組件110的外側(cè)部分和表面的擴(kuò)散發(fā)生擴(kuò)散到達(dá)外包覆區(qū)域114。在本文所述的實(shí)施方式中，外阻隔層116b由二氧化硅形成，且通常具有與外包覆區(qū)域114和內(nèi)阻隔層116a相同的組成。因此，在如圖1b和1c所示的相對(duì)折射率分布中，外阻隔層116b的相對(duì)折射率是外包覆區(qū)域114的那樣。在本文所述的實(shí)施方式中，外阻隔層116b的剛形成的密度(即，在凹槽-外包覆組件固結(jié)之前)大于或等于1.5g/cm³，更優(yōu)選大于或等于1.75g/cm³以及甚至更優(yōu)選大于2g/cm³。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，外阻隔層116b的剛形成的密度約為1-1.5g/cm³。在一些其他實(shí)施方式中，外阻隔層116b的剛形成的密度約為1.5-2.2g/cm³。

如圖1a所示，外阻隔層116b通常從半徑rbb延伸至半徑roc，從而外阻隔層116b的徑向厚度tob＝roc-rbb。在本文所述的實(shí)施方式中，外阻隔層116b的徑向厚度tob通常大于約10μm，更優(yōu)選地大于約50μm，甚至更優(yōu)選地大于約100μm。在一些實(shí)施方式中，外阻隔層116b的徑向厚度tob小于100μm。例如，外阻隔層116b可以大于或等于約10μm且小于或等于約700μm。在其他實(shí)施方式中，外阻隔層116b可以大于或等于約50μm且小于或等于約700μm。在其他實(shí)施方式中，外阻隔層116b可以大于或等于約100μm且小于或等于約400μm。在額外的實(shí)施方式中，外阻隔層116b可以約為500-3000μm。但是，當(dāng)外阻隔層116b的密度超過2.0g/cm³時(shí)，外阻隔層116b對(duì)于減輕摻雜劑的擴(kuò)散是有效的，而不論外阻隔層116b的厚度如何。因此，在這些實(shí)施方式中，應(yīng)理解的是，可以使用任意厚度的外阻隔層116b。

現(xiàn)參見圖2a，示意性顯示光纖預(yù)成形件101(例如，預(yù)成形件101以經(jīng)固結(jié)的狀態(tài)存在)的另一個(gè)實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，形成的芯體組件沒有內(nèi)包覆區(qū)域(例如，圖1a所示的內(nèi)包覆區(qū)域106)。因此，在該實(shí)施方式中，如圖2a所示，芯體區(qū)域104與低折射率凹槽區(qū)域112直接接觸。形成的芯體區(qū)域104可以具有臺(tái)階式折射率分布(如圖2b所示)或者可以具有漸變式折射率分布(如上文所述)。在該實(shí)施方式中，低折射率凹槽區(qū)域112、內(nèi)阻隔層116a、外包覆114和外阻隔層116b可以如上文關(guān)于圖1a所述的那樣。

下面將更詳細(xì)參見圖3a-3d和圖4-6描述用于形成圖1a和2a所示的光纖預(yù)成形件100、101的方法。如上文所述，本文所述實(shí)施方式的光纖預(yù)成形件由芯體組件和凹槽-外包覆的組件建造成，它們獨(dú)立的形成且隨后組裝以建造成光纖預(yù)成形件。在本文所述的實(shí)施方式中，芯體組件和凹槽-外包覆組件分別通過氣相沉積工藝(例如，外部氣相沉積(ovd)工藝)在餌棒上沉積基于二氧化硅的煙炱的連續(xù)層來形成。

例如，參考圖3a，通過在餌棒120上沉積基于二氧化硅的煙炱形成低折射率凹槽區(qū)域112。在一些實(shí)施方式中，餌棒120的直徑約為10mm且其組成基本由al2o3或者其他合適的難熔材料構(gòu)成。通過向燃燒器122提供氣相沉積二氧化硅玻璃前體材料(例如，sicl4或八甲基環(huán)四硅氧烷(omcts))來形成基于二氧化硅的煙炱。為氣體進(jìn)料燃燒器122提供燃料，例如ch4、d2(氘)、cd4或co，以及氧氣，它們?nèi)紵援a(chǎn)生火焰126。在一些實(shí)施方式中，氣相二氧化硅前體材料是sicl4，以及為氣體進(jìn)料燃燒器122提供燃料(例如，d2、cd4或co)，從而限制沉積的基于二氧化硅的煙炱中的oh殘留量。當(dāng)使用此類組合來形成阻隔層的二氧化硅玻璃時(shí)，減輕了阻隔層中模式(mode)和任何殘留的水分之間的相互作用?？梢砸约s4-10l/分鐘的流量將氣相二氧化硅前體材料傳遞到燃燒器，同時(shí)可以以約10-40l/分鐘的流量將燃料供給至燃燒器。

