专利名称：具有改进的弯曲损耗特性的光纤及其制造方法
技术领域：
本发明涉及制造光纤的方法，更具体地涉及制造具有改进的弯曲特性的沟道型 (trench-type)光纤的方法。
背景技术：
本申请要求2009年2月11日在韩国提交的韩国专利申请No. 10-2009-0011034 的优先权，其整体内容在此通过弓I证并入。随着信息和通信技术的发展最近对带宽的需求增加，光纤广泛用作有线通信介质。相比于其他类型的介质，光纤在损耗和带宽方面具有优势但是在处理方面具有劣势，特别是除了 POF(聚合物光纤)以外。具体地，在FTTH(光纤到户)业务中，当光纤被容纳或者安装时会发生各种小的弯曲。另外，现有的光纤在小的弯曲处具有大的弯曲损耗，因此不容易靠近角落安装光纤或者使用具有小的弯曲半径的配线器(organizer)。此外，具有增强的传输能力的DWDM(密集波分复用)系统或者CWDM(稀疏波分复用)系统使用ieOOnm波长段以及现有的1550nm波长段。然而，在针对1550nm波长段进行了优化的现有光纤用于1600nm波长段的情况下，模场直径增加，导致弯曲损耗增加。由此，为了防止因损耗增加造成系统传输特性恶化，要求改进光纤，以使得在ieOOnm波长段的弯曲损耗不大于在1550nm波长段的弯曲损耗。由于如上所述在FTTH情形中光纤的弯曲损耗特性变得更重要，所以技术标准化协会ITU-T建立了 G657标准来将具有减小的弯曲损耗的光纤作为重要问题进行处理。具体地，这些标准被分类为A型和B型，其中A型标准处理与现有光纤的兼容性(G652D)，但是更重要地，B型标准除了与G652的兼容性以外更严格地对待弯曲损耗。图1是示出光纤的弯曲损耗特性的表。如图1所示，尽管标准被分类为A型和B型，但是随着最近的技术创新，市场上目前投放的光纤趋向于具有A型的兼容性和B型的弯曲损耗特性两者。另外，在FTTH情形中特别有利的超低弯曲损耗光纤(允许R5mm弯曲)也被商业化。由于光纤的弯曲损耗特性被给出，所以提出了很多实现方案，如下所述。首先，为了基于SI (阶梯折射率)结构进行改进，要求减小MAC值(=MFD/截止)， 该SI结构是一种现有的SMF(单模光纤)光纤结构。这使得能够最大程度地限制进入光纤中心的光，由此防止在光纤弯曲时的光泄漏。尽管根据光纤的结构可能具有任何差异，但是 Mac值总体上具有如以下的公式1中的与弯曲损耗的关系。公式1Loss = exp[8. 5_519*Dmm(l/X *Mac)3]λ 波长(nm)，Dnm 弯曲直径当采用SI结构时，通过减小Mac值来降低弯曲损耗，但是这可能导致与现有光纤的兼容性的问题(由于MFD的差异)。作为现有SI结构的改进，提出了一种凹陷(expressed)结构(参见图2)。在该凹陷结构中，与芯2-a相邻的包层2-b与现有的包层相比具有降低的折射率。如果应用该凹陷结构，则与SI结构相比改进了与G652光纤的兼容性，并且还减小了弯曲损耗。该凹陷结构通常通过作为外部沉积法中的一种的VAD工艺来实现。与该凹陷结构一起，还提出了一种沟道(trench)结构作为改进(参见图3)。在该沟道结构中，与芯3-a相邻的包层3-b保持其折射率与最外层包层3-d相同，并且类似于凹陷结构的折射率降低部分3-c位于距芯3-a适当距离处。与凹陷结构相比这种结构有些复杂，因此通常针对该结构采用内部沉积工艺，而不是VAD工艺，在该内部沉积工艺中能够容易地调整折射率。然而，该结构表现出优异的弯曲损耗特性，因此正在进行很多研究以通过 VAD工艺来实现该结构。通过沟道结构来减小弯曲损耗的技术在美国专利申请公报US20080056658、韩国专利登记No. 0820926和韩国专利申请公报No. 2007-0101145中公开。这些技术建议能够通过沟道结构来减小弯曲损耗。然而，除了弯曲损耗以外，没有建议减小羟基(hydrOXyl，0H_)损耗(在G657标准中很重要)并且没有建议生产率。换句话说，建议用于减小弯曲损耗的沟道结构可能在OH损耗和生产率方面导致问题，但是没有实质解决方案。光纤制造技术总体上分为内部沉积工艺和外部沉积工艺。在内部沉积工艺中，以适当比例混合的化学成分在管中沉积，使得光纤具有期望的折射率。该工艺可以再现相对复杂的折射率，但是在OH损耗特性和生产率方面比外部沉积工艺差。外部沉积工艺包括VAD (汽相轴向沉积)和OVD (外部汽相沉积)。在VAD的情况下，在工艺期间芯的内部不暴露到外部，因此在OH损耗方面VAD比OVD好得多。为此，由于其优异的OH损耗特性和优异的生产率，当制作具有相对简单的结构的SMF时，光纤制造商广泛采用VAD工艺。
