TW440718B - Method and apparatus for producing optical fiber - Google Patents

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Polly W Chu
Rebecca Vemom Higginbo Dahlman
Matthew John Dejneka
John Walter Solosky
Otis Leroy Wilson Jr
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Corning Inc
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Description

A7 —^_ B7 _._丨_ ι,,α·.·.丨 -^ 五、發明说明（1 ) 發明領域： 本發明係關於光學波導纖維之改良以及製造。特別是 ，本發明係關於新穎的方法以及裝置經由管件中纖維以及 管件中細枝之纖維化方法以形成光學纖維波導3 發明背景： 光學纖維波導在通訊中拌演角色重要性日益增加。光 纖種類之範圍包括尺寸，折射率分佈，操作波長，材料等必 .需可加以利用以應用於許多不同的系統。除此，主動元件例 如為放大器，雷射，切換器以及色散補償器規格亦提高。因 叫光纖線纜必需拼接在一起實施時不會有過份之困難。這 些拼接技術能夠容易應用於現場位置為相當的重要1該處需 要線徵之_。在許多制情的光纖可以在麟立即^ 拼接至現存賴^制歸要。練财猶光纖以及^ 代具有不同特性新的光纖通常並非可選擇性的。 使用不同技術以製造光纖。在一項實施過程中（參閱 美國第36卿15號專利），心蕊材料桿件放置於較低折射率 包層材料管件内，形成緊密同心圓之裝配。心蕊材料在斷 ，中必而柄勻的以及具有平滑之表面。溫度可提高，以 ^桿件及管件她為所需要之_面積。藉由該處理過释 ^成光纖_訊並不是贿想，㈣其產錢度損耗以 及色散。 w另外種方法（參閱美國第5651083號專利）包含將心 :::4***至;^鲍層材料以形成預製件。‘⑨速地進行心 ㈣使得心蕊在處理過程中通常無法款化或熔解。所形 Α7 Β7 ΛΑ〇7 五、發明説明（1 ) 成預製件再抽拉為光纖。以該方式製造之氟化物玻螭例如 為ZBLAN無法融合難至#;δ光纖，其冑於產生反玻璃化以 及而ί久性不佳。 在製造低損耗光纖所使用粉塵所使用一項重要方法為 化學汽相沉積法(CVD)處理過程^在(：仰處理過程中—項實 施例中，相當純化合物(例如為四氣化矽）通入氣氣歧管。其 再加以混合以及傳送進人其移練快賴轉引取桿 件或高純度'溶融石夕石管件底下。所形_物為石夕被氧化為 硬石於桿件或扣管件上m夠獅不㈣材料。 所形成預製件ϋ常加賴結以簡錄献纖。該處理_ 為外侧(:戰㈣處理触。内㈣MGVD纽過程亦為⑽ 處理法。 目前光纖f造之CYD找受限於城份，絲乎整個由 料所構成。只有適當數4之稀土元錢夠加人而不會產 生娱集現象或結晶。揮發性成份例如為驗金屬以及^益 法立即地加人，因為其在沉積過程中將有傾向汽化。盆他 重要的破璃改善剩如輕土鎖無法加'目為其缺乏 高蒸汽壓力之(:爾綠物4至於t_ ^由 積，其必鱗後地㈣隨，其„輯㈣在^ 汽壓力而損失玻璃成份。 目雨已發展出另外-難造技㈣管件巾碎玻璃方法 。該方法已說明於本發·97相月2日申請之 8 944932號專札鱗利之說明纽加人作騎考。在管件 中碎玻喊理法巾，心細玻麵料（麵尺寸在丨㈣晒 〜則i:5J丨料话準（CNs)域格（训X州公及〉 A7 B7 ^__ 五、發明説明（3 微米範圍内）加入包層結構中。心蕊/包層結構端部在高溫 爐中加熱至接近包層軟化點溫度以及抽拉為光纖。該方法 克服一般CVD處理法之一些缺點，能夠使包層組成份由純矽 石所構成以及心蕊成份由多成份玻璃所構成。 存在需求以由不同玻璃以及玻璃陶瓷組成份製造出光 纖之方法以及裝置，其將克服已知的方法之缺點，以及其較 傳統方法更實際，有效以及經濟。 各種先前CVD方法之缺點包含非常有限之組成份，其能 夠使用目前CVD方法製造出。只有適當數量稀土族元素能 夠加入而不會產生簇集現象。揮發性組成份，例如為鹼金 屬以及鹵素無法加入顯著之數量，因為在沉積過程令將傾 向揮發。其他重要的玻璃改善劑例如為鹼土金屬難以加入 ，其由於缺乏局洛Ά愚力之C\_D前身產物所致。甚至假如 玻璃粉塵能夠藉由CVD沉積，其必需隨後加以固結，其亦會 以高蒸汽壓力或結晶形式而使玻璃組成份損失。 