CN101163647A - 具有所需波导参数的光纤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种即使在实际的折射率(RI)分布具有多种特征的情况下仍然具有所需截止波长、模场直径(MFD)和零色散系数(ZDW)的波导参数的光纤的制造方法。该方法包括根据芯棒的预定纤芯直径、芯棒的纤芯的折射率(RI)分布以及芯棒的包层的折射率(RI)分布在芯棒上进行外包层/包层外罩来获得在预定界限内的波导参数。

Description

具有所需波导参数的光纤及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有所需波导参数的光纤及其制造方法，特别涉及一种即使在其实际的折射率分布具有多样结构的情况下仍具有所需光波导参数，比如截止波长、模场直径(MFD)、零色散波长(ZDW)的光纤。

背景技术

基于光纤的光波通信***在声音和数据传输中起着重要的作用，应用于通信***的光纤既可以是单模光纤也可以是多模光纤。光纤具有一个纤芯，基本上所有的信号都被限制在此纤芯内，在纤芯的外面包围着一层包层。纤芯和包层的折射率分布，以及光纤的纤芯直径决定了光纤的类型。

光纤由光纤预制件拉制而成，该光纤预制件可以由除了现有方法的化学汽相沉积法(CVD)中的不同方法制成。

光纤预型件包括了一个中心芯棒预制件(此后称为芯棒)和一个外部的包层。该芯棒本身由纤芯和光纤包层的一部分组成。制造光纤预制件使用的不同方法在美国学术出版社(Academic Press)1985年出版的的《光纤通信(Optical Fiber Communications)》中由厉鼎毅(Tingye Li)进行了描述。

所述外包层/包层外罩可通过任何公知的方式提供给芯棒，比如炭黑沉积法中的OVD法，玻璃灰沉积到芯棒101上以形成一个多孔体(此后称为主体)，其中，该沉积过程可通过如附图1中所示的将芯棒在火炉上穿过的动作来实现，该沉积过程持续到主体所需的尺寸达到了所需纤芯直径的时候为止，然后该沉积的多孔主体被移动到一个烧结炉，在该烧结炉里，沉积的多孔主体在大约1500摄氏度的氯气和氦气中被烘干和处理以形成一个实体的玻璃光纤预制件。

由于光纤是由光纤预制件拉制而成，在拉制光纤预制件步骤之前的性能选择可以有助于得到具有所需特性的光纤。本发明即是提供这种仅仅通过考虑所选择的光纤预制件的性能即可决定所需的光纤波导性能的方法。

已经发现，光纤的波导参数，比如截止波长、模场直径(MFD)和色散在光纤的信号传输中起着重要的作用，也因此需要达到一个所需的范围。

光纤的截止波长需要在大约1160nm至大约1300nm的范围之内。

光纤的模场直径(MFD)需要在大约8.9至大约9.5μm的范围之内。

光纤的色散波长，尤其是零色散波长(ZDW)，需要在大约1305至大约1325nm的范围之内。

可见，上述三种波导参数的所需范围是非常窄的，因此，在制造光纤的过程中，即在制造可拉制成具有所需性能的光纤的光纤预制件的过程中，获得这些参数的方法应当是非常精确的并且有能力将所需参数控制在所需界限内。本发明的目的也在于提供一种制造该光纤预制件，并能从该光纤预制件拉制成光纤的方法，且该光纤的波导参数，比如截止波长、模场直径(MFD)和零色散波长(ZDW)在上述所需范围的界限之内，即，光纤的截止波长在约1160nm至约1300nm的范围内，光纤的模场直径(MFD)在约8.9至约9.5μm的范围内，且光纤的零色散波长(ZDW)在约1305至约1325nm的范围之内。

截止波长是指在该波长上一个单模光纤仅能支持和传播一种模式的光，单模光纤在一特定波长上可能具有比截止波长的波长低的两个或多个模式的光。

截止波长如下所表达：

λ_c＝πdn1/Vc×(2Δ)^0.5    公式(1)

$\mathrm{\Δ}=n_1^2-n_2^2/2n_1^2$  公式(2)

其中

λ_c是光纤的截止波长；

Δ是纤芯和包层的的折射率与预制件纤芯折射率(RI)之间的折射率(RI)误差比率；

n1是预制件纤芯的折射率；

n2是预制件包层的折射率；

Vc是归一化频率，对于单模光纤来说通常小于2.405；

d是光纤纤芯的直径。

模场直径(MFD)描述了光纤可传输光部分的尺寸，对于单模光纤，这个区域包括了纤芯，同时也包括了在其周围的包层的一小部分。

色散是由于信号不同组成部分的传输时间的不同而导致的光信号的时间失真，典型的表现在脉冲展宽。特别是，在单模光纤里，在接近于1310nm周围的波长的色散会是零色散的，该波长也被称为零色散波长(ZDW)。

