专利名称：光纤预制棒制造方法,光纤制造方法及光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤预制棒制造方法，光纤制造方法，及光纤。
背景技术：
一般来讲，众所周知的制造光纤预制棒的方法包括MCVD方法(改进型化学汽相沉积法)和OVD方法(外部汽相沉积法)。这些方法涉及在圆筒形或圆柱形基材的内壁或外壁上沿径向相继合成多个玻璃颗粒沉积层，以形成预定的径向折射率分布(也称作折射率轮廓)，制造出用于拉丝的玻璃预制棒。此处，光纤预制棒表示折射率分布基本与光纤相同的玻璃质体，可能还通过诸如VAD方法，OVD方法或棒内塌缩(rod-in collapse)方法形成外包层。
然而，为制造用于折射率分布具有多个最大点和最小点的复杂折射率分布结构的光纤(诸如色散补偿光纤，色散位移光纤，或色散平坦色散位移光纤)的预制棒，上述光纤预制棒制造方法存在可能难以高产量生产光纤预制棒的问题，这是由于为使特性达到极佳，要求折射率分布具有很小的公差。因此，用于具有复杂分布的光纤的预制棒存在制造成本可能很高的问题。
鉴于上述问题提出本发明，且本发明的目的在于提供用于光纤预制棒的制造方法，以及以高精度制造具有复杂折射率分布的光纤的光纤制造方法，和光纤发明内容为实现上述目的，本发明提供了一种制造光纤预制棒的方法，且所述光纤预制棒包括中央芯部，在中心处具有最大折射率值Nc，和在中央芯部之外的部分，且该部分至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大值折射率值Nr的环形部分，和具有最大值折射率值No的外包层光纤预制棒的折射率值之间满足关系Nc≥Nr＞No＞Nd，所述方法特征在于包括以下步骤玻璃棒制造步骤，用于通过将至少包含中央芯部的纤芯棒插入到至少包含被覆部分的被覆管中，并且通过塌缩将它们结合，从而制造玻璃棒，玻璃管制造步骤，用于制造具有环形部分的玻璃管，和制造玻璃质体的结合步骤，将玻璃棒插入玻璃管中之后，通过塌缩将玻璃棒和玻璃管结合。
其中，由所述光纤预制棒制造方法所制造的光纤预制棒可用于具有复杂折射率分布的光纤，如色散位移光纤，色散平坦色散位移光纤或色散补偿光纤。在这样的特殊光纤中，如果中央芯部的直径，各部分的半径比率，各部分的相对折射率差等发生变化，则会使光纤特性大大改变。
由于制备了包含有各具有已知折射率分布的中央芯部和被覆部分的玻璃棒，制备了具有环形部分的玻璃管，再将玻璃棒插入到玻璃管中，通过塌缩将它们结合，从而，上述光纤预制棒制造方法可以高精度地制造光纤预制棒。
根据本发明的光纤预制棒制造方法优选包括，测量玻璃棒的折射率分布，和基于测量结果设计中央芯部的外直径和在中央芯部外部的折射率分布参数。
此外，期望是，根据本发明的光纤预制棒制造方法的特征在于，玻璃棒C在中央芯部具有0.4％或更小的椭圆度，且每10mm长度的玻璃棒中玻璃棒塌缩界面上出现的空隙数量沿等于或少于一个。
其中，如果所制造的光纤预制棒具有许多空隙，则可使纤芯部分变形，或在拉丝光纤时破坏光纤。此外，如果在玻璃棒中，中央芯部的椭圆度高于0.4％，则在预制棒中中央芯部的椭圆度可变为1.5％或更大，从而，在光纤中，PMD(偏振模色散)下降。
在上述光纤预制棒制造方法中，减小了玻璃棒C中的中央芯部的椭圆度以及玻璃棒塌缩界面上的空隙数量，从而能够制造出在所拉制光纤中获得期望特性的光纤预制棒。
此外，期望是，根据本发明的光纤预制棒制造方法包括，测量玻璃棒C的径向及纵向折射率分布，然后基于测量结果，设计中央芯部的外直径与被覆部分的外直径之比Ra，被覆部分的外直径与环形部分的外直径之比Rb，以及环形部分与外包层的相对折射率差Δr。
在上述光纤预制棒制造方法中，在人们知道了作为中央芯部与被覆部分的结合体的玻璃棒的折射率分布之后，对光纤进行分布设计，从而所拉制的光纤能够具有所期望的特性，因而通过避免浪费来提高产量。
此外，优选根据本发明的光纤预制棒制造方法的特征在于，所述的玻璃棒C制造步骤包括制造被覆部分比所需的被覆部分具有更大直径的玻璃棒半成品，根据对玻璃棒半成品的折射率分布的测量结果确定所需的比值Ra，并去除玻璃棒半成品的外圆周体，以达到目标比值Ra。
比值Ra对于所拉制出的光纤的性质具有极大影响。在上述制造光纤预制棒的方法中，由于可精确控制比值Ra，制造出具有期望性质的光纤。
此处，用于去除制造成较大尺寸的玻璃棒外圆周体的方法，包括机械研磨和蚀刻。此外，可另外提供一个将制造成较大尺寸的玻璃棒拉长的步骤，或者将外圆周体去除的玻璃棒拉长的步骤。
此外，根据本发明用于制造光纤预制的方法优选特征在于，所述玻璃管制造步骤包括通过内部沉积方法在作为基材的玻璃管的内表面上形成环形部分的步骤。
在仅在玻璃管的内表面上形成环形部分的步骤中，优选采用内部沉积方法。通过内部沉积方法，可高精度、容易且在很短时间内制造出包含具有所需折射率和层厚度的环形层的玻璃管。
此处，内部沉积方法的例子包括MCVD方法和PCVD(等离子体CVD方法)。
此外，根据本发明制造光纤预制棒的方法优选特征在于，在所述结合步骤中结合的玻璃质体，其中央芯部的椭圆度为1.5％或更小，并且每10mm长度的玻璃棒中塌缩界面上出现的空隙数量等于或小于1，采用这种玻璃质体作为光纤预制棒。
此处，如果塌缩界面上包含许多空隙，则在拉制光纤时纤芯可能会变形或断裂。此外，如果预制棒中中央芯部的椭圆度大于1.5％，则光纤中的PMD会变劣。
在上述光纤预制棒制造方法中，在视觉检查所制造出的用作光纤预制棒的玻璃质体的结构之后，通过去除塌缩界面上具有空隙的部分或者具有大的芯椭圆度的部分，可制造出具有所需性质的光纤。
假设中央芯部的外直径与被覆部分的外直径的比值为Ra＝2c/2d，被覆部分的外直径与环形部分的外直径的比值为Rb＝2d/2r，中央芯部与外包层的相对折射率差Δc为(Nc-No)/No×100[％]，被覆部分与外包层的相对折射率差Δd为(Nd-No)/No×100[％]，并且环形部分与外包层的相对折射率差Δr为(Nr-No)/No×100[％]，根据本发明制造光纤预制棒的方法优选特征在于满足以下关系0.20≤Ra≤0.600.50≤Rb≤0.8090μm≤2o≤150μm2.5％≥Δc≥0.8％-0.8％≤Δd≤-0.2％以及1.0％≥Δr≥0.1％并且该光纤在1550nm波长处色散值为+8ps/km/nm或者更小。
在上述制造光纤预制棒的方法中，可制造出具有极好的传输性质的光纤预制棒，其适于具有复杂分布的光纤，如色散位移光纤，色散平坦化色散位移光纤或色散补偿光纤。
此外，为了实现上述目的，根据本发明光纤制造方法包括拉丝步骤，将通过光纤预制棒制造方法制造出的光纤预制棒拉丝。
此处，由于在已知所产生的环形部分的分布之后进行光纤设计时，可通过折射率比或环形部分的直径，中央芯部的直径改变所需的性质。从而，外包层设置在通过光纤预制棒制造方法制造出的玻璃质体外部，并且确定外包层的外直径，使预制棒中芯部的直径与外包层的外直径的比值等于通过加热和拉丝制造出的光纤中纤芯直径与外直径的比值。
因此，采用上述光纤制造方法，可精确地制造具有复杂分布的光纤，如色散位移光纤，色散平坦化色散位移光纤或色散补偿光纤。
此外，希望通过上述的光纤预制棒制造方法或上述的光纤制造方法制造根据本发明的光纤。
通过上述方法制成的光纤可以用作具有复杂分布的光纤，如色散位移光纤，色散平坦化色散位移光纤或色散补偿光纤。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种制造光纤预制棒的方法，该光纤预制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部的外部，至少包括一个具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的环形部分，和具有最大折射率值No的外包层，该光纤预制棒的折射率值之间满足关系Nc≥Nr＞No＞Nd，该方法的特征在于包括以下步骤制造作为中央芯部的玻璃棒的玻璃棒制造步骤；玻璃管制造步骤，通过在基管内沉积具有至少一种或多种折射率的玻璃层，制造玻璃管；以及制造玻璃质体的结合步骤，将玻璃棒插入玻璃管中之后通过塌缩将玻璃棒与玻璃管结合。
这种光纤预制棒制造方法与已经描述的光纤预制棒制造方法基于相同的原理，从而测量玻璃棒的折射率和层厚，并且将测量结果与制造条件(各层的厚度和折射率)反馈给玻璃管的下一步骤。在该光纤预制棒制造方法中，在分离步骤中制造作为中央芯部的玻璃棒和玻璃管，并将它们塌缩制造玻璃质体。此时，测量玻璃棒和玻璃管的折射率分布，并且选择具有适当折射率分布的玻璃棒和玻璃管，将其组合制造出具有所需折射率分布的玻璃质体，从而精确制造光纤预制棒。
该用于制造玻璃预制棒的方法优选包括，在玻璃质体外部上形成具有固定外直径的套管部分，以便使拉制出的光纤中具有适当的纤芯直径。
此外，该光纤制造方法优选包括将玻璃质体插入套管中，然后在加热之后立即拉丝，将玻璃质体与套管结合。通过这种方法，将玻璃质体与套管结合以及拉丝的步骤组合，从而降低光纤制造过程的成本。
此外，由于无需将下一步骤中使用的假指棒(dummy rod)固定到所述棒的两端，降低了将玻璃质体两端熔合时导致的棒两端部分处的加工损耗，从而提高玻璃预制棒的产量。