一般管件中桿件技術之缺點包含要求心蕊以及包層為 高度地相同。由於膨脹係數及黏滯性溫度分佈必需類似， 否則最終產物容易由於冷卻而產生裂縫或破裂。 目前本發明亦關於具有數值孔徑大於〇 35之光纖。該 光纖由心蕊以及包層玻璃區域所構成，以及摻雜由鏡，铷， 以及斜1¾取出之稀土族元素，該光纖能夠使用作為光纖雷 射。该光纖雷射能夠錯由泵運光源耦合至高數值狀光纖 而構成。使用在此所揭示方法，能夠達成約為0 40或更大 數值孔挺ϋ 本纸疚尺度通用中® ^家拉苹（)以現格（210x297公介） 五、發明説明（午） 發明大要： 本發明提供製造狀觀麵之方糾及裝置，其藉 由管件中纖維或管件中細桿纖維化方法達成。在一項中 本發明包含將賴管件填充麵纖維或所需要材料之細桿 以及緊接者在提尚溫度下抽拉或拉伸玻璃桿件。在管件内 材料在抽拉溫度下熔融以及填充管件以形成連續性心蕊。 膨fe裝配原料能夠藉由重力自動地往下傳送或熔融以保持 熔融原料為@3定深度，產生均㈣及重現性產物。原料能 夠由心蕊_^/或心蕊/^|_所侃。賴地，管件 能夠由其他心蕊材料所構成（該材料例如為使用來形成外 側心蕊區域)，心蕊/包層材料，或包層材料。本發明能夠使 用來直接地柚拉出光纖（管件中纖維）或能夠使用來製造心 ,¾桿件或心蕊包層桿件，其在抽拉為光纖（管件中細桿）前 再外包覆其他材料。 本發明亦能夠形成任何玻璃，其能夠藉由化學（溶膠， 汽相WL積，等）或物理（原料以及熔融物）技術經濟地製造岀 為連續性包層纖_式。該碰允許快速祕火而促使先 前不穩足球璃以及坡螭陶瓷形成為穩定的纖維。 本發明更完全說明以及更進一步特性以及優點將由下 列詳細說明以及附圖揭示出。 附圖簡單說明： ' 第一圖（圖1)為本發明實施管件中.纖維方法以抽拉ώ 光鐵適當裝置之斷面圖a 第二1圖2)為本發明實拖管件中細桿方法以柚拉ώ 八4况格（210:<297公诈）
44CTMS 五、發明説明（ 光纖適當裝置之斷面圖。 第三圖（圖3)顯示出本發明形成外包覆光學桿件適當 裂置，該桿件可依據本發明方法抽拉為光纖。 第四圖（圖4)為曲線圖，其顯示出依據本發明管件中 細桿方法製造出5公尺長度光殲之損耗為波長之函數。 第五圖（圖5)為曲線圖，其顯示出依據本發明製造出 心蕊包層桿件折射率分佈。 第六圖（圖6)為曲線圖，其顯示出依據本發明管件中 細桿方法製造出5公尺長度光纖之損耗為波長之函數。 第七圖（圖7)為曲線圖，其顯示出依據本發明製造出 光纖之損耗以及模場直經為光纖長度之函數。 詳細說明： 本發明提供方法以及裝置以製造出廣泛範圍之光纖， 其籍由管件中纖維以及管件中細桿纖維化方法達成，其詳 細說明如下。首先，達成所需要心蕊組成份之玻璃或晶質 細桿。不論細桿為圓形，方形，或三角形，或—些其他不同 斷面，其需要只裝配於將被使用之包層管件内。不像人們 所熟知管怦中桿件方法，本發明方法並不需要心蕊以緊密 地以及同心地裝配於包層管件内，由於心蕊纖維關^ 合包層壁面。同樣地，管件開孔並不需要為圓形的，但是能 夠為長方形的，翻形，或其他非圓料能夠形成非園形心 筑。由於本發明心蕊破填或細擰配合管件内徑形狀，當採 用長方形形狀管件開孔，心蕊破璃將配合營件之形狀由於 固結將形成為長方形形牧之心蕊區域。通常長方形心蕊光 本姑尺度適财_家辟（CNS) A7 B7 五、發明説明 纖能釣藉由制隨為長挪歡管造出。在抽拉 光驗，心额面料為長方形（長㈣肖邊倾地圓形化 )。使用本發明方法·出長謂雜之織，其數值孔徑 (NA)大於〇.35，制地我們已達成約為Q,·值孔徑3該 高數值孔徑光纖無法藉由CVD技術製造出，因為需要大量改 變折射率之改善劑將在製造過程中導致心蕊材料之結晶， 裂縫，或彎曲。能夠使用長方形之光纖以有效地耦合由條 紋雷射二極體發出之光線。例如，—般高功率條紋雷射二 極體發射出光束實質上為1 〇〇微米χ丨微米長方形之幾何形 狀。因而，具有該幾何形狀光束更有效地被本發明製造出 光纖捕捉，該心蕊幾何形狀類似雷射光東之幾何形狀。 亦能夠使用其他非圓形包含橢圓形之管件開孔，其能 夠加以使用形成保持偏極性光纖。同樣地,能夠使用斷面 非圓形外側週邊之管件以製造出外側週邊非圓形之光纖。 在每一必需保持為非圓形内徑或外徑實施例中，高抽拉黏 滞性為優先地使光纖或心蕊桿件至少實質地保持内徑或外 徑或兩者之形狀變為容易。特別是，在使用來製造光纖或 心蕊桿件優先實施例中，該桿件具有非圓形心蕊或非圓形 光纖外徑，或兩者，保持抽拉速率以及預製件溫度使得所形 成光纖或心蕊桿件至少實質地保持管件内側以及外側之形 狀。該結果藉由保持抽拉或再柚拉(在製造心蕊桿件情況） 溫度將使得管件黏滯性保持大於107洎。 本發明方法益不需要心蕊細桿為均勻斷面以及具有平 滑表面，不像先前管件中桿件技術。 Γ ’氏^尺度"㈣中囤囤家準（CNS )八峨格（210XU7公犮） \ 6 、 A7 B7五·、發明説明Π )