氣相二氧化硅前體材料在火焰126中反應(yīng)，以產(chǎn)生基于二氧化硅的煙炱128，當(dāng)餌棒以從約150-400rpm的速率旋轉(zhuǎn)時(shí)，其沉積到餌棒120上。在本文所述的實(shí)施方式中，用于形成凹槽區(qū)域112的氣相二氧化硅前體材料基本上不含摻雜劑，作為結(jié)果，當(dāng)其沉積到餌棒120上以形成低折射率凹槽區(qū)域112(即，在固結(jié)之前存在的區(qū)域112)時(shí)，沉積到餌棒120上的基于二氧化硅的煙炱128基本不含摻雜劑。如箭頭124所示，當(dāng)餌棒旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126以第一速度橫貫來回于餌棒120的軸向長度上，從而建造在餌棒120上積累了基于二氧化硅的煙炱并形成低折射率凹槽區(qū)域112。在本文所述的實(shí)施方式中，火焰126的橫貫速度大于2cm/s，優(yōu)選大于或等于3cm/s。

在本文所述的實(shí)施方式中，基于二氧化硅的煙炱沉積在餌棒120上，從而低折射率凹槽區(qū)域112具有第一密度，其小于0.8g/cm³，以及在一些實(shí)施方式中小于0.5g/cm³。如上文所述，沉積以形成低折射率凹槽區(qū)域112的基于二氧化硅的煙炱128基本上不含會(huì)改變區(qū)域112中的二氧化硅的折射率的任意摻雜劑(即，在固結(jié)之后測(cè)量)。因此，應(yīng)理解的是，剛形成的低折射率凹槽區(qū)域112至少初始時(shí)不含摻雜劑。

參見圖3b，繞著低折射率凹槽區(qū)域112形成內(nèi)阻隔層116a。通常來說，內(nèi)阻隔層116a具有第二密度，其大于低折射率凹槽區(qū)域112的第一密度。如上文所述，在緊接內(nèi)阻隔層116a形成之后，內(nèi)阻隔層116a的密度大于或等于1.5g/cm³，更優(yōu)選大于或等于1.75g/cm³以及甚至更優(yōu)選大于或等于2g/cm³。此外，在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，如上文所述，內(nèi)阻隔層116a的剛形成的密度約為1-1.5g/cm³。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a的剛形成的密度約為1.5-2.2g/cm³。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過如下方式繞著低折射率凹槽區(qū)域112形成內(nèi)阻隔層116a：將氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126的溫度從第一溫度增加至第二溫度，以及將燃燒器的火焰的橫貫速度從第一速度降低至第二速度?？梢酝ㄟ^增加供給到氣體進(jìn)料燃燒器122的燃料和氧氣的流量來增加火焰126的溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126的溫度從1500℃-2000℃的范圍增加到大于2000℃。燃燒器的火焰的橫貫速度可以從用于沉積低折射率凹槽區(qū)域112的第一速度降低至第二速度，所述第二速度優(yōu)選小于1cm/s，更優(yōu)選小于0.5cm/s以及甚至更優(yōu)選小于0.25cm/s。增加氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126的溫度和降低火焰的橫貫速度，這增加了沉積在餌棒上的煙炱的密度，由此繞著低折射率凹槽區(qū)域112形成的阻隔層116具有降低的可滲透性。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過如下方式繞著低折射率凹槽區(qū)域112形成內(nèi)阻隔層116a：將氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126的溫度從第一溫度增加至第二溫度，以及降低供給到氣體進(jìn)料燃燒器122的基于二氧化硅的玻璃的氣相前體材料的濃度。例如，基于二氧化硅的玻璃的前體材料的流量可以從沉積低折射率凹槽區(qū)域112期間的約4-10l/分鐘降低至形成內(nèi)阻隔層116a期間的小于1l/分鐘。在一個(gè)實(shí)施方式中，基于二氧化硅的玻璃的氣相前體材料的濃度降低至零。降低基于二氧化硅的玻璃的前體材料的濃度增加了火焰的溫度并減緩了或者甚至?xí)和Ａ?例如，當(dāng)基于二氧化硅的玻璃的前體材料的流量為零時(shí))基于二氧化硅的玻璃煙炱在低折射率凹槽區(qū)域112上的沉積。但是，增加火焰126的溫度導(dǎo)致低折射率凹槽區(qū)域112的基于二氧化硅的煙炱的外層致密化，從而基于二氧化硅的煙炱的外層的密度大于低折射率凹槽區(qū)域112的余下厚度中的基于二氧化硅的煙炱的密度。煙炱的該致密層形成內(nèi)阻隔層116a。在該實(shí)施方式中，火焰126的溫度可增加至2000℃或更高，從而使得低折射率凹槽區(qū)域112的基于二氧化硅的煙炱的外層致密化。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過如下方式繞著低折射率凹槽區(qū)域112形成內(nèi)阻隔層116a：將氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126的溫度從第一溫度增加至第二溫度，以及如上所述，將燃燒器的橫貫速度從第一速度降低至第二速度，同時(shí)降低供給到氣體進(jìn)料燃燒器122的載氣中的基于二氧化硅的氣相前體材料的濃度。如上文所述，降低基于二氧化硅的前體材料的濃度減緩了或者暫停了基于二氧化硅的煙炱在低折射率凹槽區(qū)域112上的沉積，如上所述。但是，增加火焰126的溫度和降低火焰126的橫貫速度導(dǎo)致低折射率凹槽區(qū)域112的基于二氧化硅的煙炱的外層發(fā)生致密化，從而基于二氧化硅的煙炱的外層的密度大于低折射率凹槽區(qū)域112的其余部分中的基于二氧化硅的煙炱的密度。煙炱的該致密層形成內(nèi)阻隔層116a。在該實(shí)施方式中，火焰126的溫度可增加至2000℃或更高，從而使得低折射率凹槽區(qū)域112的基于二氧化硅的煙炱的外層致密化。在該實(shí)施方式中，火焰126的橫貫速度可以從用于沉積低折射率凹槽區(qū)域112期間的第一速度降低至第二速度，所述第二速度優(yōu)選小于1cm/s，更優(yōu)選小于0.5cm/s以及甚至更優(yōu)選小于0.25cm/s。