发明内容
技术问题然而，当使用VAD工艺制造沟道结构的光纤时，出现以下问题。首先，将光纤的沟道部分与芯相邻设置以减小光纤的沟道结构中的弯曲损耗是有利的。此时，当应用VAD工艺时，为了实现沟道结构，制作芯和与芯接触的包层，接着通过外部沉积形成下一区域(或者沟道部分)。在此情况下，由于与芯相邻的包层具有更小的厚度，所以当通过外部沉积形成下一区域(或者沟道部分)时，由于OH杂质而使光纤的OH损耗不利地增加。另外，为了形成光纤的沟道结构，现有的VAD工艺从两阶段沉积改变为三阶段沉积。为此，在作为VAD工艺的重要优点之一的生产率方面出现严重的问题。本发明是为了解决现有技术的问题而设计的，因此本发明的目的是提供一种在应用VAD工艺的情况下具有减小的OH损耗和改进的生产率的制造光纤的方法，以制作具有优异的弯曲特性的具有沟道结构的光纤。本发明还致力于提供一种通过以上方法制造的光纤。本发明的其他目的和方面将在以下解释并且容易从实施方式的随后描述理解。另外，本发明的目的和优点能够通过所附的权利要求中限定的组成部分或者其组合实现。
技术方案为了实现上述目的，本发明提供一种制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法，所述方法包括(a)通过沉积形成芯和第一包层；(b)制备包含不超过预定级别的羟基(0H_)杂质的管，并通过外覆层工艺(over-cladding)将所述管围绕所述第一包层接合以形成第二包层；以及(c)围绕所述第二包层形成第三包层。所制备的管优选地具有预定的折射率，并且根据第三包层的折射率，所述管优选地具有-0. 到-1. 0%的分数(fractional)折射率变化(D)，其中所述管的分数折射率变化(D)等于(N3-N4)/N4，其中N3是第二包层的折射率，N4是第三包层的折射率。另外，所制备的管优选地包含IOppm或更少的羟基(0H_)杂质。此外，在步骤(a) 中，芯和第一包层优选地通过沉积形成。另外，步骤(a)可以包括(a_l)通过烟灰(sooting)工艺形成芯和第一包层； (a-2)通过脱水(dehydration)工艺从所述芯和第一包层去除羟基杂质；(al)通过烧结 (sintering)工艺对所述芯和第一包层进行烧结以制作多孔预制件；以及(a_4)通过延长 (elongation)工艺来延长所述多孔预制件。优选地，步骤(b)包括(b-Ι)制备包含不超过预定级别的羟基(0H_)杂质的外包管；(b-幻将具有所述芯和第一包层的第一阶段预制件插入到所述外包管中；以及(b-3)通过对所述外包管加热来熔化所述外包管以将所述外包管接合到第一阶段预制件。另外，在步骤(C)中，优选地通过外部沉积或者外覆层工艺围绕第二包层形成第
三包层。在本发明的另一方面，还提供了一种根据上述方法制造的具有改进的弯曲损耗特性的光纤。在本发明的又一方面，还提供了一种具有改进的弯曲损耗特性的光纤，该光纤包括位于该光纤的中心的芯、围绕所述芯形成的第一包层、围绕第一包层形成的第二包层、 和围绕第二包层形成的第三包层，其中所述芯具有大于第一、第二和第三包层的最大折射率中的任意一个的最大折射率，并且第二包层的最大折射率小于第一和第三包层的最大折射率中的任意一个，并且其中第二包层包含IOppm或更少的羟基(0H_)杂质。优选地，第二包层是通过将先前制备的管通过外覆层工艺接合到第一包层而形成的。有益效果根据本发明，当制造具有优异的弯曲特性的具有沟道结构的光纤时，使用先前制备的管通过外覆层工艺来形成用作沟道部分的第二包层，因此能够节约生产时间并且提高
生产率。另外，当通过包套来形成第二包层时，所制备的管中包含的羟基(0H_)的量被控制，因此能够减小最终制造的光纤的OH损耗。