% 心蕊細桿能夠藉由傳統坩堝熔融以及鑄造，抽拉，溶膠 ，或一些其他技術製造出。細桿在裝置至包層管件内。變 為光纖包層之管件组成份並不加以限制以及種類能夠由純 Si〇2至多種成份玻璃。唯一的要求在於心蕊玻璃炫融於低 於包層管件之軟化點及心蕊與包層間熱膨脹係數差值不能 太大而使所形成光纖由於冷卻而破裂，其詳細說明於底下= 在填充包層管件後，其能夠抽拉為光纖或桿件作為外 包覆s加熱填充管件使包層玻璃軟化以作為拉伸。當包層 管件在抽拉過程中軟化，心蕊細桿將熔融，微細（移除氣泡) ，以及配合包層官件壁板以形成界面，其由包層管件内側表 面決定出。管件外徑（0D)與内徑（ID)比值大致上與光纖或 桿件〇D/ ID比值相同，雖然其能夠藉由施加於熔融心蕊壓力 (正值或負值)，該壓力係相對於包層管件外側。對於相同 已知的光·纖外徑，當較高抽拉溫度將導致較小心蕊直徑時 亦此夠使用抽拉溫度控制心蕊直徑。該控制表示一種實質 上=優點優於傳統預製件，其中一旦毛胚製造出該比值即 固定。使用較高溫度抽拉包層管件（對於純吨包層情況 為20001)作為將心蕊熔融物均勻化以及去除玻璃令有害 之水份。除此，能夠對中心管線施以真空抽除以提昇水份 之去除以及澄清作用。 由於第一抽拉步驟之過程令，使用敞開中心管線能夠 下對躲物外界氣體作控制。肢以及還原氣 ===加於熔融物上方以控制心蕊材料氧化還原狀態或 机处原性金屬心蕊或超導.¾於介電質包層中。多同心圆 本紙通用中 Μ (請先閱讀背而之"意事項再填"本页) 訂----- A7 B7 五、發明説明（名） {請先閲讀背而之注意事項再填荇本Ji) 或平行心蕊亦可藉由該方法製造出，其中一條心蕊可運载 光各化寅afL以及其他電子化貧訊。例如，壓力桿件(.例如摻 雜Ba〇3之Si〇2玻璃桿件）能夠放置於開孔内，其在管件中壁 板鑽孔。該壓力桿件能夠由C:VD製造出以及固結為玻璃，再 放置於開孔内，其鏆入管件之側邊壁极內D可加以變化，，堅 力桿件能夠由非CVD形成之玻璃C例如為熔融玻璃）所構成 以及放置於管件侧邊壁板開孔内。在每一種情況下，在玻 璃壓力桿件放置於管件側邊壁板開孔内於管伴另外一邊上 ，心蕊玻璃原料能夠傳送進入管件内側直徑内，如下列更進 一步之說明。所形成預製件能夠隨後抽拉出以製造保持偏 極性光纖。可加以變化，兩個導電性金屬線能夠加以使闬 以替代壓力桿件（以及同樣地***洞孔（其鑽入管件之側邊 壁板）以製造ώ能夠使用作為光電切換器（例如，能夠施加. 電壓於兩條金屬線之間以改變心蕊之折射率）。 ·" 心蕊上方管件内之壓力亦能夠加以控制以調整心蕊直 徑。該形式之控制處理過程無法使用於任何目前預製件纖 維化之方法，以及本發明中，該控制大大地使特定管件以及 心蕊玻璃铒合物形成變為容易。例如，具有較厚壁板管件， 該真空輔助並不重要。不過，對於較薄壁板之管件，或管件 内心蕊玻璃具有較大溶融深度，由上述心蕊玻璃拖加真空 於管件内能夠加以使用以補償溶融玻璃向外推壓於管件壁 板上之力量，因而有助於保持管件壁板之内側形狀。 能夠使用控制玻璃组成份以及加熱過程以產生梯度折 射率分佈。由於心蕊惊融以及包層軟化，擴散過程相當快 本;尺度適用中国囡家標辛（CNS ) Λ4/見格（210Χ297公犮） \ 1 五、發明説明 A7 B7 經濟部中央標-局3工消兌合作乜印- 速，因而梯度折射率分佈能夠形成於其中α利用適當選擇 包層材料，所製造出光纖能夠融合拼接至傳統光纖，其對現 存光纖網路為十分地實用以及使組件製造變為容易。 ★官件中細桿方法能夠作為複雜之折射率分佈。例如， 第:包層管件具有折射率，其中心蕊與外包層管件間折射 率月b夠控制光纖數值孔徑或其能夠包含***折射率溝槽以 及環帶以控制光纖色散以及模場直徑。第一抽拉減小^射 率刃佈彳二向尺寸約為6—3倍，及第二回合抽拉將再減小4⑽一 500倍，因而能夠達成非常微細結構。 現在隨著附圖更加詳細說明本發明如下，該附圖顯示 出本發明優先使用實施例。本發明實施例可為各種形式以 及亚非只局限於下列優先實施例。