CN1454187A - 用来生产用于光纤的预成型坯件的基底管和过程 - Google Patents

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Abstract

在已知的用来生产用于光学数据传输技术的光纤的预成型坯件的过程的基础上，通过提供石英玻璃基底管提高用来产生复杂折射率分布的过程的生产率，该基底管在径向的方向上实现不同的掺杂，把用合成石英玻璃制成的芯玻璃引入该基底管中，并且用一个套筒管把该基底管套起来。也提供了一种适用的基底管，不管是在内部沉积的过程中还是对于在管中杆技术中的芯玻璃杆，为了生产预成型坯件这种管都只需要较少的芯玻璃材料。在该过程中，使用一种基底管，该基底管由将多孔的管状SiO2坯料玻璃化获得，该基底管设有一个芯玻璃层，在SiO2坯料的第一径向部分中产生此芯玻璃层，在实现玻璃化之前在SiO2坯料中添加提高石英玻璃折射率的第一种掺杂物。按照本发明的基底管在径向方向上有掺杂不同的区域，该管与折射率至少为1.459的芯玻璃层结合起来。

Description

用来生产用于光纤的预成型坯件的基底管和过程
技术领域
本发明涉及周来生产用于光学数据传输技术的光纤的预成型坯件的过程，包括提供一种石英玻璃的基底管，该管在径向的方向上有不同的掺杂物，引入合成石英玻璃的芯玻璃，并且用一个套筒管围绕着该基底管。
还有，本发明涉及用来生产用于光学数据传输技术的光纤的预成型坯件的石英玻璃的基底管，其中预成型坯件包括由一个套筒区域围绕的芯玻璃，此套筒区域的至少一部分的以基底管的形式设置，该管在径向的方向上有不同的掺杂物。
背景技术
一般说来，用于光纤的预成型坯件有一个芯，它被一种折射率较低的材料的一个包层包围着。用于由合成石英玻璃生产预成型坯件芯的生产的前导过程是那些被记作VAD(蒸气相轴向沉积)、OVD(外部蒸气相沉积)、MCVD(改进的化学蒸气相沉积)和PCVD(等离子体化学蒸气相沉积)的过程。在所有这些过程中，以把SiO2颗粒沉积在一个基底上并且实现玻璃化的方式产生芯。在VAD和OVD过程中对芯的沉积由外面进行沉积到一个基底上进行；而在MCVD和PCVD过程中沉积在被称为基底管的内侧面上进行。基底管可以形成光学活性包层或者形成该包层的一部分。取决于光纤的设计，基底管可以由掺杂的或者不掺杂的石英玻璃构成。此外，已经知道可以按照所谓的杆和管方法生产预成型坯件，把由一种芯玻璃制成的杆引入一个套筒管中，并与该管一起熔融。由此通过拉长预成型坯件由其获得光纤。
取决于过程，可以在一个分开的过程(OVD、MCVD、等离子体过程、杆和管过程)中生产包层玻璃，或者如通常在所谓的VAD过程中那样同时生产包层玻璃和芯玻璃。通过添加适当的掺杂物调节芯玻璃与包层玻璃之间的折射率差。已经知道，氟和硼可以降低折射率，而多种掺杂物适宜于用来提高折射率，特别是锗、磷和钛。
在一种简单的光纤设计中，由有较低的第二折射率的石英玻璃制成的一个套筒围绕着由有第一折射率的石英玻璃制成的芯。然而，在使光纤达到最佳的过程中，特别是在同时传输几个波长和传输速率较高的情况下，已经发展了光纤设计，这些光纤有复杂得多的折射率分布。例如，专利文件EP-A1785448描述了一种石英玻璃光纤，它的光纤设计被称为“双芯+双包层”设计，设想这种设计可以降低所谓的偏振模式色散。
由专利文件EP-A2434237已经知道一种过程，用来生产适用于在开始描述的那种预成型坯件和基底管。该专利描述了单模光纤的生产，在那里这种光纤被称为“被压下的包层型”光纤。用内部沉积(MCVD过程)生产用于这种光纤的预成型坯件。为此，首先在一个基底管的内壁上沉积一层掺氟石英玻璃的内包层玻璃层，接着用掺杂Ge的石英玻璃的一层芯玻璃进行沉积。在那里使用的石英玻璃基底管横截着它的壁厚度可以有一些有不同数量的掺杂氟的区域。使这样在内侧面上涂层的管塌缩，并且随后用由一种套筒玻璃制作的所谓“套筒管”包围它，形成一个预成型坯件。
尽管借助于已知的过程可以生产出移动色散的或者所谓色散补偿的光纤，但是，在已知的基底管中形成多个内层可能是必须的。