通常，当通过MCVD方法形成作为预制棒的玻璃质体时，沉积速度较低，从而具有精密控制折射率分布的优点。不过，与VAD方法、OVD方法或者具有多个喷灯的外部沉积方法相比，通过MCVD方法制造玻璃质体要花费更多时间。在所述用于制造光纤预制棒的方法中，套管部分形成步骤和玻璃质体形成步骤是分离的，从而可以高速率沉积的套管部分可通过除MCVD方法以外的沉积方法合成和固结，或者采用合成和固结的套管。然后，通过MCVD方法围绕纤芯单独形成需要精确分布控制的环形层。通过这种方法，以较低成本制造出具有不同折射率的多个包层的玻璃质体。
该用于制造光纤预制棒的方法优选特征在于，该基管为至少掺有氟的石英管。
使用传统的MCVD方法时，基管为纯石英管。例如，在制造图21中所示的四包层结构时，传统上通过低沉积速度的MCVD方法合成掺有氟的部分作为最外层。在本发明中，采用加入氟的最外部圆周上的被覆部分作为基管，并且通过VAD方法，OVD方法或者具有多个喷灯的外部沉积方法合成，能进行快速玻璃合成，从而显著增大光纤的生产率。
在该光纤预制棒制造方法中，采用MCVD方法进行内部沉积，其中沉积玻璃粒子的沉积速度优选为0.4g/min或更大。沉积玻璃粒子的沉积速度更优选为1.0g/min或更大。
在该光纤预制棒制造方法中，优选采用感应电炉，等离子体焰炬或电阻炉作为MCVD方法中的加热源。
在该光纤预制棒制造方法中，在轴向方向玻璃管的内直径或外直径的椭圆度优选为1％或者更小，并且在轴向方向玻璃棒的椭圆度比值优选为1％或更小。
在通过光纤预制棒制造方法制造出的光纤中，PMD优选为0.15ps/√(km)。
当在轴向方向管子内直径或外直径管的椭圆度为1.5％，或者在管子的椭圆度比为2％的条件下制造光纤，则PMD为0.5ps/√(km)。
在通过该光纤制造方法拉制出的光纤中，OH基在1.38μm波长处的过量吸收损耗为0.2dB/km或更小。
根据本发明制造玻璃管的方法，其特征在于还包括基管制造步骤，其中通过VAD方法，OVD方法或具有多个喷灯的外部沉积方法合成石英粒子，然后脱水和固结，从而管中的残留OH基为0.001wtppm或更小。
图1所示的横截面图表示分别通过根据本发明的光纤预制棒制造方法或光纤制造方法制造出的光纤预制棒或光纤。
图2表示光纤预制棒中各部分的直径和各部分的相对折射率差。
图3的流程图表示根据本发明的光纤预制棒制造方法和光纤制造方法的过程。
图4的说明图用于说明通过将玻璃棒插入玻璃管中，然后通过塌缩将它们结合，从而制造玻璃质体的方法。
图5的说明图用于说明通过将中央芯部棒插入被覆部分管中，并通过塌缩将它们结合，从而制造玻璃棒的方法。
图6用于说明测量玻璃棒的塌缩界面上残留的空隙。
图7表示玻璃棒的椭圆度与光纤预制棒的纤芯椭圆度之间的关系。
图8的说明图说明从被覆部分去除不需要部分的过程。
图9的说明图表示在基管的内表面上形成环形部分的状态。
图10表示光纤预制棒内中央芯部的椭圆度与光纤的PMD之间的关系。
图11(a)表示根据本发明制造出的光纤的折射率分布，图11(b)表示通过合成中央芯部、被覆部分和环形部分制造出的光纤的折射率分布。
图12表示根据第二实施例的光纤预制棒的折射率分布。
图13(a)说明根据第二实施例用于制造玻璃管的方法，图13(b)说明根据第二实施例用于制造玻璃棒的方法。
图14的流程图用于说明根据第二实施例制造光纤预制棒的方法。
图15的剖面图表示根据第二实施例的光纤预制棒。
图16的说明图表示将玻璃质体插入套管中，并加热和拉丝的过程。
图17说明通过穿透方法制造管子的过程。
图18(a)用于说明根据第三实施例制造玻璃管的过程，图18(b)用于说明根据第三实施例制造玻璃棒的过程。
图19所示的流程图用于说明根据第三实施例制造光纤预制棒的过程。
图20表示第一示例中制造出的光纤的折射率分布。
图21表示第二示例中制造出的光纤的折射率分布。
图22表示第二示例的一变型例中制造出的光纤的折射率分布。
图23表示PMD与管子的非均匀厚度比率、中央芯部的椭圆度比和中央芯部的椭圆度之间的关系。
图24表示管子的壁厚度和与波长无关的损耗分量之间的关系。
图25表示传输损耗与过渡金属吸收光谱的波长之间的关系的一个示例。
图26表示中央芯部的椭圆度与加热方法之间的关系。
图27表示露点和OH基浓度与气体SF6和Cl2的总流量之间的关系。
图28表示对于五包层光纤，光纤预制棒的折射率分布的一个示例。
图29表示对于六包层光纤，光纤预制棒的折射率分布的一个示例。
在附图中，10为中央芯部，11为被覆部分，12为环形部分，13为外包层，14为光纤预制棒，15为光纤，16为玻璃棒，17为玻璃管，20为基管(原材料)，Nc为中央芯部的最大折射率，Nd为被覆部分的最小折射率，Nr为环形部分的最大折射率。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述根据本发明光纤预制棒制造方法、光纤制造方法和光纤的优选实施例。
图1所示的横截面图用于说明根据本发明第一实施例的光纤预制棒制造方法。光纤预制棒14包括中央芯部10，沿径向设置于中央芯部10外部的被覆部分(depressed portion)11，沿径向设置在被覆部分11外部的环形部分12，以及沿径向设置于环形部分12外部的外包层13，如图1中所示。从光纤预制棒拉制出的光纤15具有与图1大体相同的横截面视图。
中央芯部10和被覆部分11由通过塌缩结合成的玻璃棒16构成。此外，在管子的内表面上通过CVD方法形成环形部分12，作为玻璃管17的一部分。根据本发明的光纤预制棒是分别制造的中央芯部10，被覆部分11与环形部分12的组合。下面将描述组合中央芯部10、被覆部分11与环形部分12的方法。
在本发明中，假设中央芯部10的最大折射率为Nc，被覆部分11的最小折射率为Nd，环形部分12的最大折射率为Nr，外包层13的最大折射率为No。此外，这些折射率之间存在关系Nc≥Nr＞No＞Nd。即，本发明处理复杂分布的光纤，如色散位移光纤，色散平坦化色散位移光纤和色散补偿光纤。
图2表示光纤预制棒(或光纤15)的折射率分布。在图2所示的折射率分布中，10n相应于中央芯部区域，11n相应于被覆部分区域，12n相应于环形部分区域，13n相应于外包层区域。此外，在图2所示的折射率分布中，Nc相当于中央芯部的最大折射率，Nd相当于被覆部分的最小折射率，Nr相当于环形部分的最大折射率，No相当于外包层的最大折射率。
此外，在图2中，2c表示中央芯部的外直径，2d表示被覆部分的外直径，2r表示环形部分的外直径，2o表示外包层的外直径。另外，相对于外包层的折射率，分别是用Δc表示中央芯部的相对折射率差，用Ad表示被覆部分的相对折射率差，用Δr表示环形部分的相对折射率差。在本实施例的光纤预制棒中，Δc设定为0.8至2.5％，Δd设定为-0.2至-0.8％，Δr设定为0.1至1.0％。
图3(a)至3(c)表示如图1中所示光纤预制棒14中将外包层13内表面中形成的具有折射率分布的中央芯部10、被覆部分11与环形部分12结合的方法。图3(a)表示具有被覆部分和中央芯部的玻璃棒。此处，30表示与中央芯部相应的折射率分布范围，31表示与被覆部分相应的折射率分布范围。将玻璃棒制造成具有图3(a)中范围36所示的折射率分布。
图3(b)表示玻璃管，其包含通过内部沉积方法如MCVD方法在外包层的内圆周表面上形成的环形部分。在图3(b)中，32表示与环形部分12相应的折射率分布范围(参见图1)，33表示与外包层部分13相应的折射率分布范围(参见图1)。通过组合外包层与环形部分，制造出具有范围37中折射率分布的玻璃管，如图3(b)中所示。
图3(c)表示当将具有图3(a)中所示折射率分布的玻璃棒与具有图3(b)中所示折射率分布的玻璃管通过塌缩结合形成玻璃质体时，玻璃质体的折射率分布。即，范围38中所示的玻璃质体的折射率分布具有图3(a)中范围36所示的玻璃棒的折射率分布与图3(b)的范围37中所示玻璃管的折射率分布的组合形状。
在本发明中，通过分离过程制造中央芯部，被覆部分和环形部分，并进行组合。例如，如下面所述，可以分别制造组成玻璃棒的中央芯部和被覆部分。
参照图4，将详细描述制造方法。
在开始制造过程(步骤SS)之后，执行用于制造玻璃棒的玻璃棒制造步骤。图5中表示出玻璃棒制造步骤的流程。如图4和5中所示，在制造玻璃棒时，将作为中央芯部的具有折射率分布10n的中央芯部棒插入用作被覆部分的具有折射率分布11n的被覆部分管中(步骤S1)。然后，通过塌缩将中央芯部棒和被覆部分管结合，制造玻璃棒(步骤S2)。该玻璃棒的折射率分布具有折射率分布16n的形状，因为将折射率分布10n与折射率分布11n组合。
在玻璃棒制造步骤中，通过采用分别具有已知折射率分布的中央芯部棒和被覆部分管，可确保获得所需的玻璃棒16(参见图1)。换言之，适当选择中央芯部棒和被覆部分管，使其具有在折射率分布的基础上测量出的折射率，并按照感兴趣的光纤分布进行组合。
在根据图4中所示实施例的光纤预制棒制造方法中，在所述玻璃棒制造步骤中制造出的玻璃棒受到视觉检查，并测量中央芯部的椭圆度，作为结构检查(步骤S3)。如果沿玻璃棒长度方向塌缩界面上残留的空隙数量大于预定数量(此处，为每10mm一个)，并且作为中央芯部的区域(玻璃棒)中椭圆度大于预定数值(此处，0.4％)(步骤S4)，则不采用该玻璃棒，因为在后序阶段中有可能产生缺陷(步骤S5)。
图6说明用于测量塌缩玻璃棒时界面上产生的空隙的方法。
在图6中所示的玻璃棒60G中，60c表示作为中央芯部的区域，60d表示成为被覆部分的区域。使用光源L如卤灯，从一个方向照射玻璃棒60G。然后，视觉测量区域60c与区域60d之间的界面上残留的空隙B的数量。当在玻璃棒60G的纵向每10mm存在至少一个或多个空隙B时，则丢弃存在空隙B的区域D。