我們提供這些實施例使 得，揭示為完整的以及完全地表達本發明之範圍，熟知此 技術者能夠應用這些說明於廣泛範圍之實施例以及應用。 例如，雖然本發明主要針對波導光纖說明，熟知此技術 者f 了解亦可包含由本發明設計出光學物體例如為平面放 $器，耗合器，光纖雷射，法粒地旋轉器，遽波器，光學隔離 器，以及弗線性波導纖維，但是並不受限這些組件。除此， 能夠考慮料導管之連雜包層纖賴造，其將產生超導 體金屬線。村考慮作為光電錢光子晶體複合體。 圖1為裝置100之斷面圖，其適合使用作為實施管件中 纖維方法以抽抵出光纖。首先，在優先實施例中包層管件 112外徑為5 7_以及内徑為2咖，内側壁板1丨8利用乾燥氣體 例如為氣氣(aa)或氣氣混合惰性氣體沖除以去除並不需 10(諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙乐尺度適用中囡國( CNS ) Λ4Α^7ΐΐΙχ29Χ^ΐΓ (3 4,4 Ο 7 1 8 a? ___________Β7 五、發明説明（) 要之水偷。在優先實施例中心蕊原料或纖維丨丨Q直徑為1. 5 mm，其放置於包層管件112内。該原料1或纖維ι1〇優先為— 種材料之拉伸單體桿件，不過一组多個拉伸桿件能夠堆疊 另外一個一個上方於包層管件112内以形成原料。使用一 組多個桿件特別地適合製造忠色散管理光纖。包層管件U2 以及心蕊纖維110形成具有中心線122之填充包層管件，其 藉由高溫爐114加熱，其更進一步說明於底下。高溫爐114 在抽拉溫度下操作，該抽拉溫度等於或高於心蕊纖維1 1〇之 熔融溫度，但是其只促使包層管件112軟化。當包層管件η 2軟化時，心蕊纖維11〇將在抽拉溫度熔融形成心蕊熔融物 120而包含於包層管件112内。優先地抽拉溫度等於或高於 心蕊纖維液相線温度以去除心蕊熔融物120中之結晶=如 在此所使用之熔融物係指心蕊纖維11 〇流動以及填充或變 形至包層管件Π 2内側使得填充包層結構形成。 在本發明優先實施例中，在心蕊熔融以及變形至管件 内部之過程中，心蕊黏滯性僥先地小於1〇6泊，更優先地為 1〇4泊，最優先地為1000泊或更小，以及包層結構保持黏滯 性足以使包層實質地保持其内部形狀。更優先地，包層管 件112在該溫度下黏滯性大於1〇7·6。此為本發明與傳統方 法（例如為桿件以及管件或CVD)不同處，其中心蕊以及包層 黏滯性通常相互匹配使得在抽拉光纖或抽拉玻璃桿件之溫 度下桿件以及管件黏滯性相差小於10倍。而後抽拉出光纖 116。當熔融時，心蕊纖維11〇優先地精細的以及配合包層 管件112之外側壁板U8S形成一個由内側表面118決定出之 本紙浓尺度適用中國國家皁（CNS ) Λ4规格（210X297公步）ff (諳先閱讀背而之注意事項再填寫本页) k
、1T pO飞' S A7 _____ B7五、發明説明（[() 12 經濟部t央標卒局貞工消iiv合作钍印¾ 界面，以及完全地填充包層管件112之内部區域。 在其軟化點溫度，玻璃包層材料112黏滯性約為1 〇7·8 泊。對於一些Si02種類，其將在溫度約為2000°C下發生。 包層材料應該加以選擇使得在心蕊材料填充包層管件内部 溫度下黏滞性大於107泊；以及優先地大於1〇7十以及最優 先地大於108。不過，在該相同溫度下，心蕊12〇例如為69. 8 6莫耳%矽石（Si02)，18. 63莫耳％氧化鋁(;U2〇3)，4. 66莫耳％ 氧化鈉（Na20)，以及6. 85莫耳％氟化鑭(La2Fs)之黏滯性約 為10泊，小於包層112十的數次方。心蕊黏滯性適當地小於 或等於1015泊。加以比較，一般管件_桿件處理過程通常 採用心蕊及包層材料為相同的黏滯性3 本發明一項主要優點在於心蕊纖維11〇能夠製造為任 何形狀（圓形，方形，三角形等）以及藉由任何方法（傳統坩 禍熔融以及鑄造，抽拉，溶膠等）。只有物理規格為心蕊纖 維110裝置於包層管件：U2内側壁板内。因而，在製造心蕊 纖維110過程中需要較不堅硬處理過程。除此，當其底部 被熔融而保持熔融心蕊120固定深度時鬆散填裝心蕊纖維 110可自動地傳送下來或滴下，產生均勻的以及重現性光 纖116。心蕊纖維110熔融溫度如先前所定義，其低於包層 112之軟化溫度，以及心蕊纖維11〇與包層1 π間熱膨脹係數 並不會太大而在冷卻過程中使光纖116破裂。包層112組成 份優先地為矽酸鹽玻璃，但是熟知此技術者了解包層1丨2組 成份實質上並不會受到限制以及其範圍包含純Si〇2至多成 份玻璃。 本纸張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ4規格（2I0X297公疫）ΙΓ (請先閲讀背面之注意事項再填窍本頁) 訂 a 4 c；71 6 A7 -----_ B7 五、發明説明（丨Z)