所需截止波长的选择有助于了解在何种波长上一个单模光纤将支持和传输仅仅一个模式的光。

所需模场直径(MFD)的选择有助于描述光纤可传输光部分的尺寸。

所需零色散波长(ZDW)的选择有助于评估由于在信号不同组成部分的传输时间不同而导致的光信号的时间失真，特别是脉冲展宽。

上述三种波导参数，即截止波长，MFD和ZDW，已经被发现是纤芯直径、纤芯和包层的折射率(RI)分布的函数，也就是是说它依赖于光纤直径和光纤的纤芯和包层的折射率(RI)分布。光纤的纤芯和包层的折射率(RI)分布与拉制成光纤的光纤预制件(包括芯棒)的纤芯和包层的折射率(RI)分布是相似的。因此，如果光纤的纤芯直径，以及纤芯和芯棒包层的折射率(RI)分布已经由此确定并选择了，那么就可以获得一个具有在预定范围内的波导参数的光纤。

同样也已意外地发现，i)纤芯和芯棒的折射率分布，ii)芯棒包层的折射率分布，iii)光纤的纤芯直径的确定和选择不仅仅需要将光纤的所需波导参数控制在预定范围内，同时还需要将光纤的其它特征限制在预定范围内。

另外发现，这些波导参数的一个或两个的考虑可能不会获得具有在所需范围内的这些以及其它特性的光纤，这种选择只有在其目的是拥有一个具有在预定界限内的经选择的波导参数的情况下才是合意的。

因此，如果一种制造光纤的方法可以考虑到三种波导参数，即截止波长，MFD和ZDW，那么这种方法是适当的。如果它还可以通过考虑至少i)芯棒的纤芯的折射率分布ii)芯棒的包层的折射率分布而使这些参数达到期望的范围内，那么它是更合适。

本发明的目的还在于提供一种通过考虑三种波导参数，即截止波长、MFD和ZDW，试图提供一种具有上述评估值范围内的三种波导参数的光纤的方法，同时也会考虑至少i)芯棒的纤芯的折射率分布ii)芯棒的包层的折射率分布。经过本发明的下述描述可见，第三个特征iii)光纤的所需纤芯直径可以通过使用上面的公式2由i)芯棒的纤芯折射率分布和ii)芯棒的包层的折射率分布来确定。

美国专利号为US5028246指出截止波长可以通过外包层的厚度来控制。根据这种方法，芯棒需要额外的包层，以达到最后拉制成光纤的所需截止波长性能的所需厚度，这种方法只是告诉了截止波长的控制，且是假定其它的波导参数和光纤性能是自动地在期望的范围之内。然而，如前所述，已经发现仅仅一个波导参数的选择可能不会获得其所有的波导参数和其它光纤性能在预定范围内的光纤。从而，这种方法的主要缺点在于它并没有告诉我们怎样去控制其它的波导参数，比如MFD和ZDW。例如，该专利的方法并没有考虑到纤芯和包层的折射率(RI)的分布，而这两个参数明显会控制光纤的波导参数。

日本专利号为JP2001-021735公开了一种仅仅基于两个参数，即截止波长和模场直径来选择单模光纤的基础材料的方法，这种方法的主要缺点在于它并没有考虑到第三个重要的参数，即零色散波长(ZDW)，这种方法认为，如果截止波长和MFD在预定范围的界限内，所有其它的波导参数和光纤性能够自动地在预定的范围内。然而，如前所述，不考虑ZDW参数可能得不到所有的参数均在所需范围内的光纤。

上述日本专利方法同样还推测，如果试图考虑三个或更多的参数，要研究所有的参数并获得一个使所有的波导参数和光纤性能均在预定范围内的光纤是相当复杂的。正相反，在本发明中，可以很意外地发现，考虑并选择所有的三种波导参数，即截止波长、MFD和ZDW，而不是如上述美国专利的仅仅一个参数或者上述日本专利的仅仅两个参数，可以获得一个其所有的三种波导参数和其它的光纤性能均在预定范围内的光纤。

同样可以从下面的描述中清楚的观察到，对所有三种波导参数的评估并不会导致过程的复杂，如前所述，本发明的目的在于提供一种通过考虑所有三种波导参数来提供一种所有三种波导参数和其它性能均在所需范围内的光纤的方法。

