CN1421714A - 一种单模光纤及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光纤可通过在包括芯部(1)和第一复层(2)的玻璃棒外面气相沉积SiO2，和拉伸通过第二复层(3)形成的玻璃预制棒来形成。制造单模光纤使第一复层部分的直径D和芯部的直径d的比在4.0到8.0的范围，OH的浓度是0.1ppm或更小。还制造一种光纤使其D/d的比值大于4.8，其OH的浓度是0.1ppm或更小。因此，即使出现氢扩散，仍可以保持1380nm波长范围的初损耗。

Description

一种单模光纤及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于光通讯的单模光纤的制造方法。尤其是，本发明涉及一种在1380nm的波长范围具有低损耗和具有高抗氢性能的单模光钎的制造方法。
背景技术
随着数据传输数量的增加，波分多路复用传输***领域的技术已经取得进步。为了增加传输容量，很重要的是扩宽可用的波长范围。当前，C波段或L波段已用作可被铒掺杂光纤放大的波长范围。作为实现更宽波长范围的形式，可以在S-波段进行放大的铥掺杂光纤和可以在任何波长进行放大的拉曼(Raman)放大器得到了发展。结果是，可能实现在光纤中低损耗区的全部范围进行放大，因此，有必要得到一种在所有波长范围具有低损耗区的光纤。
光纤在1200到1600nm波长具有低损耗区，由于存在氢氧基离子(OH)而在1380nm波长范围存在高损耗峰。损耗峰是由形成光纤的材料造成的。用具有网状结构的硅玻璃制成的光纤，其中的SiO2以三维方式随意地结合在一起。当杂质或缺陷存在于网状结构中时，就出现新的结合和破坏。从而，这些因素造成光吸收。从这些光吸收中，可估计到1380nm波长的损耗可能是硅玻璃中存在的氢氧基离子(OH)造成的。因此，含有越多数量的氢氧基离子(OH)，1380nm波长出现的损耗越大。
因为损耗峰较宽，在损耗峰两侧的波长范围不能用于光通讯。从实际的观点看来，如果在1380nm波长范围的损耗能够在0.31dB/km以下，光通讯可以在较宽的波长范围进行。
在日本公开特许公报No.Hei 11-171575中介绍了OH造成的1380波长范围的损耗可以通过控制芯部/复层直径比(D/d比)，使之在一定范围内减少。
通过采用日本公开特许公报No.Hei 11-171575公开的方法来制造光纤，其1380nm波长的损耗可低于0.33dB/km。这个方法涉及到使用硅玻璃管制成的护套进行复层的制造方法，该方法的优点在于通过使用硅玻璃管制成的护套减少了制造成本。然而，存在的问题是气泡倾向于保留在芯杆和硅玻璃管之间。
还有，光纤的质量取决于多种因素，比如OH浓度或硅玻璃管的弯曲，因此，还有的问题是需要进行严格的质量控制。结果是，产品产量下降，因此，制造成本增加。还有，即使1380nm波长范围的初损耗不高，由于还存在从外面扩散进入的氢，也使损耗增加。然而，对这些现象和问题还没有可行的对策。
发明内容
针对上面提到的问题提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种制造单模光纤的方法，该光纤具有较低的1380nm波长范围的初损耗，与传统的光纤相比能够保持1380nm波长范围的损耗处于较低的水平，即使有氢从外面扩散进入。
为了解决上面提到的问题，根据本发明的第一方面，单模光纤的制造方法的特征是，其包括步骤：形成具有高折射率的芯部和折射率低于芯部的第一复层的玻璃棒，围绕所述玻璃棒的外周面进行气相沉积形成SiO2粒子的第二复层，然后对所述玻璃棒进行烧结产生玻璃预制棒，和对所述玻璃预制棒进行拉伸产生光学纤维。其中，D/d的值，如第一复层部分直径D和芯部直径d的比在4.0到8.0的范围，所述芯部、所述第一复层、和所述第二复层的OH浓度是0.1ppm或更小。