3 IX 圖2為裝置200之斷面圖，其可適當地加以使用以作為 管件中細桿方法以抽拉出本發明光纖。一米長&〇2包層管 件212(55毫米外徑以及6毫米内徑）利用乾燥氣體沖除以去 除並不想要之水份。5毫米心蕊細桿210放置於於包層管件 2i2内以形成填充包層管件.填充包層管件在高溫爐加熱 至214至170(TC使包層管件212軟化以進行拉伸^當包層管 件212軟化時，心蕊細桿210熔融，以及6画1外徑光學心蕊桿 件216再以標準方式抽拉。在此所謂》桿件"或"心蕊桿件„ 係指光纖前身產物成份由心蕊玻璃材料所構成，在抽拉出 光纖之前其他包層必需加入至心蕊桿件。可藉由例如將玻 璃桿***至玻璃包層護套，或藉由外側汽相沉積法或其他 方法沉積出額外心蕊及/或包層玻璃塗覆上該額外包層。 當炫融時，心蕊細桿210為微細的以及配合包層管件2丨2内 部壁板，其形成由包層管件212内部表面決定出之界面。 在該實施例中，心蕊細桿以及管件首先再抽拉為心蕊 桿件，在抽拉溫度下（例如對於一些矽石形式為丨7〇〇它）包 層材料212黏滯性優先地為1 〇8泊以及在該抽拉溫度下心蕊 細桿210黏滯性約為1〇4泊或更小。 在本發明圖2之實施例中，所形成心蕊桿件216再放置 於外包層管件220内。填充外包層管件220由高溫爐加熱以 軟化外包層管件以進行拉伸。當外包層管件220軟化時，管 件216將軟化，以及抽拉出光纖224。 在本發明使用管件中細桿處理過程形成光纖範例性方 法中，心蕊玻璃組成份以莫耳百分比表示包含70.0¾ Si02, 本紙張尺度適用中國囡家標辛（CNS )八4此格（21〇χ 297公釐） (請先閱读背面之注意事項再填」8本頁} i ." ='0 〇7 ^ 五、發明説明（^) 11.25% Al2〇3，7.5?〇Ta2〇s, l〇?^ CaO, 2% CaF2, 0.05 秘由高聽粉末敎_，純雛，峨於棚。c歷時 12小時以雜批麟乾氣从雜祕獅。[含有覆蓋 高純度扣職巾輯。贼卿石桿件將溶融物 獅形成均勻性，再冷卻至·及由觸物抽拉為4_5 刪直控之細桿。 5晒直徑細桿心蕊破璃再***至一米總麵外徑固結 石夕石毛胚内，該毛胚先較射卜概相沉積法製造出其内 徑為6刪。管件彻氦氣進行沖除以去除並不想要水份以 及加熱至18GGt使吨毛胚軟化以及抽拉為6_直徑心蕊/ 包層桿件，翻敎焰峨為1純之桿件。—米長桿件再 裝置於CVD車床上以及外包覆吨粉塵以得到所需要包層 直徑/心,¾直杻比值為32:1。外包層桿件在〗44〇與15〇〇它 間加以固結_成財心蕊之單體吨毛胚。該毛胚再加 熱至酬，οχ：紋墨電阻高溫射錢則公尺/秒速 率抽拉為標準125微米直徑纖。卿成具有摻雜铒心蕊 之光纖適合使用作為光學放大器。 圖3為抽拉裝置3〇〇,其使用作為藉由另外一種^①處理 過程外包覆光學桿件以及再抽拉出本發明之光纖。由顯示 於圖2之本發明實施例製造出玻璃桿216切割為1米長桿件。 切割出桿件216再裝置於CVD工作床332上以及外包覆Si〇2 以得到包層直徑與心蕊直徑為所需要之比值，因而形成夕2卜 包層光學破璃桿330 °外包層玻璃桿330在1400至15〇〇°〇溫 度下固結以形成單體Si〇a毛胚336。單體毛胚336 —個端部 本纸張尺度適用巾因囷家坊準（CNS)八4現格（21〇χ 297公货） 1Π 15 15 4 07 1 8 A7 B7 五、發明説明（Uf>) (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在尚溫爐338中再加熱至丨950-2000°C抽拉溫度以及抽彳為 標準125微米直徑光纖340。 圖4為曲線圖4000,其顯示出本發明所製造出5公尺長 度光纖之損耗為波長之函數。低損耗光纖(在1310·下為 0. 07dB/rn)在2000公尺長度内由開始至終端每公尺呈現出 相同損耗。光纖心蕊成功地摻雜铒離子Er31，由吸收頻帶 在980與1500nm而證實。除此當980ηη丨雷射光線泵運至光纖 内時可由光纖觀察到Er3+營光。圖4顯示出使用本發明方 法，光纖能夠製造出具有稀土族挣雜劑在其令，其呈現出衰 減為小於2dB/m。 