参照附图从随后的实施方式的说明本发明的其他目的和方面将变得明显。其中图1是示出光纤的弯曲损耗标准的表；图2是示出通过改进现有的SI结构获得的凹陷型光纤的示意图3是示出通过改进现有的凹陷结构获得的沟道型光纤的示意图；图4是示出根据本发明的一个实施方式制造的具有改进的弯曲损耗特性的光纤的示意图；图5是例示根据本发明的一个实施方式的制造具有改进的弯曲损耗特性的光纤的方法的流程图；图6是示出根据本发明的一个实施方式的制造具有改进的弯曲损耗特性的光纤的方法的各个工艺的示例的示意图；图7、图8和图9是示出制造根据本发明的一个实施方式的光纤的第一阶段预制件的工艺的示例的示意图；图10是示出制造根据本发明的一个实施方式的光纤的第二阶段预制件的外覆层工艺的示例的示意图；以及图11是示出根据本发明的一个实施方式制造的具有改进的弯曲损耗特性的光纤的测量特性的表。〈附图中的主要部件的附图标记>a:芯b:第一包层C:第二包层d:第三包层
具体实施例方式在下文中，参照附图详细描述本发明的优选实施方式。在描述之前，应理解本说明书和所附的权利要求中使用的术语不应理解为限制于通常和辞典中的含义，而应根据允许发明人为了最好的说明而适当地定义术语的原则，基于与本发明的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，在此提出的说明仅仅是为了例示目的的优选示例，而不旨在限制本发明的范围，因此应理解可以对本发明进行其它等同和修改而不背离本发明的实质和范围。图4是示出根据本发明的一个实施方式制造的具有改进的弯曲损耗特性的光纤的示意图。参照图4，根据本发明制造的光纤包括位于中心的芯(a)、围绕芯(a)的第一包层 (b)、围绕第一包层(b)的第二包层(c)和围绕第二包层(c)的第三包层(d)。该光纤是具有类似于第二包层(C)的沟道部分的沟道型光纤。芯(a)具有大于第一到第三包层(b) (c) (d)的最大折射率N2、N3、N4中的任意一个的最大折射率W。第二包层(c)的最大折射率N3小于第一和第三包层(b) (d)的最大折射率N2、N4中的每一个。另外，第二包层(c)包括不超过IOppm的羟基(0H_)杂质。为此，当制造根据本发明的光纤时，通过将先前制备的包含IOppm或更少的羟基杂质的管通过外覆层工艺接合到第一包层(b)的外周来制作第二包层(c)。现在说明根据光纤的结构的各个特性值。首先，芯(a)具有3. 5mm到4. 5mm的半径R1。假设第一包层(b)具有半径R2，R2/R1的值被设置为1. 5到6. 5。另外，假设第二包层(c)具有半径R3，R3-R2的值被设置为1. Omm到10. 0mm。第三包层(d)的半径R4被设置为 62. 5mmο另外，在光纤结构的特性当中，说明基于第三包层的分数折射率变化。在此，基于第三包层的分数折射率变化用以下公式计算Dn= (Nn-M)/N4。首先，芯(a)被配置为具有 0. 3%到0. 5%的分数折射率变化Dl。第一包层(b)被配置为具有-0. 到0. 的分数折射率变化D2。第二包层(c)被配置为具有-1.0%到-0.1%的分数折射率变化D3。在下文中说明制造这种光纤的方法。图5是例示根据本发明的一个实施方式的制造具有改进的弯曲损耗特性的光纤的方法的流程图。图6示出根据本发明的一个实施方式的制造具有改进的弯曲损耗特性的光纤的方法的各个工艺的示例。参照图5和图6，在根据本发明的制造光纤的方法中，首先，通过沉积、脱水和烧结来形成位于光纤的芯区域的芯(a)和第一包层(b)。此时，芯(a)和第一包层(b)被制作为适当的几何结构以满足根据本发明的光纤的特性值(例如芯和半径)。另外，此时形成的第一包层(b)具有比芯(a)相对小的折射率(SlO)。通过该工艺，制作了由芯(a)的区域和第一包层(b)的区域组成的第一阶段预制件。接着，执行制备要围绕第一阶段预制件的外周形成的第二包层(C)的工艺。换句话说，预先制备要用于制作第二包层(C)的具有预定特性的管。该管是管状圆柱形预制件，将通过外覆层工艺将该管接合到第一包层(b)的外周。所制备的管也被称为外包管 (over-clad tube)。另外，所制备的管包括不超过预定级别的羟基(0H_)杂质。更具体地， 所制备的管中包含的羟基杂质不超过lOppm。包括更少量的羟基杂质的管是优选的(S20)。如果如上所述制备了外包管，则所制备的管位于第一包层(b)周围，接着通过外覆层工艺将该管接合到第一包层(b)。这种外覆层工艺还被称为“包套”。所制备的管围绕第一包层(b)接合以形成第二包层(C)。