图7表示玻璃棒的椭圆度(％)与光纤预制棒的椭圆度(％)之间的关系。如图7中所示，椭圆度超过0.4％的玻璃棒在后续阶段中极其可能成为椭圆度大于1.5％的光纤预制棒。从而，在上述步骤中仅采用椭圆度为0.4％或更小的玻璃棒，从而可高产量地制造具有优异PMD的光纤。
此处，当用椭圆近似横截面的外圆周时，其中Rmax为最大直径，Rmin为最小直径，根据下式得出椭圆度椭圆度＝(Rmax-Rmin)/Rmax×100(％)即，如果椭圆度越高，则所拉制出的光纤中的PMD增大，传输信号的质量下降。此外，如果塌缩界面上包含更多空隙，则在以后的加热步骤如拉丝步骤中，空隙膨胀，阻塞中央芯部，从而增大信号光的传输损耗或者不引导光波。另外，在残留许多空隙的区域中机械强度降低。此外，在根据图4中所示该实施例的光纤预制棒制造方法中，测量在玻璃棒制造步骤中制得的玻璃棒的折射率分布(步骤S6)。为了在拉制出的光纤中获得所期望的性质，则根据通过测量得到的中央芯部和被覆部分的折射率分布，计算和设计中央芯部的直径(A)与被覆部分的直径(B)的比值Ra(此处，Ra＝A/B)，以及被覆部分外部(环形部分一侧上)的折射率分布(步骤S7)。
通过这种方法，由于采用光纤制造过程中中间步骤得到的折射率分布设计光纤的分布，与首先设计光纤的分布，然后根据该设计集体制造光纤时相比，可更高精度地制造出所需的光纤预制棒。
图8表示根据比值Ra设计玻璃棒的过程，并通过塌缩将其与玻璃管结合。正如从图8的折射率分布明显看出，将包括折射率分布10n的中央芯部和包括折射率分布11n的被覆部分结合，从而制造出具有被覆部分直径B′的玻璃棒的半成品(在图8中包括折射率分布16n′的部分)。此时，假设直径B′大于直径B。即，玻璃棒的半成品16n′设计成使中央芯部的直径与被覆部分的直径的比值(A/B′)小于所需的玻璃棒(包括折射率分布16n′的部分)。如图19中所示，根据具有折射率分布17n的玻璃管，通过去除不需要的部分(折射率分布11n在预制棒直径方向两端沿长线上的部分)，调节被覆部分的外直径。换言之，根据折射率分布的测量结果确定所述的比值Ra(A/B)，调节玻璃棒的半成品16n′，并去除其外圆周体，得到比值Ra。
为了去除不必要的部分19，存在以下方法1)一次去除全部，2)部分去除，然后拉长，之后进一步去除，以及3)拉长，然后去除不需要的部分19。在本发明中，可采用任何一种去除方法。去除方法包括机械研磨和在HF溶液中蚀刻。
另一方面，在玻璃管制造步骤中，例如在管内采用CVD方法如MCVD或PCVD方法，制造所需的玻璃管17(参见图1)，如图9中所示。即，将源气体(SiCl4，GeCl4，氧)导入基管20中，同时用喷灯22加热基管外部，从而沉积玻璃粒子(灰)21，形成环形部分12(步骤S8)。因而，在短时间内高精度地制造出具有其折射率和厚度依照设计而定的环形部分12的玻璃管17。
通过图4中所示该实施例的光纤预制棒制造方法，玻璃棒插入玻璃管中(步骤S9)，并通过塌缩相结合(步骤S10)，产生玻璃质体。这种玻璃质体经过结构检查(视觉检查和纤芯椭圆度测量)(步骤S11)。从而，如果塌缩界面上出现的空隙数量大于预定数量(此处，为每10mm一个)并且作为中央芯部的区域的椭圆度大于预定数值(此处，为1.5％)(步骤S12)，则不将该玻璃质体作为合格产品，因为在后续步骤处有可能产生缺陷(步骤S13)。
图10表示光纤预制棒中中央芯部的椭圆度(％)与光纤的PMD之间的关系。如图10中所示，中央芯部的椭圆度超过1.5％的光纤预制棒，在拉丝步骤之后得到光纤的PMD极可能超过0.15ps/√(km)。通常，40Gb/s或更大的高速光通信需要具有0.15ps/√(km)或更小的光纤。即，上述步骤中仅使用中央芯部的椭圆度为1.5％或更小的光纤预制棒，有效地制造具有良好PMD、可应用于高速光通信的光纤。
另一方面，在步骤S12，如果塌缩界面上空隙的数量小于或等于预定数量，并且中央芯部区域的椭圆度小于或等于预定数值，则流程前进到步骤S14。此处，测量玻璃质体的折射率分布(步骤S14)，并且根据测量结果计算和确定中央芯部的直径(步骤S15)。此处，设置外包层，使中央芯部的直径与玻璃质体的直径的比值等于所拉制出的光纤中中央芯部的直径与外直径的比值(步骤S16)。
尽管图4的流程图中没有表示出，不过将通过上述方法制造出的光纤预制棒拉丝，制造光纤。
在通过上述方法制造出的光纤预制棒14中(参见图1)，假设中央芯部的外直径与被覆部分的外直径的比值为Ra＝2c/2d，被覆部分的外直径与环形部分的外直径的比值为Rb＝2d/2r，中央芯部与外包层的相对折射率差Δc为(Nc-No)/No×100[％]，被覆部分与外包层的相对折射率差Δd为(Nd-No)/No×100[％]，环形部分与外包层的相对折射率差Δr为(Nr-No)/No×100[％]，并且外包层的外直径为2o，则满足以下关系(1)0.20≤Ra≤0.60，(2)0.50≤Rb≤0.80，(3)90μm≤2o≤150μm，(4)2.5％≥Δc≥0.8％，(5)-0.8％≤Δd ≤-0.2％以及(6)1.0％≥Δr≥0.1％，其中希望光纤在1550nm波长处的色散值小于或等于+8ps/km/nm。
如上所述的光纤预制棒制造方法，光纤制造方法和光纤，可高精度地制造出具有复杂分布的光纤预制棒和光纤，因为制造出包括分别具有已知折射率分布的中央芯部和被覆部分的玻璃棒，制造出具有环形部分的玻璃管，然后将玻璃棒插入玻璃管中，并通过塌缩将它们结合，制造玻璃质体。
在常规的光纤预制棒中，通过诸如MCVD方法、VAD方法或OVD方法，在一个处理中通过一步整体制造中央芯部，被覆部分和环形部分。从而，难以有选择地将诸如Ge或F(氟)特别是F的杂质加入相应部分中。不过，在本实施例的光纤预制棒中，由于中央芯部，被覆部分和环形部分分别制造，无需有选择地将诸如Ge或F(氟)的杂质加入相应部分。
更具体而言，当通过一个过程整体制造中央芯部，被覆部分和环形部分时，出现Ge与F共存的部分。在该部分中，通过加热会形成玻璃缺陷，如，从而增大传输损耗。
因此，通过本发明的制造方法，由于将杂质分别加入中央芯部，被覆部分和环形部分，几乎不存在Ge与F共存的部分，从而光纤传输损耗的增大得以降低。
此外，通过根据本发明光纤预制棒的制造方法，由于仅在管内部通过CVD方法制造环形部分，在除环形部分以外的中央部分中没有CVD方法固有的波纹或者没有倾斜。此处，图11(a)表示通过根据本发明光纤预制棒制造方法(或光纤制造方法)制造出的光纤的折射率分布。此外，图11(b)表示通过MCVD方法整体制造中央芯部，被覆部分和环形部分时制造出的光纤的折射率分布。
在图11(a)所示的折射率分布中，仅在环形部分中必然有波纹，中央芯部和被覆部分中没有形成波纹或倾斜。另一方面，在图11(b)所示的折射率分布中，在中央芯部，被覆部分和环形部分上存在波纹，并在中央芯部中形成倾斜。
下面，将描述根据本发明第二实施例的光纤预制棒制造方法。
图12表示根据本实施例的光纤预制棒的折射率分布。图13用于说明根据本实施例的光纤预制棒制造方法，其中图13(a)用于说明玻璃管制造过程，图13(b)用于说明玻璃棒制造过程。图14所示的流程图用于说明根据本实施例制造光纤预制棒的过程。
假设中央芯部121的折射率为Nc，第一被覆部分122的折射率为Nd1，环形部分123的折射率为Nr，第二被覆部分124的折射率为Nd2，外包层125的折射率为No。存在关系Nc≥Nr＞No＞Nd2≥Nd1，如图12中所示。此处，由于折射率Nd1和Nd2小于外包层125的折射率No，可将折射率Nd1和Nd2假定为折射率Nd。即，在本实施例中这些折射率之间存在关系Nc≥Nr＞No＞Nd。
下面将参照图13和14，描述根据本实施例的光纤预制棒制造方法。如图13和14中所示，首先，执行通过塌缩将芯棒136与玻璃管135相结合的制造玻璃棒132的玻璃棒制造步骤(步骤S141)。然后，在与玻璃棒制造步骤不同的步骤S142中执行玻璃管制造步骤。在玻璃管制造步骤中，通过内部沉积方法在基管133内部沉积玻璃粒子，形成第二被覆部分124，并加热和玻璃化，形成构成环形部分123的玻璃层134，从而制造出玻璃管131。
此处，可在玻璃棒制造步骤之前，过程中或之后执行玻璃管制造步骤。
采用预制棒分析仪测量玻璃棒132的折射率分布(具有不同折射率的每一层的折射率、层厚度和外直径)(步骤S143)，并且将测量结果反馈给步骤S142的玻璃管131制造步骤，设计玻璃管131。此处，设计包含计算玻璃管的制造条件(各层的厚度和折射率)。在玻璃棒制造步骤和玻璃管制造步骤之后，将玻璃棒132插入玻璃管131中，并塌缩制造成玻璃质体(步骤S144)。从而，得到玻璃质体。
在本实施例中，可测量玻璃管131的折射率和层厚度，并且将测量结果反馈给步骤S141的玻璃棒132制造步骤，设计玻璃棒132。
为了制造具有所需芯直径和所拉制光纤直径并具有所需性质的光纤，通过采用多个喷灯的外部沉积方法在玻璃质体的外部沉积和固结玻璃粒子，形成套管部分。在此情形中，使用套管部分调节光纤的芯直径。因为很少有光通过光纤的中央纤芯泄流到套管部分中，因此即使采用上述方法高速度地合成玻璃，形成套管部分，光学性质如传输损耗也难以受到影响。从而，以较低成本制造出大光纤预制棒，从而低成本地制造出光纤。
图15表示具有套管部分的光纤预制棒的横截面。如图15中所示，光纤预制棒150围绕所获得的玻璃质体130外部设有套管部分151。