此外，上述日本专利的方法仅仅基于截止波长和模场直径乘积得到的“R”选择单模光纤的基础材料，这种方法并没有指出怎样使所有制造光纤的预制件达到所需的波导参数的范围。与此相反，它仅仅提出怎样根据所得的“R”的相关性选择光纤预制件。该方法的进一步局限在于“R”应当满足三个条件：a)应当大于最小值，b)应当在单模光纤基础材料和模场直径所允许的截止波长的规定范围内，c)光纤的弯曲损耗特性应当低于一个预定值以获得一个具有如下性能的光纤：

i)色散性能在预定界限内

ii)截止波长和模场直径在预定界限内

iii)如果条件ii)满足，弯曲损耗特性将会在一个预定范围内从而，这个方法的应用受到很大的限制。

本发明同样试图克服上述美国和日本专利方法中的缺陷，提供一种根据i)芯棒的预定纤芯直径，ii)芯棒的纤芯的折射率(RI)分布和iii)芯棒的包层的折射率(RI)分布来获得波导参数-a)截止波长b)MFD和c)ZDW在预定范围内的方法。已经意外地发现，一旦这三个波导参数在预定界限内，通过本发明的方法所制造的光纤的其它性能或特征同样会在预定的范围内，从而使本发明应用更广泛。

发明的必要性

因此，需要提供一种仅仅根据对i)芯棒的纤芯的折射率(RI)分布和ii)芯棒的包层的折射率(RI)分布的考虑和分析来获得具有期望的波导参数，比如截止波长、MFD和ZDW的光纤的方法，这种分析不仅是在制造光纤的过程中，而且在折射率(RI)分布具有各种各样特征的时候也是不容易的，且还可以克服上述现有技术的一部分或者所有的局限和不足

发明目的

本发明的主要目的是提供一种仅仅根据i)芯棒的纤芯的折射(RI)率分布和ii)芯棒的包层的折射率(RI)分布的考虑和分析来制造具有所需的波导参数，比如截止波长、MFD和ZDW，以及其它的特性或特征在预定范围内的光纤的方法。

本发明的另一目的在于提供一种在制造过程中进行上述考虑和分析的制造光纤的方法，即在预制步骤避免基础材料和最终产品的损耗。

本发明的再一目的在于提供一种同时能克服上述现有技术的局限与不足的方法。

本发明的另一目的在于提供一种根据i)芯棒的预定的纤芯直径，ii)芯棒的纤芯的折射率(RI)和iii)芯棒的包层的折射率(RI)分布得到芯棒的外包层/包层护套的方法。

本发明的再一目的在于提供一种更具实用性和可容易在光纤制造过程中预成型以获得具有在预定界限内的所需参数和性能的光纤的制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种截止波长在约1160nm至约1300nm，尤其是约1200nm至约1300nm范围，模场直径(MFD)在约8.9至约9.5μm范围内，尤其在约9至9.4μm范围内，零色散波长(ZDW)在约1305至约1325nm，尤其是约1308至1318nm范围内的光纤。

本发明的再一目的在于提供一种通过考虑和控制截止波长、MFD和ZDW，来使得所制造光纤的除了其它特性的波导参数在预定范围内的方法。

结合附图，本发明的其它的目的、进步和优选实施例将会在以下的描述中更具显而易见性，该附图并不用于限定本发明的范围，只是用来结合以对本发明的优选实施例进行说明。

发明内容

按照传统方法制造的光纤预制件，由于一些制造条件的问题，在折射率分布方面会有一些的波动，由这种纤芯和包层的折射率分布与标的值相波动的光纤预制件制造而成的光纤，将会使波导参数落在所需要范围之外，这个问题可通过拆毁光纤的方式部分解决，但这会导致光纤制造过程的花费增高，对该过程造成了浪费。

在理想的光纤里面，光纤的典型的波导参数应当自光纤向光纤逐渐变小，当波导参数在所需或者所允许的范围之外，光纤的特性，比如微弯损耗、连接损耗等会随着增大，当光纤的模场直径(MFD)的变化大时光纤的连接损耗也会大，当光纤的截止波长在所需范围的低端时微弯损耗就会增大，而当截止波长的长度大于所需范围的高端时，将会导致只能传输较少的光纤，这对单模光纤来说是不希望的。

因此，一种能获得其波导参数在预定范围的界限内的光纤且光纤间的变化最小以获得更广泛的应用的方法是需要的。

从而，本发明提供了一种制造即使当实际的折射率(RI)分布具有多样特征时，也具有在所需界限内的所需波导参数-截止波长、模场直径(MFD)和零色散波长(ZDW)以及其他的特性或特征光纤的方法，通过对i)实际的芯棒的纤芯直径，ii)芯棒的纤芯的折射率(RI)分布，iii)芯棒的包层的折射率的分布对芯棒的外包层/包层外罩的考虑分析以使得所述波导参数在预定界限内。