如果如上所述形成了第二包层(c)的区域，则制作了第二阶段预制件。此时形成的第二包层(C)具有比第一包层(b)相对小的折射率。在该光纤结构中，第二包层被称为沟道部分(S30)。如果制备了第二阶段预制件，则执行形成围绕第二阶段预制件的第二包层(C)的外周的第三包层(d)的工艺。第三包层(d)通过沉积或者外覆层工艺形成。另外，第三包层(d)具有比第二包层(c)相对大的折射率。如果如上所述形成了第三包层(d)的区域， 则制作了第三阶段预制件(S40)。如果制作了第三阶段预制件，则执行拉伸/PT工艺以及测量和评估光纤的各个组件的特性值的工艺。具体地，要通过外覆层工艺接合的所制备的管形成围绕第一包层(b)的第二包层 (c)，因此该管被配置为具有-0. 到-1. 0%的基于第三包层(d)的折射率的分数折射率变化。下面更详细地说明制作由芯(a)和第一包层(b)组成的第一阶段预制件的外部沉积工艺。图7、图8和图9示出制作根据本发明的一个实施方式的光纤的第一阶段预制件的工艺的示例。首先，图7例示了烟灰工艺，其中从燃烧器中通过火焰水解反应产生的玻璃颗粒沉积到预制件的外部。接着，图8例示了使用(12气体从图7的烟灰工艺获得的多孔预制件去除羟基杂质的工艺。换句话说，在腔室中产生Cl2环境来去除预制件中包括的羟基(hydroxyl group) (脱水工艺)。随后，对去除了杂质的多孔预制件进行烧结(烧结工艺)。在如上所述对预制件进行烧结之后，使预制件延长到适当厚度(延长工艺)。图9 示出了延长工艺的示例。如图9所示，热源位于预制件周围，接着通过延长单元使预制件延长以控制厚度。如上所述，通过调整和控制延长速率可以获得期望厚度和几何结构的预制件。现在参照图10描述用于通过在第一阶段预制件上形成第二包层来制作第二阶段预制件的外覆层工艺。图10示出用于制作根据本发明的一个实施方式的光纤的第二阶段预制件的外覆层工艺的示例。图10所示的外覆层工艺还称为“包套”并且用于覆盖和接合第一预制件上的管。 在此工艺中，制备具有适当的折射率并且包含受控杂质的外包管，接着将如上所述制作的第一阶段预制件插入到该管中。使用焊矩对其中插入了第一阶段预制件的管加热，由此使该管熔化并且将该管接合到第一阶段预制件。此时，管的内部保持负压力以促使接合。在此，由于使用具有适当的折射率并且包含受控杂质的管来形成用作沟道部分的第二包层， 所以与通过诸如VAD的外部沉积来形成第二包层的情况相比，可以降低其中包含的羟基杂质的程度。由此，可以减小最终制作的光纤的OH损耗。另外，为了使用VAD制造沟道型光纤，第一和第二包层两者应通过外部沉积来形成，并且因此制造工艺应从两阶段沉积改变为三阶段沉积。由此，作为VAD的重要优点的生产率被严重地恶化。图11是示出根据本发明的一个实施方式制造的具有改进的弯曲损耗特性的光纤的测量的特性值的表。参见图11，表中总共列出根据本发明的光纤的8个实施方式。根据每个实施方式的光纤(或者沟道型光纤)满足本发明的上述结构特性值。换句话说，芯的半径Rl、R2/R1、R3-R2和R4值以及分数折射率变化值在表中的上部列出。全部实施方式满足本发明的上述特性值。接着，用于通过外覆层工艺构建第二包层的区域的管在全部实施方式中具有 1.45309的折射率。另外，该管中包含的羟基杂质的程度是1.5到1.9ppm。另外，第三包层 (或者最外包层)通过沉积或者包套可区分地制作。由于第二包层通过包套形成，所以可以节约生产时间。当为了形成第三包层而使用沉积时，相比于传统情况，节约生产时间多达 20%。另外，当为了形成第三包层而使用包套时，节约生产时间多达40%。如上所述根据本发明的实施方式制造的光纤的特性在表中示出。首先，示出MFD 和截止特性。与其一起，还示出1383nm处的损耗特性，根据这些可以理解，根据本发明的实施方式的光纤比现有的(完全通过沉积制造)的光纤具有更小的损耗。除此之外，示出零色散值和测量的弯曲损耗值。在此，根据本发明的光纤的测量的弯曲损耗值在1550nm和1625nm两者处满足G657B标准。根据本发明的实施方式的光纤的特性值的评估在表的下部示出。全部8个实施方式满足G657A标准并且还满足与G652光纤的兼容性。另外，在全部实施方式中令人满意地 OH损耗是0. 330或更小。另外，考虑本发明的实施方式的生产率，可以理解生产时间节约多达 20%到 40%。