雖然在本文所述的一些實(shí)施方式中，內(nèi)阻隔層116a是通過用氣體進(jìn)料燃燒器加熱沉積的基于二氧化硅的煙炱以使煙炱致密化來形成的，但是應(yīng)理解的是，在其他實(shí)施方式中可以使用其他的熱源。例如，在替代實(shí)施方式中，可以利用co2激光器來加熱低折射率凹槽區(qū)域的基于二氧化硅的煙炱的外層，并由此使得煙炱致密化。在替代實(shí)施方式中，可以采用等離子體火炬或燃燒器(其中，通過例如直流、交流和/或射頻等產(chǎn)生熱等離子體)來加熱低折射率凹槽區(qū)域的基于二氧化硅的煙炱的外層，以使其致密化。

此外，在本文所述的一些實(shí)施方式中，預(yù)期可以在形成內(nèi)阻隔層116a的過程中調(diào)節(jié)餌棒的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)具有所需密度的阻隔層。具體來說，降低餌棒的轉(zhuǎn)速可有助于增加內(nèi)阻隔層116a的密度。

現(xiàn)參見圖3c，當(dāng)繞著低折射率凹槽區(qū)域112形成內(nèi)阻隔層116a之后，繞著內(nèi)阻隔層116a形成外包覆區(qū)域114。在本文所述的實(shí)施方式中，可以以與低折射率凹槽區(qū)域112類似的方式來形成外包覆區(qū)域114，包括具有大致相當(dāng)?shù)膭傂纬蓵r(shí)的密度。具體來說，將基于二氧化硅的玻璃的氣相前體材料(如sicl4或omcts)供給到氣體進(jìn)料燃燒器122并在火焰126中反應(yīng)，以形成基于二氧化硅的煙炱，當(dāng)餌棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其繞著內(nèi)阻隔層116a沉積在餌棒120上。如上所述，如箭頭124所示，當(dāng)餌棒旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體進(jìn)料燃燒器122的火焰126以第一速度來回橫貫于餌棒120的軸向長度上，從而在餌棒120上積累了基于二氧化硅的煙炱并形成外包覆區(qū)域114。用于形成外包覆區(qū)域114的基于二氧化硅的煙炱可以是純的基于二氧化硅的煙炱(sio2)(即，基本不含摻雜劑的基于二氧化硅的煙炱)，或者可以是包含一種或多種用于增加外包覆區(qū)域114的折射率的摻雜劑的基于二氧化硅的煙炱。

現(xiàn)參見圖3d，可以從剛形成的內(nèi)阻隔層116a、外包覆區(qū)域114和低折射率凹槽區(qū)域112取出餌棒120。然后可以將芯體組件102插入?yún)^(qū)域112、114、116a的中心孔或中心通道中。芯體組件102、低折射率凹槽區(qū)域112、外包覆區(qū)域114和內(nèi)阻隔層116a然后可以固結(jié)成封閉孔隙度和/或無空穴的玻璃，允許剛形成的凹槽-外包覆組件100的中心線坍塌到芯體組件102上，以形成光纖預(yù)成形件100的凹槽-外包覆組件110。在固結(jié)過程期間，可以通過使得脫水氣體(例如，氯氣)流動(dòng)通過這些組件的中心線和沿著外套筒流動(dòng)，使芯體組件102和凹槽-外包覆組件110脫水。作為該過程的一部分，可以在外包覆區(qū)域114內(nèi)和/或環(huán)繞外包覆區(qū)域114形成外阻隔層116b。如圖3d所示，也可以使用之前列舉和圖3b示意性所示的用于制備內(nèi)阻隔層116a的方法(例如，火琢(firepolish)方法)來形成外阻隔層116b。根據(jù)一些實(shí)施方式，可以采用之前關(guān)于形成內(nèi)阻隔層116a所述的任意其他方法來形成外阻隔層116b。

還如上文所述，制備的外阻隔層116b的剛形成的密度(即，在固結(jié)之前)大于或等于1.5g/cm³，更優(yōu)選大于或等于1.75g/cm³以及甚至更優(yōu)選大于2g/cm³。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，外阻隔層116b的剛形成的密度約為1-1.5g/cm³。在一些其他實(shí)施方式中，外阻隔層116b的剛形成的密度約為1.5-2.2g/cm³。根據(jù)一些實(shí)踐方式，外阻隔層116b的剛形成的密度通常大于外包覆區(qū)域114的剛形成的密度。

