光纤和光纤母材的制造方法_2

文档序号:8542866阅读:来源:国知局
br>[0027] 一种降低巧10的外侧区域的假想温度的技术(下面将对该技术进行说明)是调 节用碱金属元素渗杂光纤母材的位置,W使得在由该光纤母材制造的光纤中,渗杂碱金属 元素处的径向距离与最大巧(r)处的径向距离相同。另一种技术是,使降低假想温度 的另一种渗杂剂(如面素)在巧10的外侧区域的浓度较高。
[002引图4是示出情况1和情况2中的假想温度和衰减之间关系的图。情况1设及光纤 1中最大巧(r)处的径向距离处的衰减与假想温度之间的关系,其中在该光纤1中,巧 10的中屯、轴处的假想温度为1450°C。情况2设及光纤1中巧10的中屯、轴处的衰减与假想 温度之间的关系,其中在该光纤1中,径向距离处的假想温度为1450°C。
[0029] 参见图4,与情况2中所示的减小巧的中屯、轴处的假想温度相比,情况1中所示的 减小最大巧(r)处的径向距离处的假想温度能更有效地实现衰减的降低。在情况1中, 通过使径向距离1",处的假想温度比巧10的中屯、轴处的假想温度低至少50。从而可W显 著降低衰减。
[0030] 如上所述,碱金属元素浓度越高,假想温度和瑞利散射越低。然而,如上文中参 照图2所述,已经发现,整个巧中的平均碱金属元素浓度较高会导致与波长不相关的衰减 (wavelength-independentattenuation)增加,而该衰减的增加与平均浓度相关。因此,在 将整个巧中的平均碱金属元素浓度设为小于50摩尔ppm的情况下,需要降低由瑞利散射引 起的衰减。与通过增加光纤的中屯、轴处的碱金属元素浓度相比,通过增加最大巧(r)处的 径向距离处的碱金属元素浓度,可有效降低上述平均浓度条件下的衰减。
[0031] 图5为示出钟渗杂光纤母材的径向距离与该光纤母材的中屯、轴处的钟浓度、偏离 中屯、轴的位置处的钟浓度、W及由该光纤母材制造的光纤的衰减之间的关系的图。图中横 轴表示w"巧半径与钟渗杂位置的径向距离的比值"表示的钟渗杂位置。横轴的值越大,钟 渗杂的位置与光纤的中屯、轴越接近。术语"偏离中屯、轴的位置"是指光纤母材中对应于光 纤中最大巧(r)处的径向距离(3ym,比值为1.6)的径向位置。
[003引参照图5,1550皿波长处的衰减从所述比值为约3. 0且光纤母材中径向距离处 的钟浓度开始变得高于母材的中屯、轴处的钟浓度的点处开始急剧降低。相反,在对光纤母 材中径向距离的外侧(比值小的一侧)进行钟渗杂的情况下,衰减再次上升。该样,通 过调节碱金属元素浓度达到最大处的径向距离r,可将光纤1在1550nm波长处的衰减设为 0. 16地/kmW下。
[0033] 图6为示出如下两种情况中的残余应力分布的图,在其中一种中,钟浓度在光纤 的中屯、轴处达到最大;在另一种情况中,钟浓度在光纤的径向距离为3ym处达到最大。在 钟浓度在光纤的中屯、轴处达到最大的情况中,在巧10的中屯、部和外周部分(径向距离约为 Sum)的应力之间观察到lOMPa的应力差。该可能是由于,在光纤母材的拉伸温度下,光纤 母材表现出与径向上的钟浓度分布相关的不同粘度:外周部分表现出高粘度,该导致了应 力差。测量光纤1在1550皿波长处的衰减,结果为0. 156地/km。
[0034]在钟浓度在径向距离为3ym处达到最大的另一种情况下,巧10中的残余应力基 本一致。该可能是由于在拉伸过程中碱金属元素向着巧10的中屯、部分和巧10的外周部分 热扩散;因此,与对光纤的中屯、轴区域进行钟渗杂的情况相比,中屯、部分与最外周部分之间 的钟浓度差更小。发现该光纤1在1550皿波长处的衰减值极低,为0. 152地/km。该可能是 由于在垂直于巧10的中屯、轴的横截面内的残余应力差较小。该样,通过将最大巧(r)处的 径向距离处的碱金属元素浓度设为高于光纤的中屯、轴处的碱金属元素浓度,可将巧10 的径向上的残余应力的波动降至lOMPaW下。