详细描述了本发明。然而，应理解，尽管表示了本发明的优选实施方式，但是这些详细描述和具体示例仅仅是以例示方式给出，因为根据该详细说明，本发明的实质和范围内的各种变化和修改将对本领域技术人员变得明显。
权利要求
1.一种制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法，所述方法包括(a)通过沉积形成芯和第一包层；(b)制备包含不超过预定级别的羟基OH—杂质的管，并且通过外覆层工艺将所述管围绕所述第一包层接合以形成第二包层；以及(c)围绕所述第二包层形成第三包层。
2.根据权利要求1所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法， 其中，在所述步骤(b)中，所制备的管具有预定的折射率。
3.根据权利要求2所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法， 其中，所述管具有基于所述第三包层的折射率的-0. 到-1. 0%的分数折射率变化D，其中，所述管的分数折射率变化D等于(N3-N4)/N4，其中N3是所述第二包层的折射率并且N4是所述第三包层的折射率。
4.根据权利要求1所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法， 其中，在所述步骤(b)中，所制备的管包含IOppm或更少的羟基0H—杂质。
5.根据权利要求1所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法， 其中，在所述步骤(a)中，所述芯和所述第一包层通过沉积形成。
6.根据权利要求1所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法，其中， 所述步骤(a)包括(a-Ι)通过烟灰工艺形成芯和第一包层；(a-2)通过脱水工艺从所述芯和所述第一包层去除羟基杂质；(a-3)通过烧结工艺对所述芯和所述第一包层进行烧结以制作多孔预制件；以及(a-4)通过延长工艺延长所述多孔预制件。
7.根据权利要求1所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法，其中， 所述步骤(b)包括(b-Ι)制备包含不超过预定级别的羟基OH—杂质的外包管； (b-2)将具有所述芯和所述第一包层的第一阶段预制件插入到所述外包管中；以及 (b-3)通过对所述外包管加热来熔化所述外包管，以将所述外包管接合到所述第一阶段预制件。
8.根据权利要求1所述的制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法，其中，在所述步骤(c)中，通过外部沉积或者外覆层工艺围绕所述第二包层形成所述第三包层。
9.一种具有改进的弯曲损耗特性的光纤，该光纤是根据权利要求1到8中的任意一项所述的方法制造的。
10.一种具有改进的弯曲损耗特性的光纤，该光纤包括位于该光纤的中心的芯、围绕所述芯形成的第一包层、围绕所述第一包层形成的第二包层、和围绕所述第二包层形成的第三包层，其中，所述芯具有大于所述第一包层、所述第二包层和所述第三包层的最大折射率中的任意一个的最大折射率，并且所述第二包层的最大折射率小于所述第一包层和所述第三包层的最大折射率中的任意一个，并且其中，所述第二包层包含IOppm或更少的羟基0H_杂质。
11.根据权利要求10所述的具有改进的弯曲损耗特性的光纤，其中，所述第二包层是通过将先前制备的管通过外覆层工艺接合到第一包层而形成
全文摘要
一种制造具有优异的弯曲损耗特性的沟道型光纤的方法，该方法包括(a)通过沉积形成芯和第一包层；(b)制备包含不超过预定级别的羟基OH-杂质的管，并且通过外覆层工艺将所述管围绕所述第一包层接合，以形成第二包层；以及(c)围绕所述第二包层形成第三包层。
文档编号G02B6/036GK102317826SQ201080007303
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者孙淳一, 朴志祥, 朴来赫, 申亨洙, 皮仲镐, 陆泰坰 申请人:Ls 电线有限公司