根据本发明，制造具有在预定界限内的期望波导参数和其它特征或特性的光纤的方法包括以下步骤：

a)制造光纤芯棒；

b)对根据步骤a)所制造的光纤芯棒分析芯棒的纤芯和包层的折射率(RI)分布；

c)确定Δ，该Δ为芯棒的纤芯和包层的折射率与芯棒的纤芯折射率(RI)之间的折射率(RI)差值与纤芯的折射率的比值；

d)根据步骤c)中得到的Δ，确定光纤的所需纤芯直径；

e)在芯棒的外包层或者覆一覆盖层以形成具有如步骤d)中得到的所需光纤纤芯直径的光纤预制件；

f)根据步骤e)中制造的光纤预制件制造具有如步骤d)中得到的所需纤芯直径的光纤，从而得到具有在预定范围内的波导参数的光纤。

结合附图，本发明的优选实施例和优势在以下会有更好的描述，该附图并不用以限制本发明的范围。

附图说明

图1是在火炉用烟灰覆盖在目标芯棒上以形成光纤预制件的方法示意图；

图2是光纤的横截面视图；

图3是根据本发明依赖于芯棒的纤芯和包层的折射率分布和光纤的纤芯直径的光纤截止波长范围的绘画示意图；

图4是根据本发明依赖于光纤的纤芯直径和芯棒的纤芯和包层的折射率分布的光纤模场直径(MFD)的绘画示意图；

图5是根据本发明依赖于光纤的纤芯直径和芯棒的纤芯和包层的折射率分布的光纤零色散波长(ZDW)范围的绘画示意图。

具体实施方式

参见图1，芯棒101安置在多个，最好是两个，相互接近且位于芯棒长度的横向的方向上的烟灰浇注火炉103(此后成为火炉)的上方、玻璃加工车床100的卡盘102和105之间，该芯棒可由本领域的技术人员使用任何公知的方法制成，比如改进的化学气相沉积法(MCVD)、外部气相沉积法(OVD)和气相轴向沉积法(VAD)均可以采用。

芯棒上的外包层/包层外罩可通过任何公知的方法制作，比如称为OVD、VAD的烟灰外包层和称为套管过程的包层外套。本发明通过外包层/包层外罩的的方式，比如使用OVD过程进行外包层，进行说明，然而，其它的方法同样可以应用于本发明。如图1所示，玻璃加工车床100装在气瓶柜107内，芯棒的两端均与芯棒手柄相接触以有助于将芯棒装置在卡盘102和105之间。在气瓶柜107内设有一排气管道106来将没有沉积的烟灰和未使用的反应气体排出，芯棒以一个转动速度，最好是60rpm，绕其纵向轴旋转，芯棒101自火炉103上的纵向方向上穿过，而火炉是保持固定的，在穿过过程中，火炉提供SiCl₄蒸气，同时从输送管线108输送氢氧燃料，从而SiCl₄与O₂起作用形成了沉积在芯棒101上的煤灰微粒，最后形成沉积在芯棒101上的煤灰多孔体104。

根据本发明，制造即使在实际的折射率(RI)分布具有多样特征的情况下其所需波导参数-截止波长、模场直径(MFD)和零色散波长(ZDW)以及其它的特性或特征仍在预定范围内的光纤的方法是根据i)芯棒的预定纤芯直径，ii)芯棒的纤芯的折射率(RI)分布和iii)芯棒的包层的折射率(RI)分布的芯棒上的外包层/外部外罩来表征的，从而得到在预定界限内的上述波导参数。

根据本发明，制造所需波导参数和其它特性或特征在预定界限内的光纤的方法包括以下步骤：

a)制造光纤芯棒；

b)以步骤a)中制造的光纤芯棒分析芯棒的纤芯和包层的折射率(RI)分布；

c)确定Δ，即芯棒的纤芯和包层的折射率与芯棒的纤芯的折射率(RI)的的差值与芯棒折射率的比值；

d)根据步骤c)中得到的Δ确定光纤的所需纤芯直径；

e)在芯棒外面覆上外包层/外部外罩以形成具有步骤4)得到的光纤所需纤芯直径的光纤预制件；

f)根据步骤e)中制造的光纤预制件制造具有步骤d)中得到的所需直径的光纤，从而得到具有在预定界限内的波导参数的光纤。

步骤e)中的沉积过程持续到得到了所需的纤芯直径，沉积的烟灰多孔体然后被移动到一个烧结炉，在该烧结炉里，在大约1500摄氏度左右沉积的煤灰多孔层在氯气和氦气内被烘干并被加固形成一个实体的玻璃光纤预制件。

光纤111是利用拉丝炉由本方法制造的光纤预制件拉制而成。如图2所示，光纤111包括了由包层109包围而成的纤芯110，其中光纤的包层109的直径大约为125μm，纤芯110的直径大约是8-9μm。