此处，并非围绕玻璃质体130的外圆周设置套管部分151，可将通过OVD方法沉积和固结玻璃粒子制造出的二氧化硅管，并通过下述穿孔方法进行穿孔，制备为套管部分。然后，将玻璃质体插入该套管中，将套管与玻璃质体130结合，并通过加热立即拉丝。
图16所示的说明图，表示将玻璃质体插入套管中，并通过加热将其拉丝的过程。下面将参照图16描述这一过程。如图16中所示，通过加热源161如加热器将插入圆柱形套管160中的玻璃质体130加热。加热源161由设置在玻璃质体130和套管160外部的加热器组成，玻璃质体130和套管160沿加热器的轴向方向插入加热器内部。加热器的下端一侧(图16中的下部)设定为比上端一侧(图16中的上部)具有更高温度。之后，通过加热将玻璃质体130与套管160的下端部分结合，并熔合，向下拉制出光纤F。此外，如图16中所示，拉丝过程中沿箭头方向输送玻璃质体130和套管160。尽管该加热器通过使电流流过电阻器产生热量，不过加热器也可以为感应电炉，其通过将电流导入电抗产生的感应电流加热，或者是使用等离子体的加热源。加热装置161可具有沿玻璃质体130的轴向(图16中的上下方向)设置的多个加热器。
通过这种方法，通过执行将玻璃质体插入套管中并拉制它们的过程，可省略用于形成套管部分的过程。
现在将描述制造管子如基管的方法。在该过程中，采用所谓的穿透方法。图17用于说明通过穿透方法制造管子的过程。
在该过程中，将圆柱形石英棒170插入为该石英棒设置的加热装置171的内部，并且将石英棒170的一个端部(图17中的左端部)加热、熔化，如图17中所示。石英棒插入硬模174中，并通过未示出的移动装置向图17中的左边输送。然后，穿透夹具172的头部173与石英棒170的加热和熔化端部的轴向端面中心压紧接触。此后，输送石英棒170，头部173滑动到石英棒170内部，使穿透夹具172的头部173可以沿石英棒170的轴向方向通过，从而产生中空的圆柱形石英棒。
希望穿透夹具172为纯度为99wt％或更大的炭棒。通过这种方法，防止制造石英管时混入金属杂质，如Fe、Cr和Ni，并且防止传输带的损耗增大。
在制造管子时，管内壁中包含的除玻璃杂质以外的杂质的浓度，优选为1wtppm或更小。此处，管内壁指距离管子内圆周表面壁厚度为1mm的区域。此外，杂质的浓度更优选为10wtppb或更小。
此外，取代用于穿透的穿透夹具172和加热装置171，可使用图中未示出的具有刀具的钻孔机，通过研磨方法将石英棒钻孔。
下面将描述根据本发明第三实施例的光纤预制棒制造方法。在下述实施例中，用相同或相当的附图标记表示结构和作用与上述相同或相似的部件，并简化或省略这些部件的描述。
根据该实施例的光纤预制棒的折射率分布与图12中所示第二实施例的折射率分布相同。图18用于说明根据该实施例的光纤预制棒制造方法，其中图18(a)用于说明玻璃管制造步骤，图18(b)用于说明玻璃棒制造步骤。图19所示的流程图用于说明根据该实施例的光纤预制棒制造方法。
根据该实施例的光纤预制棒制造方法，制造出在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，在中央芯部外部具有最小折射率值Nd的被覆部分，在被覆部分外部具有最大折射率值Nr的至少一个环形部分，以及在环形部分外部具有最大折射率值No的外包层的光纤预制棒，并且该光纤预制棒的折射率值之间满足关系Nc≥Nr＞No＞Nd。该光纤预制棒制造方法的特征在于包括，制造作为中央芯部的玻璃棒的玻璃棒制造步骤，通过内部沉积在基管内部通过沉积玻璃层的制造玻璃管的玻璃管制造步骤，以及在玻璃棒插入玻璃管之后通过塌缩将玻璃棒与玻璃管结合制造玻璃质体的步骤。
现在将参照图18和19描述根据本实施例的光纤预制棒制造方法。如图18和19中所示，首先，为通过VAD方法制造玻璃棒(此处，为芯棒)186的玻璃棒制造步骤(步骤S191)。此外，在与玻璃棒制造步骤不同的步骤S192执行玻璃管制造步骤。在玻璃管制造步骤中，通过内部沉积方法在与第二被覆部分124相应的基管183的内部沉积玻璃粒子，形成与环形部分123相应的玻璃层184，和与第一被覆部分122相应的玻璃层185，从而制造出玻璃管181。
此处，可以在玻璃棒制造步骤之前、过程中或之后执行玻璃管制造步骤。
采用预制棒分析仪，根据玻璃棒182的折射率、层厚度和外直径测量折射率分布(步骤S193)，并将测量结果反馈给步骤S192的玻璃管制造步骤，设计玻璃管181的分布。
在玻璃棒制造步骤和玻璃管制造步骤之后，将玻璃棒182插入玻璃管181中，并塌缩制造玻璃质体(步骤S194)。从而，获得玻璃质体。
在本实施例中，可通过测量玻璃管181的折射率和层厚度，并将测量结果反馈给步骤S191的玻璃棒182的制造步骤，从而设计玻璃棒182。
此外，可通过在玻璃质体外部沉积玻璃粒子，并将其加热和固结，形成套管部分(步骤S194)。另一方面，如上所述通过执行将玻璃质体插入套管，然后加热、结合和拉丝的过程，省略形成套管部分的步骤。
<例子>
图20表示通过根据本发明的光纤预制棒制造方法和光纤制造方法获得的第一示例光纤的折射率分布。下面将描述该示例。
在本例中，将所获得的光纤设计成使中央芯部的外直径为3.4μm，被覆部分的外直径为12.1μm，环形部分的外直径为15.7μm，外包层的外直径为110.0μm。此外，将所获得的光纤设计成使中央芯部与外包层的相对折射率差Δc为1.5％，被覆部分与外包层的相对折射率差Δd为-0.5％，环形部分与外包层的相对折射率差Δr为0.33％。
通过已知的VAD方法制造外直径为φ6.1mm并且含有GeO2的玻璃棒A作为中央芯部。通过众所周知的VAD方法制造外直径为φ35mm、内直径为φ6mm且含有氟F的SiO2玻璃管B作为被覆部分。中央纤芯棒的GeO2浓度的峰值为16mol％，并且用α＝2幂近似具有梯度结构的折射率分布的形状。成为被覆部分的玻璃管的F浓度为1.4wt％。
通过汽相蚀刻将玻璃管B的内表面蚀刻和平滑化，将内直径调节到φ8.5mm，并且平滑化。通过将SF6气体导入管子中同时将玻璃管B加热到大约1500℃，进行汽相蚀刻。将GeO2-SiO2构成的玻璃棒A插入掺F石英构成的玻璃管B中，并通过棒内塌缩方法与玻璃管B结合，制造具有φ34.0mm外直径的玻璃棒C。
通过视觉观察玻璃棒C没有出现空隙，并且测得玻璃棒C中中央芯部的椭圆度为0.1％至0.2％，极其优异。
采用预制棒分析仪测量玻璃质体的折射率分布。之后，设计所期望的Ra，Rb和Δr(之后称作设计I)。因此，这表明通过设计Ra＝0.28，Rb＝0.77和Δr＝0.3％，可获得具有所需性质的光纤。
根据设计I，通过氢氧焰将玻璃棒C拉长，直至外直径达到φ12.20mm。然后，在包含假指棒的HF溶液中进行蚀刻，直至外直径达到8.0mm，并调节至Ra为0.27，去除溶解和扩散到表面层上的杂质如OH。
通过众所周知的VAD方法制造外直径为大约34mm，内直径为21mm，且包含10wtppm到1000wtppm氯的玻璃管D，作为外包层的一部分。
通过汽相蚀刻蚀刻和平滑化该玻璃管D的内表面，并将内直径调制到22mm，通过将SF6气体导入玻璃管中同时将玻璃管D加热到大约1550℃，进行汽相蚀刻。
根据设计I，通过MCVD方法在玻璃管D的内表面上沉积厚度为0.5mm、含有3.0mol％GeO2的SiO2-GeO2层，制造玻璃管E。
将玻璃管E加热到大约1800℃，并热收缩成具有27m的外直径和10mm的内直径。
将玻璃棒C插入玻璃管E中，并通过棒内塌缩方法将它们结合，产生外直径为27mm的光纤预制棒的半成品F。
通过视觉观察该半成品F没有出现空隙，并且测得半成品F中中央芯部的椭圆度为0.3％至0.4％，极其优异。
在使用预制棒分析仪测量光纤预制棒半成品F的折射率分布之后，所需的纤芯直径设计为3.4μm。
在光纤预制棒半成品F的外圆周周围合成含有0.2mol％氯的石英制成的套管部分。套管部分的折射率与玻璃管D几乎相等，并增大外包层的直径。将外包层与中央芯部的直径比调节到32.4。
通过众所周知的拉制方法拉丝光纤预制棒，使外包层的外直径达到110μm。如下面所述，所获得的光纤，作为色散补偿光纤而言，其传输性质是极好的。
(第一示例中获得的光纤的传输性质)1550nm波长处的传输损耗0.310dB/km色散 -81ps/km/nm色散斜率 -0.82ps/km/nm2有效面积 18μm2截止波长 1350nmPMD 0.02ps/√(km)下面将参照图21描述第二示例。图21表示通过第二示例方法获得光纤的折射率分布。下面将描述该例子。
在本例中，如图21中所示，第二被覆部分处于外包层与环形部分之间。
在本例中，为了获得-6.3ps/nm/km的色散，将所获得的光纤设计成使中央芯部的外直径为5.5μm，第一被覆部分的外直径为14.5μm，环形部分的外直径为21.3μm，第二被覆部分的外直径为42.6μm，外包层的外直径为125.0μm。此外，将所获得的光纤设计成使中央芯部与外包层的相对折射率差Δc为0.55％，第一被覆部分与外包层的相对折射率差Δd为-0.20％，环形部分与外包层的相对折射率差Δr为0.30％，第二被覆部分与外包层的相对折射率差Δd′为-0.20％。
通过众所周知的VAD方法制造外直径为φ12mm并且含有GeO2的玻璃棒A作为中央芯部。通过众所周知的VAD方法制造外直径为φ45mm、内直径为φ12mm且含有氟F的SiO2玻璃管B作为被覆部分。作为中央芯部的棒的GeO2浓度的峰值为5.5mol％，并且用α＝2幂近似具有梯度结构的折射率分布的形状。作为被覆部分的玻璃管的F浓度为0.6mol％。