在本文所述方法的實(shí)施方式中，剛形成的外阻隔層116b的徑向厚度tob通常大于約10μm，更優(yōu)選地大于約50μm，甚至更優(yōu)選地大于約100μm。在一些實(shí)施方式中，外阻隔層116b的徑向厚度tob小于100μm。例如，外阻隔層116b可以大于或等于約10μm且小于或等于約400μm。在其他實(shí)施方式中，外阻隔層116b可以形成為大于或等于約50μm且小于或等于約400μm。在其他實(shí)施方式中，外阻隔層116b可以大于或等于約100μm且小于或等于約400μm。在額外的實(shí)施方式中，外阻隔層116b可以形成為約為500-3000μm。

根據(jù)一個(gè)實(shí)踐方式，可以通過上釉(glazing)工藝來形成外阻隔層116b，這導(dǎo)致外包覆區(qū)域114的表面上的封閉孔隙度層。產(chǎn)生外阻隔層116b的上釉工藝可以包括例如：使凹槽-外包覆組件110(以及插入凹槽-外包覆組件110中的芯體組件102)向下移動(dòng)通過(例如約為1450-1550℃)的爐的熱區(qū)(例如，升溫速率約為25℃/分鐘)，持續(xù)約30-60分鐘，然后向上(例如，以100℃/分鐘的冷卻速率)至約900℃多次，直至外包覆區(qū)域114的所需部分致密化成具有所需密度的外阻隔層116b。以較快移動(dòng)速度多次移動(dòng)凹槽-外包覆組件110允許外包覆區(qū)域114的外側(cè)致密化，而沒有使得燒結(jié)前行到預(yù)成形件100內(nèi)的明顯和有害深度。在固結(jié)過程期間，可以通過使得脫水氣體(例如，氯氣)流動(dòng)通過這些組件的中心線和沿著外套筒流動(dòng)，使芯體組件102和凹槽-外包覆組件110脫水。

還如圖3d所示，在形成外阻隔層116b的過程中，餌棒120可以留在原地。在這些實(shí)踐方式中，在任何固結(jié)步驟之前，采用上文所列舉的任意工藝來形成外阻隔層116b。在形成了外阻隔層116b之后，取出餌棒102，并將芯體組件102插入?yún)^(qū)域112、114、116a和116b的中心孔或中心通道中。芯體組件102、低折射率凹槽區(qū)域112、外包覆區(qū)域114、內(nèi)阻隔層116a和外阻隔層116b然后可以固結(jié)成玻璃，允許剛形成的凹槽-外包覆組件100的中心線坍塌到芯體組件102上，以形成光纖預(yù)成形件100的凹槽-外包覆組件110。

以與凹槽-外包覆組件類似的方式單獨(dú)構(gòu)建具有或不具有內(nèi)包覆層(例如，內(nèi)包覆106)的芯體組件(例如，芯體組件102)。具體來說，使用如上所述的外部氣相沉積(ovd)工藝，通常在單沉積步驟中，將對(duì)應(yīng)于預(yù)成形件的芯體區(qū)域104的基于二氧化硅的煙炱坯體沉積到餌棒上?；蛘?，可以采用氣相軸向沉積(vad)工藝來產(chǎn)生芯體組件102的芯體區(qū)域104。在一些實(shí)踐方式中，芯體區(qū)域104的直徑約為40-60mm，以及芯體組件102的長度約為100cm。

用于形成芯體區(qū)域104的基于二氧化硅的煙炱可用摻雜劑進(jìn)行摻雜或者可以包括純二氧化硅玻璃，所述摻雜劑增加芯體區(qū)域相對(duì)于純二氧化硅玻璃(即，基本不含摻雜劑的二氧化硅玻璃)的折射率。將用于形成芯體區(qū)域104的基于二氧化硅的玻璃的氣相前體材料與氣相摻雜劑一起提供到燃燒器，以實(shí)現(xiàn)所需的芯體區(qū)域的正摻雜。在芯體組件102還包括內(nèi)包覆區(qū)域106的實(shí)施方式中，可以采用類似的沉積技術(shù)，在餌棒上繞著芯體區(qū)域104形成內(nèi)包覆區(qū)域。如上文所述，內(nèi)包覆區(qū)域可由純的、基于二氧化硅的玻璃形成或者可由用正摻雜劑或負(fù)摻雜劑摻雜的基于二氧化硅的玻璃形成，只要內(nèi)包覆區(qū)域的相對(duì)折射率小于芯體區(qū)域的相對(duì)折射率即可。

在一些實(shí)施方式中，芯體區(qū)域104的密度目標(biāo)是大于約0.8g/cm³，或者更優(yōu)選大于約1g/cm³，從而減輕負(fù)摻雜劑(例如氟)遷移通過整個(gè)芯體組件102。最優(yōu)選地，將芯體區(qū)域104加工成剛形成的密度約為1-1.6g/cm³，特別是為了使得負(fù)摻雜劑的遷移最小化。通常來說，采用ovd/vad工藝，將芯體組件102加工成重量是2000-5000克。

