专利名称：制造光纤预制件的方法，光纤预制件及相关的光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤、光纤预制件及通过在初级预制件(primarypreform)上进行等离子构造(bulit-up)制造最终光纤预制件的方法。
背景技术：
已经存在有几类得到初级预制件的方法，分为用管的技术，CVD(化学气相沉积)类型，在管的内部上沉积材料，无管技术，VAD(气相轴向沉积)类型，轴向沉积材料，OVD(外部气相沉积)类型，在芯棒的外侧沉积材料。本发明不涉及用管获得初级预制件的基于管(tube-based)的技术，即CVD类型的技术。本发明涉及获得初级预制件的无管技术，即VAD或OVD类型的技术。
未出版的欧洲专利申请EP1,388,525涉及一种制造预制件的方法，包括步骤用含有至少高粘度包层的管覆盖至少具有芯和内包层的棒，而且通过加热和紧缩该管或者通过加热玻璃细粒使该棒和该管合成一体，同时沉积形成高粘度包层的玻璃细粒，其中在加热时使用等离子火焰(plasma flame)。
依照US2003/0140659A1，包层管塌陷(collapse)在芯棒上，其中芯棒轴向地设置在包层管内。面向芯棒与包层管之间的环形隙的表面通过在约1000℃的温度下曝光于含氯气氛中进行清洁和脱水。随后，通过在电炉内加热该组件至2150℃(炉温)的温度，在熔融过程中将该包层管粘合到芯棒上。通过进一步地加热该垂直设置的组件，可以很容易地闭合该环形隙。一旦包层管塌陷在芯棒上，该包层管就形成第二玻璃包层。
美国专利5,522,007涉及一种通过使用等离子沉积构造光纤预制件的方法，该方法包括
在要借助于等离子炬构造的初级预制件上沉积构造二氧化硅(build-up silica)；随着所述初级预制件的构造，基本上在所述等离子炬的火焰处以可控的方式将羟基离子注入进所述构造二氧化硅内；用二氧化硅细粒构成所述构造二氧化硅。
依照一种现有技术，由VAD或OVD得到的初级预制件用非常大厚度和很大直径的套管套上，以得到最终的光纤预制件，从该最终的光纤预制件通过拉制得到光纤。采用这些非常笨重的套管所进行的这种装套管的操作极其昂贵，因为这些巨大套管本身的成本非常高。通过用天然或合成颗粒等离子覆面初级预制件来得到最终预制件的技术在用CVD得到初级预制件的情形中是已知的。它比装套管技术便宜的多，因为天然或合成颗粒基本上比厚套管便宜。
据本申请人所知，还没有任何现有技术提到在由VAD或OVD得到的初级预制件上通过用颗粒进行构造来得到最终的光纤预制件。
这种最终的预制件由于使用VAD或OVD过程而不是CVD过程来获得初级预制件，从而无疑可以获得能显示出更小衰减的光纤，同时由于使用用颗粒构造的构造层而不是用厚套管来给初级预制件装套管以从初级预制件得到最终预制件，因此仍旧保持着很有吸引力的制造成本。
然而，情况并非如此。如果对于用CVD得到的光纤，有效的增益对应于0.195dB/km时，则令人惊讶地是，在VAD或OVD类型的初级预制件上使用天然颗粒的等离子构造层非但不会将得到的光纤的衰减例如从0.195dB/km降至0.190dB/km，相反会使其增加至0.210dB/km，即衰减显著地恶化。已经发现，在CVD的情形中，初级预制件与颗粒构造层之间管的固有存在(intrinsic present)形成一个对杂质的物理阻挡层，从而避免了覆面层内包含的杂质扩散进初级预制件内，然而，在VAD的情形中或同样地在OVD的情形中该相同管的存在却允许来自构造层的杂质基本扩散进初级预制件内。