通过汽相蚀刻将玻璃管B的内表面蚀刻和平滑化，将内直径调节到φ13.5mm。通过将SF6气体导入管子中同时将玻璃管B加热到大约1550℃，进行汽相蚀刻。将GeO2-SiO2构成的玻璃棒A插入掺F石英构成的玻璃管B中，并通过棒内塌缩方法将它们结合，制造具有φ44.0mm外直径的玻璃棒C。
测量玻璃棒C的折射率分布，并且基于该测量结果设计出中央芯部的外直径和针对该外直径的折射率分布参数。
按照已经描述的过程视觉检查玻璃棒C(参见图6)。因而，存在一个在塌缩界面上沿长度方向10mm的玻璃棒中具有三个空隙的部分。丢弃这个出现空隙的部分。此外，测得纤芯椭圆度为0.1％至0.2％，极其优异。
采用预制棒分析仪测量玻璃质体的折射率分布。之后，设计所期望的Ra，Rb和Δr(之后称作设计II)。因此，从设计II可以看出，通过设计Ra＝0.38，Rb＝0.68，Δr＝0.30％，Δd′＝-0.2％和Rc＝0.50，可获得具有所需性质的光纤。此处，Δd′表示第二被覆部分与外包层的相对折射率差，Rc表示第二被覆部分直径2d′与环形直径2r的比值(＝2r/2d′)。根据设计II，将玻璃棒C的外圆周机械研磨成使直径达到34mm，并通过等离子体焰拉长，使外直径达到15.1mm。然后，在HF溶液中进行蚀刻，直至外直径达到14.0mm，并调节Ra为0.38，去除溶解和扩散到表面层上的杂质如OH。
通过众所周知的VAD方法制造外直径为大约40mm，内直径为26mm，且包含0.6mol％氟的玻璃管D，作为外包层的一部分。
通过汽相蚀刻将玻璃管D的内表面蚀刻和平滑化，将内直径调节到28mm。通过将SF6气体导入管子中同时将玻璃管D加热到大约1550℃，进行汽相蚀刻。根据设计II，通过用MCVD方法在玻璃管D的内表面上沉积2.2mm厚的含有3.0mol％GeO2的SiO2-GeO2层，制造具有环形部分和第二被覆部分的玻璃管E。将玻璃管E加热到大约1800℃，并热收缩，使其具有35mm的外直径和16mm的内直径。
将玻璃棒C插入玻璃管E中，并通过棒内塌缩方法与玻璃管E结合，产生外直径为34mm的玻璃棒F。
通过视觉观察，该玻璃预制棒的半成品F不存在空隙，并且测得该半成品F中中央芯部的椭圆度为0.3％至0.4％，极其优异。
在使用预制棒分析仪测量光纤预制棒半成品F的折射率分布之后，将光纤设计成，如果所需的纤芯直径为5.5μm和Rc＝0.50，则具有所需的传输性质(下面称作设计III)。
根据该设计III，机械研磨玻璃棒F的外圆周，使外直径达到28mm，并将Rc调节到0.50。在该外圆周上合成由含有200wtppm氯的石英制成的外包层。将外包层与中央芯部的直径比值调节到22.7。
通过众所周知的拉制方法拉丝该光纤预制棒，使外包层的外直径达到125μm。如下面所述，所获得设计为色散补偿光纤的光纤的传输性质是极好的。
(第二示例中获得的光纤的传输性质)1550nm波长处的传输损耗0.205dB/km色散-6.3ps/km/nm色散斜率+0.011ps/km/nm2有效面积47μm2截止波长1420nmPMD 0.02ps/√(km)在不使用设计II制造光纤的情况下，色散值偏离设计值，表现为-9.45ps/nm/km。
光纤预制棒制造方法，光纤制造方法和光纤不限于上述实施例中所描述的，而可以进行多种适当变型或改进。
图22表示第二示例的一个变型例。如图22中所示，光纤预制棒或光纤可以具有这样的折射率分布，其中第二环形部分处于第二被覆部分与外包层之间。
光纤不限于上述折射率分布所示的结构。光纤可至少具有中央芯部、被覆部分和环形部分。
(第三示例)下面将描述第三示例。
在本例中，采用根据第一实施例的光纤预制棒制造方法。
首先，将通过OVD方法沉积的石英玻璃灰固结，并拉长，制造芯棒。该芯棒的外直径为4mm或者更大，并且轴向方向外直径椭圆度的平均值为1％或更小。使折射率分布中心与外直径中心之间的偏差(偏心度)为1％或更小。
然后，制备石英管。该石英管的外直径从10mm到200mm，内直径从4mm到100mm。此外，使用作石英管的管子在轴向方向的偏心率比的平均值为1％或更小，偏心率的平均值为1％或更小。此外，轴向方向石英管外直径和内直径的椭圆度，以及石英管椭圆度的平均值分别为1％或者更小。
石英管为掺氟石英管，其中掺入氟至少0.001wt％至10wt％。
将芯棒和石英管塌缩，制造玻璃棒，然后使用预制棒分析仪测定折射率分布(第一步)。
然后，制备石英制成的管子。该管子的特征在于，其通过OVD方法以50g/min或更高的沉积速度通过沉积玻璃粒子，并脱水、固结制造而成。该管子含有至少0.001wt％至10wt％的氯或氟作为杂质，并且外直径从20mm到150mm，厚度从1mm到8mm。此外，该管子轴向方向的非均匀厚度比的平均值为0.3％或更小，轴向方向外直径和内直径的椭圆度平均而言为1％或更小。然后，通过内部沉积方法在该管子内部沉积含有氟、锗和磷其中至少一种的玻璃层，从而获得采用玻璃棒折射率测定结果(以便具有所需分布)计算出的折射率和层厚度(第二步)。
通过塌缩将第一步制造的玻璃棒与第二步制造的玻璃管结合，产生玻璃质体(第三步)。
然后，通过OVD方法在第三步制造出的玻璃质体的外圆周上以50g/min的沉积速度沉积玻璃粒子，形成套管部分。将该套管部分脱水、固结，制造成光纤预制棒(预制棒)，其中该固结体纵向方向玻璃质体的直径与套管部分的直径的比值的改变率为1％或更小，改变长度为400km或更大，纵向方向中央芯部的椭圆度为1.5％或更小(第四步)。
以1000m/min或更大的拉丝速度将第四步制造出的光纤预制棒拉丝(第五步)。
图23表示PMD(ps/√(km))与管子的不均匀厚度率和中央芯部的偏心率(％)之间的关系。如图23中所示，当本例中管子的不均匀厚度率，中央芯部的偏心率比与中央芯部的椭圆度(％)为1％或更小时，PMD为0.15(ps/√(km))或更小。
此处，管子的不均匀度率表示管子壁厚度的最大和最小值之差与最大值的百分比。中央芯部的偏心率比表示外直径中点和中央部分之间的偏离量与管外直径最大值的百分比。中央芯部的椭圆度表示中央芯部的外直径的最大和最小值之差与最大值的百分比。
图24表示管子的壁厚度(mm)和与1.55μm通信波长处与波长无关的损耗分量(也称作B值，单位为dB/km)之间的关系。如图24中所示，如果管子的壁厚度变小，则管子内部形成的玻璃层的边界面的粗糙度减小，从而层结构的不完整性引起的损耗减小。当本示例中壁厚度为8mm或更小时，则与波长无关的损耗分量为0.01dB/km或更小。
在本例中，获得具有低PMD的光纤。此外，高速合成大光纤预制棒，从而制造出具有低成本的光纤预制棒。
(第四示例)下面，将描述第四示例。
在本例中，采用根据第一实施例的光纤预制棒制造方法。
首先，将通过OVD方法沉积的石英玻璃灰固结和拉长，制造芯棒。该芯棒的外直径为4mm或更大，轴向方向外直径椭圆度的平均值为1％或更小。使折射率分布的中心与外直径中心之间的偏离之差(偏心率)为1％或更小。
然后，制备石英管。该石英管的外直径为10mm到200mm，内直径为4mm到100mm。此外，石英管不均匀厚度的平均值为1％或更小，管子偏心率比的平均值为1％或更小。另外，在轴向方向石英管外直径与内直径的椭圆度，以及石英管椭圆度的平均值为1％或更小。
该石英管为掺氟石英管，其中氟至少掺入0.001wt％到10wt％。
将芯棒和石英管塌缩，制造玻璃棒，然后使用预制棒分析仪测定折射率分布(第一步)。
然后，制备由石英制成的管子。该管子的特征在于，其通过OVD方法以50g/min或更大的沉积速度沉积玻璃粒子、脱水和固结，制造而成。该管子包含至少0.001wt％至10wt％的氯原子或氟原子作为杂质，并且外直径为20mm到150mm，壁厚度为1mm到8mm。此外，在轴向方向该管子的偏心率比的平均值为1％或更小，不均匀厚度比的平均值为0.3％或更小，并且在管子的轴向方向外直径与内直径的椭圆度平均而言分别为1％或更小。并且通过内部沉积方法在管子内部沉积包含氟、锗和磷其中至少一种的玻璃层，从而获得采用玻璃棒折射率测定结果(具有所需分布)计算出的折射率和层厚度。然后，通过塌缩将第一步制造的玻璃棒和玻璃管结合，产生玻璃质体(第二步)。
然后，制备作为套管的石英管。该石英管的外直径为10mm到200mm。此外，管子不均匀厚度比的平均值为1％或更小，偏心率比的平均值为1％或更小，并且外直径和内直径的椭圆度平均而言为1％或更小。该石英管含有至少0.001wt％至10wt％的氯原子。将本示例第二步制造的玻璃质体插入该石英管中。然后将玻璃质体与石英管结合，成为转换成光纤长度尺寸为400km的预制棒，并以1000m/min的拉丝速度拉丝(棒内拉丝)(第三步)。
在本例中，获得具有低PMD的光纤。此外，如果制备具有较大外直径的套管，并且将玻璃质体插入套管中并进行棒内拉丝，则可省略用于在玻璃质体外圆周上沉积玻璃粒子，并进行脱水和固结的过程，从而用较低成本实现光纤制造过程。
此外，高速度地合成大光纤预制棒，从而用较低成本制造出光纤预制棒。
(第五示例)下面，将描述第五示例。
在本例中，采用根据第三实施例的光纤预制棒制造方法。