通过这些过程，与硅玻璃管用作护套的情况相比，能够使芯部和复层之间，或在第一复层部分和第二复层部分之间界面的气泡减少更多。很容易对进行气相沉积的多孔预制棒去除水分，因此能够控制OH浓度。还有，没使用硅玻璃管，不存在硅玻璃管制成的芯杆和复层弯曲的问题，因此产品的产量增加。因此，能够以低制造成本生产单模光纤。
在本发明的第二方面，提出一种制造单模光纤的方法，其特征在于，包括步骤：形成具有高折射率的芯部和折射率低于所述芯部的第一复层的玻璃棒，围绕玻璃棒的外周面进行气相沉积形成SiO2粒子第二复层，然后对所述玻璃棒进行烧结产生玻璃预制棒，和对所述玻璃预制棒进行拉伸产生光学纤维。其中，D/d的值，如第一复层部分直径D和芯部直径d的比D/d＞4.8，所述芯部和所述第一复层的OH浓度是0.1ppm或更小；所述第二复层的OH浓度是100ppm或更小。
在本发明的制造单模光纤的方法的第三方面，光纤在1380nm波长范围的初损耗是0.31dB/km或更小，在氢扩散后的1380nm波长范围的初损耗是0.35dB/km。
通过这些过程，1380nm波长范围的峰值变小，在波长范围两侧的波长可以用于光通讯。还有，因为可以将氢扩散后的1380nm波长范围的损耗保持在0.35dB/km以下。可以低成本生产当氢扩散发生时1380nm波长范围的损耗很低的单模光纤。
在本发明的制造单模光纤的方法的第四方面，在拉伸过程中，利用设置了退火单元的拉伸装置对玻璃预制棒进行拉伸操作，以便生产出光学纤维。
通过这样的操作，可以保持出现的SiO处于低水平。因此，可能制造出一种单模光纤，即使从光纤外面有氢扩散进入，其在1390nm波长范围的损耗不增加，所以具有长时期耐久性。
在本发明的制造单模光纤的方法的第五方面，退火单元包括具有倾斜加热区和退火管的炉子。
在本发明的制造单模光纤的方法的第六方面，在退火单元中，退火气氛是空气、氩气、氮气或这些气体的混合气中任一种。
在本发明的制造单模光纤的方法的第七方面，单模光纤是采用根据本发明的第一到第六方面的制造方法制造的。
如上所述，根据本发明，通过在包括芯部和第一复层的玻璃棒的外周面的外侧进行气相沉积SiO2形成第二复层而形成玻璃预制棒，光纤可通过拉伸玻璃预制棒来制成。因此，与硅玻璃管用作护套的情况相比，可以更多地减少芯部和复层之间或第一复层部分和第二复层部分之间界面上的气泡。还有，因为很容易对进行气相沉积的多孔预制棒进行脱氢，能够生产光纤并控制OH浓度。还有，因为没有使用硅玻璃管，不会存在芯杆和形成复层的硅玻璃管的弯曲问题。因此，可能增加产品产量和以低生产成本制造单模光纤。
另外，制造出的光纤可使D/d值，比如第一复层部分直径D和芯部直径d的比在4.0到4.8的范围，所述芯部、所述第一复层、和所述第二复层的OH浓度是0.1ppm或更小；还使得D/d值，如所述第一复层部分直径D和所述芯部直径d的比D/d大于4.8，所述芯部和所述第一复层的OH浓度不大于O.1ppm、所述第二复层的OH浓度不大于100ppm。因此可以保持1380波长范围的初损耗在0.31dB/km之下。还有，因为1380nm波长范围的峰值变小，峰值两侧的波长可用于光通讯。
还有，因为可能将氢扩散后的1380nm波长范围的损耗限制在0.35dB/km以下，故可以低生产成本来提供单模光纤，其具有1380nm波长范围的低损耗，即使发生了氢扩散。
还有，在拉伸步骤中，通过使用具有退火装置的拉伸装置进行拉伸操作，可能将SiO的产生限制在低水平。因此，在1380nm波长范围由于氢造成的损耗增加很小，即使从光纤有氢从外面扩散进入。因此，可能生产出具有长期耐久性的单模光纤。
还有，通过上面介绍方法生产的单模光纤的在1380nm波长范围初损耗是在0.31dB/km以下，在1380nm波长范围的峰值可以很小。因此，光通讯可以使用波长范围两侧的波长。还有，因为可将氢扩散后的1380nm波长范围的损耗限制在0.35dB/km以下，能够以很低的损耗在1380nm波长范围进行光通讯，即使有氢扩散发生。
附图说明
图1是根据本发明的用于生产单模光纤的玻璃预制棒的截面图；
图2是根据本发明的单模光纤的制造方法所用的拉伸装置示例的示意图；
图3是根据本发明的单模光纤的制造方法所用的拉伸装置另一个示例的示意图；
