低损耗光纤及其制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年10月21日提交的申请号为62/066, 520的美国临时申请和 2014年10月30日提交的申请号为62/072, 606的美国临时申请的权益，上述两个申请文件 通过引用并入本申请。
技术领域
[0003] 本发明设及一种低损耗光纤，更具体地设及一种无错（Ge)光纤，其W-定方式渗 杂有选定量的氯（Cl)和氣（F)，该方式用于在光纤拉制过程中提供忍材和包层之间改善的 粘性匹配。
【背景技术】
[0004] 一种常规类型的光纤具有的折射指数分布设计为通过在氧化娃玻璃忍材中添加 错将传输的光信号限制在忍材区域内，从而增加忍材相对于周围包层的折射指数。但是，已 经发现错渗杂物引起传输信号的光损耗（错增加了忍材内的光的瑞利散射）。为了克服运 一问题，已经用纯氧化娃忍材制造出一些光纤（也即无错忍材），因而使归于散射等的光损 耗最小化。当使用纯氧化娃忍材时，需要一种特殊的包层材料，其通过降低包层相对于忍材 的折射指数（现有技术中称为包层的"下渗杂（down doping)")将传输的光模式限制在忍 材区域内。氣是一种已用于该目的渗杂物，其中形成包层的氧化娃玻璃中包含的氣渗杂物 将会降低包层相对于忍材的折射指数，在忍材内提供光信号限制。
[0005] 虽然对提供带有无错忍材的低损耗光纤结构是非常有益的，但是环绕有渗杂氣的 包层的纯氧化娃忍材的布置显示出与其制造相关的问题。由于渗杂氣的氧化娃比纯氧化娃 的粘性低，加热光学预制体及随后将预制体拉制成光纤的动作会产生运样一种情形：其中 更刚性的忍材会承受主要的拉制张力，导致忍材区域内显著的指数降低和高的残余应力。 运种机械应力又产生玻璃缺陷，该玻璃缺陷会成为散射点并由此增加光学衰减。
[0006] 目前，对于运种残余应力问题最好的解决办法是通过增加拉制溫度和/或降低光 纤拉制速率W降低拉制张力，结果是成本增加。
[0007] 在2005年7月12日颁布的H.化Boek等人的美国专利6, 917, 740针对于在无错 光纤中存在的粘性失配的问题，并提出了使用氯和氣共渗忍材区域的方法。忍材内包括氯 因而改进了与包层的粘性匹配并降低了残余应力，否则残余应力会在拉制光纤中出现。但 是，忍材区域内包括运些渗杂物会使得光功率扩散到包层内（运是由于折射指数差别在一 定程度上被降低了），因而降低了忍材区域内的光功率并增加了包层内的光功率，导致更高 的光纤衰减。并且，在忍材和包层区域之间较小的折射指数差别进一步增加了光纤内发现 的弯曲损耗化ending loss)。
[000引提出了各种其它的现有技术W降低光纤内的粘性失配。例如，参见由M.化teda等 人在IE邸Photonics Technology Letters,第4卷第9期，1992年9月，1023页上提出的 题目名称为"Desi即 of Viscosity-Matched Optical Fibers"的文章。
[0009] 在2009年9月22日颁布给I. Siimotak址ara的美国专利7, 593, 612中，介绍了 一种针对于从粘性失配的预制体拉制的光纤中存在的残余张力的技术。在运里，在常规包 覆层上方包括张力吸收包覆层作为外包套，其中张力吸收外包套是由与忍材具有类似折射 指数的材料（例如，纯氧化娃张力吸收层）制成。在拉制过程中，在失配的忍材和包层之间 存在的机械应力会从忍材传递出去并通过外包套和包层之间的相互作用而被吸收。虽然能 缓解拉制导致的应力程度，但是外包套本身是由需要较高的拉制溫度的坚硬材料形成的， 其增加玻璃假想（fictive)溫度，从而导致更高的衰减。另外，张力吸收层的引入增加了加 工的复杂程度。张力吸收层相对于包覆层更高的折射指数还可导致功率从忍材泄露至张力 吸收层，特别是在紧密弯曲光纤中，运导致了更高的弯曲损耗。
【发明内容】
[0010] 本发明针对于运些W及其它的问题，并设及一种W-定方式渗杂选定量的氯（Cl) 和氣（巧的无错（Ge)光纤，该方式在光纤拉制过程中提供忍材和包层之间的改进的粘性匹 配，同时还使包层内存在的光功率的量最小化。