首先，制备石英管。该石英管含有至少0.01wt％至10wt％的氟，并且外直径为10mm到200mm，内直径为4mm到100mm。此外，该管子是掺氟石英管，其中在石英管轴向方向不均匀厚度比的平均值为1％或更小，管子偏心率比的平均值为1％或更小，而外直径的椭圆度平均而言为1％或更小。通过内部沉积方法在该石英管的内圆周表面上沉积含有氟、锗和磷其中至少一种作为除SiO2以外的杂质的玻璃层，制造出玻璃管。从而，采用预制棒分析仪评价折射率分布(第一步)。
然后，将通过OVD方法沉积的玻璃粒子沉积体固结，并拉长，制造玻璃棒。该玻璃棒的外直径为4mm或更大，从而在轴向方向外直径和内直径的椭圆度的平均值分别为1％或更小。折射率分布的中心与外直径中心之间的偏差(偏心率)为1％或更小。通过塌缩将第一步制造出的玻璃棒与玻璃管结合，制造玻璃质体(第二步)。
围绕第二步获得的玻璃质体的外圆周形成套管部分，制造光纤预制棒。组成套管部分的玻璃粒子的沉积速度为50g/min或更大。然后，所沉积的玻璃粒子固结，使轴向方向玻璃质体部分的直径与套管部分的直径的比值的改变量为1％或者更小。此外，预制棒尺寸在转变成光纤长度时为400km长，并且所制造出的光纤预制棒在轴向方向中央芯部的椭圆度为1.5％或更小(第三步)。
以1000m/min或更大的拉丝速度将第三步制造出的光纤预制棒拉丝，制造光纤(第四步)。
在本例中，通过沉积速度相对较低的MCVD方法，可缩短玻璃合成时间，并通过快速合成方法(OVD方法)增大制造面积，从而低成本地制造光纤。
(第六示例)下面，将描述第六示例。
在本例中，采用根据第三实施例的光纤预制棒制造方法。
首先，制备石英管。该石英管含有至少0.01wt％至10wt％的氟，并且外直径为10mm到200mm，内直径为4mm到100mm。此外，该管子是掺氟石英管，其中在石英管轴向方向管子的不均匀厚度比的平均值为1％或更小，管子偏心率比的平均值为1％或更小，而外直径的椭圆度平均而言为1％或更小。然后，通过内部沉积方法在该石英管的内圆周表面上沉积含有氟、锗和磷其中至少一种作为除SiO2以外的杂质的玻璃层，制造出玻璃管。(第一步)。
然后，将通过OVD方法沉积的玻璃粒子沉积体固结，并拉长，制造玻璃棒。该玻璃棒的外直径为4mm或更大，从而在轴向方向外直径的椭圆度的平均值为1％或更小。折射率分布中心与外直径中心之间的偏差(偏心率)为1％或更小。通过塌缩将第一步制造出的玻璃棒与玻璃管结合，制造玻璃质体(第二步)。
制备作为套管的石英管。该石英管的外直径为10mm至200mm，内直径为4mm至100mm。此外，该石英管不均匀厚度比的平均值为1％或更小。管子偏心率比的平均值为1％或更小。外直径和内直径的椭圆度平均而言分别为1％或更小。该石英管含有至少0.001wt％至10wt％的氯。将第二步制造出的玻璃质体插入该石英管中。将玻璃质体与石英管结合，产生转换成光纤长度尺寸为400km的预制棒，并以1000m/min或更大的拉丝速度进行拉丝(第三步)。
在本例中，通过沉积速度相对较低的MCVD方法，可缩短玻璃合成时间，并通过快速合成方法(OVD方法)增大制造面积，从而低成本地制造光纤。此外，一般对光纤预制棒执行塌缩和拉丝步骤，以降低制造成本。
在第三至第六示例中，在制造玻璃棒时，优选在汽相或液相中对纤芯的外圆周和管子的内圆周其中至少之一进行研磨或者蚀刻，作为调节包层与纤芯外直径比的方法。由此，通过预先调节包层与纤芯的倍率，可获得必然具有所需性质的光纤预制棒。
在第三至第六示例中，优选至少掺入锗(Ge)到纤芯部分，作为杂质。由此，与纯石英相比，可增大芯部的折射率。
在第三至第六示例中，在制造石英管时，优选通过OVD方法合成石英粒子，然后脱水和固结，从而管子中的残留OH基为0.1wtppm或更小。由此，通过快速合成方法可减小成本更低的光纤的OH基的吸收损耗。
在第三至第六示例中，在将玻璃粒子的沉积体固结时优选采用具有至少包含氟原子或氟的混合物的气体，作为制造掺氟石英玻璃管的方法。或者，当将玻璃粒子的沉积体固结时优选采用具有至少包含氟原子或氟以及氦气体的混合物的气体。由此，折射率比纯石英小，并将其调节到所需的折射率。
在第三至第六示例中，优选通过穿透或研磨沿管子的轴向方向穿一个通孔，作为制造石英玻璃管的方法。穿透过程允许高速度地通过玻璃管穿出孔，从而降低制造成本。
在穿透过程中，优选管内壁上除掺杂物以外的杂质的浓度为1wtppm或更少。此外，更优选管内壁上除掺杂物以外的杂质的浓度为10wtppm或更少。由此，可防止由于混入管子内表面中的杂质如过渡金属引起的传输带损耗增大。
在第三至第六示例中，在执行内部沉积方法时，优选在玻璃管内表面上沉积玻璃粒子时沉积速度为0.4g/min或更大，或者更优选沉积速度为1g/min或更大。由此，通过快速执行MCVD方法，以更低的成本制造光纤。
在第三至第六示例中，在进行内部沉积方法时，优选采用氢氧炉，电阻炉，等离子体焰炬或感应电炉作为加热源。更加优选的是采用电阻炉，等离子体焰炬或感应电炉。由于加热源中不含水，从而可制造出在1.38μm波长处OH基的吸收损耗较低的光纤。此外，为了增大内部沉积方法的沉积速度，优选将管子内部充分加热，为此可减小管子的厚度。当使用氢氧炉作为加热源时，该加热源加热管子的外圆周，同时本身产生水，从而随着管厚度的减小，OH基的吸收增大。
特别是，与掺氯管子相比，掺氟管子更易于OH基的扩散。从而，发现当使用掺氟管作为基管时，重要的是加热源是无水的。例如，在管子(外直径为25mm，内直径为17mm)内部沉积的玻璃层中掺入的氟浓度为0.2wtppm的样品中，且采用氢氧炉作为热源时，由于OH基通过管子外表面扩散到内部，结果，1.38μm波长处的过量损耗为0.8dB/km。相反，在基管为不含氟的石英管(掺入的氯的浓度为200wtppm)，且将纤芯的外直径和折射率调节成与掺氟管子具有相同的光强分布时，OH基引起的过量损耗为0.5dB/km。
相反，当采用等离子体或感应电炉源时，在所有情况下过量损耗均为0.11dB/km。从而，证明氢氧炉所特有的OH基的扩散得到减弱，从而光纤的OH基的扩散减弱。
在第三至第六示例中，优选在围绕玻璃质体形成套管部分之前沿轴向方向拉长玻璃质体。通过这种方法，可通过拉长预先调节玻璃质体的外直径。
在第三至第六示例中，优选在围绕玻璃质体形成套管部分之前沿轴向方向拉长玻璃质体，然后蚀刻玻璃质体的外圆周。通过这种方法，可减小OH基产生的1.38μm波长的吸收损耗。
在第三至第六示例中，在塌缩时优选使用感应电炉，电阻炉，氢氧焰或等离子体焰炬作为加热源。此外，更优选采用感应电炉。通过采用感应电炉，缩短加热区的长度。另外，由于围绕整个圆周均匀加热，减小塌缩时纤芯的变形。
在第三至第六示例中，优选塌缩期间管内的绝对压力为10kPa或更小，并且塌缩期间管外表面的温度在塌缩时为1000℃至1600℃。此外，更优选塌缩过程中管内的绝对压力为10kpa或更小，塌缩期间管子外表面的温度为1000℃至1600℃。通过这种方式，减小OH基产生的1.38μm波长的吸收损耗。
在第三至第六示例中，当基管为掺氟石英管或纯石英管时，塌缩时优选采用等离子体焰炬，感应电炉或电阻炉作为加热源。由于掺氟石英管或纯石英管抑制OH基扩散，加热源具有更少水含量。当使用无水加热源时，减小了对具有吸水成分的玻璃层的去除量，从而以较低成本制造光纤预制棒。
在第三至第六示例中，优选在扭曲光纤的同时拉制光纤。通过这种方法，减小PMD。此外，在拉制过程中，具有涂层的光纤的张力优选为30g到300g。由此，由于通过调节带有涂层的光纤的张力，根据制造出的光纤预制棒的成分减小光纤内残余应力的改变，通过调节张力减小了拉制后光纤性质的改变。
在第三至第六示例中，拉制后玻璃直径优选为90μm到250μm。
在第三至第六示例中，OH基导致的光纤在1.38μm波长处的吸收损耗优选为0.2dB/km或更小，更优选0.1dB/km或更小。通过这种方法，通过在塌缩过程中引入无水处理，可制造出具有低OH吸收损耗的光纤。
图23表示PMD(ps/√(km))与管子的不均匀厚度比和中央芯部的偏心率比(％)之间的关系。如图23中所示，当第三至第六示例中在轴向方向管子的不均匀厚度比和中央芯部的偏心率比(％)的平均值为1％或更小时，PMD为0.15(ps/√(km))或更小。
图24表示壁厚度(mm)和与1.55μm波长处与波长无关的损耗分量(也称作B值，单位为dB/km)之间的关系。如图24中所示，如果壁厚度变小，则管子内部形成的玻璃层的边界面的粗糙度减小。当第三至第六示例中基管的壁厚度为8mm或更小时，则与波长无关的损耗分量为0.01dB/km或更小。
在本例中，获得具有低PMD的光纤。此外，高速地合成大光纤预制棒，从而制造出具有低成本的光纤预制棒。
图25表示对于过渡金属，传输损耗(dB/km)与吸收光谱波长(nm)之间的关系。在图25中，过渡金属为铁(Fe)，作为通常用作源气体输线的不锈钢管的一种成分。此处，通过将10wtppm的铁加入光纤纤芯的信号传输区域中，测量对传输带中信号波长的传输损耗(dB/km)。如图25中所示，当过渡金属如Fe作为杂质混合到管子内壁中时，传输损耗增大。从而，当如上所述通过穿透制造管子时，优选采用高纯度的穿透夹具来降低管子内壁上除掺杂物以外的杂质的浓度。
在本发明中，塌缩过程中优选采用感应电炉作为加热源。
图26表示中央芯部的椭圆度(％)与加热方法之间的关系(特性分布)。如图26中所示，感应电炉在整个圆周周围均匀加热管子，与氢氧炉相比，塌缩之后中央芯部的椭圆度减小。
在本发明中，优选在流速为0.1slm(标准升/分)或更大的氯气氛中，且管表面温度为800℃或更高时对要进行塌缩的玻璃管和玻璃管进行脱水和焙干。通过这种方法，去除了玻璃棒和玻璃管内壁上吸收的水含量。