在步骤b)中的对芯棒的纤芯和包层的折射率(RI)分布的分析可以通过任何公知的方法进行，比如，将芯棒置于剖面测试仪的卡盘上来测量芯棒的纤芯的折射率n1和包层的折射率n2，剖面测试仪主要由柜体，该柜体内具有与供芯棒浸入的液体相匹配的指针；一个具有大约波长为632.8nm的激光及检波器的光学单元组成。测量开始时，激光束扫描芯棒的整个径向，由于芯棒中RI的变化，光纤发生偏移，且该偏移角度被检波器检测到，该偏移单位以弧度进行表示，而该偏移数据通过重建算法以5微米的步长重建成折射率(RI)的分布。

而芯棒的纤芯和包层的折射率(RI)的差值与芯棒的纤芯的折射率(RI)比率Δ由下面的公式(2)决定：

$\mathrm{\Δ}=n_1^2-n_2^2/2n_1^2$  公式(2)

其中

Δ是芯棒的纤芯和包层的折射率差值与芯棒的纤芯的折射率(RI)的比值；

n1是芯棒的纤芯的折射率；

n2是芯棒的包层的折射率。

为了得到由光纤预制棒得到的光纤的预定的截止波长、MFD和ZDW的波导参数，光纤的纤芯直径，在此称为光纤的“期望的纤芯直径”，由下面的公式3所确定：

纤芯直径d＝(d1+d2+d3)/K    公式(3)

其中

K是常数，且通常设置在约2.8至约3.2之间，

d1、d2、d3是分别考虑截止波长、MFD和ZDW时的光纤的“纤芯直径”。

而考虑截止波长时的“纤芯直径”d1由下列公式4所确定：

纤芯直径(d1)＝(所需cutoff+578-80.5 Δ-0.285L)/126  公式(4)

而上述公式4得自于下述公式5，公式5描述了光纤特性-截止波长和芯棒参数之间的关系：

Cutoff＝-578+126d1+80.5Δ+0.285L    公式(5)

在公式4和公式5中：

Cutoff是光纤的截止波长；

d1是光纤的纤芯直径；

Δ是纤芯和包层的折射率和芯棒的纤芯的折射率的折射率的差值比率；

L是沉积的长度。

Predictor    coef      SE coef       T        P

Constant     -429.0    167.2         -2.57    0.011

Δ           97.004    8.446         11.48    0.000

d1           1.9.30    16.56         6.60     0.000

S＝21.18     R²＝5 8.3％    表(1)

上述公式(4)和公式(5)指出了光纤的截止波长更多地是依赖于光纤的纤芯直径(d1)和折射率比值(Δ)，而表(1)示出了截止波长、纤芯直径(d1)和折射率分布(Δ)之间的相关系数R²是58.3％，而相关系数R²由回归分析工具得到。

光纤的截止波长范围对于芯棒的纤芯与包层的折射率分布(即折射率差值)和纤芯直径的从属特性如附图3所示，该图根据本发明通过图示的方式进行了阐明。

考虑MFD时的“纤芯直径”d2由下列公式6所确定：

纤芯直径(d2)＝(所需MFD+0.383Δ-7.38)/0.438公式(6)

上述公式(6)得自于下面的公式(7)，该公式示出了光纤特性MFD与芯棒参数之间的关系：

MFD＝7.38+0.438d2-0.383Δ    公式(7)

在公式(6)和公式(7)中：

MFD是光纤的模场直径；

d2是光纤的纤芯直径；

Δ是纤芯和包层的折射率与芯棒的纤芯的折射率之间的折射率差值。

Predictor   coef      SE Coef    T        P

Constant    7.3760    0.4203     17.55    0.000

d2          0.43759   0.04608    9.50     0.000

Δ          -0.38263  0.03169    -12.07   0.000

S＝0.05760  R²＝69.7％    表(2)

上述公式(6)和公式(7)指出了光纤的MFD同光纤的纤芯直径(d2)是成比例的，且与折射率差值Δ成反比，表(2)示出了MFD、纤芯直径(d2)和折射率分布(Δ)之间的相关系数R²是69.7％，且该相关系数R²是由回归分析工具得到。

光纤的MFD的界限对于芯棒的纤芯和包层的折射率分布(即折射率差值Δ)和纤芯直径(d2)的从属关系如附图4所示，该图根据本发明通过图示的方式进行了阐明。

考虑ZDW时的“纤芯直径”d3由下列公式(8)所确定：

纤芯直径(d3)＝(1486-所需ZDW-7.73Δ)/15.5  公式(8)

上述公式(8)得自于下列公式(9)，该公式示出了光纤特性ZDW与芯棒参数之间的关系：

ZDW＝1486-15.5d-7.73Δ    公式(9)

在公式(8)和公式(9)中，

ZDW是光纤的零色散波长；

d3是光纤的纤芯直径；

Δ是纤芯和包层的折射率与芯棒的纤芯的折射率之间的折射率差值比率。

Predictor    Coef       SE Coef      T        P

Constant     1485.91    15.23        97.53    0.000

d3           -15.533    1.670        -9.30    0.000

Δ           -7.725     1.149        -6.73    0.000

S＝2.088     R²＝54.2％    表(3)

