专利名称：光纤制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤制造方法
背景技术：
周知的光纤包括含有碱金属元素的芯部(參见日本专利申请公开(PCT申请的翻译)No. 2005-537210、No. 2007-504080、No. 2008-536190、No. 2009-541796、No. 2010-501894、以及 No. 2010-526749，美国专利申请公开 No. 2006/0130530，美国专利No. 5146534，以及国际公开No. 98/002389)。通常认为通过将碱金属元素添加进芯部，降低了拉制光纤预制棒以生产光纤时芯部的粘性，并且让玻璃网络结构能够松弛，从而減少光纤的传输损耗。另外，周知另ー低损耗光纤，其包括由未添加碱金属元素的纯石英玻璃构成的芯部。周知在制造这种光纤的过程中，为了促进玻璃网络结构的松弛，在拉丝炉下方布置退火炉，以延长加热时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤制造方法，这种光纤包括含有碱金属元素的芯部，该光纤具有低传输损耗。根据本发明的一方面，一种光纤制造方法，包括拉制包括芯部和包层部的娃基光纤预制棒，芯部具有大于等于5原子ppm的碱金属元素平均浓度，其中，在拉制期间使玻璃温度保持大于等于1500° C的时间为小于等于110分钟。在根据本发明实施例的光纤制造方法中，光纤预制棒芯部中碱金属元素的平均浓度优选小于等于500原子ppm。适宜地，光纤预制棒的芯部含有碱金属元素和卤族元素，以及，芯部中除这些元素以外的添加元素的平均浓度等于或低于芯部中卤族元素的平均浓度。光纤预制棒的芯部中卤族元素的平均浓度优选在1，000原子ppm至20，000原子ppm的范围内。碱金属元素优选是钾。
在根据本发明实施例的光纤制造方法中，光纤预制棒拉制期间的拉制速度适宜为1200米/分钟或更高，更适宜在1200米/分钟至2500米/分钟的范围内。光纤预制棒具有的直径适宜为70毫米至170毫米。光纤预制棒拉制期间的拉制张カ(施加于玻璃部的力)适宜在30克(O. 29牛顿)至150克(I. 47牛顿)的范围内。在根据本发明实施例的光纤制造方法中，适宜地，在光纤预制棒的拉制期间，使直径小于等于200微米的拉制玻璃纤维在1500° C或更高温度下加热O. 3秒或更短时间，以及，光纤预制棒的单个位置在拉丝炉中滞留时间小于等于4小吋。更具体地，滞留时间定义为从光纤预制棒的ー个位置通过拉丝炉上端的时刻、到该位置通过拉丝炉下端的时刻之间的持续时间。优选地，直径小于等于200微米的拉制玻璃纤维在1500° C或更高温度下加热O. 01秒或更短时间。在光纤预制棒的拉制过程中，光纤预制棒的任意位置在拉丝炉中的滞留时间优选小于等于4小吋。
—种根据本发明实施例的光纤制造方法是一种光纤制造方法，该光纤包括芯部和围绕芯部的包层部，其中，光纤预制棒的芯部具有大于等于5原子ppm的碱金属平均浓度、以及1000原子ppm或更高的卤族元素平均浓度，芯部中除碱金属或卤族元素以外的添加元素的平均浓度等于或低于芯部中卤族元素的平均浓度，光纤预制棒具有70毫米至170毫米的直径，拉制光纤时光纤的拉制速度为600米/分钟或更高，以及，施加于玻璃部的力在30克(O. 29牛顿)至150克(I. 47牛顿)的范围内。光纤的拉制速度优选在1200米/分钟至3000米/分钟的范围内。此外，提供了ー种由根据本发明实施例的光纤制造方法所制造的光纤，其中，该光纤在1550纳米波长下传输损耗小于等于O. 18分贝/千米(dB/km)。根据本发明的实施例，能够制造具有低传输损耗的光纤，该光纤包括含有碱金属元素的芯部。