圖5為曲線圖500,其顯示出本發明製造出心蕊玻璃桿 折射率分佈，其使用先前對圖2所說明之心蕊玻璃組成份。 心蕊玻璃桿抽拉出直徑為2· 74mm，桿件心蕊直徑為〇. 21刚， 心必/包層马度比值約為Q.打。如圖5所示，心蕊呈現出折 射率差值約為〇. U(對矽石心蕊），差值百分比為6. 76%(對 未摻雜石夕石包層）。所觀察到最大差值6, 76%顯然地高於一 般CVD所製造出光纖。玻璃桿接著外包覆以及抽拉為丨〇〇〇〇 公尺均勻光纖。在10000公尺長度總心蕊直徑差異為25 微米，與管件中碎玻璃方法比較，其產生差異為±4微米。 因此本發明所製造出光纖顯示出至少10倍之改善。除此使 用Si02作為包層材料將使所形成光纖使用傳統融合拼接器 作融合拼接。當本發明拼接光纖使用SMF-28光纖時將達成 小於〇. 5池拼接損耗，以及本發明拼接至CS-980光纖時拼接 損耗小於0. 2dB。 五、發明説明 (1$) A7 B7 16 ^济部中夾--局3工消巧<- - 圖6為曲線酬G，其‘麵出本發明所製造出5公尺長度 光纖之損耗為波長之函數。管件由沉積純矽石，接著摻雜 鍺之矽石，以及純矽石包層區域而製造出。所形成粉塵預 製件固結形成官件。因而先前對圖2所說明相_式之心 蕊玻璃桿件再***至玻璃管件以及抽拉為光纖。所形成多 種成份心蕊由中央高折射率區域所構成，其圍繞著矽石溝 槽，其再由捧雜Ge〇2之砂石環帶圍繞著。此表示複雜的折 射率分佈能夠製造出而背景衰減小於〇, 5dB/m。 圖7為曲線圖，其顯示出本發明製造出光纖之損耗以及 模場直役為光纖長度之函數。圖7顯示出模場直徑能夠藉 由使用提高折射率而祕至,α Ή央高折射賴域之外側 ，因而擴展模場直徑超過使用單一提高折射率心蕊所達成 之情況。對羚變化長度可達成損耗以及模場直徑變化為最 小，如圖7所示。 本發明方法具有多種優點。本發明方法應用於廣泛之 纖維組成份，其先前無法在使用來製造光纖之所有傳統CVD 達成。改善平坦性以及改善光學特性具有高稀土族元素溶 解性之新穎組成份能夠立即地製造為纖維形式。該方法亦 調節心英纖維Π 〇或心蕊細桿21 〇間熱膨脹係數較大差值， 因為當由於熱膨脹不相匹配所導致之應力遠小於較大尺寸 牛固單體預製件之情況，心蕊11 〇, 21 〇無法牢固地黏附至包 層112, 212持續到心蕊纖維11 〇或心蕊細桿21 〇為纖維或桿 件形式，因為這些應力與光纖，預製件等半徑平方成反比。 因此使用作為有效耦合器及雷射非常大數值孔徑之光纖能 t、纸張適用中_家姑準（CNS)八4規格（2丨0>；297公赴） π (請先聞讀背而之注意事項再填寫本I) 訂 Λ 在 哚 A7 _______B7五、發明説明（) 7 1Λ 夠藉由本發明製造出。 本發明亦能夠在抽拉溫度下控制心蕊炫融物12〇, 22〇 外界之氣體。使用敞開中心線能夠加入氧化，還原或化學 性反應氣體以控制氧化還原性狀態。高於心蕊纖維11〇& 心蕊細桿210壓力能夠加以控制以調整心蕊直徑，如同能夠 調整抽拉溫度。與傳統預製件比較對於相同已知光纖外經 (OD)較高抽拉溫度將導致較小心蕊直徑，一旦毛胚製造出 s亥比值將固定。例如，使用本發明能夠使用這些參數以調 整心.兹直後增加或減少50%。管件外徑與内徑比值大約與 光纖外徑與内徑之比值，其能夠分別地對外側包層管件112 或包層管件212藉由在熔融心蕊120, 220施加正值或負值壓 力而加以控制。除此，使用來抽拉光織116, 216較高溫度作 為將心蕊熔融物120, 220均勻化以及去除存在於心蕊熔融 物120, 220有害之水份。 先前說明包含能夠使熟知此技術者實施本發明之說明 ，人們了解說明本質上為列舉性以及熟知此技術者能夠利 用這些說明而作出許多燮化及改變。例如，心蕊原料例如 心蕊原料110優先地為實心桿件，然而心蕊原料可能是中空 的，或區分為數個較大區塊。除此，原料包含薄的細絲，較 厚細桿，或一組多個拉伸成束纖維以***至管件内，或拉伸 纖維或細桿軸向地堆疊於另外一個上面以***至營件内， 其由於谷融適當地向下傳送。另外一方面，在此所界定原 料十£先地並非粉末或碎玻璃。除此，原料能夠單獨地由心 蕊材料或由心蕊材料形成，其具有包層材料放置其中。由 __ (請先閱讀背¾之注意事項再填¾本Jrj f^J m74mf BH4 El · ---,4 — 丁 '-il 44 07 1 8 A7 B7 五、發明説明（tq ) . 一~—~厂 ' '任何一個實施例能夠放置於管件内，該管件由包層材料所 構成。同樣地，管件能夠由心蕊材料或包層材料形成。