上述公式(8)和(9)指出了光纤的ZDW同光纤的纤芯直径(d3)与折射率差值(Δ)是成反比的，而表(3)表明了ZDW、纤芯直径(d3)和折射率分布(Δ)之间的相关系数R²是54.2％，该相关系数R²由回归分析工具得到。

光纤的ZDW的界限对于芯棒的纤芯和包层的折射率分布(即折射率差值Δ)和纤芯直径(3)的从属关系如附图5所示，该图根据本发明通过图示示出的方式进行了阐明。

在本发明的一个实施例中，当光纤的“期望的纤芯直径(d)”只用于简化截止波长的标准偏差时，也可被称为“d1”，类似地，当只用于简化模场直径(MFD)的标准偏差时，“d”也可以被称为“d2”，当只用于简化零色散波长(ZDW)的标准偏差时，所需的模场直径“d”也被称为“d3”。只有当该波导参数需要在预定范围内以及其它的波导参数保持在其较宽的范围内时，才采用这种选择方式。

因此，在一个优选实施例中，本发明提供了一种即使实际的折射率(RI)具有各种各样的特征而仍然具有包括截止波长、模场直径(MFD)和零色散波长(ZD)的波导参数组中的一个或多个所需的波导参数的光纤的制造方法，其在只需简化截止波长的标准偏差时用通过纤芯直径d1、在只需简化模场直径(MFD)的标准偏差时通过考虑纤芯直径d2以及在只需简化零色散波长(ZDW)的标准偏差时通过考虑纤芯直径d3来进行表征。

在本发明的另一实施例中，光纤的所需纤芯直径“d”还可以通过下列公式(10)来确定：

纤芯直径(d)＝d1+K’(d2-d1)    公式(10)

其中K’是常数且小于或等于1。

在上述公式(10)中，当K’为1时，MFD的标准偏差被抑制，而当K’为0时，截止波长的标准偏差被抑制。为了使这两个波导参数处于最佳的禁止状态，K’应当等于或者小于0.5。可以注意到，上述公式(10)只是提取出波导参数中的截止波长和MFD进行考虑，而没有考虑ZDW。

从而，在另一个优选实施例中，本发明提供了一种即使在实际的折射率(RI)分局具有多种多样的分布的情况下仍然具有期望的截止波长和模场直径(MFD)波导参数的光纤的制造方法，其通过下列公式(10)的光纤的期望纤芯直径“d”来表征：

纤芯直径(d)＝d1+K’(d2-d1)    公式(10)

其中

K’是常数且小于或等于1；

d1是进一步考虑截止波长的标准偏差的减少时的纤芯直径；

d2时进一步考虑模场直径(MFD)的标准偏差的减少时的纤芯直径。

因此，本发明的范围并不限定于上述三种波导参数的考虑与选择，在优选实施例中，还可以对三种波导参数中的任意一种或两种来进行选择。然而，如上所述，在这种情况下，未选择与未考虑的波导参数将可能不会在预定的界限之内。

从而，在本发明的一个优选实施例中，当芯棒的纤芯的折射率高于由公式(4)得出的计算值时，所需的直径(d1)就减少了，从而得到了所需的截止波长且减少了所需截止波长的标准偏差。

在本发明的另一优选实施例中，当只有MFD被需要在预定界限内且期望能够改进它的标准偏差时，在预制棒的纤芯的折射率高于由公式(6)得出的计算值的情况下，期望的直径(d2)增大，从而得到了MFD的期望值且减少了它的标准偏差。

同样在本发明的另一优选实施例中，当只有ZDW被需要在预定界限内且期望能够改进它的标准偏差时，在预制棒的纤芯的折射率高于由公式(8)所得出的计算值的情况下，期望直径(d3)减少，从而得到ZDW的期望值且减少了它的标准偏差。

在芯棒的折射率比率(Δ)和所需的纤芯直径(d)确定以后，光纤预制件通过上述步骤e)中的烟灰覆盖方式进行制造且继续该煤灰覆盖过程直到得到所需的光纤纤芯直径。在步骤f)中制造的光纤预制棒然后被用于制造具有所需纤芯直径的光纤。

根据本发明制造的光纤明显地具有在预定范围内的期望的波导参数，即，截止波长很明显地在约1160nm至约1300nm之间的范围内，模场直径(MFD)明显地位于8.9至约9.5μm的范围内，以及零色散系数(ZDW)明显地位于约1305至1325nm的范围内。

在本发明的一个优选实施例中，根据本发明制造的光纤很明显地具有在进一步较窄的与定范围内的期望的波导参数，即，截止波长明显地在约1200nm至1300nm的范围内，模场直径(MFD)很明显的在约9至约9.4μm的范围内，以及零色散波长(ZDW)很明显地位于约1308至约1318的范围内。