图IA是图示光纤预制棒的折射率分布和碱金属元素浓度分布的曲线，而图IB是图示光纤的折射率分布、碱金属元素浓度分布、以及光功率分布的曲线；图2的曲线图示，在拉丝炉中将玻璃温度维持于1500°C或更高温度的持续时间与I. 55微米波长下光纤的传输损耗之间的关系；图3是拉制装置的方案视图；图4是图示在拉制装置中将玻璃温度维持于1500°C或更高温度的时间Tl的方案视图；图5是图示在拉制装置的拉丝炉中滞留时间T2的方案视图；图6是图示拉制速度与I. 55微米波长下光纤的传输损耗之间关系的曲线；图7是图示拉制速度与I. 55微米波长下光纤的传输损耗之间关系的曲线；图8是图示光纤预制棒直径与I. 55微米波长下光纤的传输损耗之间关系的曲线；图9是图示拉丝炉中的滞留时间与I. 55微米波长下光纤的传输损耗之间关系的曲线；图10是图示光纤的折射率分布的曲线；图11是图示光纤的折射率分布的曲线；图12是图示光纤的折射率分布的其他示例的方案视图；图13的曲线以拉制期间施加于玻璃的カ为參数图示光纤的玻璃部中残余应カ；图14是图示光纤的残余应カ的方案视图；以及图15是图示另ー拉制装置的方案视图。
具体实施例方式下面，參照
本发明的实施方式。出于说明的目的提供附图，而并非要限制本发明的范围。在附图中，相同的组成部分使用相同的附图标记，并且省去重复的说明。图中的尺寸比例并不总是与各图中所描述实际对象的尺寸比例相同。根据本发明人的发现，在制造芯部含有碱金属元素的光纤的情况下，当如制造纯石英构成的光纤那样通过在拉丝炉下方布置退火炉来延长加热时间时，得到的光纤在有些情况下具有増大的传输损耗。因此，在根据本发明的光纤制造方法中，当拉制芯部含有碱金属元素的光纤预制棒时，缩短了拉丝炉中加热光纤预制棒的时间。图IA是图示光纤预制棒的折射率分布和碱金属元素的浓度分布的曲线。图IB是图示光纤的折射率分布、碱金属元素浓度分布、光功率分布的曲线。有关缩短拉制期间加热时间时使光纤传输损耗降低的机制尚不清楚，目前有如下想法拉制期间加热时间的延长使得添加进芯部的碱金属元素扩散，因而，碱金属元素更大范围扩散，向外延伸达到的位置为通信波长范围(1550纳米带)的模场直径(MFD)的三倍或更远。如图IB所示，因此，降低了光纤芯部中碱金属元素的有效浓度。从而，玻璃网络结构不会发生松弛，因此，无法降低光纤的传输损耗。在根据本发明实施例的光纤制造方法中，为了适当地实现损耗的減少，添加至光纤预制棒芯部的碱金属元素(例如钾)的平均浓度为5个原子ppm (atm *ppm)或更高,并且适宜为50原子ppm (atm · ppm)或更低。钾浓度越高，由于射线照射导致的损耗越高。因此，芯部中钾平均浓度的上限为500原子ppm (atm · ppm)。在拉丝炉中将玻璃的温度维持于1500°C或更高温度的时间为110分钟或更短。拉制速度适宜为1200米/分钟或更高，更适宜为1500米/分钟至2300米/分钟。光纤预制棒的直径适宜为70毫米至170毫米，更适宜为90毫米至150毫米。图2的曲线示出，以光纤预制棒芯部中的钾平均浓度为參数，在拉丝炉中将玻璃温度维持于1500°C或更高温度的时间Tl与I. 55微米波长下光纤的传输损耗之间的关系。各测量点的传输损耗不于表I中。表I
权利要求
1.一种光纤制造方法，包括 拉制包括芯部和包层部的硅基光纤预制棒，所述芯部具有大于等于5原子ppm的碱金属元素平均浓度， 其中，在拉制期间使玻璃的温度維持在大于等于1500° C的时间为小于等于110分钟。