[0011] 根据本发明，光纤的忍材区域内渗杂有允许降低忍材区域的粘性的浓度的氯，优 选地与渗杂氣的包层区域的粘性匹配。在渗杂氯的忍材和高度渗杂氣的包层区域之间设置 有环形界面区域（下文称为"应力调节"区域）。环形应力调节区域包括中等浓度的氣渗杂 物（即足W匹配忍材的粘性，但是小于包层中所使用的较高浓度W产生用于忍材内波导所 必要的折射指数差别）。由于粘性匹配的忍材和直接相邻的环形应力调节区域显著降低了 否则在光纤拉制过程中会产生的应力，因此本发明的构造降低了光纤衰减。周围的包层更 高度地渗杂有氣，从而相对于渗杂氯的忍材提供了折射指数差别，该折射指数差别对于保 持将光信号模式限制在忍材区域和直接相邻的环形区域内是必要的。
[0012] 在本发明的一些实施方案中，也可在忍材中包括氣渗杂物，从而产生共渗杂的忍 材。认为运种实施方案适合于长距离传输应用，其中低的等待要求是重要的。
[0013] 已经发现，当相比现有技术中的设置时，包括应力调节环形区域显著地降低了包 层中存在的光功率量。实际上，已经发现，本发明的构造在包层区域中展示出小于2%的功 率份数，而现有技术的光纤通常具有存在于包层中的10-20% (或更多）功率份数，而运是 光纤损耗的主要来源。换言之，本发明光纤的忍材/环形区域组合内存在的功率份数显著 高于常规光纤的忍材区域内的功率份数。另外，环形区域相对于包层更高的指数有效地增 加了忍材直径，产生了更大的有效区域，运对于光纤传输应用来说是有利的。
[0014] 各种的制造技术，例如改性化学气相沉积（MCVD)，气相辅助沉积（VAD)等都可用 于产生光纤预制体，由此可拉制根据本发明形成的光纤，拉制速率保持在与最佳的制造工 艺相关的相对高的值。
[0015] 实际上，本发明的特定实施方案包含光纤，该光纤包括渗杂氯的氧化娃忍材区域， 环绕忍材区域并渗杂有足W展示出与渗杂氯的忍材区域相似粘性的中等浓度氣渗杂物的 环形应力调节区域，和设置为环绕环形应力调节区域的重度渗杂氣的包覆层，其中包覆层 中的渗杂物浓度足W在忍材区域内提供光模式限制。
[0016] 本发明其它和进一步的优点和特征在下述论述过程中参照附图将会明了。
【附图说明】
[0017] 现在参照附图，
[0018] 图1示出了根据本发明形成的示例性低损耗光纤，其中图1(a)是穿过光纤直径方 向的截面图，图1(b)是该示例性光纤的折射指数分布图；
[0019] 图2是包括在1600°C假想溫度下渗杂氯的氧化娃和渗杂氣的氧化娃的密度曲线 的图；
[0020] 对于渗杂Cl的氧化娃和渗杂F的氧化娃，图3包含例示分别作为Cl和F浓度函 数的热光系数（图3(a))的曲线，W折射指数（n)的变化/单位假想溫度（Tf)的变化给出； 及热弹性系数（图3化)）的曲线，W密度（P)的变化/单位假想溫度（Tf)的变化给出；
[0021] 图4是根据本发明形成的示例性低损耗光纤的折射指数分布（与右纵轴相关）和 残余应力分布（左纵轴）的曲线图；
[0022] 图5是根据本发明形成的示例性的大有效面积、低损耗光纤的折射指数分布（与 右纵轴相关）和残余应力分布（左纵轴）的曲线图；
[0023] 图6是与具有图4中所示分布的低损耗光纤相关的光谱损耗；
[0024] 图7是根据本发明形成的示例性的低损耗、低等待光纤的折射指数分布。
【具体实施方式】
[0025] 已知包含未渗杂（例如，纯）的氧化娃忍材的光纤相对于渗杂错（Ge)的光纤具有 较低的衰减，因为忍材区域内较低的瑞利散射。但是，如上面所提到的，纯氧化娃忍材光纤 需要较低折射指数的包层结构W在忍材区域内提供必要的光模式限制。基于运个原因，氣 (巧经常用作纯氧化娃忍材光纤的包覆层内的渗杂物，因为渗杂氣的氧化娃展示出比纯氧 化娃低的折射指数。忍材和包层区域之间的折射指数值的相对差（并且因此留在忍材区域 内的总功率份数）为F渗杂物浓度的函数。
[0026] 由于渗杂F的包层在光纤拉制过程中具有较低的粘性，由此更刚性的忍材承受了 绝大部分的拉制张力，由此导致在忍材区域中的高残余应力和显著的折射指数降低。运导 致了增加光学衰减的玻璃缺陷。为了减少运样的缺陷的影响，光纤必须被缓慢拉制，从而增 加了制造成本。另外，如果忍材处于显著的残余应力下，其折射指数在所拉