一旦在餌棒上形成了芯體組件102，將餌棒從芯體組件取出并將芯體組件102固結(jié)成固體玻璃。具體來說，首先在流動(dòng)的脫水氣體(例如氯)中對(duì)芯體組件102進(jìn)行干燥。之后，將芯體組件加熱至約為1450-1550℃持續(xù)足夠的時(shí)間段(例如，約3小時(shí))，從而將芯體組件固結(jié)成固體玻璃。可以將經(jīng)燒結(jié)的芯體組件102再拉制成較小直徑的芯棒，用于與凹槽-外包覆組件(例如，凹槽-外包覆結(jié)構(gòu)100)進(jìn)行整合之前的進(jìn)一步加工。

現(xiàn)參見圖4，在餌棒120上沉積或者任意其他方式形成了低折射率凹槽區(qū)域112、內(nèi)阻隔層116a、外包覆區(qū)域114和外阻隔層116b并由此形成光纖預(yù)成形件的凹槽-外包覆組件110之后，從凹槽-外包覆組件110取出餌棒120，留下延伸穿過凹槽-外包覆組件110的中心通道118。同樣如上文所述，方法的一些實(shí)踐方式在形成內(nèi)阻隔層116b之前取出了餌棒120。在任一方法中，將固結(jié)的芯體組件102插入凹槽-外包覆組件110的中心通道中。當(dāng)經(jīng)固結(jié)的芯體組件102被置于由于去除餌棒120所留下的中心通道中，經(jīng)固結(jié)的芯體組件102與低折射率凹槽區(qū)域112之間略微存在間隙，因?yàn)榘疾?外包覆組件尚未被完全固結(jié)成完全致密的玻璃。

然后，將凹槽-外包覆組件110和經(jīng)固結(jié)的芯體組件102置于固結(jié)爐130中，在其中，凹槽-外包覆組件固結(jié)成固體玻璃，由此使得凹槽-外包覆組件110與芯體組件102粘附。在固結(jié)過程中，首先通過使脫水氣體在經(jīng)固結(jié)的芯體組件和凹槽-外包覆組件110之間流動(dòng)(即，通過中心通道118)以及繞著凹槽-外包覆組件110的外部表面流動(dòng)，來干燥凹槽-外包覆組件110。在一個(gè)實(shí)施方式中，脫水氣體包含2-6％的氯氣在氦氣中的混合物。當(dāng)在0.5-4小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)，將凹槽-外包覆組件110從約800℃加熱至約1250℃的溫度時(shí)，引導(dǎo)混合物以約5l/分鐘至約20l/分鐘的流量通過和繞著凹槽-外包覆組件。穿過和繞著凹槽-外包覆組件110的氯氣流，在單個(gè)步驟中同時(shí)促進(jìn)干燥了低折射率凹槽區(qū)域112和外包覆區(qū)域114。

之后，如圖4所示，當(dāng)凹槽-外包覆和芯體組件110和102這兩者分別被加熱到約為1400-1500℃的溫度時(shí)，將包含摻雜劑(例如氟)的前體氣體132在中心通道118中導(dǎo)向穿過凹槽-外包覆組件110，來對(duì)低折射率凹槽區(qū)域112進(jìn)行摻雜。在一個(gè)實(shí)施方式中，前體氣體包括摻雜劑(例如sif4或cf4)以及余量he氣的混合物。在該實(shí)施方式中，混合物可包含25％的摻雜劑和75％的氦氣。導(dǎo)向通過凹槽-外包覆組件110的前體氣體的流量約為0.1-1.0l/分鐘。前體氣體擴(kuò)散進(jìn)入低折射率凹槽區(qū)域112，由此用氟摻雜了低折射率凹槽區(qū)域112。但是，內(nèi)阻隔層116a和外阻隔層116b的密度增加防止了前體氣體擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域114。作為結(jié)果，防止了外包覆區(qū)域114被前體氣體132所污染。此外，因?yàn)樾倔w組件102是完全固結(jié)的，前體氣體132沒有擴(kuò)散進(jìn)入芯體組件102，從而防止了對(duì)芯體組件102的污染。

在一些實(shí)施方式中，除了前體氣體132之外，將惰性馬弗爐氣體(mufflegas)134(例如氦氣、氮?dú)饣驓鍤?引入固結(jié)爐，并導(dǎo)向通過凹槽-外包覆組件110，如圖4所示。引導(dǎo)馬弗爐氣體134以約2-50l/分鐘的流量(例如，在一些方面，5l/分鐘的流量是可接受的)繞著凹槽-外包覆組件110的外部表面，由此稀釋從中心通道118排出的前體氣體132，并抑制了前體氣體132從凹槽-外包覆組件110的外側(cè)擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域114中。此外，外阻隔層116b還防止或者以任意其他方式抑制了來自前體氣體132的摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域114。