在MCVD沉积的过程中，层的数目和它们的厚度的增加导致基底管的内径的相应减小，并且因此导致内表面的减小。因此，随着过程的发展，沉积的有效性降低。通过增加内径仅只可以把这种情况克服到有限的程度，这是因为通常用外部加热产生沉积所必需的温度。然而，增加基底管的内径或壁厚需要提高外部温度，以便在基底管的内侧面上保持沉积条件。但是，由于基底管的***和塑性变形，这样做是受到限制的。还有，用厚壁的基底管或较大的基底管以及用厚的内层，塌缩变得越来越困难。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种有效的和经济的过程，用来生产预成型坯件，从而可以以高生产率的方式生产出复杂的折射率分布，并且提供适用于此的一种基底管，在该基底管中只需要较少的芯玻璃，或者用于内部沉积过程，或者用作在管中杆过程中的芯玻璃杆。
关于过程，本发明的目的是在开始时所描述的过程的基础上实现的，在该过程中，使用一种基底管，该基底管是通过把设有芯玻璃层的管状的多孔SiO2坯料玻璃化获得的，通过在玻璃化之前把提高石英玻璃的折射率的第一掺杂物添加到SiO2坯料的第一径向部分中已经生产出芯玻璃。
用于该过程的基底管包括一个芯玻璃层。芯玻璃层是指基底管的整个壁厚的径向部分，一个通常为圆柱形的部分，有一个环形的截面，它有一定厚度在基底管径向上向外的方向上伸展，这部分包含一种提高石英玻璃折射率的掺杂物。这样的掺杂物包括例如锗、磷、氯、铒和钛。因此，通常芯玻璃层的折射率比不掺杂的石英玻璃的折射率高。在文献中认为不掺杂的石英玻璃的折射率在589.3nm(钠蒸气灯的D线)的测量波长下为在nD＝1.4585与1.4589之间。基底管可以有一个或多个芯玻璃层。除了芯玻璃层之外，设置至少一个附加的层，它的掺杂与芯玻璃层不同。因此，当横截着壁的厚度看时，基底管有不同掺杂的几层。不是通过例如把几个掺杂不同的管连接在一起或者通过在一个石英玻璃管的表面上沉积玻璃层产生这些层，而是直接在多孔坯料的制作过程中或者在接续的处理中产生这些层。通过将SiO2坯料玻璃化获得该基底管。
芯玻璃层来自多孔坯料的一个径向部分，在玻璃化前已经把提高石英玻璃的折射率的第一种掺杂物添加到该坯料中。通常按照所谓的‘烟灰过程’，借助于含硅的化合物的火焰水解作用并把SiO2颗粒沉积在一个基底上产生SiO2坯料。在一个分开的烧结过程中实现多孔的SiO2坯料的玻璃化，与所谓的直接玻璃化相反。由于它的多孔性，在进行玻璃化之前很容易对SiO2坯料进行处理，比如清洁、干燥或者附加的掺杂。多孔的SiO2坯料的干燥使得可以制造出OH含量低的芯玻璃层。
除了对选定的部分进行掺杂以外，SiO2坯料也可以首先有在它的整个壁厚度内均匀分布的第一种掺杂物，而在后面的过程中至少部分地由一个径向部分除去第一种掺杂物，或者第一种掺杂物所造成的折射率增加完全地或部分地被第二种掺杂物抵消，甚至被第二种掺杂物过度补偿。在芯玻璃层中掺杂物的分布可以是均匀的，这种分布也可以有一个梯度、有一个最大值或者有一个最小值。
可以对玻璃化的坯料进一步进行化学的或机械的处理，达到基底管的预先确定的表面品质或几何形状，例如通过表面的刻蚀或抛光，以及通过拉长到所要求的最后尺寸。在剩余的芯玻璃通过在基底管中的内部沉积(MCVD或PCVD)制作的情况下，使在内部沉积之后形成的基底管与芯玻璃的组合体塌缩。同时，可以添加形式为所谓套筒管的附加的包层玻璃，并拉伸光纤。在把剩余的芯玻璃添加到形式为芯玻璃杆的基底管上的情况下，把所形成的基底管与芯玻璃杆的组合体一起熔化，而可以以外管(套筒管)的形式添加附加的包层玻璃。在基底管已经有适当的尺寸的情况下，一个附加的套筒可能是不必要的。
由按照本发明制作的预成型坯件可以得到用于数据传输的光纤，其中芯玻璃层用于光的传输。至少一个芯玻璃层通常是复杂的折射率分布的一部分。基底管提供预成型坯件的那些部分，直到芯玻璃本身产生之前无法在已知的过程中产生基底管。可以通过更经济和生产率更高的OVD过程产生基底管本身。这样，本发明用一种生产率更高的制作方式替代对于光纤的芯区域的昂贵并且效率低的生产过程。例如在MCVD过程中由基底管提供的芯玻璃层可能必须附加地由基底管的内部涂层产生。内层的数目和厚度可能相应地增加，而可能不得不接受存在上面列出的与沉积的有效性有关的缺点。相反，在按照本发明的过程中，光传输层的一部分由基底管提供。这样，使得高生产率地并且有效地生产有复杂折射率分布的大体积预成型坯件成为可能。基底管所提供的芯玻璃层对光的传输做出贡献，因此该芯玻璃层属于光纤的芯区域。因此，减少了需要添加的附加的芯玻璃的数量，其中‘芯玻璃’在本发明的含义下表示完成该芯区域所需的石英玻璃材料。按照本发明的过程主要适用于单模光纤的生产，但是也适用于多模光纤的生产。