图4是显示传统拉伸装置示例的视图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行说明。
图1是根据本发明的制造单模光纤的方法所用的玻璃预制棒的截面图。
在图1中，标记1表示具有高折射率的芯部。标记2表示第一复层部分，其围绕芯部1的外周面设置并且折射率比芯部1低。标记3表示第二复层部分，其折射率与第一复层2的折射率相同。
下面对一种制造玻璃预制棒和光纤的方法进行说明，其中光纤是通过对预制棒进行拉伸而形成。
首先，使用普通的气相轴向沉积装置(后面称作VAD装置)制成包括具有高折射率的芯部1和折射率低于芯部的第一复层的多孔预制棒。芯部1是通过沉积GeO2和SiO2粒子制成的。第一复层部分2是通过沉积SiO2粒子形成的。芯部1与第一复层部分2的折射率差Δ最好是0.3到0.4％。表示芯部1直径(直径为d)和第一复层部分2直径(直径为D)的比的D/d值最好是大于4.0。D/d值最好是该值的原因在下面解释。
当D/d值在4.0到4.8的范围时，可以通过限制第二复层3的OH浓度在0.1ppm之下将1380nm波长范围的初损耗限制在小于0.31dB/km。当D/d值满足条件D/d＞4.8时，可将1380nm波长范围的损耗限制在0.31dB/km之下，而不必使用氯气进行脱氢，这是因为在第二复层部分3中氢浓度的影响很小。
如上所述，如果1380nm波长范围的损耗可以限制在0.31dB/km之下，就可能使用更宽的波长范围进行光通讯。
然而，如果D/d值处于D/d值＜4的条件下，即使第二复层部分3的OH浓度限制在0.1ppm之下，1380nm波长范围的损耗大于0.3 1dB/km。因此，不可能实现本发明的目的。
如上所作说明，表示第一复层部分2直径D和芯部1直径d比值的D/d值最好在4.0到4.8的范围，芯部1、第一复层部分2和第二复层部分3的OH浓度应当小于0.1ppm。
另外，表示第一复层部分2直径D和芯部1直径d比值的D/d值最好满足D/d＞4.8的关系，芯部1和第一复层部分2的OH浓度应当小于0.1ppm。第二复层部分3的OH浓度应当小于100ppm。
其后，对多孔预制棒进行脱氢和烧结，以制造出玻璃棒，这里，如果D/d值是4.0到4.8的范围，脱氢操作在氯气，或在氯气和氧气的混合气氛下进行。还有，烧结操作在1450℃的氦气氛下进行。
第二复层部分3通过在上述玻璃棒外侧进行SiO2粒子气相沉积形成。第二复层部分3的厚度根据玻璃棒所形成的直径来决定。例如，如果光纤的直径是125μm，其可进行外侧SiO2粒子气相沉积，由此第二复层部分3的厚度是43μm或更少，这不是最佳，因为这样的话，1380nm波长范围的初损耗倾向于变大。
如果根据D/d值必须进行脱氢，则在氯气或氯气与氧气混合气体气氛下对玻璃棒进行脱氢，其中玻璃棒的外侧进行气相沉积形成了第二复层3。还有，烧结操作在1450℃的氦气氛下进行，以便形成玻璃预制棒。
接下来，通过对玻璃预制棒进行拉伸操作来形成光纤。如果拉伸的很快，例如拉伸速度达到600米/分或更快，光纤在拉伸操作后快速冷却。因此，最好使用在拉伸炉出口处设置了退火装置的拉伸装置。
用于此拉伸工艺的拉伸装置的示例在图2和图3中显示。
在图2中，标记10表示拉伸炉。通过拉伸炉10的加热器12对玻璃预制棒11进行拉伸操作，以形成原玻璃纤维13。原玻璃纤维13在退火管14中冷却后，通过树脂施加装置将树脂施加到原玻璃纤维13以形成光纤束。在退火管14的表面上，形成有气体引入孔15。对于冷却气体，可以使用空气、氩气、或这些气体的混合气。
还有，图3所示的拉伸装置设置了带有倾斜加热区16的炉子，其中倾斜加热区取代了图2显示的用于冷却光纤芯13的退火管14。图3中的各个标记与图2中的相同标记表示同一结构。带有倾斜加热区16的炉子的温度最好保持在比拉伸炉10中单元内的加热器12更低的温度，例如400到1800℃。该倾斜的炉子最好可以根据炉内的区域变化温度。