之后，通過以約5-50mm/分鐘的速率向下驅(qū)動(dòng)凹槽-外包覆組件110和芯體組件102通過固結(jié)爐130的熱區(qū)(參見圖4)，從而將凹槽-外包覆組件110燒結(jié)成固體玻璃。熱區(qū)的溫度通常約為1400-1500℃。在向下驅(qū)動(dòng)步驟之后，凹槽-外包覆組件110和芯體組件102是單個(gè)的固體玻璃光纖預(yù)成形件100(參見圖5)。

參見圖4a，還可以是在通道118中不存芯體組件102的情況下，對(duì)低折射率凹槽區(qū)域112進(jìn)行摻雜和固結(jié)。在這些實(shí)踐方式中，芯體組件102獨(dú)立于凹槽-外包覆組件110進(jìn)行完全固結(jié)。一旦完成了摻雜過程形成低折射率凹槽區(qū)域112，可以將完全固結(jié)的芯體組件102插入經(jīng)固結(jié)的凹槽-外包覆組件110中?？梢詫⑦@些組件一起再拉制成組合坯體，然后進(jìn)一步再拉制成光纖預(yù)成形件(例如，如圖5所示的光纖預(yù)成形件100)。在某些實(shí)施方式中，在不存在芯體組件(例如，芯體組件102)的情況下，對(duì)凹槽-外包覆組件110進(jìn)行完全固結(jié)。這樣，形成的組件110是以管狀構(gòu)造存在的光纖預(yù)成形件產(chǎn)品。例如，然后可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的管中棒工藝，將該預(yù)成形件進(jìn)一步加工成光纖預(yù)成形件。

現(xiàn)參見圖6，“比較例1”曲線是提供了光纖預(yù)成形件100(例如，如圖1a那樣構(gòu)造，但是沒有外阻隔層116b)的凹槽-外包覆組件110的示例性相對(duì)折射率分布的比較例。具體來說，“比較例1”顯示了對(duì)于比較例的低折射率凹槽區(qū)域112的相對(duì)折射率和外包覆區(qū)域114的相對(duì)折射率與凹槽-外包覆組件的徑向厚度之間的關(guān)系。如圖6所示，“比較例1”比較例的內(nèi)阻隔層116b防止了含有負(fù)摻雜劑的前體氣體從低折射率凹槽區(qū)域112擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域114。但是，由于比較例1沒有外阻隔層，進(jìn)入爐氣氛134的前體摻雜劑氣體132可以發(fā)生摻雜(例如，形成f摻雜的二氧化硅)，作為結(jié)果，在外包覆區(qū)域的整個(gè)徑向厚度，外包覆區(qū)域的相對(duì)折射率明顯降低。

再次參見圖6，“實(shí)施例1”和“實(shí)施例2”反映了本發(fā)明的實(shí)施例1和2，其是包含外阻隔層116b的光纖預(yù)成形件100(例如，如圖1a所構(gòu)造)的凹槽-外包覆組件110的示例性相對(duì)折射率分布。具體來說，“實(shí)施例1”和“實(shí)施例2”顯示了對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例1和2的低折射率凹槽區(qū)域112的相對(duì)折射率和外包覆區(qū)域114的相對(duì)折射率與凹槽-外包覆組件的徑向厚度之間的關(guān)系。如圖6所示，“實(shí)施例1”和“實(shí)施例2”光纖預(yù)成形件的內(nèi)阻隔層116a和外阻隔層116b一起起作用，以防止預(yù)成形件的加工過程中，含負(fù)摻雜劑的前體氣體從低折射率凹槽區(qū)域112擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域114和防止其從預(yù)成形件100的外側(cè)擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域。作為結(jié)果，在本發(fā)明的這些實(shí)施例中，外包覆區(qū)域114的相對(duì)折射率在外包覆區(qū)域的整個(gè)徑向厚度上是基本均勻的。

圖6所示的比較例1、實(shí)施例1和實(shí)施例2曲線分別對(duì)應(yīng)于具有內(nèi)阻隔層的光纖預(yù)成形件以及具有內(nèi)阻隔層和外阻隔層的光纖預(yù)成形件的曲線。對(duì)于比較例1曲線，外包覆區(qū)域在近似rt的徑向位置處的內(nèi)部部分展現(xiàn)出-0.05％的相對(duì)折射率，然后隨著整個(gè)外包覆區(qū)域上的徑向距離的增加，跌落至約-0.16％。在比較例1曲線中，外包覆區(qū)域(從rt開始，或者從低于0.0％的相對(duì)折射率開始)的相對(duì)折射率的略微跌落可歸結(jié)于一些殘余量的負(fù)摻雜劑(即，氟)在低折射率凹槽區(qū)域加工和后續(xù)的高溫加工過程中擴(kuò)散進(jìn)入外包覆區(qū)域中。在比較例1曲線中，外包覆區(qū)域中明顯的殘余負(fù)摻雜劑的百分比可歸結(jié)于由于前體氣體沿著固結(jié)爐130的外側(cè)所導(dǎo)致的負(fù)摻雜劑擴(kuò)散通過凹槽-外包覆組件的最外部分(參見圖4)。