[0035] 图7为根据本发明的一个实施方式的光纤母材的制造方法的流程图。根据本实施 方式的光纤母材的制造方法包括顺次进行的W下步骤:准备步骤(步骤S1)、渗杂步骤(步 骤S2)、缩径步骤(步骤S3)、蚀刻步骤(步骤S4)、第一实屯、化步骤(实屯、化步骤)(步骤 S5)、磨削步骤(步骤S6)、第二实屯、化步骤(步骤S7)、延伸步骤(步骤S8)和加护套步骤 (jacketingstep)(步骤S9)。该制造方法可提供包括巧部和包层部的光纤母材。
[0036]在准备步骤(步骤S1)中,准备将向其中扩散碱金属元素的石英玻璃管。
[0037] 在渗杂步骤(步骤S2)中,对石英玻璃管的内表面进行碱金属元素渗杂。该碱金 属元素为(例如)钟;并且使用了诸如漠化钟(邸r)之类的碱金属原料。用诸如电炉或者 燃烧器之类的外部热源加热碱金属原料的气体,并将该碱金属原料的气体与载气(如,〇2气 体)一同供应至玻璃管中。同时,用诸如氨氧燃烧器之类的外部热源加热该玻璃管。该样, 使碱金属元素经由玻璃管的内表面对玻璃管进行扩散渗杂。
[003引在缩径步骤(步骤S3)中,将被碱金属元素渗杂的玻璃管的内径减小至该样的尺 寸,该尺寸略大于(例如,1. 1倍于)将要在第一实屯、化步骤(步骤S5)中插入该玻璃管内 的玻璃椿的直径,该玻璃椿将充当巧部的中屯、区域。
[0039] 在蚀刻步骤(步骤S4)中,对该玻璃管的内表面进行蚀刻。其结果是,具有高含量 杂质(其与碱金属一同被引入)的管内表面被磨削,从而除去该杂质。
[0040]在第一实屯、化步骤(步骤S5)中,进行插椿实屯、化(rod-in-collapse)工艺;将充 当巧部的中屯、区域的石英玻璃椿插入经过蚀刻的玻璃管中;在此状态下将玻璃管和玻璃椿 一体化,w获得含有碱金属元素的第一椿。该第一椿的中屯、区域将充当第一巧部。
[0041] 在磨削步骤(步骤S6)中,对在实屯、化步骤中所得的第一椿的外周区域进行磨削 W提供巧部。巧部的外周区域(除中屯、区域W外的区域)充当第二巧部。
[0042] 在第二实屯、化步骤(步骤S7)中,用第一包层部围绕巧部。将在步骤S6中加工过 并且充当巧部的第一椿插入含氣石英玻璃管内,该含氣石英玻璃管将充当第一包层部;通 过外部热源加热从而将该第一椿和石英玻璃管一体化。通过该插椿实屯、化工艺W进行一体 化,获得了第二椿。可将巧部W及与该巧部邮邻的第一包层部的部分中的水含量抑制至足 够低的量。
[0043] 在延伸步骤(步骤S8)中,将第二椿(其通过将巧部和第一包层部一体化而获得) 延伸,从而使将获得的光纤具有所需的巧直径。
[0044] 在加护套步骤(步骤S9)中,通过诸如外部气相沉积法(OVD)、气相轴向沉积法 (VAD)或者插椿实屯、化法之类的已知方法,用含氣的第二包层部围绕该经过延伸的椿。由此 制造光纤母材。
[0045] 总而言之,光纤1包括巧10和包层20,所述包层20的折射率低于所述巧10的折 射率;巧10含有碱金属元素;将相对于巧10的中屯、轴的径向距离定义为r,将在径向距离 r处通过光纤10传播的光的能量定义为P(r),在巧(r)达到最大处的径向距离处的假 想温度至少比中屯、轴处的假想温度低50°C。在该光纤1中,径向距离1",处的碱金属元素 的浓度高于中屯、轴处的碱金属元素的浓度。
[0046] 在该种构造中,可有效降低衰减。具体而言,碱金属元素浓度越高,则假想温度和 瑞利散射越低。然而,整个巧中的平均碱金属元素浓度高会导致与波长不相关的衰减增加, 该衰减的增加与平均浓度相关。因此,在将整个巧中的平均碱金属元素浓度设为小于50摩 尔ppm的情况下,需要有效降低衰减。由此,将渗杂碱金属元素处的径向距离r调节为最大 rP(r)处的径向距离rm",从而满足假想温度和碱金属元素浓度的上述条件。由此,还可抑 制与波长不相关的衰减的增加。
[0047] 在光纤1中,巧10的半径与碱金属元素的浓度达到最大处的径向距离之比为1. 2 至3. 6 ;并且该光纤1的衰减可降低至0. 16地/kmW下。将在下文中参照表格和图8对该 数值范围进行说明。在光纤1
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