因此，在用VAD或OVD得到的初级预制件与颗粒构造层之间放置相对小厚度的套管，以阻挡从具有颗粒的构造层而来的杂质在套管的外表面与该具有颗粒的构造层的内表面之间的物理界面处的任何迁移，该界面是从颗粒构造层而来朝向初级预制件的杂质保留(retention)的优先(preferential)位置，在光纤拉制后它对应于光纤的有效芯。该界面充当着在最终预制件阶段和在光纤阶段杂质保留的优先位置，在最终的预制件和光纤内所述界面继续存在。套管的厚度越小，颗粒构造层越成比例地笨重(bulky)，最终预制件的制造成本和光纤的制造成本越低。
然而，因为其机械性能，套管必须保持最低限度的厚度，低于该最低限度，套管有可能变得过于脆弱。至于随后得到的光纤，在用VAD或OVD得到的初级预制件与颗粒构造层之间插入相对薄的套管这一事实不仅可以使VAD和OVD过程固有地保持良好的衰减，而且可以使具有颗粒的等离子构造过程固有地保持相对低的制造成本。制造预制件的过程包括一个附加步骤在初级预制件与具有颗粒的构造层之间插入套管，与该附加步骤相联的额外成本很大程度上被在从初级预制件制造最终预制件的过程中用颗粒替代厚套管所取得的利润补偿。插入在由VAD或OVD得到的初级预制件与颗粒构造层之间的薄套管选择由相当纯的二氧化硅即不含任何杂质但可以含掺杂物的二氧化硅制成，例如可以与在CVD沉积过程中所用的相同类型的管。
发明内容
本发明涉及在VAD初级预制件制造过程的情形中和在OVD初级预制件制造过程的情形中，由初级预制件得到最终预制件的方法，和得到的最终预制件，以及通过光纤拉制该最终预制件而得到的光纤。
本发明提供一种制造最终光纤预制件的方法，连续包括制造由VAD沉积方法而得到的初级预制件的步骤；制造由用二氧化硅套管给所述初级预制件装套管而得到的套管初级预制件的步骤；制造由用二氧化硅颗粒构造所述套管初级预制件而得到的最终光纤预制件的步骤。
本发明提供一种制造最终光纤预制件的方法，连续包括制造由OVD沉积方法而得到的初级预制件的步骤；制造由用二氧化硅套管给所述初级预制件装套管而得到的套管初级预制件的步骤；制造由用二氧化硅颗粒构造所述套管初级预制件而得到的最终光纤预制件的步骤。
本发明也提供一种最终光纤预制件，包括由VAD沉积方法得到的初级预制件；包围所述初级预制件的二氧化硅套管；以及由包围所述二氧化硅套管的二氧化硅颗粒制成的构造层。
本发明还提供一种最终光纤预制件，包括由OVD沉积方法得到的初级预制件；包围所述初级预制件的二氧化硅套管；由包围所述二氧化硅套管的二氧化硅颗粒制成的构造层。
从下面借助于实施例给出的描述和所附的附图，可以更加清晰地理解本发明，并且本发明其它的特征和优点将变得很明显，在附图中图1示意性地示出依照本发明的最终预制件的横截面图。
具体实施例方式
参看图1，其中心是最终预制件的光芯1。该光芯1用VAD或OVD得到。光芯1被光学包层2包围。该光学包层2用VAD或OVD得到。光学包层2接触光芯1。光芯1和光学包层2一起形成初级预制件3。该光学包层2和初级预制件3被薄套管(sleeve tube)4包围而且接触该薄套管4。薄套管4具有与传统所用的用来给由VAD或OVD得到的初级预制件装套管的厚套管相比较小的厚度，因此，其厚度较小，而且优选更小。套管4由纯二氧化硅即不含任何杂质的二氧化硅制成。这种纯二氧化硅可以是掺杂的或不掺杂的，优选是合成二氧化硅。