不同于比較例1，表示為同時(shí)具有內(nèi)阻隔層和外阻隔層的光纖預(yù)成形件的實(shí)施例1曲線在外包覆區(qū)域中展現(xiàn)出較低的相對(duì)折射率“跌落”。在rt時(shí)，實(shí)施例1曲線的相對(duì)折射率略低于0.0％。在外包覆區(qū)域中的徑向位置增加處，相對(duì)折射率僅從約為-0.08％略微跌落至約-0.12％。因此，實(shí)施例1曲線的外包覆區(qū)域中從0.0％開始的相對(duì)折射率的跌落明顯小于實(shí)施例1曲線在其外包覆區(qū)域中的外包覆區(qū)域所觀察到的跌落。因此，用于產(chǎn)生實(shí)施例1曲線的光纖預(yù)成形件中存在的外阻隔層起到了明顯降低外包覆區(qū)域中負(fù)摻雜劑的有害擴(kuò)散的作用。

同樣地，不同于比較例1，表示為同時(shí)具有內(nèi)阻隔層和外阻隔層的光纖預(yù)成形件的實(shí)施例2曲線在外包覆區(qū)域中展現(xiàn)出基本沒有相對(duì)折射率“跌落”。因此，用于產(chǎn)生實(shí)施例2曲線的光纖預(yù)成形件中存在的外阻隔層起到了明顯降低外包覆區(qū)域中負(fù)摻雜劑的有害擴(kuò)散的作用。

如本文所述構(gòu)建的預(yù)成形件可以拉制成具有類似于圖1b、1c或2b那些所示的相對(duì)折射率分布的光纖。

實(shí)施例

下面通過以下實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1

用外部氣相沉積(ovd)工藝制造了1m長、2000g二氧化硅煙炱預(yù)成形件形式的具有阻隔層的凹槽-外包覆組件。通過將200g基本上純的、基于二氧化硅的煙炱沉積到車床中的外徑為10mm的轉(zhuǎn)動(dòng)的氧化鋁餌棒上來形成凹槽-外包覆組件的低折射率凹槽區(qū)域。通過基于二氧化硅的玻璃的氣相前體材料在氣體進(jìn)料燃燒器的火焰中的吸熱水解反應(yīng)來形成基于二氧化硅的煙炱?；诙趸璧牟Ａ绑w材料是供給到燃燒器的sicl4。通過分別供給到燃燒器的ch4和o2的混合物來產(chǎn)生火焰。sicl4在燃燒器火焰中的反應(yīng)根據(jù)下述方程式進(jìn)行：

sicl4+2h2o→sio2+hcl

當(dāng)在火焰中產(chǎn)生基于二氧化硅的玻璃煙炱時(shí)，燃燒器的火焰以大于約2cm/s的速度橫貫于餌棒上，同時(shí)餌棒以約150rpm至約400rpm的速率旋轉(zhuǎn)，由此導(dǎo)致煙炱繞著餌棒沉積。通過該反應(yīng)產(chǎn)生的基于二氧化硅的玻璃煙炱沉積在餌棒上，使得低折射率凹槽區(qū)域的密度約為0.4-0.5g/cm³。

之后，通過將sicl4進(jìn)入燃燒器的流量降低到零，在低折射率凹槽區(qū)域上形成內(nèi)阻隔層，由此降低或消除sio2煙炱的沉積和增加火焰的溫度?；鹧鎸?duì)煙炱預(yù)成形件火琢(firepolish)10次并使得凹槽區(qū)域的最外層煙炱致密化，以形成密度約為2-2.2g/cm³且厚度約為0.1-0.7mm的內(nèi)阻隔層。

隨后，在阻隔層上沉積外包覆區(qū)域。具體來說，恢復(fù)了達(dá)到燃燒器的氣相sicl4流量，從而約2000g的(密度約為0.4-0.5g/cm³的)基于二氧化硅的煙炱沉積在內(nèi)阻隔層上，以形成凹槽-外包覆組件的外包覆區(qū)域。

然后，將氧化鋁餌棒從凹槽-外包覆組件取出，并將8.5mm直徑的玻璃芯棒組件插入氧化鋁餌棒留下的中心通道中。芯棒組件由7.5重量％的geo2摻雜的sio2芯體和sio2內(nèi)包覆構(gòu)成，芯/包覆比約為0.4。通過ovd工藝獨(dú)立地形成芯棒組件，從而芯棒組件具有所需的折射率分布。然后將具有插入的芯棒組件的凹槽-外包覆組件裝載到固結(jié)爐中進(jìn)行固結(jié)，這包括：在包含約3體積％的cl2氣體和余量he氣體的氣氛中，在900℃進(jìn)行干燥，上述兩種氣體都繞著預(yù)成形件的外側(cè)流動(dòng)和流動(dòng)通過sio2柄，進(jìn)而在芯棒和煙炱預(yù)成形件之間的環(huán)面流動(dòng)。

然后將組件橫貫(下驅(qū)動(dòng))通過峰值溫度約為1500℃、升溫速率約為25℃/分鐘的熱區(qū)，然后上驅(qū)動(dòng)通過熱區(qū)，并以100℃/分鐘冷卻回到約900℃。然后該下驅(qū)動(dòng)和上驅(qū)動(dòng)過程再重復(fù)兩次，得到密度約為1.7g/cm³的近似約1mm厚的外阻隔層，其構(gòu)造成防止或限制外包覆區(qū)域中的內(nèi)阻隔層與外阻隔層之間的預(yù)成形件的摻雜。