此外，塌缩之前优选在汽相中蚀刻管子的内表面。通过这种方法，去除粘着到管子内表面上的含有杂质粒子或OH的层。
图27表示露点(℃)和OH基浓度(wtppm)与气体SF6和Cl2总流量(slm)之间的关系。在图27中，附图标记27A表示露点(℃)与气体SF6和Cl2的总流量(slm)之间的关系，附图标记27B表示OH基浓度(wtppm)与气体SF6和Cl2的总流量(slm)之间的关系。如图27中所示，当气体SF6和Cl2的总流量(slm)增大时，露点(℃)和OH基浓度(wtppm)减小。
在本发明中，在蚀刻时，优选Cl2的流速为0.1slm或者更大，SF6的流速为50sccm(标准cc/min)或者更大，管子表面温度为1500℃或更高。通过这种方法，去除粘着到管子表面上的含有杂质物质或OH的层。
(第七示例)在第七示例中，采用根据第二实施例的光纤预制棒制造方法制造光纤。在本例中，中央芯部121的相对折射率差Δc为0.5％，环形部分123的相对折射率差Δr为0.27％，第一被覆部分的相对折射率差Δd1为-0.3％，第二被覆部分的相对折射率差Δd2为-0.15％，外包层125的相对折射率差Δo为0％。
参照图12，中央芯部121的外直径2c与第一被覆部分122的外直径2d的比值为0.66，第一被覆部分122的外直径2d与环形部分123的外直径2r的比值为0.57，环形部分123的外直径2r与第二被覆部分124的外直径2d′的比值为0.5。
用于玻璃棒的基管的外直径为30mm，内直径为17mm，且轴向长度为1900mm。在沉积玻璃粒子之前蚀刻基管的内直径表面。
然后，制备出外直径为17mm，轴向方向椭圆度的平均值为0.2％，且轴向长度为1750mm的棒。将棒插入基管中，并进行塌缩。由此，制造出玻璃棒。
然后，通过MCVD方法在用作玻璃管的基管的上沉积玻璃层。此时，使用与第二被覆部分124相应的掺有氟的管子作为玻璃管基管，并且在用作玻璃管的基管内部沉积一含有锗的附加层和含有氟的附加层。此时，玻璃层的沉积速度为1.1g/min。此处，用作玻璃管的基管的外直径为32mm，内直径为11mm，轴向直径比玻璃棒短9mm。由此，制造出玻璃管。通过塌缩结合玻璃棒与玻璃管，产生玻璃质体。
之后，通过下述方式在玻璃质体周围形成套管部分，制造光纤预制棒。玻璃粒子的沉积速度为100g/min，固结后套管部分的外直径为91.5mm，轴向长度为1280mm，中央芯部的椭圆度为0.1％，轴向方向玻璃质体的外直径椭圆度的平均值为0.22％。
通过以下方法将光纤预制棒拉丝。在拉丝速度为1200m/min，张力为50g且振动辊的扭转速度为50rpm的条件下将光纤预制棒拉丝，使拉丝长度为685km。所拉制光纤的PMD为0.12ps/√(km)。
如上所述，在本例中获得具有优异性质的光纤。
另一方面，并非形成套管部分，而将玻璃质体插入套管(外直径为80mm，内直径为31mm)中，并进行棒内拉丝，从而在本例中获得具有优异性质的光纤。
(第八示例)在第八示例中，采用根据第三实施例的光纤预制棒制造方法制造光纤。在本例中，折射率Nc为0.5％，折射率Nr为0.27％，折射率Nd1为-0.3％，折射率Nd2为-0.15％，折射率No为0％。
参照图12，中央芯部121的外直径2c与第一被覆部分122的外直径2d的比值为0.66，第一被覆部分122的外直径2d与第一环形部分123的外直径2r的比值为0.57，第一环形部分123的外直径2r与第二被覆部分124的外直径2d′的比值为0.5。
制备用作与第二被覆部分124相应的玻璃棒的基管。该基管的外直径为32mm，内直径为8mm，且轴向长度为1900mm。在沉积玻璃粒子之前蚀刻基管的内表面。然后，利用MCVD方法通过在基管内部沉积掺有锗的附加层和掺有氟的附加层，产生与第一环形部分123相应的玻璃层和与第一被覆部分122相应的玻璃层，从而制造玻璃管。此处，内部沉积过程中玻璃层的沉积速度为0.5g/min。
然后，制备外直径为6mm，轴向椭圆度的平均值为0.2％，且轴向长度为1800mm的玻璃棒。通过塌缩将玻璃棒与玻璃管结合，产生玻璃质体。之后，通过火焰使玻璃质体的外圆周体平滑。
此后，通过以下方法在玻璃质体周围形成套管部分。玻璃粒子的沉积速度为100g/min，塌缩后玻璃质体的外直径为31mm，固结后套管部分的外直径为90mm，轴向长度为1280mm，轴向方向中央芯部的椭圆度的平均值为0.1％，轴向方向玻璃质体的外直径椭圆度的平均值为0.2％。
在拉丝步骤中，在拉丝速度为1200m/min，光纤张力为50g且振动辊的扭转速度为50rpm的条件下将光纤预制棒拉丝，使拉丝长度为685km。所拉制光纤的PMD为0.11ps/√(km)。
如上所述，在本例中获得具有优异性质的光纤。
另一方面，并非形成套管部分，而将玻璃质体插入套管(外直径为80mm，内直径为31mm)中，并进行棒内拉丝，从而在本例中获得具有优异性质的光纤。
为了增大通过MCVD方法形成的玻璃层的沉积速度，希望减小基管的壁厚度(例如，2mm至8mm)，因为通过外部加热源有效地加热管子内部，增大源气体的灰产生率。例如，在厚度为4mm的情形中，玻璃层的沉积速度可增大到2g/min。
本发明不限于上述实施例，可适当地对其进行多种变型或改进。
例如，可采用根据本发明的光纤预制棒制造方法制造五包层光纤和六包层光纤。
图28表示用于五包层光纤的光纤预制棒的折射率分布。
在图28的光纤预制棒中，中央芯部281的折射率Nc为0.5％，第一被覆部分282的折射率Nd1为-0.3％，第一环形部分283的折射率Nr1为0.27％，第二被覆部分284的折射率Nd2为-0.15％，第二环形部分285的折射率Nr2为0.17％，外包层286的折射率No为0％。即，存在关系Nc≥Nr1＞Nr2＞No＞Nd2≥Nd1。此处，第一和第二环形部分283和285的折射率Nr1和Nr2小于中央芯部281的折射率Nc，大于第一和第二被覆部分282和284的折射率Nd1。此外，第一和第二被覆部分282和284的折射率Nd1和Nd2小于外包层286的折射率No。从而，当折射率Nr1和Nr2假设为折射率Nr1，且折射率Nd1和Nd2假设为折射率Nd时，存在关系Nc≥Nr＞No＞Nd。
此外，中央芯部281的外直径281c与第一被覆部分282的外直径282d的比值为0.6，第一被覆部分282的外直径282d与第一环形部分283的外直径283r的比值为0.63，第一环形部分283的外直径283r与第二被覆部分284的外直径284d的比值为0.61，第二被覆部分284的外直径284d与第二环形部分285的外直径285r的比值为0.7。
下面将描述采用根据第三实施例的光纤预制棒制造方法制造用于五包层光纤的光纤预制棒的过程。
首先，执行通过VAD方法制造与中央芯部281相应的芯棒的玻璃棒制造步骤，制造玻璃棒。
测量玻璃棒的折射率分布，并且根据测量结果设计中央芯部的外直径和中央芯部周围的折射率分布参数。
除玻璃棒制造步骤之外，执行玻璃管制造步骤。在玻璃管制造步骤中，制备与第二环形部分285相应的石英管作为基管。通过在该基管的内圆周上沉积玻璃粒子，相继形成与第二被覆部分284相应的玻璃层，与第一环形部分283相应的玻璃层，和与第一被覆部分282相应的玻璃层，从而制造玻璃管。
将玻璃棒插入玻璃管中，并通过塌缩与玻璃管结合，制造玻璃质体。
围绕玻璃质体的外圆周形成作为外包层286的套管部分，制造光纤预制棒。将该光纤预制棒拉丝，产生五包层光纤。
图29表示用于六包层光纤的光纤预制棒的折射率分布。
在图29的光纤预制棒中，中央芯部291的折射率Nc为0.5％，第一被覆部分292的折射率Nd1为-03％，第一环形部分293的折射率Nr1为0.27％，第二被覆部分294的折射率Nd2为-0.15％，第二环形部分295的折射率Nr2为0.17％，第三被覆部分296的折射率Nd3为-0.15％，外包层297的折射率No为0％。即，存在关系Nc≥Nr1＞Nr2＞No＞Nd3＝Nd2＞Nd1。此处，第一和第二环形部分293和295的折射率Nr1和Nr2小于中央芯部291的折射率Nc，大于外包层297的折射率No。此外，第一、第二和第三被覆部分292、294和296的折射率Nd1、Nd2和Nd3小于外包层297的折射率No。从而，当折射率Nr1和Nr2假设为折射率Nr1，且折射率Nd1、Nd2和Nd3假设为折射率Nd时，折射率之间存在关系Nc≥Nr＞No＞Nd。
此外，中央芯部291的外直径291c与第一被覆部分292的外直径292d的比值为0.6，第一被覆部分292的外直径292d与第一环形部分293的外直径293r的比值为0.63，第一环形部分293的外直径293r与第二被覆部分294的外直径294d的比值为0.61，第二被覆部分294的外直径294d与第二环形部分295的外直径295r的比值为0.7。第二环形部分295的外直径295r与第三被覆部分296的外直径296d的比值为0.77。
下面将描述采用根据第三实施例的光纤预制棒制造方法制造用于六包层光纤的光纤预制棒的过程。
首先，执行通过VAD方法制造与中央芯部291相应的芯棒的玻璃棒制造步骤，制造玻璃棒。
测量该玻璃棒的折射率分布，并且根据测量结果设计中央芯部的外直径和中央芯部周围的折射率分布参数。