套管4被由二氧化硅颗粒制成的构造层5包围而且接触该构造层5。该构造层5可以是同质的，或者可以根据光纤的类型，由不同的颗粒、特别由不同质量的颗粒制成的数个构造子层构成，最低质量的子层位于最外。依据光纤剖面的期望类型，这些二氧化硅颗粒可以是掺杂的或不掺杂的。这些二氧化硅颗粒可以是天然二氧化硅或合成二氧化硅。天然二氧化硅颗粒比合成二氧化硅颗粒便宜但质量较差。然而，对于本发明所涉及的最终预制件的类型，合成颗粒会使光纤拉丝比较困难，这就是天然颗粒即石英颗粒是较好的原因。光芯1具有外半径a和外直径2a。光纤包层2具有外半径b和外直径2b。初级预制件3具有外半径b和外直径2b。套管4具有外半径c和外直径2c。构造层5具有外半径d和外直径2d以及厚度f，由若干彼此不同的子层形成的均匀层构成，这些子层可以包括彼此不同的二氧化硅颗粒。套管4具有厚度e。初级预制件的外直径例如为约30mm。构造层5的外直径2d也是最终预制件的外直径2d，其与光芯的外直径2a的比例如为约14。
当以相对高的炉温操作最终预制件的拉丝过程时，就会促进杂质的扩散，然而依照本发明的过程却是更加有利的，因为它可以避免杂质的这种扩散。当位于炉内的气态流体具有较低的导热性，例如与单独使用氦的情形相反，在50％氦/50％氩混合物的情形中时，炉的温度会更高。因此，通常在低成本的方法中，本发明是特别有利的。
为了保持良好的机械强度性能，套管4优选具有至少1.5mm的厚度。
为了降低最终预制件的制造成本和通过拉丝最终预制件得到光纤的制造成本，最终预制件应当具有下面性质中的一个或多个。优选地，套管4的外直径2c至多是初级预制件3其外直径2b的一倍半。优选地，套管4的厚度e至多是3mm。基于相同的目的，构造层5应当具有下面性质中的一个和/或另一个。优选地，构造层5的外直径2d比光芯1的外直径2a大10倍。优选地，构造层5的厚度至少等于初级预制件3的外直径2b。
为了在最终预制件的制造成本与机械性能之间获得最佳的平衡，该最终预制件应当具有下面性质中的一个和/或另一个。优选地，套管4的厚度e介于初级预制件3其外直径2b的5％与12％之间。优选地，套管4的外直径2c介于光芯1的外直径2a的4.5倍与5.5倍之间。
最终预制件的套管4优选地形成一个充分的阻挡层(barrier)，避免来自构造层5的杂质扩散进初级预制件3内，以使通过光纤拉丝所述最终预制件得到的所述光纤的衰减至多为0.200dB/km，优选地至多为0.195dB/km，更加优选地至多为0.190dB/km。
通过光纤拉丝本发明的最终预制件而得到的本发明的光纤优选用在低成本的通信系统中，该通信系统可以是低成本的长距离通信系统，或者可以是低成本的城域通信系统，其中“长距离”通常指的是几百至几千km的距离，“城域”指的是适当的距离，即几公里至数十公里。
权利要求
1.制造最终光纤预制件的方法，连续包括制造由VAD沉积方法而得到的初级预制件(3)的步骤；制造由用二氧化硅套管(4)给所述初级预制件(3)装套管而得到的套管初级预制件的步骤；制造由用二氧化硅颗粒构造所述套管初级预制件而得到的最终光纤预制件的步骤。
2.制造最终光纤预制件的方法，连续包括制造由OVD沉积方法而得到的初级预制件(3)的步骤；制造由用二氧化硅套管(4)给所述初级预制件(3)装套管而得到的套管初级预制件的步骤；制造由用二氧化硅颗粒构造所述套管初级预制件而得到的最终光纤预制件的步骤。