在过程的一种优选的实现中，由一种硅化合物的火焰水解作用并把SiO2颗粒沉积在一个载体上产生多孔的SiO2坯料，而在沉积的过程中添加第一种掺杂物。在这种情况下，按照OVD过程产生基底管，包括芯玻璃层。通过把这样的掺杂物或者一种化合物形式的掺杂物添加到硅化合物中，或者通过维持包合第一种掺杂物的环境，在沉积SiO2颗粒的过程中实现第一种掺杂物的添加。横截着SiO2坯料的壁厚折射率的不均匀分布可以通过随着时间改变掺杂物的有效浓度或改变温度，通过后续地由一部分SiO2坯料除去第一种掺杂物，或者通过采用另一种掺杂物进行部分补偿来实现。
可以借助于管中杆的方法或者通过内部沉积(MCVD和PCVD)把芯玻璃引入基底管中，而后一种方法是优选的，因为这样简化了高纯度特别是低OH含量内层的生产。
实现下述的过程特别有效：在沉积之后并且在玻璃化之前，用改变石英玻璃折射率的第二种掺杂物至少掺杂多孔的SiO2坯料的至少一个第二径向部分。横截着SiO2坯料的壁厚，第二种掺杂物可以均匀地分布，通过用包含第二种掺杂物的液体浸透SiO2坯料或者通过气相扩散可以特别简单和经济地实现第二种掺杂物的这样的分布。这使产生复杂的折射率变得容易。在玻璃化之后，芯玻璃层可以包括第一种掺杂物和第二种掺杂物的混合。
通过加热SiO2坯料，把它暴露在包含第二种掺杂物的环境中，可以有利地实现对第二径向区域的掺杂。这一过程(后面把它成为‘气相掺杂过程’)使得用第二种掺杂物特别有效地和均匀地掺杂SiO2坯料成为可能。
最好采用氟作为第二种掺杂物。氟降低石英玻璃的折射率。对多孔的SiO2坯料或者它的径向区域之一进行掺杂简化了有复杂折射率分布的基底管的制作。因此，在玻璃化之后，基底管可以有一个包层，该包层有比石英玻璃低的折射率。这样的基底管特别适用于生产补偿色散的单模光纤(所谓的DC光纤)。这种光纤的折射率分布一般包括一个折射率低的区域和一个折射率高的区域。与已知的过程相比，采用按照本发明的过程制作这样的光纤特别有效和简单，在于：通过基底管可以使两个区域整个地或者至少部分地可供使用。
有利的是，把一种包含锗的化合物用作第一种掺杂物。锗在石英玻璃中以氧化锗GeO2的形式存在。由于它的传输性能，氧化锗特别适用于红外光谱的光波传输。
已经发现在由1.4593到1.490的范围内调节芯玻璃层的折射率是有用的。这使得可以特别经济和有效地制作出有宽模式场带的光纤，特别是在1550nm左右的传榆波长。芯玻璃层意味着基底管的径向上的部分，该部分的折射率在上面给出的范围以内。折射率可以在芯玻璃层的整个厚度上是相同的，但是也可以有任何分布。
关于基底管，可以在开始描述的基底管的基础上实现上面提到的目的，该基底管包括折射率至少为1.459的一个芯玻璃层。
该基底管包括一个芯玻璃层。芯玻璃层是指基底管的整个壁厚的径向部分，它的折射率至少为1.459。此折射率是在589.3nm的波长下测量的，因此比不掺杂的石英玻璃的折射率高，在文献中后者为在1.4585与1.4589之间。基底管可以有一个或多个芯玻璃层。除了芯玻璃层之外，设置至少一个附加的层，它的掺杂与芯玻璃层不同。因此，当横截着其壁厚度看时，基底管有不同掺杂的几层。不是通过例如把几个掺杂不同的管连接在一起或者通过在一个石英玻璃管的表面上沉积玻璃层产生这些层，而是直接在多孔的SiO2坯料的制作过程中或者在接续的处理中产生这些层。如上面所描述的那样，通过将SiO2坯料玻璃化获得该基底管，通常按照所谓的‘烟灰过程’，借助于含硅化合物的火焰水解作用并把SiO2颗粒沉积在一个基底上产生SiO2坯料。在一个分开的烧结过程中实现多孔的SiO2坯料的玻璃化，与所谓的直接玻璃化相反。
在由采用基底管制作的预成型坯件得到的光纤中，芯玻璃层用于光的传输，而这一层常常是复杂的折射率分布的一部分。因此，由基底管提供预成型坯件的一些区域，否则，在已知的过程中在生产芯玻璃的过程中以很大的花费制作出预成型坯件。这使有效地生产出有复杂的折射率分布的大体积的预成型坯件变得容易。可以借助于更经济和生产率更高的OVD过程产生基底管本身。在这种情况下，基底管所提供的芯玻璃层对光的传输做出贡献，在这一方面，该芯玻璃层属于光纤的芯区域。因此，减少了需要添加的附加芯玻璃的数量。
按照本发明的基底管可以用来生产用于单模光纤的预成型坯件，也用于多模光纤的预成型坯件。在任何情况下，都要把芯玻璃引入基底管中。这通常按照MCVD或者PCVD过程实现，借助于把石英玻璃层沉积在基底管的内壁上，并且接着使内侧面被涂层的基底管塌缩。按照本发明的基底管也适用于借助管中杆技术制作预成型坯件。化学或者机械处理可能是需要的，以便调节所要求的表面品质和几何形状，例如借助于表面刻蚀和抛光，或者通过把基底管拉长到所要求的最后尺寸。