相反地，在图4中显示了没有退火装置的传统的拉伸炉。图4中的各个标记与图2中的相同标记表示同一结构。如果使用这种没有退火装置的拉伸炉，退火效果是不够好的，并且SiO倾向于保留在光纤中，因此，氢扩散后的1380nm波长范围的损耗倾向于变高。
通过上述方法制造光纤后，光纤暴露在分压为0.01大气压的氢气中长达10天。其后，对氢扩散后的损耗进行测量。如果氢扩散后1380nm波长范围的损耗是0.35dB/km或更小，使用更宽的波长范围进行光通讯不存在问题，但是，如果氢扩散后的1380nm波长范围的损耗高于0.35dB/km，不可能实现本发明的初始目标。
上述制造方法生产的单模光纤示例如下所示。示例1
制造出玻璃预制棒，表示芯部1直径d和第一复层部分2直径D的比的D/d是4.3，且第二复层部分3的OH浓度是0.1ppm或更少。其后，利用具有退火装置的拉伸装置，单模光纤通过拉伸形成。1380nm波长范围的损耗为0.285dB/km。该值低于0.31dB/km；因此，1380nm波长范围的损耗暂时满足要求。另外，对氢气实验后的1380nm波长范围的损耗进行测试。结果是，损耗为0.320dB/km。该值小于0.35dB/km；因此，作为示例1的最终结果，1380nm波长范围的损耗满足要求。示例2
制造出玻璃预制棒，表示芯部1直径d和第一复层部分2直径D的比的D/d是4.9，且第二复层部分3的OH浓度是40ppm或更少。其后，利用具有退火装置的拉伸装置，单模光纤通过拉伸形成。1380nm波长范围的损耗为0.308dB/km。该值低于0.31dB/km；因此，1380nm波长范围的损耗暂时满足要求。另外，对氢气实验后的1380nm波长范围的损耗进行测试。结果是，损耗为0.341dB/km。该值小于0.35dB/km；因此，作为示例2的最终结果，1380nm波长范围的损耗满足要求。比较示例1
制造出玻璃预制棒，表示芯部1直径d和第一复层部分2直径D的比的D/d是4.1，且第二复层部分3的OH浓度是0.1ppm或更少。其后，利用没有退火装置的拉伸装置，单模光纤通过拉伸形成。1380nm波长范围的损耗为0.292dB/km。该值低于0.31dB/km；因此，1380nm波长范围的损耗暂时满足要求。另外，对氢气实验后的1380nm波长范围的损耗进行测试。结果是，损耗为0.359dB/km。该值高于0.35dB/km；因此，作为比较示例1的最终结果，1380nm波长范围的损耗未满足要求。比较示例2
制造出玻璃预制棒，表示芯部1直径d和第一复层部分2直径D的比的D/d是3.8，且第二复层部分3的OH浓度是0.1ppm或更少。其后，利用没有退火装置的拉伸装置，单模光纤通过拉伸形成。1380nm波长范围的损耗为0.320dB/km。该值高于0.31dB/km；因此，1380nm波长范围的损耗暂时未满足要求。另外，对氢气实验后的1380nm波长范围的损耗进行测试。结果是，损耗为0.371dB/km。该值高于0.35dB/km；因此，作为比较示例2的最终结果，1380nm波长范围的损耗未满足要求。比较示例3
制造出玻璃预制棒，表示芯部1直径d和第一复层部分2直径D的比的D/d是4.3，且第二复层部分3的OH浓度是35ppm。其后，利用没有退火装置的拉伸装置，单模光纤通过拉伸形成。1380nm波长范围的损耗为0.317dB/km。该值高于0.31dB/km；因此，1380nm波长范围的损耗暂时未满足要求。另外，对氢气实验后的1380nm波长范围的损耗进行测试。结果是，损耗为0.365dB/km。该值高于0.35dB/km；因此，作为比较示例3的最终结果，1380nm波长范围的损耗未满足要求。
表1显示了上面提到的示例中得到的结果。
                             表1
D/d  第二复层的OH浓度(ppm)   1380nm波长范围的损耗(dB/km)   暂时结果  退火装置 氢气实验后1380nm波长范围的损耗(dB/km) 最终结果
 示例1 4.3  ＜0.1   0.285   满足要求  提供 0.320 满足要求
 示例2 4.9  40   0.308   满足要求  提供 0.341 满足要求