3.一种最终光纤预制件，包括由VAD沉积方法得到的初级预制件(3)；包围所述初级预制件(3)的二氧化硅套管(4)；以及由包围所述二氧化硅套管(4)的二氧化硅颗粒制成的构造层(5)。
4.一种最终光纤预制件，包括由OVD沉积方法得到的初级预制件(3)；包围所述初级预制件(3)的二氧化硅套管(4)；由包围所述二氧化硅套管(4)的二氧化硅颗粒制成的构造层(5)。
5.根据权利要求3或4的预制件，其特征在于所述套管(4)的外直径(2c)至多是所述初级预制件(3)的外直径(2b)的一倍半。
6.根据权利要求5的预制件，其特征在于所述套管(4)的厚度(e)为所述初级预制件(3)的外直径(2b)的5％-12％。
7.根据权利要求3至6中任一项的预制件，其特征在于所述套管(4)的厚度(e)至少为1.5mm。
8.根据权利要求3至7中任一项的预制件，其特征在于所述套管(4)的厚度(e)至多为3mm。
9.根据权利要求3至8中任一项的预制件，其特征在于所述初级预制件(3)具有光芯(1)和光学包层(2)，所述套管(1)的外直径(2c)为所述光芯(1)的外直径(2a)的4.5倍-5.5倍。
10.根据权利要求3至9中任一项的预制件，其特征在于所述初级预制件(3)具有光芯(1)和光学包层(2)，所述构造层(5)的外直径(2d)比所述光芯(1)的外直径(2a)大10倍。
11.根据权利要求3至10中任一项的预制件，其特征在于所述构造层(5)的厚度(f)至少等于所述初级预制件(3)的外直径(2b)。
12.根据权利要求3至11中任一项的预制件，其特征在于所述二氧化硅颗粒是天然二氧化硅颗粒。
13.根据权利要求3至11中任一项的预制件，其特征在于所述二氧化硅颗粒是合成二氧化硅颗粒。
14.通过对前述任一权利要求所述的最终预制件进行光纤拉丝所得到的光纤，其特征在于所述最终预制件的套管(4)形成一个充分的阻挡层，以避免来自所述构造层(5)的杂质扩散进入所述初级预制件，以使通过对所述最终预制件进行光纤拉丝而得到的所述光纤的衰减至多为0.200dB/km。
15.通过对前述任一权利要求所述的最终预制件进行光纤拉丝所得到的光纤，其特征在于所述最终预制件的套管(4)形成一个充分的阻挡层，以避免来自所述构造层(5)的杂质扩散进入所述初级预制件，以使通过光纤拉丝所述最终预制件得到的所述光纤的衰减至多为0.195dB/km。
16.通过对前述任一权利要求所述的最终预制件进行光纤拉丝所得到的光纤，其特征在于所述最终预制件的套管(4)形成一个充分的阻挡层，以避免来自所述构造层(5)的杂质扩散进入所述初级预制件，以使通过光纤拉丝所述最终预制件得到的所述光纤的衰减至多为0.190dB/km。
17.低成本的长距离通信系统，包括根据权利要求14至16中任一项的光纤。
18.低成本的城域通信系统，包括根据权利要求14至16中任一项的光纤。
全文摘要
本发明涉及光纤、光纤预制件及在初级预制件(primary preform)上通过进行等离子构造(bulit－up)制造最终光纤预制件的方法。本发明特别涉及一种最终光纤预制件，包括由VAD沉积方法或OVD沉积方法得到的初级预制件(3)；包围所述初级预制件(3)的二氧化硅套管(4)；以及由包围所述二氧化硅套管(4)的二氧化硅颗粒制成的构造层(5)。
文档编号G02B6/00GK1629665SQ20041010123
公开日2005年6月22日 申请日期2004年12月15日 优先权日2003年12月15日
发明者让·弗洛朗·康皮翁, 伊莎贝尔·德科, 维尔日妮·埃尔许尼尔兹 申请人:德雷卡通信技术公司