在这一方面，要注意到前面关于生产按照本发明的预成型坯件的详细解释。
有利的是，把芯玻璃层设置成连接到预成型坯件的芯玻璃上。在这里，预成型坯件的传输光的区域中相当大的一部分由基底管提供，而芯玻璃层可以形成均匀地掺杂的中心芯玻璃区域的一部分，或者形成复杂折射率分布的一部分。在任何一种情况下，芯玻璃层和与它相连接的芯玻璃的折射率可以是相同的或者是不同的。
已经表明如果基底管包括由掺杂氟的石英玻璃制成的玻璃包层特别有用。这样的基底管特别适用于生产补偿色散的单模光纤(所谓的DC光纤)。这种光纤的折射率分布一般包括一个折射率低的区域和一个折射率高的区域。与已知的过程相比，采用按照本发明的过程制作这样的光纤特别有效和简单，而通过基底管可以使两个区域完全地或者至少部分地可供使用。
有利的是，芯玻璃层包含锗。锗提高石英玻璃的折射率，而它在石英玻璃中以氧化锗GeO2的形式存在。由于它的传输性能，氧化锗特别适用于红外光谱的光波传输。
已经证明折射率在由1.4593到1.490的范围内是有利的。这种基底管使得可以特别经济和有效地制作出在1550nm左右的传输波长有宽模式场带的光纤。芯玻璃层意味着基底管的径向部分，该部分的折射率在上面给出的范围以内，而不管折射率在芯玻璃层的整个厚度上是相同的，还是有不同的分布。
如果芯玻璃层的氢氧根离子的含量最大为按重量计1ppm是有利的，特别是采用按照本发明的基底管制作出的光纤在红外波长区域的损失很小。因为氢氧根在红外波长区域有吸收效应，所以，氢氧根OH的含量低在重视这一波长区域有低损失的光纤中特别重要。例如对于在1310nm左右或者1550nm左右的传输波长，或者在它们之间的波长范围，这是真实的，如在光学数据传输技术中所使用的那样。
按照本发明的基底管的一个证明特别好的实施例是：与芯玻璃层连接起来提供一个扩散阻挡层。该扩散阻挡层使制作阶梯形的折射率分布变得容易，它在于，在包含掺杂物的环境中对多孔的SiO2坯料进行后处理的过程中，它阻止进入各部分的掺杂物越过该扩散阻挡层的不希望的扩散。也可以有几个扩散阻挡层。通过例如在沉积过程中压缩SiO2坯料的某些区域很容易形成扩散阻挡层。
附图说明
下面将通过示例性的实施例和附图更详细地解释本发明。特别是，这些图示意性地示出：
图1a是由按照本发明生产出的预成型坯件获得的单模光纤的第一折射率分布；
图1b是按照本发明的基底管，用于生产具有按照图1a的折射率分布的光纤；
图2a是由按照本发明生产出的预成型坯件获得的单模光纤的第二折射率分布；
图2b是按照本发明的基底管的另一实施例，用于生产具有按照图2a的折射率分布的光纤；
图3a是由按照本发明生产出的预成型坯件获得的单模光纤的第三折射率分布；以及
图3b是按照本发明的基底管的又一实施例，用于生产具有按照图3a的折射率分布的光纤。
具体实施方式
下面在图1a、2a和3a的基础上更详细地描述的折射率分布中，在每种情况下的y轴表示相对折射率差Δ＝(n1-n2)/n2(以折射率％表示)，其中n1是指在光纤的对应的光传输区域中的绝对折射率。参考点n2与在每个光纤的外套筒区域中的折射率对应，并且在后面的示例性实施例中它的值总是在589.3nm波长下为1.4589。在x轴上光纤的半径以微米表示。
按照图1a的折射率对于被称为LEAF光纤(大有效面积光纤)是典型的。在专利文件EP-A2775924中描述了这样的光纤。与移动色散光纤相比，其折射率分布使得有扩大的模式场直径，并因此在光纤中有较低的平均能量密度。为了降低非线性效应比如所谓的自相位调制(SPM)，这是希望的。进而，折射率的分布使得色散的增加较小。
折射率分布被分成总共五个芯部段。在直径为4.5微米(半径2.25微米)的内芯部段A，相对折射率差为Δ＝0.6。在外面与之邻接的芯部段B，它的层厚为2.25微米，相对折射率差为Δ＝0(在那里n1＝n2)。接着芯部段B的是芯部段C，它的厚度为1.875微米，相对折射率差为Δ＝0。芯部段D的相对折射率差为Δ＝0.234，它的厚度为1.125微米。芯部段D进而被芯部段E包封，它的相对折射率差为Δ＝0，它的厚度为1.18微米。接着芯部段E的是由不掺杂的石英玻璃制成的光纤的外光学区域。
由按照本发明的基底管提供芯部段C、D和E，而通过内部沉积在基底管中产生芯部段A和B。芯部段B与C之间的边界表面在图1a中用虚线表示。