根据上诉描述方式可以很清楚地认识到这种制造具有在预定范围内的期望的波导参数，比如截止波长，MFD和ZDW，以及其它的特性或特征的方法只是基于对i)芯棒的纤芯的折射率(RI)分布和ii)芯棒的包层的折射率(RI)分布的考虑和分析而作出的，一旦芯棒的纤芯以及包层的折射率通过剖面测量仪，比如PK bench2600，来进行测量和分析以获得折射率比率(Δ)，所需的纤芯直径(d)可以依靠应用所选择的波导参数的期望值时对期望的一个或多个波导参数的选择，很容易地通过上述公式3、4、6、8或10中的任何一个进行确定。

同样，根据进一步的描述可以清楚的得知该方法可以在光纤的生产过程，即生产线过程，中进行，也就是说在预成形步骤上避免对基础材料和最终产品的损耗。

由于本方法仅仅包括了对光纤预制件的纤芯和包层的折射率分布的考虑和分析，而这可以很容易地通过剖面测量仪来进行测定和分析，因此它同样克服了现有技术中的局限性和缺点。

上述描述提到了煤灰的沉积，其可以在最大范围的可能性下进行说明以获得用任何公知的方法得到的光纤预制棒的构造，因为本发明的范围并不限定于制造光纤预制件的方法的选择。

还可进一步观测到，由根据本发明制造的光纤预制件拉制而成的光纤具有良好控制的波导参数以及减少的波导参数的标准偏差。本发明的另外一个有益效果在于，由于对折射率差值(Δ)的考虑，减少了在芯棒制造过程中模场损失。

由于本方法即使在一个或多个选择的波导参数都需要在预定界限内的情况下仍然可以执行，在制造具有期望的除了光纤的其它特性或特征的波导参数的结合性的光纤时具有更广阔的应用性。结合以下实施例，本发明的上述特征会由更显而易见的描述，这些实施例并不用于限定本发明的范围。

实施例：

实施例1：

在增加烟灰时根据常规方法制造了一组10根的光纤预制件(A)以及根据本发明的方法制造了另一组10根的光纤预制件(B)，直到具有由上述公式3所确定的期望的光纤直径，对上述预制件制造而成的光纤测量其截止波长、MFD和ZDW波导参数，该结果通过他们的平均偏差、中值偏差和标准偏差以下列表4进行示出。

表4

实施例2：

在加入烟灰的过程中根据本发明的方法制造了一组10根的光纤预制件(C)，直到具有由上述公式4所得到的光纤的期望直径。在这种情况下，截止波长期望是1250nm。对由上述预制件(C)制造而成的光纤的截止波长、MFD和ZDW波导参数进行测量，该结果以其平均偏差、中值偏差和标准偏差在下述表5中进行示出。结果表明所得到的截止波长与所需的截止波长值1250nm非常接近，其截止波长的标准偏差(Std Dev)进一步减小了，但是通过与表4的比较，其它的两个波导参数，即MFD和ZDW的标准偏差同时也增加了。

表5

实施例3：

在加入烟灰的过程中根据本发明的方法制造了一组10根的光纤预制件(D)，直到具有由上述公式6所确定的期望的光纤直径。在这种情况下，模场直径(MFD)期望是9.2μm。对由上述预制件(D)制造而成的光纤的截止波长、MFD和ZDW波导参数进行测量，且该结果通过其平均偏差、中值偏差和标准偏差在下列表6中进行示出。结果表明，所得到的MFD与期望的MFD值9.2μm非常接近，且MFD的标准偏差(Std Dev)进一步减少了，但是通过与表4的比较，其它的两个波导参数，即截止波长和ZDW的标准偏差同时也增加了。

表6

实施例4：

在加入烟灰的过程中根据本发明的方法制造了一组10根的光纤预制件(E)，直到具有由上述公式8所确定的期望的光纤直径，在这种情况下，其零色散波长(ZDW)的期望值是1315nm。对由上述预制件(E)制造而成的光纤测量其截止波长、MFD和ZDW，且该结果通过其平均偏差、中值偏差和标准偏差在下列表7中进行了示出。结果示出所得到的ZDW与所需的ZDW值1315nm非常接近，且ZDW的标准偏差(Std Dev)进一步减少了，但是通过与表4的比较，其它的两个波导参数，即截止波长和MFD的标准偏差同时也增加了。