2.根据权利要求I所述的光纤制造方法， 其中，所述光纤预制棒的芯部中所述碱金属元素的平均浓度小于等于500原子ppm。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的光纤制造方法， 其中，所述光纤预制棒的芯部含有卤族元素，以及 其中，所述芯部中除所述碱金属元素或所述卤族元素以外的添加元素的平均浓度等于或低于所述芯部中卤族元素的平均浓度。
4.根据权利要求3所述的光纤制造方法， 其中，所述光纤预制棒的所述芯部中所述卤族元素的平均浓度在1，000原子ppm至20，000原子ppm的范围内。
5.根据权利要求I至权利要求4中任一项权利要求所述的光纤制造方法， 其中，所述碱金属元素是钾。
6.根据权利要求I至权利要求5中任一项权利要求所述的光纤制造方法， 其中，在所述光纤预制棒的拉制期间，拉制速度大于等于1200米/分钟。
7.根据权利要求6所述的光纤制造方法， 其中，在所述光纤预制棒的拉制期间，拉制速度小于等于2500米/分钟。
8.根据权利要求I至权利要求7中任一项权利要求所述的光纤制造方法， 其中，所述光纤预制棒具有的直径为70毫米至170毫米。
9.根据权利要求I至权利要求8中任一项权利要求所述的光纤制造方法， 其中，在所述光纤预制棒的拉制期间，施加于玻璃部的力在O. 29牛顿至I. 47牛顿的范围内。
10.根据权利要求I至权利要求9中任一项权利要求所述的光纤制造方法， 其中，在所述光纤预制棒的拉制过程中，将直径小于等于200微米的拉制玻璃纤维在1500° C或更高温度下加热O. 3秒或更短时间，以及 其中，所述光纤预制棒的单个位置在拉丝炉中滞留时间小于等于4小吋。
11.根据权利要求I至权利要求10中任一项权利要求所述的光纤制造方法， 其中，所述光纤预制棒的任何位置在拉丝炉中滞留时间小于等于4小吋。
12.—种光纤制造方法，所述光纤包括芯部以及围绕所述芯部的包层部， 其中，所述光纤预制棒的芯部具有大于等于5原子ppm的碱金属平均浓度、以及大于等于1000原子ppm的卤族元素平均浓度， 所述芯部中除所述碱金属或所述卤族元素以外的添加元素的平均浓度等于或低于所述芯部中卤族元素的平均浓度， 所述光纤预制棒具有70毫米至170毫米的直径， 当拉制所述光纤时，所述光纤的拉制速度大于等于600米/分钟，以及 施加于玻璃部的カ是在O. 29牛顿至I. 47牛顿的范围内。
13.根据权利要求12所述的光纤制造方法，其中，所述光纤的拉制速度在1200米/分钟至3000米/分钟的范围内。
14.ー种通过权利要求I所述的光纤制造方法制造的光纤，其中，所述光纤在1550纳米波长下传输损耗小于等于O. 18分贝/千米。
全文摘要
本发明提供了一种具有低传输损耗的光纤的制造方法，该光纤包括含有碱金属元素的芯部。用拉制装置对包括芯部和包层部的光纤预制棒进行拉制以形成光纤，该芯部具有大于等于5原子ppm的碱金属元素平均浓度。在拉制期间，使玻璃温度维持在大于等于1500°C的时间为110分钟或更短。拉制速度适宜为大于等于1200米/分钟，更适宜为1500米/分钟至2300米/分钟。光纤预制棒具有的直径适宜为70毫米至170毫米，更适宜为90毫米至150毫米。
文档编号C03B37/027GK102826750SQ201210199740
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月14日 优先权日2011年6月15日
发明者春名彻也, 平野正晃, 田村欣章 申请人:住友电气工业株式会社