在图1b中示意性地示出了用于有这样的折射率分布的光纤的基底管。基底管1的外径为25毫米，总的壁厚为3毫米。基底管1的内层2由不掺杂的石英玻璃制成，其折射率在589.3nm波长为大约1.4589。内层2的厚度为1.21毫米。与它邻接的是中间层3，该中间层是用GeO2按重量计大约3％掺杂的，这样在芯部段D中形成上面提到的Δ＝0.234的折射率增加。中间层3的层厚度为0.84毫米。基底管1的外层4的厚度为0.95毫米，它又是由不掺杂的石英玻璃制成。至于涉及到通过使用基底管1得到的光纤的折射率分布，芯部段C与内层2相对应，芯部段D与中间层3相对应，而芯部段E与外层4相对应。
按照OVD过程生产基底管1。按照已知的过程，借助于SiCl4的火焰水解作用生产SiO2颗粒，并把这些颗粒沉积在旋转的心轴上的层中。在沉积中间层的过程中把GeCl4添加到SiCl4中，从而获得掺杂Ge的中间层3。得到多孔的SiO2/GeO2烟灰本体。为了把氢氧根集团清除达到按重量计30ppb以下的水平，这样生产出的烟灰本体要在升高的温度下经受氯气处理。然后在形成中空的圆柱体的情况下将多孔的SiO2烟灰本体玻璃化。用机械的方法使中空圆柱体的表面平滑，随后用化学方法刻蚀。再把以此方式经过预处理的中空圆柱体拉长到基底管的最后长度。
为了生产用于有在图1中表示的折射率分布的光纤的预成型坯件，首先借助于MCVD过程用不掺杂的SiO2层把如在图1b中所示的基底管1的内壁5涂层到大约1.01毫米的厚度，同时直接进行玻璃化。随后生产厚度为0.37毫米的掺杂Ge的层，在此过程中，把GeCl4添加到开始的材料中，其方式使得生产出的石英玻璃有按重量计锗的浓度大约为9％。所形成的折射率为大约9×10-3，这与在图1a中所示的芯部段A相对应。
随后使内部涂敷的基底管塌缩。这样生产出的芯杆的外径为19毫米。随后用不掺杂的石英玻璃的外管(套筒)把它覆盖。这样生产出的预成型坯件的外径大约为137毫米。这样生产的预成型坯件具有约137毫米的外径。这样的坯件拉出的光纤有125微米的外径，且其芯区域的折射率分布如在图1中所示出的那样。
按照图2a的折射率分布示出了在图1a中示出的光纤设计的一种改型。这种折射率分布也造成了模式场直径的增加，并且因此使得在光纤中的平均光强度较低。在专利文件EP-A2775924中也描述了这样的光纤。
按照图2a的折射率分布有总共四个芯部段。在直径为7微米(半径3.5微米)的芯部段A，相对折射率差Δ由最大值0.9(与超过n2大约13×10-3相对应，其中n2＝1.4589)到0(零)线性地降低。在下一个芯部段B，它的层厚为2.5微米，相对折射率差为A＝0(在那里的绝对折射率＝n2)。第三芯部段C的厚度为1微米，在此芯部段中相对折射率差被设定为0.1485。在下一个在外面接着的第四芯部段D中，相对折射率差再一次为0，层的厚度为4.08微米。
由按照本发明的基底管提供芯部段C/D。在这一基底管中通过内部沉积制作出芯部段A和B。在芯部段的外部与内部之间的边界表面在图2a中用虚线表示。
在图2b中示意性地示出了用来生产有按照图2a的折射率分布的光纤的基底管。基底管21的外径为25毫米，总的壁厚为3毫米。基底管21的内层22由掺杂Ge的石英玻璃制成。内层22的厚度为0.45毫米，锗的浓度按重量计大约为2％，这样在芯部段C中形成如图2a中所示出的折射率增加。基底管21的外层23的厚度为2.55毫米，又是由不掺杂的石英玻璃构成。在通过采用基底管21获得的光纤的折射率分布情况下，芯部段C由内层22形成，而芯部段D由外层23形成。
按照OVD过程生产基底管21。按照已知的过程，借助于SiCl4的火焰水解作用生产SiO2颗粒，并把这些颗粒沉积在旋转的心轴上的层中。在沉积内层22的过程中把GeCl4添加到SiCl4中，从而获得掺杂Ge的内层22。在已经沉积出掺杂Ge的烟灰材料层之后，该层的厚度与内层22相对应，停止供应GeCl4，并继续形成不掺杂的材料。这样，得到多孔的SiO2本体。在除去该载体之后，为了把氢氧根集团清除达到按重量计30ppb以下的水平，这样生产出的烟灰本体要在升高的温度下经受氯气处理。然后将多孔的脱水SiO2烟灰本体在形成基底管21的情况下玻璃化。随后用机械方法使基底管21的内表面和外表面平滑，并用化学方法刻蚀。