表7

实施例5：

在加入煤灰的过程中根据本发明的方法制造了一组10根的光纤预制件(F)直到具有由上述公式10所确定的期望的光纤直径，在这种情况下，截止波长的期望值是1250nm，且模场直径(MFD)的期望值是9.2μm。对由上述预制件(F)制造而成的光纤的截止波长、MFD和ZDW波导参数进行测量，并将其结果通过其平均偏差、中值偏差和标准偏差在下列表8中进行示出。结果表明，所得到的截止波长值与截止波长的期望值1250nm非常接近，且所得到的模场直径(MFD)值也与MFD的期望值9.2μm非常接近，且截止波长和MFD的标准偏差(StdDev)进一步减少了，而通过与表4进行比较，第三个波导参数ZDW的标准偏差同时增加了。

表8

根据本发明制造的光纤在上面进行了分析以找出所制造光纤的截止波长、MFD和ZDW的值以及其它特征，所制造的所有的光纤都表明了所需的参数均在预定界限内。

上述实验确定了前述本发明的意想不到的结果。

结合附图及前述图表，本发明得到了描述。对于本领域的技术人员来说，在不分离本发明的范围的情况下，可以作出修改，且这种修改包括在本发明的范围之内。

Claims (13)

1.一种即使实际的折射率(RI)分布具有多种多样的情况下仍具有所需的截止波长、模场直径(MFD)和零色散波长(ZDW)波导参数的光纤的制造方法，其特征在于，在芯棒上覆盖外包层是基于：

i)芯棒的预定纤芯直径；

ii)芯棒的纤芯的折射率(RI)分布；

iii)芯棒的包层的折射率(RI)分布；

以使所述波导参数在预定界限内。

2.一种制造具有在预定界限内所需的波导参数的光纤的制造方法，其包括以下步骤：

a)制造光纤芯棒；

b)对由上述步骤a)所制造光纤芯棒的芯棒的纤芯和包层的折射率(RI)分布进行实时分析；

c)确定Δ，即所述芯棒的纤芯和包层的折射率差值与芯棒的纤芯的折射率(RI)之间比率；

d)根据步骤c)中所获得的Δ确定所需的光纤的纤芯直径；

e)在所述芯棒上进行包层/包层外罩以形成具有由步骤d)所得出的光纤的所需纤芯直径的光纤预制件；

f)根据由上述步骤e)所制造的光纤预制件直到具有由步骤d)所获得的所需的纤芯直径的光纤，从而得到具有在预定范围内的波导参数的光纤。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述Δ由下述公式2所确定：

$\mathrm{\Δ}=N_1^2-N_2^2/2N_1^2$ ------公式(2)

其中：n1是芯棒的纤芯的折射率；

n2是芯棒的包层的折射率。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述所需的纤芯直径由根据下列公式3所确定：

纤芯直径(d)＝(d1+d2+d3)/K------公式(3)

其中：K是常数，且介于约2.8至约3.2之间；

d1、d2和d3是分别考虑截止波长、MFD和ZDW时光纤的纤芯直径。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述考虑截止波长时的纤芯直径d1由下列公式4所确定：

纤芯直径(d1)＝(所需截止波长+578-80.5Δ-0.285L)/126--公式(4)

6.如权利要求4所述的方法，其中，所述考虑MFD时的纤芯直径d2由下列公式6所确定：

纤芯直径(d2)＝(所需MFD+0.383Δ-7.38)/0.438------公式(6)

7.如权利要求4所述的方法，其中，所述考虑ZDW时的纤芯直径d3由下列公式8所确定：

纤芯直径(d3)＝(1486-所需ZDW-7.73Δ)/15.5公式(8)

8.一种即使在实际的折射率(RI)分布具有多种多样特征的情况下仍具有波导参数组中截止波长、模场直径(MFD)和零色散波长(ZDW)中的一个或两个期望的波导参数的光纤的制造方法，其特征在于，在只期望减少截止波长的标准偏差时考虑纤芯直径d1、在只期望减少模场直径(MFD)的标准偏差时考虑纤芯直径d2或者在只考虑零色散波长(ZDW)时考虑纤芯直径d3。

9.一种即使在实际的折射率(RI)分布具有多种多样特征的情况下仍具有所需的截止波长和模场直径(MFD)的波导参数的光纤的制造方法，其特征在于，通过由下列公式10所确定的所需的光纤的纤芯直径“d“：

纤芯直径(d)＝d1+K’(d2-d1)----公式(10)

其中：K’是常数且小于或者等于1；

d1是在考虑截止波长的标准偏差的进一步减少时的纤芯直径；

d2是在考虑模场直径(MFD)的标准偏差进一步减少时的纤芯直径。

10.一种制造具有期望的波导参数的光纤的方法，其由结合附图的前述实施例所述。

11.一种光纤，其截止波长在约1160nm至约1300nm的范围内，尤其是在约1200nm至1300nm的范围内。

12.一种光纤，其模场直径(MFD)在约8.9至9.5μm的范围内，尤其是在约9至9.4μm的范围内。

13.一种光纤，其零色散系数(ZDW)在约1305至1325nm的范围内，尤其是在约1308至约1318nm的范围内。

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