除玻璃棒制造步骤之外，执行玻璃管制造步骤。在玻璃管制造步骤中，制备与第三被覆部分296相应的石英管作为基管。通过在该基管的内圆周上沉积玻璃粒子，相继形成与第二环形部分295相应的玻璃层，与第二被覆部分294相应的玻璃层，与第一环形部分293相应的玻璃层，和与第一被覆部分292相应的玻璃层，从而制造玻璃管。
将玻璃棒插入玻璃管中，并通过塌缩与玻璃管结合，制造玻璃质体。
围绕玻璃质体的外圆周形成作为外包层297的套管部分，制造光纤预制棒。将该光纤预制棒拉丝，产生六包层光纤。
在制造用于五包层光纤和六包层光纤的光纤预制棒时，可采用根据第二实施例的光纤预制棒制造方法。
由此，通过所述的光纤预制棒制造方法，可制造出具有若干层的并非五包层光纤和六包层光纤的多层光纤。在多层光纤中，当存在多个被覆部分和多个环形部分时，假设各被覆部分的折射率小于外包层的折射率，各环形部分的折射率大于外包层的折射率。此时，对于中央芯部的折射率Nc，被覆部分的折射率Nd，环形部分的折射率Nr和外包层的折射率No，存在关系Nc≥Nr＞No＞Nd。
在上述的所有示例中，为了合成套管层，可通过VAD方法或者具有多个喷灯的外部沉积方法沉积玻璃粒子，并脱水和固结而成。
已经参照具体实施例详细描述了本发明，不过本领域技术人员显然可以想到，在不偏移本发明真实精神和范围的条件下可进行多种其他改变或变型。
本申请基于2002年4月16日提交的日本专利申请(JP-A-2002-113280)，其内容在此引作参考。
<工业应用>
如上所述，对于光纤预制棒制造方法，光纤制造方法和光纤，首先，通过适当组合中央芯部与被覆部分制造玻璃棒，其中每一部分具有基于折射率分布测量出的折射率，按照光纤的性质制造玻璃棒。另一方面，制造具有环形部分的玻璃管。然后，通过塌缩将分别制造的玻璃管与玻璃棒结合，从而高精度地制造出具有所需性质和复杂分布的光纤预制棒和光纤。
权利要求
1.一种制造光纤预制棒的方法，该光纤预制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部外面，至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的环形部分，和具有最大折射率值No的外包层，该光纤预制棒的折射率值之间满足关系Nc≥Nr＞No＞Nd，该方法的特征在于包括以下步骤玻璃棒制造步骤，通过将至少包含中央芯部的棒插入至少包含被覆部分的管中，并通过塌缩将它们结合，从而制造玻璃棒；玻璃管制造步骤，制造具有环形部分的玻璃管；以及在玻璃棒插入玻璃管中之后，通过塌缩将玻璃棒与玻璃管结合制造玻璃质体的结合步骤。
2.一种制造光纤预制棒的方法，该光纤预制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部外面，至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的环形部分，和具有最大折射率值No的外包层，该光纤预制棒的折射率值之间满足关系Nc≥Nr＞No＞Nd，该方法的特征在于包括以下步骤玻璃棒制造步骤，制造作为中央芯部的玻璃棒；玻璃管制造步骤，通过在基管内部沉积至少具有一种或多种折射率的玻璃层而制造玻璃管；以及在玻璃棒插入玻璃管中之后，通过塌缩将玻璃棒与玻璃管结合制造玻璃质体的结合步骤。
3.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于还包括以下步骤测量玻璃棒的折射率分布；并且根据测量结果设计中央芯部的外直径和中央芯部外部的折射率分布参数。
4.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于玻璃棒的中央芯部的椭圆度为0.4％或更小，并且每10mm长度的玻璃棒中，玻璃棒塌缩界面上出现的空隙数量等于或小于1。
5.根据权利要求1至4其中任何一个所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于包括测量玻璃棒的折射率分布；并根据测量结果设计中央芯部的外直径与被覆部分的外直径的比值Ra，被覆部分的外直径与环形部分的外直径的比值Rb，以及环形部分与外包层的相对折射率差Δr。
6.根据权利要求1，3至5其中任何一个所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于所述玻璃棒制造步骤包括制造与被覆部分的所需直径相比其被覆部分具有更大直径的玻璃棒的半成品，根据对玻璃棒半成品的折射率分布测量结果确定所需的比值Ra，并去除玻璃棒半成品的外圆周体，获得目标比值Ra。
7.根据权利要求1，3至6其中至少一个所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于所述玻璃管制造步骤包括通过内部沉积方法在作为原材料的玻璃管的内表面上形成环形部分。
8.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于采用所述结合步骤中结合成的玻璃质体作为光纤预制棒，其中中央芯部的椭圆度为1.5％或更小，并且每10mm的玻璃棒长度中玻璃棒塌缩界面上出现的空隙数量等于或小于1。
9.根据权利要求1至8其中任何一个所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于假设中央芯部的外直径与被覆部分的外直径的比值为Ra＝2c/2d，被覆部分的外直径2d与环形部分的外直径的比值为Rb＝2d/2r，中央芯部与外包层的相对折射率差Δc为(Nc-No)/No×100[％]，被覆部分与外包层的相对折射率差Δd为(Nd-No)/No×100[％]，环形部分与外包层的相对折射率差Δr为(Nr-No)/No×100[％]，则满足以下不等式，0.20≤Ra≤0.600.50≤Rb≤0.8090μm≤2o≤150μm2.5％≥Δc≥0.8％-0.8％≤Δd≤-0.2％以及1.0％≥Δr≥0.1％并且在1550nm波长处光纤的色散值为+8ps/km/nm或更小。
10.一种光纤制造方法，其特征在于包括将根据权利要求1至9其中任何一个所述的光纤预制棒制造方法制造出的光纤预制棒拉丝的拉丝步骤。
11.一种光纤，其特征在于该光纤通过根据权利要求1到10其中任何一个所述的光纤预制棒制造方法或者根据权利要求10所述的光纤制造方法制造而成。
12.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于在玻璃质体的外部形成固定外直径的套管部分，使所拉制出的光纤中具有适当的纤芯直径。
13.一种光纤制造方法，其特征在于包括将根据权利要求1或2所述的玻璃质体插入套管中，并在加热之后立即拉丝；以及将玻璃质体与套管结合。
14.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于该基管为至少掺有氟的石英管。
15.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于采用MCVD方法进行内部沉积，其中玻璃层的沉积速度为0.4g/min或更大。
16.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于采用MCVD方法进行内部沉积，其中玻璃层的沉积速度为1.0g/min或更大。
17.根据权利要求15或16所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于在MCVD方法中使用感应电炉，等离子体焰炬或电阻炉作为加热源。
18.根据权利要求1或2所述的光纤预制棒制造方法，其特征在于在轴向方向玻璃棒和玻璃管中每一个的内直径或外直径的椭圆度为1％或者更小，并且在轴向方向玻璃棒的偏心率为1％或者更小。
19.根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于PMD为0.15ps/√(km)。
20.根据权利要求1或2所述的光纤，其特征在于OH基在1.38μm波长处的过量吸收损耗为0.2dB/km或更小。
21.一种玻璃管制造方法，用于制造根据权利要求1或2中所述的光纤预制棒，其特征在于通过VAD方法，OVD方法或者具有多个喷灯的外部沉积方法合成石英粒子，然后脱水和固结，从而管子中的残留OH基为0.001wtppm或更小。
全文摘要
本发明提供一种光纤预制棒制造方法和一种光纤制造方法，其中高精度地制造具有复杂分布的光纤；以及一种光纤。本发明提供光纤预制棒制造方法，其中该光纤预制棒包括在中心具有最大折射率值Nc的中央芯部，并且在中央芯部外面，至少包括具有最小折射率值Nd的被覆部分，具有最大折射率值Nr的环形部分，和具有最大折射率值No的外包层，该光纤预制棒的折射率值之间满足关系Nc≥Nr＞No＞Nd。该方法的特征在于包括以下步骤玻璃棒制造步骤，通过将至少包含中央芯部的棒插入至少包含被覆部分的管中，并通过塌缩将它们结合，从而制造玻璃棒；玻璃管制造步骤，制造具有环形部分的玻璃管；以及在玻璃棒插入玻璃管中之后，通过塌缩将玻璃棒与玻璃管结合制造玻璃质体的结合步骤。
文档编号G02B6/036GK1646438SQ0380857
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月16日 优先权日2002年4月16日
发明者平野正晃, 梁田英二, 横川知行, 佐佐木隆 申请人:住友电气工业株式会社