为了生产出用于有在图2a中表示的折射率分布的光纤的预成型坯件，首先借助于MCVD过程用不掺杂的SiO2层把如在图2b中所示的基底管21的内壁24涂层到大约0.88毫米的厚度，同时直接进行玻璃化。随后生产厚度为0.48毫米的掺杂Ge的层，在此过程中，把GeCl4添加到开始的材料中。在掺杂Ge的层内的GeO2的相应的浓度梯度产生在芯部段A中的折射率曲线(图2a)。
随后使从内部涂层的基底管21塌缩。这样生产出的芯杆的外径为19毫米。随后用不掺杂的石英玻璃的外管把它覆盖。这样生产出的预成型坯件的外径大约为103毫米。由这样的坯件拉出的光纤有125微米的外径，其芯区域的折射率分布如在图2a中所示出的那样。
在图3a中示出的折射率分布对于被称为DC光纤是典型的。在专利文件EP-A2598554中描述了这样的光纤。这种DC光纤的突出特点在于在1550nm的传输波长下有强的负色散。使用它是为了补偿标准的单模光纤在1550nm的正色散，这种正色散在文献中被认为大约为17ps/(nm·km)。这样，在1550nm的传输波长下即使使用标准的单模光纤也可以获得高的传输速率。
折射率分布被分成总共四个芯部段。在直径大约为3.8微米(半径1.9微米)的芯部段A，相对折射率差Δ由Δ＝1.9的最大值到0按照抛物线方式降低。在向外的方向上接着设置的芯部段B，它的层厚为3.8微米，相对折射率差为Δ＝-0.4。接着芯部段B的是芯部段C，它的厚度为1.9微米，相对折射率差为Δ＝0.4。芯部段D的相对折射率差Δ再一次为0，此部段的层厚度为1.49微米。接着芯部段D的是由不掺杂的石英玻璃构成的光纤的外光学包层区域。
由按照本发明的基底管提供芯部段B、C和D。芯部段A与B之间的边界区域在图3a中用虚线表示。
在图3b中示意性地示出了用来生产有按照图3a的折射率分布的光纤的基底管。下面将是对基底管和它的生产方法的更详细的描述。
基底管31的外径为25毫米，总的壁厚为3毫米。基底管31的内层32由掺杂氟的石英玻璃制成，其折射率比纯石英玻璃的折射率低5.8×10-3。在芯部段B中氟的浓度按重量计大约为2％，层厚为1.19毫米。接着它的是中间层33，该中间层是用GeO2按重量计大约10％掺杂的，且也用氟按重量计2％掺杂，这样在芯部段C中形成上面提到的0.4％的通常折射率的增加。中间层33的厚度为0.95毫米。基底管31的外层34的厚度为0.86毫米，它也是由掺杂氟和锗的混合物的石英玻璃制成，氟的浓度按重量计为2％，而GeO2的浓度按重量计为5％。GeO2的使折射率升高的效应和氟使折射率降低的效应在这些掺杂物的上面给出的浓度下造成相对于不掺杂的石英玻璃的折射率的改变为0。在通过使用基底管31得到的光纤的折射率分布的情况下，芯部段B与内层32相对应，芯部段C与中间层33相对应，而芯部段D与外层34相对应。
按照OVD过程生产基底管21。按照已知的过程，借助于SiCl4的火焰水解作用生产SiO2颗粒，并把这些颗粒沉积在旋转销柱上的层中。在沉积中间层33和外层34的过程中添加GeCl4。
随后把多孔的SiO2烟灰本体在含氟的环境中加热到大约800摄氏度，并且横截着它的整个壁厚度用氟均匀地掺杂。同时降低氢氧根集团的含量。
然后将多孔的SiO2烟灰本体在形成中空的圆柱体的情况下玻璃化。用机械的方法使中空圆柱体的表面平滑，随后用化学方法刻蚀。随后把这样处理过的中空圆柱体拉长到基底管的最终尺寸。
下面将更详细地描述用于生产有按照图3a的折射率分布的光纤的基底管的第二实施例和它的生产过程。
基底管的外径为25毫米，总的壁厚为3毫米。基底管的内层由掺杂氟的石英玻璃制成，其折射率比纯石英玻璃的折射率低5.8×10-3。在芯部段B中氟的浓度按重量计大约为1％。层厚为1.19毫米。接着它的中间层用GeO2按重量计大约5.4％掺杂，这样在芯部段C中形成按照图3a所示的Δ＝0.4的通常折射率的增加。中间层的厚度为0.95毫米。基底管的外层的厚度为0.86毫米，它由不掺杂的石英玻璃制成。在通过使用这种基底管得到的光纤的折射率分布的情况下，芯部段B与内层相对应，芯部段C与中间层相对应，而芯部段D与外层相对应。
下面将描述按照本发明的基底管的这一实施例的生产过程。按照OVD过程生产此基底管。为此，按照已知的过程借助于SiCl4的火焰水解作用生产SiO2颗粒，并采用沉积燃烧器把这些颗粒沉积在旋转的心轴上的层中。在沉积过程中正在形成的烟灰本体的表面温度大约为1400摄氏度。为了产生内层，使用SiC14，并且在沉积中间层的过程中把GeCl4加到它之中。在产生外层的过程中再一次停止GeCl4的供应。这样得到的多孔的SiO2烟灰本体有掺杂锗的中间层。此过程的突出特点在于：紧接在中间层的沉积之前产生一个厚度大约为0.5毫米的一个扩散阻挡层。在此扩散阻挡层中SiO2烟灰本体有较高的密度。获得这样的结果是由于在沉积形成扩散阻挡层的烟灰层的过程中，正在形成的SiO2烟灰本体维持了较高的表面温度。为此，要适当地增加对沉积燃烧器的燃气供应。