 比较示例1 4.1 ＜0.1 0.292 满足要求  未提供 0.359 未满足要求
比较示例2 3.8 ＜0.1 0.320 未满足要求   未提供 0.371   未满足要求
比较示例3 4.8 35 0.317 未满足要求   未提供 0.365   未满足要求
通过在上面说明的示例中显示的单模光纤的制造方法，在包括芯部1和第一复层2的玻璃棒的外周面气相沉积SiO2粒子构成的第二复层而形成玻璃预制棒和对玻璃预制棒11进行拉伸，制造出单模光纤。通过这种制造方法，可以极大地减少出现在芯部和复层之间，或第一复层2和第二复层3之间界面上的气泡。还有，很容易对进行气相沉积的多孔预制棒脱氢，因此，能够制成光纤，同时控制OH浓度。
还有，因为未使用硅玻璃管，不存在形成芯杆或复层的硅玻璃管的弯曲问题。因此产品产量增加，并可能以低制造成本生产单模光纤。
还有，制造出的玻璃预制棒，可使D/d值，如第一复层部分2直径D和芯部1直径d的比值在4.0到4.8的范围，芯部1、第一复层部分2、第二复层部分3的OH浓度是0.1ppm或更少。可使D/d值，如第一复层部分直径和芯部直径的比值D/d＞4.8，芯部1和第一复层部分2的OH浓度是0.1ppm，而第二复层部分3的OH浓度是100ppm或更少。因此，可以限制1380nm波长范围的初损耗小于0.31dB/km。而且，因为1380nm波长范围的损耗峰值变小，光通讯可以使用波长范围两侧的波长。
还有，因为可以将氢扩散后的1380nm波长范围的损耗限制在0.35dB/km以下，可以低制造成本制造1380nm波长范围低损耗的单模光纤。
还有，在拉伸过程中利用具有退火装置的拉伸装置进行拉伸操作可以将SiO的产生限制在低水平，因此，可能提供1380nm波长范围低损耗的单模光纤，具有长时期使用耐久性，即使发生氢从外面扩散进入。
还有，通过上述制造方法制成的单模光纤的初损耗是0.31dB/km或更小。因此，1380nm波长范围的峰值可以很小，因此，可以使用峰值两侧的波长进行光通讯。还有，可以将氢扩散后的1380nm波长范围的损耗限制在0.35dB/km或更小。因此，可以在1380nm波长范围进行光通讯，即使出现了氢扩散的情况。

Claims (7)

1.一种制造单模光钎的方法，包括步骤：
形成具有芯部和第一复层的玻璃棒，所述第一复层的折射率低于所述芯部；
在所述第一复层上气相沉积形成第二复层；
对包含所述第一和第二复层的所述玻璃棒进行烧结产生玻璃预制棒；和
对所述玻璃预制棒进行拉伸产生光学纤维；
其中，所述第一复层部分直径D和所述芯部直径d的比在4.0到8.0的范围，所述芯部、所述第一复层、和所述第二复层的OH浓度是0.1ppm或更小。
2.一种制造单模光纤的方法，其包括步骤：
形成具有芯部和第一复层的玻璃棒，所述第一复层的折射率低于所述芯部；
在所述第一复层上气相沉积形成第二复层；
对包含所述第一和第二复层的所述玻璃棒进行烧结产生玻璃预制棒；和
对所述玻璃预制棒进行拉伸产生光学纤维；
其中，所述第一复层部分直径D和所述芯部直径d的比大于4.8，所述芯部和所述第一复层的OH浓度不大于0.1ppm、所述第二复层的OH浓度不大于100ppm。
3.根据权利要求1或2所述的单模光纤的制造方法，其特征在于，1380nm波长范围的初损耗不超过0.31dB/km，在氢扩散后所述1380nm波长范围的初损耗不超过0.35dB/km。
4.根据权利要求3所述的单模光纤的制造方法，其特征在于，在所述拉伸工艺中，使用设有退火单元的拉伸装置对所述玻璃预制棒进行拉伸操作。
5.根据权利要求4所述的单模光纤的制造方法，其特征在于，所述退火单元是设有倾斜加热区和退火管的炉子。
6.根据权利要求5所述的单模光纤的制造方法，其特征在于，在所述退火单元中，退火气氛是空气、氩气、或二者的混合气中的一种。
7.根据权利要求1到6中任一项所述制造方法制造的单模光纤。
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