因 而，可想像能夠製造出具有一組多個心蕊材料之同心圓環 帶，每一環帶具有相同或不同的光學特性如其他預製件内 之環帶。除此，預製件能夠製造出，加以冷卻以及再加熱以 及抽拉出，雖然其並非優先採用。除此，光纖應該製造成包 含任何一種光纖或使用於一些應用之光纖組件包含光學波 導，單模光纖，多模光纖，放大器，光電光纖，耦合器，雷射等 ，其並非作為限制用。 熟知此技術者了解能夠對本發明作出各種變化及改變 ，其並不會赫本發_神與_。這些變化及改變均包 含於下列申請專利範圍内。 8 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本页) ----v------訂 #ί·--ΐΓ/ν失""局 wj;工 本纸張尺度適财賴家辟(CNS ) 一：_____B7 * ' 五、發明説明（/幻 附圖簡單說明： 第一圖（圖1)為本發明實施管件中纖維方法以抽拉出 光纖適當裝置之斷面圖。 第二圖（圖2)為本發明實施管件申細桿方法以抽拉出 光纖適當裝'置之斷面圖。 第三圖（圖3)顯示出本發明形成外包覆光學桿件適當 裝置，該桿件可依據本發明方法抽拉為光纖。 第四圖（圖4)為西線圖，其顯示出依據本發明管件中. 細桿方法製造出5公尺長度光纖之損耗為波長之函數。 第五圖（圖5)為.曲線圖，其顯示出依據本發明製造出 心蕊包層桿件折射率分佈。 第六圖(圖6)為曲線圖，丼顯示出依據本發明管件中 細桿方法製造出5公尺長度光纖之損耗為波長之函數。 第七圖（圖7)為曲線圖，其顯示出依據本發明製造出 光纖之損耗以及模場直徑為光纖長度之函數。 附圖元件數字符號說明： 裴置100;纖維110;包層112;高溫爐114;光纖116. 壁板118;心蕊120;中心線122;心蕊細桿21〇;包層管件 212;命溫爐214;心蕊桿件216;外包層管件220;光纖 224;玻璃桿330;工作床332;毛胚336;高溫爐338;光纖 340。 ’ 本纸張尺度適用中国g)家榡準（CNS ) Λ4規格（210X297公犮）

Claims (1)

  1. 超"部中央稃-局男二消汴合作杜印- AS B8 六、申請專利範圍 1. 一種製造光纖之方法，該方法包含下列步驟： 放置賁心拉伸原料於中空管件内；以及 對管件至少一部份加熱至溫度足以促使該原料變形為管 件之形狀，以及 減小管件外徑， ’ 其中原料軟化點小於管件軟化點。 2. 依攄申請專利範圍第1項之方法，其中管件由包層結構所 構成。 3. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中中空管件由心蕊材 料所構成。 4. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中原料由連續性原料 所構成，邊原料為心蕊材料。 5·依據申請專利範圍第4項之方法，其中原料由一組多種原 料所構成。 6. 依據申請專利範圍第3項之方法，其中減小外徑步驟包含 形成心蕊桿件，以及該方法更進一步包含利用包層材料外 •包覆心蕊桿件以形成心蕊-包層預製件，以及抽拉心蕊-包 層預製件成為光纖。 7. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中原料由心蕊原料所 構成，其中管件由包層結構所構成。 8. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中減小外徑步驟包含 柚拉管件以及原料直接地成為光纖。 9. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中心蕊原料軟化點以 及包層結構軟化點之差值至少為loot。 本紙分:尺度適用中国國家梠準（CNS ) Λ4ί.?/ίΜ 210X297公沒） ---------裝.------ΐί------ii (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁} 8 8 8 8 ABCD 4407 1 B 六、申請專利範圍 10.依攄申請專利範圍第8項之方法，其中在一個溫度下原 料呈現出之黏滯性小於106泊，在該溫度下管件黏滯性為 107·6 泊。 1L依據申請專利範圍第1項之方法，其中在一個溫度下原 料呈現岀之黏滯性小於106氣在該溫度下管件黏滯性為 107·6 泊。 12. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中在一個溫度下原 料呈現出之黏滯性小於1 〇4泊，在該溫度下管件黏滯性為 107-6泊。 13. 依據申請專利範圍第12項之方法，其中在一個溫度下原 料呈現出之黏滯性小於1000泊，在該溫度下管件黏滯性為 10T-e 泊。 14. 依據申請專利範圍苐1項之方法，其中心蕊原料熱膨脹 係數大於管件之熱膨脹係數_。 15. 依據申請專利範圍第7項之方法，其中包層結構實質上 早獨地為碎石。 16. 依據申請專利範圍第7項之方法，其中包層結構至少為 90重量％矽石，其由化學汽相沉積法製造出。 Π.依據申請專利範圍第16項之方法，其中化學汽相沉積法 ' 包含外侧化學汽相沉積法。 18. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中原料傳送速率較 管件快速。 19. 依據申請專利範圍第7項之方法，其中包層結構包含一 組多個開孔縱向地通過其中，其中該方法更進一步包含下 本纸張尺度適用中國國家標準（(2咕）六4現格（210父297公釐） 1-. - : n^i n^i - - II— I - ------ I — -1 - I -- :- 1—n 一aJ...... i— <1^-----HE----- (诗先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4407 1 8 Λ8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 &、申請專利範園 列步驟： 放置金屬於至少一個一組多根開孔，其由包層結構界定 出；以及 抽拉預製件為電-光之光纖。 20. 依據申請專利範圍第7項之方法，其中包層結構包a— 組多個開孔縱向地通過其中，以及其中方法更進—步^人 下列步驟： 3 放置玻璃桿件進入至少一個一組多個開孔内，該破壤桿 件組成份與包層組成份不同，該開孔由包層結構界定岀，及 抽拉預製件成為保持偏極性之光纖。 ^ ’ 21. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中更進一步包含將 原料摻雜稀土族元素之步驟。 ： 2 2.依據申請專利範圍第21項之方法，其中稀土族元素由镱 ，餌，錯，以及鉉種類選取出。 23. 種製造放大存之方法，其使用依據申請專利範圍第22 項方法製造之光纖，其令更進一步包含耦合光纖至波長區 分多工器之步驟與泵運雷射以及訊號光源連體以形成光纖 放大器。 ’ 24. 依據申請專利範圍第21項之方法，其中稀土族元素由镱 ，斜，以及鉉種類選取出。 25. -種製造光纖雷射之方法，其使用依據申諸衷利範圍第 24項方法製造之规，其巾更進-步包轉合先纖至果運 光源以形成光纖雷射之步驟。 沉.一種光纖，其藉由下列處理過程製造出： 本紙法尺度適用中國國家標羋（CNS )八4規格（210X 297公釐 . . 裝 訂 線 (婧先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ABCD 4407 1 8 六、申請專利範園 放置拉伸連續性原料於中空管件内；以及 對管件至少一部份加熱至溫度足以促使原料變形為管件 之形狀，因而形成預製件。 ; 27. 依據申請專利範圍苐1項之方法，其中管件内部開孔為 非圓形的= 28. 依據申請專利範圍第27項之方法，其中管件内部開孔為 長方形的。 29. 依據申請專利範圍第27項之方法，其中管件内部開孔為 糖圓形的。 3〇.依據申請專利範圍第26項之光纖，其中數值孔徑為〇. 35 或更大。 31. 依據申請專利範圍第3〇項之光纖，其中光纖由破螭構成 之心蕊以及包層區域所構成。 32. 依據申請專利範圍第31項之光纖' 其中光纖心蕊摻雜稀 土元素，該稀土族元素由镱，斜，以及鈒種類選取出。 33, 一種由申請專利範圍32項光纖所構成之光纖雷射，其令 泵運光源耦合至該光纖。 34, 依據申請專利範圍第31項之光纖，其中光纖數值孔徑為 0, 40或更大。 - I II 裝 . -訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標华局眞工消"合作社印- fmm( cns ) Mim (210x297公釐)
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