为了生产内部掺杂氟的层，把多孔的SiO2烟灰本体加热，并且通过内部开孔送入含氟的气体。扩散阻挡层阻止含氟的气体扩散进入掺杂锗的中间层。这样，只有内层用氟掺杂，而中间层或者外层不用掺杂。由含氟的气体处理同时将在内层中OH的浓度降低到低于50ppb的水平。
然后将多孔的SiO2烟灰本体在形成基底管的情况下玻璃化，。用机械方法使基底管的表面平滑，随后用化学方法刻蚀。
为了生产用于有在图3a中示出的折射率分布的光纤的预成型坯件，通过在基底管中的内部MCVD沉积产生形成芯部段A(图3a)的芯玻璃。这将在下面借助于图3b更详细地描述。
借助于MCVD过程把掺杂GeO2的SiO2层沉积在按照图3b的基底管31的内表面35上，并且直接进行玻璃化。在沉积过程中，持续地增加GeCl4的添加，使得建立一种GeO2的浓度分布，该分布与在图3a中所示出的在芯A中的折射率的抛物线分布相对应。这样产生的掺杂Ge的层的厚度为0.16毫米。层中的锗浓度最大为按重量计大约30％，这样将形成大约30×10-3的折射率增加，如在图3a中所示出的那样。
随后使这样产生的基底管塌缩。这样生产出的芯杆的外径为16.6毫米。随后用不掺杂的石英玻璃的外管把它包封。这样制作出的预成型坯件的外径大约为114毫米。由这样的坯件拉出的光纤有125微米的外径，其折射率分布如在图3a中所示出的那样。

Claims (39)

1.一种生产用于光学数据通信技术的预成型坯件的过程，这一过程是通过提供一种石英玻璃基底管，所述基底管在径向方向的区域中有不同的掺杂物，引入一个合成石英玻璃制成的芯，以及用一个套筒管把基底管套起来，其特征在于，使用一种基底管，通过管状的多孔SiO2坯料的玻璃化形成所述基底管，其中所述基底管设有芯玻璃层，通过在玻璃化之前把第一掺杂物添加到SiO2坯料的第一径向部分产生所述芯玻璃层，所述第一掺杂物可以提高石英玻璃的折射率。
2.按照权利要求1所述的过程，其特征在于，在一个载体上通过硅化合物的火焰水解作用和SiO2颗粒的沉积形成所述多孔的SiO2坯料，其中，在沉积的过程中添加第一掺杂物。
3.按照权利要求1或2所述的过程，其特征在于，通过内部沉积把芯玻璃引入基底管中。
4.按照上述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，在沉积之后和在玻璃化之前，用改变石英玻璃的折射率的第二掺杂物对多孔的SiO2坯料的至少第二径向区域进行掺杂。
5.按照权利要求4所述的过程，其特征在于，为了对第二径向区域进行掺杂，将SiO2坯料加热，并且同时把所述SiO2坯料暴露在包含第二掺杂物的环境中。
6.按照权利要求3或4所述的过程，其特征在于，氟被用作所述第二掺杂物。
7.按照上述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，一种包含锗的化合物被用作所述第一掺杂物。
8.按照上述权利要求中任一项所述的过程，其特征在于，芯玻璃层被调节成折射率在由1.459到1.490的范围内。
9.一种由石英玻璃制成的基底管，用来生产用于光学数据通信技术的光纤的预成型坯件，而所述预成型坯件有被一个套筒玻璃围绕的芯玻璃，套筒玻璃的至少一部分以基底管的形式提供，所述基底管在径向方向上有不同的掺杂物，其特征在于，所述基底管有一个芯玻璃层，所述层的折射率至少为1.459。
10.按照权利要求9所述的基底管，其特征在于，所述芯玻璃层设置成邻接预成型坯件的芯玻璃。
11.按照权利要求9或10所述的基底管，其特征在于，所述基底管包括一个由掺杂氟的石英玻璃制成的包层。
12.按照上述权利要求9到11中任一项所述的基底管，其特征在于，所述芯玻璃层包含锗。
13.按照上述权利要求9到12中任一项所述的基底管，其特征在于，所述芯玻璃层还包含氟。
14.按照上述权利要求9到13中任一项所述的基底管，其特征在于，所述芯玻璃层的折射率在由1.4593到1.490的范围内。
15.按照上述权利要求9到14中任一项所述的基底管，其特征在于，在所述芯玻璃层中氢氧根离子的含量最大为按重量计1ppm。