之后，組件冷卻到約900℃，以及低折射率凹槽區(qū)域通過如下方式進(jìn)行f燒結(jié)摻雜：流動(dòng)10體積％的sif4和余量he氣體的混合物通過sio2柄，進(jìn)而流動(dòng)通過中心通道(即，芯體組件和低折射率凹槽區(qū)域之間)，對(duì)芯棒和內(nèi)阻隔層之間的二氧化硅煙炱進(jìn)行氟摻雜，流量為1.1l/分鐘，以及使he氣體以5l/分鐘的流量流動(dòng)通過固結(jié)爐的底部。然后凹槽-外包覆組件在暴露于這些氣體和流量的同時(shí)進(jìn)行固結(jié)，這是通過將凹槽-外包覆組件下驅(qū)動(dòng)進(jìn)入固結(jié)爐的燒結(jié)區(qū)實(shí)現(xiàn)的，其峰值溫度為1500℃，升溫速率為5℃/分鐘，從而對(duì)內(nèi)環(huán)面sio2煙炱進(jìn)行氟摻雜和使得sio2煙炱坍塌到芯棒上。具體來說，由此制備了完全致密的光纖預(yù)成形件，其具有g(shù)eo2摻雜的sio2芯、sio2內(nèi)包覆、氟摻雜的sio2低折射率凹槽區(qū)域和sio2外包覆區(qū)域。此外，以這種方式制備的凹槽-外包覆組件的相對(duì)折射率分布如圖6所示(即，“實(shí)施例1”所反映的曲線)。

實(shí)施例2

對(duì)實(shí)施例2的光纖預(yù)成形件建模。具體來說，以與實(shí)施例1所述一致的方式制造實(shí)施例2光纖預(yù)成形件，不同之處在于，然后使得組件采用下驅(qū)動(dòng)和上驅(qū)動(dòng)過程通過熱區(qū)總計(jì)4次，得到密度約為2.1g/cm³的近似1mm厚的外阻隔層，其構(gòu)造成防止或限制外包覆區(qū)域中的內(nèi)阻隔層與外阻隔層之間的預(yù)成形件的摻雜。然后對(duì)預(yù)成形件進(jìn)行氟摻雜，和以實(shí)施例1所述過程進(jìn)行燒結(jié)。以這種方式制備的凹槽-外包覆組件的相對(duì)折射率分布如圖6所示(即，“實(shí)施例2”所反映的曲線)。

比較例1

使用如實(shí)施例1所述的類似工藝來制造比較例的光纖組件，不同之處在于，沒有使用外阻隔層。也就是說，將二氧化硅煙炱沉積到餌棒上以形成凹槽區(qū)域，用燃燒器實(shí)現(xiàn)阻隔層的形成，沉積額外的二氧化硅煙炱來形成外包覆，取出餌棒，以及將芯棒組件插入中心線環(huán)面(例如，中心通道)。接著，將該組件放入固結(jié)爐，對(duì)預(yù)成形件組件應(yīng)用氯干燥步驟，然后使相同量的sif4加上氦氣流動(dòng)通過中心線環(huán)面，以及氦氣流動(dòng)通過固結(jié)爐的底部。在預(yù)成形件組件下驅(qū)動(dòng)通過熱區(qū)的同時(shí)引導(dǎo)這些氣體，從而用氟摻雜內(nèi)環(huán)面和對(duì)預(yù)成形件進(jìn)行燒結(jié)。具體來說，由此制備了完全致密的光纖預(yù)成形件，其具有g(shù)eo2摻雜的sio2芯、sio2內(nèi)包覆、氟摻雜的sio2低折射率凹槽區(qū)域和部分f摻雜的sio2外包覆區(qū)域。此外，以這種方式制備的凹槽-外包覆組件的相對(duì)折射率分布如圖6所示(即，“比較例1”曲線)。

基于上文所述，現(xiàn)在應(yīng)理解本文所述的方法可用于以更少的步驟，形成具有低折射率凹槽區(qū)域環(huán)繞芯體的光纖預(yù)成形件。具體地，形成具有位于低折射率凹槽區(qū)域和外包覆區(qū)域之間的致密阻隔層的獨(dú)立的凹槽-外包覆組件，允許將低折射率凹槽區(qū)域和外包覆區(qū)域形成為一個(gè)組件，并且對(duì)低折射率凹槽區(qū)域進(jìn)行負(fù)摻雜而不會(huì)使得外包覆區(qū)域被負(fù)摻雜劑污染。該構(gòu)造還允許低折射率凹槽區(qū)域和外包覆區(qū)域在單步驟中干燥，由此消除在兩個(gè)區(qū)域的水污染。因此，應(yīng)理解的是，在凹槽-外包覆組件中結(jié)合阻隔層消除了單獨(dú)形成和固結(jié)低折射率凹槽區(qū)域和外包覆區(qū)域的需要。