16.按照上述权利要求9到15中任一项所述的基底管，其特征在于，邻近所述芯玻璃层设置扩散阻挡层。
17.一种对于生产用于光纤的预成型坯件有用的过程，所述过程包括如下步骤：
形成一个管状的多孔SiO2坯料，其在径向的厚度上有第一层和第二层；
所述第一层在其中有第一数量的第一种掺杂物，所述第一种掺杂物提高用它掺杂的石英玻璃的折射率；
第二层或者基本上没有所述第一种掺杂物，或者包含与所述第一数量不同的第二数量的所述第一种掺杂物，
将所述坯料玻璃化，以形成石英玻璃基底管，使得所述基底管有一个芯玻璃层和另一个玻璃层，所述玻璃层之一包含所述第一种掺杂物，所述玻璃层中的另一层基本上没有所述第一种掺杂物，或者包含不同浓度的所述第一种掺杂物。
18.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，其还包括
把基底管用一个石英玻璃的套筒管套起来。
19.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，在一个载体上通过硅化合物的火焰水解作用和SiO2颗粒的沉积形成多孔的SiO2坯料。
20.按照权利要求19所述的过程，其特征在于，在颗粒沉积的过程中添加所述第一种掺杂物。
21.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，所述第一层形成在所述基底管中在径向上面朝里的表面。
22.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，其还包括
在进行玻璃化之前在包含氯或氟的环境中在大约1300摄氏度或较低的温度下使SiO2坯料脱水。
23.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，其还包括
通过内部沉积把芯玻璃层引入所述基底管中。
24.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，在沉积之后和在玻璃化之前，用改变石英玻璃的折射率的第二种掺杂物对多孔的SiO2坯料的第二层进行掺杂。
25.按照权利要求24所述的过程，其特征在于，通过同时加热SiO2坯料并把SiO2坯料暴露在包含第二种掺杂物的环境中，对第二层进行掺杂。
26.按照权利要求24所述的过程，其特征在于，所述第二种掺杂物是氟。
27.按照权利要求25所述的过程，其特征在于，所述第二种掺杂物是氟。
28.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，所述第一种掺杂物包含锗。
29.按照权利要求20所述的过程，其特征在于，所述第一种掺杂物包含锗。
30.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，所述芯玻璃层的折射率至少大约为1.459。
31.按照权利要求17所述的过程，其特征在于，所述芯玻璃层的折射率在由1.4593到1.490的范围内。
32.一种用于生产光纤的光纤预成型坯件，所述预成型坯件包括：
一个玻璃芯；以及
一个包围着所述玻璃芯的玻璃包层；
所述包层包括一个基底管，其有一个在径向上的内玻璃层和一个在径向上的外玻璃层；
所述玻璃层之一在其中有第一种浓度的一种掺杂物，玻璃层中的另一个或者有与第一浓度不同的第二浓度的所述掺杂物，或者基本上没有所述掺杂物；
内玻璃层的折射率至少为大约1.459。
33.按照权利要求32所述的预成型坯件，其特征在于，所述玻璃芯邻近所述基底管的所述内玻璃层。
34.按照权利要求32所述的预成型坯件，其特征在于，所述基底管包括一个由掺杂氟的石英玻璃制成的套筒玻璃层。
35.按照权利要求32所述的预成型坯件，其特征在于，所述掺杂物包含锗。
36.按照权利要求35所述的预成型坯件，其特征在于，所述内玻璃层还包含氟。
37.按照权利要求32所述的预成型坯件，其特征在于，所述内玻璃层的折射率的范围为由1.4593到1.490。
38.按照权利要求32所述的预成型坯件，其特征在于，所述内玻璃层的氢氧根离子的含量按重量计不大于1ppm。
39.按照权利要求32所述的预成型坯件，其特征在于，所述基底管还包括一个邻近所述内玻璃层的扩散阻挡层。
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